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Vorrichtung zum Dosieren von flüssigen, pulverförmigen, körnigen oder
plastischen Stoffen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Dosieren
von flüssigen, pulverförmigen, körnigen oder plastischen Stoffen mittels radial
angeordneter, in Dosierkammern eines kontinuierlich umlaufenden, von einem Füllschuh
teilweise umgebenen Dosierzylinders hin- und herbeweglicher Dosierkolben.
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Bei den bekanntgewordenen Dosiereinrichtungen dieser Art unterscheidet
man im wesentlichen drei verschiedene Steuerungsgruppen für Dosierkolben, und zwar
eine Steuerung durch Kurvenbahnen, eine durch den Materialdruck und durch ein für
alle Kolben gemeinsames Ausstoßorgan und schließlich eine jedem Kolben zugeordnete
Einzelsteuerung. Die Nachteile der Kurvenbahnen bestehen nicht nur in dem hohen
Reibungsverschleiß und in den damit zusammenhängenden Laufgeräuschen, sondern auch
darin, daß - so wünschenswert ein steiler oder ein fein abgestufter Kurvenverlauf
für den Dosiervorgang auch sein mag - die Kurvenbahn an die Einhaltung einer gewissen
Grundform gebunden ist. Dagegen ist die durch den Druck des in die Dosierkammer
eindringenden Materials bewirkte Kolbensteuerung nur dann vorteilhaft, solange der
Materialdruck konstant ist. Bei variablem, z. B. bei zu geringem Fülldruck besteht
die Gefahr, daß innerhalb der vorgeschriebenen Füllzeit das Dosiervolumen in der
Dosierkammer seine vorbestimmte Größe nicht erreicht, so daß der Dosierzylinder
die nur zum Teil gefüllte Dosierkammer in die Ausstoßstellung überführt. Zwecks
Abwendung dieses Übelstandes ist bereits vorgeschlagen worden, den Dosierkolben
in der Füllstellung mechanisch, und zwar derart zu steuern, daß der Kolben während
der Füllzeit auf seinen vollen Hub zurückgenommen wird, wobei er auf das zu langsam
einströmende Material eine Saugwirkung und auf das zu schnell einschießende Material
einen nachgiebigen Widerstand ausübt. Eine derartige Steuerung ist kostspielig,
da sie nur mit einem erheblichen Aufwand an Konstruktionsmitteln durchführbar ist.
Bei der zuletzt genannten Steuerungsgruppe mit einer Einzelsteuerung für jeden Dosierkolben
unterscheidet man ortsfeste sowie mit dem Dosierzylinder umlaufende Steuerungsorgane,
wobei die ortsfesten lediglich im Bereich der Füll- und Ausstoßstellung angeordnet
sind und als verschiebbare Weichen dem Dosierkolben einen vorbestimmten Hub garantieren,
während die mit umlaufenden Steuerungsorgane im wesentlichen aus fallenartigen Führungsflächen
bestehen, die den Kolben während des Dosiervorganges nur in Richtung auf einen für
alle Kolben gemeinsamen, die Hubbegrenzung bildenden Anschlag passieren lassen und
die ihn während der Überführung in die Ausstoß stellung gegen die Wirkung der Fliehkraft
festhalten. Lediglich die Kraft des Ausstoßhebels vermag den Widerstand dieser federbeeinflußten
Führungsflächen zu überwinden und den Kolben unter Mitnahme der vor ihm liegenden
Dosiereinheit bis an die Mantelfläche des Dosierzylinders zu stoßen.
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Die meisten der bekannten Kolbensteuerungen ermöglichen eine Nachregelung
des Holbenhubes zu dem Zweck, damit Schwankungen im spezifischen Gewicht des zu
dosierenden Stoffes durch eine geringfügige Verkleinerung oder Vergrößerung der
Dosierkammer ausgeglichen werden können. So ist beispielsweise eine bekanntgewordene
Kurvenbahnsteuerung mit einem im Dosierbereich im geringen Ausmaß verstellbaren
Kurventeil ausgerüstet, während andere Steuerungen mit verstellbaren Anschlägen
zur Begrenzung des Kolbenhubs versehen sind.
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Derartige Kolbenhub-Verstelleinrichtungen sind jedoch nicht dazu
eingerichtet, daß die Dosiereinheiten in sehr unterschiedlichen Volumengrößen abgefüllt
werden können, sie ermöglichen lediglich die Herstellung von Dosiereinheiten innerhalb
eines begrenzten Volumenbereiches. Dies hat zur Folge, daß die Volumendosierung
innerhalb eines größtmöglichen Bereiches eine Vielzahl von untereinander in ihrer
Größenordnung abgestuften Dosiereinrichtungen erforderlich macht.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil auf
einfache und zuverlässige Art zu beseitigen. Sie bedient sich zu diesem Zweck einer
Vorrichtung zum Dosieren von pulverförmigen, körnigen oder plastischen Stoffen mittels
radial angeordneter, in Dosierkammern eines kontinuierlich um-
laufenden,
von einem Füllschuh teilweise umgebenen Dosierzylinders hin- und herbeweglicher
Dosierkolben und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierkolben mit einem von
Null bis zu ihrem Maximum regelbaren, während des Betriebes stufenlos zentral verstellbaren
Arbeitshub versehen sind.
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Die Steuerung der Dosierkolben erfolgt durch ein Geradschubkurb elgetrieb
e, wobei an ortsfesten Parallelogrammhebeln eine axial verstellbare Pleuelwelle
aufgehängt ist, an deren konzentrisch um die Pleuelwelle angeordneten Lagerstellen
die Dosierkolben tragende Pleuelstangen angelenkt sind.
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Die Anordnung des Schubkurbelgetriebes zur Steuerung der Dosierkolben
ist so getroffen, daß der Kolbenhub in der Füllstellung gleich Null ist, wenn der
ortsfeste Drehpunkt des Dosierzylinders mit dem variierbaren der Pleuelwelle zusammenfällt.
Mit zunehmendem Abstand beider Drehpunkte voneinander wird der von den Dosierkolben
beschriebene Kolben kreis im gleichen Maße kleiner wie der Kolbenhub zunimmt.
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Mit diesen verhältnismäßig einfachen Konstruktionsmitteln ist die
Kontinuität der Kolbenhubverstellung auch während des Dosierzylinder-Umlaufes gewährleistet.
Dadurch ergibt sich der besonders bisher nicht möglich gewesene Vorteil, daß man
mit einer einzigen Dosiervorrichtung sowohl differenzierte Volumendosierungen als
auch Feinverstellungen des Kolbenhubes vornehmen kann, mit denen Schwankungen im
spezifischen Gewicht des zu dosierenden Stoffes ausgeglichen werden können.
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Unter Fortfall der bei den bisherigen Dosiervorrichtungen üblichen
Kurven, Weichen, Hebeln und anderen, die Dosierleistung und die Lebensdauer nachteilig
beeinflussenden Steuerungsorganen ist die Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung
hervorragend als kontinuierlich betriebene Hochleistungsmaschine in Verbindung mit
einem schnellaufenden Packaggregat geeignet.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an einigen Ausführungsbeispielen
näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 eine Dosiervorrichtung mit an der Mantelfläche
des Dosierzylinders angeordneten Dosierkammeröffnungen im Längsschnitt, F i g. 2
die in F i g. 1 dargestellte Dosiervorrichtung im Querschnitt nach Linie II-II,
F i g. 3 einen Ausschnitt aus F i g. 1 nach Linie 111-111, Fig. 4 eine Dosiervorrichtung
mit am äußeren Ende jeder Dosierkammer - angeordneten Drehschiebern im Längsschnitt,
und F i g. 5 die in F i g. 4 dargestellte Dosiervorrichtung im Querschnitt.
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Auf einer in der Bohrung des Maschinenrahmens 1 sitzenden Büchse
2 ist ein von einem Zahnkranz 3 umgebener Ring 4 leicht drehbar gelagert, dessen
Flansch 5 lösbar an einer Seitenwand eines Dosierzylinders 6 befestigt ist. An der
Innenfläche der Büchse 2 sind zwei Paar Lager 7 angegossen, auf deren Achsen 8 die
Naben 9 von zwei gabelartig ausgebildeten Parallelogrammhebeln 10 drehbeweglich
gelagert sind. Zwischen den als- Lagerstellen 11 ausgebildeten freien Enden der
Parallelogrammhebel 10 sitzen auf Achsen 12 frei drehbewegliche Naben 13 mit ihren
Lagerbüchsen 14. Die Anordnung der Lagerbüchsenl4 ist so getroffen, daß sie eine
achsparallel zur Drehachse 16 des Dosierzylinders 6 ver-
laufende Pleuelwelle 15
aufnehmen. Auf der Pleuelwelle 15 ist ein mit einer Anzahl Augenlager 18 versehener
Lagerring 17 befestigt, wobei jedes Lagerpaar zwischen sich eine Pleuelstange 19
aufnimmt. Das andere Ende der Pleuelstange 19 ist mit dem Dosieren kolben 20 gelenkig
verbunden, der seinerseits in einer Dosierkammer 21 des Dosierzylinders 6 geführt
ist.
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Es dürfte vorteilhaft sein, die beiden Angriffspunkte der Pleuelstange
19 mit Universalgelenken auszustatten, die eine allseitige Gelenkbewegung ermöglichen.
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Dem Ring 17 ist eine am Ende der Pleuelwelle 15 sitzende Steuerbüchse
22 vorgelagert, welcher mittels einer Steuergabel 23 eine axiale Bewegung erteilt
wird, sobald eine Kolbenhubverstellung erforderlich ist. Die Pleuelwelle 15 verfügt
über einen eigenen Antrieb, welcher von der Welle 24 über ein Universalgelenk 25
auf die Pleuelwelle 15 übertragen wird.
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Mit der gleichen Drehzahl wird auch der Dosierzylinder 6 in Umlauf
gehalten.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist eine Hälfte der Umfangsfläche des Dosierzylinders
6 von einem Füllschuh 26 umgeben, der seinerseits aus der Förderleitung 27 mit dem
z. B. plastischen Stoff beschickt wird. Die Stellung der Dosierkolben 20 läßt die
einzelnen Phasen des Dosier- und Ausstoßvorganges erkennen. Der Dosierkolben 20
läuft mit seiner bis an die Umfangsfläche des Dosierzylinders 6 heranreichenden
Arbeitsfläche in den Füllschuh 26 ein und verläßt diesen nach Erreichen eines vorbestimmten
Arbeitshubes, während auf dem zweiten Teil seiner Umlaufbewegung der Ausstoß der
Dosiereinheit 28 erfolgt. Die unmittelbar vor dem Einlauf des Dosierkolbens 20 in
den Füllschuh 26 gezeigte senkrecht nach unten gerichtete Ausgangsposition ist die
einzige Konstante, die von jedem Dosierkolben20 - ungeachtet der Größe seines Arbeitshubes
- erreicht wird. Dadurch, daß die Pleuelwelle 15 an ortsfesten Parallelogrammhebeln
10 aufgehängt ist, deren Winkel und deren Länge gleich den Winkeln und Längen der
Pleuelstangen 19 ist, tritt bei Betätigung der Steuerbüchse 22 nicht nur eine Vergrößerung
oder Verkleinerung des Kolbenkreises, sondern auch eine Veränderung des Abstandes
30 zwischen dem ortsfesten Drehpunkt 16 des Dosierzylinders 6 und dem Drehpunkt
29 der Pleuelwelle 15 ein. Die Größe dieser Exzentrizität 30 entspricht der Bogenhöhe
31 des sowohl von den Parallelogrammhebelnl8 als auch von den Pleuelstangen 19 beschriebenen
Winkels, bezogen auf die zur Drehachse der Pleuelwelle verlaufende Senkrechte, d.
h. in einem Dosierzylinder 6 entsprechend dem gewählten Beispiel ist die Summe von
zwei Bogenhöhen 3 gleich dem vorbestimmten Kolbenhub, der seinerseits mit der Tiefe
der Dosierkammer 21 bzw. mit der Höhe der Dosiereinheit 28 identisch ist. Ausgehend
von einem Kolbenhub, der bei gestreckten Pleuelstangen 19 gleich Null ist bis zum
größtmöglichen Winkelausschlag mit dem absoluten Maximalhub ist jede beliebige Grob-
und Feinverstellung der Dosierkolben 20 während des Dosierzylinderumlaufes möglich.
Da sowohl der Dosier- als auch der Ausstoßvorgang während je einer halben Umdrehung
des Dosierzylinders 6 erfolgt, und somit eine relativ lange Dosier- und Ausstoßzeit
zur Verfügung steht, ist die Möglichkeit für eine sehr hohe Arbeitsleistung durchaus
gegeben. Die während der Dosierzylinder-Drehbewegung auftretenden Fliehkräfte unterstützen
den Ausstoßvorgang insofern, als die Gefahr eines vorzeitigen und unerwünschten
Austretens
aus der Packung bereits von einer anomal niedrigen Drehzahl
an aufwärts nicht mehr besteht.
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Gemäß dem vorerwähnten Dosierprinzip kann auch - wie in F i g. 4 und
5 dargestellt - so verfahren werden, daß die Dosiereinheit den Dosierzylinder nicht
an der Peripherie, sondern senkrecht'dazu verläßt. Der Dosierzylinder 6 kann zu
diesem Zweck als Drehtisch ausgebildet sein, wobei am äußeren Ende einer Dosierkammer
21 jeweils ein mit der Drehachse des Dosierzylinders 6 achsparallel verlaufender
Drehschieber angeordnet ist, welcher mit seinen durch die Wand 42 getrennten Kammern
40, 41 während eines Dosierzylinderumlaufes gleichzeitig die Verbindung zwischen
Füllschuh 26 und Dosierkammer 21 einerseits und die zwischen Dosierkammer 21 und
Austrittsmundstück 42 andererseits herstellt. Dazu ist es notwendig, daß jeder Drehschieber
39 außer seiner Bewegung um die Achse des Dosierzylinders 6 auch eine Bewegung um
seine eigene Achse macht.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Eigenbewegung des Drehschiebers
39 im Sinne einer Parallelführung der Trennwände 42 durchzuführen, d. h. mittels
eines gemeinsamen Sonnenrades werden sämtliche auf dem Rumpf eines jeden Drehschiebers
39 sitzenden Planetenräder 44 mit einer geringen Voreilung derart in Umlauf versetzt,
daß die Trennwände 42 und damit auch die Kammern 40, 41 eine für alle Arbeitsphasen
untereinander gleiche Grundstellung einnehmen. Dadurch kommt die zum Dosieren und
Ausstoßen notwendige Umschaltung des Drehschiebers 39 zustande. Der Drehschieber
39 ist somit kein Dosierorgan, sondern nur Verteiler, die Dosierung erfolgt nach
wie vor durch den Arbeitshub des Dosierkolbens 20, wobei das aus dem Austrittsmundstück
43 entfernte Materialvolumen genau dem vom Arbeitshub des Dosierkolbens 20 verdrängten
Volumen entspricht, nicht aber mit diesem identisch ist. Sofern es sich um pulverförmiges,
körniges oder fließfähiges Dosiergut handelt, dürfte es zweckmäßig sein, die Austrittsöffnungen
des ständig gefüllt gehaltenen Austrittsmundstückes43 für die Dauer des Nichtgebrauches
zu verschließen, so z. B. durch Gummilippen oder durch ein Rückschlagventil 45,
das durch den Materialdruck geöffnet oder geschlossen wird.
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Die Anordnung des Dosierzylinders 6 als Drehtisch hat noch den Vorteil,
daß die in Zellen einge-
setzten Becher 47 oder Verpackungshüllen mittels einer Fördereinrichtung
46 vorgebracht werden, die selbst als ein gleichachsig unter dem Dosierzylinder
6 angeordneter und mit diesem synchron angetriebener Drehtisch ausgebildet sein
kann. Dadurch entsteht bei kleinstem Raumbedarf eine komplette Dosier-und Verpackungsmaschine,
die nicht nur leicht zugänglich und übersichtlich ist, sondern auch für beide Einheiten
eine gemeinsame Antriebsquelle möglich macht.