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Die Erfindung betrifft ein Füllventil für eine Füllmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Füllmaschine zum Befüllen von Behältern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Ein gattungsgemäßes Füllventil ist zum Beispiel aus
DE 10 2004 015 167 B3 bekannt. Dieses umfasst ein Füllelement, welches zur Abfüllung von wahlweise stillem und CO
2-haltigem Füllgut dient. Dieses Füllelement umfasst ein Kurzrohr, durch das hindurch entweder ein stilles Füllgut unter drucklosen Abfüllbedingungen oder alternativ ein CO
2-haltiges Füllgut unter Gegendruck abgefüllt wird, wobei in letzterem Fall das Kurzrohr als Rückgasrohr für die verdrängte Behälteratmosphäre verwendet wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass mit dem gleichen Füllventil sowohl stille Produkte, also Füllgut ohne CO
2, als auch CO
2-haltige Produkte verarbeitet werden können, ohne dass beim Wechsel der Abfüllbedingung ein Umbau am hier beschriebenen Füllventil notwendig wird. Man versucht, diesen Umbau des Füllventils zu vermeiden, da damit ein Eingriff in die Reinraumumgebung der Füllmaschine und damit in den keimfreien Zustand verbunden ist, was meist eine längere Unterbrechung der Produktion nach sich zieht. Allerdings ist die Verwendung des hier dargestellten Füllventils zur wahlweisen Abfüllung von stillen und CO
2-haltigen Füllgütern mit Einschränkungen verbunden, weil diese Füllventile eine verminderte Befüllungsleistung gegenüber Füllventilen aufweisen, die ausschließlich auf die Abfüllung einer einzigen Füllgutart angepasst sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Füllventil für eine Füllmaschine vorzuschlagen, welches ohne Minderung der Befüllungsleistung zur Abfüllung von zwei verschiedenen Sorten von Füllgut, wie beispielsweise wahlweise stillem und CO2-haltigem Füllgut oder wahlweise Füllgut mit Fest- und/oder Schwebestoffen wie beispielsweise Fruchtfleisch oder Fruchtstückchen und Füllgut ohne Fest- und/oder Schwebestoffen geeignet ist.
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Dies wird erfindungsgemäß mit dem Füllventil nach Anspruch 1 bzw. der Füllmaschine nach Anspruch 9 erzielt.
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Das erfindungsgemäße Füllventil wird zum Abfüllen von zwei verschiedenen Sorten von Füllgut, deren Abfüllung aufgrund ihrer verschiedenen Eigenschaften vorzugsweise mit verschiedenen Produktausgängen erfolgt, beispielsweise von wahlweise stillem und CO2-haltigem Füllgut oder von wahlweise Füllgut mit Fest- und/oder Schwebestoffen wie beispielsweise Fruchtfleisch oder Fruchtstückchen und Füllgut ohne Fest- und/oder Schwebestoffen eingesetzt und weist ein Gehäuse mit wenigstens zwei Produktausläufen auf, wobei ein erster Produktauslauf zur Abfüllung von einem erstem Füllgut und ein zweiter Produktauslauf zur Abfüllung von einem zweiten Füllgut angepasst ist. Durch geeignete Zuordnung des zu befüllenden Behälters zu dem auf das entsprechende Produkt angepassten Produktauslauf kann eine hohe Befüllungsleistung bei jedem Abfüllvorgang erzielt werden. Ein Produktauslauf des Füllventils ist dabei so beschaffen, dass die Abfüllung einer Sorte von Füllgut ermöglicht wird, die mit dem anderen Produktauslauf nicht möglich ist. Die verschiedenen Sorten von Füllgut betreffen solche, bei denen die Abfüllung vom einem Füllgut (beispielsweise CO2-haltigem Füllgut) mit einem der Produktausläufe möglich wäre, mit dem anderen jedoch nicht. Damit ist eine Auswahl des jeweils passenden Produktauslaufs an die jeweilige Sorte des Füllguts möglich.
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Dieses Füllventil wird in einer erfindungsgemäßen Füllmaschine zum Befüllen von Behältern verwendet. Eine solche Füllmaschine weist eine oder mehrere Füllstellen auf, die jeweils ein erfindungsgemäßes Füllventil und einen zugeordneten Behälterträger umfassen. Jeder Behälterträger kann mehrere Behälteraufnahmen umfassen, welche den einzelnen Produktausläufen des Füllventils zugeordnet sind. Durch eine wählbare Verteilung der zu befüllenden Behälter auf die unterschiedlichen Behälteraufnahmen kann ohne Umbau am Füllventil der jeweils optimale Produktauslauf zur Befüllung gewählt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Füllventils stehen die einzelnen Produktausläufe in Verbindung mit einem gemeinsamen Produktraum, der von einer gemeinsamen Produktzuleitung versorgt wird. Die kollektive Nutzung des gemeinsamen Produktraums und der damit verbundenen Produktzuleitung reduziert zusätzlich den dafür nötigen Bauraum und minimiert die notwendigen maschinenbaulichen Zusatzkosten.
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Bevorzugt ist ein Durchflussmesser in der gemeinsamen Produktzuleitung angeordnet. Dieser Durchflussmesser bestimmt die Menge bzw. das Volumen des bei der Befüllung abgegebenen Füllguts und wirkt dabei mit einer Steuerelektronik zusammen. Die Steuerelektronik kontrolliert und steuert den Öffnungszustand des Füllventils bzw. seiner Dichtungseinrichtungen. Daher wird auch bevorzugt die Menge bzw. das Volumen des dem gemeinsamen Produktraum zufließenden Füllguts durch den Durchflussmesser bestimmt.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist das Füllventil genau zwei Produktauslaufe auf.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Füllventil Produktausläufe auf, wobei ein erster Produktauslauf zur Abfüllung von CO2-haltigem Füllgut und ein zweiter Produktauslauf zur Abfüllung von stillem Füllgut ausgeführt ist. Durch die Verbindung dieser beiden Abfüllmöglichkeiten in einem einzigen Füllventil ist ein einfacher und automatisierter Produktwechsel zwischen stillem und CO2-haltigem Füllgut ohne Eingriff in die Reinraumbedingungen möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Füllventil Produktausläufe auf, von denen ein erster Produktauslauf zur Abfüllung eines Füllgutes ohne Fest- und/oder Schwebestoffe wie z. B. Fruchtstückchen oder Fruchtfleisch vorgesehen ist. Ein zweiter Produktauslauf ist dabei für die Abfüllung eines Produktes mit Fest- und/oder Schwebestoffen, z. B. in Form von Fruchtstückchen oder Fruchtfleisch, vorgesehen.
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Die Abfüllung von Produkten ohne Fest- und/oder Schwebestoffe kann dabei je nachdem, ob das Füllgut still oder CO2-haltig ist, beispielsweise genau wie die Abfüllung von stillen Produkten oder auch die Abfüllung von CO2-haltigem Füllgut erfolgen, welche zuvor beschrieben wurden. Ein Produktauslauf für Produkte mit Fest- und/oder Schwebestoffen muss hingegen so ausgebildet sein, dass er durch die festen Stoffe nicht verstopft.
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Die Abfüllung von CO2-haltigem Füllgut erfolgt bevorzugt unter Gegendruck über die Behälterwand in Form einer Schirmfüllung. Dabei wird eine Druckverbindung, also ein unmittelbarer Kontakt zwischen Behältermündung und einer Abgabeöffnung des entsprechenden Produktauslaufs hergestellt. Die Schirmbefüllung kann beispielsweise durch Verwendung eines Abweiskegels oder durch Versetzen des Füllguts in Rotation beispielsweise durch Verwendung eines Drallkörpers erzielt werden. Bei dieser druckbeaufschlagten Schirmfüllung wird die Behälteratmosphäre über die Mitte der Behältermündung verdrängt und üblicherweise über einen zentral angeordneten Rückgaskanal abgeführt.
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Die Abfüllung von stillen Produkten erfolgt bevorzugt unter atmosphärischem Umgebungsdruck über die Mitte der Behältermündung in Form eines Freistrahls. In aseptischen Anlagen wird dabei aus hygienischen Gründen der Kontakt zwischen Behältermündung und Ausgabeöffnung vermieden. Bei dieser drucklosen Freistrahlfüllung wird die Behälteratmosphäre ringförmig ins Freie verdrängt.
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Das Abfüllen des Füllguts in Behälter erfolgt in einer erfindungsgemäßen Füllmaschine, die vorzugsweise nach Art einer rotierenden Bauart mit einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufenden Karussell ausgeführt ist. Das Karussell weist an seinem Umfang mehrere Füllstellen auf. Jede Füllstelle kann dabei ein erfindungsgemäßes Füllventil und einen diesem Füllventil zugeordneten Behälterträger umfassen.
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Jeder Behälterträger umfasst wenigstens zwei Behälteraufnahmen, welche bevorzugt den entsprechenden Produktausläufen zugeordnet bzw. baulich darunter angeordnet sind. Dabei ist eine erste Behälteraufnahme dem ersten Produktauslauf und eine zweite Behälteraufnahme dem zweiten Produktauslauf des Füllventils zugeordnet. Bei einem Wechsel der Abfüllbedingungen muss somit lediglich der Behälter der entsprechenden Behälteraufnahme mit dem dafür angepassten Produktauslauf zugeführt werden.
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Bevorzugt erfolgt die Zuführung der zu befüllenden Behälter über einen Zuführstern, welcher ebenfalls als Rundläufermaschine ausgebildet sein kann. Der Zuführstern transportiert die Behälter zum Karussells und verteilt diese auf die einzelnen Behälterträger.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Drehwinkel des Zuführsterns derart verändert bzw. eingestellt werden, dass jeder Behälter wählbar einem bestimmten Produktauslauf zugeordnet. Dies kann bevorzugt dadurch erfolgen, dass die Behälter auf die entsprechenden Behälteraufnahmen verteilt werden. Durch die geeignete Verteilung der Behälter auf die entsprechenden Behälteraufnahmen kann die Abfüllbedingung individuell eingestellt werden.
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Es kann vorteilhaft sein, dass der Behälterträger bzw. die Behälteraufnahme und/oder eine Behälteraufhängung, welche auch mit dem Behälterträger bzw. der Behälteraufnahme verbunden sein kann, zur Befüllung des Behälters in vertikaler Richtung, also im Wesentlichen gegen die Abgabeöffnung des Füllventils, bewegbar ist. Auf diese Weise kann insbesondere auch eine Druckverbindung zwischen der Behältermündung und einer Abgabeöffnung des Füllventils hergestellt werden. Genauso kann auch bei der Befüllung mit stillem Füllgut der Behälter an das Füllventil angenähert werden.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Füllventils;
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Füllmaschine;
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Zuführstern einer erfindungsgemäßen Füllmaschine;
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4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Füllstelle der Füllmaschine.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Füllventil 1. Dieses Füllventil 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem ersten Produktauslauf 3a und einen zweiten Produktauslauf 3b auf.
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Bei dem hier dargestellten Füllventil 1 ist der erste Produktauslauf 3a derart angepasst, dass damit CO2-haltiges Füllgut abgefüllt werden kann. Dazu ist am Produktauslauf 3a ein Drallkörper 10a am Umfang des Absperrkörpers 7a angeordnet, so dass bei der Füllgutabgabe ein Flüssigkeitsschirms ausbildet wird. Der Rückgaskanal 10b zur Ableitung der verdrängten Behälteratmosphäre ist hierbei mittig innerhalb der die Mündung eines Behälters konzentrisch umschließenden ringförmigen Abgabeöffnung 9a angeordnet. Der zweite Produktauslauf 3b ist zur drucklosen Befüllung eines Behälters mit stillem Füllgut ausgeführt. Hierbei wird das Füllgut über einen mittigen Vollstrahl abgegeben. Genauso könnten aber auch andere Produktausläufe verwendet werden, beispielsweise andere zur drucklosen bzw. druckbeaufschlagten Abfüllung geeignete Produktausläufe oder für Produkte mit oder ohne Fruchtstückchen geeignete Produktausläufe.
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Beide Produktausläufe 3a, 3b sind mit einem gemeinsamen Produktraum 4 und einer gemeinsamen Produktzuleitung 5 verbunden.
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Weiterhin ist an der gemeinsamen Produktzuleitung 5 ein gemeinsamer Durchflussmesser 11 angeordnet, der zur Kontrolle und Steuerung der abgegebenen Füllmenge für beide Produktausläufe 3a, 3b dient.
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Daneben umfasst das Füllventil 1 für jeden Produktauslauf 3a, 3b jeweils eine Dichtungseinrichtung mit Ventilantrieb 6a, 6b, einen Absperrkörper 7a, 7b und einen Ventilsitz 8a, 8b, sowie eine Abgabeöffnung 9a, 9b. Der Ventilantrieb 6a, 6b bewegt den Absperrkörper 7a, 7b gegen den Ventilsitz 8a, 8b und ermöglicht damit das Öffnen bzw. Schließen des entsprechenden Produktauslaufs 3a, 3b. Neben den bereits erklärten Elementen umfasst das Füllventil 1 in einigen Ausführungsformen weiterhin für jeden Produktauslauf 3a, 3b eine Rückstellfeder 20a, 20b, die jeweils im Ventilantrieb 6a, 6b des jeweiligen Produktauslaufes angebracht ist. Weiterhin kann jeder Produktauslauf 3a, 3b einen Hub 25a, 25b umfassen, durch den der Ventilantrieb 6a, 6b den Absperrkörper 7a, 7b gegen den Ventilsitz 8a, 8b bewegen kann. Zur Abdichtung dieses Hubes ist um den jeweiligen Hub 25a, 25b kann je ein Faltenbalg 21a, 21b angebracht sein.
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Weiterhin ist in einigen Ausführungsformen der Erfindung für jeden Produktauslauf 3a, 3b auch ein eigener Produktraum 24a, 24b vorgesehen, in den das Produkt aus dem gemeinsamen Produktraum 4 gelangt, bevor es durch den geeigneten Produktauslauf 3a, 3b in einen Behälter abgefüllt werden kann. In den jeweiligen eigenen Produkträumen 24a, 24b kann die Flüssigkeit durch die Leitflächen 22a, 22b geleitet werden. Dies kann beispielsweise das Ausprägen von turbulenten Strömungen innerhalb der Produkträume eines Produktauslaufes 3a, 3b verringern.
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Das Gehäuseoberteil 23a kann auf dem Gehäusehauptteil 23b über einen Dichtungsring aufgesetzt sein, so dass das Füllventil dicht schließt. Besteht das Gehäuse 23b wie in einigen möglichen Ausführungsformen aus mehreren Teilen, so können die ebenfalls zur Verhinderung von undichten Stellen ebenfalls durch Dichtungsringe verbunden sein (hier nicht gezeigt).
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Das Füllgut durchläuft bei einem Abfüllvorgang die Produktzuleitung 5, wobei im Durchflussmesser 11 die durchströmte Produktmenge kontrolliert wird, und gelangt von dort in den gemeinsamen Produktraum 4. Je nach Art des Füllguts wird dabei die entsprechende Dichtungseinrichtung geöffnet, so dass das Füllgut durch den geeigneten Produktauslauf 3a, 3b über die Abgabeöffnung 9a, 9b das Füllventil 1 verlassen und in einen Behälter abgefüllt werden kann. Wenn die gewählte Abgabemenge des Füllguts erreicht ist gibt der Durchflussmesser 11 ein Signal an die (nicht dargestellte) Steuerelektronik, welche anschließend die zugehörige Dichtungseinrichtung schließt und den Produktfluss stoppt. Alternativ kann die Menge des abgefüllten bzw. abzufüllenden Füllgutes auch mit anderen Messeinrichtungen bestimmt werden, wie beispielsweise elektrischen Sonden, die auch in den jeweiligen Behälter eingeführt werden können oder Gewichtsmesseinrichtungen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Füllmaschine 12, die in dieser Darstellung als Rundläufermaschine ausgeführt ist. Die Füllmaschine 12 umfasst dabei einen Zuführstern 13 mit beispielhaft dargestellten Behälteraufnahmen 13a–13e, der die zu füllenden Behälter einem Karussell 14 zuführt. Am Umfang dieses Karussells auf dem gesamten Umkreis können die einzelnen Füllstellen 15a–15e in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sein, die zur Befüllung der Behälter vorgesehen sind. Der Abführstem 16 transportiert die abgefüllten Behälter ab und führt diese ggf. weiteren Behandlungsmaschinen zu. Der Drehsinn des Zu- und des Abführsterns ist dabei bevorzugt entgegengesetzt zum Drehsinn des Karussells 14.
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Jede Füllstelle 15c umfasst ein (nicht dargestelltes) Füllventil und einen jedem Füllventil zugeordneten Behälterträger 17c. Dieser Behälterträger 17c umfasst eine erste Behälteraufnahme 18a und eine zweite Behälteraufnahme 18b, wobei jede Behälteraufnahme 18a, 18b jeweils einem der beiden Produktausläufe 3a, 3b des Füllventils zugeordnet ist. Damit ist hier beispielsweise die Befüllung eines Behälters in der ersten Behälteraufnahme 18a unter druckbeaufschlagten Abfüllbedingungen bzw. in der zweiten Behälteraufnahme 18b unter drucklosen Abfüllbedingungen möglich. Der Wechsel der Abfüllbedingung erfordert damit lediglich eine Änderung bzw. Versetzung der Zuführung des Behälters zur jeweils anderen Behälteraufnahme 18a, 18b. Dies erfolgt bevorzugt durch individuell steuerbare Servoantriebe (nicht gezeigt) in den Sternsäulen der Antriebssterne mittels entsprechender Steuerungseinheit(en) gemäß in der Steuerungseinheit hinterlegten Sortenparametern.
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Eine Möglichkeit zur Versetzung der Behälter zum Karussell ist in 3 in einer beispielhaften Ausführungsform des Zuführsterns 13 gezeigt. Bei der Zuführung der Behälter zum Karussell 14 ist der Drehwinkel des Zuführsterns 13 ist hier um einen definierten Verstellwinkel φ veränderbar. Dieser Verstellwinkel φ wird derart gewählt, dass der dadurch erzielte Versatz der zugeführten Behälter gerade dem Abstand L der beiden benachbarten Behälteraufnahmen 18a, 18b auf dem Karussell 14 entspricht. Durch die geeignete Veränderung des Drehwinkels des Zuführsterns kann damit zwischen den beiden Produktausläufen des Füllventils gewechselt werden.
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In 4 ist ein Querschnitt durch eine Füllstelle 15c mit dem zugeordneten Behälterträger 17c und seinen beiden Behälteraufnahmen 18a, 18b gezeigt. Ist der Behälter 19, wie hier dargestellt, der zweiten Behälteraufnahme 18b mit der Behälteraufhängung 20 zugeführt, so erfolgt die Befüllung durch die Abgabeöffnung 3b unter atmosphärischen Bedingungen mit stillem Füllgut. Wird der Behälter 19 dagegen der ersten Behälteraufnahme 18a zugeführt, so erfolgt die Befüllung durch die Abgabeöffnung 9a unter Gegendruck mit CO2-haltigem Füllgut. Wird die Behälteraufhängung 20 an einem (nicht dargestellten) Hubzylinder befestigt, so kann die Behälteraufhängung 20 mit dem Behälter 19 zur Befüllung vertikal in Richtung des Doppelpfeils V gegen die Abgabeöffnung 9a des Füllventils 1 bewegt werden, so dass insbesondere bei der Abfüllung von CO2-haltigem Füllgut auch eine Druckverbindung hergestellt werden kann. Zur Befüllung mit stillen Produkten kann die Behälteraufhängung 20 ebenfalls gegen die Abgabeöffnung 9b das Füllventils 1 bewegt werden. Genauso können die Behälter zur Befüllung aber auch unbewegt bleiben. Zusätzlich kann auch die Behälteraufnahme 18a, 18b an dem Hubzylinder befestigt sein.
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In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Füllmaschine 12 als Rundläufer ausgebildet. Genauso könnte bei einer Variante die Füllmaschine auch als Linearfüllmaschine ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004015167 B3 [0002]
