DE102007014701A1

DE102007014701A1 - Füllsystem zur drucklosen Heißabfüllung

Info

Publication number: DE102007014701A1
Application number: DE102007014701A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath; Dieter-Rudolf Krulitsch
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-09-25
Also published as: SI2129613T1; JP2010521385A; MX2009007844A; EP2129613B1; CN101605715A; US20100071803A1; BRPI0807275A8; BRPI0807275A2; CN101605715B; RU2407697C1; EP2129613A1; WO2008116559A1; US8251107B2

Abstract

Füllsystem für ein druckloses Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen oder dergleichen Behälter, mit wenigstens einem Füllelement mit einem in einem Füllelementgehäuse ausgebildeten Produktraum oder Flüssigkeitskanal, der mit einem Kessel für das Füllgut in Verbindung steht und eine Füllgutabgabe bildet, über die das Füllgut im jeweils zu füllenden Behälter zufließt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
Füllsysteme, auch solche zum drucklosen Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter mit einem kalten oder heißen Füllgut, d. h. zum Kaltabfüllen oder Heißabfüllen sind bekannt. Insbesondere ist es auch bekannt, bei solchen Füllsystemen, bei denen der jeweils zu füllende Behälter in Dichtlage gegen das Füllelement anliegt, während des Füllvorganges ventilgesteuert eine reduzierte Füllgeschwindigkeit vorzusehen, d. h. ein Langsamfüllen durch Drosselung des Rückgasweges für die beim Füllen aus dem Behälter verdrängte Gas- oder Luftmenge.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllsystem aufzuzeigen, welches sich durch eine vereinfachte Konstruktion auszeichnet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllsystem entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Füllsystem, welches für ein druckloses Kaltabfüllen oder Heißabfüllen geeignet ist, zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass für das Umschalten zwischen einem Schnellfüllen und einem Langsamfüllen lediglich ein einziges Steuerventil je Füllelement erforderlich ist.
Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist das Füllsystem für das Heißabfüllen auch so ausgebildet, dass ein Beheizen der Füllelemente beispielsweise in Füllpausen oder Unterbrechungen des Füllprozesses durch das heiße Füllgut erfolgt, das die Füllelemente bei geschlossenen Flüssigkeitsventilen durchströmt, vorzugsweise in einem Kreislauf (Heißumlauf) durchströmt. Hiefür ist in jedem Füllelement ein zweiter Strömungsweg ausgebildet, der bevorzugt Teil eines den Kessel oder ein anderes Reservoir für das Füllgut einschließenden Füllgutkreislaufs mit einer Heiz- oder Erhitzungsanlage ist. Eingeleitet wird dieser, die Füllelemente heizende Füllgutstrom oder Heißumlauf durch Aktivieren wenigstens einen Steuerventils, welches beispielsweise im zweiten Strömungsweg jedes Füllelementes oder aber bevorzugt in einer für sämtliche Füllelemente der Füllmaschine oder für eine Gruppe mehrerer Füllelemente gemeinsamen, mit dem zweiten Strömungsweg in Verbindung stehenden Leitung vorgesehen ist, die ebenfalls Teil des die Füllelemente beheizenden Füllgutkreislaufs ist.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung ein Füllsystem gemäß der Erfindung, zusammen mit einer an das Füllelement dieses Systems angehobenen Flasche;
2 das Füllsystem der 1 in einem Betriebszustand bei unterbrochener Heißabfüllung.
Das in den 1 und 2 allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem ist Bestandteil einer Füllmaschine umlaufender Bauart zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen 2 oder dergleichen Behälter. Das Füllsystem 1 besteht hierfür im Wesentlichen aus einem Füllelement 3 und aus einem diesem Füllelement zugeordneten Flaschen- oder Behälterträger 4, der bei der dargestellten Ausführungsform zum Halten der Flaschen 2 an einem unterhalb der Flaschenmündung 2.1 gebildeten Mündungsflansch 2.2 dient und hierfür beispielsweise gabelartig ausgebildet ist. Das Füllelement 3 und der zugehörige Behälterträger 4 sind mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente 3 und Behälterträger 4 am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors 5 der Füllmaschine vorgesehen. Oberhalb der Füllelemente 3 befindet sich am Rotor 5 ein für sämtliche Füllelemente gemeinsamer Kessel 6, der während des Füllbetriebes bis zu einem vorgegebenen Niveau N niveaugeregelt gefüllt ist. Im Kessel 6 sind somit ein Gasraum 6.1 und ein Flüssigkeitsraum 6.2 gebildet. Das flüssige Füllgut wird dem Kessel 6 über eine nicht dargestellte Versorgungsleitung gesteuert zugeführt.
In einem Gehäuse 7 des Füllelementes 3 ist ein Flüssigkeitskanal 8 ausgebildet, der über eine Leitung 9 mit dem Flüssigkeitsraum 6.2 des beispielsweise als Ringkessel ausgebildeten Kessels 6 in Verbindung steht. Im Flüssigkeitskanal 8 ist das Flüssigkeitsventil 10 vorgesehen, und zwar zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes über eine Abgabeöffnung 11, die an der Unterseite des Füllelementes von dem dortigen offenen Ende des Flüssigkeitskanals 8 gebildet ist.
Das Flüssigkeitsventil 10 besteht im Wesentlichen aus einem im Flüssigkeitskanal 8 angeordneten Ventilkörper 10.1, der mit einem Ventilsitz 10.2 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 10.1 ist an einem achsgleich mit der vertikalen Füllelementachse angeordneten, beidendig offenen Gasrohr 13 ausgebildet, welches zugleich als Ventilstößel zur Betätigung des Flüssigkeitsventils 10 dient und hierfür mit einer Betätigungseinrichtung 12 zusammenwirkt. Das untere offene Ende des Gasrohres 13 ist von der ringförmigen Abgabeöffnung 11 umschlossen. Das obere offene Ende des Gasrohres 13 mündet in einen im Gehäuse 7 ausgebildeten Gasraum 14. Das Anpressen der jeweiligen Flasche 2 gegen das Füllelement 3 erfolgt bei dieser Ausführungsform zumindest unterstützend durch den im Gasraum 14 herrschenden und auf das Anpressgestänge 4.1 des jeweiligen Behälterträgers einwirkenden Druck.
Der Gasraum 14 steht mit einem im Gehäuse 7 ausgebildeten Kanalabschnitt 15.1 in Verbindung, der zusammen mit einem weiteren Kanalabschnitt 15.2 und einem zwischen diesen Kanalabschnitten angeordneten Steuerventil 17 eine gesteuerte Verbindung bzw. einen gesteuerten Strömungsweg 16 zwischen dem Gasraum 14 und einem Ringkanal 18 bildet, der für sämtliche Füllelemente 3 der Füllmaschine gemeinsam am Rotor 5 vorgesehen ist und über eine Leitung 19 mit dem Gasraum 6.1 des Kessels 1 in Verbindung steht. Parallel zum Steuerventil 17 ist im Gehäuse 7 ein gedrosselter Kanal 20 vorgesehen, über den eine ständige, aber gedrosselte Verbindung zwischen dem Gasraum 14 und dem Ringkanal 18 besteht.
Im Gehäuse 7 des Füllelementes 3 ist weiterhin ein Kanal 21 ausgebildet, der den Flüssigkeitskanal 8 bzw. den Teilabschnitt 8.1 jedes Füllelementes 3 mit einem Ringkanal 22 verbindet, der wiederum am Rotor 5 für sämtliche Füllelemente 3 der Füllmaschine gemeinsam vorgesehen ist und der in den Flüssigkeitskanal in Strömungsrichtung vor dem Ventilsitz 10.2 des Flüssigkeitsventils 10 mündet, und zwar in der Nähe dieses Ventilsitzes. Im Kanal 21 ist ein Rückschlagventil 23 vorgesehen, welches für eine Strömungsrichtung aus dem Flüssigkeitskanal 8 in den Ringkanal 22 öffnet, für eine Strömung in entgegen gesetzter Richtung aber sperrt. An den Ringkanal 22 führt eine Leitung 24 mit einem elektrisch steuerbaren Ventil bzw. Magnetventil 25.
Die Betätigungseinrichtung 12 sowie auch das Steuerventil 17 bzw. dessen Betätigungseinrichtung sind jeweils pneumatisch betätigt und werden über nicht dar gestellte elektrisch steuerbare Ventile (Magnetventile) gesteuert. Bei einer Füllmaschine mit mehreren Füllelementen 3 werden die Betätigungselemente 12 sowie auch die Steuerventile 17 der einzelnen Füllelemente 3 individuell von einer zentralen Steuereinheit 26 gesteuert. Im Ausgangszustand sind das Flüssigkeitsventil 10 sowie das Steuerventil 17 geschlossen. Auch in der nachstehenden Beschreibung der verschiedenen Prozess- oder Verfahrensschritte befinden sich die vorgenannten Ventile jeweils in ihrem geschlossenen Zustand, sofern der geöffnete Zustand nicht ausdrücklich angegeben ist.
Mit dem Füllsystem 1 sind die verschiedensten Füllverfahren möglich, beispielsweise

– eine drucklose Kaltabfüllung, beispielsweise von Säften oder anderen stillen Getränken sowie
– eine drucklose Heißabfüllung, beispielsweise von Säften oder anderen stillen Getränken stiller Getränke.

Die Verfahrensschritte beim Kalt- oder Heißabfüllen sind:
Bei zunächst geschlossenem Steuerventil 17 erfolgt das Einschieben und Anheben der Flasche 2 gegen das Füllelement 3, sodass die Flaschenmündung 2.1 dicht gegen die Abgabeöffnung 11 bzw. gegen die dortige Dichtung anliegt.
Schnellfüllen: Für das Füllen wird gesteuert durch die Steuereinrichtung 26 das Flüssigkeitsventil 10 über das Betätigungselement 12 geöffnet. Gleichzeitig wird auch das Steuerventil 17 geöffnet. Die der Flasche zufließende Füllgutmenge wird mit dem in der Leitung 9 angeordneten Durchflussmesser 27 erfasst. Die durch das flüssige Füllgut aus der Flasche 2 verdrängte Luft- oder Gasmenge strömt über den Kanal 15.1, das geöffnete Steuerventil 17 sowie teilweise auch über den gedrosselten Kanal 20 und den Kanal 15.2 in den Ringkanal 18.
Bremsfüllen: Gesteuert durch das von dem Durchflussmesser 27 gelieferte Messsignal wird von der Steuereinrichtung 26 das Steuerventil 17 geschlossen, sodass die durch das flüssige Füllgut aus der Flasche 2 verdrängte Luft- oder Gasmenge nur noch über den gedrosselten Kanal 20 und den Kanal 15.2 in den Ringkanal 22 strömen kann und somit ein Bremsfüllen mit reduzierter Füllgeschwindigkeit (der Flasche zufließende Füllgutmenge je Zeiteinheit) erfolgt.
Füllende: Veranlasst durch das von dem Durchflussmesser 27 gelieferte Signal wird über die Steuereinrichtung 26 das Flüssigkeitsventil 10 geschlossen, sobald die erforderliche Füllgutmenge in die Flasche 2 eingebracht ist.
Im Anschluss daran erfolgt das Absenken der gefüllten Flasche 2 mit dem Behälterträger 4 sowie das Ausschieben dieser Flasche am Behälterauslauf der Füllmaschine.
Das vorbeschriebene Füllverfahren ist beim drucklosen Kaltabfüllen (Abfüllen des Füllgutes im kalten Zustand bzw. bei Umgebungstemperatur) sowie auch beim drucklosen Heißabfüllen (heißes Füllgut, insbesondere auch bei einer ein Verkeimen verhindernden Temperatur) grundsätzlich identisch.
Zur Aufrechterhaltung der Temperatur der Füllelemente 3 beim Heißabfüllen während einer Unterbrechung des Füllprozesses wird bei geschlossenen Flüssigkeitsventilen 10 sämtlicher Füllelemente 3 einer Füllmaschine und bei geöffnetem Ventil 25 den einzelnen Füllelementen über die Leitung 9 heißes Füllgut aus dem Kessel 6 zugeführt, welches den Abschnitt 8.1 des Flüssigkeitskanals 8 jedes Füllelementes 3 sowie auch den Kanalabschnitt 21 unter Öffnen des Rückschlagventils 23 durchströmt und über den Ringkanal 22 und die Leitung 24 an den Kessel 6 zurückgeführt wird. Dieser Umlauf des heißen flüssigen Füllgutes durch die Füllelemente 3 wird z. B. bei einer Unterbrechung des Füllprozesses und nach den Schließen sämtlicher Füllelemente 3 bzw. deren Flüssigkeitsventile automatisch gestartet, auf jeden Fall aber vor Wiederaufnahme des Füllprozesses durch Schließen des Ventils 25 unterbrochen. Der Ringkanal 22 bleibt mit dem Füllgut gefüllt.
Mit dem Rückschlagventil 23 ist beim Heißabfüllen verhindert, dass während des Füllens Füllgut aus dem mit diesem Füllgut gefüllten Ringkanal 22 und aus anderen an diesen Kanal angeschlossenen Füllelementen 3 über das jeweils geöffnete Flüssigkeitsventil 10 in die jeweilige Flasche 2 einfließt und dadurch das von dem Durchflussmesser 27 gesteuerte volumetrische Füllen der Flaschen 2 verfälscht.
Für ein druckloses Kaltabfüllen wird durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch eine Beaufschlagung des Ringkanals 22 mit dem Druck eines sterilen Druckmediums, beispielsweise mit steriler Druckluft oder mit dem Druck eines Inertgases oder einer sterilen Luft oder einer steilen Flüssigkeit das Rückschlagventil 23 in der geschlossenen Stellung verriegelt, so dass das Rückschlagventil 23 damit die Verbindung zwischen dem Flüssigkeitskanal 8 und dem Ringkanal 22 sperrt.
Die Besonderheit des vorbeschriebenen Füllsystems besteht somit darin, dass für das drucklose Füllen, insbesondere auch für das drucklose Heißfüllen bei Aufrechterhaltung der Temperatur der Füllelemente 3 an jedem Füllelement lediglich ein einziges Steuerventil 17 erforderlich ist, sich hierdurch also eine besonders einfache und auch betriebssichere Ausbildung für die Füllelemente 3 einer Füllmaschine ergibt.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

1, 1a: Füllsystem
2: Flasche
2.1: Flaschenmündung
2.2: Mündungsflansch
3, 3a: Füllelement
4: Behälterträger
5: Rotor
6: Kessel
7, 7a: Gehäuse
8: Flüssigkeitskanal
9: Leitung
10: Flüssigkeitsventil
10.1: Ventilkörper
10.2: Ventilsitz
11: Abgabeöffnung
12: Betätigungseinrichtung
13: Gasrohr
14: Gasraum
15.1, 15.2: Kanal
16: Strömungsweg
17: Steuerventil
18: Ringkanal
19: Leitung
20, 21: Kanal
22: Ringkanal
24: Leitung
25: Steuerventil
26: Steuereinheit
27: Durchflussmesser
A: Strömungsrichtung

Claims

Füllsystem für ein druckloses Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen oder dergleichen Behälter (2), mit wenigstens einem Füllelement (3) mit einem in einem Füllelementgehäuse (7) ausgebildeten Produktraum oder Flüssigkeitskanal (8), der mit einem Kessel (6) für das Füllgut in Verbindung steht und eine Füllgutabgabe (11) bildet, über die das Füllgut im jeweils zu füllenden Behälter (2) zufließt, mit einem dem Flüssigkeitskanal (8) angeordneten Flüssigkeitsventil (10), mit einem Rückgaskanal (13, 14), der beim Füllen mit dem Innenraum des in Dichtlage gegen das Füllelement (3) angeordneten Behälters (2) in Verbindung steht, sowie mit einen im Füllelementgehäuse (7) ausgebildeten ersten Strömungsweg (16), der zum Abführen der beim Füllen eines Behälters (2) aus dessen Innenraum vom flüssigen Füllgut verdrängten Gas- oder Luftmenge aus dem Rückgaskanal (13, 14) mit dem Rückgaskanal (13, 14) in Verbindung steht und der für ein Langsamfüllen ventilgesteuert in einen gedrosselten Zustand umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungsweg (16) ein einziges Steuerventil (17) aufweist, welches in wenigstens einem mit dem Rückgaskanal (13, 14) in Verbindung stehenden ersten Kanalabschnitt (15.1, 15.2) des ersten Strömungsweges (16) zum gesteuerten öffnen und Schließen dieses Kanalabschnittes vorgesehen ist, und dass der erste Strömungsweg wenigstens einen weiteren, das Steuerventil (17) überbrückenden gedrosselten Kanalabschnitt (20) aufweist.
Füllsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, gesteuerte Strömungsweg (16) zwischen dem Rückgaskanal (13, 14) und einer ersten, für mehrere Füllelemente (3) gemeinsamen Sammelkammer (18) vorgesehen ist.
Füllsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kessel (6) ein Flüssigkeitsraum (6.2) für das flüssige Füllgut sowie darüber liegend ein Gasraum (6.1) ausgebildet sind, und dass der Gasraum (6.1) des Kessels (6) mit dem ersten Strömungsweg (16) oder mit der ersten Sammelkammer (18) in Verbindung steht.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückgaskanal teilweise von einem Gasraum (14) im Füllelementgehäuse (7) gebildet ist, mit welchem der erste Strömungsweg in Verbindung steht.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über den wenigstens einen zweiten, gedrosselten Kanalabschnitt (20) eine ständige Verbindung zwischen dem Rückgaskanal (13, 14) oder dem Gasraum (14) dieses Rückgaskanals und dem Gasraum (6.1) des Kessels oder der ersten Sammelkammer (18) besteht.
Füllsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückgaskanal von einem beidendig offenen Rückgasrohr (13) gebildet ist, welches mit seinem unteren Ende in den Innenraum des zu füllenden Behälters (2) und mit seinem oberen Ende in den Gasraum (14) hineinreicht.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beheizen oder Warmhalten des jeweiligen Füllelementes (3) während eines Heißabfüllens im Füllelementgehäuse (7) ein zweiter Strömungsweg (21) ausgebildet ist, der mit einem im Bezug auf die Strömungsrichtung des flüssigen Füllgutes im Flüssigkeitskanal (8) vor dem Flüssigkeitsventil (10) liegenden Teilabschnitt (8.1) des Flüssigkeitskanals (8) in Verbindung steht, und dass wenigstens ein Steuerventil (25) vorgesehen ist, und zwar zur Steuerung des Flusses eines heißen flüssigen Füllgutes aus dem Kessel (6) durch den Teilabschnitt (8.1) und den zweiten Strömungsweg (21).
Füllsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungsweg den Teilabschnitt (8.1) des Flüssigkeitskanals (8) des jeweiligen Füllelementes (3) mit einer für mehrere Füllelemente (3) gemeinsamen zweiten Sammelkammer (22) verbindet.
Füllsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Steuerventil (25) im zweiten Strömungsweg (21) vorgesehen ist.
Füllsystem nach einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Steuerventil (25) in einer Verbindung zum Abführen des heißen flüssigen Füllgutes aus dem zweiten Strömungsweg (21), beispielsweise in einer an die zweite Sammelkammer (22) angeschlossenen Leitung (24) zum Abführen, beispielsweise zum Rückführen des Füllgutes an den Kessel (6) vorgesehen ist.
Füllsystem nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Füllmaschine mit mehreren Füllelementen (3) das zweite Steuerventil (25) für sämtliche Füllelemente (3) der Füllmaschine oder aber für eine Gruppe von mehreren Füllelementen (3) gemeinsam vorgesehen ist.
Füllsystem nach einem der Ansprüche 7–11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Strömungsweg (21) ein Rückschlagventil (23) vorgesehen ist, welches für eine Strömung aus dem Flüssigkeitskanal (8) des Füllelementes (3) öffnet und für eine Strömung in entgegen gesetzter Richtung sperrt.
Füllsystem nach einem der Ansprüche 7–12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungsweg (21) in unmittelbarer Nähe des Flüssigkeitsventils (10) oder eines Ventilsitzes (10.2) des Flüssigkeitsventils (10) in den Flüssigkeitskanal (8) mündet.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Sammelkammer (18, 22) am Rotor vorgesehen sind.