用于配量食物产品的配量阀和灌装机
阅读说明：本技术 用于配量食物产品的配量阀和灌装机 (Dosing valve and filling machine for dosing food products ) 是由 B·梅勒 阿明·基布勒 安德里亚斯·基布勒 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于配量液体或膏状物质的配量阀(1),特别是用于配量食物产品的配量阀(1),配量阀(1)具有能够移动的阀元件(2),阀元件(2)使供一部分排出的阀开口(3)打开和关闭,其中阀元件(2)在其端部区域(2b)包括弹性材料(6),当沿关闭方向(S)观察时,端部区域(2b)是前端区域。(The invention relates to a metering valve (1) for metering a liquid or pasty substance, in particular a metering valve (1) for metering a food product, the metering valve (1) having a movable valve element (2), the valve element (2) opening and closing a valve opening (3) for a partial discharge, wherein the valve element (2) comprises an elastic material (6) in an end region (2b) thereof, the end region (2b) being a front end region when viewed in a closing direction (S).)
技术领域
本发明涉及用于配量液体或膏状物质(特别是食物产品)的配量阀(dosingvalve)，以及具有这种配量阀的灌装机。
背景技术
在食品行业中，这种阀安装于生产系统和机器(例如，真空灌装机)，用于配量液体和还可能含有粗块的膏状物质。这种配量阀用于灌装诸如碗、深拉托盘等的容器。
这种配量阀在传送产品的排出过程开始时借助于驱动器打开，并且在排出部分结束后关闭。在该阀处，产品被限定、分隔和分离。原则上，尽可能在管道的端部处、刚好在灌装机的出口处使用该阀。
根据产品和应用，采用不同的阀类型。
例如，如在EP2215912中公开的，通常使用具有排出活塞的阀。将产品从T构件中的侧方供给进入阀。使活塞沿竖直轴线轴向移动，由此使入口打开或关闭。
在出口(喷嘴)处具有锥度的阀通常被构造为座阀。为了将阀关闭，使柱塞轴向移动，直到柱塞抵靠喷嘴的边缘为止，由此将阀关闭。
在另一变型例中，活塞不轴向移动，而是径向移动(转动式活塞阀)。归因于壳体中的入口和出口以及转动活塞中的连接通道的配置，通过转动活塞能够将阀打开或关闭。
典型地，阀的出口开口的直径对于能够供例如手指伸进出口开口而言足够大。阀被构造成当手指已经伸到危险区域时，可能会被夹住和严重挤压或夹断。其原因是高闭合力和闭合边缘的构造。因此，必须借助于安全间隙、机械挡板、保护罩、安全传感器等防止手指伸到危险区域(即挤压区域)。
然而，这些安全措施出于各种原因对工作流程具有负面影响；特别地，这种措施对生产速度、可操作性、可访问性、产品的灵活性(gentleness)等具有不利影响。通常在结构上不可能设置机械分离的保护装置。
例如，图6示出了具有能够在管9中向下移动以将阀开口3关闭的活塞2的配量阀。边缘K在管9中向下移动，而手指能够穿过开口3插入到入口管7。因此，手指可能会被挤在能够移动的阀元件2与壳体5之间，即可能会被位于从入口管7到管9的过渡区域中的切割边缘挤压，其中邻接入口管7的下表面的切割边缘和边缘K布置在挤压区域的相反侧，但是在横向上彼此错开，使得手指会受到剪切力。图7示出了被构造为座阀的阀，其中柱塞2沿阀开口3的方向移动。在该处，手指可能会被挤在阀元件2的前端与朝向阀开口3渐缩的壳体5之间，使得严重的受伤同样是可能的。
发明内容
从以上出发，本发明基于如下目的：提供用于配量食物产品的配量阀，其以简单的方式确保了操作人员的足够安全。
根据本发明，该目的利用如下特征满足。
一种用于配量液体或膏状物质的配量阀，特别地用于配量食物产品的配量阀，配量阀具有能够移动的阀元件，阀元件使供一部分排出的阀开口打开和关闭，其中，阀元件在其端部区域包括弹性材料，当沿关闭方向观察时，端部区域是前端区域。
根据本发明的配量阀包括能够移动的阀元件，阀元件使供一部分排出的阀开口打开和关闭。
阀元件在其端部区域处包括弹性材料，当沿关闭方向观察时，端部区域是前端区域。
这意味着，如果例如当阀元件沿关闭方向移动时，手指穿过阀开口伸进阀壳体的内部，则弹性材料能够在与手指接触时容易地适应手指的几何形状，由此能够使力平均分布。因此，根据本发明，配量阀被设计和构造成使得当已经伸到危险区域时不存在使手指严重受伤的风险。归因于弹性材料配置在前端区域中的事实，弹性材料还能够有利地用作用于将阀开口密封的密封材料。
优选地，前端区域从下端沿轴线方向向上至少延伸5mm-20mm。
可选地或另外地，弹性材料还能够配置在阀壳体的内侧，即配置在手指可能会被沿关闭方向移动的阀元件挤压的部位。特别地，在座阀的情况下，弹性材料配置在围绕阀开口的边缘区域，即配置在喷嘴区域，或者在具有阀关闭活塞的阀的情况下，弹性材料配置在从入口管线到供阀元件移动以将阀开口关闭的筒状的管区段的过渡区域中。
在转动式活塞阀的情况下，弹性材料能够配置在阀开口的侧表面的区域中，即配置在面向与关闭方向相反的方向的侧表面。
有利地增大挤压区域中的可能的接触面积，以便使作用于手指的力分布最大化，由此使表面压力最小化。这意味着，不存在可能夹断手指的锋利边缘。
这特别地以如下方式实施：阀元件的在阀元件的端部区域中的直径沿关闭方向减小。特别地，于是能够产生朝向阀元件的关闭方向倾斜的侧接触表面，倘若发生挤压，侧接触表面会平坦地抵靠手指，由此能够使作用于手指的压力最小化。可选地，阀元件的端部区域还能够被形成为凸出的。于是，与阀元件的侧接触表面相对的表面(例如，围绕阀开口的喷嘴状边缘区域)能够是凹陷的。
根据优选的实施方式，阀元件的沿阀元件的关闭方向倾斜的侧接触表面和阀壳体的朝向阀元件的关闭方向倾斜的侧接触表面限定出挤压区域，其中这两表面彼此相对地布置，或者在横向上彼此错开地布置在挤压区域的相反侧。通过侧接触表面能够使作用于手指的压力最小化。
归因于例如被挤压的手指以两个表面为界的事实，与锋利的边缘相比，能够使作用于手指的压力最小化。
挤压区域被理解成是指位于阀元件与阀壳体之间的区域，在该区域中，长形的手指可能因阀元件移动而被挤压。挤压的点能够被构造成使得手指在阀元件的前部区域与相对布置的区域之间被挤压，或者在阀元件的前部区域与阀壳体的在横向上与前部区域错开的区域(例如，供给管线的下表面或具有斜面的切割边缘)之间被挤压，使得手指将暴露于剪切作用。
特别地，阀壳体在其内侧能够具有侧接触表面，侧接触表面相对于阀元件的关闭方向倾斜地延伸并在手指被阀元件挤压时供被挤压的手指抵靠，其中侧接触表面能够配置在例如如下区域：
-配置在围绕阀开口的边缘区域中，即侧接触表面以围绕阀开口的喷嘴的形式配置；在配量阀的关闭状态下，侧接触表面与阀元件的端部区域相对地布置，
-配置在阀开口的侧表面，即例如配置在阀开口的在转动式活塞阀的情况下指向与转动方向或关闭方向相反的一侧的表面，
-配置在位于供给管线与供阀元件移动的筒状的管区段之间的过渡区域中-即例如配置在供给管线的下管表面中，其中下管表面以小于90°(特别地，15°-60°)的角度向管区段开口，或者下管表面向具有斜面的切割边缘开口。
配量阀能够通过控制装置以将闭合力限制为预定值(特别地，<135N的值)的方式有利地控制。特别地，这与前述措施的结合还大致用于保护免于受伤。
根据优选的实施方式，配量阀被构造为座阀并包括作为阀元件的能够轴向移动的柱塞，柱塞将配置在锥形渐缩的喷嘴的下端处的阀开口关闭。侧接触表面通过阀的锥形渐缩的喷嘴增大的阀配置是特别有利的。如果能够移动的柱塞的末端然后还包括弹性材料，特别是被构造为橡胶末端，则能够防止受伤。如果柱塞的末端然后还向下渐缩，则这时接触表面也被增大，这会进一步使压力最小化。
在另一实施方式中，阀元件被以如下方式构造：阀元件在入口管中具有将阀开口打开和关闭的能够轴向移动的排出活塞。如果手指穿过阀开口进入直到入口管，则能够例如通过位于排出活塞的前端处的弹性材料(即，弹性活塞末端)防止受伤的发生。如果排出活塞的端部区域然后具有倾斜的侧接触表面(特别地，如上所述的侧接触表面)，并且从入口管到筒状管的过渡区域还具有斜面，则这会进一步增加保护。
还可能的是，配量阀被构造为转动式活塞阀并包括作为能够移动的阀元件的转动活塞，转动活塞通过转动将开口打开和关闭。根据本发明，在这里弹性材料的使用也防止了穿过阀开口插入的手指在关闭期间显著受伤。
特别有利地，弹性材料是选自弹性体的组的材料。
特别地，弹性材料具有根据DIN ISO 7619-1的30肖氏A至80肖氏A的硬度。
有利地，作用于被挤压物体(特别地，手指)的压力不应大于60N/cm2。
有利地，弹性材料将阀开口关闭，由此带来了特别好的密封。这意味着，弹性材料还能够用作密封材料。
本发明还涉及一种灌装机，其具有上述配量阀，其中配量阀配置在灌装机的出口管的端部处。
附图说明
以下将参照以下附图更详细地解释本发明。
图1示意性地示出了根据本发明的第一实施方式。
图2a至图2c示出了处于不同关闭位置的图1所示的实施方式。
图3示出了根据本发明的另一实施方式。
图4a至图4c示出了处于不同关闭位置的图3所示的实施方式。
图5a至图5c示出了处于不同关闭位置的根据本发明的另一实施方式。
图6和图7示出了根据现有技术的配量阀。
具体实施方式
图1和图2a、图2b、图2c示出了根据本发明的配量阀1的实施方式。
该配量阀1被构造为座阀并包括入口管7，入口管7例如连接到传送食物产品流(astrand of food product)的灌装机的管道。特别地，配量阀1用于配量液体以及还可能含有粗块(chunky bit)的膏状物质。特别地，这种配量阀1用于灌装诸如碗、深拉托盘等的容器。
入口管7朝向管9开口，管9在其下端包括供食物产品以独立部分排出的阀开口3。配量阀1包括能够移动的阀元件2，阀元件2能够在管9中上下移动并能够沿关闭方向S将阀开口3关闭。阀元件2借助于驱动器沿与关闭方向相反的方向移动，以将阀开口3打开。在已经排出传送的产品之后，阀元件2之后再次向下移动。
入口或入口管7以<90°(特别地，以15°-60°)的角度α朝向管9开口。
优选地，阀开口3具有范围处于50mm2-2000mm2的面积，即对于能够供手指8伸进开口而言足够大。
特别地，如能够从图1得到的，阀元件2在其端部区域2b包括弹性材料6，当沿关闭方向S观察时，端部区域2b是前端区域。弹性材料是例如选自弹性体的组的材料。特别地，弹性材料具有根据DIN ISO 7619-1的30肖氏A至80肖氏A的硬度。
优选地，前端区域2b从下端沿轴线方向向上(即，沿与关闭方向相反的方向)至少延伸5mm-20mm的长度。
该尺寸对于保护伸到位于阀元件2与壳体5之间的挤压区域4的手指8而言是足够的。
这意味着，如果例如手指8(这里是测试手指8)穿过阀开口8伸进阀壳体5的内部，则弹性材料6能够在与手指8接触时容易地适应手指8的几何形状，由此能够使力平均分布。因此，当手指8已经伸到危险区域时，也不存在使手指8严重受伤的风险。归因于弹性材料配置在前端区域的事实，弹性材料能够额外且有利地用作用于将阀开口3密封的密封材料。弹性材料6能够粘附于阀元件2，或者借助于紧固装置13以能够移除的方式紧固于阀元件2的上部，使得当弹性材料6磨损时能够被更换。
有利地增大挤压区域4中的(即阀元件2与阀壳体5之间的)可能接触表面，以便使作用于手指8的力分布最大化，因此使作用于手指的压力最小化。
如能够从图1和图2看到的，所实现的是，阀元件2的直径d(即，特别地这里是弹性材料6的直径)沿关闭方向S减小，即外轮廓向下渐缩。特别地，于是能够产生朝向阀元件2的关闭方向S倾斜的增大的周向侧接触表面，倘若发生挤压，周向侧接触表面会平坦地抵靠手指8，由此能够使作用于手指的压力最小化。
于是，直径d例如从20mm-50mm减小到0mm-30mm。倾斜的周向侧接触表面的高度k例如处于10mm-30mm的范围。
优选地，垂直于关闭方向或纵向轴线L的平面与侧接触表面2a之间的角度β处于15°-60°的范围。替代地，弹性材料6还能够沿阀开口3的方向向下凸出地延伸。
阀元件2的被如此构造的端部提供了非常好的保护。
如这里的当前情况，配量阀1的下部区域被构造为使得壳体5以朝向阀开口3呈喷嘴形状的方式延伸，在围绕阀开口3的当手指被挤压时手指所抵靠的边缘区域中产生倾斜的侧接触表面9a。优选地，该表面能够被形成为凹陷的。这意味着，挤压区域4由阀元件2的朝向阀元件2的关闭方向S倾斜的侧接触表面2a和阀壳体5的朝向阀元件2的关闭方向S倾斜的侧接触表面9a限定，其中这两个侧接触表面在这里彼此相对地布置。
配量阀1由控制装置(未示出)控制，控制装置将阀元件2的闭合力限制为预定值，特别地限制为<135N的值。以上构造会对被挤压的物体(例如，手指)带来不大于60N/cm2的压力。
尽管在附图中未示出，但是阀壳体也能够在挤压区域中，例如在图1和图2的实施方式中的围绕阀开口的喷嘴形状的渐缩边缘区域中，另外或替代地装配有弹性材料。这种材料能够例如粘附到或者硫化到阀壳体5的内侧。
图2a、图2b和图2c示出了处于不同关闭位置的配量阀。在图2a中，配量阀1是打开的。手指8能够通过阀开口3伸进阀的内部。如果阀之后关闭，如图2b所示，手指8会被挤压。然而，归因于前述构造，能够降低受伤的风险。在图2c中，配量阀1是关闭的，其中弹性材料6在下端区域中置于阀开口3中。阀元件被构造成在位于弹性材料上方的区域中略宽，并且阀元件在横向上突出超过弹性材料，由此形成对阀壳体5的密封点，用于将阀开口3密封。
图3和图4a、图4b、图4c示出了根据本发明的另一实施方式，其与第一实施方式大致对应，使得对应的细节将不再解释。实施方式之间的区别仅在于配量阀被构造为将能够轴向移动的排出活塞设置为阀元件2并将阀开口3打开和关闭。
与第一实施方式类似，阀元件2在其端部区域2b包括弹性材料6，当沿关闭方向S观察时，端部区域2b是前端区域，这里呈弹性活塞末端的形式。
能够在图3中看到，阀元件2的直径d(即，这里特别地是弹性材料6的直径)沿关闭方向S减小，即外轮廓向下渐缩。于是能够产生朝向阀元件2的关闭方向S倾斜的增大的周向侧接触表面2a，倘若发生挤压，周向侧接触表面2a会平坦地抵靠手指8，由此能够使作用于手指的压力最小化。
直径d例如从20mm-50mm减小到0mm-30mm。倾斜的周向侧接触表面的高度k例如处于10mm-30mm的范围。
分别垂直于关闭方向或纵向轴线L的平面与侧接触表面2a之间的角度β处于15°-60°的范围。替代地，弹性材料6还能够沿阀开口3的方向向下凸出地延伸。
排出活塞通过移动进入位于供给管线7下方的管区段9中的区域将阀开口3关闭。在向下运动期间，排出活塞能够夹断或切断灌装的物质。
与前述实施方式类似，手指在挤压区域中会被例如两个侧接触表面9a、2a挤压，其中侧接触表面9a、2a这里配置在手指的相反布置侧，但是在横向上彼此错开。
在图3的实施方式中，位于供给管线7与供阀元件2移动的筒状的管区段9之间的过渡区域被构造成在周向上是平坦的，即这里呈具有斜面的切割边缘9a的形式，切割边缘9a优选地至少具有10mm-30mm的尺寸p并相对于阀的纵向轴线L以15°-60°的角度延伸。
然而，如图4a、图4b、图4c所示，入口管7还能够不垂直于阀的纵向轴线L地开口，而是以15°-60°的角度向管区段9开口。这会产生供手指8抵靠位于入口管7的表面的下部区域中的挤压区域4的侧接触表面9a。
图4a示出了处于打开位置的配量阀。图4b示出了阀元件2如何沿关闭方向S移动并如何挤压手指8。
图4c示出了处于关闭位置的阀。如能够从图4c看到的，阀元件2向下移动，直到阀元件2的配置在弹性材料6上方且由例如金属制成的区域能够将位于供给管线7下方的管9密封为止。
还在该实施方式中，即使未示出，侧接触表面9a也能够设置有弹性材料，这能够额外地保护手指。
图5a、图5b和图5c示出了根据本发明的与在前实施方式大致对应的另一实施方式，其中配量阀在这里被构造为转动式活塞阀并包括作为能够移动的阀元件2的转动活塞，通过来回转动转动活塞将阀开口3打开和关闭。与上述实施方式完全类似，之后在阀元件2的前端区域2b中配置弹性材料6。
弹性材料这里例如是楔状的，即宽度I朝向中央减小。宽度I大约处于0mm-20mm之间的范围，并且能够在外边缘处具有处于5mm和20mm之间的最大尺寸，宽度I朝向中央减小，特别地减小到0。
与在前实施方式类似，开口3中的面向与关闭方向S相反的方向上的一侧的侧接触表面12能够额外地配备有弹性材料，以便使作用于手指的压力最小化。
图5a示出了处于打开位置的配量阀，其中手指8已经插进阀开口3。图5b示出了阀如何关闭和手指8如何被挤压。图5c示出了处于关闭位置的阀。
本发明还涉及具有根据本发明的配量阀的灌装机(未示出)，其中配量阀配置在灌装机的排出端，即配置在管道的开始或结束处。这种灌装机可以是具有用于灌装物质(例如，食物产品)的料斗和传送泵的真空灌装机。
根据本发明，现在能够通过使用弹性材料6显著地降低受伤的风险。由于被挤压的手指还优选地不抵靠锋利的边缘而抵靠周向面，所以能够进一步减小压力并进一步降低受伤的风险。限制闭合力进一步降低了受伤的风险。
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