DE102006014103A1

DE102006014103A1 - Füllelement zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut sowie Füllmaschine mit derartigen Füllelementen

Info

Publication number: DE102006014103A1
Application number: DE102006014103A
Authority: DE
Inventors: Thomas Stienen
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-25
Also published as: CN101454237B; BRPI0709343B1; US8256474B2; EP2001789B1; SI2001789T1; WO2007110197A1; MX2008012068A; CN101454237A; BRPI0709343A2; JP2009530197A; EP2001789A1; DE102006014103B4; US20090071569A1; JP5059846B2

Abstract

Bei einem Füllelement zum Füllen von Flaschen oder dgl. Behälter mit einem flüssigen Füllgut ist für die Steuerung des Füllprozesses in Abhängigkeit von einem Signal eines im Strömungsweg des Füllgutes angeordneten Durchflussmessers dieser in das Füllelement integriert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine umlaufender Bauart gemäß Oberbegriff Patentanspruch 10.

Füllelemente zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere auch zum Füllen von Flaschen mit Getränken, sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt, und dabei auch als Füllelemente für ein volumengesteuertes Füllen (volumetrisches Füllen). Bei diesen Füllelementen ist in einer Flüssigkeitsleitung zwischen einer Quelle des flüssigen Füllgutes (z.B. Vorratsbehälter oder Kessel) und dem jeweiligen Füllelement ein Durchflussmesser vorgesehen, der ein die Beendigung des Füllvorgangs, d.h. das Schließen des Flüssigkeitsventils veranlassendes Mess- oder Steuersignal an eine zentrale Steuereinrichtung (Rechner) der Füllmaschine liefert.

Vorgeschlagen wurde auch bereits ein Füllelement zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter, bei dem ein die Durchflussmenge des Füllgutes erfassendes Messwerk eines Durchflussmessers am Füllelement vorgesehen ist, und zwar an dem im Füllelement ausgebildeten Flüssigkeitskanal in Strömungsrichtung des einer Flasche oder dgl. Behälter während des Füllvorgangs zufließenden flüssigen Füllgutes (nachstehend auch Füllgutströmungsrichtung) vor dem Flüssigkeitsventil. Ein gewisser Nachteil besteht hierbei darin, dass dann, wenn zum vereinfachten Betätigen des Flüssigkeitsventils eine Betätigungsstange verwendet wird, diese durch das Messwerk des Durchflussmessers durchreicht, was u.U. die Verendung spezieller Materialien für die Betätigungsstange erfordert, und zwar speziell dann, wenn der Durchflussmesser in besonders einfacher Weise und auch besonders wartungsarm als magnetischer, induktiver Durchflussmesser (MID) ausgebildet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen, welches bei einer besonders kompakten und vereinfachten Konstruktion der Füllmaschine ein volumengesteuertes Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine umlaufender Bauart ist Gegenstand des Patentanspruches 10.

Bei dem erfindungsgemäßen Füllelement ist das Messwerk des Durchflussmessers in Füllgutströmungsrichtung auf das Flüssigkeitsventil folgend vorgesehen. Hierdurch besteht insbesondere nicht die Notwendigkeit, dass bei Verwendung einer Betätigungsstange für das Flüssigkeitsventil diese Stange das Messwerk des Durchflussmessers durchdringt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, dass die Betätigungsstange welche erfindungsgemäß nicht durch das Meßwerk des Durchflussmessers hindurchreicht, die Genauigkeit der Messergebnisse nicht negativ beeinflussen kann. So haben z.B. im Vergleich zwischen einzelnen Betätigungsstangen auftretende Kontur- oder Volumenabweichungen keinen schädigenden Einfluss.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Füllelementes, bei dem der Durchflussmesser ebenfalls nicht extern, sondern im jedem Füllelement integriert vorgesehen ist, sind u.a., dass bei einem volumengesteuerten Füllen eine besonders kompakte Bauweise für die Füllmaschine insgesamt erreicht ist und außerdem die Anzahl der im Flüssigkeits- oder Füllgutkanal zwischen dem Vorratsbehälter oder Kessel und der Abgabeöffnung des jeweiligen Füllelementes vorhandenen, abzudichtenden Übergänge reduziert werden kann.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt ein Füllelement einer Füllmaschine umlaufender Bauart für ein druckloses Freistrahlfüllen von Flaschen mit einem flüssigen Füllgut, bei geöffnetem Flüssigkeitsventil;
2 eine Darstellung wie 1, jedoch bei geschlossenem Flüssigkeitsventil.
In den Figuren ist 1 ein Füllelement zum drucklosen Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Behälter, d.h. in Flaschen 2, und zwar zum Freistrahlfüllen, bei dem jeweils die zu füllende Flasche 2 mit ihrer Flaschenmündung 2.1 mit Abstand, aber zentriert unter dem Füllelement 1 angeordnet ist und das flüssige Füllgut als freier Strahl 3 der Flasche 2 zugeführt wird. Das Füllelement 1 ist zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors vorgesehen, von dem in den 1 und 2 lediglich ein Kessel 4 für das flüssige Füllgut sowie ein Behälter- oder Flaschenträger 5 dargestellt sind, an dem die jeweilige, bei der dargestellten Ausführungsform als PET-Flasche ausgeführte Flasche 2 während des Füllprozesses an einem überstehenden Flansch 2.2 hängend gehalten ist.
Der Innenraum des Kessels 4 ist niveaugesteuert mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt, sodass über dem Niveau N des Füllgutspiegels ein von Luft und/oder einem Inertgas mit Atmosphärendruck eingenommener Gasraum 4.1 und unterhalb des Niveaus N ein von dem Füllgut eingenommener Flüssigkeitsraum 4.2 gebildet sind.
Das Füllelement 1 besteht aus einem Füllelementgehäuse 6, welches bei der dargestellten Ausführungsform in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise dreiteilig ausgeführt und in dem der übliche Flüssigkeitskanal 7 ausgebildet ist, der mit seinem in den 1 und 2 oberen Ende bzw. mit einem dortigen Anschluss 7.1 unmittelbar in den Flüssigkeitsraum 4.2 mündet und an seinem in den Figuren unteren Ende eine Abgabeöffnung 8 bildet. In dem Flüssigkeitskanal 7 ist in üblicher Weise das Flüssigkeitsventil 9 angeordnet, welches im Wesentlichen aus einem mit einem Ventilsitz im Flüssigkeitskanal 7 zusammenwirkenden Ventilkörper 10 besteht, der an dem in den 1 und 2 unteren Ende einer Betätigungsstange 11 vorgesehen ist. Diese ist von einer bei der dargestellten Ausführungsform oberhalb des Kessels 4 vorgesehene Betätigungseinrichtung 12, beispielsweise von einer pneumatischen Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem für das Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 9 notwendigen Axialhub bewegbar ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Betätigungsstange 11, die z.B. einen kreisrunden Aussenquerschnitt aufweist, in vertikaler Richtung orientiert und definiert mit ihrer Achse die vertikale Füllelementachse FA.
Achsgleich mit der Achse FA ist bei der dargestellten Ausführungsform, bei der die Füllelemente 1 jeweils unmittelbar an der Unterseite des Kessels 4 vorgesehen sind und sich die Betätigungsstange 11 auch durch den Innenraum des Kessels 4 erstreckt, die Achse des Flüssigkeitskanals 7 orientiert. Um trotz der relativ großen Länge der Betätigungsstange 11 eine Zentrierung dieser Stange sowie des Ventilkörpers 10 zu erreichen, ist im Bereich des unteren Endes der Betätigungsstange 11 ein Zentrierelement 11.1 vorgesehen, welches aber den Fluss des flüssigen Füllgutes nicht behindert. Es versteht sich, dass der Durchmesser des Flüssigkeitskanales 7 größer ist als der Außendurchmesser der Betätigungsstange 11, sodass im Flüssigkeitskanal 7 um die Betätigungsstange 11 ein ringförmiger Strömungsweg für das Füllgut gebildet ist.
Wie ausgeführt, besteht das Füllelementgehäuse 6 bei der dargestellten Ausführungsform aus drei Teilen, die in Richtung des Füllgutstroms vom Kessel 4 an die Abgabeöffnung 8 in vertikaler Richtung aneinander anschließen, und zwar aus dem Gehäuseteil 6.1 mit dem Anschluss 7.1, aus dem Gehäuseteil 6.2, welches Bestandteil eines Durchflussmessers 13 ist und den den Messkanal dieses Durchflussmessers 13 bildenden Abschnitt 7.2 des Flüssigkeitskanals 7 aufweist, und aus dem Gehäuseteil 6.3, welches mit seinem flanschartigen Abschnitt 6.3.1 mit der Unterseite des Gehäuseteils 6.2 verbunden ist und in einen rohrförmigen Abschnitt 6.3.2 übergeht, der achsgleich mit der Achse FA angeordnet an seinem unteren Ende die Abgabeöffnung 8 bildet. In Gehäuseteil 6.1 ist auch der Ventilsitz für Ventilkörper 10 des Flüssigkeitsventils 9 gebildet, d.h. in Strömungsrichtung des flüssigen Füllgutes vor dem Gehäuseteil 6.2 bzw. vor dem Durchflussmessers 13. Es versteht sich, dass die Übergänge zwischen dem Kessel 4 und dem Gehäuseteil 6.1 sowie auch zwischen den Gehäuseteilen 6.1–6.3 insbesondere im Bereich des sämtliche Gehäuseteile durchdringenden Flüssigkeitskanals 7 mit entsprechenden Dichtungen abgedichtet sind.
Wie ausgeführt, ist das Gehäuseteil 6.2 Bestandteil des Durchflussmessers 13, beispielsweise eines magnetischen, induktiven Durchflussmessers (MID), wobei am dortigen Messkanal bzw. Abschnitt 7.2 die den Füllgutstrom erfassenden Komponenten (Messwerk) des Durchflussmessers 13 vorgesehen sind, nämlich bei einem magnetischen induktiven Durchflussmesser 13 zumindest eine Magnetspule zur Erzeugung eines Magnetfeldes, z.B. eines magnetischen Wechselfeldes im Füllgutstrom sowie wenigstens eine Elektrode zur Messung der durch den Füllgutstrom im Magnetfeld erzeugten und der Durchflussmenge entsprechenden elektrischen Messspannung.
An dem Gehäuseteil 6.2 sind außenliegend in einem Gehäuse 14 die weiteren, elektrischen Komponenten, beispielsweise die Ansteuer- und Messelektronik des Durchflussmessers 13 untergebracht, u.a. zur Ansteuerung der Magnetspule sowie zur Auswertung der Messspannung und zur Bildung eines über eine Anschlussleitung 15 an eine zentrale Steuereinheit (Rechner) der Füllmaschine gelieferten Messsignal.
Der Durchmesser des Flüssigkeitskanals 7 sowie der Außendurchmesser der Betätigungsstange 11 sind im Abschnitt 7.2 konstant sind, sodass sich der Strömungsquerschnitt für das flüssige Füllgut im Messkanal bzw. Abschnitt 7.2 mit dem Hub der Betätigungsstange 11 nicht verändert und eine hohe Messgenauigkeit erreicht wird.
Das Füllen der Flaschen 2 erfolgt mit den Füllelementen 1 bzw. mit der diese Füllelemente 1 aufweisenden Füllmaschine in der von Freistrahl-Füllsystemen mit Volumensteuerung bekannten Weise, d. h. nach dem Einlauf und Positionierung der Flaschen 2 an dem Flaschenträger 5 unterhalb des jeweiligen Füllelementes 1 wird dessen Flüssigkeitsventil 9 für die Einleitung des Füllprozesses geöffnet. Beendet wird der Füllvorgang durch Schließen des Flüssigkeitsventils 9, und zwar gesteuert durch das vom Durchflussmesser 13 gelieferte Signal.
Um sicher zu stellen, dass der als magnetischer, induktiver Durchflussmesser ausgebildete Durchflussmesser 13 eindeutige Messergebnisse liefert, insbesondere auch bereits am Beginn des jeweiligen Füllvorgangs oder der jeweiligen Füllphase ist im Abschnitt 6.3.2 bzw. im dortigen Abschnitt 7.3 des Flüssigkeitskanals 7 in der Nähe oder an der Abgabeöffnung 8, auf jeden Fall in Füllgutströmungsrichtung nach dem Gehäuseteil 6.2 bzw. nach dem Durchflussmesser 13 und dessen Messwerk eine Gassperre 16 vorgesehen, die im einfachsten Fall von einem Einsatz mit einer Vielzahl von Öffnungen oder Kanälen, beispielsweise von einem siebartigen Einsatz gebildet ist. Der Querschnitt dieser Öffnungen ist dann so gewählt, dass nach dem Schließen des Flüssigkeitsventils 9 der oberhalb der Gassperre 16 befindliche Teil des Flüssigkeitskanals und damit insbesondere der im Gehäuseteil 6.2 ausgebildete Teil des Flüssigkeitskanals mit dem flüssigen Füllgut gefüllt bleibt, sich dieser Teil des Flüssigkeitskanals zumindest während der im normalen Füllbetrieb auftretenden Zeitintervalle oder Phasen, in denen das jeweilige Flüssigkeitsventil 9 geschlossen ist, nicht entleert. Hierdurch ist gewährleistet, dass bereits am Anfang jeder Füllphase der im Gehäuseteil 6.2 und damit im Messwerk des Durchflussmessers 13 ausgebildete Abschnitt 7.2 des Flüssigkeitskanals mit dem flüssigen Füllgut vollständig oder aber nahezu vollständig gefüllt ist. Hierdurch werden vom Durchflussmesser 13 eindeutige Messsignale bereits am Beginn einer jeden Füllphase geliefert. Um ein Verdrängen des flüssigen Füllgutes aus dem sich an das Flüssigkeitsventil 9 in Füllgutströmungsrichtung anschließenden Teil des Flüssigkeitskanals 7 beim Schließen des Flüssigkeitsventiles 9 bzw. des Ventilkörpers 10 zu vermeiden, ist das Flüssigkeitsventile bei der dargestellten Ausführungsform so ausgebildet, dass es durch Anheben des Ventilkörpers 10 geschlossen und durch Absenken des Ventilkörpers 10 wird.
Die Erfindung wurde voranstehend am Beispiel eines für ein Freistrahlfüllen von Flaschen 2 oder anderen Behältern geeignetes Füllelementes 1 beschrieben. Es versteht sich, dass die besondere Ausbildung des erfindungsgemäßen Füllelementes mit dem Durchflussmesser in Füllgutströmungsrichtung nach dem Flüssigkeitsventil 9 auch bei Füllelementen für andere Füllmethoden mit den angegebenen Vorteilen realisiert werden kann, insbesondere auch bei Füllelementen zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes unter Druck, und zwar bei entsprechender Ausgestaltung des Füllelementes.

1: Füllelement
2: Flasche
2.1: Flaschenmündung
2.2: Flansch am Flaschenhals
3: Füllgutstrahl
4: Kessel
4.1: Gasraum
4.2: Flüssigkeitsraum
5, 5a: Flaschenträger
6: Füllelementgehäuse
6.1, 6.2, 6.3: Gehäuseteil
6.3.1: flanschartiger Abschnitt
6.3.2: rohrartiger Abschnitt
7: Flüssigkeitskanal
7.1: Anschluss
7.2: Abschnitt oder Messkanal
7.3: Abschnitt des Flüssigkeitskanals mit Gassperre 16
8: Abgabeöffnung
9: Flüssigkeitsventil
10: Ventilkörper
11: Betätigungsstange
11.1: Zentrierelement an Betätigungsstange
12: Betätigungselement
13: Durchflussmesser
14: Gehäuse
15: Steuerleitung
16: Gassperre
FA: vertikale Füllelementachse
N: Flüssigkeitsniveau im Kessel 4

Claims

Füllelement zum Füllen von Flaschen (2) oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut, mit einem in einem Gehäuse (6) des Füllelementes (1) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (7), der einen mit einer Quelle (4) für das flüssige Füllgut zu verbindenden Anschluss (7.1) sowie eine Abgabeöffnung (8) für die Abgabe des flüssigen Füllgutes an einen zu füllenden Behälter (2) bildet und zwischen dem Anschluss (7.1) und der Abgabeöffnung (8) ein Flüssigkeitsventil (9) mit einem mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkörper (10) aufweist, der durch ein Betätigungselement (12) für ein Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils (9) bewegbar ist, und zwar für eine Steuerung des Füllprozesses in Abhängigkeit eines Durchflussmessers (13), der mit einem Messwerk die Durchflussmenge erfasst, die einen einen Messkanal bildenden Abschnitt (7.2) des Flüssigkeitskanals durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass der den Messkanal bildende Abschnitt (7.2) des Flüssigkeitskanals (7) zwischen dem Flüssigkeitsventil (9) und der Abgabeöffnung (8) vorgesehen ist.
Füllelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abgabeöffnung (8) und dem den Messkanal bildenden Abschnitt (7.2) des Flüssigkeitskanals (7) eine Gassperre (16) vorgesehen ist.
Füllelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabeöffnung (8) als Gassperre (16) ausgebildet ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (10) des Flüssigkeitsventils (9) zum Öffnen in Richtung Abgabeöffnung (8) und zum Schließen in entgegen gesetzter Richtung bewegbar ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Betätigungsstange (11) zum Betätigen des Ventilkörpers (10).
Füllelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (1) an einer Unterseite eines die Quelle für das Füllgut bildenden Kessels (4) befestigbar ist, und dass der Betätigungsstößel (11) auch durch den Innenraum des Kessels (4) hindurchgeführt ist und an seinem dem Füllelement (1) entfernt liegenden Ende mit dem Betätigungselement (12) zusammenwirkt.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (12) ein pneumatisches Betätigungselement ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel eine Betätigungsstange (11) ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (7) zwischen dem Anschluss (7.1) und der Abgabeöffnung (8) geradlinig oder im Wesentlichen geradlinig, vorzugsweise achsgleich mit der Achse des Stößels (11) ausgebildet ist.
Füllmaschine umlaufender Bauart, mit mehreren an einem um eine Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor vorgesehenen Füllelementen (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.