DE102007035872A1

DE102007035872A1 - Vorrichtung für Behälter

Info

Publication number: DE102007035872A1
Application number: DE102007035872A
Authority: DE
Inventors: Christian Goldbrunner
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-02-05
Also published as: EP2170759B1; CN101754921B; EP2170759A1; CN101754921A; SI2170759T1; US20100307639A1; US8434529B2; WO2009015747A1

Abstract

In einer Füllvorrichtung (F) für Getränkeflaschen, mit einem Füllventil (V), über das unterschiedliche Medien, einschließlich eines abzufüllenden Produktes, zu- und/oder abführbar sind, und einem Rückgasrohr (R), das relativ zum Füllventil mittels eines elektromagnetischen Positionierantriebs (P) linear verstellbar ist, ist der Positionsantrieb ein Linearmotor (L) mit einem stationären Statorgehäuse (9) und einem mit dem Rückgasrohr (R) gekoppelten Läufer (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Füllvorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Da in einer Füllvorrichtung das Rückgasrohr mit seiner relativen Höhenposition im Füllventil nicht nur zum präzisen Einstellen des Füllstandes im Behälter dient, sondern auch bei Spülvorgängen und/oder beim Reinigen eine wichtige Rolle spielt, und Abfüller häufig beim Wechsel zwischen unterschiedlichen Behältertypen unterschiedliche Höhenpositionen des Rückgasrohres möglichst ohne Eingriffe von außen einstellen wollen, ist die altbekannte Lösung, hierbei Rückgasrohr-Endabschnitte unterschiedlicher Längen auszutauschen, zu umständlich und zeitaufwändig, und ist man deshalb dazu übergegangen, das Rückgasrohr mittels eines Positionierantriebes wahlweise und nach Bedarf zu verstellen.
In der aus DE 10 2005 031 319 A bekannten Füllvorrichtung weist das gegen Drehen abgestützte Rückgasrohr ein Außengewinde auf, das mit einem Innengewinde eines im Ventilgehäuse drehbar gelagerten Rings kämmt. Auf dem Ring befindet sich ein Permanentmagnetring, der durch die Wandung des Ventilgehäuses mit einem außen stationär angeordneten Stator elektromagnetisch kooperiert. Über den Stator werden magnetische Wechselfelder erzeugt, die den Ring verdrehen und das Rückgasrohr verschrauben. Obwohl diese Lösung jegliche Durchführungen mit Abdichtungen (hoher baulicher Aufwand, schwierige Reinigung, Leckagegefahr) vermeidet, sind sehrwohl spürbare elektromagnetische Verluste und relativ hohe mechanische Verluste über die Gewindeverbindung und wegen der Drehsicherung des Rückgasrohres in Kauf zu nehmen. Die Komponenten zur präzisen mechanischen Umwandlung von Drehbewegungen in Linearbewegungen führt nicht nur zu hohen mechanischen Verlusten, sondern sind, da sie den Medien in der Füllvorrichtung ausgesetzt sind, hygienisch bedenklich und erschweren Reinigungszyklen.
Bei der aus DE 198 55 975 C bekannten Füllvorrichtung ist am Rückgasrohr ein Permanentmagnetring festgelegt, der durch eine Kammerwandung mit einem außerhalb der Kammer positionierten Permanentmagneten elektromagnetisch kooperiert. Der äußere Permanentmagnet wird auf mechanischem Weg linear verstellt und schleppt das Rückgasrohr über den inneren Permanentmagnetring. Allerdings bedingt dies eine mechanische Durchführung mit den bekannten Abdicht- und Montageproblemen. Alternativ kann das Rückgasrohr mit einer mechanischen Betätigung direkt gekoppelt sein, wobei allerdings eine Durchführung zwischen Zonen unterschiedlicher Drücke und unterschiedlicher Medien erforderlich ist. Eine weitere Lösung weist eine nach außen geführte, verlängerte Kammer für das Rückgasrohr vor, und einen außerhalb der Verlängerung positionierten linear verstellbaren Permanentmagneten, der mit dem Permanentmagnetring am Rückgasrohr durch die Kammerwandung elektromagnetisch kooperiert. Die erzielbare Präzision bei Verstellungen ist nicht immer zufriedenstellend, weil wegen der Übertragung der Magnetkräfte durch eine Wand und wegen des großen Spalts der innere Permanentmagnetring dem äußeren nicht sehr zuverlässig zu folgen vermag.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Füllvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die federzeitige und wahlweise Positionierung des Rückgasrohres mit geringen Verlusten und präzise durchführbar ist.
Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein elektromagnetischer Linearmotor arbeitet verlustarm und ermöglicht die präzise und reproduzierbare Verstellung des Rückgasrohres ohne die Notwendigkeit irgendwelcher mechanischer Durchführungen. Das Konzept ist hersteller- und anwenderfreundlich. Der Linearmotor lässt sich vollständig in das an sich geschlossene System der Füllvorrichtung eingliedern. Der Linearmotor ermöglicht es nicht nur, relativ verlustarm das Rückgasrohr in die jeweils gewünschte Position zu bringen, sondern das Rückgasrohr auch exakt reproduzierbar zu positionieren und festzusetzen. Dies erfolgt auf elektromagnetischem Weg, ohne relative Drehbewegungen, ohne Abdichtprobleme und ohne eine dazwischenliegende Wand. Der Linearmotor kann mit einfachen, gut zu reinigenden und dauerhaften Abdichtungen montiert werden. Wesentlich ist hierbei, dass der Linearmotor selbst eine druckfeste und für Medien zugängliche Kammer der Füllvorrichtung definiert, so dass im Magnetkraftweg keine Wandung oder kein zu großer Spalt gebraucht wird.
Zweckmäßig ist der Linearmotor ein handelsüblicher Linearmotor, der für den Einsatz in der Füllvorrichtung nur dahingehend modifiziert ist, dass er gegen die verarbeiteten Medien resistente und lebensmittelverträgliche Oberflächenverkleidungen besitzt, wie sie für die üblichen Einsatzfälle solcher Linearmotoren sonst nicht gebraucht werden. Diese Modifikation des Linearmotors ist mit relativ geringem Aufwand zu realisieren und wandelt den Linearmotor in einen in die Füllvorrichtung ideal zu integrierenden Positionierantrieb um.
Zweckmäßig werden das Statorgehäuse und der Läufer mit Edelstahl verkleidet, ohne irgendwelche schwierig zu reinigenden Hinterschneidungen oder Öffnungen zu schaffen.
Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist der Linearmotor mit seiner Läuferbohrung eine funktionelle Komponente der Füllvorrichtung, weil er zur Zu- oder Abfuhr wenigstens eines Mediums eingesetzt wird. Da in solchen Füllvorrichtungen häufig in Richtung des Rückgasrohres ohnedies bestimmte Dimensionen und/oder Abstände zwischen den einzelnen aktiven und passiven Komponenten vorgesehen sind, kann der Linearmotor diesen Umstand gewinnbringend nutzen, d. h., er lässt sich ohne nennenswerte Modifikationen des Gesamtkonzepts bequem integrieren.
Beispielsweise wird das Statorgehäuse zwischen einem Anschlusskörper, vorzugsweise für eine unter bestimmten Füllbedingungen benötigte Vakuumbeaufschlagung und/oder Druckentlastung des Behälters, und dem Ventilkörper selbst montiert. Dabei ermöglicht der Linearmotor einerseits eine einwandfreie präzise und schnell ansprechende Positionierung des Rückgasrohres und andererseits die bedarfsabhängige Zu- oder Abfuhr eines Mediums.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Läufer mit Spiel in der Läuferbohrung angeordnet und z. B. an beiden Enden über Führungselemente in der Läuferbohrung geführt. Die Führungselemente begrenzen jedoch mit der Innenwand der Läuferbohrung zumindest einen Mediumdurchgang. Gegebenenfalls wird der Mediumdurchgang oder ein anderer Mediumdurchgang auch von der Läuferbohrung getrennt im Statorgehäuse an geeigneter Position vorgesehen, damit der Linearmotor diese sekundäre Funktion zu erfüllen vermag.
Zweckmäßig ist im Statorgehäuse auch bereits die Steuerelektronik des Linearmotors enthalten, so dass nur Anschlussleitungen (gegebenenfalls mit Signalleitungen) zu installieren sind. Die Steuerelektronik kann dabei bereits eine Programmsektion und dgl. enthalten.
Zwischen dem Rückgasrohr und dem Läufer wird zweckmäßigerweise eine Kupplung vorgesehen, um diese Teile jederzeit trennen zu können. Vorzugsweise, ist diese Kupplung lösbar. Dies erleichtert auch die Montage der Füllvorrichtung.
Die Kupplung sollte kleinere Abmessungen haben als die Läuferbohrung, damit die Kupplung mit zumindest einer Sektion des Rückgasrohres bis in die Läuferbohrung einfahrbar ist. Dies spart Baulänge und nutzt den aufgrund des Arbeitshubes des Läufers ohnedies verfügbaren Raum.
Zweckmäßig beträgt der Läuferhub bis zu etwa 100 mm. Mit einem derartig großen Hub lässt sich das Rückgasrohr nicht nur hochfahren, beispielsweise um das seitliche Einsetzen oder Wegnehmen eines Behälters oder Reinigungsvorgangs zu erleichtern, sondern lassen sich viele verschiedene Tiefenpositionen des Rückgasrohres abhängig vom jeweils gewünschten Füllniveau im Behälter einstellen, und kann schließlich, besonders gewinnbringend, das Rückgasrohr ganz tief abgesenkt werden, was für Spülvorgänge zweckmäßig sein kann, bei denen das Rückgasrohr als aktive Komponente z. B. mit einem Gas, die Spülwirkung im Behälter intensivieren lässt.
Aufgrund der universellen Fähigkeiten des Linearmotors lässt sich das Rückgasrohr sogar bei jedem Füllzyklus, beispielsweise durch eine entsprechende Programmierung, zunächst in eine tiefliegende Spülposition absenken, um die Spülwirkung zu intensivieren und dann erst auf den Füllstand einstellen.
Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung einer Füllvorrichtung mit einem integrierten elektrischen Linearmotor, und
2 einen Detailschnitt in der Schnittebene II-II in 1.
Eine in den 1 und 2 gezeigte Füllvorrichtung F dient beispielsweise zum Befüllen von Behältern B, wie Kunststoff- oder Glasflaschen, mit Getränken. Hierbei wird nach Füllmethoden vorgegangen, wie dies beispielsweise in DE 20 2005 007 446 U1 erläutert wird. Auch in konstruktiver Hinsicht baut die nachfolgend beschriebene Füllvorrichtung auf diesem bekannten Stand der Technik auf.
Die Füllvorrichtung F ist in beispielsweise einem um eine vertikale Achse kontinuierlich umlaufend antreibbaren Füllerringkessel mittels einer Tragkonstruktion 2 (Kesseloberseite) abgestützt und weist einen unteren Füllkonus 1 auf, gegen den der jeweilige Behälter B von unten her angedrückt wird. Oberhalb des Füllkonuses 1 befindet sich an der Unterseite des Füllerringkessels angeordnet ein entsprechend DE 20 2005 007 446 U1 (1) ausgebildetes Füllorgan O mit einem heb- und senkbaren Ventilkörper und außen angeformtem Drallkörper. Durch den Füllkonus 1 ragt ein in der Füllvorrichtung F linear verstellbares Rückgasrohr R, das auf bekannte Weise für den endgültigen Füllstand im Behälter B verantwortlich ist, weil es das weitere Einfüllen eines Produktes verhindert, sobald die untere Mündung des Rückgasrohres R in das Produkt eintaucht und dadurch der Rückgasweg geschlossen wird. An der Tragkonstruktion 2 ist ein von dem Rückgasrohr R axial durchsetztes Ventilgehäuse 3 gelagert, in dem nicht näher hervorgehobene Ventilkomponenten enthalten sind. Beispielsweise sind am Ventilgehäuse 3 schematisch angedeutete Ventile 7 montiert. Zum Gasaustausch steht das Ventilgehäuse 3 über einen axial ausgerichteten Kanal in Verbindung mit einem tieferliegenden, wenigstens teilgefüllten Ringkessel A für das abzufüllende Produkt, wobei in dem Ringkessel oberhalb des Produktspiegels ein Gas, wie z. B. CO₂, unter Druck enthalten ist. Im Ventilgehäuse 3 befindet sich in dem genannten Kanal ein schematisch angedeuteter Kunststoffbalg 18 zur Abdichtung des beweglichen Rückgasrohres R.
Im Abstand oberhalb des Ventilgehäuses 3 ist ein Anschlusskörper 5, gegebenenfalls mit weiteren Ventilen 6, angeordnet, der Strömungswege beispielsweise für eine Reinigungsmedium und/oder für eine Vakuumbeaufschlagung und/oder Druckentlastung des Behälters B enthält.
Zwischen dem Anschlusskörper 5 und dem Ventilgehäuse 3 ist als ein Positionierantrieb P für die jeweilige Höhenposition des Rückgasrohres R ein elektrischer Linearmotor L installiert. Der Linearmotor L besitzt ein langgestrecktes stationäres Statorgehäuse 9 mit einer axial durchgehenden Läuferbohrung 11 und enthält in einem Innenraum 10 zumindest eine Statorwicklung W, die mit Strom beaufschlagbar ist. Das Statorgehäuse 9 ist außenseitig, gegebenenfalls auch in der Läuferbohrung 11, mit einer Verkleidung oder Beschichtung 12, 13 versehen, die gegen die in der Füllvorrichtung F verarbeiteten Medien resistent und für Lebensmittel zulässig ist und beispielsweise aus Edelstahl besteht.
Gegebenenfalls ist die äußere Verkleidung 12 dort ausgespart, wo der Linearmotor L am Ventilgehäuse 3 bzw. am Anschlusskörper 5 montiert wird.
In der Läuferbohrung 11 ist mit radialem Spiel 19 ein Läufer 14 linear beweglich geführt, beispielsweise mittels an beiden Enden an Kupplungselementen 20 festgelegter Führungskörper 16, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen. Auch der Läufer 14 besitzt gegebenenfalls eine Verkleidung bzw. Beschichtung, beispielsweise aus Edelstahl. Die Führungselemente 16 (2) bilden mit der Innenwand der Läuferbohrung 11 Mediendurchgänge 21, so dass trotz der Unterbringung des Läufers 14 in der Läuferbohrung 11 Mediumströme in der einen und/oder anderen Richtung am Läufer 14 vorbei möglich sind. Der Läufer 14 enthält einen oder mehrere Magneten (nicht gezeigt), vorzugsweise Permanentmagneten, die z. B. unter Verwendung seltener Erden hergestellt sind.
Beispielsweise erfolgt, wie bereits erwähnt, eine Vakuumbeaufschlagung und/oder eine Druckentlastung des Behälters B beispielsweise durch die Läuferbohrung 11, falls prinzipiell gewünscht, oder es wird ein Reinigungsmedium durchgeleitet, um z. B. über eine Abführkammer 8 im Ventilgehäuse 3 und ggf. eine seitliche, ins Frei führende Bohrung Verunreinigungen auszutragen.
Der nutzbare Linearhub des Läufers 14 ist mit einem Maß X angegeben und beträgt beispielsweise bis zu etwa 100 mm.
Der Läufer 14 ist mit dem Rückgasrohr R über eine Kupplung K verbunden, wobei die Kupplung K zweckmäßigerweise lösbar ist.
Die Kupplung K kann an einem in den Läufer 14 eingeschraubten Einsatz 17 vorgesehen sein.
Mittels des Linearmotors L ist das Rückgasrohr R in Richtung des Doppelpfeiles 23 wahlweise verstellbar und in der jeweils eingestellten Position festsetzbar. Gegebenenfalls wird das Rückgasrohr R sogar bis in eine tiefliegende Spülposition 24 abgesenkt, um bei jedem Füllzyklus (vorher) den Behälter besonders intensiv zu spülen, beispielsweise mit CO₂ aus dem Behälter für das abzufüllende Produkt. Sofern mit Vorspanndruck gearbeitet wird, kann eine Vorspannleitung 25 parallel zum Rückgasrohr R bis in das untenliegende Füllorgan O geführt sein.
Der Linearmotor L kann ein handelsüblicher Linearmotor sein, der nur, wie erwähnt, mit Edelstahlverkleidungen versehen ist. Solche Linearmotoren sind in unterschiedlichen Spezifikationen frei erhältlich, der entweder herstellerseitig oder beim Hersteller der Füllvorrichtung entsprechend modfiziert wird und nur noch zwei Anschlussbuchsen an einem Sockel des Statorgehäuses 9 aufweist, an denen Kabel angeschlossen werden können. Zweckmäßig ist bereits im Statorgehäuse 9 eine Steuerelektronik 22 für den Linearmotor untergebracht, gegebenenfalls mit einer Programmsektion. Der Linearmotor lässt sich auf diese Weise bequem in das elektrische oder elektronische Steuersystem der Füllvorrichtung integrieren, um dann die beiden Funktionen, d. h. die Funktion der Positionierung des Rückgasrohres R und ggf. auch die Funktion einer Mediumzu- oder -abfuhr steuern zu können.
Bei einer nicht gezeigten Alternative könnte der Linearmotor L nur auf dem Ventilgehäuse 3 montiert sein, ohne den oben aufgesetzten Anschlusskörper 5. Dann könnte der Linearmotor zu Reinigungszwecken gegebenenfalls von unten her gespült werden. Diese könnte bei Füllvorrichtungen zweckmäßig sein, die ohne Vakuumbeaufschlagung und/oder Druckentlastung arbeiten, oder hierfür ein anderes System nutzen.
Grundsätzlich ließe sich der elektrische Linearmotor L als Positionierantrieb eines Rückgasrohres R auch in anders konzipierte Füllvorrichtungen als die gezeigte integrieren, da die Funktion der Positionierung des Rückgasrohres vollständig unabhängig von der in der Füllvorrichtung angewandten Technik ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005031319 A [0003]
- DE 19855975 C [0004]
- DE 202005007446 U1 [0021, 0022]

Claims

Füllvorrichtung (F) für Behälter (B), insbesondere Getränkeflaschen, mit einem Füllorgan (O), über das unterschiedliche Medien, einschließlich eines abzufüllenden Produkts, zu- und/oder abführbar sind, und einem im Füllorgan enthaltenen Rückgasrohr (R), das relativ zum Füllventil mittels eines elektromagnetischen Positionierantriebes (P) linear verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Positionierantrieb (P) ein Linearmotor (L) aus einem stationären, zumindest eine Linearmotor-Wicklung (W) enthaltenden Statorgehäuse (9) und einem mit dem Rückgasrohr (R) gekoppelten, im Statorgehäuse in einer Läuferbohrung (11) angeordneten Läufer (14) ist.
Füllvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (L) ein handelsüblicher Linearmotor, jedoch mit inneren und/oder äußeren, gegen die in der Füllvorrichtung (F) verarbeiteten Medien resistenten und lebensmittelverträglichen Oberflächenverkleidungen (12, 13, 15) ist.
Füllvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (9), gegebenenfalls der Läufer (14), mit Edelstahl verkleidet ist (sind.
Füllvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (L) mit dem Statorgehäuse (9) und der Läuferbohrung (11) unter Ausbilden eines Strömungsweges für zumindest ein Medium baulich in die Füllvorrichtung (F) eingegliedert ist.
Füllvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (9) zwischen einem Anschlusskörper (5), vorzugsweise für eine Vakuumbeaufschlagung und/oder Druckentlastung des Behälters (B), und einem vom Rückgasrohr (R) durchsetzten Ventilgehäuse (3), vorzugsweise für Rückgas-, Produkt-, Vorspannmedium- und/oder Korrekturmedium-Strömungen, montiert ist.
Füllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (14) mit Spiel (19) in der Läuferbohrung (11) angeordnet und, vorzugsweise an beiden Enden, über Führungselemente (16) geführt ist, die mit einer Innenwand der Läuferbohrung (11) einen zwischen beiden Enden des Statorgehäuses verlaufenden Mediumdurchgang (21) begrenzen.
Füllvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Statorgehäuse (9) eine Steuerelektronik (22) des Linearmotors (L) enthalten ist.
Füllvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rückgasrohr (R) und dem Läufer (14) eine, vorzugsweise lösbare, Kupplung (K) vorgesehen ist.
Füllvorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (K) kleinere Abmessungen als die Läuferbohrung (11) aufweist und mit zumindest einem Teilabschnitt des Rückgasrohrs (R) in die Läuferbohrung einfahrbar ist.
Füllvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Läuferhub (X) des Linearmotors bis zu etwa 100 mm beträgt.
Füllvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (L) das Rückgasrohr (R) bei jedem Füllzyklus der Füllvorrichtung entweder programmiert oder ansteuerbar in unterschiedliche Positionen verbringt, insbesondere zum Absenken des Rückgasrohres (R) bis in eine tiefliegende Spülposition (24), wobei die verschiedenen Positionen bevorzugt zeitabhängig, oder bei einer umlaufenden Füllvorrichtung gegebenenfalls wegabhängig veränderbar sind, zweckmäßigerweise durch eine Steuerelektronik, die dem Linearmotor unmittelbar zugeordnet sein kann.