Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Süsswarenherstellung, insbesondere auf dem Gebiet zur Herstellung gefüllter Süsswaren in so genannter one-shot-Technik und betrifft eine Vorrichtung zur gesteuerten Durchleitung von Süssmassen aus Vorratsbehältern zu einer gemeinsamen Auspressmündung gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Herkömmliche one-shot-Anlagen sperren und geben den Durchlauf von Süssmasse aus den Vorratsbehältern mittels Drehventilen oder eventuell Drehschiebern frei, deren Drehachsen bzw. Antriebselemente parallel laufend und nebeneinander angeordnet sind. Wenn man für ein Mehrfachventil nicht eine gemeinsame Antriebswelle mit eingebohrten Ventilgängen verwendet, sondern hintereinander geschaltete Einzelventile anordnet, müssen Antrieb und Register insbesondere bei einer Mehrfachanordnung zu einem Drehventilregister zwangsläufig mechanisch ineinander greifen. Dies erschwert die Demontage und Reinigung dieser Maschinenteile bei einem Wechsel des herzustellenden Produktes noch mehr, als bei einer Welle mit eingeformten Ventilgängen.
Ausserdem ist der drehwinkelphasengenaue Antrieb paarweise angeordneter Drehventilregister dieser Art für die Herstellung der Zweikomponentenprodukte nur mit relativ grossem Aufwand zu bewerkstelligen.
Obschon man allgemein annimmt, dass diese Phasengenauigkeit relativ unkritisch ist, hat sich im Zusammenhang mit der Erfindung doch herausgestellt, dass bei phasengleichen Drehwinkeln der Paare von Drehventilen oder Drehschiebern bei gleicher Produktqualität die Kadenz des Ausstosses ziemlich erhöht werden kann. Schaltet man ein Vorlaufen oder Nachlaufen zwischen gekoppelten Drehventilen oder Drehschiebern rigoros aus, so lässt sich ein Süssmassendurchlauf schon bei sich eben öffnenden Drehventilen oder Drehschiebern initialisieren, wodurch sich die Totzeitkette innerhalb des Prozessablaufs erheblich verkürzen lässt. Dies ist möglich, indem die Steuerung der Kopplung absolut beherrscht wird.
So zeigt die Erfindung zwei wesentliche Ausführungsformen: eine phasenstarre mechanische Kopplung mit Phasendifferenz Null, die man als Standard ansehen kann, und eine elektrische Kopplung, bei der prozessvorteilhafte Phasendifferenzen "einprogrammiert" werden können, die man als Spezialausführung ansehen kann. Bei Letzteren wäre dies dann der Fall, wenn ganz spezielle Fliesseigenschaften der Süssmasse vorgängig oder während des Prozesses festgestellt und durch Regulieren der Phasendifferenz direkt in Prozessnutzen umgemünzt werden können.
Man muss davon ausgehen, dass sich die Eigenschaften des zu prozessierenden Materials ständig ändern und wenn bisher Auflagen an das Material gemacht werden mussten, weil die mechanischen Bedingungen der Anlage während des Prozesses eine zu kleine Änderungsbandbreite des Prozessstoffes aufweisen, so kann mit der Erfindung die Ablauf-Flexibilität je nach Fall des eingesetzten Materials, also der Süssmasse, dramatisch verbessert werden.
Anhand der nachfolgend aufgeführten Figuren wird die Erfindung am Beispiel von Drehventilanordnungen, wobei bei Anwendung von Drehschiebern ähnliche bis gleiche Überlegungen anzustellen sind, nun im Detail diskutiert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil einer Drehventilanordnung gemäss Stand der Technik mit zwei Drehventilen, bei welcher Anordnung die Drehachsen der Ventilkörper und Antriebswellen parallel und senkrecht zur Papierebene stehen und jeder Drehventilregister einen eigenen Antriebsstrang aufweist.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Teil einer Drehventilanordnung gemäss Erfindung, bei welcher Anordnung die Drehachsen der Ventilkörper parallel zur Papierebene stehen und ein oder mehrere Linearantrieb/e die Ventilkörper entlang der parallel zur Papierebene stehenden Drehachsen antreibt/antreiben.
Fig.
3a zeigt im Aufriss einen Teil einer phasenstarren mechanischen Kopplung zweier Paare von Drehventilregistern, bei welcher die Phasendifferenz von \ffnungs- und Schliessvorgang zwischen den Drehventilen stets Null beträgt.
Fig. 3b zeigt im Grundriss einen Teil der phasenstarren mechanischen Kopplung zweier Drehventilregister gemäss Fig. 3a.
Fig. 4 zeigt im Grundriss einen Teil einer elektrischen Kopplung zweier Paare von Drehventilregister, bei welcher die Phasendifferenz von \ffnungs- und Schliessvorgang zwischen den Drehventilregistern einstell- bzw. programmierbar ist.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm des Prozessablaufs, soweit er die Steuerung von Drehventilregistern betrifft.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung gemäss Fig. 1 weist trichterförmige Ansaugöffnungen 17, 17 min auf, welche mit Vorratsbehältern 20, 20 min für ein Zweikomponentenprodukt aus zwei Süssmassen verbunden sind. An der linken Ansaugöffnung 17 liegt eine Innenfüllung an und an der rech ten Ansaugöffnung 17 min liegt eine Mantelmasse an. Jede der Ansaugöffnungen 17, 17 min mündet an einen zylindrischen Ventilkörper 3, 3 min . Jeder der Zweiwegventilkörper 3, 3 min besitzt einen Ventilkanal 30, 30 min . Diese Ventilkörper 3, 3 min lassen sich um senkrecht zur Papierebene stehende Drehachsen drehen. Als Antrieb dienen schraffiert eingezeichnete Antriebs- oder Steuerwellen.
Ein erstes Ende der Ventilkanäle 30, 30 min lässt sich gegenüber einem Dosierkolben 2, 2 min positionieren, ein anderes Ende der Ventilkanäle 30, 30 min lässt sich wahlweise gegenüber der Ansaugöffnungen 17, 17 min oder gegenüber der Auspressöffnungen 19, 19 min positionieren.
Die Dosierkolben 2, 2 min sind Teil eines nicht näher abgebildeten Fördermittels. Diese Dosierkolben 2, 2 min laufen gegeneinander. Bei Rücklauf der Dosierkolben 2, 2 min , d.h. beim Bewegung der Dosierkolben 2, 2 min weg von den Ventilkörpern 3, 3 min saugen die Dosierkolben 2, 2 min an, bei Vorlauf der Dosierkolben 2, 2 min , d.h. bei Bewegung der Dosierkolben 2, 2 min hin zu den Ventilkörpern 3, 3 min pressen die Dosierkolben 2, 2 min aus. Dies ist durch die gekrümmten doppelseitigen Pfeile schematisch angezeigt.
In der Stellung gemäss Fig. 1 sind zwei Enden der beiden Ventilkanäle 30, 30 min gegenüber den Ansaugöffnungen 17, 17 min und zwei andere Enden der beiden Ventilkanäle 30, 30 min gegenüber den Dosierkolben 2, 2 min positioniert, sodass durch Rücklauf der Dosierkolben 2, 2 min Süssmasse aus den Ansaugöffnungen 17, 17 min in die Ventilkanäle angesaugt wird. Nach Drehung der beiden Ventilkörper 3, 3 min um 90 DEG sind zwei Enden der beiden Ventilkanäle 30, 30 min gegenüber den Auspressöffnungen 19, 19 min und zwei andere Enden der beiden Ventilkanäle 30, 30 min gegenüber den Dosierkolben 2, 2 min positioniert, sodass durch Vorlauf der Dosierkolben 2, 2 min Süssmasse in die Auspressöffnung 19, 19 min gepresst wird. Die Auspressöffnungen 19, 19 min münden in einer gemeinsamen Auspressmündung einer Düse.
Die Ventilkörper 3, 3 min bilden Drehhähne oder Drehventile und werden über schraffiert eingezeichnete Antriebselemente betätigt. Im Stand der Technik sind die Antriebselemente Steuer- oder Antriebswellen. Gemäss Fig. 1 liegen also Paare von Drehventilen vor, deren Ventilkörper 3, 3 min und deren Antriebswellen um die gleiche Drehachse drehen. Diese Paare von Drehventilen werden um zwei nebeneinander angeordnete und senkrecht zur Papierebene stehende Drehachsen gegengerichtet gedreht. Diese Anordnung mit zwei nebeneinander angeordneten Drehachsen für das \ffnen und Schliessen der zwei Reihen Ventilkörper 3, 3 min sowie die gegengerichtete Betätigung der zwei Steuerwellen ist eine direkte Konsequenz der gegengerichteten Anordnung der Drehkolben 2, 2 min .
Da der Winkel zwischen den beiden Enden der Ventilkanäle 30, 30 min 90 DEG beträgt, werden die Positionen "Ansaugen" und "Auspressen" durch Drehen der Drehachsen um diesen minimalen Winkel von 90 DEG , d.h. also durch gegengerichtetes Drehen der Ventilkörper 3, 3 min eingestellt.
Um einen hohen Ausstoss zu erreichen, betätigen die beiden Steuerwellen in der Regel nicht jeweils einen einzigen Ventilkörper, sondern sie sind einstückig mit diesen ausgebildet, derart dass jede der beiden Steuerwellen mehrere Ventilkanäle 30, 30 min aufweist, welche alle parallel zueinander entlang der Drehachsen angeordnet sind. Diese Anordnung ist schwer zu montieren, zu demontieren und zu reinigen. Ausserdem ist ein drehwinkelphasengenauer Antrieb von solchen Drehventilregisterpaaren für die Herstellung der Zweikomponentenprodukte nur mit relativ grossem Aufwand zu bewerkstelligen. Daraus folgt, dass Verkürzungen von Totzeiten im Prozessablauf kaum möglich sind.
Fig. 1 zeigt klar, dass die bisherige Anordnung von Drehventilregistern für die Durchleitung der Süssmassen zur gemeinsamen Auspressmündung dahingehend inadäquat ist, dass sie einerseits einen relativ aufwändigen Mecha nismus aufweist, der schwierig zu handhaben ist und doch fürsorglich behandelt werden muss wegen der mechanischen Verschachtelung (Ineinandergreifen zwischen Register und Antrieb) und andererseits eine flexible, doch absolut kontrollierte Steuerung von Drehventilpaaren nicht zulässt.
Im Folgenden wird die erfindungsgemässe Vorrichtung im Detail beschrieben. Ausgehend vom obigen Stand der Technik werden einige bekannte Merkmale wiederholt, dies geschieht jedoch einzig aus dem Grund, um die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung klar und für den Fachmann verständlich darzustellen.
In Fig. 2 ist ein Teil einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum gesteuerten Durchleiten von Süssmassen schematisch abgebildet. Diese Drehventilanordnung kennzeichnet sich vom oben erwähnten Stand der Technik durch die Verwendung von zwei Paaren von Drehventilregistern, wobei die Drehachsen der Ventilkörper parallel zur Papierebene stehen und ein oder zwei Linearantriebselement/e diese Ventilkörper entlang dieser parallel zur Papierebene stehenden Drehachsen antreibt/antreiben.
Diese Vorrichtung weist ein Dosiersystem 1, 1 min mit zwei trichterförmigen Ansaugöffnungen 17, 17 min auf, die mit Vorratsbehältern 20, 20 min für ein Zweikomponentenprodukt aus zwei Süssmassen verbunden sind. Beispielsweise liegt an der linken Ansaugöffnung 17 eine Innenfüllung an und an der rechten Ansaugöffnung 17 min liegt eine Mantelmasse an. Dem Fachmann liegt es bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung frei, mehr als zwei Ansaugöffnungen und/oder mehr als zwei Vorratsbehälter zu verwenden, um beispielsweise Mehrkomponentenprodukte aus mehr als zwei Süssmassen herzustellen. Die Ansaugöffnungen 17,17 min münden an jeweils einen Ventilkörper 3, 3 min . Jeder Ven tilkörper 3, 3 min besitzt einen Ventilkanal 30, 30 min . Diese Ventilkörper 3, 3 min lassen sich um parallel zur Papierebene stehende Drehachsen drehen.
Diese Zweiwegventilkörper erlauben es, ein Ende der Ventilkanäle 30, 30 min gegenüber einem Dosierkolben 2, 2 min zu positionieren, während ein anderes Ende der Ventilkanäle 30, 30 min wahlweise gegenüber Ansaugöffnungen 17, 17 min oder gegenüber Auspressöffnungen 19, 19 min positioniert wird. Auch hier gilt, dass es dem Fachmann bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung freigestellt ist, andere Ventilkörper als die gezeigten Zweiwegventilkörper zu verwenden. Beispielsweise lassen sich Drei- und Mehrweg-Ventilkörper verwenden, um somit Mehrkomponentenprodukte aus mehr als zwei Süssmassen herzustellen, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die beiden Dosierkolben 2, 2 min sind Teil eines nicht näher abgebildeten Fördermittels, beispielsweise wird eine Kolbenpumpe verwendet. Die Dosierkolben 2, 2 min laufen gegeneinander. Bei Rücklauf der Dosierkolben 2, 2 min , d.h. bei Bewegung der Dosierkolben 2, 2 min weg von den Ventilkörpern 3, 3 min saugen die Dosierkolben 2, 2 min an, bei Vorlauf der Dosierkolben 2, 2 min , d.h. bei Bewegung der Dosierkolben 2, 2 min hin zu den Ventilkörpern 3, 3 min pressen die Dosierkolben 2, 2 min aus. In der Stellung gemäss Fig. 2 sind zwei Enden der beiden Ventilkanäle 30, 30 min gegenüber den Ansaugöffnungen 17, 17 min und zwei andere Enden der beiden Ventilkanäle 30, 30 min gegenüber den Dosierkolben 2, 2 min positioniert, sodass durch Rücklauf der Dosierkolben 2, 2 min Süssmasse aus den Ansaugöffnungen 17, 17 min in die Ventilkanäle angesaugt wird.
Nach Drehung der beiden Ventilkörper 3, 3 min um 90 DEG sind zwei Enden der beiden Ventilkanäle 30, 30 min gegenüber den Auspressöffnungen 19, 19 min und zwei andere Enden der beiden Ventilkanäle 30, 30 min gegenüber den Dosierkolben 2, 2 min positioniert, sodass durch Vorlauf der Dosierkolben 2, 2 min Süssmasse in die Auspressöffnungen 19, 19 min gepresst wird. Die beiden Auspressöffnungen 19, 19 min werden in einer Platte 8 zusammengeführt und münden in einer gemeinsamen Auspressmündung 9 einer Düse.
Die Ventilkörper 3, 3 min bilden Drehhähne oder Drehventile 3, 3 min und werden über ein oder mehrere Antriebselement/e betätigt. Vorteilhafterweise ist/sind ein oder zwei separate Linearantriebselement/e vorgesehen, um diese Ventilkörper zu betätigen. Je einer der Ventilkörper 3, 3 min ist über eine Halteleiste 4, 4 min und Haltebolzen 5, 5 min , 7, 7 min mit je einer Schubstange 6, 6 min als Teil der/des Antriebselemente/s verbunden. Die Halteplatte 4, 4 min hält die Ventilkörper 3, 3 min in ihren Ventilsitzen, während diese druckbeaufschlagt werden. Die Haltebolzen 5, 5 min dienen zur Befestigung der Halteplatte 4, 4 min am Dosiersystem 1. Für ein rasches Lösen der Halteplatte 4, 4 vom Dosiersystem 1, 1 min sind die Haltebolzen 5, 5 min in Langlöchern der Grundplatte 4, 4 min angebracht.
Die Haltebolzen 7, 7 min verbinden die Ventilkörper 3, 3 min mit den Schubstangen 6, 6 min . Die Schubstangen 6, 6 min fahren entlang der parallel zur Papierebene stehenden Drehachse vor und zurück und drehen dabei die Ventilkörper 3, 3 min . Zu diesem Zweck sind die Haltebolzen 7, 7 min fest (nicht drehbar) in den Ventilkörpern 3, 3 min angebracht und sie sind drehbar in den Schubstangen 6, 6 min angebracht. Die Schubstangen 6, 6 min sind somit nahe neben den Drehventilen 3, 3 min angeordnet und fahren entlang der Drehachsen der Drehventile 3, 3 min vor und zurück. Ein eigentliches Ineinandergreifen von Antrieb und Drehventil liegt nicht vor. Die Vorteile liegen auf der Hand, diese Anordnung ist einfach zu montieren und demontieren und zu warten.
Die Schubstangen 6, 6 min des Linearantriebselementes werden parallel zueinander um kleine Distanzen vor- und zurückgefahren. Dies wird in den Fig. 3a, 3b und 4 in verschiedenen Aufrissen und Grundrissen gezeigt. Diese kleinen Distanzen sind durch den länglichen doppelseitigen Pfeil x- x schematischen angegeben. Die Fig. 3a und 3b zeigen hierbei eine bevorzugte Ausführungsform mit einer mechanischen Kopplung und Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform mit einer elektrischen Kopplung. Bei der mechanischen Kopplung zweier Drehventilregister wird ein Motor 11 mit einer Lagerplatte 10 und zwei Antriebsschubstangen 16, 16 min verwendet, sodass die Phasendifferenz vom \ffnungs- und vom Schliessvorgang zwischen den Drehventilregistern stets Null ist.
Bei der elektrischen Kopplung zweier Drehventilregister werden zwei Motoren 110, 110 min mit zwei Lagerplatten 100, 100 min und zwei Antriebsschubstangen 160, 160 min verwendet, sodass die Phasendifferenz von \ffnungs- und Schliessvorgang zwischen den Drehventilregistern hingegen einstell- bzw. programmierbar ist.
Vorteilhafterweise aber nicht zwingenderweise treiben diese Motoren 11, 110, 110 min die jeweiligen Antriebsschubstangen 16, 16 min , 160, 160 min nicht direkt an, sondern sie treiben diese indirekt über beabstandende Zahnräder 12, 13, 120, 120 min , 130, 130 min und Lagerplatten 10, 100, 100 min an. Als Motoren können gängige Steppermotoren verwendet werden. So treibt ein Motor 11, 110, 110 min direkt ein erstes Zahnrad 12, 120, 120 min an, welches mit beispielsweise 1:1-Übersetzung ein weiteres Zahnrad 13, 130, 130 min antreibt. Die Lagerplatten 10, 100, 100 min sind über Befestigungsbolzen mit dem weiteren Zahnrad 13, 130, 130 min verbunden. Die Antriebsschubstangen 16, 16 min , 160, 160 min sind über weitere Befestigungsbolzen 15, 15 min , 150, 150 min und Lagerzapfen 14, 14 min , 140, 140 min mit den Lagerplatten 10, 100, 100 min verbunden.
Diese Beabstandung verhindert, dass die vor- und rückfahrenden Antriebsschubstangen 16, 16 min , 160, 160 min in die Motorengehäuse prallen. Dem Fachmann steht es frei, bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung andere Motoren und/oder andere Arten von Abstandshaltern und/oder andere Anordnungen als mit Lagerplatten und Antriebsschubstangen zu verwenden. Diese beschriebenen Antriebe sind einfach und robust.
Zum Erzielen eines hohen Ausstosses betätigen die Schubstangen 6, 6 min gleichzeitig mehrere Ventilkörper 3, 3 min , welche alle entlang der Schubstangen 6, 6 min angeordnet sind. In diesem Fall wird von einem Drehventilregister ge sprochen. Beispielsweise werden 12er-Register mit 12 hintereinander angeordneten Ventilkörpern 3, 3 min verwendet. In den Fig. 3a, 3b und 4 sind nur die ersten drei Ventilkörper respektive Dosierkolben dieser Register abgebildet. Dem Fachmann steht es bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung natürlich frei, andere Drehventilregister mit mehr oder weniger als 12 derart hintereinander angeordneten Ventilkörpern zu verwenden.
Bei der phasenstarren mechanischen Kopplung gemäss der Fig. 3a und 3b wird ein einziger Linearantrieb verwendet. Durch die gegenseitige Lage der Ventilkörper 3 des ersten Drehventilregisters sowie der Ventilkörper 3 min des Weiteren Drehventilregisters wird eine eventuelle Phasenverschiebung vom \ffnungs- und vom Schliessvorgang einmal mechanisch eingestellt. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist diese Phasenverschiebung beispielsweise Null Grad, d.h. diese mechanisch gekoppelten Drehventilregister öffnen und schliessen sich gleichzeitig.
Natürlich ist es durchaus möglich, einen phasenstarren Vorlauf oder Rücklauf der Drehventile einzustellen, d.h. dass ein Drehventilregister, beispielsweise jenes für die Innenfüllung mit einer geringfügigen oder starken Phasenverschiebung von einigen oder mehreren Graden versetzt zu jenem Drehventilregister der Mantelmasse öffnet oder schliesst. Diese genaue, schrittmotorgesteuerte Kontrolle des \ffnens und Schliessens der Drehventile bei phasengleichem Drehwinkel beider Drehventilregisterpaare erlaubt die Kadenz des Ausstosses zu erhöhen und die Produktqualität beizubehalten. Dem Fachmann stehen bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung hierbei vielfältige Variationen offen. Im Unterschied und ergänzend zur phasenstarren mechanischen Kopplung werden bei der elektrischen Kopplung gemäss Fig. 4 zwei unabhängig ansteuerbare bzw. programmierbare Linearantriebe verwendet.
Dies gestattet eine weit gehend freie Gestaltung möglicher Phasendifferenzen. Beispielsweise können die Drehventilregister unabhängig voneinander zeitlich geöffnet und geschlossen werden.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm des Prozessablaufs, soweit er eine Steuerung der Drehventilregister betrifft. Dieses beispielhafte Diagramm wird von oben nach unten gelesen. Zum Ausgangszeitpunkt sind die Drehventilregister geschlossen, d.h. die Ventilkörper 3, 3 min befinden sich in einer Stellung gemäss Fig. 2, sodass keine Süssmasse durchgeleitet wird. Die Bedingungen werden festgelegt, unter welchen ein Start der oder des Drehventil/s erfolgen soll. Ein Prozessablauf wird durch Starten der Dosierkolben 2, 2 min initiiert, d.h. die Dosierkolben 2, 2 min werden in eine Ansaugstellung weg von den Ventilkörpern 3, 3 min geführt, wie es beispielhaft in Fig. 2 beispielhaft aufgezeigt ist. Durch Verwendung von Steppermotoren ist eine Programmierung der vor- und zurückgefahrenen Distanz der Linearantriebe möglich.
Eine bestimmte Anzahl Schritte der Steppermotoren entspricht einem gewünschten Teilwinkel @ der Drehung des Drehventils um seine Drehachse. Durch Starten des Steppermotors wird diese Drehung des Drehventils durchgeführt. Im Falle der mechanischen Kopplung wird sie von beiden Drehventilregistern gleichzeitig durchgeführt, im Falle einer elektrischen Kopplung wird sie von einem oder beiden Drehventilregistern gleichzeitig oder mit einer ebenfalls programmierbaren Phasendifferenz ausgeführt. Die Zeitdauer zwischen solchen Linearbewegungen lässt sich ebenfalls programmieren. Dies gestattet es, die Bedingungen festzulegen, unter welchen einer erneuter, nächster Start des Drehventils erfolgen soll. Diese elementaren Prozessabläufe lassen sich bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung beliebig variieren und wiederholen.