VORRICHTUNG ZUR VERARBEITUNG EINES VERZEHRGUTES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung bzw. Giessmaschine zur Verarbeitung eines Verzehrgutes in Form einer viskosen bis pastösen Masse, insbesondere eines Verzehrgutes auf Fettmasse-Basis wie Schokolade oder eines Verzehrgutes auf Wasser-Basis wie Eiskrem. Diese Vorrichtung enthält Dosiereinheiten zum dosierten Zuführen eines bestimmten Volumens der Masse auf eine Auflagefläche, wobei die Dosiereinheiten jeweils einen in einer Kolbenkammer gelagerten Dosierkolben aufweisen, dessen Dosierbewegung mindestens eine Drehbewegung des Dosierkolbens um seine Kolbenachse enthält. Eine erste Vielzahl von Dosiereinheiten sind in einer ersten Ebene angeordnet, während eine zweite Vielzahl von Dosiereinheiten in einer zweiten Ebene angeordnet sind.

Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in WO2004/026037 offenbart, wobei der Antrieb nicht näher gezeigt wird.

Auch GB 1,185,378 A beschreibt eine Vorrichtung zum Einbringen einer fliessfähigen Lebensmittelmasse in eine Form mit mehreren Dosierdüsen. Jede Zylinder-Kolben Anordnung wird durch ein separates Antriebsmittel bewegt.

DE 101 43 392 A1 zeigt eine weitere Lösung zum Dosieren einer fliessfähigen Lebensmittelmasse. Mehrere einreihige Kolbenanordnungen sind modulartig parallel zueinander angeordnet, wobei mehrere Kolben miteinander mechanisch gekoppelt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen Vorrichtung bzw. Giessmaschine eine möglichst gleichmässige Einleitung von Antriebsenergie in jede Dosiereinheit zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Dosierkolben der in der ersten Ebene angeordneten Dosiereinheiten über ein erstes Antriebselement drehangetrieben sind und die Dosierkolben der in der zweiten Ebene angeordneten Dosiereinheiten über ein zweites Antriebselement drehangetrieben sind. Auf diese Weise erhält jede Dosiereinheit ihre für die Drehbewegung des Dosierkolbens notwendige Antriebsenergie direkt von einem Antriebselement.

Vorzugsweise sind die Dosierkolben der Dosiereinheiten jeweils drehfest mit einem Zahnrad verbunden, dessen Drehachse kollinear mit der Drehachse des jeweiligen Drehkolbens ist, wobei das erste Antriebselement eine erste Zahnstange ist, deren Zahnung mit den Zahnrädern der in der ersten Ebene angeordneten Dosierkolben kämmt, und wobei das zweite Antriebselement eine zweite Zahnstange ist, deren Zahnung mit den Zahnrädern der in der zweiten Ebene angeordneten Dosierkolben kämmt.

Diese beiden Zahnstangen ermöglichen einen Betrieb, bei dem die beiden Zahnstangen jeweils entgegengesetzt bewegt werden. Diese Betriebsart ermöglicht, dass die durch die Zahnstangenbewegungen hervorgerufenen Reaktionskräfte und Reaktionsdrehmomente sich weitgehend aufheben. Dies trägt zu einem ruhigen, vibrationsarmen Betrieb der Giessmaschine bei. Für diese Bauart und Betriebsart ist es zweckmässig, wenn die erste Zahnstange einen ersten Linear-Antrieb aufweist und die zweite Zahnstange einen zweiten Linear-Antrieb aufweist.

Bei einer alternativen Ausführung sind die erste Zahnstange und die zweite Zahnstange miteinander starr verbunden und weisen einen gemeinsamen Linear-Antrieb auf. Vorzugsweise stellen die beiden Zahnstangen und der Verbindungsbereich zwischen Ihnen ein einstückiges rahmenartiges Gebilde dar, das die Zahnräder der Dosierkolben der beiden Ebenen umgreift, wobei die Zähne der Zahnstangen an den beiden langen gegenüberliegenden Innenseiten des rahmenartigen Gebildes angeordnet sind und mit den in der ersten Ebene angeordneten Zahnrädern bzw. den in der zweiten Ebene angeordneten Zahnrädern kämmen.

Bei einer weiteren alternativen Ausführung verwendet man anstelle des die beiden Zahnstangen aufweisenden rahmenartigen Gebildes einen Endlos-Zahnriemen, der die Zahnräder der ersten Ebene und der zweiten Ebene umschlingt und zumindest an seiner den Zahnrädern zugewandten Innenseite mit einer Zahnung versehen ist.

Vorzugsweise verwendet man bei dieser alternativen Ausführung einen Endlos-Zahnriemen mit beidseitiger Zahnung, der die Zahnräder der ersten Ebene und der zweiten Ebene mäandrierend umschlingt, d.h. entlang der Ebene abwechselnd ein oberes und ein unteres Zahnrad umschlingt. Ein solcher Zahnriemen-Antrieb ist ruhig und kann durch unterschiedliche Temperaturänderungen in unterschiedlichen Bereichen der Giessmaschine bedingte Ausdehnungen ausgleichen.

Vorzugsweise ist zur drehfesten Verbindung eines Dosierkolbens mit einem Zahnrad ein Drehungs-Kopplungselement zwischen einem jeweiligen Dosierkolben und einem jeweiligen Zahnrad angeordnet. Dies ermöglicht eine leichte Montage und Demontage der Maschine, wobei insbesondere bei einem Problem an einer der Dosiereinheiten diese Dosiereinheit leicht "stillgelegt" werden kann, indem man das dieser Dosiereinheit zugeordnete Drehungs-Kopplungselement entfernt. Ausserdem können über ein derartiges Drehungs-Kopplungselement durch ein geringfügiges Spiel der Kopplung unterschiedliche Ausdehnungen zwischen dem relativ kalten Antriebsbereich der Giessmaschine, in welchem die Zahnräder und Zahnstangen angeordnet sind, und dem relativ warmen Dosierbereich der Giessmaschine, in welchem die in den Kolbenkammern gelagerten Dosierkolben angeordnet sind, ausgeglichen werden. Der Antriebsbereich ist z.B. als Antriebsbalken ausgebildet, in dem die für den Antrieb der Dosiereinheiten benötigten Elemente enthalten sind. Der Dosierbereich ist z.B. als Dosierbalken ausgebildet, in dem die Dosierkolben gelagert sind. Die gelagerten Dosierkolben können vorzugsweise eine Drehbewegung um ihre Längsachse sowie eine Linearbewegung entlang ihrer Längsachse durchführen.

Bei einer alternativen Ausführung sind die Dosierkolben jeweils einstückig mit einem jeweiligen Zahnrad ausgebildet. In diesem Fall werden die Betriebstemperaturen des Antriebsbereichs und des Dosierbereichs durch geeignete Massnahmen aneinander angeglichen. Ergänzend zu dieser Temperaturangleichung oder alternativ hierzu kann auch in diesem Fall ein Zahnriemen anstelle der Zahnstangen, wie weiter oben beschrieben, als Antriebselement verwendet werden.

Als Linear-Antrieb für die beiden Zahnstangen oder die beiden miteinander verbundenen Zahnstangen (Rahmen-Gebilde) werden zweckmässigerweise pneumatische Antriebe verwendet. Es können jedoch auch hydraulische Antriebe oder elektrische Servoantriebe verwendet werden. Vorzugsweise wird für den Antrieb der Drehbewegung des Dosierkolbens ein Pneumatikzylinder verwendet wird, der mit einer Zahnstange starr verbunden ist.

Das weiter oben beschriebene Drehungs-Kopplungselement besitzt vorzugsweise einen Mittelabschnitt sowie einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt und hat zwischen dem ersten Endabschnitt und dem Mittelabschnitt sowie zwischen dem zweiten Endabschnitt und dem Mittelabschnitt jeweils eine Verengung. Im drehfest gekoppelten Zustand ist dabei der erste Endabschnitt in eine zu ihm komplementäre Aussparung an einem axialen Ende des Dosierkolbens eingefügt, und der zweite Endabschnitt ist in eine zu ihm komplementäre Aussparung an einem axialen Ende des Zahnrades eingefügt. Vorzugsweise ist dieses Kopplungselement durch eine Bewegung senkrecht zur Drehachse des Dosierkolbens bzw. senkrecht zur Drehachse des Zahnrades aus den komplementären Aussparungen entnehmbar. Dies ermöglicht eine besonders leichte Montage und Demontage der Giessmaschine sowie das Abkoppeln des Dosierkolbens einer Dosiereinheit von dem ihm zugeordneten Zahnrad des Antriebsbereichs.

Vorzugsweise ist zwischen den eingefügten Endabschnitten des Kopplungselements und den Aussparungen jeweils ein Spiel vorhanden, das einen Versatz zwischen der Drehachse des Dosierkolbens und der Drehachse des Zahnrades quer zu den Achsrichtungen ermöglicht. Über ein solches geringfügiges Spiel der Kopplung lassen sich besonders gut die unterschiedlichen Ausdehnungen zwischen dem relativ kalten Antriebsbereich der Giessmaschine und dem relativ warmen Dosierbereich der Giessmaschine ausgleichen.

Zweckmässigerweise weist jedes eingefügte Kopplungselement im drehfest gekoppelten Zustand eine Herausfall-Sicherung auf, die verhindert, dass das Kopplungselement in einer bestimmten Drehstellung der aus Dosierkolben, Kopplungselement und Zahnrad bestehenden Einheit aufgrund seiner Schwerkraft aus dieser Einheit herausfällt.

Die Auflagefläche der erfindungsgemässen Giessmaschine kann die Innenfläche einer Hohlform sein, in welche die Masse hineindosiert wird, um Verzehrgüter einer bestimmten Gestalt herzustellen.

Zweckmässigerweise ist zwischen dem Antriebsraum, der die Energiequellen für die diversen Antrieb der Giessmaschine enthält, und dem Produktraum, in dem die Verzehrgüter hergestellt werden, eine Trennwand vorgesehen. Sie dient einerseits zum Schutz des Antriebsraums vor Verunreinigungen durch die zu dem Verzehrgut verarbeiteten Massen und andererseits als Wärmeisolation zwischen dem Produktraum und dem Antriebsraum.

Zweckmässigerweise sind die Dosiereinheiten mit der jeweiligen Kolbenkammer und dem darin gelagerten Dosierkolben mit zueinander parallel ausgerichteten Längsachsen bzw. Drehachsen angeordnet. Vorzugsweise sind dann die Dosiereinheiten der ersten Ebene und die Dosiereinheiten der zweiten Ebene entlang der Richtung senkrecht zu den parallelen Längsachsen bzw. Drehachsen zueinander versetzt angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauform der erfindungsgemässen Giessmaschine.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemässen Vorrichtung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einer nicht einschränkend aufzufassenden Ausführung anhand der Zeichnung, wobei

Fig. 1

eine Draufsicht auf eine geöffnete erfindungsgemässe Vorrichtung ist;

Fig. 2

eine Schnittansicht entlang der Schnittebene E1-E1 oder entlang der Schnittebene E2-E2 der Fig. 1 ist, die eine erste Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt;

Fig. 3

eine Schnittansicht entlang der Schnittebene E1-E1 oder entlang der Schnittebene E2-E2 der Fig. 1 ist, die eine zweite Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt; und

Fig. 4

eine Perspektivansicht eines Elements der erfindungsgemässen Vorrichtung ist.

In Fig. 1 ist der Innenraum einer erfindungsgemässen Vorrichtung bzw. Giessmaschine in einer Draufsicht schematisch gezeigt. In einem Maschinengestell 1 ist jeweils ein Antriebsbalken 2 beiderseits eines Dosierbalkens 3 angeordnet. Der Antriebsbalken 2 und der Dosierbalken 3 sind durch (nicht gezeigte) Antriebe in einer horizontalen Ebene entlang der X-Richtung und entlang der Y-Richtung translatorisch bewegbar. In dem Dosierbalken 3 sind mehrere zueinander parallel angeordnete Dosierkolben 4 gelagert, die jeweils über ein Kopplungsstück 5 mit einem von mehreren Zahnrädern 11 verbunden sind, die in dem Antriebsbalken 2 gelagert und in diesem angetrieben werden. Der Dosierbalken 3 enthält somit eine Vielzahl von Dosiereinheiten D, die jeweils durch einen Dosierkolben 4, ein Kopplungsstück 5 und ein Zahnrad 11 gebildet sind. Vorzugsweise sind die Dosiereinheiten D in einer ersten Ebene bzw. einem ersten Stock sowie in einer zweiten Ebene bzw. einem zweiten Stock angeordnet, wobei die Dosiereinheiten D der oberen Ebene und die Dosiereinheiten der unteren Ebene jeweils durch ein gesondertes Antriebselement 7 bzw. 8 angetrieben werden (siehe Fig. 2).

In Fig. 1 ist ausserdem eine Trennwand 15 gezeigt, die den Antriebsraum 13 von dem Produktraum 14 der Vorrichtung trennt. Sie sorgt für einen Schutz des Antriebsraums 13 vor Verunreinigungen durch die zu dem Verzehrgut verarbeiteten Massen und bildet eine Wärmeisolation zwischen dem Produktraum 14 und dem Antriebsraum 13.

In Fig. 2 ist eine erste Ausführung der Antriebselemente der Dosiereinheiten D schematisch dargestellt. Eine erste bzw. obere Zahnstange 7 kämmt mit den Zahnrädern 11 der in der ersten bzw. oberen Ebene angeordneten Dosiereinheiten D1, während eine zweite bzw. untere Zahnstange 8 mit den Zahnrädern 12 der in der zweiten bzw. unteren Ebene angeordneten Dosiereinheiten D2 kämmt. Die obere Zahnstange 7 und die untere Zahnstange 8 sind über einen ersten Verbindungsbereich 9 und einen zweiten Verbindungsbereich 10 jeweils am Ende der beiden Zahnstangen 7, 8 miteinander starr verbunden und werden durch (nicht dargestellte) Antriebselemente in den durch den Doppelpfeil F dargestellten Richtungen hin und her bewegt. Die Zahnungen 7a und 8a der Zahnstangen 7 bzw. 8 sind nur in einem Teilbereich der Zahnstange angedeutet. Die Zähne 11 a und 12a der Zahnräder 11 bzw. 12 sind nur bei dem ersten Zahnrad der oberen bzw. der unteren Ebene angedeutet. Die Zahnstangen 7 und 8 bilden zusammen mit den Verbindungsbereichen 9 und 10 einen die beiden Ebenen der Dosiereinheiten umgreifenden Antriebsrahmen, der an seinen Innenseiten die mit den Zahnrädern 11 und 12 der beiden Ebenen kämmenden Zahnungen 7a und 8a aufweist.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführung der Antriebselemente der Dosiereinheiten D schematisch dargestellt. Die Zahnräder 11 und 12 der oberen bzw. der unteren Ebene kämmen mit einem beidseitig gezahnten Zahnriemen 16, der mäandrierend bzw. zickzackartig um die Zahnräder 11 und 12 herum geführt ist und von einem (nicht dargestellten) Antriebselement angetrieben wird, das den Zahnriemen 16 hin und her bewegt. Die beidseitige Zahnung 16a ist nur in einem Teilbereich des Zahnriemens angedeutet.

Die Drehkolben 4 besitzen eine Aussparung. Wenn diese Dosierkolben 4 mittels des Zahnstangenantriebs 11, 12 oder mittels des Zahnriemenantriebs 16 um ihre Achse A2 herum hin und her drehangetrieben werden, führen sie einen Teil eines Dosierzyklus durch. Ein weiter Teil dieses Dosierzyklus ist eine axiale Hin- und Herbewegung der Dosierkolben 4 entlang ihrer Achse A2 durch (nicht gezeigte) weitere Antriebsmittel.

In Fig. 4 ist ein Kopplungsstück 5 gezeigt, das zur drehfesten Verbindung zwischen einem Drehkolben 4 und einem Zahnrad 11, 12 dient. Das Kopplungsstück 5 besitz einen ersten Endabschnitt 5a, einen Mittelabschnitt 5b, einen zweiten Endabschnitt 5c sowie eine erste Verengung 5d, die zwischen dem ersten Endabschnitt 5a und dem Mittelabschnitt 5b ausgebildet ist, und eine zweite Verengung 5d, die zwischen dem zweiten Endabschnitt 5c und dem Mittelabschnitt 5b ausgebildet ist.

Im drehfest gekoppelten Zustand ist der erste Endabschnitt 5a in eine zu ihm komplementäre Aussparung an einem axialen Ende des Dosierkolbens 4 eingefügt, während der zweite Endabschnitt 5c in eine zu ihm komplementäre Aussparung an einem axialen Ende des Zahnrades 11, 12 eingefügt ist. Das Kopplungselement kann durch eine Bewegung senkrecht zur Drehachse A1 des Dosierkolbens 4 bzw. senkrecht zur Drehachse A1 des Zahnrades 11, 12 aus den komplementären Aussparungen entnommen werden. Zwischen den eingefügten Endabschnitten 5a, 5c des Kopplungselements 5 und den Aussparungen in den Drehkolben 4 und den Zahnrädern 11, 12 ist jeweils ein Spiel vorhanden. Dies ermöglicht einen Versatz zwischen der Drehachse A1 eines Dosierkolbens 4 und der Drehachse A2 eines Zahnrades 11, 12 quer zu den Achsrichtungen der Achsen A1 und A2. Das Kopplungselement 5 ist als kardanisches Gelenkstück ausgebildet, das einen Versatz der Achsen A1 und A2 quer zu den Achsrichtungen ohne Versatz der Achsen A1 und A2 entlang der Achsrichtung ermöglicht. Vorzugsweise ist die durch das Kopplungsstück 5 vermittelte Kopplung zwischen einem Drehkolben 4 und einem Zahnrad nicht nur frei von axialem Spiel, sondern auch frei von Drehspiel. Dadurch wird die Dosiergenauigkeit der Dosiereinheiten D, die auf dem Drehhub und dem Verschiebungshub eines Dosierkolbens 4 beruht, durch thermisch bedingte Versätze zwischen den Achsen A1 und A2 nicht beeinträchtigt.

Jedes der eingefügten Kopplungselemente 5 ist im eingebauten Zustand der drehfesten Kopplung von Dosierkolben 4 und Zahnrad 11, 12 durch einen Herausfall-Schutz gesichert. Ein solcher Herausfall-Schutz wird durch elastische Aufsätze gebildet, die gegen das Kopplungsstück 5 drücken und z.B. mittels einer auf das Dosierkolben-Ende aufsteckbaren Einrastverbindung oder Clipsverbindung an der Dosiereinheit D abnehmbar befestigt sind.

Bezugszeichen

1

Maschinengestell

2

Antriebsbereich (Antriebsbalken)

3

Dosierbereich (Dosierbalken)

4

Dosierkolben

5

Kopplungsstück

5a

Endabschnitt

5b

Mittelabschnitt

5c

Endabschnitt

5d

Verengung

5e

Verengung

6

Antriebsbalken

7

erste Zahnstange

7a

Zahnung

8

zweite Zahnstange

8a

Zahnung

9

erster Verbindungsbereich

10

zweiter Verbindungsbereich

11

Zahnrad der ersten Ebene

12

Zahnrad der zweiten Ebene

13

Antriebsraum

14

Produktraum

15

Trennwand

16

Zahnriemen

16a

Zahnung

D1

Dosiereinheit (4, 5,11) der ersten Ebene

D2

Dosiereinheit (4, 5,12) der zweiten Ebene

F

Bewegungsrichtungen der Zahnstange

A1

Drehkolben-Achse

A2

Zahnrad-Achse