DE102007055329A1

DE102007055329A1 - Transfervorrichtung und Transferverfahren zum Zu- oder Abführen von Flaschen, Dosen, Beuteln oder dergleichen Behältern zu einer Füllmaschine

Info

Publication number: DE102007055329A1
Application number: DE102007055329A
Authority: DE
Inventors: Volker Till
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2009-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transfereinheit zum Zu- oder Abführen von Flaschen, Dosen, Beuteln oder dergleichen Behältern zu einer Füllmaschine (1) zum Füllen dieser Flaschen, Dosen, Beutel oder dergleichen Behälter mit einem Füllgut (12), mit mehreren an einem um eine Maschinenachse (3) umlaufend antreibbaren Hauptrotor (2) oder einen Rotorabschnitt vorgesehenen Füllelementen, die jeweils eine Abgabeöffnung (5) zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in die zu füllenden Behälter (9) aufweisen, wobei die Behälter (9) an geeigneten Behälterhalterungen (4) mindestens zeitweise gehalten werden können, wobei die Achse (5.1) des Füllelementes (5) derart angeordnet ist, dass die Achse (10.1) eines austretenden Füllgutstrahls (10), bezogen auf die Rotationsachse (3) der Maschinenachse, radial nach außen weist und der Hauptrotor (2) mit einer derart hohen Winkelgeschwindigkeit antreibbar ist, dass das abzufüllende Füllgut (12) im Behälter (9) eine ansteigende, senkrechte oder konkave Oberfläche (11) ausbildet, wobei die Transfereinheit um eine Rotationsachse rotierbar gelagert ist, eine zentrale Achse, mindestens einen zentralen Rotationskörper und am äußeren Umfang eine Mehrzahl von Halte- und Befestigungselementen (29) für Behälter (9) aufweist, wobei die zentrale Achse (25) gegenüber der Horizontalen geneigt ist und die Halte- und Befestigungselemente (29) von der zentralen Achse (25) weg geneigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transfereinheit und eine Verfahren zum Zu- oder Abführen von Flaschen, Dosen, Beuteln oder dergleichen Behältern zu einer Füllmaschine (1) zum Füllen dieser von Flaschen, Dosen, Beuteln oder dergleichen Behältern, wie im Anspruch 1 und 10 beschrieben.
Füllmaschinen sind in der industriellen Anwendung hinreichend bekannt und sehr weit in der Patentliteratur beschrieben. Bei den bekannten Hochleistungsfüllern werden die Behälter am Umfang eines rotierenden Füllers gehalten und gefüllt. Hierzu wird ein Füllorgan mit geeigneten Dichtflächen an die Behälteröffnung gepresst, der Innenraum des Behälters ein- oder mehrmals mit CO2 gefüllt oder gespült, um vor dem Füllen Reste an Sauerstoff auf de Behälter zu verdrängen. Nachfolgend wird der Behälter vorgespannt, wenn ein karbonatisiertes Getränk eingefüllt werden soll, in dem CO2 unter Druck in die Flasche gefüllt wird. Es folgt die Befüllung des Behälters mit dem jeweiligen Fluid. Exemplarisch für derartige Füller sollen die DE 20 2006 016 208 U1 , DE 10 2006 014 103 A1 , DE 20 2005 004 090 U1 , DE 10 2005 011 659 A1 , DE 10 2004 042 516 B4 oder die DE 10 2004 038 323 B4 stehen.
Auch wenn die o. g. Füllvorrichtungen im Prinzip sehr gut funktionieren, sind diese dahingehend begrenzt, dass aufgrund des drucklosen Einfüllens keine direkte Beschleunigung des Füllvorgangs möglich ist. Ein Befüllen unter Druck verbietet sich, da die Schaumbildung kaum beherrschbar wäre.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Füller und ein Füllverfahren bereit zu stellen, das einen beschleunigten Füllvorgang ermöglicht. Diese Aufgaben erfüllt die erfindungsgemäße Füllmaschine, die zum Füllen von Flaschen, Dosen, Beuteln oder dergleichen Behältern mit einem Füllgut geeignet ist. Diese Füllmaschine weist mehrere an einem um eine Maschinenachse umlaufend antreibbaren Hauptrotor oder einen Rotorabschnitt vorgesehene Füllelemente auf, die jeweils eine Abgabeöffnung zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in die zu füllenden Behälter umfassen, wobei die Behälter an geeigneten Behälterhalterungen mindestens zeitweise gehalten werden können. Dabei sind die Achsen der Abgabeöffnung, die als Rohrende oder Ventil ausgeformt sein können, derart angeordnet, dass die Achse eines austretenden Füllgutstrahls bezogen auf die Rotationsachse der Maschinenachse, radial nach außen weist, also in radialer Richtung, der Richtung der Zentrifugalkraft, die Füllvorrichtung verlässt. Der Rotor ist mit einer derart hohen Winkelgeschwin digkeit antreibbar, dass das abzufüllende Füllgut von der Gravitation unabhängig im Behälter eine ansteigende, fast senkrechte oder leicht konkave Oberfläche ausbildet.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb sind die Behälter derart vor der Abgabeöffnung positionierbar und gehalten, dass die Hauptachsen und/oder Rotationsachsen der zu füllenden Behälter achsgleich oder achsparallel zur Füllgutachse ausgerichtet sind.
Damit wird der Befüllungsvorgang von der Gravitation unabhängig und kann wesentlich beschleunigt werden. In dem Behälter bildet sind eine quasi senkrechte Füllgutoberfläche, wenn waagerechte Behälter um eine senkrechte Achse rotieren. Überraschenderweise konnte beobachtet werden, dass einer Schaumbildung durch hohe Winkelgeschwindigkeiten entgegengewirkt werden kann, da Schaum durch die Fliehkräfte zerstört wird. Somit liegt die Limitation im Wesentlichen bei den zulässigen Haltekräften.
Dem Problem der extrem kurzen Übergabezeiten wird dadurch begegnet, dass die Transfereinheit um eine Rotationsachse rotierbar gelagert ist, eine zentrale Achse, mindestens einen zentralen Rotationskörper und am äußeren Umfang eine Mehrzahl von Halte- und Befestigungselementen für Behälter aufweist, wobei die zentrale Achse gegenüber der Horizontalen geneigt ist und die Halte- und Befestigungselemente von der zentralen Achse weg geneigt sind. Somit ist es möglich, dass Behälter im bestimmungsgemäßen Betrieb aufrecht stehend oder quasi aufrecht von der Transfereinheit aufgenommen oder abgegeben werden können und in einer waagerechten Ausrichtung an die Halte- und Befestigungselemente der Füllmaschine übergeben oder von diesen empfangen werden können.
Ein besonders bevorzugter Neigungswinkel der Rotationsachse ist eine Neigung um 45° gegenüber der Horizontalen, wobei dann die Halte- oder Befestigungselemente derart geneigt werden müssen, dass zwischen diesen und der zentralen Achse ein Winkel von 45° gebildet ist.
Bei einer verbesserten Ausführungsform, sind die Halte- oder Befestigungselemente für die Behälter schwenkbar gelagert, insbesondere vertikal schwenkbar gelagert sind. Die Schenkbewegung kann durch eine Kurvenbahn geführt sein oder durch die Zentrifugalkraft verursacht sein.
In einer Ausführungsform weisen alle Halte- oder Befestigungselemente jeweils mindestens ein Schalt- und/oder Steuerelement auf. Diese Schalt- und/oder Steuerelemente werden beispielsweise mittels einer Steuerkurve betätigt. Zum Zwecke der Aufnahme oder Abgabe der Behälter, werden die Halte- und Befestigungselemente auf diese Weise geöffnet und/oder geschlossen.
Bei veränderlichen Übergabeabläufen der Behälter kann es vorteilhaft sein, die wenn die zentrale Achse in ihrer Neigung gegenüber der Horizontalten veränderlich ist und/oder die Halte- und Befestigungselemente in ihrer Neigung gegenüber der zentralen Achse veränderlich sind. Diese ist besonders dann vorteilhaft, wenn unterschiedliche Behälter verarbeitet werden und keine vollständig waagrechte Behälterausrichtung an der Füllmaschine vorliegt. In diesem Fall sollte die Transfereinheit Halte- und Befestigungselemente aufweisen, die im Übergabebereich oder Übergabepunkt zwischen Transfereinheit und Füllmaschine derart geneigt sind oder neigbar sind, dass die Ausrichtung der Hauptachse der Behälter in diesem Übergabebereich oder Übergabepunkt der Resultierenden entspricht, welche sich aus dern auf den Behälter wirkenden Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft ergibt.
Somit besteht ein vorteilhaftes Verfahren darin, dass zum Zu- oder Abführen von Behältern, insbesondere Flaschen, Containern, Pouches etc. zu einem Füller eine Transfereinheit nach einem der voranstehnden Ausführungsformen verwendet wird. Insbesondere wenn mindestens die nachfolgenden Schritte durchlaufen werden:

a) Zuführung von mindestens einem Behälter zur Füllmaschine,
b) Aufnahme und Fixierung des mindestens einen Behälters mittels einer Behälterhalterung,
c) Rotation des Behälters mit hoher Winkelgeschwindigkeit,
d) Füllen des Behälters, wobei der Füllgutstrahl im Wesentlichen in Richtung der Zentrifugalkraft beschleunigt wird,
e) Übergabe des mindestens einen Behälters an ein nachfolgendes Transportelement.

Die Füllmaschine und das Füllverfahren wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert. 1 zeigt schematisch die Füllmaschine 1, bei welcher der Hauptrotor 2 um die Achse 3 in Richtung des Pfeils A durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben rotiert. Am äußeren Umfang des Hauptrotors 2 sind eine Mehrzahl von Behälterhaltevorrichtungen 4, Auslässen 5 und Verschlussvorrichtungen 6 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist von diesen Elementen jeweils nur ein Element dargestellt. Die Behälterhaltevorrichtung weist eine Achse 7 und einen an der Achse 7 befestigten Greif- und Haltearm 8 auf.
Die gegenüber dem Füllelement 5 befindliche Flasche 9 ist in einer waagrechten Ausrichtung, so dass die Achse des Füllelementes 5 und die der Flasche 9 deckungsgleich verlaufen. Durch den Fluidstrahl 10, der frei durch die Behälteröffnung in das Behälterinnere gespritzt wird, ist die Flasche 9 in dem gezeigten Stadium teilweise gefüllt und eine konkave Fluidoberfläche 11 hat sich unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft ausgebildet. Die Füllflüssigkeit 12 wird über einer Pumpe 13 gefördert über den Leitungsweg 14 und zum Füllelement 5 gefördert. In den Leitungsweg 14 der Flüssigkeit führt die Gasleitung 15, die im vorliegenden Beispiel aus einem nicht gezeigten Druckbehälter gespeist wird und zur Inertisierung der Flasche 9 dient.
2 zeigt die Flasche in der Verschlussposition. Durch die Rotation der Achse 7 der Behälterhaltevorrichtung 4, angetrieben durch den Motor 26, wurde die Flasche von der Füllposition in die Verschlussposition überführt. In den Zwischenraum zwischen das Verschlusselement und der Behälteröffnung der Flasche 9 greift ein Zuführstern 16, welcher Schraubverschlüsse 17 dem Verschlusselement 6 zuführt. Das in axialer Richtung C verschiebbare und rotierbare Verschlusselement 6, übernimmt im Zusammenwirken mit dem in Richtung des Pfeils D rotierenden Zuführsterns 16 den Schraubverschluss 17. In der gefüllten Flasche 9 steht die sich unter Einwirkung der Zentrifugalkraft gebildete Flüssigkeitsoberfläche 11 im Bereich des Flaschenhalses. Die Schraubverschlüsse 17 werden in Richtungen des Pfeils 18 in an sich bekannter und daher nicht näher dargestellter Weise an die Behälteröffnung herangeführt und vom motorisch angetriebenen Verschlusselement 6 (Motor 25) verschlossen.
3 zeigt eine andere Ausführungsform der Füllvorrichtung 1. Hierbei ist das Füllelement 5 in Richtung E verschiebbar gelagert und weist an dem der Flasche 9 zugeordneten Ende ein Dichtelement 19 auf, das an der Oberkante der Flaschenöffnung dichtend anliegt. Eine Gasleitung 15 führt von dem Vorlagebehälter 23 über ein Dreiwegeventil 24 in die Flüssigkeitsleitung. Im Inneren des Füllelements 5 sind Gasrückführungskanäle 20 vorgesehen, die in eine Gasrückführungsleitung 21 münden. Die Öffnungen für das Rückgas sind an der zylindrischen Außenfläche des Füllelementes 5 und die Öffnung für den Flüssigkeits- oder Gaszulauf sind an der Stirnseite des Füllelements 5 angeordnet. Mittels Verdichter 22 wird das Rückgas, in der Regel CO₂, in den Vorlagebehälter 23 zurückgeleitet.
4 zeigt die Transfereinheit 24, deren geneigte, zentrale Achse 25 in dem skizzenhaft dargestellten Lager 26 gehalten und rotierbar gelagert ist. Der motorische Antrieb der Transfereinheit 24 bzw. der zentralen Achse 25, ein stufenlos regelbarer Servomotor, ist nicht dargestellt. Die Rotationsachse 27 ist als strichpunktierte Linie dargestellt. Die zentrale Achse 25 bzw. die Rotationsachse 27 schließen mit der Horizontalen den Winkel β ein, der im dargestellten Beispiel 45° beträgt. An dem der Füllmaschine 1 zugewandten Ende ist eine zentrale, scheibenförmige Stirnplatte 28 angeordnet an deren Umfangsfläche die Halte- und Befestigungselemente 29 zur Aufnahme der Flaschen 9 befestigt sind.
Zwischen der Stirnplatte 28 und den Halte- und Befestigungselementen 29 ist der Winkel α eingeschlossen, der in dem gezeigten Beispiel 135° beträgt. Dies entspricht einem Winkel von 45° zwischen den Halte- und Befestigungselementen 29 und der Rotationsachse 27. Die auf dem Transportelement 30 stehend antransportierte Flaschen 9 wird von dem geöffneten Halte- und Befestigungselement 29 gegriffen, das über das Zusammenwirken der ersten Steuerkurve 31 und der Schaltnocke 32 geöffnet wurde. Die Details des im Prinzip bekannten Halte- und Befestigungselementes 29 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt worden.
Durch die Rotation des Transferelements 24 wird die Flasche 9 aus der senkrechten in die waagerechte Position gebracht. Im Wesentlichen mit dem Erreichen der waagerechten Position wird die Flasche 9 der Behälterhaltevorrichtung 4 übergeben. Hierbei wird durch das Zusammenwirken einer zweiten Steuerkurve 33 und der Schaltnocke 32 die Flasche 9 frei gegeben, so dass diese von der um die senkrechte Achse 3 umlaufenden Behälterhaltevorrichtung 4 übernommen werden kann.
Zum Entlassen der gefüllten Flasche 9 aus der Behälterhaltevorrichtung 4 ist eine analoge Vorrichtung vorgesehen, wobei die Abläufe in der entsprechend umgekehrten Reihenfolge ablaufen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202006016208 U1 [0002]
- DE 102006014103 A1 [0002]
- DE 202005004090 U1 [0002]
- DE 102005011659 A1 [0002]
- DE 102004042516 B4 [0002]
- DE 102004038323 B4 [0002]

Claims

Transfereinheit zum Zu- oder Abführen von Flaschen, Dosen, Beuteln oder dergleichen Behältern zu einer Füllmaschine (1) zum Füllen dieser von Flaschen, Dosen, Beuteln oder dergleichen Behältern mit einem Füllgut (12), mit mehreren an einem um eine Maschinenachse (3) umlaufend antreibbaren Hauptrotor (2) oder einen Rotorabschitt vorgesehnen Füllelementen, die jeweils eine Abgabeöffnung (5) zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in die zu füllenden Behälter (9) aufweisen, wobei die Behälter (9) an geeigneten Behälterhalterungen (4) mindestens zeitweise gehalten werden können, wobei die Achse (5.1) des Füllelementes (5) derart angeordnet ist, dass die Achse (10.1) eines austretenden Füllgutstrahls (10) bezogen auf die Rotationsachse (3) der Maschinenachse, radial nach außen weist und der Hauptrotor (2) mit einer derart hohen Winkelgeschwindigkeit antreibbar ist, dass das abzufüllende Füllgut (12) im Behälter (9) eine ansteigende, senkrechte oder konkave Oberfläche (11) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfereinheit um eine Rotationsachse rotierbar gelagert ist, eine zentrale Achse, mindestens einen zentralen Rotationskörper und am äußeren Umfang eine Mehrzahl von Halte- und Befestigungselementen (29) für Behälter (9) aufweist, wobei die zentrale Achse (25) gegenüber der Horizontalen geneigt ist und die Halte- und Befestigungselemente (29) von der zentralen Achse (25) weg geneigt sind.
Transfereinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse und die Halte- und Befertigungselemente für die Behälter derart geneigt sind, dass Behälter im bestimmungsgemäßen Betrieb aufrecht stehend von der Transfereinheit aufgenommen oder abgegeben werden können und in einer waagerechten Ausrichtung an die Halte- und Befestigungselemente der Füllmaschine übergeben oder von diesen empfangen werden können.
Transfereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse um 45° gegenüber der Horizontalen geneigt ist die Halte- oder Befestigungselemente derart geneigt sind, dass zwischen diesen und der Rotationsachse der zentralen Achse ein Winkel von 45° gebildet ist.
Transfereinheit gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halte- oder Befestigungselemente für die Behälter schwenkbar gelagert sind, insbesondere vertikal schwenkbar gelagert sind.
Transfereinheit gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Halte- oder Befestigungselemente für die Behälter jeweils mindestens ein Schalt- und/oder Steuerelement aufweisen, welche mittels einer Steuerkurve zum Öff nen und/oder Schließen der Halte- und Befestigungselemente zum Zwecke der Aufnahme oder Abgabe eines Behälters betätig werden können.
Transfereinheit gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Achse in ihrer Neigung gegenüber der Horizontalten veränderlich ist.
Transfereinheit gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halte- und Befestigungselemente in ihrer Neigung gegenüber dem zentralen Rotationskörper veränderlich sind.
Transfereinheit gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Halte- und Befestigungselemente in ihrer Neigung gegenüber der zentralen Rotationsachse und die zentrale Achse in ihrer Neigung gegenüber der Horizontalten veränderlich sind.
Transfereinheit gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halte- und Befestigungselemente im Übergabebereich oder Übergabepunkt zwischen Transfereinheit und Füllmaschine derart geneigt sind oder neigbar sind, dass die Ausrichtung der Hauptachse der Behälter in diesem Übergabebereich oder Übergabepunkt der Resultierenden entspricht, welche sich aus dern auf den Behälter wirkenden Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft ergibt.
Verfahren zum Zu- oder Abführen von Behältern, insbesondere Flaschen, Containern, Pouches etc. zu einem Füller, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transfereinheit nach einem der voranstehnden Ansprüche verwendet wird.
Verfahren zum Füllen gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die nachfolgenden Schritte durchlaufen werden: a) Zuführung von mindestens einem Behälter zur Füllmaschine, b) Aufnahme und Fixierung des mindestens einen Behälters mittels einer Behälterhalterung, c) Rotation des Behälters mit hoher Winkelgeschwindigkeit, d) Füllen des Behälters, wobei der Füllgutstrahl im Wesentlichen in Richtung der Zentrifugalkraft beschleunigt wird, e) Übergabe des mindestens einen Behälters an ein nachfolgendes Transportelement.