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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abfüllen von jeweils vorbestimmten
Mengen an pulvrigem Füllgut.
Die jeweiligen Abfüllmengen
sollen möglichst
konstant groß sein.
Das jeweils abzufüllende
Füllgut
wird dabei in eine Dosierkammer eingebracht und von derselben zu
einem jeweils zu befüllenden
Behältnis
hintransportiert. Anschließend
wird das in der Dosierkammer vorhandene Füllgut in ein solches bereitstehendes
Behältnis
hinein entleert.
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Derartige
Abfülleinrichtungen
können
als sogenannte Dosierröhrchen
oder als Dosierwalze ausgebildet sein. Während ein Dosierröhrchen zum
Befüllen
in ein in Ruhe befindliches Schüttgutbett
von oben hineingesteckt wird, werden die am äußeren Umfang einer Dosierwalze
zu mehreren verteilt vorhandenen Dosierkammern nacheinander unter
der Bodenöffnung
eines Füllgut
vorrätig
haltenden Materialspeichers während
ihres jeweiligen Befüllvorganges
positioniert.
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STAND DER
TECHNIK
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Aus
der
US 5.826.633 ist
eine Dosierwalze mit mehreren Dosierkammern bekannt, die seitlich versetzt,
oberhalb der Bodenöffnung
eines sich nach unten verjüngenden,
Füllgut
aufnehmenden Materialspeichers positioniert sind. In der Bodenöffnung dieses
Materialspeichers endet eine Gasleitung, durch die ein gasförmiges Medium
von unten in den Materialspeicher hineingeleitet und so das in dem
Materialspeicher vorhandene Füllgut
fluidisiert werden kann. Die in den Bereich des Materialspeichers
seitlich einmündende
Dosierkammer wird in ihrem rückwärtigen Boden
durch einen für
Gas durchlässigen, für das Füllgut undurchlässigen Filter
begrenzt. Je nach Rotationsstellung der Dosierwalze und damit der
Stellung ihrer Dosierkammern kann durch entsprechendes Anlegen eines Überdruckes
oder Unterdruckes durch den Filter hindurch Füllgut aus dem Materialspeicher
in die Dosierkammer hineingesaugt oder das in der Dosierkammer eingesaugte
Füllgut aus
der Dosierkammer in ein unterhalb der Dosierkammer bereitstehendes
Behältnis
hineingeblasen werden. Aufgrund der oberhalb der Bodenöffnung des
trichterförmigen
Materialspeichers positionierten Dosierwalze ist es nicht möglich, das
in dem Bodenbereich des Materialspeichers vorhandene Füllgut restlos
aus dem Materialspeicher zu entfernen; zwischen der Bodenöffnung des
Materialspeichers und der darüber
positionierten Dosierkammer bleibt stets eine nicht nutzbare Restmenge
an Füllgut
im unteren trichterförmigen
Bodenbereich des Materialspeichers zurück. Da nicht sichergestellt
werden kann, ob und wann diese Restmenge in die Dosierkammern zurückgesaugt
wird, stellt diese Restmenge eine schwer oder gar nicht nutzbare
Füllgutmenge
dar. Eine Nutzung dieser Restmenge ist regelmäßig auch nicht gewünscht, da
insbesondere bei abzufüllenden Medikamenten
ein zeitnahes Abfüllen
erforderlich ist, um ein Zersetzen oder ein sonstiges sich negatives Verändern des
medikamentösen
Pulvers beim längeren
Verweilen desselben im Materialspeicher unbedingt vermieden werden
muss.
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Aus
der
DE 19713 057 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verfüllen von Pulver bekannt, um
vorzugsweise Sinterkörper
herzustellen. Dabei wird Gas durch eine Vielzahl von Löchern hindurch
in einen Pulverbehälter
eingeleitet, damit sich die einzelnen Pulverteilchen in dem Pulverbehälter relativ
zueinander bewegen können.
Danach wird der Pulverbehälter
zusammen mit dem in ihm vorhandenen fluidisierten Pulver über einem
zu befüllenden Hohlraum
positioniert und das Pulver aufgrund seiner Schwerkraft durch Saug-
oder Druckkraft in den Hohlraum verbracht. Nachteilig ist die oszillierende Bewegung
des Pulverbehälters,
wodurch keine großen
Abfüllleistungen
erreicht werden. Insbesondere erweist sich aber die Anordnung der
sehr zahlreichen Gaseinleitungsröhrchen
im Pulverbehälter
als konstruktiv nachteilig.
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Auch
die aus der WO 01 /56726 bekannte Pulverfüllvorrichtung dient bevorzugt
zum Herstellen von Sinterkörpern.
Ihr Materialspeicher weist poröse Wände zum
Einleiten des zum Fluidisieren zu verwendenden Gases aus. Besonders
nachteilig erweisen sich die porösen
Wände,
da bei der Verarbeitung von sehr schonend zu handhabenden Füllgütern, wie insbesondere
pharmazeutischen Pulvern, sich dieselben, wenn sie feinkörnig genug
sind, in den porösen
Wandungen einnisten können.
Dies hat zur Folge, dass keine hygienische Abfüllung mehr garantiert werden
kann.
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Aus
der
DE 36 25 034 ist
eine Vorrichtung zum automatischen Abfüllen eines fließfähigen, pulverförmigen Produkts
in Behälter
bekannt. Diese Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer vertikal angeordneten,
röhrchenförmigen Messkammer,
die als oberes Begrenzungselement einen Filter aufweist. In die
Messkammer wird die abzufüllende
Pulvermenge jeweils eingebracht. In der Wand der Messkammer ist
eine ständig
offene Mündung,
die mittels einer Verbindungsleitung mit einem seitlich zur Messkammer
angeordneten Pulverspeicher verbunden ist. Die Messkammer besteht
teilweise aus einem elastischen Schlauch, der durch Abquetschen den
vorzeitigen Materialfluss von Pulver aus den Messröhrchen heraus
in ein Behältnis
verhindert. Durch den oben auf der Messkammer vorhandenen Filter
wird Gas in die Messkammer eingeleitet, das bei abgequetschten Schlauch
direkt in den Pulverspeicher geleitet werden und damit zum Fluidisieren des
in dem Pulverspeicher vorhandenen Füllgutes dienen kann. Durch
Anlegen eines Vakuums an den Filter kann fluidisiertes Füllgut aus
dem Pulverspeicher durch die Verbindungsleitung hindurch in die Messkammer
hinein bis in den Bereich des Filters nach oben eingesaugt werden.
Bei diesem Befüllen der
Messkammer mit Pulver ist die Messleitung unterhalb der Verbindungsleitung
abgequetscht. Um die in der Messkammer enthaltene Menge an Pulver
an ein Behältnis
zu übergeben,
wird der abgequetschte Schlauchquerschnitt freigegeben und durch
den Filter hindurch ein Druckluftstoß in die Messkammer hinein
erzeugt, der die Pulvermenge aus der Messkammer nach unten herausdrückt, wobei
das im Verbindungsstück
vorhandene Pulver gegenüber
der durch den Druckstoß ausgetriebenen
Pulvermenge seitlich abgeschert wird. Bei der anschließenden erneuten
Fluidisierung wird die in dem Verbindungsstück zurückgebliebene Pulvermenge in
den Pulverspeicher zurückgefördert. Problematisch
ist der nicht zu vermeidende Effekt, dass durch den Abschervorgang
keine exakte Abgrenzung der jeweiligen Pulvermengen voneinander
erfolgt. Dies führt
zu relativ großen
Schwankungen der jeweils abzufüllenden
Pulvermengen, was beispielsweise beim Abfüllen von Medikamenten nicht
erwünscht
ist. Auch können
sich durch die beim Abquetschvorgang bewirkten Walkbewegungen der
Schlauchwandung und der dadurch eintretenden verstärkten Materialermüdung des Schlauches
Partikel von demselben lösen,
die dann mit abgefüllt
werden; ein beim Abfüllen
eines Medikamentes nicht akzeptabler Vorgang.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Möglichkeit
zum Abfüllen
von pulvrigem Füllgut
anzugeben, mit der möglichst
konstant große
Mengen an pulvrigem Füllgut
mit einer möglichst
einfachen und kompakten Abfüllvorrichtung
abgefüllt
werden können,
wobei sich diese Abfüllvorrichtung
im Betrieb einfach handhaben lassen soll. Trotzdem soll sich das
Abfüllen
mit einer solchen Abfüllvorrichtung
möglichst
wirtschaftlich günstig
durchführen
lassen.
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Diese
Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben. Sinnvolle
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand von
sich anschließenden
weiteren Ansprüchen.
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Die
Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Dosierwalze
selber auch als eine Art Schließventil
für die
zum Fluidisieren des in dem Materialspeicher vorhandenen Füllguts dienenden
Gasleitung fungiert, indem in Abhängigkeit von der jeweiligen
Rotationsstellung der Dosierwalze diese Gasleitung durch die Dosierwalze
verschlossen beziehungsweise nicht verschlossen wird. Die Zeitdauer
für die
einzelnen Abfüllzyklen
hängt damit
nicht von irgendwelchen Ventilanordnungen zum Öffnen und Verschließen einer
solchen Gasleitung ab. Solche nicht vorhandenen Ventilanordnungen
vermindern darüber
hinaus auch den Reinigungsaufwand für die erfindungsgemäße Abfüllvorrichtung.
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Die
Dosierwalze kann je nach Art der vorhandenen Dosiervorrichtung beim
nacheinander Befüllen
und Entleeren ihrer zumindest einen Dosierkammer in derselben Rotationsrichtung
oder in oszillierenden Rotationsbewegungen gedreht werden. Nähere verfahrensmäßige Ausführungen
sind im Zusammenhang mit den nachstehend näher beschriebenen Ausführungsformen
für erfindungsgemäße Abfüllvorrichtungen
mit erwähnt.
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Eine
erste Art von erfindungsgemäßer Abfüllvorrichtung
besitzt eine Dosierwalze, in der zumindest eine Seitenleitung vorhanden
ist. Diese zumindest eine Seitenleitung steht mit der Dosierkammer nicht
in leitungsmäßiger Verbindung.
Je nach Rotationsstellung der Dosierkammer kann über diese Seitenleitung eine leitungsmäßige Verbindung
zwischen dem das pulvrige Füllgut
vorrätig
haltenden Materialspeicher und der das zum Fluidisieren des im Materialspeicher
vorrätig
gehaltenen Füllgutes
dienenden Gasleitung hergestellt oder nicht hergestellt werden. Dadurch
kann innerhalb eines relativ langen Zeitraumes eines jeden Abfülltaktes
der Materialspeicher mit fluidisierendem Gas beaufschlagt werden.
Dies erlaubt sehr kurze Arbeitstakte.
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In
der Dosierwalze kann als Dosierkammer eine Filterkolbenvorrichtung
angeordnet sein, wie sie in der prioritätsmäßig in Anspruch genommenen deutschen
Gebrauchsmusteranmeldung 203 09 279.1 näher beschrieben ist. Auf diese
Filterkolbenvorrichtung wird diesbezüglich ausdrücklich vollumfänglich Bezug
genommen.
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Weitere
Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind den in den Ansprüchen ferner
aufgeführten
Merkmalen sowie den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
zu entnehmen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben
und erläutert.
Es zeigen:
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1 eine ausschnittsweise
Darstellung einer ersten Abfüllvorrichtung
nach der Erfindung in einer ersten Rotationsstellung ihrer Dosierwalze
mit einer in ihr angeordneten Filterkolbenvorrichtung,
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2 eine Darstellung ähnlich der
von 1 mit einer Zwischenstellung
der Dosierwalze und der mit Füllgut
gefüllten
Dosierkammer ihrer Filterkolbenvorrichtung,
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3 eine Darstellung dieser
Abfüllvorrichtung
in ihrer Entleerstellung,
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4 eine Darstellung ähnlich der
von 3, mit entleerter
Dosierkammer,
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5 eine ausschnittsweise
Darstellung einer zweiten Abfüllvor
richtung nach der Erfindung mit einer gegenüber der ersten Abfüllvorrichtung
etwas abgewandelten Filterkolbenvorrichtung in der Dosierwalze,
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6 bis 14 ausschnittsweise Darstellungen einer
dritten Abfüllvorrichtung
nach der Erfindung in verschiedenen Rotationsstellungen.
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WEGE ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
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Eine
in den 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Abfüllvorrichtung 10 besitzt
ein blockartiges Gehäuse 12. Das
Gehäuse 12 besitzt
einen konkaven Oberflächenbereich 14.
Eine im Wesentlichen kreiszylindrische Dosierwalze 16 schmiegt
sich mit ihrem konvexen Oberflächenbereich 18 dicht
den konkaven Oberflächenbereich 14 des
Gehäuses 12 an.
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Durch
das Gehäuse 12 ragen
ein erster und zweiter Durchgangskanal 20, 22 hindurch,
die in dem konkaven Oberflächenbereich 14 des
Gehäuses 12 enden.
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In
der Dosierwalze 16 ist in einem Oberflächenbereich eine Einformung,
die eine Seitenleitung 24 darstellt. In der in den 3 und 4 dargestellten, sogenannten zweiten
Rotationsstellung der Dosierwalze 16 stellt diese Seitenleitung 24 eine
Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgangskanal 20, 22 dar.
Bei der in 1 dargestellten, sogenannten
ersten Rotationsstellung der Dosierwalze 16 ist der zweite
Durchgangskanal 22 nicht mit dem ersten Durchgangskanal 20 verbunden;
der konvexe Oberflächenbereich 18 der
Dosierwalze 16 verschließt den im konkaven Oberflächenbereich 14 des
Gehäuses 12 endenden
zweiten Durchgangskanal 22.
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Der
erste Durchgangskanal 20 erweitert sich an seinem in 1 rechten Ende in einer
Aufnahmebohrung 25. Der Durchmesser der Aufnahmebohrung 25 ist
relativ zum Durchmesser 30 des ersten Durchgangskanals 20 derart,
dass der Innendurchmesser 28 eines Schlauches 26 dem
Durchmesser 30 des ersten Durchgangskanals 20 entspricht,
so dass im Übergangsbereich
von Schlauch 26 und erstem Durchgangskanal 20 ein
möglichst
geringer Strömungswiderstand
auftritt: Statt des flexiblen Schlauches 26 könnte auch
ein steifes Rohr verwendet werden.
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Der
Schlauch 26 endet an der Auslauföffnung 32 eines Materialspeichers 34,
in dem pulvriges Füllgut 36 vorrätig gehalten
wird. Der Schlauch 26 ist im Bereich der Auslauföffnung 32 strömungsgünstig für das Füllgut 36 an
dem Materialspeicher 34 angeschlossen, Der Materialspeicher 34 besitzt
einen sich nach unten verjüngenden
Trichter 38. Die Neigung der Trichterwand ist derart, dass
beim Materialfluss des Füllgutes 36 aus
dem Materialspeicher 34 heraus ein sogenannter Massenfluss
eintritt; das bedeutet, dass in allen Bereichen des Materialspeichers 34 das
Füllgut 36 sich
in gleichem Maße
zur Auslauföffnung 32 hin
bewegt, um Entmischungen des Füllgutes 36 zu
vermeiden.
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Der
Materialspeicher 34 ist im vorliegenden Beispielsfall aus
Verschmutzungsgründen
durch einen abnehmbaren Deckel, der in der Zeichnung nicht dargestellt
ist, verschlossen. Dieser Deckel lässt beim Fluidisieren des Füllgutes 36,
was nachstehend noch näher
beschrieben wird, das Fluidisierungsgas nach außen entweichen. Dieses Fluidisierungsgas kann
außerhalb
des Materialspeichers 34 gesammelt werden.
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Der
zwischen dem Materialspeicher 34 und dem ersten Durchgangskanal 20 vorhandene Schlauch 26 besitzt
keine den Fluss des Füllgutes 36 in
nennenswerter Weise strömungsbehindernde
Knicke oder Schlauch-Abknickungen. Im vorliegenden Fall ist der
Schlauch 26 ein Silikon-Schlauch.
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Der
zweite Durchgangskanal 22 weitet sich an seinem – in 1 – rechten Ende in eine Aufnahmebohrung 40 auf.
In dieser Aufnahmebohrung 40 sitzt ein Gasschlauch 42 gasdicht
an diesem zweiten Durchgangskanal 22 an. Der Gasschlauch 42 mit dem
zweiten Durchgangskanal 22 stellen eine Gasleitung 44 dar.
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In
der in 4 dargestellten,
zweiten Rotationsstellung ist die Gasleitung 44 über die
Seitenleitung 24 mit dem ersten Durchgangskanal 20 und
damit mit dem Materialspeicher 34 verbunden. Von außen in die
Gasleitung 44 eingeleitetes gasförmiges Medium 46 kann
dadurch über
die Seitenleitung 24 durch den Schlauch 26 und
die Auslauföffnung 32 hindurch
in das Innere des Trichters 38 strömen. Bei dieser Gasströmung wird
das in dem ersten Durchgangskanal 20 und in dem Schlauch 26 befindliche Füllgut in
den Trichter 38 zurück
gefördert
und im Trichter 38 zusammen mit dem pulvrigen Füllgut 36 fluidisiert.
Bei diesem Fluidisieren wird der von dem Füllgut 36 in dem Trichter 38 ausgeübte statische Druck
praktisch vollständig überwunden.
Die Porosität
der Füllgut-Schüttung in
dem Trichter 38 ist dann so groß, dass die einzelnen Partikel
des Füllgutes 36 gegenseitig
vollständig
beweglich sind. Insbesondere Pulver mit adhärenten kleinen Teilchen weisen
ein ausgeprägtes
Fluidisierungsverhalten auf, indem sich der freie Strömungsquerschnitt
des Füllgutes stark
verringert. Damit steigt der Fluidisierungseffekt beim Auslaufen
derartiger Materialteilchen. Insgesamt tritt eine homogene Fluidisierung
des gesamten pulvrigen Füllgutes 36 ein,
was sich besonders positiv auf die Dosiergenauigkeit auswirkt.
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Derartige
gut fluidisierbaren Pulver mit adhärentem Feinanteil sind zum
Beispiel sogenannte Pulverinhalate, bei denen mikronisierte Wirkstoffe
durch interpartikuläre
Kräfte
gebunden sind. Solche interaktiven Mischungen werden zu therapeutischen Zwecken
als Arzneimittel mittels eines Inhaliergerätes als Luft-Pulver-Gemisch (Aerosol)
von Patienten inhaliert. Bei diesem Vorgang trennt sich der mikronisierte
Wirkstoff, der in der Regel zwischen 5 μm (Mikrometer) und 0,5 μm groß ist, vom
Trägerstoff,
so dass therapeutisch gewollt nur der mikronisierte Wirkstoff zu
therapeutischen Zwecken bis in eine menschliche Lunge gelangt.
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Neben
Arzneimitteln können
auch andere Pulver, wie beispielsweise Kaffeepulver mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besonders produktschonend dann abgefüllt werden, wenn als gasförmiges Medium 46,
und damit als Fluidisierungsmedium, ein Schutzgas verwendet wird.
Bei der Verwendung eines Schutzgases kann beim Abfüllvorgang
kein Sauerstoff an das Kaffeepulver gelangen, so dass das Kaffeearoma
durch das Fluidisierungsmedium nicht beeinträchtigt werden kann.
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Die
Fluidisierung in dem Materialspeicher 34 bewirkt außerdem,
dass die dynamische Viskosität des
durch die Fluidisierung erzeugten Gas-Feststoff-Gemisches erheblich reduziert wird.
Dadurch weist das fluidisierte Füllgut 36 erheblich
verbesserte Fließeigenschaften
auf, wodurch erst eine Förderung durch
enge Querschnitte hindurch bis in die Dosierkammer der Dosierwalze 16 hinein
möglich
wird.
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In
der Dosierwalze 16 ist eine Filterkolbenvorrichtung 50 vorhanden,
die innerhalb einer kreiszylindrischen Bohrung 52 der Dosierwalze 16 einsitzt.
Eine solche Filterkolbenvorrichtung 50 ist in der prioritätsmäßig in Anspruch
genommenen deutschen Patentanmeldung 203 09 279.1 in ihren Einzelteilen und
in ihrer Funktionsweise näher
beschrieben. Auf diesen Offenbarungsgehalt wird ausdrücklich und voll
inhaltlich Bezug genommen.
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In
der kreiszylindrischen Bohrung 52, die zum Ausbilden einer
Dosierkammer 54 vorhanden ist, sitzt ein hohlzylindrischer
Kolben 56. Dieser Kolben ist im vorliegenden Beispielsfall
aus einem Stück Rohr
mit im vorliegenden Beispielsfall kreisförmigem Querschnitt hergestellt.
An seinem in 1 rechten Ende
ist die Rohrwandung dieses Kolbens 56 konisch angeschrägt, so dass
sich der Innenraum des einstückigen
Rohres und damit auch der des Kolbens 56 zum – in 4-unteren Ende hin infolge einer dort vorhandenen
konischen Verbreiterung 58 aufweitet. Der Mündungsrand 60 des
Kolbens 56 ist scharfkantig.
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Im Übergang
von der konischen Verbreiterung 58 zum konstant dicken
Mantelbereich des Kolbens 56 steckt in einem dort vorhandenen
einseitig offenen Querschlitz 62 ein Filter 64.
Der Querschlitz 62, der im vorliegenden Fall senkrecht
zur Längsachse 66 des
Kolbens 56 ausgerichtet ist, schneidet den Querschnitt
des Kolbens 56 hälftig
auf. Der konstant dicke Mantel des Kolbens 56 ist also
durch den Querschlitz 62 an seinem halben Umfang aufgeschnitten. In
dem nicht aufgeschnittenen Querschnittsbereich des Kolbenmantels
verlängert
sich der Querschlitz 62 in eine in dem Kolbenmantel ausgeformte
Innennut 68. Im Bereich dieser Innennut 68 ist
der Kolbenmantel dünner
als im jeweils anschließenden
Mantelbereich.
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Der
Kolben 56 ist mittels eines O-Ringes 70, der in
einer umlaufenden Nut 72 einsitzt, gegen die kreiszylindrische
Bohrung 52 abgedichtet.
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Das
rückseitige – in 4 obere – Ende des Kolbens 56 und
damit der Filterkolbenvorrichtung 50 ist mittels eines
Gasschlauches 76 an ein Zweiwegeventil 74 angeschlossen.
Von dem Zweiwegeventil 74 geht eine Leitung zu einer nicht
näher dargestellten
Unterdruck- oder Überdruck-Gasquelle.
Bei den in den 1, 2 und 4 dargestellten Stellungen dieses Ventils 74 ist
der Gasschlauch 76 an eine Unterdruck-Gasquelle (Pfeil 78)
angeschlossen. In dieser Stellung kann in der Dosierkammer 54,
die zwischen dem Filter 64 und der Mündung 80 der kreiszylindrischen
Bohrung 52 ausgebildet ist, ein Unterdruck erzeugt werden.
In der in 3 dargestellten
Stellung des Ventils 74 ist der Gasschlauch 76 an
eine Überdruck-Gasquelle
(Pfeil 82) angeschlossen. Dadurch kann in der Dosierkammer 54 ein
Gasüberdruck
hergestellt werden.
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In
der ersten Rotationsstellung (1)
der Dosierwalze 16 wird in der Dosierkammer 54 ein
Unterdruck erzeugt und dadurch aus dem Materialspeicher 34 durch
den Schlauch 26 hindurch pulvriges, bereits fluidisiert
vorhandenes ( 4) Füllgut 36 in die
Dosierkammer 54 eingesaugt. In dieser ersten Rotationsstellung
kann über
die Gasleitung 44 kein Fluidisierungsgas in den Materialspeicher 34 hineingeleitet
werden, da die Dosierwalze 16 die Gasleitung 44 verschließt.
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Aus
ihrer ersten Rotationsstellung wird die Dosierwalze 16 im
Uhrzeigersinn 86 über
die in 2 dargestellte
Zwischenstellung in ihre in 3 dargestellte
zweite Rotationsstellung – im
vorliegenden Fall um insgesamt 90° (Altgrad) – gedreht.
Der Unterdruck in der Dosierkammer 54 wird dabei aufrechterhalten.
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Bei
dieser Drehung gelangt die in der Dosierwalze 16 vorhandene
Seitenleitung 24 in Leitungsverbindung mit dem ersten und
zweiten Durchgangskanal 20, 22.
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In
ihrer zweiten Rotationsstellung (3) kann
dann durch Umschalten des Zweiwegeventils 74 ein Überdruck
in der Dosierkammer 54 erzeugt werden. Gleichzeitig kann über die
Seitenleitung 24 das in dem Materialspeicher 34 vorhandene
Füllgut 36 fluidisiert
werden.
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Die
in der Dosierkammer 54 vorhandene Pulvermenge 36.1 wird
durch diesen Überdruck
aus der Dosierkammer heraus und in ein unterhalb der Mündung 80 bereitstehendes
Behältnis 88 von
oben hinein entleert.
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Durch
axiale Verschiebung des Kolbens 56 in der kreiszylindrischen
Bohrung 52 kann die Dosierkammer 54 größer oder
kleiner ausgebildet werden. Durch völliges Herausziehen des Kolbens 56 aus
der kreiszylindrischen Bohrung 52 kann der Filter 64 quer aus
dem Kolben 56 herausgezogen und beispielsweise ausgewechselt
werden. Gleichzeitig kann dann auch der Kolben 56 auf einfache
Weise gereinigt werden.
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Nach
Ausstoßen
der Pulvermenge 36.1 in der zweiten Rotationsstellung der
Dosierwalze 16, die in 3 dargestellt
ist, stellt sich die in 4 dargestellte
Situation wieder ein, in der die Dosierkammer 54 wieder
leer vorhanden ist und das Füllgut 36 weiterhin über die
Seitenleitung 24 fluidisiert wird. Durch anschließendes Verdrehen
der Dosierwalze im Gegenuhrzeigersinn 90 gelangt die Dosierwalze 16 wieder
in ihre in 1 dargestellte
erste Rotationsstellung. Die Dosierkammer 54 kann dann
in einem zweiten Füllvorgang
wieder mit fluidisiertem Füllgut
gefüllt
werden, so wie das im Zusammenhang mit 1 bereits beschrieben ist. Im vorliegenden Fall
oszilliert die Dosierwalze 16 zwischen ihren beiden in 1 und 4 dargestellten ersten und zweiten Rotationsstellungen.
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Um
den Spalt zwischen der Dosierwalze 16 und dem Gehäuse 12 so
klein wie möglich
zu gestalten, und um dadurch Fehl- und Falsch-Luftströmungen zu
vermeiden, liegt das Gehäuse 12 über Druckfedern 92 drückend an
der Dosierwalze 16 an.
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Die
in 5 dargestellte Abfüllvorrichtung 10.2 unterscheidet
sich von der vorstehend beschriebenen Abfüllvorrichtung 10 durch
ihre Dosierwalze 16.2 und der in dieser einsitzenden Filterkolbenvorrichtung 50.2.
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Der
Kolben 56 sitzt im Bereich seiner Dosierkammer 54 und
seines ihn umgebenden O-Ringes 70 nicht unmittelbar in
einer kreiszylindrischen Bohrung der Dosierwalze sondern in einer
Hülse 100.
Diese Hülse 100 sitzt
ihrerseits in einer Aufnahmebohrung 102 der Dosierwalze 16.2.
Diese Aufnahmebohrung 102 geht aber nicht vollständig durch
die Dosierwalze 16.2 hindurch. An ihrem zu der Dosierkammer 54 entgegengesetzten
Ende schließt
die Aufnahmebohrung 102 an die kreiszylindrische Bohrung 52 der
Dosierwalze 16.2 an. Diese kreiszylindrische Bohrung 52 entspricht
der der Dosierwalze 16.
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Die
Hülse 100 besitzt
eine der Mündung 80 entsprechend
konvex geformte Stirnfläche 104.
Diese Stirnfläche 104 dient
als Rakel, um beim Verdrehen der Dosierwalze 16.2 aus ihrer 1 vergleichbaren ersten
Rotationsstellung in ihre 4 vergleichbare
zweite Rotationsstellung die in ihr eingesaugte Pulvermenge 36.1 von
der im ersten Durchgangskanal 20 vorhandenen Pulvermenge 36.2 exakt
zu trennen.
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Zwischen
dem in 5 linken Ende
der Hülse 100 und
einem endseitig der Aufnahmebohrung 102 angeordneten federelastischen
Ring, der im vorliegenden Fall als O-Ring 106 ausgebildet
ist, ist eine ringförmige
Gleitplatte 108 positioniert, die im vorliegenden Fall
aus Teflon besteht. Ohne diese Gleitplatte 108 würde die
Reibung zwischen dem O-Ring 106 und der Hülse 100 zu
groß werden,
um die beim Rakel-Vorgang erfolgende elastische Form-Anschmiegbarkeit
der Stirnkante der Stirnfläche 104 dieser
Hülse 100 sicherzustellen.
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Beim
Einbau des O-Ringes 106, der Gleitplatte 108 und
der Hülse 100 in
die Dosierwalze 16.2 hinein steht die Hülse 100 leicht über das
in 5 rechte Ende der
Dosierwalze über.
Beim Aneinanderfügen
der Dosierwalze 16.2 und des Gehäuses 12 wird die Hülse 100 in
axialer Richtung gegen den O-Ring 106 gedrückt, so
dass die Hülse 100 aufgrund
der federnden Wirkung des O-Ringes 106 mit einer gewissen
Normalkraft gegen das Gehäuse 12 fortwährend gedrückt wird.
Dadurch ist eine ständige optimale
Abdichtung zwischen der Hülse 100 und dem
Gehäuse 12,
auch bei der Drehbewegung der Dosierwalze 16.2, sichergestellt.
Dadurch, dass die Hülse 100 ständig Kontakt
mit dem Gehäuse 12 hat, wird
ihre exakte Rakelfunktion bei der Rotationsbewegung der Dosierwalze 16.2 erreicht.
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In
der Dosierwalze 16.2 endet ein Luftkanal 110,
durch den die Hülse
100 gleichsam luftdruckunterstützt
gelagert wird. Die Luftdruckunterstützung bewirkt, dass in den
die Hülse 100 außen umgebenden
Ringspalt 112 und in den zwischen der Hülse 100 und dem Kolben 56 ausgebildeten
weiteren Ringspalt 114 eingedrungenes pulvriges Füllgut 36 in
Richtung aus der Dosierkammer 54 und damit aus der Filterkolbenvorrichtung 50.2 herausgeblasen
wird. In entgegengesetzter – bezogen
auf die 5 linker – Richtung
kann solches Pulver nicht aus der Filterkolbenvorrichtung 50.2 herausgeblasen
werden infolge der dort vorhandenen beiden O-Ringe 70,106.
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Bei
der in den 6 und folgende
dargestellten Abfüllvorrichtung 10.3 ist
eine Dosierwalze 16.3 mit im vorliegenden Fall einer Dosierkammer 54.3 vorhanden.
Die Dosierwalze 16.3 ist um eine Rotationsachse 120 beispielsweise
im Uhrzeigersinn 86 drehbar gelagert. Die Dosierkammer 54.3 stellt
eine Bohrung in der Oberfläche
der Dosierwalze 16.3 dar. Der Boden dieser Dosierkammer 54.3 wird
durch ein gasdurchlässiges,
das pulvrige Füllgut
nicht durchlassendes Filterrohr 122 verschlossen, das von
innen an einem festen Rohr 123 anliegt. Im Inneren der
Dosierwalze 16.3 kann ein Überdruck oder ein Unterdruck
erzeugt werden, so dass Pulver in die Dosierkammer 54.3 von
außen
herein gesaugt oder aus derselben nach außer, hinaus gedrückt werden
kann. Dies ist prinzipiell im Stand der Technik bekannt.
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Auf
der Außenseite
der Dosierwalze 16.3, einander etwa gegenüberliegend,
sind zwei wannen- oder nutartige Einformungen vorhanden, die eine erste
und zweite Seitenleitung 124,124.1 darstellen, so
wie dies prinzipiell mit der Seitenleitung 24 der Abfüllvorrichtung 10 der
Fall ist. In die in 6 linke
Seitenleitung 124 mündet eine
erste Gasleitung 126 ein, durch die so wie durch die vorstehend
beschriebene Gasleitung 44 ein gasförmiges Medium in den Bereich
der ersten Seitenleitung 124 eingeleitet werden kann. In
vergleichbarer Weise ist die zweite Seitenleitung 124.1 mit
einer in dem Gehäuse 12.3,
in dem die Dosierwalze 16.3 rotierbar gelagert ist, endenden zweiten
Gasleitung 126.1 leitungsmäßig verbunden. Dadurch kann
auch in die zweite Seitenleitung 124.1 Gas durch die zweite
Gasleitung 126.1 hindurch eingeleitet werden.
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Die
beiden Gasleitungen 126,126.1 haben keine Verbindung
miteinander. An ihrem einen Ende werden die beiden Seitenleitungen 124,124.1 durch einen
Rohrbereich 130 der Dosierkammer 54.3 gegenseitig
abgetrennt. An dem anderen Ende der beiden Seitenleitungen 124,124.1 befindet
sich die Dosierkammer 54.3. Der die Dosierkammer 54.3 umgebende
Rohrbereich 132 bildet nicht nur den hülsenförmigen Körper für die Dosierkammer 54.3 sondern, separiert
auch die beiden Seitenleitungen 124,124.1 in diesem
Bereich der Dosierkammer 54.3 voneinander.
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In 6 ist der Zustand dargestellt,
bei dem durch Aufbauen eines Überdruckes
im Inneren der Dosierwalze 16.3 die in der Dosierkammer 54.3 vorhandene
Pulvermenge 36.1 nach unten in ein bereitstehendes Behältnis 88 hineingedrückt wird.
Während
dieses Entleeren der Dosierkammer 54.3 wird durch die erste
Gasleitung 126 und über
die erste Seitenleitung 124 Gas in den oberhalb der Dosierwalze 16.3 vorhandenen
Materialspeicher 34.3 eingeleitet. Der Materialspeicher 34.3 ist
ebenso wie der Materialspeicher 34 trichterförmig, sich
nach unten verjüngend,
ausgebildet. Er besteht im vorliegenden Fall aus einer entsprechenden
Aussparung in dem Gehäuse 12.3.
Der untere Öffnungsrand 134 des
Materialspeichers 34.3 besitzt eine konkave Form, die der konvexen
Außenform
der Dosierwalze 16.3 entspricht.
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Bei
der in 6 dargestellten
Rotationsstellung kann lediglich durch die erste Seitenleitung 124 hindurch
das in dem Materialspeicher 34.3 vorhandene pulvrige Füllgut 36 fluidisiert
werden. Die zweite Gasleitung 126.1 hat bei dieser Rotationsstellung keine
Leitungsverbindung in den Materialspeicher 34.3 hinein.
Die zweite Gasleitung 126.1 hat im vorliegenden Beispielsfall
auch keine Leitungsverbindung aus dem Bereich der Dosierwalze 16.3 nach unten
und aus dem Gehäuse 12.3 heraus.
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Damit
kann in gleicher Weise wie bei der in 3 dargestellten
Abfüllvorrichtung
während
des Entleerens der jeweiligen Dosierkammer gleichzeitig das in dem
Materialspeicher vorhandene pulvrige Füllgut fluidisiert werden.
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Während bei
den Vorrichtungen 10,10.2 die Dosierwalze 16,16.2 oszillierend
hin und her gedreht wird, kann bei der in den 6 und folgende dargestellten Vorrichtung 10.3 die
Dosierwalze 16.3 in derselben Richtung (Uhrzeigersinn 86)
gedreht werden.
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Im
Anschluss an ihre in 6 dargestellte Entleerstellung
dreht sich die Dosierwalze 16.3 in ihre in 7 dargestellte Rotationsstellung. In
dieser Stellung wird das Füllgut 36 über die
erste Gasleitung 126 und die erste Seitenleitung 124 fluidisiert. Über die
zweite Gasleitung 126.1 ist eine Fluidisierung nach wie
vor nicht möglich.
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Durch
diese zweite Gasleitung 126.1 könnte Gas in den Bereich der
zweiten Seitenleitung 124.1 eingeleitet werden, das unten
aus derselben aus dem Bereich der Dosierkammer 54.3 heraustreten
würde. Sofern
solches unerwünscht
wäre, könnte der
Gasdurchfluss in die zweite Gasleitung 126.1 und damit in
den Bereich der zweiten Seitenleitung 124.1 auch unterbrochen
werden.
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Beim
Weiterdrehen der Dosierwalze 16.3 gelangt dieselbe in ihre
in 8 dargestellte Rotationsstellung.
In dieser Stellung kann durch beide Gasleitungen 126,126.1 Gas über die
beiden Seitenleitungen 124,124.1 in den Materialspeicher 34.3 und
damit das in demselben gelagerte pulvrige Füllgut 36 fluidisiert
werden.
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Beim
Weiterdrehen der Dosierwalze 16.3 in die in 9 dargestellte Stellung
verschließt
der Rohrbereich 132 der Dosierwalze 16.3 die erste
Gasleitung 126, so dass über dieselbe kein Gas in die erste
Seitenleitung 124 eingeleitet werden kann. Nunmehr steht
aber diese erste Seitenleitung 124 in leitender Verbindung
mit der zweiten Gasleitung 126.1, so dass über dieselbe
das Füllgut 36 nach
wie vor fluidisiert werden kann.
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Beim
Weiterdrehen der Dosierwalze 16.3 in ihre in 10 dargestellte Rotationsstellung
gelangt die Dosierkammer 54.3 in den unmittelbaren Einflussbereich
der ersten Gasleitung 126. Nunmehr könnte durch Aufbauen eines Überdruckes
im Inneren der Dosierwalze 16.3 und/oder durch Anlegen
eines Unterdruckes in der ersten Gasleitung 126 restliches,
beim Entleeren nicht vollständig
aus der Dosierkammer 54.3 entferntes pulvriges Füllgut aus
der Dosierkammer 54.3 heraus- und in die Gasleitung 126 hineingeblasen
werden. Solches in die erste Gasleitung 126 hineingelangtes
pulvriges Füllgut könnte dann,
wenn durch die erste Gasleitung 126 hindurch wieder das
Füllgut 3b in
dem Materialspeicher 34.3 fluidisiert wird, zurück in diesen
Materialspeicher 34.3 geblasen und damit die Gasleitung 126 wieder
gereinigt werden.
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Über die
zweite Gasleitung 126.1 und die nunmehr erste Seitenleitung 124 kann
nach wie vor das in dem Materialspeicher 34.3 vorhandene
pulvrige Füllgut 36 fluidisiert
werden.
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Bei
der in 11 dargestellten
Rotationsstellung der Dosierwalze 16.3 ist ihre Dosierkammer 54.3 in
vom Öffnungsrand 134 des
Materialspeichers 34.3 umschlossenen Bodenbereich dieses
Speichers 34.3 gelangt. Nunmehr kann durch Anlegen eines Unterdruckes
im Inneren der Dosierwalze 16.3 pulvriges, fluidisiertes
Füllgut 36 aus
dem Materialspeicher 34.3 in die bereitstehende Dosierkammer 54.3 eingesaugt
werden. Während
dieses Befüllvorganges
der Dosierkammer 54.3 haben die beiden Seitenleitungen 124,124.1 keine
Leitungsverbindung mit dem Materialspeicher 34.3.
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Beim
Weiterdrehen der Dosierwalze 16.3 in ihre in 12 dargestellte Rotationsstellung
gelangt die eine Seitenleitung 124.1 wieder in Leitungsverbindung
mit dem Materialspeicher 34.3. Nunmehr kann durch die erste
Gasleitung 126 und über
die zweite Seitenleitung 124.1 hindurch Gas wieder in den
Materialspeicher 34.3 eingeleitet und das dort vorhandene
Füllgut 36 fluidisiert
werden. In dieser Stellung befindet sich die mit Füllgut gefüllte Dosierkammer 54.3 im
unmittelbaren Einflussbereich der zweiten Gasleitung 126.1. An
dieser zweiten Gasleitung 126.1 darf weder ein Unterdruck
noch ein Überdruck
anliegen, um das in der Dosierkammer 54.3 eingefüllte Füllgut nicht
zu beeinflussen. Im Inneren der Dosierwalze 16.3 liegt
in diesem Fall ein Unterdruck an, um das Füllgut während der Drehbewegung der
Dosierwalze in der Dosierkammer 54.3 eingefüllt zu halten.
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In
der in 13 dargestellten,
anschließenden
Rotationsstellung kann über
die zweite Gasleitung 126.1 und die zweite Seitenleitung 124.1 das
im Inneren des Materialspeichers 34.3 vorhandene Füllgut 36 wieder
fluidisiert werden. Eine Fluidisierung über die erste Gasleitung 126 ist
nicht möglich.
Dies verhindert der Rohrbereich 130, der den Materialspeicher 34.3 im
Bereich der Dosierwalze 16.3 von der ersten Seitenleitung 124 leitungsmäßig abtrennt. Im
Inneren der Dosierwalze 16.3 liegf immer noch ein Unterdruck
an.
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Beim
Weiterdrehen der Dosierwalze 16.3 in ihre in 14 dargestellte Stellung,
in der ebenfalls im Inneren der Dosierwalze,16.3 noch ein
Unterdruck anliegt, ist lediglich noch eine abgeschwächte Fluidisierung
des Füllgutes 36 möglich. Weitgehend
hat nämlich
bereits schon der Rohrbereich 130 die untere Öffnung des
Materialspeichers 34.3 verschlossen.
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Anschließend wird
die Dosierwalze 16.3 wieder in ihre in 6 dargestellte Stellung weitergedreht
und das in ihrer Dosierkammer 54.3 vorhandene Füllgut 36 durch
Anlegen eines Überdruckes
im Inneren der Dosierwalze 16.3 in ein weiteres, nachgerücktes Behältnis 88.1 eingefüllt. Die
Behältnisse 88, 88.1 und
so weiter werden auf einem Transportband 140 stehend an
der unteren Öffnung
des Gehäuses 12.3 vorbeigeführt.
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Der Öffnungsrand 134 des
Materialspeichers 34.3 (11)
wirkt als Rakelkante, um ein exaktes Abscheren des in einer Dosierkammer 54.3 eingefüllten Füllguts von
dem im Materialspeicher 34.3 vorhandenen restlichen Füllgut bei
der Rotationsbewegung der Dosierwalze 16.3 und damit beim
Vorbeibewegen der Dosierwalze 16.3 am Öffnungsrand 134 des
Materialspeichers 34.3 (11)
sauber zu separieren.
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Aus
dem Vorstehenden wird deutlich, dass das in dem Materialspeicher
vorhandene Füllgut 36 aus
einer oder aus zwei Gasleitungen 126,126.1 mit Gas
beaufschlagt werden kann. Um ein gleichmäßiges Fluidisieren zu erhalten,
kann es empfehlenswert sein, eine Gas-Volumenstrom-Regeleinrichtung
vorzusehen, mit der das Gas in die beiden Gasleitungen 126, 126.1 so
eingeleitet wird, dass immer eine gleiche Gasmenge in den Materialspeicher 34.3 hineinströmt. Eine
gleichmäßige Gasmenge
erzeugt eine harmonische Wirbelschicht des Füllguts 36 im Materialspeicher 34.3,
welche wiederum für
gleiche Druck- und Strömungsverhältnisse
des in dem Materialspeicher 34.3 vorhandenen Füllgutes
sorgt. In diesem Zusammenhang bietet es sich ferner an, die beiden
Gasleitungen 126, 126.1 beispielsweise außerhalb
des Gehäuses 12.3 in
einer gemeinsamen Leitung zu vereinigen, so dass nur eine einzige
Volumenstromregelung vorgesehen werden müsste.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Fluidisierungsvorgang kann das gesamte
in dem Materialspeicher 34.3 vorhandene Füllgut fluidisiert
werden. Das Fluidisieren erfolgt parallel zu anderen Arbeitsabläufen. Dadurch
kann eine große
Abfüllleistung
mit kleiner Schwankung der abgefüllten
Menge gewährleistet
werden.
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Statt
der einen können
auch mehrere Dosierkammern mit entsprechend mehreren Seitenleitungen
und Gasleitungen vorgesehen werden.
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In
den vorliegenden Beispielsfällen
besitzen die Filterkolbenvorrichtungen jeweils kreisförmige Querschnittsformen.
Filterkolbenvorrichtungen könnten
auch von Kreisquerschnitten unterschiedliche Querschnittsformen
aufweisen. Die kreisförmige Bohrung 52 müsste dann
durch einen Kanal mit einer des jeweiligen Kolbens angepasster Querschnittsform
ersetzt werden.