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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Flaschen, insbesondere von
CO2-haltigen Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff
des Anspruch 1.
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Vorrichtungen
zum Abfüllen
von Flüssigkeiten
in Flaschen, insbesondere CO2-haltigen Flüssigkeiten
bestehen allgemein aus einer Füllmaschine mit
rotierenden Oberteil mit ringförmigen
Füllkessel und
daran angeordneten Füllorganen
und Hubeinrichtungen für
die Flaschen. Die Füllorgane
bestehen aus einem Füllorgangehäuse mit
Flüssigkeitsventil und
Flüssigkeitsauslauf
sowie u.a. aus einer Zentrier- und Abdichteinrichtung für die Mundstücke der
Flaschen. Angehoben und an die Zentrier- und Abdichteinrichtung
angepreßt
werden die Flaschen durch ein Huborgan, das aus einem pneumatisch
gesteuerten Hubzylinder besteht.
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Bestehen
die zu füllenden
Flaschen aus Kunststoff mit einem Halskragen ist es durch eine Vorrichtung
(U 87 09 382) zum Zentrieren von Flaschen und dergl insbesondere
in einer rotierenden Füll- und Verschließmaschine
bekannt, die einlaufenden Flaschen von einer unter den Halskragen
anlegbaren Greifervorrichtung gegen die Füll- und Verschließmaschine
zu bewegen. Die Greifervorrichtung weist dabei eine gabelförmige Zentrieröffnung für den Flaschenhals
und neben dieser eine der Fliehkraft der Flaschen entgegenwirkende
greiferlose Haltefläche
auf.
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Um
eine Flasche durch eine Füllmaschine mit
Flüssigkeit
füllen
zu können,
ist es notwendig, die Flasche an ein Füllorgan anzulegen, Dabei ist
es üblich,
um die Flaschen beim Zentrieren und Abdichten an ein Füllorgan
nicht zu beschädigen,
die Anpreßkraft
zu begrenzen, indem nur die Kraft einer Differenzfläche genutzt
wird.
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Bekannt
dazu ist eine kontinuierlich arbeitende Rotationsfüllmaschine
(
EP 0 179 975 ), bei
der pneumatische Flaschenheber vorgesehen sind und die Abfüllhähne mit zweiteiligen,
teleskopartig ausgebildeten Füllglocken
ausgestattet sind. Dabei wird in einer ersten Stufe die koaxiale
Bewegung des unteren Zentrier- und Dichtelementes nach oben auf
eine minimale Kraft begrenzt, um die zu füllenden Behälter nicht zu beschädigen. Diese
Kraft reicht jedoch nicht aus, um an einer Einfüllöffnung des Behälters die
erforderliche Dichtheit zu schaffen, um den Abfüllvorgang einzuleiten. In einer
zweiten Stufe wird die Dichtheit mit der Abfüllglocke dann derart optimiert, indem
Spanngas in eine Kammer eingeleitet wird, die zwischen dem oberen
festen Element und dem beweglichen unteren Element eingeschlossen
ist, womit die Gegenkraft an der Einfüllöffnung des Behälters erhöht wird.
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Bekannt
ist auch eine gattungsgemäße kontinuierlich
arbeitende Rotations-Flaschenfüllvorrichtung
(
EP 0321 629 ) mit den
Kragen der Flaschen erfassenden Greifeinrichtungen und an einem
Flüssigkeitskessel
angeordneten Füllorganen
mit Dichtungen für
die Flaschenmündungen,
wobei die Dichtungen sich unmittelbar unterhalb der Ventilsitze
der Flüssigkeitsventile
höhenfest
befinden. Die Greifeinrichtungen werden jeweils von einem vertikal
bewegbaren Schlitten gehalten, der mit einer auf einer Steuerbahn
geführten
Laufrolle mit Bolzen versehen ist. Der Schlitten besitzt weiterhin
in dessen oberer Füllposition
eine Verriegelungseinrichtung. An der Greifeinrichtung ist eine
Federeinrichtung vorgesehen, die in der Füllposition die Flaschenmündung gegen
die Dichtung des Füllorgans
drückt.
Die Greifeinrichtung ist dadurch höhenbeweglich zu dem Schlitten
angeordnet und über
diese Federeinrichtung mit Druckfedern elastisch gegenüber den
Schlitten abgestützt.
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Die
Verriegelungseinrichtung weist ein in der Wand des Flüssigkeitskessels
ausgebildetes Sackloch auf, in das der in der Achse der Laufrolle
integrierter, verschiebbarer Bolzen bei erreichen der oberen Füllposition
einrastet, wobei im letzten Abschnitt der Hubbewegung des Schlittens
die Druckfedern gespannt werden. Das Einrasten des Bolzens in das
Sackloch erfolgt entgegen einem Federdruck durch einen Steuernocken
in der oberen Füllposition, Er
wird in der Raststellung gehalten durch zwischen seiner Auflagefläche und
der anliegenden Wandung des Sackloches wirkenden Reibungskräfte, wenn zwischen
dem Schlitten und der Greifeinrichtung durch Anlage einer Flaschenmündung an
der Dichtung des Füllorgans
hervorgerufene Federkräfte
wirken.
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Das
Heben und Absenken des Schlitten mit Greifeinrichtung erfolgt über ortsfeste
Steuerkurven.
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Der
Nachteil oben genannter Vorrichtung besteht darin, daß relativ
hohe Anpresskräfte
notwendig sind, um eine Abdichtung zwischen der Flaschenmündung und
den Dichtungen am Füllorgan
zu erreichen, da die Dichtungen sich unmittelbar unterhalb der Ventilsitze
der Flüssigkeitsventile
höhenfest
befinden. Durch diese feststehenden Dichtungen und die dadurch notwendigen
Anpresskräfte
sind stabil ausgebildete Getriebeelemente für die Vertikalbewegung und
für die
Verriegelungseinrichtung in der oberen Position des Flaschenschlittens
erforderlich, die sich in einer nicht rationellen Dimensionierung
von z.B. Abzugskurven, Anlaufrollen, Hebel, Gelenke, Buchsen, Führungen
u. dergl. bemerkbar machen. Diese Getriebeelemente sind weiterhin
durch stark federbelastete Bewegungen einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt.
Außerdem
ist die Verriegelung des Flaschenschlittens in seiner oberen Position
mittels eines federbelasteten Bolzens lediglich durch Reibungskräfte in einem
Sackloch nicht zwangsgesteuert, störanfällig und technisch aufwendig.
Bei einer Verschmutzung des Sackloches oder durch Flüssigkeit
ist eine Raststellung nicht mehr gegeben und die Funktionsfähigkeit
der Hubeinrichtung nicht mehr gewährleistet.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Glasflaschen
sowie PET-Flaschen mit einem Halskragen durch eine Hubeinrichtung
mit minimierter Anpreßkraft
schonend an ein Füllorgan
dichtend anzulegen zur Abfüllung
einer CO2-haltigen Flüssigkeit in die zu füllenden
Flaschen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht
in der einfachen und deshalb sehr wirtschaftlichen Konstruktion,
die durch wenig sich zueinander bewegende Bauelemente einen geringen
Verschließ aufweist.
Die Hub- und Senkbewegung des Huborgans erfolgt, gesteuert durch
eine Steuerkurve, lediglich gegen eine nur minimale Kraft, die durch
die Drehfeder erzeugt wird. Die Anpresskraft zur Erzeugung der Dichtheit
zwischen Flaschenmündung
und Füllventildichtung
wird durch den im Füllventil
integrierten Differenzdruckkolben erst nach Freigabe des Vorspanngases
erzeugt. Dabei hat das Huborgan lediglich die entsprechende Gegenkraft
aufzunehmen, ohne jedoch in diesem Zustand die Relativbewegungen
der einzelnen Getriebeelemente zueinander auszuführen. Eine Verriegelungseinrichtung
des Huborgans in seiner oberen Füllposition
durch einrastende Elemente, wie Bolzen u. dergl. entfallen, da das
Huborgan durch Einschränkung
der Freiheitsgrade der entsprechenden Getriebeelemente infolge ihrer
geometrischen Anordnung bereits an einer ungewollten Abwärtsbewegung
gehindert wird. Lediglich durch die senkrechte Stellung der Gewindestange der
Hubeinrichtung, arretiert durch einen Anschlag und gehalten durch
die Federkraft, wird die notwendige Raststellung erzeugt. Die Hubeinrichtung
ist durch die einfachen Bauelemente übersichtlich, reparaturfreundlich
und wartungsarm.
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Die
Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
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Die
zugehörigen
Zeichnungen zeigen in
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1:
eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Abfüllen von
Flüssigkeiten
in PET-Flaschen
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2:
eine schematische Darstellung der Vorrichtung um 90° gedreht
zu 1
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3:
eine Draufsicht auf eine Greifeinrichtung
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4:
eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Abfüllen von
Flüssigkeiten
in Glasflaschen
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5:
eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Abfüllen von
Flüssigkeiten
in PET-Flaschen mit einer getriebetechnischen Ausführung oberhalb
eines Füllkessels
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6:
eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Abfüllen von
Flüssigkeiten
in Glasflaschen mit einer getriebetechnischen Ausführung oberhalb
eines Füllkessels
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Gemäß den 1 bis 3 besteht
die Vorrichtung zum Abfüllen
von Flüssigkeiten
in Flaschen, insbesondere CO2-haltigen Flüssigkeiten
in PET-Flaschen mit einem Halskragen aus einer Gegendruck-Füllmaschine
mit mehreren an einem rotierenden Fülleroberteil mit ringförmigen Füllkessel
angeordneten Füllorganen
und jeweils den Füllorganen zugeordneten
vertikal beweglichen Huborganen.
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Ein
teilweise dargestelltes Füllorgan 1 besteht
aus einem Füllorgangehäuse mit
Flüssigkeitsventil
und Flüssigkeitsauslauf,
einer Rückgasöffnung,
Vorspann- und Entlastungsventilen sowie einer Zentrier- und Abdichteinrichtung 2 für die Mundstücke der
Flaschen. Die Zentrier- und Abdichteinrichtung 2 weist
ein im Ventilgehäuse
höhenbewegliches durch
einen Differenzdruck gesteuertes Abdichtelement auf. Dabei ist die
Zentrier- und Abdichteinrichtung 2 im Füllorgangehäuse als kreisringförmiger Kolben
ausgebildet, der an seinem unteren Teil eine Ansetzlippe besitzt
und dessen oberer Teil als Differenzdruckfläche zum Flaschenmündungsquerschnitt im
Flüssigkeitsauslauf
mit dem Vorspannventil in Verbindung steht.
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Das
vertikal bewegliche Huborgan für
die Flaschen besitzt für
PET-Flaschen eine den Halskragen der Flaschen erfassende Halteeinrichtung
in Form einer Greifeinrichtung 3. Diese Greifeinrichtung 3 ist
an einer Brücke 4 angeordnet,
die an den Oberteilen von zwei Führungsstangen 5 befestigt
ist. Die Führungsstangen 5 sind
in Halterungen 6 am Fülleroberteil
durch Federdruck vertikal bewegbar gelagert und stehen über Getriebeelemente
einschließlich
einer Anlaufrolle 7 mit einer die Vertikalbewegung steuernden
ortsfesten Hub- und Absenkkurve 8 in Verbindung. Die vertikal
beweglichen Führungsstangen 5 mit
der Greifeinrichtung 3 besitzen einen Verbindungssteg 9,
an dem ein Winkelgelenk 10 mit Gewindestange 11 befestigt
ist. Diese Gewindestange 11 steht über ein weiteres Winkelgelenk 12 mit
einem durch die Kraft eine Drehfeder 13 verschwenkbaren Hebel 14 in
Verbindung, Der Hebel 14 ist mit einem Schwenkhebel 15 mit
der Anlaufrolle 7 verbunden. Dabei ist der Hebel 14 und
der Schwenkhebel 15 verdrehbar auf einer zum rotierenden
Fülleroberteil
ortsfesten Achse 16 gelagert. Der Hebel 14 ist
durch einen an der Halterung 17 befestigten Anschlag in
seiner Verdrehung begrenzt. Diese Achse 16 ist an einer am
rotierenden Fülleroberteil
feststehenden Halterung 17 befestigt. Auf der zum rotierenden
Fülleroberteil
ortsfesten Achse 16 ist koaxial die zwischen der Halterung 17 und
dem Hebel 14 und in diesen eingreifend die Drehfeder 13 angeordnet.
Die durch die Drehfeder 13 federbelastete Anlaufrolle 7 ist durch
die am Maschinengestell einstellbar befestigte zwischen Ein- und
Auslaufbereich der Flaschen angeordneten Hub- und Absenkkurve 8 in
ihrer Bewegung steuerbar.
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Die
an der Brücke 4 der
Führungsstangen 5 befestigte
Greifeinrichtung 3 besteht aus einer den Flaschenhals erfassende
unter den Halskragen der Flaschen greifende nach vorn gerichtete
Federzange 18. deren Federdruck durch an der rückwärtigen Seite vorgesehene
in einer Hülse 19 gehalterte
Druckfeder 20 erzeugt wird.
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Gemäß der 4 besteht
zum Abfüllen
in Glasflaschen eine an den Führungsstangen 5 angeordnete
Halteeinrichtung aus einem den Flaschenboden tragenden Flaschenteller 21.
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Die 5 und 6 zeigen
Varianten der Anordnung der Getriebeelemente oberhalb eines ringförmigen Füllkessels.
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Dabei
ist in 5 eine Vorrichtung zum Abfüllen von Flüssigkeiten in PET-Flaschen
mit einer getriebetechnischen Ausführung mit Greifeinrichtung 3 oberhalb
eines Füllkessels
dargestellt.
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In 6 ist
eine Vorrichtung zum Abfüllen von
Flüssigkeiten
in Glasflaschen mit einer getriebetechnischen Ausführung mit
Flaschenteller 21 oberhalb des Füllkessels gezeigt.
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Die
Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
Die Arbeitszyklen
beim Abfüllen
von Flüssigkeiten
in Flaschen sollen an Hand eines Beispiels zum Abfüllen einer
CO2-haltigen Flüssigkeit in PET-Flaschen mit
einem Halskragen beschrieben werden. Das Vorspannen, Füllen und
Entlasten erfolgt wie bei bekannten Füllmaschinen. Die Zuführung der
Flaschen zu den Füllorganen
und das Abdichten der Flaschen an den Füllventilen der Füllorganen
ist neu bzw. abgeändert.
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Die
zu füllenden
Flaschen werden von Zuführschnecken
und Einteilsternen zu den Füllorganen 1 am
rotierenden Fülleroberteil
transportiert. Von einem Einteilstern werden PET-Flaschen mit ihrem Flaschenhals
der Greifeinrichtung 3 zugeführt und unterhalb des Halskragens
in die Federzange 18 der Greifeinrichtung 3 gedrückt. Zur
Unterstützung
des Einschiebens des Flaschenhalses in die Federzange 18 kann
eine ortsfeste Eindrückkurve
angebracht werden. Die Federzange 18 wird dabei durch das
Hineingleiten des Flaschenhalses entgegen den Druck der Druckfeder 20 geöffnet und
hält den
Flaschenhals zentriert zur Füllorganmittelachse
geklemmt fest. Die Druckfeder 20 in der Hülse 19 der
Federzange 18 ist leicht gespannt.
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Glasflaschen
werden vom Einteilstern direkt auf die Flaschenteller 21 gestellt.
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Die
Hubeinrichtung ist abgesenkt. Durch die Rotation des Fülleroberteiles
gelangt die federbelastete Anlaufrolle 7 der Hubeinrichtung
in den nach oben abgeschrägten
Bereich der am Maschinengestell einstellbar gelagerten Hubkurve 8 und
durch die Kraft der Drehfeder 13 wird der auf der Achse 16 gelagerte
Hebel 14 und gleichzeitig auch der mit dem Hebel 14 drehfest
verbundene Schwenkhebel 15 verdreht. An den Hebel 14 greift
dabei die koaxial auf der Achse 16 angeordnete Drehfeder 13 ein
und übt über den
Schwenkhebel 15 und Anlaufrolle 7 einen Gegendruck
auf die Hub- und Absenkkurve 8 aus. Durch die Verschwenkung
des Schwenkhebels 15 und des Hebels 14 wird durch
Federdruck über
das Winkelgelenk 12 die Gewindestange 11 nach
oben gedrückt und
bewegt über
das weitere Winkelgelenk 10 den Verbindungssteg 9 nach
oben. Am Verbindungssteg 9 sind die zwei Führungsstangen 5 befestigt,
an denen oben die Brücke 4 angeordnet
ist. Die Führungsstangen 5 sind
in am Fülleroberteil
befestigten Halterungen 6 gelagert und vertikal verschiebbar.
Durch die Hubbewegung der Gewindestange 11, des Verbindungssteges 9 und
der Führungsstangen 5 wird die
Brücke 4 mit
der Greifeinrichtung 3 bzw. die Flaschenteller 21 und
den gehalterten Flaschen nach oben in Richtung Füllorgan 1 bewegt.
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Durch
diese Hubbewegung werden die Flaschenmundstücke der Zentrier- und Abdichteinrichtung 2 zugeführt. Die
Mundstücke
der Flaschen werden an das im Ventilgehäuse befindliche höhenbewegliche
Abdichtelement angelegt, das durch einen Differenzdruck gesteuert
ist. Dabei ist das Abdichtelement in der Zentrier- und Abdichteinrichtung 2 als kreisringförmiger Kolben
ausgebildet, der an seinem unteren Teil eine Ansetzlippe besitzt
und dessen oberer Teil als Differenzdruckfläche zum Flaschenmündungsquerschnitt
im Flüssigkeitsauslauf
mit dem Vorspannventil in Verbindung steht.
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Die
Hubbewegung der Flaschen erfolgt durch die Kraft der Drehfeder 13 gesteuert
durch die Hub- und Absenkkurve 8 und begrenzt durch einen Anschlag
und kann durch eine Verstellung der Länge der Gewindestange 11 genauestens
eingestellt werden. Das Anlegen des Mundstückes der Flaschen erfolgt demgemäß lediglich
gegen eine nur minimale Kraft, die durch die Drehfeder 13 erzeugt
wird. Die Anpresskraft zur Erzeugung der Dichtheit zwischen Flaschenmündung und
Füllventildichtung
wird durch den im Füllventil
integrierten Differenzdruckkolben erst nach Freigabe des Vorspanngases
erzeugt. Dabei hat das Huborgan lediglich die entsprechende Gegenkraft
aufzunehmen, ohne jedoch in diesem Zustand Relativbewegungen der
einzelnen Getriebeelemente zueinander ausführen zu müssen. Eine Verriegelungseinrichtung
des Huborgans in seiner oberen Füllposition
durch einrastende Elemente, wie Bolzen u. dergl. entfällt. Das
Huborgan ist durch Einschränkung
der Freiheitsgrade der entsprechenden Getriebeelemente infolge ihrer
geometrischen Anordnung bereits an einer ungewollten Abwärtsbewegung
gehindert. Lediglich durch die senkrechte Stellung der Gewindestange 11 der
Hubeinrichtung, gehalten durch die Federkraft und arretiert durch
den Anschlag an der Halterung 17 , wird die notwendige Raststellung
erzeugt.
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Die
Flasche ist nunmehr an das Füllorgan 1 dichtend
angelegt und der Füllvorgang
kann eingeleitet werden.
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Nach
dem Öffnen
des Flüssigkeitsventils
in bekannter Weise erfolgt das Füllen,
was ebenfalls in bekannter Weise durch Verschließen der Rückgasäffnung durch die aufsteigende
Flüssigkeit
beendet wird.
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Das
Abziehen der gefüllten
Flaschen von den Füllorganen 1 erfolgt
durch das Absenken der Hubeinrichtung. Dazu wird die Anlaufrolle 7 gesteuert durch
die Hub- und Absenkkurve 8 entgegen der Kraft der Drehfeder 13 gedreht
und über
die Getriebeelemente wird die Greifeinrichtung 3 bzw. der
Flaschenteller 21 abgesenkt. Das Herausdrücken der PET-Flaschen
aus der Federzange 18 der Greifeinrichtung 3 kann
durch das Anbringen einer ortsfesten Kurve unterstützt werden.
Die abgesenkten und gefüllten
Flaschen werden durch einen Transportstern und Transportbändern abgeführt und
weiteren verarbeitenden Einrichtungen z.B. einer Verschließmaschine
zugeführt.
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- 1
- Füllorgan
- 2
- Zentrier-
und Abdichteinrichtung
- 3
- Greifeinrichtung
- 4
- Brücke
- 5
- Führungsstange
- 6
- Halterung
- 7
- Anlaufrolle
- 8
- Hub-
und Absenkkurve
- 9
- Verbindungssteg
- 10
- Winkelgelenk
- 11
- Gewindestange
- 12
- Winkelgelenk
- 13
- Drehfeder
- 14
- Hebel
- 15
- Schwenkhebel
- 16
- Achse
- 17
- Halterung
- 18
- Federzange
- 19
- Hülse
- 20
- Druckfeder
- 21
- Flaschenteller