DE102004042516B4

DE102004042516B4 - Verfahren zum Freistrahlfüllen von Flaschen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut sowie Füllmaschine zum Durchführen dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE102004042516B4
Application number: DE200410042516
Authority: DE
Inventors: Timo Jakob
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: DE102004042516A1; EP1632455A1

Abstract

Verfahren zum Freistrahlfüllen von Flaschen (3) oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut, bei dem (Verfahren) der jeweilige Behälter an einem Behälterträger (9) mit seiner Behälteröffnung oder -mündung (3.1) im Abstand von einer Abgabeöffnung (6) eines Füllelementes (1) gehalten ist und das flüssige Füllgut während des Füllvorgangs dem jeweiligen Behälter (3) als freier Füllgutstrahl (12) in Richtung einer Füllelementachse (VA) durch die Behältermündung (3.1) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (3) dem Behälterträger (9) in Normallage zugeführt und anschließend zum Anfüllen um eine Achse senkrecht zur Füllelementachse (VA) geneigt wird, so dass die Behälterachse (FA) mit der Füllelementachse (VA) einen Winkel (α) einschließt und der Füllgutstrahl (12) zumindest teilweise auf die Innenfläche des Behälters im Bereich einer Behälterumfangswand (3.4) schräg auftrifft, und dass der Behälter (3) nach dem Erreichen einer ausreichenden Füllguthöhe zum weiteren Füllen wieder in seine Normallage schwenkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 9.

Das sogenannte „Freistrahlfüllen" von Flaschen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut und hierfür geeignete Füllmaschinen sind bekannt. Bei diesem Freistrahlfüllen sind die zu füllenden Flaschen oder dergleichen Behälter an Flaschen- oder Behälterträgern unterhalb jeweils einer Abgabeöffnung eines Füllelementes derart gehalten, dass die jeweilige Behälterachse achsgleich mit der Achse der Abgabeöffnung und damit der Füllelementachse orientiert ist und das flüssige Füllgut beim Füllen als freier Strahl über die von der Abgabeöffnung beabstandete Behälteröffnung oder -mündung dem Behälterinnenraum zufließt. Das Freistrahlfüllen hat speziell bei solchen Produkten eine hohe Bedeutung, die ein besonders steriles Abfüllen erfordern, da es bei diesem Füllen zu keiner Berührung zwischen dem Füllelement und dem jeweiligen Behälter kommt und hierdurch die Gefahr einer Kontaminierung oder Verkimung der Füllelemente vermieden ist.

Da aber das Füllgut bzw. der Füllgutstrahl beim Anfüllen, d.h. am Beginn des jeweiligen Füllvorgangs zunächst direkt auf die Innenfläche des Bodens des noch leeren Behälters auftrifft, kann dieses Auftreffen oder Aufprallen bei speziellen Füllgütern – insbesondere auch wegen des beim Freistrahlfüllen fehlenden Gegendrucks im Inneren des jeweiligen Behälters – zu einer unerwünschten Schaumbildung führen, welche u.a. die Qualität des abgefüllten Produktes sowie auch die Leistung einer Füllmaschine (gefüllte Behälter je Zeiteinheit) stark beeinträchtigt. Ebenfalls kann es durch das Aufschäumen des Füllguts zu einem Überschäumen und somit zu unerwünschten Verschmutzungen von Behälter und/oder Füllmaschine kommen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden in der Vergangenheit einige Vorschläge unterbreitet.

So wurde z.B. durch die DE 37 40 876 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei welcher zur Abfüllung sensibler Produkte vorgesehen ist, die zur Aufnahme der Behälter während des Füllprozesses vorgesehenen Behälteraufnahmen derart abzuwinkeln, dass der Flüssigkeitsstrahl schräg auf die Behälterinnenwand auftrifft. Diese Schrift sieht ausschließlich eine permanente Schrägstellung der Behälteraufnahmen vor, wodurch sich Schwierigkeiten bei der Übernahme und Abgabe der Behälter, aber auch bei der Ermittlung des erreichten Füllstandes ergeben.

Ebenfalls bekannt wurden eine Vorrichtung und ein Verfahren nach der JP 2003-63594 A. Diese Schrift beschreibt ein Verfahren, bei welchem die durch die Wirkung der Zentrifugalkraft hervorgerufene Schrägstellung des Füllgutstrahles kompensiert wird. Dabei werden die Behälter derart geneigt, dass der Füllgutstrahl trotz der auf ihn einwirkenden Zentrifugalkraft mittig auf den Behälterboden trifft. Einen Vorschlag zur Verminderung beispielsweise der Schaumbildung unterbreitet diese Schrift nicht, die vorgestellt Vorrichtung ist dazu nicht geeignet.

Des Weiteren wurde eine Vorrichtung gemäß der US 3,780,847 vorgestellt. Auch diese Schrift befasst sich ausschließlich mit dem Ausgleich der durch die Zentrifugalkraft hervorgerufenen Schrägstellung des Füllgutstrahles.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, welche unter Beibehaltung der Vorteile des Freistrahlfüllens auch bei kritischen Produkten eine Schaumbildung vermeiden, zumindest erheblich reduzieren. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine ist Gegenstand des Patentanspruches 10.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Behälter dem jeweiligen Füllelement bzw. dem diesem Füllelement zugeordneten Behälterträger in Normallage, d.h. mit der Behälterachse in vertikaler Richtung orientiert zugeführt und anschließend für das Anfüllen geneigt, so dass ein mehr oder weniger lotrechtes Aufprallen des Füllgutstrahls auf die Innenfläche des Behälterbodens vermieden ist, der Füllgutstrahl anstatt dessen schräg und damit sanft auf die Innenfläche der Behälterumfangswand auftrifft und dann entlang dieser Innenfläche in Richtung Behälterboden fließt.

Nach Beendigung des Anfüllens, d.h. nach Erreichen einer ausreichenden Füllguthöhe im Behälter wird dieser zum weiteren Füllen in seine Normallage geschwenkt, in der dann die Behälterachse wieder parallel zu oder achsgleich mit der Füllelementachse liegt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 in sehr vereinfachter schematischer Darstellung ein Füllelement einer Füllmaschine umlaufender Bauart für ein Freistrahlfüllen von Flaschen mit einem flüssigen Füllgut, bei schräg gestellter oder geneigter Flasche;
2 eine Darstellung wie 1, jedoch bei in Normalstellung befindlicher Flasche.
In den Figuren ist 1 ein Füllelement einer ansonsten nur sehr schematisch dargestellten Füllmaschine umlaufender Bauart. Das Füllelement ist mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente 1 am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotors 2 vorgesehen und dient zum Freistrahlfüllen von Flaschen 3 oder dergleichen Behälter.
Das Füllelement 1 weist die übliche Ausbildung auf, d.h. u.a. den in einem Gehäuse 4 ausgebildeten Flüssigkeitskanal 5, dem das flüssige Füllgut von einem nicht dargestellten Kessel oder Vorratsbehälter zugeführt wird und der zur Abgabe des Füllgutes an die jeweils zu füllende Flasche 3 an der Unterseite des Füllelementes 1 an einer dortigen Abgabeöffnung 6 mündet. Im Flüssigkeitskanal 5 ist weiterhin das übliche, durch eine Betätigungseinrichtung 7 betätigte und den Füllvorgang steuernde Flüssigkeitsventil 8 vorgesehen. Mit VA ist die vertikale Füllelementachse bezeichnet, die auch die Achse der Abgabeöffnung 6 ist.
Unterhalb jedes Füllelementes 1 bzw. der entsprechenden Abgabeöffnung 6 befindet sich ein Flaschen- oder Behälterträger 9, an dem die jeweilige Flasche 3 für den Füllvorgang an einem am Flaschenhals unterhalb der Flaschenmündung 3.1 gebildeten wegstehenden Flansch 3.2 hängend gehalten ist. Der Behälterträger 9 ist seinerseits über ein Gelenk 10 gelenkig mit einem Tragelement 11 verbunden, welches Bestandteil des Rotors 2 bzw. an diesem Rotor befestigt ist. Mittels des Gelenks 10 ist der Behälterträger 9 um eine horizontale Achse schwenkbar, die tangential zur Drehbewegung des Rotors 2 orientiert ist und bei der Darstellung der 1 und 2 senkrecht zur Zeichenebene dieser Figuren liegt.
Für das Freistrahlfüllen, bei dem der aus der Abgabeöffnung 6 in Richtung der Füllelementachse VA austretende Füllgutstrahl 12 durch die Behältermündung 3.1 frei in den Behälter 3 eintritt, d.h. dass der jeweils zu füllende Behälter 3 mit seiner Behältermündung 3.1 nicht gegen das Füllelement 1 anliegt, sondern von diesem in Richtung der Füllelementachse VA beabstandet ist, ist auch der Behälterträger 9 in ausreichendem Abstand unterhalb des Füllelementes 1 bzw. der Abgabeöffnung 6 angeordnet.
Durch die schwenkbare Befestigung des Behälterträgers 9 ist es möglich, die Flasche 3 während des Anfüllens um die Achse des Gelenkes 10 so zu neigen, dass die Flaschenachse FA der jeweiligen Flasche 3 mit der Füllelementachse VA einen spitzen Winkel α, beispielsweise einen Winkel α zwischen 5° bis 20°, vorzugsweise 10° bis 12° einschließt, und der durch die Flaschenmündung 3.1 in die Flasche 3 eintretende Füllgutstrahl 12 nicht auf den Boden 3.3 der Flasche 3 auftrifft, sondern auf die Innenfläche der Flaschenumfangswand 3.4, und zwar in einem der Neigung der Flasche 3 entsprechenden Winkel.
Die Neigung der jeweiligen Flasche 3 wird beispielsweise durch ein Führungselement 13 erreicht, welches auf einem Niveau unterhalb der Behälterträger 9, aber oberhalb eines Niveaus angeordnet ist, auf dem sich beim Umlauf des Rotors 2 die Böden 3.3 der Flaschen 3 bewegen, und welches mit seinem bezogen auf die Maschinen- oder Rotorachse radial außenliegenden Rand 14 eine Steuerkontur oder Führungs- bzw. Steuerfläche bildet, gegen die die jeweilige Flasche 3 während des Füllvorgangs mit der Außenfläche der Flaschenumfangswand 3.4 anliegt.
Im Winkelbereich der Drehbewegung des Rotors 2, in dem (Winkelbereich) die Flaschen 3 jeweils in der in der 1 dargestellten Weise geneigt sind, besitzt der Rand 14 einen größeren radialen Abstand von der vertikalen Maschinenachse und reicht bei der dargestellten Ausführungsform bis etwa an eine, die Maschinenachse konzentrisch umschließende, gedachte Kreisbahn heran, auf der sich die Achsen VA der Füllelemente 1 bei umlaufendem Rotor 2 bewegen. Im Winkelbereich der Drehbewegung des Rotors 2, in dem (Winkelbereich) die jeweilige an einem Behälterträger 3 gehaltene Flasche ihre Normallage aufweist, d.h. mit ihrer Achse FA in vertikaler Richtung und achsgleich mit der Achse VA orientiert ist, besitzt der Rand 14 einen kleineren radialen Abstand von der Maschinenachse und endet bei der dargestellten Ausführungsform in einem Abstand von der vorgenannten gedachten kreisförmigen Bewegungsbahn der Achsen VA, welcher (Abstand) etwa dem halben Flaschenaußendurchmesser entspricht.
Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich der Rand 14 innerhalb der Bewegungsbahn der an den Behälterträgern 9 gehaltenen Flaschen 3, so dass die geneigten Flaschen 3 mit ihrem unteren Bereich radial nach außen geneigt sind (1).
Beim Füllen der jeweiligen Flasche 3 erfolgt das Anfüllen bei geneigter Flasche, so dass das mit dem Füllgutstrahl 12 zugeführte Füllgut sanft auf die Innenfläche der Flaschenumfangswandung 3.4 auftrifft und dann entlang der Flascheninnenfläche nach unten fließt. Hierdurch werden ein Aufprallen des Füllgutes auf die Flascheninnenfläche und eine damit verbundene Schaumbildung auch beim Freistrahlfüllen wirksam vermieden. Ist nach dem Anfüllen ein ausreichendes Flüssigkeits- oder Füllgutniveau in der Flasche 3 erreicht, so erfolgt ein Zurückschwenken der Flasche 3 in ihre Normallage, in der dann das weitere Füllen bis zum Erreichen der geforderten Füllhöhe oder Füllgutmenge, d.h. bis zum Schließen des Flüssigkeitsventils 8 durchgeführt wird.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es selbstverständlich möglich, die Flaschen 3 oder dergleichen Behälter beispielsweise zum Anfüllen auch in anderer Weise zu neigen, beispielsweise derart, dass die geneigten Flaschen oder Behälter mit ihrem Bodenbereich bezogen auf die vertikale Maschinenachse radial nach innen weisen.
Ebenfalls ist es z.B. möglich, ein Führungselement 13 ausschließlich oder zusätzlich am Behälterträger 9 angreifen zu lassen, so dass im Falle der Schrägstellung keine oder nur noch eine stark verminderte Kraft über die Führungs- oder Gleitfläche 14 und die Flasche 3 auf den Behälterträger 9 übertragen werden muss. Die Bewegung des Behälterträgers 9 kann aber auch durch andersartige Betätigungselemente wie z.B. Nocken oder Steuerkurven bewirkt werden.

1: Füllelement
2: Rotor
3: Flasche
3.1: Flaschenmündung
3.2: Flansch
3.3: Flaschenboden
3.4: Flaschenumfang bzw. Flaschenrumpf
4: Gehäuse
5: Flüssigkeitskanal
6: Abgabeöffnung
7: Betätigungselement
8: Flüssigkeitsventil
9: Flaschen- oder Behälterträger
10: Gelenk
11: Tragelement
12: Füllgutstrahl
13: Führungselement
14: Führungs- oder Gleitfläche
VA: Füllelementachse
FA: Behälter- oder Flaschenachse
α: Neigungswinkel

Claims

Verfahren zum Freistrahlfüllen von Flaschen (3) oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut, bei dem (Verfahren) der jeweilige Behälter an einem Behälterträger (9) mit seiner Behälteröffnung oder -mündung (3.1) im Abstand von einer Abgabeöffnung (6) eines Füllelementes (1) gehalten ist und das flüssige Füllgut während des Füllvorgangs dem jeweiligen Behälter (3) als freier Füllgutstrahl (12) in Richtung einer Füllelementachse (VA) durch die Behältermündung (3.1) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (3) dem Behälterträger (9) in Normallage zugeführt und anschließend zum Anfüllen um eine Achse senkrecht zur Füllelementachse (VA) geneigt wird, so dass die Behälterachse (FA) mit der Füllelementachse (VA) einen Winkel (α) einschließt und der Füllgutstrahl (12) zumindest teilweise auf die Innenfläche des Behälters im Bereich einer Behälterumfangswand (3.4) schräg auftrifft, und dass der Behälter (3) nach dem Erreichen einer ausreichenden Füllguthöhe zum weiteren Füllen wieder in seine Normallage schwenkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Behälter zum Anfüllen um einen Winkel (α) im Bereich von etwa 10° bis 12° gegenüber der Füllelementachse (VA) geneigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter (3) zum Füllen an den an einem Transportelement (2) vorgesehenen Behälterträgern (9) gehalten sind und an diesen zwischen einem Behältereinlauf, an dem die zu füllenden Behälter jeweils einen Behälterträger (9) übergeben werden, und einem Behälterauslauf bewegt werden, an dem die gefüllten Behälter von den Behälterträgern (9) abgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter (3) am Behältereinlauf in ihrer Normallage an den jeweiligen Behälterträger (9) übergeben und nach der Übergabe gegenüber der Füllelementachse (VA) geneigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter (3) während des Füllens hängend an dem jeweiligen Behälterträger (9) gehalten sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter (3) durch eine gegen die Behälteraußenfläche anliegende Anlage- oder Führungsfläche (14) geneigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterträger (9) jeweils um eine Achse senkrecht zur Füllelementachse (VA) schwenkbar am Rotor (2) gehalten sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterträger (9) durch direkt auf sie einwirkende Mittel bewegt werden.
Füllmaschine zum Freistrahlfüllen von Flaschen (3) oder dgl. Behälter mit einem flüssigen Füllgut, mit einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor (2), mit mehreren am Umfang des Rotors (2) angeordneten Füllelementen (1) mit jeweils einer eine Füllelementachse (VA) definierenden Abgabeöffnung (6), mit einem jedem Füllelement (1) zugeordneten Behälterträger (9) zur Aufnahme jeweils eines Behälters unterhalb und mit Abstand von der Abgabeöffnung (6) des Füllelementes (1), über die während des Füllens das flüssige Füllgut dem jeweiligen Behälter durch dessen Behältermündung als freier Füllgutstrahl (12) zufließt, mit Mitteln (10, 13) zum Neigen jedes an dem Behälterträger (9) gehaltenen Behälters beim Füllen in der Weise, dass dessen Achse (FA) mit der Füllelementachse einen Winkel (α) einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterträger (9) für das Neigen der Behälter jeweils um eine Achse (10) senkrecht oder annähernd senkrecht zur Füllelementachse (VA) schwenkbar am Rotor (2) vorgesehen sind.
Füllmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Neigen der Behälter auf einem Winkelbereich der Drehbewegung des Rotors (2) um die Maschinenachse wirksam sind, vorzugsweise auf einem an einen Behältereinlauf anschließenden Winkelbereich dieser Drehbewegung.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch auf die Behälter und/oder die Behälterträger (9) einwirkende Steuermittel (13, 14) zum Neigen der Behälter.
Füllmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel von einer Steuerfläche oder Steuerkontur (14) gebildet sind, gegen die sich die Behälter oder die Behälterträger (9) mit ihrer Außenfläche abstützen.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterträger (9) für eine hängende Befestigung der Behälter ausgebildet sind.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) der Behälter im Bereich zwischen etwa 10° bis 12 liegt.