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Flüssigkeits-Abfüllnadel
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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeits-Abfüllnadel mit einem Abgaberohr,
einer im Abstand vom Ausflußende des Abgaberohrs in dieses einmündenden Zuleitung
und einem von einer Antriebseinrichtung steuerbaren Flüssigkeitssperrventil im Strömungsweg
der Flüssigkeit zwischen Zuleitung und Abflußende.
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Derartige Abfüllnadeln werden in Flüssigkeitsabfüllmaschinen eingesetzt.
Das in Betriebsstellung vertikale Abgaberohr wird mit nach unten weisendem Ausfluß
ende in den zu füllenden Behälter, beispielsweise eine Flasche oder dergleichen,
eingeführt und während oder nach dem Abfülivorgang herausgezogen. Der größte Teil
der Zuleitung besteht aus einem Schlauch, der der periodischen Hubbewegung des Abgaberohrs
folgt. Das Sperrventil bekannter Abfüllnadeln verschließt das Ausflußende des Abgaberohrs,
um insbesondere bei Flüssigkeiten mit geringer Oberflächenspannung oder geringer
Viskosität das Nachtropfen der aus dem Behälter herausgezogenen Abfüllnadel zu verhindern.
Bei
dickflüssigen oder viskosen Flüssigkeiten kann mittels des am
Ausflußende angeordneten Sperrventils der beim Herausziehen der Abfüllnadel aus
dem Behälter folgende Flüssigkeitsfaden abgeschnitten werden.
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Der für die Zuleitung zur Abfüllnadel benutzte Schlauch ist elastisch
und bläht sich während des Abfüllvorgangs aufgrund des z.B. von einer Dosierpumpe
oder dergleichen erzeugten Abfülldrucks auf. Nach beendigter Dosierung entspannt
sich der Schlauch über die Abfüllnadel. Es hat sich gezeigt, daß bisher benutzte
Sperrvent ' das Nachtropfen aufgrund der Pumpwirkung des sich entspannenden Schlauchs
nicht sicher verhindern konnten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg zu zeigen, wie das Nachtropfen
derartiger Abfüllnadeln mit Sicherheit verhindert werden kann.
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Ausgehend von der eingangs näher erläuterten Flüssigkeits-Abfüllnadel
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abgaberohr mit dem Innenraum
eines Zylinders in Flüssigkeitsverbindung steht, in welchem ein gegen den Innenraum
abgedichteter Kolben verschiebbar angeordnet ist und daß die Antriebseinrichtung
des Flüssigkeitssperrventils oder eine weitere Antriebseinrichtung während und/oder
nach dem Sperren des Flüssigkeitssperrventils den Kolben in Richtung einer Innenraumvergrößerung
des Zylinders verschiebt. Die Wirkungsweise der Kolben-Zylinder-Einheit ist unterschiedlich,
je nachdem, ob das Flüssigkeitssperrventil die Flüssigkeitsströmung vor oder hinter
dieser Einheit sperrt. Ist das Sperrventil zwischen der Zuleitung einerseits und
der Kolben-Zylinder-Einheit bzw.
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dem Abgaberohr andererseits angeordnet, so saugt der Kolben bei gesperrtem
Flüssigkeitssperrventil einen Teil der im Abgaberohr verbliebenen Flüssig1 itsrestmenge
in den Zylinder ein. Die in dem Abgaberohr verbliebene Flüssigkeitssäule wird entlastet
uiil neigt nicht zum Nachtropfen.
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Ist das Flüssigkeitssperrventil am Ausflußende des Abgaberohrs angeordnet,
so nimmt die Kolben-Zylinder-Einheit das aus dem entspannenden Schlauch abflieBende
Flüssigkeitsvolumen zumindest teilweise auf und entlastet das Flüssigkeitssperrventil.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erstgenannten Art ist das
Sperrventil als die Flüssigkeitsströmung sowohl zum Innenraum des Zylinders als
auch dem Ausflußende des Abgaberohrs sperrendes Schieberventil ausgebildet, dessen
Schieber mechanisch mit dem Kolben gekuppelt ist. Es genügt ein einziger Antrieb,
beispielsweise ein Pneumatikzylinder, zur Steuerung des Flüssigkeitssperrventils
als auch der Kolben-Zylinder-Einheit.
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Vorzugsweise mündet die Zuleitung in eine öffnung des Zylinder-Innenmantels.
Der Schieber ist hierbei als rohrförmiges, in Strömungsrichtung zum Ausflußende
des Abgaberohrs hin offenes Kolbenhemd ausgebildet, welches in axialem Abstand von
seinem offenen Ende eine in der Offenstellung des Sperrventils mit der Mündungsöffnung
fluchtende Steueröffnung aufweist. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform
ist ihre geringe Anzahl an Einzelteilen. Das Sperrventil ist auf der Zufluß seite
der Flüssigkeit angeordnet, womit das bei herkömmlichen Sperrventil-Abfüllnadeln
am Ausflußende des Abgaberohrs vorgesehene Sperrventil entfällt. Das Abgaberohr
enthält keine Steuerstangen oder dergleichen für das Sperrventil, was das Zerlegen
und Reinigen der Abfüllnadel erleichtert. Das Abgaberohr kann lösbar an der Kolben-Zylinder-Einheit
angebracht sein, so daß es, nachdem es keine Steuerstangen und dergleichen enthält,
betriebsmäßig leicht ausgewechselt werden kann.
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Um das Totvolumen der Kolben-Zylinder-Einheit bis zum vollständigen
Schließen des Schieberventils möglichst klein zu halten, schließt sich die Steueröffnung
bevorzugt unmittelbar an den das Kolbenhemd innenseitig überspannenden Boden des
Kolbens an.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorstehend erläuterten zweiten
Art ist das Ausflußende des Abgaberohrs als Ventilsitz für einen Ventilkörper ausgebildet,
der über eine in dem Abgaberohr angeorcete Stange mit dem gleichachsig zum: Abgaberohr
angeordneten Kolben gekuppelt ist. Die Zuleitung mündet zwischen Kolben und Ventilsitz
in das Abgaberähr oder den dazu gleichachsig angeordneten Zylinder. Die bei geschlossenem
Flüssigkeitssperrventil dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzte Fläche des Ventilkörpers
ist zweckmäßigerweise kleiner als die dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzte Fläche des
Kolbens. Dio auf diese Weise entstehende hydraulische Kraftübersetzung verstärkt
den Schließdruck des ausflußseitigen Sperrventils und hält dies sicher geschlossen.
Auch in dieser Ausführungsform ist das Abgaberohr zweckmäßigerweise gleichachsig
und betriebsmäßig lö$bar mit dem Zylinder verbunden. Soweit der Ventilkörper den
Ventilsitz von der dem Kolben axial abgewandten Seite übergreift, ist der Ventilkörper
und/oder der Kolben betriebsmäßig lösbar mit der Stange verbunden.
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Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 eine teilweise geschnittene
Seitenansicht einer Flüssigkeits-Abfüllnadel mit in geschlossener Stellung dargestelltem,
ausflußse-itiqen Sperrventil und Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht
einer Flüssigkeits-Abfüllnadel mit in geöffneter Stellung dargestelltem, zulaufseitigen
Flüssigkeitssperrventil.
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Die in Fig. 1 dargestellte Flüssigkeits-'Abfüllnadel weist einen Kolben-Zylinder-Einheit
1 mi' einem Zylinder 3 und eine in vertikaler Richtung darin verschiebbaren Kolben
5 auf, der die Zylinderbohrun 7 nach oben hin abgedichtet
verschließt.
Nach unten hin geht die Zylinderbohrung 7 gleichachsig in ein vertikales Abfüllrohr
9 über, welches an seinem unteren Ende durch ein Sperrventil 11 verschließbar ist.
Das Sperrventil 11 weist einen Verschlußkörper 13 auf, der von unten her gegen eine
als Ventilsitz ausqebiidete Stirnfläche 15 des Abgaberohrs 9 bewegbar ist. Ein in
einer Umfangsnut des Ventilkörpers 13 gehaltener Dichtring 17 sorgt für ausreichende
Dichtheit. Der Ventilkörper 13 trägt innerhalb des Abgaberohrs 9 einen Führungsstern
19, der zwischen seinen vertikal und radial zur Rohrachse verlaufenden Flügeln Strömungskanäle
für die Flüssigkeit bildet. Der Ventilkörper 13 ist über eine gleichachsig in dem
Abgaberohr 9, dem Zylinder 3 verlaufende Stange 21 mit dem Kolben 5 gekuppelt und
folgt damit der Schiebebewegung des Kolbens. Das kolbenseitige Ende der Stange 21
durchsetzt eine axiale Bohrung 23 des Kolbens 5 und ist in diesem Bereich mit einem
Gewinde versehen. Muttern 25, 27 spannen die Stange 21 zwischen den Kolbenboden
und einem den Kolben 5 mit einer Kolbenstange 29 eines pneumatischen oder hydraulischen
Arbeitszylinders 31 verbindenden Kupplungsstück 33 fest. Das Kupplungsstück trägt
einen Führungszapfen 35, der in einem vertikalen Führungsschlitz 37 eines Haltebügels
39 verschiebbar geführt ist. Auf diese Weise werden das Kupplungsstück 33 und damit
der Kolben 5 drehfest aber vertikal verschiebbar geführt. Unterhalb der untersten
Schiebestellung des Kolbens 5 mündet ein Schlauchstutzen 41 in den Zylinder 3.
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Im Betrieb ist an den Schlauchstutzen 41 ein z.B. von einer Dosierpumpe
oder dergleichen kommender Zuleitungsschlauch (nicht dargestellt) angeschlossen.
Der Haltebügel 39 ist an einer nicht dargestellten Abfüllmaschine angebracht, die
das Abgaberohr zum Füllen eines Behälters, beispielsweise einer Flasche oder dergleichen,
in die Flasche hinein absenkt und nach dem Füllen aus der Flasche wieder herauszieht.
Der Arbeitszylinder 31 wird so gesteuert, daß er nach dem Einführen des Abgaberohrs
9 den Kolben 5 absenkt,
womit über die Stange 21 das Sperrventil
11 geöffnet wird und die abzufüllende Flüssigkeit über den Schlauchstutzen 41 und
das Abgaberohr 9 abgegeben wird. Nach Abfüllen einer vorbestimmten Flüssigkeitsmere
bewegt der Arbeitszylinder 31 den Kolben 5 nach oben, womit ein Teil der aufgrund
der Eigenelastizität des Zuleitungsschlauchs nachströmenden Flüssigkeit während
des Schließvorgangs des Sperrventils 11 in den Zylinder 3 eingesaugt wird.
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Das sich schließende Sperrventil 11 wird hierdurch entlastet. Der
Durchmesser der Zylinderbohrung 7 ist größer als der Innendurchmesser des Abgaberoh@@
9. Der Kolben 5 spannt damit das Sperrventil 11 aufgrund des verbleibenden Flüssigkeitsdrucks
in Schließrichtung vor. Der Arbeitszylinder 31 kann hierbei gegebenenfalls druckentlastet
werden.
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Fig. 2 zeigt eine Flüssigkeits-Abfüllnadel mit einer Kolben-Zylinder-Einheit
51, in deren Zylinder 53 ein Kolben 55 vertikal verschiebbar ist. Der Kolben 55
verschließt eine Zylinderbohrung 57 des Zylinders 53 dicht nach oben hin.
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Der Zylinder 53 ist an seinem unteren Ende an einem Haltebügel 59
angebracht und setzt sich an seinem unteren Ende in einem vertikalen, gleichachsigen
und unten offenen Abgaberohr 61 fort.
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Der Kolben 55 trägt ein zum Abgaberohr 61 hin offen abstehendes Kolbenhemd
63. Unmittelbar anschließend an einen das Kolbenhemd 63 nach oben hin überspannenden
Boden 65 des Kolbens 55 schließt sich eine Steueröffnung 67 in dem J\'obcnheflId
63 an. Dic Stcueröffnung 67 bildet zusammen mit dem Kolbenhemd 63 sowie einer komplementären
Mündungsöffnung 69 eines in der Zylinderbohrung 57 mündenden Schlauchstutzens 71
ein Sperrventil 73. Das Sperrventil 73 ist in der in Fig. 2 dargestellten Stellung,
in der die Steueröffnung 67 und die Mündungsö nung 69 fluchten, geöffnet und kann
durch Anheben des Kolbens 55 geschlossen werden, wobei das Kolbenhemd .63 die Mündungsöffnung
69
abdeckt. Der Kolben 55 ist mit seiner Kolbenstange 75 über ein
Kupplungsstück 77 mit einer Kolbenstange 79 eines hydraulischen oder pneumatischen
Arbeitszylinder 81 vcrbunden. Ein Führungszapfen 83 des Kupplungsstücks 77> ist
in einem vertikalen Führungsschlitz 85 des Haltegestelis 59 verschiebbar geführt
und hält den Kolben 55 und dann die Steueröffnung 67 winkelmäßig ausgerichtet zur
Mündungsöffnung 69.
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Der Zylinder 53 ragt mit einem Ansatz 87 durch einen unteren Schenkel
89 des Haltebügels 59 hindurch. In einer Ringaussparung 91 dieses Ansatzes 87 sitzt
ein Ringflansch 93 des Abgaberohrs 61 eingespannt zwischen gegeneinander weisenden
Schultern 95 bzw. 97 einer auf den Ansatz 87 aufgeschraubten Überwurfmutter 99 bzw.
der Ringaussparung 91. Das Abgaberohr 61 wird auf diese Weise auswechselbar am Zylinder
gehalten, so daß es der jeweils abzufüllenden Flüssigkeit bzw. den jeweils zu füllenden
Behältern nach Durchmesser und Länge angepaßt werden kann.
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Im Betrieb wird die abzufüllende Flüssigkeit über einen nicht dargestellten,
an den Schlauchstutzen 71 angeschlossenen, elastischen Schlauch zugeführt. Die nicht
dargestellte Abfüllmaschine senkt die Abfüllnadel in den Behälter, beispielsweise
eine Flasche, ab und der Arbeitszylinder 81 schiebt den Kolben 55 in die das Sperrventil
73 öffnende, in Fig. 2 dargestellte Stellung. Nach Abgabe einer vorbestimmten Flüssigkeitsmenge
hebt der Arbeitszylinder den Kolben 55 an, wobei zunächst das Kolbenhemd 63 die
Mündungsöffnung 69 verschließt. Beim Weiterbewegen des Kolbens 55 saugt dieser die
im Abgaberohr 61 verbliebene Flüssigkeitssäule in die Zylinderbohrung 57 ein und
verhindert das Nachtropfen über die nicht verschlossene untere Ausflußöffnung des
Abgaberohrs 61. Der Abstand der Steueröffnung 67 vom unteren, freien Rand des Kolbenhemds
63 ist so groß bemessen, daß das Sperrventil 73 über einen -ausreichenden Hub des
Kolbens 55 verschlossen bleibt. Um
das Totvolumen oberhalb der
Mündungsöffnung 69 möglichst klein zu halten, kann der Boden 65 des Kolbens 55 in
Achsrichtung des Schlauchstutzens 71 schräggestellt sein, wie dies bei 101 durch
eine gestrichel Linie angedeutet ist.