DE102008022398A1

DE102008022398A1 - Füllelement sowie Füllmaschine mit derartigen Füllelementen

Info

Publication number: DE102008022398A1
Application number: DE200810022398
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath; Dieter-Rudolf Krulitsch; Bernd Bruch
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2009-12-31
Also published as: EP2285727A1; WO2009135591A1

Abstract

Füllelement zum Abfüllen eines Füllgutes, welches in einer flüssigen Phase auch feste oder festere Bestandteile enthält, mit wenigstens einem in einem Gehäuse ausgebildeten Flüssigkeitskanal oder Produktraum, der mit einem Vorrat für das Füllgut verbindbar ist und eine Abgabeöffnung zur Abgabe des Füllgutes in eine zu füllende Flasche oder dergleichen Behälter bildet, mit wenigstens einem Ventilelement, welches zum Öffnen und Schließen des Füllelementes bzw. eines von dem Ventilelement gebildeten Flüssigkeitsventils zwischen wenigstens zwei Betriebszuständen bewegbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 13.
Füllelemente zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen oder dergleichen Behälter sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Vorgeschlagen wurden auch bereits Füllelemente, die zum Abfüllen eines Füllgutes geeignet sind, welches in einer flüssigen Phase feste oder festere Bestandteile oder dergleichen Beimischungen enthält, wie dies beispielsweise bei Fruchtzubereitungen oder Fruchtsaft mit Fruchtstücken oder Fruchtfleisch der Fall ist.
Bei den bekannten Füllelementen ist in einem in einem Füllelementgehäuse ausgebildeten Flüssigkeitskanal in Strömungsrichtung des Füllgutes vor dem Flüssigkeitsventil, mit welchem die Abgabe des Füllgutes an dem jeweils zu füllenden Behälter eingeleitet und beendet wird, ein mit einer eigenständigen Betätigungseinrichtung betätigbares Rückhalteelement vorgesehen, welches in einem aktivierten Zustand den gesamten Flüssigkeitskanal des Füllelementes für die festen oder festeren Bestandteile des Füllgutes sperrt. Die Verwendung eines eigenständigen Betätigungselementes für das siebartige Rückhalteelement bedingt einen zusätzlichen konstruktiven sowie auch steuerungsmäßigen Aufwand.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen, welches bei vereinfachter Konstruktion und vereinfachter Steuerung eine betriebssichere Arbeitsweise auch beim Abfüllen eines Füllgutes gewährleistet, welches in einer flüssigen oder auch flüssig-viskosen bis leicht zähflüssig-viskosen Phase festere Bestandteile oder Stücke enthält.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 13.
Das erfindungsgemäße Füllelement sieht ebenfalls Mittel vor, die sicherstellen, dass der jeweilige Ventilsitz des Flüssigkeitsventils bei geschlossenem Ventil frei von festen oder festeren Bestandteilen des Füllgutes ist und dadurch ein dichtes Verschließen des Flüssigkeitsventils gewährleistet ist. Bei einer generellen Ausführungsform der Erfindung wird diese durch ein mit dem Ventilelement mitbewegtes Rückhalteelement erreicht, und zwar dadurch, dass in einem zwischen dem geöffnetem und den geschlossenen Betriebszustand weiteren Betriebszustand die festeren Bestandteile bei geöffnetem Flüssigkeitsventil zurückgehalten und eventuell im Bereich des Flüssigkeitsventils bzw. im Absperrbereich noch vorhandene feste oder festere Bestandteile mit dem flüssigen Füllgut ausgespült werden.
Bei einer weiteren generellen Ausführungsform der Erfindung ist das Flüssigkeitsventil schieber- oder drehschieberartig ausgeführt, so dass beim Schließen durch das sich entlang des Ventilsitzes oder in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzes bewe gende Ventilelement vorhandene festere Bestandteile verdrängt und/oder durch Abscheren, Wegschieben oder Abwischen vom Ventilsitz entfernt werden und hierdurch die Mittel zum Freihalten des Ventilsitzes gebildet sind. Bevorzugt ist bei dieser Ausführung der Randbereich des schieberartigen oder drehschieberartigen Ventilelementes und/oder der Randbereich einer den Ventilsitz aufweisenden Öffnung messerschneidenartig ausgebildet.
Feste oder festere Bestandteile im Sinne der Erfindung sind insbesondere Bestandteile und Beimischungen, die eine höhere Festigkeit als die flüssige Phase des Füllgutes aufweisen. Ein flüssiges Füllgut im Sinne der Erfindung ist u. a. auch ein flüssig viskoses bis leicht zähflüssig viskoses Füllgut.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
1–3 in sehr vereinfachter Darstellung und im Schnitt ein Füllelement zum Füllen von Behältern in Form von Flaschen mit einem flüssigen Füllgut, welches feste oder festere Bestandteile oder Stücke enthält, jeweils in unterschiedlichen Betriebszuständen;
4 und 5 in Einzeldarstellung und im Schnitt entsprechend der Linie I-I der 1 einen Ventilkörper zur Verwendung bei dem Füllelement der 1–3;
6–8 in Darstellungen ähnlich den 1–3 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Füllelementes;
9 in Einzeldarstellung und im Schnitt ähnlich den 4 und 5 den Ventilkörper des Füllelementes der 6–8;
10–12 in Darstellungen ähnlich den 1–3 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Füllelementes in unterschiedlichen Betriebszuständen;
13 und 14 jeweils in Schnittdarstellung ein Füllelement gemäß der Erfindung in unterschiedlichen Betriebszuständen;
15 und 16 in Darstellungen ähnlich 13 und 14 ein Füllelement gemäß der Erfindung in unterschiedlichen Betriebszuständen;
17 und 18 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt ein Füllelement gemäß der Erfindung in unterschiedlichen Betriebszuständen;
19 und 20 jeweils Schnitte entsprechend der Linie II-II der 17, bei den Betriebszuständen der 17 bzw. 18;
21 und 22 ein Füllelement gemäß der Erfindung und im Schnitt bei unterschiedlichen Betriebszuständen;
23 und 24 Schnitte entsprechend der Linie III-III der 21 bei Betriebszuständen entsprechend den 21 bzw. 22.
In den 1–3 ist ein 1 ein Füllelement eines Füllsystems oder einer Füllmaschine, beispielsweise einer Füllmaschine umlaufender Bauart, die eine Vielzahl dieser Füllelemente 1 am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors bzw. am Umfang eines an diesem Rotor vorgesehenen Ringkessels 2 aufweist.
Das Füllelement 1 dient zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes 3, welches feste oder festeren Bestandteile oder Stücke 4 enthält, beispielsweise zum Abfüllen einer Fruchtsaftzubereitung (z. B. Saft mit Fruchtstücken) in als Flaschen 5 ausgebildete Behälter. Die Flaschen 5 sind während des Füllprozesses (Freistrahlfüllens) aufrechtstehend, d. h. mit ihrer Behälter- oder Flaschenachse in vertikaler Richtung und achsgleich oder in etwa achsgleich mit einer Füllelementachse FA an einem an dem umlaufenden Rotor ebenfalls vorgesehenen Behälterträger 6 hängend gehalten, so dass die Flaschenöffnung 5.1 mit Abstand unterhalb einer Abgabeöffnung 7 des Füllelementes 1 angeordnet ist.
In einem Gehäuse 8 des Füllelementes ist ein Produktraum oder Flüssigkeitskanal 9 ausgebildet, der an einem oberen Ende über eine Flüssigkeitsleitung 10 mit Durchflussmesser 11 für eine volumengesteuerte Abgabe des Füllgutes 3 in die Flaschen 5 mit dem Innenraum des Ringkessels 2 in Verbindung steht. Das untere Ende des Flüssigkeitskanals 9 bildet an der Unterseite des Gehäuses 8 die Abgabeöffnung 7. Im Flüssigkeitskanal 9 ist am unteren Ende eines Ventilstößels 12 ein Ventilelement oder Ventilkörper 13 befestigt, der mit einem an der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 9 im Bereich der Abgabeöffnung 7 vorgesehenen Ventilfläche 14 oder einem Ventilsitz zusammenwirkt und das die Abgabe des Füllgutes 3 in die Flaschen 5 steuernde Flüssigkeitsventil 15 bildet.
Wie die Figuren zeigen, ist der Flüssigkeitskanal 9 mit drei in Richtung der Füllelementachse FA von oben nach unten anschließenden Abschnitten 9.1, 9.2 und 9.3 ausgebildet, von denen der Abschnitt 9.1 den größeren Querschnitt aufweist, der daran anschließende Abschnitt 9.2 mit einem die Achse FA kreiszylinderförmigen reduzierten Querschnitt und der Abschnitt 9.3, der den Ventilsitz 14 sowie die Abgabeöffnung 7 bildet, einen sich zu dieser Abgabeöffnung 7 hin kegel- oder trichterförmig reduzierenden Querschnitt besitzen.
An dem Ventilkörper 13 ist mit Abstand von dem unteren, mit dem Ventilsitz 14 zusammenwirkenden Ventilkörperende ein Rückhalteelement 16 vorgesehen, welches bei der dargestellten Ausführungsform glockenartig mit einer die Achse FA konzentrisch umschließenden kreiszylinderförmigen Wandung 17 und einem oberen Kopfstück 18 ausgeführt, welches die den Ventilkörper 13 mit Abstand konzentrisch umschließende Wandung 17 mit dem Ventilkörper 13 verbindet. Der Ventilkörper 13 ist beispielsweise einstückig mit dem Rückhalteelement 16 hergestellt. Der zwischen der Wandung 17 und dem Ventilkörper 13 gebildete Ringraum 19 ist zur Unterseite des Rückhalteelementes 16 offen. Das Kopfstück 18 ist siebartig mit einer Vielzahl von durchgehenden Öffnungen oder Bohrung 20 ausgebildet, die sowohl an der Oberseite des Kopfstückes 18 als auch an der Unterseite dieses Kopfstückes im Ringraum 19 offen sind. Der Außendurchmesser der kreiszylinderförmigen Wandung 19 ist gleich oder nur geringfügig kleiner als der Durchmesser, den der kreiszylinderförmige Abschnitt 9.2 aufweist. Über eine mit dem Ventilstößel 12 zusammenwirkende Betätigungseinrichtung 21, die beispielsweise pneumatisch angesteuert wird, ist der Ventilkörper 13 mit dem Rückhalteelement 16 in Richtung der Achse FA gesteuert zwischen drei Betriebszuständen oder Hubstellungen bewegbar, die in den 1, 2 und 3 dargestellt sind. In der obersten, in der 1 wiedergegebnen Hubstellung ist nicht nur der Ventilkörper 13 von dem Ventilsitz 14 soweit wegbewegt bzw. beabstandet, dass das Flüssigkeitsventil 15 vollständig geöffnet ist, sondern auch das Rückhalteelement 16 ist aus dem Abschnitt 9.2 des Flüssigkeitskanals herausbewegt, so dass das flüssige Füllgut zusammen mit den festen Bestandteilen oder Stücken als freier Strahl 3.1 über die Flaschenöffnung 5.1 in die jeweilige Flasche 5 strömen kann. In der in der 2 dargestellten Hubstellung des Ventilkörpers 13 ist dieser weiterhin von dem Ventilsitz 14 beabstandet, so dass das Flüssigkeitsventil 15 geöffnet ist, das Rückhalteelement 16 ist aber mit dem unteren Randbereich der Wandung 17 in den Abschnitten 9.2 des Flüssigkeitskanals 9 eingeführt, so dass die im Füllgut vorhandenen festen Bestandteile oder Stücke 4 durch das Rückhalteelement 16 im Abschnitt 9.1 des Flüssigkeitskanals zurückgehalten werden und lediglich das flüssige Füllgut 3 durch die siebartigen Öffnungen 20 in dem Abschnitt 9.2 und von dort über den Abschnitt 9.3 und die Abgabeöffnung 7 weiter in die Flasche 5 strömen kann. Eventuell in den Abschnitten 9.2 und 9.3 verbliebene feste Bestandteile 4 oder aber beim Einführen des Rückhalteelementes 16 in Abschnitt 9.2 durch den unteren Rand der Wandung 17 abgescherte Bestandteile 4 werden mit dem flüssigen Füllgut in die Flasche 2 ausgeschwemmt. Hierbei wird insbesondere auch eine Anlagerung von festen Bestandteilen 4 am Ventilsitz 14 vermieden.
Die 3 zeigt die unterste Hubstellung des Ventilkörpers 13, in der der Ventilkörper dicht gegen den Ventilsitz 14 anliegt, so dass dadurch das Flüssigkeitsventil 15 bzw. die Abgabeöffnung 7 verschlossen sind. Durch das Rückhalteelement 16 sind die festen Bestandteile 4 weiterhin in den Abschnitt 9.1 des Flüssigkeitskanals 19 zurückgehalten.
Zur Abdichtung des Flüssigkeitskanals 9 insbesondere gegenüber der Betätigungseinrichtung 21 ist eine balgartige Dichtung 22 vorgesehen, die den Ventilstößel 12 umschließt und mit ihrem oberen Ende abgedichtet mit dem Gehäuse 8 und mit ihren unteren Ende abgedichtet mit dem Ventilstößel 12 verbunden ist. Um den Hub des Ventilkörpers 13 zwischen den vorgenannten drei Hubstellung zu ermöglichen, erstreckt sich die Dichtung 22 über die gesamte Länge des Ventilstößels 12.
Wie die 5 zeigt, kann die siebartige Struktur des Kopfstückes 18 nicht nur durch eine Vielzahl von Öffnungen 20, sondern auch anderweitig erzeugt sein, beispielsweise durch eine Vielzahl von im Kopfstück 18 vorgesehenen durchgehenden Schlitzen 23.
Die 6–9 zeigen als weitere Ausführungsform ein Füllelement 1a, welches sich von dem Füllelement 1 lediglich durch die Ausbildung des dem Rückhalteelement 16 entsprechenden Rückhalteelementes 16a an dem den Ventilkörper 13 entsprechenden Ventilkörper 13a unterscheidet. Das Rückhalteelement ist bei dieser Ausführungsform dadurch gebildet, dass der Ventilkörper 13a zwischen seinen unteren, mit dem Ventilsitz 14 zusammenwirkenden Ende und seinem obere, mit dem Ventilstößel 12 verbundenen Ende einen Abschnitt mit einem vergrößerten Durchmesser aufweist, dessen kreiszylinderförmiger Außenquerschnitt wiederum gleich oder etwa gleich dem Querschnitt des kreiszylinderförmigen Abschnittes 9.2 des Flüssigkeitskanals 9 ist und der an dem Außenbereich mit einer Vielzahl von Nuten 24 versehen ist, die sowohl radial als auch beidendig axial offen sind.
Die 6 zeigt das Füllelement 1a bei in die oberste Hubstellung bewegtem Ventilkörper 13a, so dass das Flüssigkeitsventil 15 vollständig geöffnet ist und sich auch das Rückhalteelement 16a außerhalb des Abschnittes 9.2 des Flüssigkeitskanals befindet und damit das flüssige Füllgut 3 zusammen mit den festen Bestandteilen 4 als freier Strahl 3.1 in die am Füllelement 1.1 angeordnete Flasche 5 strömen kann. Die 7 zeigt den Ventilkörper 13a in der mittleren Hubstellung, d. h. einen Zustand des Füllelementes 1a, in dem der Ventilkörper 13a zwar vom Ventilsitz 14 beabstandet und damit das Flüssigkeitsventil 15 geöffnet ist, das Rückhalteelement 16a aber soweit in dem Abschnitt 9.2 eingeführt ist, dass die festen Bestandteile 4 im Abschnitt 9.1 zurückgehalten werden und durch die von den Nuten 24 gebildete siebartige Struktur lediglich das flüssige Füllgut 3 unter Ausspülen verbliebener Bestandteile 4 aus den Abschnitten 9.2 und 9.3 in die Flasche 5 strömen kann.
Die 8 zeigt das Füllelement 1 bei vollständig geschlossenem Flüssigkeitsventil 15 und bei gegen den Ventilsitz 14 dicht anliegendem Ventilkörper 13a.
Die 10–11 zeigen als weitere Ausführungsform ein Füllelement 1b welches sich von dem Füllelement 1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass auf dem Ventilstößel 12 axial verschiebbar ein glockenartiges Rückhalteelement 25 vorgesehen ist, welches im Wesentlichen aus einem den Ventilstößel 12 umschließenden hülsenartigen Abschnitt 26 mit angeformtem, radial wegstehendem Kopfstück 27 und einem an das Kopfstück 27 angeformten kreiszylinderförmigen Wandabschnitt 28 besteht, der den Abschnitt 26 mit Abstand konzentrisch umschließt. Das Kopfstück 27 ist wiederum siebartig mit einer Vielzahl von Öffnungen 29 oder anderen geeigneten Durchbrechungen ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform weist der Wandabschnitt 28 an seinem unteren, die Achse FA konzentrisch umschließenden kreisringförmigen Rand 28.1 einen Durchmesser auf, der etwas größer ist als der Innendurchmesser des Abschnittes 9.2 des Flüssigkeitskanals 9.
Durch eine den Ventilstößel 12 umschließende und sich zwischen der oberen Stirnseite des Abschnittes 26 und einem Bund des Ventilstößels 12 abstützende Druckfeder 30 ist das Rückhalteelement 25 in eine untere Stellung vorgespannt, in der es mit dem unteren Rand des Abschnittes 26 sich beispielsweise gegen einen an der Unterseite des Ventilstößels 12 befestigten Ventilkörper 13b abstützt, welcher dem Ventilkörper 13 entspricht und im Zusammenwirken mit dem Ventilsitz 14 das Flüssigkeitsventil 15b des Füllelementes 1b bildet.
Gesteuert durch die Betätigungseinrichtung 21 sind auch für das Füllelement 1b wieder drei Betriebszustände möglich.
Ein erster Zustand des Füllelementes 1b ist in der 10 dargestellt. In diesem Zustand ist nicht nur das Flüssigkeitsventil 15b vollständig geöffnet, sondern auch das Rückhalteelement ist soweit angehoben, dass das flüssige Füllgut 3 zusammen mit den festen Bestandteilen 4 über die Flaschenöffnung 5.1 in die betreffende Flasche 5 strömen kann. Ein zweiter Zustand des Füllelementes 1b ist in der 11 dargestellt. In diesem Zustand ist das Flüssigkeitsventil 15b zwar weiterhin geöffnet, das Rückhaltelement 25 liegt aber mit dem unteren Rand 28.1 gegen die Innenfläche des Flüssigkeitskanal 9 am Übergang zwischen den Abschnitten 9.1 und 9.2 an, so dass die festen Bestandteile 4 im Abschnitt 9.1 zurückgehalten werden und nur das flüssige Füllgut 3 durch die Öffnungen 29 hindurch in den Abschnitt 9.2 und von dort über die Abgabeöffnung in die jeweilige Flasche 4 fließen kann, und zwar unter Freispülen der Abschnitte 9.2 und 9.3 von eventuell verbliebenen festen Bestandteilen 4.
Die 12 zeigt den vollständig geschlossenen Zustand des Füllelementes 1b bzw. des Flüssigkeitsventils 15b. Der Ventilkörper 13b liegt gegen den Ventilsitz 14 an. Das Rückhalteelement 25 ist weiterhin durch die Druckfeder 30 mit dem unteren Rand 28.1 gegen die Innenfläche des Flüssigkeitskanals 9 angepresst, so dass die Abschnitte 9.2 und 9.3 für die festen Bestandteile 4 verschlossen sind.
Den vorbeschriebenen Füllelementen 1, 1a, 1b ist gemeinsam, dass sie jeweils wenigstens drei definierte Betriebszustände aufweisen. Das Füllen der Flaschen 5 mit dem flüssigen, die Bestandteile 4 aufweisenden Füllgut 3 erfolgt beispielsweise grundsätzlich so, dass nach der Positionierung der betreffenden Flasche 5 unterhalb der Abgabeöffnung 7 das zunächst geschlossene Füllelement 1, 1a, 1b (dargestellt in den 3, 8 und 12) mit Hilfe der Betätigungseinrichtung 21 vollständig geöffnet wird, so dass es den in den 1, 6 bzw. 10 dargestellten Zustand einnimmt und mit dem flüssigen Füllgut 3 auch die festen Bestandteile 4 über die Abgabeöffnung 7 in einem freien Strahl (3.1) in die Flasche 5 eingebracht werden. Noch vor Erreichen der endgültigen Füllhöhe bzw. der endgültigen Füllmenge wird das Füllelement 1, 1a bzw. 1b gesteuert durch das Signal des Durchflussmessers 11 mit der Betätigungseinrichtung 21 in den in den 2, 7, 11 dargestellten Zustand gebracht, in dem durch das Rückhalteelement 16, 16a bzw. 25 die Abschnitte 9.2 und 9.3 des Flüssigkeitskanals 9 für die festen Bestandteile 4 gesperrt sind und nur noch das flüssige Füllgut 3 auch unter Spülen dieser Flüssigkeitskanalabschnitte der Flasche 5 zufließt. Bei Erreichen der geforderten Füllhöhe oder Füllmenge wird das Füllelement 1, 1a bzw. 1b vollständig geschlossen, so dass es den in den 3, 8 und 12 dargestellten Zustand aufweist.
Die 13 und 14 zeigen als weitere Ausführung ein Füllelement 1c, welches wiederum Bestandteil einer Füllmaschine zum Füllen der Flaschen 2 mit dem flüssigen, festen Bestandteile 4 aufweisenden Füllgut 3 dient. Das Füllelement 1c ist hierfür mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente am Umfangsbereich eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors, d. h. speziell an der Un terseite eines dem Ringkessel 2 entsprechenden Ringkessels 32 befestigt, der Teil des Rotors bildet, das flüssige Füllgut 3 mit den festen Bestandteilen 4 enthält und für sämtliche Füllelemente 1c der Füllmaschine gemeinsam vorgesehen ist.
Insbesondere zum Abdichten des Flüssigkeitskanals 9 gegenüber der Betätigungseinrichtung 21 sind bei dem Füllelement 1b zwei den Ventilstößel 12 umschließende balgartige Dichtungen 22 vorgesehen, die jeweils mit einem Ende dicht mit dem Abschnitt 26 verbunden sind. Die obere Dichtung 22 ist mit ihren oberen Ende wieder abgedichtet mit dem Gehäuse 8 verbunden, während die untere Dichtung 22 mit ihren unteren Ende abgedichtet am Ventilkörper 13b befestigt ist.
In einem Gehäuse 33 des Füllelementes 1c ist ein nach außen hin geschlossener Produktraum 34 gebildet, der an der Oberseite des Gehäuses 33 über eine Öffnung mit dem Innenraum des Ringkessels 32 in Verbindung steht. An der Unterseite bildet das Gehäuse 33 eine der Abgabeöffnung 7 entsprechende Abgabeöffnung 35, über die das Füllgut 3 mit den festen Bestandteilen 4 während des Füllvorgangs bzw. bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 1c als freier Strahl 3.1 der jeweiligen unterhalb des Füllelementes 1c mit Abstand von der Abgabeöffnung 35 angeordneten Flasche 5 durch die Flaschenöffnung 5.1 zufließt. Im Produktraum 34 ist ein Ventilkörper 36 angeordnet, der bei der dargestellten Ausführungsform keilartig ausgebildet ist und an einer der Unterseite des Gehäuses 33 zugewandten Seite eine ebene oder im Wesentlichen ebene Ventilfläche 36.1 bildet. Mit dieser Ventilfläche 36.1 liegt der Ventilkörper 36 bei geschlossenem Füllelement 1c gegen einen die Abgabeöffnung 35 an der Gehäuseinnenseite umschließenden Ventilsitz 37 abgedichtet anliegt, der von einer gegenüber angrenzenden Bereichen der Gehäuseinnenfläche etwas erhabenen Ringfläche gebildet ist. Der Ventilkörper 36 besteht aus Metall oder aus einem anderen geeigneten Material, beispielsweise aus einem lebensmittelechten oder lebensmittelverträglichem, elastischen Kunststoff, so dass bei gegen den Ventilsitz 37 anliegendem Ventilkörper 36 (14) die Abgabeöffnung 35 bzw. das von dem Ventilkörper 36 und den Ventilsitz 37 gebildete Flüssigkeitsventil 38 dicht verschlossen ist. Die vertikale Achse der Abgabeöffnung 35 definiert auch bei dem Füllelement 1c wiederum die Füllelementachse FA.
Zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 38 ist der Ventilkörper 36 am Ende eines Ventilstößels 39 vorgesehen, der mit seiner Achse schräg zur Füllelementachse FA angeordnet ist, und zwar derart, dass die Achse des Ventilstößels 39 mit der Achse FA einen Winkel α kleiner als 90° einschließt, der sich zur Oberseite des Füllelementes 1c hin öffnet. Die Anordnung ist weiterhin so getroffen, dass die Ebene der Ventilfläche 36.1 mit der Achse des Ventilstößels 39 einen Winkel β einschließt, der sich mit dem Winkel α zu einem Winkel von 90° ergänzt.
Durch eine Betätigungseinrichtung 40 ist der Ventilstößel zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 38 axial gesteuert bewegbar, und zwar zwischen einer dem geöffneten Zustand des Flüssigkeitsventils 38 entsprechenden und in der 13 dargestellten Position, in der der Ventilkörper 36 seitlich von der Achse FA und mit seiner Ventilfläche 36.1 oberhalb der Ebene des Ventilsitzes 37 und von diesen beabstandet angeordnet ist, und der in der 14 dargestellten Position, die dem geschlossenen Zustand des Flüssigkeitsventils 38 entspricht und in der der Ventilkörper 36 dicht gegen den Ventilsitz 37 anliegt.
Kurz vor dem Schließen des Flüssigkeitsventils 38 bewegt sich der Ventilkörper 36 bei dem schieberartig ausgebildeten Flüssigkeitsventil 36 dicht entlang der den Ventilsitz 37 aufweisenden Gehäuseinnenfläche, und zwar mit der sich keilartig verjüngenden Seite voraus. Hierdurch werden feste Bestandteile 4, die sich beim Schließen des Flüssigkeitsventils 38 zufällig im Bereich des Ventilsitzes 37 bzw. im Absperrbereich befinden, zur Seite verdrängt. Außerdem erfolgt durch die radial zur Achse FA orientierte Komponente der Bewegung des Ventilkörpers 36 unmittelbar vor dem Schließen des Flüssigkeitsventils 38 auch ein Entfernen von festen Bestandteilen 4, die sich zufällig am Ventilsitz 37 befinden und/oder dort angelagert haben.
Zum Abdichten des Produktraumes 34 insbesondere gegenüber der Betätigungseinrichtung 40 ist der Ventilstößel 39 wiederum von einer balgartigen Dichtung 41 umgeben, die an ihrem einen Ende dicht mit dem Ventilstößel und an ihrem anderen Ende dicht an einen den Produktraum 34 verschließenden Flansch der Betätigungseinrichtung 40 befestigt ist.
Die 15 und 16 zeigen als weitere Ausführung ein Füllelement 1d, welches von der Verwendung und prinzipiellen Arbeitsweise dem Füllelement 1c entspricht. In dem in einem Füllelementgehäuse 33d ausgebildeten Produktraum 34d ist wiederum der schieberartig bewegte Ventilkörper 36d vorgesehen, der an dem freien Ende eines mit seiner Achse gegenüber der Achse FA geneigten Ventilstößels 39d befestigt ist und mit diesen Ventilstößel durch eine Betätigungseinrichtung 40d gesteuert bewegbar ist. Der an seiner dem Ventilstößel 39d abgewandten Seite wiederum keilartig spitz zulaufend oder messerschneidenartig ausgebildete Ventilkörper 36d wirkt mit einem die Abgabeöffnung 35 an der Gehäuseinnenseite umgebenden Ventilsitz 37d zusammen, der bei dieser Ausführungsform in einer Ebene angeordnet ist, die gegenüber der Achse FA derart geneigt ist, dass die Achse des Ventilstößels 39d parallel zu dieser Ebene liegt. Der Ventilkörper 36d und der Ventilsitz 37d bilden bei dieser Ausführungsform das Flüssigkeitsventil 38d. Dieses ist in der 15 im geöffneten Zustand dargestellt, in dem sich der Ventilkörper 36d seitlich von der Abgabeöffnung 37 bzw. dem Ventilsitz 37d befindet. Die 16 zeigt den geschlossenen Zustand des Flüssigkeitsventils 38d, in dem der Ventilkörper 36d gegen den Ventilsitz 37 anliegt. Abweichend von dem Füllelement 1c weist das Füllelement 1d eine zusätzliche Betätigungseinrichtung 42 mit einem Stößel 43 auf, der mit seiner Achse achsgleich mit der Achse FA angeordnet ist und durch die Betätigungseinrichtung 42 axial bewegbar ist, und zwar derart, dass bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 38d das untere, freie Ende des Stößels 43 angepresst gegen die dem Ventilsitz 37d abgewandte Oberseite des Ventilkörpers 36d anliegt und dadurch den Ventilkörper 36d gegen den Ventilsitz 37d anpresst. Hierfür ist der Ventilkörper 36d an seiner Oberseite mit einer Anlagefläche 44 für den Stößel 43 ausgebildet. Bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 38a ist der Stößel 43 angehoben.
Zur Abdichtung des Produktraumes 34d gegenüber der Betätigungseinrichtung 40d ist wiederum die Dichtung 41 vorgesehen. Zur Abdichtung des Produktraumes 34d gegenüber der Betätigungseinrichtung 42 ist eine entsprechende, den Stößel 43 umschließende und einerseits mit diesem Stößel und andererseits mit einem Befestigungsflansch der Betätigungseinrichtung 42 dicht verbundene balgartige Dichtung 45 vorgesehen.
Die 17–20 zeigen als weitere Ausführungsform ein Füllelement 1e, welches wiederum Bestandteil einer Füllmaschine, beispielsweise einer Füllmaschine umlaufender Bauart ist und mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente am Umfangsbereich eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotors angeordnet ist. Das Füllelement 1e besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 46, in dem ein nach außen hin abgedichteter Produktraum oder Flüssigkeitskanal 47 gebildet ist, der einerseits mit einem Kessel oder Ringkessel in Verbindung steht, der das Füllgut 3 mit den festen Bestandteilen 4 enthält und für sämtliche Füllelemente 1e der Füllmaschine gemeinsam vorgesehen ist. An der Unterseite des Gehäuses 46 bildet der Flüssigkeitskanal 47 eine Abgabeöffnung 48, über das Füllgut 3 mit den festen Bestandteilen 4 während des Füllvorgangs in die unterhalb des Füllelementes 1e angeordnete Flasche 5 in einem freien Strahl 3.1 eingebracht wird.
Durch einen Zwischenboden 49 ist der Flüssigkeitskanal 47 in einen oberen Kanalabschnitt 47.1 mit größerem Durchmesser und einen unteren Kanalabschnitt 47.2, der sich nach unten trichterförmig verengend ausgebildet ist und die achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnete Abgabeöffnung 48 aufweist.
Im Zwischenboden 49 sind um die Achse FA um 180° gegeneinander versetzt und in dem selben radialen Abstand von dieser Achse zwei Durchlassöffnungen 50 vorgesehen, die bei der dargestellten Ausführungsform jeweils kreisförmig mit gleiche Durchmesser ausgeführt sind. Der Zwischenboden 49 mit den Durchlassöffnungen 50 ist Teil des drehschieberartigen Flüssigkeitsventils 51 des Füllelementes 1e. An dem unteren Ende einer Welle 52, die achsgleich mit der Achse FA angeordnet und durch eine Betätigungseinrichtung 53 um ihre Achse gesteuert dreh- oder schwenkbar ist, ist ein flügelartiges Ventil- oder Drehschieberelement 54 befestigt. Durch gesteuertes Drehen der Welle 52 ist das Drehschieberelement 54 für ein Öffnen des Flüssigkeitsventils 51 in eine Stellung, in der die Durchlassöffnungen 50 freiliegen, sowie auch zum Schließen des Flüssigkeitsventils 51 in eine Stellung drehbar, in der das Drehschieberelement 54 mit seinen Flügelelementen die beiden Durchlassöffnungen 50 dicht verschließt und gegen diese Öffnungen umgebende Ventilsitze anliegt. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 51 jeweils ein Drehen der Welle 52 um 90°. Feste, aber auch weichere Bestandteile 4, die sich beim Schließen zufällig im Bereich der Durchlassöffnungen 50 befinden, werden zwischen dem Drehschieberelement 54 und dem Rand der Durchlassöffnungen 50 abgetrennt. Hierfür sind die Durchlassöffnungen 50 und/oder das Drehschieberelement 54 im Randbereich messerschneidenartig ausgebildet.
Um die Dichtheit bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 51 zu verbessern, besteht die Möglichkeit, die Betätigungseinrichtung 53 so auszubilden, dass diese beim Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 51 nicht nur eine gesteuerte Drehbewe gung der Welle 52 bewirkt, sondern zugleich auch eine axiale Bewegung oder Kraft in der Form, dass zumindest nach dem Drehen des Drehschieberelementes 54 in die Schließposition durch eine über die Welle 52 ausgeübte axiale Kraft zugleich ein Anpressen des Drehschieberelementes 54 gegen die Durchlassöffnungen 50 bzw. gegen die dortigen Ventilsitze erfolgt.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass im Flüssigkeitskanal 47 ein Zwischenboden 49 mit den Durchlassöffnungen 50 vorgesehen ist. Grundsätzlich können die Durchlassöffnungen 50 auch Öffnungen zweier im Gehäuse 46 ausgebildeter Kanäle sein, die dann in die gemeinsame Abgabeöffnung 48 münden.
Das Betätigungselement 53 ist beispielsweise von einem Stell- oder Servomotor, von wenigstens einem Pneumatikzylinder oder von einem mechanischen Hebesystem gebildet.
Die 21–24 zeigen schließlich ein Füllelement 1f, welches ebenfalls zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente Bestandteil einer Füllmaschine umlaufender Bauart ist. Das Füllelement 1f besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 55 mit einem nach außen hin geschlossenen Flüssigkeitskanal oder Produktraum 56, dessen oberer Abschnitt 56.1 mit einem das Füllgut 3 und die festen Bestandteile 4 enthaltenden, für sämtliche Füllelemente 1f der Füllmaschine gemeinsamen Kessel verbunden ist. Der untere, sich trichterartig verjüngende Abschnitt 56.2 des Produktraumes 56 mündet wiederum in die achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnete Abgabeöffnung 57 zur Abgabe des Füllgutes 3 mit den Bestandteilen 4 in die jeweils mit ihrer Flaschenöffnung 5.1 mit Abstand unterhalb des Füllelementes 1f angeordnete Flasche 5.
Am unteren Ende einer Welle 58 ist im Abschnitt 56.1 ein Ventil- oder Drehschieberelement 59 exzentrisch bzw. radial von der Welle 58 wegstehend befestigt. Die mit ihrer Achse parallel zur Achse FA angeordnete Welle ist durch eine Betätigungseinrichtung 60 dreh- oder schwenkbar, beispielsweise um einen Winkelbereich von 60° bis 90°, und zwar derart, dass sich das Drehschieberelement 59, welches im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz 61 das Flüssigkeitsventils 62 des Füllelementes 1f bildet, bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 62 seitlich von dem am Übergang zwischen den Abschnitten 56.1 und 56.2 gebildeten und die dortige Durchlass- oder Ventilöffnung ringförmig umschließenden Ventilsitz 61 befindet und bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 62 gegen diesen ringförmigen Ventilsitz 61 anliegt und dadurch den Übergang zwischen den Abschnitten 56.1 und 56.2 dicht verschließt.
Feste Bestandteile 4, die sich beim Schließen des Flüssigkeitsventils 62 zufällig im Absperr- oder Schließbereich befinden, werden durch das Drehschieberelement 59 abgeschert. Dieses ist hierfür an seinem Randbereich messerschneidenartig ausgebildet.
Um einen besonders dichten Verschluss zu erreichen, ist ein zusätzlicher, achsgleich mit der Achse FA angeordneter Stößel 63 vorgesehen, der durch die Betätigungseinrichtung 60 axial bewegbar ist, und zwar derart, dass dieser Stößel bei ge schlossenem Flüssigkeitsventil 62 gegen die der Abgabeöffnung 57 abgewandte Oberseite des Drehschieberelementes 59 angepresst anliegt und dadurch dieses Element zusätzlich gegen den Ventilsitz 61 anpresst. Bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 62 ist der Stößel 63 angehoben. Durch entsprechende Dichtungen, beispielsweise durch die den Stößel 63 umgebende balgenartige Dichtung 64 ist der Produktraum 56 gegenüber der Betätigungseinrichtung 60 abgedichtet.
Den Füllelementen 1c, 1d, 1e und 1f ist gemeinsam, dass diese Füllelemente ebenfalls zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes 3 mit festen oder weichen Bestandteilen 4 bzw. Beimengungen geeignet sind, aber nur zwei Betriebszustände aufweisen, nämlich einen geöffneten und geschlossenen Betriebszustand, wobei zufällig im Absperrbereich vorhandene feste oder weiche Bestandteile 4 entweder verdrängt oder abgeschert werden.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche weitere Abwandlungen denkbar sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

1, 1a–1f: Füllelement
2: Ringkessel
3: flüssiges Füllgut
3.1: freier Strahl
4: feste oder weichere Bestandteile oder Beimengungen
5: Flasche
5.1: Flaschenöffnung
6: Flaschen- oder Behälterträger
7: Abgabeöffnung
8: Gehäuse
9: Produktraum oder Flüssigkeitskanal
9.1, 9.2, 9.3: Abschnitt
10: Flüssigkeitsverbindung
11: Durchflussmesser
12: Ventilstößel
13, 13a, 13b: Ventilkörper
14: Ventilsitz
15, 15a, 15b: Flüssigkeitsventil
16: Rückhalteelement
17: Wandung
18: Kopfstück
19: Ringraum
20: Öffnung
21: Betätigungselement
22: balgartige Dichtung
23: Schlitz
24: Nut
25: Rückhalteelement
26: hülsenartiger Abschnitt
27: Kopfstück
28: Wandabschnitt
28.1: unterer Rand des Wandabschnittes 28
29: Öffnung
30: Druckfeder
32: Ringkessel
33, 33d: Gehäuse
34, 34d: Flüssigkeitskanal oder Produktraum
35: Abgabeöffnung
36, 36d: Ventilkörper
36.1: Ventilfläche
37, 37d: Ventilsitz
38, 38d: Flüssigkeitsventil
39, 39d: Ventilstößel
40, 40d: Betätigungseinrichtung
41: Dichtung
42: Betätigungseinrichtung
43: zusätzlicher Stößel
44: Anlagefläche
45: Dichtung
46: Gehäuse
47: Flüssigkeitskanal oder Produktraum
48: Abgabeöffnung
49: Zwischenwand
50: Durchlassöffnung
51: Flüssigkeitsventil
52: Welle
53: Betätigungseinrichtung
54: Ventil- oder Drehschieberelement
55: Gehäuse
56: Flüssigkeitskanal oder Produktraum
57: Abgabeöffnung
58: Welle
59: Ventil- oder Drehschieberelement
60: Betätigungseinrichtung
61: ringförmiger Ventilsitz
62: Flüssigkeitsventil
63: Stößel
64: Dichtung
FA: Füllelementachse

Claims

Füllelement zum Abfüllen eines Füllgutes, welches in einer flüssigen Phase auch feste oder festere Bestandteile (4) enthält, mit wenigstens einem in einem Gehäuse (8, 33, 33d, 45, 55) ausgebildeten Flüssigkeitskanal oder Produktraum (9, 34, 34d, 47, 56) der mit einem Vorrat (2, 32) für das Füllgut (3) verbindbar ist und eine Abgabeöffnung (7, 35, 48, 57) zur Abgabe des Füllgutes (3) in eine zu füllende Flasche oder dergleichen Behälter (5) bildet, mit wenigsten einem Ventilelement (13, 13a, 13b, 36, 36d, 54, 59), welches zum Öffnen und Schließen des Füllelementes (1, 1a–1f) bzw. eines von dem Ventilelement gebildeten Flüssigkeitsventils (15, 15a, 15b, 38, 38d, 51, 62) zwischen wenigstens zwei Betriebszuständen bewegbar ist, gekennzeichnet durch mit den Ventilelement (13, 13a, 13b, 36, 36d, 54, 59) mitbewegte Mittel zum Freihalten des Ventilsitzes (14, 37, 37d, 50, 61) bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (15, 15a, 15b, 34, 34d, 51, 62) von im Füllgut (3) enthaltenen festen Bestandteilen (4).
Füllelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich zu einem ersten geschlossenen Betriebszustand und einem zweiten geöffneten Betriebszustand einen dritten Betriebszustand aufweist, und dass im Flüssigkeitskanal oder Produktraum (9) des Füllelementes wenigstens ein mit dem Ventilelement (13, 13a, 13b) mitbewegtes Rückhalteelement (16, 16a, 25) vorgesehen ist, welches in dem dritten Betriebszustand einen die Abgabeöffnung (7) aufweisenden Teil (9.2, 9.3) des Produktraumes oder Flüssigkeitskanals (9) für die festen Bestandteile im flüssigen Füllgut (3) bei geöffnetem Flüssigkeitsventil sperrt.
Füllelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteelement (16, 16a) fest mit dem zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils (15, 15a) vorzugsweise axial in einer Füllelementachse (FA) bewegten Ventilelementes (13, 13a) verbunden oder Teil dieses Ventilelementes ist.
Füllelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktraum oder Flüssigkeitskanal (9) einen im Querschnitt reduzierten Teilabschnitt (9.2) aufweist, in welchem das vorzugsweise siebartig ausgebildete Rückhalteelement (16, 16a) in dem dritten Betriebszustand zumindest teilweise eingeführt ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorzugsweise siebartig ausgebildete Rückhalteelement (25) im dritten Betriebszustand des Füllelementes mit einem Randbereich (28.1) gegen eine Innenfläche des Produktraumes oder Flüssigkeitskanals (9) anliegt.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rückhalteelement (25) gefedert an dem Ventilelement (13b) oder an einem dieses Ventilelement aufweisenden Ventilstößel (12) vorgesehen ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rückhalteelement (16, 16a, 25) glockenartig ausgeführt ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein schieberartiges, die Abgabe des flüssigen Füllgutes an den zu füllenden Behälter (5) steuerndes Flüssigkeitsventil (38, 38d) mit einem mit einem Ventilsitz (37, 37d) zusammenwirkenden Ventilelement (36, 36d), welches zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils (28, 38d) in einer Achsrichtung bewegbar ist, die parallel zu einer Ebene des Ventilsitzes (37, 37d) oder im Wesentlichen parallel zu dieser Ebene orientiert ist oder mit der Ebene des Ventilsitzes (37, 37d) einen Winkel (β) kleiner als 90° einschließt.
Füllelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (36, 36d) an seiner beim Schließen des Flüssigkeitsventils (38, 38d) vorauseilenden und sich dabei dicht über den Ventilsitz (37, 37d) bewegenden Vorderseite keilförmig oder spitz zulaufend oder messerschneidenartig zum Verdrängen und/oder Zertrennen von im Absperrbereich des Flüssigkeitsventils befindlichen festeren Bestandteilen ausgebildet ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Abgabe des Füllgutes steuernde Flüssigkeitsventil (51, 62) drehschieberartig ausgebildet ist, und zwar mit einem dreh- oder schwenkbaren Ventilelement (54, 59), welches durch Zusammenwirken mit wenigstens einem zumindest eine Ventil- oder Durchlassöffnung (50) umschließenden Ventilsitz (61) das Flüssigkeitsventil bildet und zumindest zwischen einem die wenigstens eine Durchlassöffnung (50) frei gebenden und einem die Durchlassöffnung (50) und gegen den Ventilsitz (61) anliegenden Zustand schwenk- oder drehbar ist, und zwar vorzugsweise um eine Achse senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Ventilsitzes (61).
Füllelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (54, 59) und/oder ein Randbereich der Durchlassöffnung (50) messerschneidenartig ausgebildet sind.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (42, 43; 60, 63;) zum zusätzlichen Anpressen des Ventilelementes (36d, 59) bei geschlossenem Flüssigkeitsventil gegen den Ventilsitz (37d, 61).
Füllmaschine, insbesondere Füllmaschine umlaufender Bauart mit einer Vielzahl von Füllelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente (1, 1a–1f) entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.