DE3210668A1

DE3210668A1 - Absperrorgan

Info

Publication number: DE3210668A1
Application number: DE19823210668
Authority: DE
Inventors: Jackie 21232 Malmö Derving
Original assignee: Tetra Pak International AB
Current assignee: Tetra Pak AB
Priority date: 1981-04-01
Filing date: 1982-03-23
Publication date: 1982-10-21
Also published as: GB2095584B; SE440999C; ES510998A0; JPS57177472A; AU8220782A; AU545152B2; MX155291A; US4877160A; NO821052L; NO155485B; DE3210668C2; NO155485C; JPH0514150B2; SE440999B; GB2095584A; ES8303242A1; SE8102088L

Description

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Patentanwälte

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Müller Dipl.-Chem. Dr.Gerhard Sdiupfner Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger

Luclle-Grahn-Str. 38 - D 8000 München 80

Tetra Pak International AB S-221 01 Lund 1 (Schweden)

ABSPERRORGAN

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Absperrorgan, das eine Düse bzw. ein Mundstück und ein Ventil aufweist.

. Bei der Herstellung bestimmter Gattungen von Einwegbehältern bzw. Wegwerfpackungen für Molkereiprodukte werden die Verpackungsbehälter mit Hilfe von Meß- bzw. Abfüllpumpen gefüllt. Solche Pumpen sind üblicherweise in der Form von Kolbenpumpen ausgebildet, die bei jedem Pumpenhub die gewünschte Flüssigkeitsmenge in eine mit der Pumpe verbundene Kammer liefern, von der die lüssigkeit in den zu füllenden Verpackungsbehälter überführt wird. CJm das Nachtropfen aus dem Austrittsende der Kammer zu verhindern, wenn hoch viskose Flüssigkeiten, wie Joghurt oder dergleichen, gepumpt werden, ist die Auslassöffnung üblicherweise mit einem Mundstück mit einem Drahtgitter versehen, durch das die Flüssigkeit von der Pumpe hindurchgepresst wird. Das Drahtgitter hält die in der Kammer befindliche Flüssigkeitssäule zurück, die während des Pumpenhubs nicht ausgepumpt wird, da wegen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit dies ohne eine aktive Beteiligung der Pumpe nicht austreten kann. Dieses Prinzip funktioniert im allgemeinen recht gut, kann aber natürlich nicht für nichthomogene Flüssigkeiten, wie Joghurt mit Fruchtstücken, Nüssen oder dergleichen, angewendet werden. Bisher wurde auch noch keine praktische Lösung des Nachtropfproblems bei dieser Gattung von flüssigen Füllgütern gefunden.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, ein Absperrorgan zu schaffen, das besonders gut in Verbindung mit nichthomogenen Flüssigkeiten, beispielsweise Fruchtjoghurt oder dergleichen, verwendet werden kann und nicht die bisher bekannten Nachteile solcher Absperrorgane aufweist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Absperrorgans, das so ausgebildet ist, daß seine Funktion

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nicht durch Flüssigkeiten behindert wird, die relativ große Feststoffteilchen oder halbfeste Partikel enthalten.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Ventils, das leicht zu reinigen ist und den hygienischen Anforderungen genügt.

Diese und andere Aufgaben werden gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das mit einer Düse und einem Ventil ausgerüstete Absperrorgan so ausgebildet ist, daß die Düse aus biegbarem bzw. flexiblem Material besteht und mit einem Schlitz versehen ist, der bei Abwesenheit von auf die Düse einwirkenden äußeren Kräften bzw. fremder Kräfte infolge der Flexibilität bzw. Elastizität oder Materialsteifigkeit der Düse geschlossen bzw. gesperrt gehalten ist.

Wenn verschiedene Schlitze derart vorgesehen sind, daß zwischen ihnen Lappen gebildet werden, die in der Lage sind, ausgefaltet zu werden, kann die Flüssigkeit das Ventil ohne einen beträchtlichen durch die Pumpenwirkunq aufgewendeten Widerstand passieren.

Sobald der Pumpenhub abgestoppt wird, haben die Biegbarkeit, elastische Verformbarkeit bzw. Materialsteifigkeit des Düsenmaterials und die Druckdifferenz zwischen der Innen- und Außenseite der Düse die Wirkung, daß die Lappen bzw. Materialteile wieder zurückgefaltet werden, so daß die schlitzförmigen Öffnungen geschlossen sind. Dies beeutet, daß die Düse geschlossen ist, so daß die in der Kammer befindliche Flüssigkeitssäule zurückgehalten wird und die Gefahr des Nachtropfens verhindert ist. Da die Düse keine netzförmigen oder anderen Teile mit begrenzter Fläche aufweist, durch die die Flüssigkeit hindurchzutreten hat, ist die Düse auch geeignet für dicke, nichthomogene Erzeugnisse.

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Darüber hinaus wird eine Düse mit vorteilhaftem Fließverhalten erreicht, die eine hohe Fließgeschwindigkeit ermöglicht und daher eine große Kapazität besitzt.

Um den Fließwiderstand des Ventils noch weiter herabzusetzen, kann man dem Düsenteil die Form eines zusammengepreßten Rohäres oder Schlauches verleihen, das bzw. der aus dünnerem und insbesondere flexiblerem Material besteht. Die zum maximalen Aufweiten der Düse beim Passieren der Flüssigkeit erforderliche Kraft ist daher sehr klein; gleichzeitig besteht aber eine größere Gefahr, daß die Düse nicht genügend abdichtet, um das Nachtropfen zu verhindern.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung kann ein biegbares bzw. flexibles Mundstückteil mit einer Einrichtung kombiniert sein, die so eingerichtet ist, daß das Volumen in der Kammer an der Ausgangsöffnung änderbar ist, an dem sich das Mundstück befindet. Nach jedem Pumpenhub wird das Volumen der Kammer vermindert, so daß ein Vakuum aufgebaut wird, das ein schnelles und vollständiges Schließen der Öffnungen des flexiblen Mundstücks sicherstellt. Diese Ausbildung des Absperrorgans gemäß der Erfindung ist besonders geeignet für hochkapazitive Füllmaschinen.

Weitere Ausbildungen der Erfindung sind auch aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung erläutert, welche lediglich die zum Verständnis der Erfindung dienenden Einzelheiten darstellt. Dabei zeigen

Fig. 1 im Querschnitt ein Absperrorgan gemäß der Erfindung in einer inaktiven Position, während die aktive Stellung des Mundstücks durch strichpunktierte Linien angedeutet ist und

Fig. 2 das Mundstück gemäß Fig. 1 in perspektivischer Ansicht.

Das Absperrorgan weist gemäß Fig. 1 eine Kammer 1 auf, welche im allgemeinen als langgestrecktes Füllrohr konstruiert ist. Die Kammer 1 ist über einen Einlaß 2, der sich an deren oberen Ende befindet, mit einer nicht gezeigten Abmesspumpe verbunden, die vorzugsweise in Form einer Kolbenpumpe mit einer steuerbaren Kolbenverstellung ausgebildet ist. Im Mündungsbzw. Mundstückende des Einlasses 2, das der Kammer 1 zugewandt ist, befindet sich ein Absperrorgan 3 und am unteren Ende der Kammer 1 ist ein Auslaß 4 angeordnet, der mit einem schließbaren Mundstück 5 aus steifem bzw. biegbarem oder flexiblem Material versehen ist.

Das Prüf- bzw. Absperrorgan 3, das zwischen dem Einlaß 2 und der Kammer 1 angeordnet ist, weist einen Sperrkörper 6 auf, der unter der Wirkung der von der nicht gezeigten Kolbenpumpe gepumpten Flüssigkeit zwischen einer vorderen offenen Stellung und einer rückwärtigen geschlossenen Stellung verschiebbar ist. Der Sperrkörper 6 weist am unteren der Kammer 1 zugewandten SDtirnende eine ringförmige Dichtungseinrichtung 7 auf, die vorzugsweise als O-Ring ausgebildet ist. Die Dichteinrichtung 7 wirkt in der geschlossenen Sperrstellung des Absperrorgans 3 mit einem konischen Ventilsitz 8 zusammen, der im Durchgang zwischen dem Einlaß 2 und der Kammer 1 gebildet ist. Am entgegengesetzten, dem Einlaß 2 zugewandten Stirnende ist der Sperrkörper 6 mit einem Kolben 9 versehen, dessen Durchmesser etwas geringer ist als der Durchmesser des Teils des Einlasses 2, in dem der Kolben 9 angeordnet ist. Der Sperrkörper 6 ist während seiner Bewegung zwischen der geöffneten und geschlossenen Stellung mit Hilfe eines Ventilstößels 10 hin und her bewegbar, der sich vertikal vom oberen Ende des Sperrkörpers 6 aus nach oben erstreckt und so abgestützt ist, daß er axial in einer Ventilführung 11 verschiebbar ist, die im Einlaß 2 angeordnet ist. Am unteren Ende des in der Kammer 1 angeordneten Sperrkörpers 6 befindet

sich eine Ventilfeder 12, die in Form einer Kompressionsfeder ausgebildet und zwischen dem Sperrkörper 6 und einer Federlagerung 13 plaziert und so eingerichtet ist, daß sie den Sperrkörper 6 in die ober Schließstellung drängt.

Wie schon beschrieben, wird der Sperrkörper 6 von der Ventilfeder 12 in die obere Schließstellung gedruckt, wenn die Dichtungsanordnung 7 sich gegen den Ventilsitz 8 so abstützt, daß der Durchgang zwischen dem Einlaß 2 und der Kammer 1 vollständig abgesperrt ist. Die Ventilfeder 12 ist so ausgewählt, daß die Kraft, mit der die Feder gegen den Sperrkörper 6 drückt, kleiner ist als diejenige Kraft, die entgegengesetzt wirkt und mit der die von der Abfüllpumpe gepumpte Flüssigkeit auf das entgegengesetzte Ende des Sperrkörpers 6 Druck ausübt. Sobald die Kraft der Ventilfeder 12 diejenige der Flüssigkeit übertrifft, wird der Sperrkörper 6 in Richtung seiner unteren offenen Stellung bewegt, in der sich der Kolben vollständig verschoben hat, um den Einlaß 2 so zu öffnen, daß Flüssigkeit am Kolben 9 vorbei in die Kammer 1 fließen kann. Wenn die Abfüll- bzw. Dosierungspumpe den Arbeitshub beendet hat und die Flüssigkeitsströmung'abgestoppt ist, wird der Sperrkörper 6 unmittelbar in die in Fig.1 gezeigte Sperrstellung mit Hilfe der Ventilfeder 12 zurückkehren.

Im folgenden wird die Wirkung des Absperrorgans noch in Einzelheiten beschrieben.

Die sich am unteren Ende der Kammer 1 oder des Füllrohres befindliche Düse 5 ist wie schon vorher erwähnt aus flexiblem Material hergestellt. Gemäß Fig.2 weist die Düse 5 eine im wesentlichen zylindrische oder abgestumpfte Kegelform auf, die aber am unteren Ende der Düse 5 durch vier "Falten" oder Aussparung 14, welche symmetrisch angeordnet sind, von dieser Form abweicht; hierdurch erhält das untere Ende des Mundstücks

5 die Form eines Kreuzes (vom Stirnende der Düse 5 ausgesehen) . An diesem Ende der Düse 5 sind zwei Schlitze angeordnet, die symmetrisch und sich unter rechtem Winkel kreuzend verlaufen. Zwischen den Schlitzen 15 bilden die Aussparungen 14 vier im wesentlichen dreieckförmige Lappen 16, die wegen der Materialflexibilität in der Lage sind, in eine durch unterbrochene Linien in Fig.1 dargestellte geöffnete Stellung ausgefaltet zu werden, wenn Flüssigkeit durch die Düse 5 hindurchtritt. Bei Abwesenheit äußerer Kräfte, wie beispielsweise solcher, die durch die Flüssigkeit bewirkt sind, werden die Schlitze 15 aber aufgrund der Materialsteifigkeit geschlossen gehalten, so daß sich die Lappen 16 in der in Fig. 2 gezeigten Stellung befinden.

Um eine Düse 5 von solcher Flexibilität bzw. Nachgiebigkeit und solchem Sperrvermögen zu erhalten, wie dies für die vorliegenden Zwecke am geeignetsten ist, hat es sich herausgestellt, daß die Düse 5 aus weichem Kunststoff oder Gummi einer Härte zwischen 25 und 40° Shore besteht. Da das Absperrorgan zuerst und vornehmlich für MoJkereiprodukte bestimmt i. :·>ΐ , ist es darüber hinaus zweckmäßig oder sogar erforderlich, ein solches Material auszuwählen, das in der Lage ist, zusammen mit Nahrungsmitteln verwendet zu werden, wie beispielsweise Nitrilkautschuk und/oder Siliconkautschuk.

Wenn das Absperrorgan gemäß derErfindung in einer Verpackungsmaschine montiert ist und zum Füllen von offenen Verpackungsbehältern verwendet wird, die unterhalb der Kammer 1 oder des Füllrohrer; vorbeigefördert werden, wird die Flüssigkeit, wie oben erwähnt, mit Hilfe einer Quantisierungspumpe durch den Einlaß 2 zugeführt. Von der in Fig. 1 gezeigten Anfangsstellung ausgehend wird der Sperrkörper 6 durch die auf ihn wirkende Flüssigkeit vorwärtsgedrückt und sobald der Druck im Einlaß 2 die Kraft übertrifft, mit der die Ventilfeder 12 den Sperrkörper 6 in die Schließstellung drückt, wird der Sperrkörper 6 nach Fig. 1 nach unten gedruckt bis das

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obere Elnde des Kolbens 9 den Einlaß 2 vollständig freigemacht hat, so daß Flüssigkeit am Kolben 9 vorbei und in die Kammer 1 hineinfließen kann. Der Sperrkörper 6 verbleibt wahrend des Arbeitshubs der Pumpe in dieser Stellung und die Flüssigkeit tritt durch die Kammer 1 hindurch, und zwar entlang des Auslasses 6 und durch die Düse 5 nach unten in den nichtgezeigten unterhalb der Düse 5 angeordneten Verpackungsbehälter. Sobald sich das Absperrorgan 3 öffnet, wirkt der Druck in der Kammer 1 so auf die flexible Düse, daß die Lappen 16 nach außen gefaltet werden und die Schlitze 15 aufweiten, wodurch die Aussprarungen oder Falten 14 des Mundstücks mehr oder weniger nach außen abgeflacht sind und eine Öffnung von im wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt und der dadurch erzeugten erforderlichen lache bilden, die durch strichpunktierte Linien in Fig. 1 veranschaulicht ist. In dieser Stellung kann die Flüssigkeit ohne einen beträchtlichen Widerstand durch die Düse 5 hindurchfließen, da die Kraft, die zum Aufweiten der flexiblen Düse 5 und zum Öffnen der Lappen 16 benötigt wird, sehr klein ist und praktisch vernachlässigt werden kann.

Damit sichergestellt ist, daß die Düse 5 trotz ihrer Flexibilität wieder schließt und dicht geschlossen wird, wenn der Arbeitshub der Dosierungspumpe beendet ist, wird in der Kammer 1 mit Hilfe eines Ventils 3 ein Vakuum erzeugt, wodurch die Lappen 16 fest zusammengedrückt werden, so daß die Schlitze 15 vollständig geschlossen sind und keine Flüssigkeit mehr passieren kann» Nach dem beendeten Pumpenhub fällt der Druck im Einlaß 2 und auch in der Kammer 1 vorzugsweise ab* dies geschieht dadurch, daß die Ventilfeder 12 in der Lage ist, den Sperrkörper 6 in Richtung der Schließstellung zurückzudrehen. Während der Rückkehrbewegung in die erste Stellung tritt der obere Teil des Kolbens 9 in den Teil des Einlasses 2 ein, der mit dem Kolben 9 zusammenwirkt, so daß die Verbindung zwischen dem Einlaß 2 und der Kammer 1 unterbro-

chen wird. Die weitergehende Bewegung des Sperrkörpers 6 nach oben in den Einlaß 2 hinein bewirkt, daß sich das Volumen der Kammer 1 vergrößert, wodurch ein Vakuum in der in der Kammer befindlichen Flüssigkeit erzeugt wird* dieses Vakuum wirkt auf die biegbare Düse 5 und saugt deren Öffnungslappen 16 zusammen, so daß sie dicht gegeneinander gedrückt

werden und das Nachtropfen vollständig verhindern. Nach einer weiteren Aufwärtsbewegung erreicht der Sperrkörper 6 seine oberste Stellung, in der die Dichtungseinrichtung 7 am Ventilsitz 3 so anliegt, daß das Absperrorgan vollständig geschlossen ist. In dieser Stellung setzt ein Vakuum seine Wirkung in der Kammer 1 fort* dies bedeutet, daß die in der Kammer 1 befindliche Flüssigkeitssäule mit Sicherheit in der Kammer verbleibt bis der nächste Arbeitshub der Dosierungspumpe das Absperrorgan 3 wiederum zum Öffnen bringt.

Der Aufbau und die Ausbildung des Mundstücks 5 können im Rahmen der Erfindung auch abgewandelt sein. So kann beispielsweise die Anzahl und Formgestalt der Schlitze 15 variieren, ebenso wie die Hauptform des Mundstücks, vorausgesetzt, dessen Funktion bleibt dieselbe. Eine besondere vorteilhafte und einfache Ausbildung des Mundstücks wird erreicht, wenn das Mundstück in Form eines Rohres gegossen wird, das an einem Ende radial von 3 odor 4 odor noch mehr Richtungen ausgehend zusammengedrückt wird. Wenn sich das Mundstück für den Flüssigkeitsdurchtritt öffnet, kann es sehr leicht in eine praktisch vollständige kreisförmige Querschnittsform gebracht werden, insbesondere dann, wenn das Mundstück aus dünnem und sehr flexiblem Material hergestellt ist, so daß es gemäß der Erfindung möglich ist, daß das Mundstück nicht als ein direkt mit Flüssigkeitspumpen zusammenwirkendes Absperrventil, sondern mit Hilfe des federbelasteten Ventils arbeitet, welches die Spannungen am Mundstück beim Rückhub der Pumpe bcqrenzt. Darüber hinaus kann die Steifigkeit b'/w. Biegbarkeit oder Flexibilität der Düsen bzw. des Mundstück-

materials variieren und so ausgebildet sein, daß es mit der Art der Flüssigkeit zusammenwirkt. Aus hygienischen Gründen soll das Mundstück in bestimmten Zeitabständen austauschbar sein? dies kann aber mit niedrigen Kosten geschehen, da die Herstellungskosten des Mundstücks sehr niedrig sind.

Das Absperrorgan bzw. Mundstück gemäß der Erfindung und insbesondere die beschriebene Kombination des Mundstücks und Ventils führen zu einem Absperrorgan, das dank der innewohnenden Rücksaugfunktion die Flüssigkeit während des Rückhubs der Dosierungspumpe in der Kammer zurückhält und daher das Nachtropfen und Ausspulen während des Füllens einzelner Verpackungsbehälter verhindert. Das Absperrorgan arbeitet automatisch und wird durch den Flüssigkeitsstrom gesteuert, so daß das Absperrorgan die Verpackungsmaschine nicht kompliziert oder verteuert.

Claims

Patentansprüche

/ 1.) Absperrorgan mit einem Mundstück bzw. einer Düse und einem Ventil, dadurch gekennzeichnet,

daß die Düse bzw. das Mundstück (5) aus biegbarem bzw. flexiblem Material besteht und einen Schlitz (15) aufweist, der bei Abwesenheit von auf das Mundstück einwirkenden äußeren bzw. fremden Kräften aufgrund der Materialsteifigkeit des Mundstücks (5) geschlossen bzw. gesperrt gehalten ist.
2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Mundstück (5) zwei oder mehr Schlitze (15) aufweist, zwischen denen Lappen (16) gebildet sind, die durch eingefüllte Flüssigkeit ausfaltbar sind.
3. Absperrorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Mundstück (5) in Form eines Rohres ausgebildet ist, von dem ein Ende aus drei oder mehreren Richtungen zusammengepresst ist.
4. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß das Mundstück (5) aus Gummi bzw. Kautschuk einer Härte von 25 bis 40° Shore besteht.
5. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß das Mundstück (5) die Austrittsöffnung von einer Kammer (1) bildet, deren Einlaßöffnung als Eingangsleitung (2) ausgebildet ist, die mit dem Ventil (3) versehen ist.

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6. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß es mit einer Einrichtung (9) zum Ändern des Volumens in der Kammer (1) versehen ist.
7. Absperrorgan nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung aus einem Kolben (9) besteht, der so . gehalten ist, daß er in der Eingangsleitung (2) der Kammer ( 1) bewegbar ist.
8. Absperrorgan nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kolben (9) an seiner der Kammer (1) zugewandten Stirnseite mit einer Dichtungseinrichtung (7) versehen ist, welche die Eingangsleitung (2) von der Kammer (1) abdichtet.
9. Absperrorgan nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kolben (9) zwischen einer vorderen geöffneten Stellung, in der ein Durchtritt zwischen der Eingangsleitung (2) und der Kammer (1) möglich ist, und einer hinteren Sperrstellung bewegbar ist, in der die Dichtungseinrichtung (7) dicht gegen die Mündung der Eingangsleitung (2) presst, die als Ventilsitz (8) ausgebildet ist.
10. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Feder (12) den Ventilkörper (6) in die Sperrstellung drückt und die Kraft, mit der die Feder (12) gegen den Sperrkörper (6) wirkt, geringer ist als die Kraft, mit der die durch die Eingangsöffnung (2) strömende Flüssigkeit auf den Sperrkörper (6) einwirkt.