DE102010024522A1

DE102010024522A1 - Verfahren sowie Füllelement zum Druckfüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut

Info

Publication number: DE102010024522A1
Application number: DE201010024522
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2011-12-22
Also published as: EP2582613B1; SI2582613T1; US20130061980A1; US9108836B2; WO2011160740A1; EP2582613A1; BR112012026792A2

Abstract

Verfahren zum Druckfüllen von Flaschen oder dergleichen Behältern mit einem Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems mit wenigstens einem Füllelement, welches in einem Füllelementgehäuse einen Flüssigkeitskanal mit wenigstens einem Flüssigkeitsventil aufweist, wobei der Flüssigkeitskanal in Strömungsrichtung des Füllgutes vor dem Flüssigkeitsventil mit einem Flüssigkeitsraum eines mit dem Füllgut teilgefüllten und unter Vorspann- oder Fülldruck stehenden Füllgutkessels verbunden ist und in Strömungsrichtung des Füllgutes auf das Flüssigkeitsventil folgend wenigstens eine Abgabeöffnung bildet, an der der jeweilige Behälter zumindest während des Füllens mit einer Behälteröffnung in Dichtlage angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 8 oder 12 zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern mit einem flüssigen Füllgut.
Verfahren und Füllelemente bzw. Füllsysteme oder Füllmaschinen zum Füllen von Behältern sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Zum Druckfüllen von Behältern sind insbesondere auch Verfahren unter Verwendung eines Füllsystems, beispielsweise Einkammer-Füllsystems bekannt, bei denen dem jeweiligen Behälter, der in Dichtlage am Füllelement angeordnet und mit einem unter einem Fülldruck stehenden Inertgas (CO2-Gas) vorgespannt ist, während der Füllphase des Füllprozesses das flüssige Füllgut bei geöffnetem Flüssigkeitsventil zufließt und das dabei aus dem Behälter verdrängte Inertgas als Rückgas in einen unter dem Fülldruck stehenden Gasraum eines teilgefüllten Kessels oder aber in einen das Inertgas unter Fülldruck führenden Kanal zurückgeleitet wird, und zwar über ein beim Füllen in den Behälter hineinreichendes Rückgasrohr. Das Zufließen des flüssigen Füllgutes in dem Behälter wird dadurch beendet, dass das Rückgasrohr schließlich in den im Behälter aufsteigenden Füllgutspiegel eintaucht und das Füllgut im Rückgasrohr soweit aufsteigt, dass sich ein Gleichgewichtszustand zwischen dem Niveau des Füllgutspiegels im Kessel und einem Gleichgewichts-Niveau des Füllgutspiegels im Rückgasrohr einstellt. Das Schließen des Flüssigkeitsventils erfolgt erst zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach Erreichen dieses Gleichgewichtszustandes, d. h. bei Füllmaschinen umlaufender Bauart erst dann, wenn das betreffende Füllelement eine vorgegebene Winkelposition der Drehbewegung des Rotors erreicht hat. Der Zeitpunkt bzw. die Winkelstellung des Rotors, an dem das Schließen des Flüssigkeitsventils schließlich erfolgt, sind so gewählt, dass bei einer Vielzahl von Füllelementen auch mit dem „langsamsten” dieser Füllelemente die gewünschte Füllhöhe zuverlässig erreicht wird, obwohl das Schließen der Flüssigkeitsventile der Füllelemente tatsächlich wesentlich früher erfolgen und damit die Gesamtdauer des jeweiligen Füllprozesses reduziert bzw. die Leistung des Füllsystems oder der Füllmaschine gesteigert werden könnte.
Bekannt ist ein Druckfüllsystem ( DE 1607996 ), bei dem das jeweilige Füllelement mit einer die Füllhöhe in der Flasche bestimmenden Sonde ausgeführt ist, die während des Füllens durch die Flaschenmündung in die Flasche bzw. in deren Hals- oder Rumpfbereich hineinreicht. Die Sonde bildet an ihrem unteren Ende einen Sondenkontakt und ist zugleich als Gasrohr mit einem Gaskanal ausgeführt, der oberhalb des Sondenkontaktes über radiale Öffnungen offen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Druckfüllen von Flaschen oder dergleichen Behältern aufzuzeigen, welches u. a. bei hoher Betriebssicherheit eine Reduzierung der Gesamtdauer des jeweiligen Füllprozesses ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Füllelement zum Druckfüllen von Flaschen oder dergleichen Behältern ist Gegenstand des Patentanspruches 8 oder 12.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist als Druck-Füllverfahren ausgeführt, bei dem ebenfalls das Inertgas oder CO2-Gas, welches beim Füllen bzw. während der Füllphase durch das zufließende Füllgut aus dem jeweiligen Behälter verdrängt wird, über ein in den Behälter hineinragendes Rückgasrohr abgeleitet wird, wobei am Ende der Füllphase das Füllgut im Rückgasrohr bei noch geöffnetem Flüssigkeitsventil aufsteigt. Durch die in dem Rückgasrohr vorgesehene oder ausgebildete Sonde erfolgt sofort oder mit einer vorgewählten Zeitverzögerung ein Schließen des Flüssigkeitsventils, sobald das im Rückgasrohr aufsteigende Füllgut die Sonde bzw. deren Ansprechniveau der Sonde erreicht hat. Dieses Ansprechniveau ist dabei beispielsweise gleich dem Gleichgewichts-Niveau. Bevorzugt liegt das Ansprechniveau der Sonde aber tiefer als das Gleichgewichts-Niveau, sodass bereits ein Schließen des Flüssigkeitsventils erfolgt oder veranlasst wird, bevor das im Rückgasrohr aufsteigende Füllgut das Gleichgewichts-Niveau erreicht.
Der Ausdruck „im Wesentlichen” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen von dem jeweiligen exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5%.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch 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 einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung ein Füllelement eines Füllsystems bzw. einer Füllmaschine zum Druckfüllen von Flaschen mit einem flüssigen Füllgut, zusammen mit einer in Dichtlage an das Füllelement angehobenen bzw. angepressten Flasche;
2 und 3 jeweils in vergrößerter Darstellung Details des Füllelementes.
In den Figuren ist 1 ein Füllelement eines Füllsystems oder einer Füllmaschine, welches mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors 2 vorgesehen ist.
Das Füllelement 1 dient zum Druckfüllen von Flaschen 3 oder anderen Behältern mit einem flüssigen Füllgut und ist hierfür zumindest während einer Vorspannphase und einer Füllphase des Füllprozesses mit einem Behälterträger 4, der sich unterhalb des Füllelementes 1 befindet und auf der die jeweilige Flasche 3 bei der dargestellten Ausführungsform mit ihren Flaschenboden aufsteht, in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise mit ihrer Flaschenmündung 3.1 gegen das Füllelement 1 in Dichtlage angepresst.
Das Füllelement 1 umfasst ein bei der dargestellten Ausführungsform ein Füllelementgehäuse 5, in welchem u. a. ein Flüssigkeitskanal 6 ausgebildet ist, der mit seinem oberen Ende über eine Leitung 7 mit einem Ringkessel 8 verbunden ist, der für sämtliche Füllelemente 1 des Füllsystems bzw. der Füllmaschine gemeinsam vorgesehen und während des Füllbetriebes mit dem flüssigen Füllgut niveaugesteuert teilgefüllt ist, sodass im Ringkessel 8 ein oberer Gasraum 8.1, der von dem Inertgas (CO2-Gas) mit dem deutlich über dem Normal- oder Umgebungsdruck liegenden Fülldruck eingenommen ist, und ein unterer Flüssigkeitsraum 8.2 gebildet sind, an den die Füllelemente 1 über die jeweilige Leitung 7 angeschlossen sind. Der Füllgutspiegel im Kessel 8 befindet sich auf dem Niveau N1. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Füllelemente 1 bezogen auf die vertikale Maschinenachse an der radial außenliegenden Seite des Ringkessels 8 vorgesehen, wodurch u. a. eine optimale Positionierung der Füllelemente 1 sowie auch eine vereinfachte Wartung und Reinigung möglich sind.
Der Flüssigkeitskanal 6 bildet an der Unterseite des Gehäuses 5 eine ringförmige Abgabeöffnung 9 für das Füllgut. Weiterhin ist an der Unterseite des Füllelementgehäuses 5 eine die Abgabeöffnung 9 umschließende Ringdichtung 10 vorgesehen, die Bestandteil einer in Richtung der vertikalen Füllelementachse FA um einen kleinen Hub anhebbaren und absenkbaren Zentriertulpe 11 zum Zentrieren der jeweiligen Flasche 3 ist und gegen die die jeweilige Flasche 3 zumindest während einer Vorspannphase und einer Füllphase mit ihrer Flaschenmündung 3.1 angepresst anliegt, und zwar mit ihrer Flaschenachse achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet.
Im Flüssigkeitskanal 6 ist ein Flüssigkeitsventil 12 vorgesehen, welches gesteuert geöffnet und geschlossen werden kann und im Wesentlichen von einem Ventilkörper 13 gebildet ist, der mit einem die Füllelementachse FA konzentrisch umschließenden und an der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 6 ausgebildeten ringförmigen Ventilsitz 14 zusammenwirkt.
Der Ventilkörper 13 ist bei der dargestellten Ausführungsform an einem Rückgasrohr 15 vorgesehen, welches zugleich als Ventilstößel wirkt und durch eine Betätigungseinrichtung 16 zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 12 zusammen mit dem Ventilkörper 13 in der Füllelementachse FA um einen vorgegebenen Hub gesteuert auf- und ab bewegbar ist. In den Figuren ist das Flüssigkeitsventil 12 in seinem geschlossenen Zustand dargestellt. Durch eine entsprechende Formgebung des Ventilkörpers 13 sowie auch der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 6 im Bereich des Ventilsitzes 14 ist erreicht, dass sich bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 12 dort eine siphonartige Gassperre ausbildet.
Das Rückgasrohr 15, welches ebenfalls achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet ist, steht mit seinem unteren Rückgasrohrende 15.1 über die Unterseite des Füllelementes 1 vor und reicht dadurch mit diesem Ende mit einer Länge zumindest während der Vorspannphase und der Füllphase in die jeweilige, in Dichtlage mit dem Füllelement 1 befindliche Flasche 3 hinein. Das Rückgasrohr 15 bildet einen Rückgaskanal 17, der am unteren Rückgasrohrende 15.1 offen ist und am oberen Ende in einen im Füllelementgehäuse 5 ausgebildeten Gasraum 18 (insbesondere 3) mündet. Das Niveau des Rückgasrohrendes 15.1 bzw. der dortigen Öffnung des Rückgaskanals 17 ist mit N2 bezeichnet und liegt unterhalb des Niveaus N1.
Im Gasrohr 15 ist eine achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnete Sonde 19 vorgesehen, die auf das flüssige Füllgut anspricht und bei einer Benetzung z. B. des unteren Sondenendes 19.1 durch das Füllgut ein das Schließen des Flüssigkeitsventils 12 veranlassendes elektrisches Signal abgibt oder veranlasst, beispielsweise durch Änderung der elektrischen Eigenschaften der Sonde 19 oder wenigstens einer zwischen Elektroden der Sonde 19 gebildeten Messstrecke. Das Niveau dieser Messstrecke (Ansprechniveau der Sonde 19) ist mit N3 bezeichnet, welches unterhalb des Niveaus N1 liegt. Im Bereich der Sonde 19 ist der Rückgaskanal 17 als Ringkanal zwischen der Innenfläche des Rückgasrohres 15 und der Außenfläche der Sonde 19 ausgebildet. Wie die Figuren weiterhin zeigen, ist das untere Sondenende 19.1 innerhalb des Rückgasrohres 15 mit Abstand von dem unteren Rückgasrohrende 15.1 angeordnet, so dass das Ansprechniveau N3 nicht nur oberhalb des Niveaus N2, sondern bei der dargestellten Ausführungsform auch oberhalb des Flüssigkeitsventils 12 bzw. des Ventilsitzes 14 liegt.
Im Füllelementgehäuse 5 sind weiterhin mehrere gesteuerte Gaswege ausgebildet, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform ein das Steuerventil 20 aufweisender Gasweg, über den der Gasraum 18 bei geöffnetem Steuerventil 20 mit einem am Rotor 2 für sämtliche Füllelemente 1 des Füllsystems gemeinsamen Ringkanal 21 verbunden ist, welcher seinerseits über eine Leitung 22 mit dem Gasraum 8.1 des Kessels 8 in Verbindung steht und damit das Inertgas mit dem Vorspann- und Fülldruck führt.
Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst der das Steuerventil 20 einschließende Gasweg im Detail zwei Gaskanäle 20.1 und 20.2, von denen der Kanal 20.1 das Steuerventil 20 mit dem Gasraum 18 und der Gaskanal 20.2 das Steuerventil 20 mit dem Ringkanal 21 verbindet. Im Gaskanal 20.2 ist ein Drosselrückschlagventil 23 vorgesehene, d. h. eine Drossel-Rückschlagventil-Kombination, die so ausgeführt, ist, dass bei geöffnetem Steuerventil 20 ein nicht gedrosselter Gasfluss aus dem Ringkanal 21 über die Gaskanäle 20.2 und 20.1 in den Gasraum 18 möglich ist, d. h. die Drossel des Drosselrückschlagventils 23 nicht wirksam ist, während bei einem Gasfluss in entgegen gesetzter Flussrichtung die Drossel des Drosselrückschlagventils 23 voll wirksam ist.
Bei einer dargestellten Ausführungsform sind im Füllelementgehäuse 5 zwei weitere, das gemeinsame Steuerventil 24 aufweisende steuerbaren Gaswege vorgesehen, die bei geöffnetem Steuerventil 24 den Flüssigkeitskanal 6 im Bereich der Abgabeöffnung 9 und in Strömungsrichtung des flüssigen Füllgutes nach dem Flüssigkeitsventil 12 mit dem Gasraum 18 sowie auch gedrosselt mit einem weiteren, am Rotor 2 für sämtliche Füllelemente 1 des Füllsystems bzw. der Füllmaschine gemeinsam vorgesehenen Ringkanal 25 verbindet, der während des Betriebes der Füllmaschine als Rückgasringkanal dient und Rückgas mit Normal- oder Umgebungsdruck oder mit einem geringfügig über dem Normal- und Umgebungsdruck liegenden Überdruck, beispielsweise im Bereich zwischen 0 bis 1,5 Bar führt.
Der von dem Steuerventil 24 gebildete steuerbare Gasweg umfasst im Detail drei im Füllelementgehäuse 5 ausgebildete Gaskanäle, nämlich den Gaskanal 24.1, der den Flüssigkeitskanal 6 im Bereich der Abgabeöffnung 9 mit dem Steuerventil 24 verbindet, den Gaskanal 24.2, der das Steuerventil 24 mit dem Gasraum 8 verbindet und den Gaskanal 24.3, der das Steuerventil 24 mit dem Ringkanal 25 verbindet. In dem Gaskanal 24.3 sind eine Drossel 26 sowie ein Rückschlagventil 27 vorgesehen, welch letzteres für einen Gasstrom aus dem Gaskanal 24.3 in den Ringkanal 25 öffnet, für einen Gasstrom in entgegen gesetzter Richtung sperrt und damit u. a. bei geöffnetem Steuerventil 24 ein Rückfließen von Rückgas aus dem Ringkanal 25 in die Gaskanäle 24.1–24.3 verhindert. Die Steuerventile 20 und 24 sind in ihrem geschlossenen, nicht aktivierten Zustand dargestellt.
Die Betätigungseinrichtung 16 sowie die Steuerventile 20 und 24 werden bei der dargestellten Ausführungsform pneumatisch bestätigt, und zwar über nicht dargestellte elektrische Steuerventile von einer ebenfalls nicht dargestellten elektronischen Steuereinrichtung des Füllsystems bzw. der Füllmaschine, der (Steuereinrichtung) auch das Signal der Sonde 19 zugeleitet wird.
Mit dem Füllelement 1 ist beispielsweise ein Druckfüllen der Flaschen 3 mit dem flüssigen Füllgut aus dem Ringkessel 8 in folgender Weise möglich:
Die zu füllende, mit ihrem Boden auf dem Behälterträger 4 aufstehende und mit ihrer Flaschenachse in Richtung der Füllelementachse FA orientierte Flasche 3 wird mit dem Behälterträger 4 angehoben, sodass die Flasche dann mit ihrer Flaschenmündung 3.1 gegen die Ringdichtung anliegt, im Bereich der Flaschenmündung 3.1 aber ein Ringspalt zur Umgebung verbleibt und das Rückgasrohr 15 mit seinem unteren Rückgasrohrende 15.1 in die Flasche 3 hineinreicht.
In diesem Zustand erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt (Spülphase) des Füllprozesses ein Spülen des Innenraumes der Flasche 3 mit CO2-Gas, um die in der Flasche vorhandene Luft möglichst vollständig zu entfernen. Hierfür wird bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 12 und geöffnetem Steuerventil 20 CO2-Gas aus dem Ringkanal 21 über den Gasraum 18 und den Rückgaskanal 17 in das Innere der Flasche 3 eingeleitet oder eingeblasen, sodass die in der Flasche 3 ursprünglich vorhandene Luft aus dem Flascheninnenraum über den sogenannten Ringspalt verdrängt wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt (Vorspannphase) des Füllprozesses wird die Flasche 3 in Dichtlage gegen das Füllelement 1 angehoben, sodass über die Ringdichtung 10 eine dichte Verbindung zwischen der Abgabeöffnung 9 und im Innenraum der Flasche 3 besteht. Für das Vorspannen wird bei weiterhin geschlossenem Flüssigkeitsventil 12 das Steuerventil geöffnet, sodass CO2-Gas unter Druck über das geöffnete Steuerventil 20, den Gasraum 18 und den Gaskanal 17 in das Innere der Flasche 3 einströmen kann und der Flascheninnenraum auf den Vorspann- und Fülldruck vorgespannt wird.
Sowohl in der Spülphase als auch in der Vorspannphase ist die Drossel des Drosselrückschlagventils 23 nicht wirksam, sodass jeweils ein ungedrosselter Gasstrom aus dem Ringkanal 21 in die Flasche 3 möglich ist und dadurch u. a. die Taktzeiten für die Spülphase und die Vorspannphase reduziert werden, und zwar für eine Steigerung der Leistung des Füllsystems bzw. der Füllmaschine (Anzahl der gefüllten Flaschen 3 je Zeiteinheit).
Während der anschließenden Füllphase, die durch Öffnen des Flüssigkeitsventils 12 eingeleitet wird, befindet sich die jeweilige Flasche 3 weiterhin in Dichtlage am Füllelement 1. Zumindest ein Schnellfüllen der Flasche 3 erfolgt während der Füllphase bei ebenfalls geöffnetem Steuerventil 20, wodurch das CO2-Gas, welches von dem in die Flasche 3 über die Abgabeöffnung 9 fließende Füllgut aus dem Flascheninnenraum verdrängt wird, über den Rückgaskanal 17, den Gasraum 18 und das geöffnete Steuerventil 20 in den Ringkanal 21 zurückfließen kann. Die Geschwindigkeit, mit der das flüssige Füllgut in die Flasche 3 fließt, ist u. a. durch das Niveau N1 bestimmt. Um eine definierte Füllgeschwindigkeit zu erreichen, ist während der Füllphase der Gasweg für das aus der Flasche 3 verdrängte CO2-Gas in den Ringkanal 21 durch die in dieser Strömungsrichtung wirksame Drossel des Drosselrückschlagventils 23 gedrosselt. Durch das Drosselrückschlagventil 23 ist somit ohne ein zusätzliches Steuerventil und ohne einen damit verbundenen konstruktiven und/oder steuerungstechnischen Aufwand den unterschiedlichen Erfordernissen beim Spülen und Vorspannen, einerseits und beim Druckfüllen, andererseits Rechnung getragen.
Erreicht der Füllgutspiegel 3 das Niveau N2, so taucht das untere Rückgasrohrende 15.1 in das Füllgut ein, sodass das im Kopfraum der Flasche 3, d. h. in dem Bereich zwischen dem Füllgutspiegel in der Flasche 3 und dem geöffneten Flüssigkeitsventil 12 bzw. der dort ausgebildeten Gassperre verbliebene CO2-Gas nicht mehr in den Rückgaskanal 17 strömen kann, vielmehr das flüssige Füllgut in diesem Rückgaskanal 17 aufsteigt. Bei nicht vorhandener Sonde 19 würde der Füllgutspiegel im Rückgaskanal das Gleichgewichtsniveau erreichen, welches bedingt durch die Gassperre des geöffneten Flüssigkeitsventils und durch das im Kopfraum der Flasche 3 eingeschlossene CO2-Gas unterhalb des Niveaus N1, aber über dem Ansprechniveau N3 der Sonde 19 liegt. Durch die Sonde 19 wird nun erreicht, dass ein Schließen des Flüssigkeitsventil 12 sondengesteuert dann veranlasst wird, wenn das im Rückgaskanal 17 aufsteigende Füllgut bereits das Ansprechniveau N3 erreicht hat, das Schließen des Flüssigkeitsventils 12 also nicht erst nach Ablauf einer fest vorgegebenen Zeitspanne oder erst bei Erreichen einer vorgegebenen Winkelstellung des Rotors 2 der Füllmaschine erfolgt, wie dies bei bisher bekannten Füllsystemen der in Rede stehenden Art zum Druckfüllen von Behältern der Fall ist.
Mit dem das Schließen des Flüssigkeitsventils 12 bewirkenden Signal der Sonde 19 wird bevorzugt auch das Schließen des Steuerventils 20 und das Öffnen des Steuerventils 24 veranlasst, sodass über das geöffnete Steuerventil 24 eine Entlastung des Kopfraumes der weiterhin in Dichtlage mit dem Füllelement 1 befindlichen Flasche 3 in den Ringkanal 25 sowie auch ein Entleeren des Rückgaskanals 17 bzw. ein Rückfließen des Füllgutes aus dem Rückgaskanal 17 in die Flasche erfolgen, und zwar aufgrund der Verbindung zwischen dem Gasraum 18 und dem Bereich der Abgabeöffnung 9 über die Gaskanäle 24.1 und 24.2. Ein Rückströmen von Rückgas aus dem Ringkanal 25 in den Kopfraum der Flasche 3 ist durch das Rückschlagventil 27 wirksam verhindert.
Der Füllprozess wird damit beendet, dass die gefüllte Flasche 3 mit dem Behälterträger 4 soweit abgesenkt wird, dass das Rückgasrohr 15 vollständig aus der Flasche 3 herausgeführt ist. Die gefüllte Flasche 3 kann dann von dem Behälterträger 4 abgenommen und beispielsweise einer Maschine zum Verschließen zugeführt werden.
Während des Betriebes des Füllsystems bzw. der Füllmaschine wird ständig CO2-Gas aus dem Ringkanal 21 insbesondere für das Spülen entnommen und dieses über die Leitung 22 aus dem Gasraum 8.1 des Ringkessels 8 ersetzt, sodass trotz des Rückführens des CO2-Gases in den Ringkanal 21 während der Füllphase kein CO2-Gas und dabei insbesondere auch kein mit Luft kontaminiertes CO2-Gas aus dem Ringkanal 21 in den Gasraum 8.1 des Kessels 8 gelangt. Im Kessel 8 steht somit an der Phasengrenze zum Füllgut immer reines CO2-Gas an.
Das beschriebene Füllelement 1 hat erhebliche Vorteile:
Unabhängig von der Sonde 19 werden durch das im Gaskanal 20.2 vorgesehen Drosselrückschlagventil 23 ein beschleunigtes Spülen und Vorspannen der jeweiligen Flasche 3 mit einem ungedrosselten CO2-Gasstrom und zugleich während der Füllphase ein gedrosselter Rückgasstrom für eine optimale und reproduzierbare Füllgeschwindigkeit erreicht.
Durch die im Rückgasrohr 5 angeordnete Sonde 19 wird ein Schließen des Flüssigkeitsventils 12 erreicht, bevor der normale Gleichgewichtszustand eingetreten bzw. der Spiegel des flüssigen Füllgutes im Rückgaskanal 17 auf das diesem Gleichgewichtszustand entsprechende Niveau angestiegen ist. Mit der Sonde 19 wird also der Füllgutanstieg im Rückgasrohr 15 begrenzt.
Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Gesamtdauer des Füllprozesses zu reduzieren bzw. die Leistung einer Füllmaschine (Anzahl der gefüllten Flaschen 3 je Zeiteinheit) zu steigern, und zwar beispielsweise dadurch, dass eine zentrale Steuereinheit bzw. ein zentraler Rechner der Füllmaschine die jeweilige Zeitdauer bis zum Ansprechen der Sonde 19 für sämtliche Füllelemente 1 jeweils gesondert erfasst und dann die Geschwindigkeit der Füllmaschine derart steuert, dass der Füllprozess auch an dem „langsamsten” Füllelement 1 der Füllmaschine zuverlässig abgeschlossen ist, bevor die jeweilige Flasche 3 von diesem Füllelement mit dem Behälterträger 4 abgesenkt wird.
Weiterhin kann durch entsprechende Wahl des Niveaus N3, d. h. durch entsprechende Annäherung des Niveaus N3 an das Niveau N2 die Menge des in dem Rückgaskanal 17 aufsteigenden Füllgutes und damit die Menge des in die jeweilige Flasche 3 rückgeführten Füllgutes klein gehalten werden.
Außerdem wird durch das Schließen des Flüssigkeitsventils 12 nach dem Ansprechen der Sonde 19 auch vermieden, dass bedingt durch Erschütterungen des Füllsystems oder der Füllmaschine Füllgut aus dem Flüssigkeitskanal 6 in die Flasche 3 nachfließt, wie dies bei bekannten Füllsystemen zum Druckfüllen von Behältern oder Flaschen der Fall ist, die (Füllsysteme) die Sonde 19 nicht aufweisen.
Durch die Ansteuerung der Steuerventile 20 und 24 und dabei insbesondere durch das Öffnen des Steuerventils 24 aufgrund des Signals der Sonde 19 erfolgt nach dem Schließen des Flüssigkeitsventils 12 frühzeitig ein gemeinsames Entlasten des Kopfraumes der Flasche 3 und des Rückgaskanals 17 über die Drossel 26 sowie auch ein Entleeren des Rückgaskanals 17, sodass es beim Abziehen bzw. Absenken der Flasche 3 vom Füllelement 1 nicht zu einem stoßartigen Entleeren (Expansionsstoß) des Rückgaskanals 17 in den Füllgutspiegel der gefüllte Flasche 3 und auch nicht zu einem damit verbundenen Überschäumen des Füllgutes in der Flasche 3 kommt. Weiterhin wird durch das frühzeitige Entleeren des Rückgasrohres 15 auch ein Verbleiben von Füllgutresten im Gasrohr 15 bei dem oder nach dem Absenken der Flasche 3 vom Füllelement 1 vermieden, was insgesamt zu einer Reduzierung der Gesamtdauer des Füllprozesses und damit zu einer Erhöhung der Leistung der Füllmaschine beiträgt, insbesondere auch bei einem CO2-haltigen und zur Schaumbildung neigenden Füllgut.
Durch die Verwendung der Sonde 19 besteht weiterhin grundsätzlich auch die Möglichkeit, auf die Gassperre im Bereich des Flüssigkeitsventils 12 zu verzichten.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit dem Ansprechen der Sonde 19 und dem hierdurch veranlassten Schließen des Flüssigkeitsventils 12 die Verbindung zwischen dem Ringkessel 8 und der jeweiligen Flasche 3 bei Erreichen der angestrebten Füllhöhe sofort unterbrochen wird, sodass auch durch Druckschwankungen im Gasraum 8.1 sowie durch Schwankungen des Niveaus N1 bedingte Füllhöhenschwankungen in den Flaschen 3 wirksam vermieden sind.
Da der Kopfraum der jeweiligen Flasche 3 nach dem Schließen des Flüssigkeitsventils 12 über das Steuerventil 24 auch mit dem Gasraum 18 bzw. mit dem oberen Ende des Rückgasrohres 17 verbunden wird, besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, die jeweils gefüllte Flasche 3 bereits bei noch leichtem Überdruck in der Flasche von dem Füllelement 1 abzuziehen, ohne dass es zu einem stoßartigen Austreten von im Rückgasrohr 17 vorhandenen Füllgut und zu einem Aufschäumen in der Flasche 3 kommt, und zwar u. a. zur Verkürzung der Gesamtdauer des Füllprozesses und zur Steigerung der Leistung des Füllsystems bzw. der Füllmaschine.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass für das Füllelement 1 trotz der Vielzahl der Vorteile ohne grundlegende bauliche Änderungen beispielsweise eine bei Füllsystemen oder Einkammer-Füllsystemen zum Druckfüllen von Behältern bereits bewehrte Konstruktion verwendet werden kann.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
So besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, dass das Schließen des Flüssigkeitsventils 12 nach dem Ansprechen der Sonde 19 mit einer gewissen Zeitverzögerung erfolgt, um hierdurch eine Füllhöhenkorrektur zu erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Füllelement
2: Rotor
3: Flasche
3.1: Flaschenmündung
4: Behälterträger oder Flaschenteller
5: Füllelementgehäuse
6: Flüssigkeitskanal
7: Produkt- oder Füllgutleitung
8: Ringkessel
8.1: Gasraum des Ringkessels 8
8.2: Flüssigkeitsraum des Ringkessels 8
9: ringförmige Abgabeöffnung
10: Ringdichtung
11: Zentriertulpe
12: Flüssigkeitsventil
13: Ventilkörper
14: Ventilfläche
15: Rückgasrohr
15.1: unteres Rückgasrohrende
16: Betätigungseinrichtung für Flüssigkeitsventil 12
17: Rückgaskanal
18: Gasraum
19: Sonde
19.1: unteres Sondenende
20: Steuerventil
20.1, 20.2: Gaskanal
21: Ringkanal
22: Leitung
23: Drosselrückschlagventil
24: Steuerventil
24.1, 24.2, 24.3: Gaskanal
25: Ringkanal am Rotor 2
26: Drossel
27: Rückschlagventil
N1: Niveau des Füllgutspiegels im Ringkessel 8
N2: Niveau des unteren Rückgasrohrendes 15.1
N3: Anspruchniveau der Sonde 19
FA: Füllelementachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1607996 [0003]

Claims

Verfahren zum Druckfüllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (3) mit einem Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems, beispielsweise eines Ein-Kammer-Füllsystems mit wenigstens einem Füllelement (1), welches in einem Füllelementgehäuse (5) einen Flüssigkeitskanal (6) mit wenigstens einem Flüssigkeitsventil (12) aufweist, wobei der Flüssigkeitskanal (6) in Strömungsrichtung des Füllgutes vor dem Flüssigkeitsventil (12) mit einem Flüssigkeitsraum (8.2) eines mit dem Füllgut teilgefüllten und unter Vorspann- oder Fülldruck stehenden Füllgutkessels (8) verbunden ist und in Strömungsrichtung des Füllgutes auf das Flüssigkeitsventil (12) folgend wenigstens eine Abgabeöffnung (9) bildet, an der der jeweilige Behälter (3) zumindest während des Füllens mit einer Behälteröffnung (3.1) in Dichtlage angeordnet ist, sowie mit einem in den Behälter (3) während des Füllens hineinragenden Rückgasrohr (15), über welches beim Füllen das aus dem mit einem Inertgas, beispielsweise CO2-Gas, vorgespannten Behälter (3) verdrängte Inertgas an einen dieses Gas unter Vorspann- oder Fülldruck führenden Sammelkanal (21) oder in einen Gasraum (8.1) des Kessels (8) zurückgeleitet wird und in welchem nach dem Eintauchen eines unteren Rückgasrohrendes (15.1) des Rückgasrohres (15) in den im Behälter (3) aufsteigenden Füllgutspiegel das Füllgut bis zu einem Niveau (N3) aufsteigt, an dem das weitere Füllen des Behälters (3) mit dem Füllgut beendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Füllen des Behälters (3) durch Schließen des Flüssigkeitsventils (12) aufgrund eines Sondensignals einer im Rückgaskanal (17) angeordneten oder ausgebildeten Sonde (19) erfolgt, die das Sondensignal erzeugt, sobald das im Rückgaskanal (17) aufsteigende Füllgut ein Ansprechniveau (N3) der Sonde erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstieg des Füllgutes im Gaskanal (17) durch die Sonde (19) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansprechniveau (N3) der Sonde (19) oberhalb des Niveaus (N2) des unteren Rückgasrohrendes (15.1) gewählt wird, aber unterhalb eines Niveaus, bis zu dem das flüssige Füllgut ohne ein Schließen des Flüssigkeitsventils (12) durch das Sondensignal im Rückgaskanal (17) bis zum Erreichen eines Gleichgewichtszustandes aufsteigen würde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine stabförmige, in das Rückgasrohr (15) bzw. in den dortigen Rückgaskanal (17) eingesetzte Sonde mit wenigstens einem Sondenkontakt oder mit wenigsten einer auf das flüssige Füllgut ansprechenden elektrischen Messstrecke vorzugsweise im Bereich eines unteren Sondenendes verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ansprechen der Sonde oder mit dem Sondensignal zugleich eine Entlastung eines von dem Füllgut nicht eingenommenen Kopfraumes des Behälters (3) auf einen Druck kleiner als der Fülldruck, beispielsweise auf Normal- oder Umgebungsdruck, und/oder ein Entleeren des Gasrohres (15) durch Herstellen einer Gasverbindung zwischen dem Kopfraum des Behälters (3) und einem dem Behälter (3) abgewandten Ende des Rückgasrohres (15) oder des Gaskanals (17) erfolgt, und zwar bevorzugt zur Vermeidung von Expansionsstößen des Füllgutes in den Füllgutspiegel des jeweiligen Behälters (3) und/oder zur Vermeidung von Füllgutresten im Rückgasrohr (15) nach dem Abnehmen des jeweiligen gefüllten Behälters (3) vom Füllelement (1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei geöffneten Flüssigkeitsventil (12) im Flüssigkeitskanal (6) vorzugsweise im Bereich des Flüssigkeitsventils (12) eine Gassperre, beispielsweise eine siphonartige Gassperre vorgesehen oder ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Füllelementes (1) bzw. einer eine Vielzahl von Füllelementen aufweisenden Füllmaschine in Abhängigkeit von dem Signal der Sonden (19) gesteuert oder geregelt wird.
Füllelement zum Druckfüllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (3) mit einem Füllgut, mit wenigstens einem in einem Füllelementgehäuse (5) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (6), mit wenigstens einem Flüssigkeitsventil (12) im Flüssigkeitskanal (6), der in Strömungsrichtung des Füllgutes vor dem Flüssigkeitsventil (12) mit einem Flüssigkeitsraum (8.2) eines mit dem Füllgut teilgefüllten und unter Vorspann- oder Fülldruck stehenden Füllgutkessels (8) verbunden ist und in Strömungsrichtung des Füllgutes auf das Flüssigkeitsventil (12) folgend wenigstens eine Abgabeöffnung (9) bildet, an der der jeweilige Behälter (3) zumindest während des Füllens mit einer Behälteröffnung (3.1) in Dichtlage angeordnet ist, sowie mit einem in den Behälter (3) während des Füllens hineinragenden Rückgasrohr (15), über welches beim Füllen das aus dem mit einem Inertgas, beispielsweise CO2-Gas, vorgespannten Behälter (3) verdrängte Inertgas an einen dieses Gas unter Vorspann- oder Fülldruck führenden Sammelkanal (21) oder in einen Gasraum (8.1) des Kessels (8) zurückgeleitet wird und in welchem nach dem Eintauchen eines unteren Rückgasrohrendes (15.1) des Rückgasrohres (15) in den im Behälter (3) aufsteigenden Füllgutspiegel das Füllgut bis zu einem Niveau (N3) aufsteigt, an dem das weitere Füllen des Behälters (3) mit dem Füllgut beendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Rückgaskanal (17) eine Sonde (19) angeordnet oder ausgebildet ist, die ein das Schließen des Flüssigkeitsventils (12) veranlassendes Sondensignal erzeugt, sobald das im Rückgaskanal (17) aufsteigende Füllgut ein Ansprechniveau (N3) der Sonde erreicht.
Füllelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (19) eine stabförmige, in das Rückgasrohr (15) bzw. in den dortigen Rückgaskanal (17) eingesetzte Sonde mit wenigstens einem Sondenkontakt oder wenigsten einer auf das flüssige Füllgut ansprechenden elektrischen Messstrecke vorzugsweise im Bereich eines unteren Sondenendes (19.1) ist.
Füllelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei geöffneten Flüssigkeitsventil (12) im Flüssigkeitskanal (6) vorzugsweise im Bereich des Flüssigkeitsventils (12) eine Gassperre, beispielsweise eine siphonartige Gassperre vorgesehen oder ausgebildet ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem im Füllelement ausgebildeten gesteuerten Gasweg (20, 20.1, 20.2), über den zumindest ein Vorspannen des jeweiligen in Dichtlage mit dem Füllelement (1) befindlichen Behälter (3) sowie ein Rückführen des beim Füllen aus dem Behälter (3) verdrängten Inertgases erfolgt, eine Drosselrückschlagventileinheit (23) vorgesehen ist, die über diesen Gasweg einen ungedrosselten Inert-Gastrom für das Vorspannen und einen gedrosselten Inertgas-Strom beim Füllen bewirkt.
Füllelement zum Druckfüllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (3) mit einem Füllgut, mit wenigstens einem in einem Füllelementgehäuse (5) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (6), mit wenigstens einem Flüssigkeitsventil (12) im Flüssigkeitskanal (6), der in Strömungsrichtung des Füllgutes vor dem Flüssigkeitsventil (12) mit einem Flüssigkeitsraum (8.2) eines mit dem Füllgut teilgefüllten und unter Vorspann- oder Fülldruck stehenden Füllgutkessels (8) verbunden ist und in Strömungsrichtung des Füllgutes auf das Flüssigkeitsventil (12) folgend wenigstens eine Abgabeöffnung (9) bildet, an der der jeweilige Behälter (3) zumindest während des Füllens mit einer Behälteröffnung (3.1) in Dichtlage angeordnet ist, sowie mit einem in den Behälter (3) während des Füllens hineinragenden Rückgasrohr (15), über welches beim Füllen das aus dem mit einem Inertgas, beispielsweise CO2-Gas, vorgespannten Behälter (3) verdrängte Inertgas an einen dieses Gas unter dem Vorspann- oder Fülldruck führenden Sammelkanal (21) oder in einen Gasraum (8.1) des Kessels (8) zurückgeleitet wird und in welchem nach dem Eintauchen eines unteren Rückgasrohrendes (15.1) des Rückgasrohres (15) in den im Behälter (3) aufsteigenden Füllgutspiegel das Füllgut bis zu einem Niveau (N3) aufsteigt, an dem das weitere Füllen des Behälters (3) mit dem Füllgut beendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem im Füllelement ausgebildeten gesteuerten Gasweg (20, 20.1, 20.2), über den zumindest ein Vorspannen des jeweiligen in Dichtlage mit dem Füllelement (1) befindlichen Behälter (3) sowie ein Rückführen des beim Füllen aus dem Behälter (3) verdrängten Inertgases erfolgt, eine Drosselrückschlagventileinheit (23) vorgesehen ist, die über diesen Gasweg einen ungedrosselten Inert-Gastrom für das Vorspannen und einen gedrosselten Inertgas-Strom beim Füllen bewirkt.