Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dosieren geschäumter Massen. Eine derartige Vorrichtung wird z.B. verwendet bei der Herstellung eines Verzehrgutes, insbesondere zum Füllen und Freidressieren von aufgeschäumten, unter Druck stehenden Massen. Allgemein handelt es sich bei den zu dosierenden geschäumten Massen um viskose Massen aus dem Bereich der Lebensmittel, Klebstoffe, Isolationsmittel, etc., die im gelösten, geschmolzenen oder erweichten Zustand mit einem Gas aufgeschäumt wurden und über ein Pump- und Düsensystem an einem Zielort dosiert werden und sich danach verfestigen.

Bei bekannten Füllsystemen wird die Füllmenge solcher Massen zeitgesteuert über Auf/Zu-Ventile oder über Kolbendoslerpumpen gefüllt oder freidressiert. Die Zufuhr der Masse erfolgt in der Regel über ein bis zwei Druckleitungen in eines druckfest ausgebildeten Behälters (Kollektor).

Die US 6,296,463 beschreibt eine Anordnung zum Auftragen von Polymerfasern, die aus einer Polymerschmelze stammen (heissschmelzender Klebstoff), auf ein Substrat. Die Anordnung enthält mehrere, nebeneinander angeordnete Einheiten, wobei jede Einheit einen Kanalabschnitt mit einer Getriebepumpe, ein an dem Kanalabschnitt montiertes Düsenmodul sowie ein an dem Kanalabschnitt montiertes Rezirkulationsmodul enthält. Die Kanalabschnitte sind miteinander verbunden und bewirken, dass Heissluft ("Prozessluft") sowie Polymerschmelze zu den Düsenmodulen gelangen. Diese Anordnung ermöglicht einen SchmelzblasProzess, bei dem mittels der mit hoher Geschwindigkeit strömenden Prozessluft die Polymerschmelze aus den Düsen zu Fasern geblasen bzw. extrudiert wird. Dadurch lassen sich Faservliesse oder Klebeflächen aus heiss-schmelzendem Klebstoff herstellen. Von einem Dosieren geschäumter Massen an einem Dosier-Zielort oder von einem Konstanthalten des Druckes in der geschäumten Masse während und nach dem Ausstromvorgang bis zum Düsenaustritt ist hier keine Rede.

Mit Kolbendosierpumpen wird einerseits die erforderliche Geschwindigkeit nicht erreicht, zum anderen expandiert die aufgeschäumte Masse zwischen dem Dosierkolben und dem Düsenaustritt. Dies hat zur Folge, dass die Masse beim Düsenaustritt nachtropft und die Füllgenauigkeit herabgesetzt wird. Beim Dosieren mittels zeitgesteuerten Ventilen lassen die Strömungsverhältnisse im druckfest ausgebildeten Behälter einen genau definierten Druck über das ganze System bis zu den Düsenaustritten nicht zu. Dies ergibt ebenfalls Ungenauigkeiten im Füllvolumen. Ferner ist ein Rückzug und somit ein genau definierter Abriss der Masse nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dosiervorrichtung und insbesondere ein Pumpensystem zu entwickeln, um die Füllgenauigkeit zu verbessern, die Geschwindigkeit des Pumpvorganges und des ganzen Füll-Dressierprozesses zu erhöhen, ein Nachtropfen am Düsenaustritt zu verhindern und ein sauberes Abreissen der dosierten Masse zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 6 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der vordefinierte Druck in der Masse bis zu den Düsenaustritten konstant gehalten werden kann. Durch die Versorgung jeder Düse (verschliessbar mit Rückzug) mit einer Pumpe und der Synchronisation aller Pumpen wird die Füllgenauigkeit erhöht. Durch Verwendung einer Drehkolbenpumpe, einer Zahnradpumpe oder dgl. erübrigt sich ein Ansaugtakt, welcher bei Kolbendosierpumpen nötig ist und die gesamte Zykluszeit erhöht.
Ein Vorteil der Erfindung ergibt sich durch die Verwendung von Drehpumpen, die miteinander gekoppelt sind und zusammen eine Pumpeinheit bilden. Dies ergibt für jede Düse exakt dieselbe Menge an Masse (z.B. geschäumtes Verzehrgut). Die Drehpumpen werden über einen druckfesten Behälter mit fliessfähiger Masse versorgt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich durch die Verwendung einer Rutschkupplung, welche mechanisch, elektromechanisch oder magnetisch den Antriebsmotor mit der Pumpeneinheit verbindet. Der Antriebsmotor kann auch fix mit der Pumpeneinheit verbunden sein. In diesem Fall wird das Drehmoment elektronisch gesteuert. Es ist auch möglich, einen Luft- oder Hydraulik-Motor einzusetzen und das Drehmoment über den Luft- oder Öl-Druck einzustellen. Das Drehmoment an der Pumpeneinheit wird so eingestellt, dass während und nach dem Ausströmvorgang der erforderliche Druck in der Masse bis zum Düsenaustritt konstant gehalten wird. Dadurch wird ein Expandieren der Masse vor dem Düsenaustritt verhindert.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich durch die Verwendung von Rückzugkolben die in den Verschlussmechanismen der Düsen integriert sind und das Nachtropfen der Masse nach dem Füll und Dressiervorgang verhindern. Nach dem Verschliessen der Düsen werden die Rückzugkolben synchron zurückgezogen. Dadurch wird ein Teil der im Düsenaustritt verbleibenden Masse in den Zylinderraum des Rückzugkolbens gesogen und das saubere Abreissen der Masse ohne Nachtropfen gewährleistet.

Die Erfindung wird anhand eines nicht einschränkend aufzufassenden Ausführungsbeispiels, welches in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

• Fig. 1A eine Seitenansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemässen Dosiersystems bzw. Pumpensystems, das mehrere parallel geschaltete Einheiten mit jeweils einer Drehkolbenpumpe, einer Düse und einem Verschlussmechanismus mit einem Rückzugkolben aufweist;
• Fig. 1B eine Schnittansicht entlang der Ebene X-X in Fig. 1A durch eine der Einheiten der Fig. 1A;
• Fig. 1C die Schnittansicht der Fig. 1B in vergrösserter Darstellung;
• Fig. 2 einen Zustand vor dem Dosierschritt des Füll und Dressierprozesses bei geschlossenem (oder sich gerade öffnendem) Düsenaustritt und Rückzugkolben in der oberen Stellung;
• Fig. 3 einen Zustand während des Dosierschritts des Füll und Dressierprozesses bei geöffnetem Düsenaustritt und Rückzugkolben in der unteren Stellung (Nullstellung);
• Fig. 4 einen Zustand nach dem Dosierschritt des Füll und Dressierprozesses bei geschlossenem (oder sich gerade schliessendem) Düsenaustritt und Rückzugkolben auf dem Weg zurück zur oberen Stellung.
• Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht einer für die Herstellung von sogenannten One-Shot-Produkten vorgesehenen Einheit.

Bei einer Vorrichtung zum Herstellen eines Verzehrgutes aus einer fliessfähigen, insbesondere geschäumten Masse z.B. eines Confiserie-Verzehrgutes, befindet sich die fliessfähige Masse in einem bevorzugt druckfest ausgebildeten Behälter (1), dessen Ausläufe (2) in miteinander gekoppelte Drehkolbenpumpen (3) münden. Durch das Koppeln der Drehkolbenpumpen (3) wird der Volumenstrom synchronisiert. Die Ausläufe (4) der Drehkolbenpumpen münden in Düsen (5), vor deren Austrittsöffnungen sich je ein Verschlussmechanismus (6) befindet. Die Verschlussmechanismen (6) werden synchron während eines definierten Zeitfensters geöffnet. Auf diese Weise kann die Masse exakt dosiert werden. Jeder Verschlussmechanismus (6) ist mit einem Rückzugkolben (7) versehen, welcher bei geschlossenem Verschlussmechanismus (6) das Zurückziehen eines Teils der sich im Düsenaustritt befindenden Masse erlaubt. Auf diese Weise wird ein Nachtropfen verhindert und das saubere Abreissen der Masse gewährleistet. Das Drehmoment, welches der Antrieb (8) auf die Drehkolbenpumpen (3) ausübt, kann stufenlos so eingestellt werden, dass während dem Ausströmvorgang der vorgegebene Druck in der Masse bis zu den Düsen (5) erhalten bleibt.

Fig. 2 zeigt eine Ausgangsposition des Füll-/Dressierprozesses bei geschlossenem Düsenaustritt und Rückzugkolben in der oberen Position.

Fig. 3 zeigt den geöffneten Düsenaustritt und den Rückzugkolben unten in der Nullstellung. Der Füll-Dressierprozess findet statt.

Fig. 4 zeigt, wie der Düsenaustritt verschlossen wird. Der Rückzugkolben zieht einen Teil der sich im Düsenaustritt befindenden Masse in Abhängigkeit vom eingestellten Rückzugsweg in den Zylinderraum des Rückzugkolbens, wodurch die Masse abreisst.

Fig. 5 zeigt in einer Schnittansicht eine Einheit für die Herstellung von sogenannten One-Shot-Produkten mit einem Vorratsbehälter (9) für eine zweite Masse, einem inneren Düserohr (10) für die zweite Masse und einem Verschlusskolben (11) für die Düse (5).

1

druckfester Behälter (Kollektor)

2

Auslaufkanal zur Pumpe

3

Drehkolbenpumpe

3a

Pumpkammer

3b

Drehelement

4

Auslaufkanal zur Düse

5

Düsen

6

Verschlussmechanismus

7

Rückzugkolben

8

Antriebsmotor

9

Vorratsbehälter One Shot

10

Inneres Düserohr One Shot

11

Verschlusskolben One Shot