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Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Gruppe zur Abfüllung von Flaschen mit warmen, zum Verzehr geeigneten Flüssigkeit bzw. flüssigen Lebensmitteln, die ein Füllventil und vom Füllventil getrennten Ventilen zur Rezirkulation bzw. Rückführung und zur Verstopfungsverhinderung umfasst.
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In einer Abfüllanlage für Nahrungsmittel, zum Beispiel für Fruchtsäfte, passierte Tomaten und Ähnlichem werden die leeren Flaschen zu einer Abfüllmaschine gebracht, die mit einer Vielzahl an Abfüllstationen versehen ist, von denen jede mit einem Füllventil ausgestattet ist.
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Solche Maschinen und insbesondere die bekannten Füllventile weisen mehrere Problemfelder auf. Die Abfüllung muss nämlich auf kontrollierte Weise stattfinden; Schaumbildungen, Flüssigkeitsaustritte, Sedimentablagerungen müssen verhindert werden, häufige Reinigungen müssen möglich sein, und, falls die Abfüllung im heißen Zustand erfolgen soll, ist eine Temperaturüberwachung der zum Verzehr geeigneten Flüssigkeit notwendig.
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Einige Ventile werden in den italienischen Patentanmeldungen für Erfindungen BS2011A000002, BS2011A000036 und BS2011A000037 im Namen des Anmelders veranschaulicht.
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Des Weiteren wird speziell im Nahrungsmittelbereich gefordert, die Bestandteile schnell und effizient warten und reinigen zu können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abfüllgruppe zu realisieren, die den genannten Anforderungen genügt. Diese Aufgabe wird durch eine Gruppe nach Anspruch 1 gelöst.
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Die Eigenschaften und Vorteile einer erfindungsgemäßen Abfüllgruppe werden durch die nun folgende, als nicht einschränkendes Beispiel verstandene Beschreibung, unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen offenbar, wobei:
- – die 1 eine erfindungsgemäße, einer Ausführungsform entsprechende Gruppe zeigt;
- – die 2 einen Schnitt durch die Gruppe nach 1 zeigt, der entlang der Schnittlinie II-II nach 1 realisiert wird;
- – die 3 eine erfindungsgemäße, einer weiteren Ausführungsform entsprechende Gruppe zeigt; und
- – die 4 einen Schnitt durch die Gruppe nach 3 zeigt, der entlang der Schnittlinie IV-IV nach 3 realisiert wird;
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Nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Abfüllanlage mindestens eine Abfüllmaschine, die mit einer Vielzahl an Abfüllstationen versehen ist, von denen jede mit einer Gruppe 300 zur kontrollierten Abfüllung einer Flasche mit einem Hals N ausgestattet ist.
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Die Gruppe 300 umfasst ein Füllventil 1.
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Die Abfüllmaschine und das Füllventil sind zur Abfüllung von Flaschen aus Kunststoff, zum Beispiel aus PET oder von Glasflaschen geeignet. Zur Verdeutlichung der Darstellung wird im Folgenden auf PET-Flaschen Bezug genommen.
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Die Gruppe 300 umfasst außerdem einen Fülltank 2, dem das Ventil 1 zugeordnet werden kann. Der Tank 2 ist zur Beinhaltung der in die Flaschen einzufüllenden Flüssigkeit geeignet.
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Zum Beispiel ist das Ventil 1 mit einer Bodenwandung 4 des Tanks 2 verbindbar, die somit ein festes Gegenstück zur Abstützung des Ventils 1 realisiert.
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Die Abfüllmaschine und das Ventil 1 sind zur Abfüllung durch Schwerkraft oder Druck geeignet.
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Im Falle einer Abfüllung durch Schwerkraft geht die Flüssigkeit vom Fülltank zur Flasche ausschließlich durch die Wirkung der Schwerkraft über; im Falle einer Abfüllung durch Druck bzw. Zwang ist die Abfüllmaschine mit Schubmitteln versehen, die dazu geeignet sind, eine Schubhandlung im Tank 2 zu erzeugen, und zum Beispiel dazu geeignet sind, einen Druck durch Einblasen von Luft zu erzeugen, und die den Austritt der Flüssigkeit in Richtung der Flasche erzwingen.
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Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird explizit auf eine Abfüllung durch Schwerkraft Bezug genommen; gleichwohl ist das Beschriebene auch im Falle einer Zwangsabfüllung anwendbar.
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Zum Greifen bzw. Einspannen der PET-Flaschen umfasst das Ventil 1 eine Greifvorrichtung, die dazu geeignet ist, den Hals N der Flasche in Eingriff zu bringen und anzuheben.
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Zum Beispiel umfasst die Greifvorrichtung eine Platte mit Zinken 12, die den Hals N der Flasche aufgabelt, einen mit der Platte 12 verbundenen Schaft 14, und einen zum Beispiel zweiseitig wirkenden pneumatischen Stellantrieb 16, der mit dem Schaft 14 verbunden ist.
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Der Hals N der Flasche kann mit der Platte mit Zinken 12 in Eingriff gebracht werden und die Betätigung des Stellantriebs 16 verursacht die Anhebung der Flasche hin zu einer angehobenen Grenzposition, die zur Befüllung der Flasche geeignet ist.
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Das Ventil 1 umfasst einen Hauptmantel, der im Inneren hohl ist, der eine durch eine Tankmündung 2a mit dem Fülltank 2 in Verbindung stehende Versorgungsleitung 20 herstellt.
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Vorzugsweise ist die Versorgungsleitung 20 vom Tank 2 aus immer zugänglich, während sie nach Außen hin, d. h. zum Flascheninnenraum hin, auf Befehl geöffnet werden kann.
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Zum Beispiel umfasst der Hauptmantel einen flexiblen Balg 22 und eine starre Pinole 24, die abgedichtet mit dem Balg 22 verbunden ist. Die Pinole 24 endet mit einem röhrenförmigen Element 26, das am Boden mit einer Austrittsmündung 26a zum Austritt der Flüssigkeit in die Flasche versehen ist.
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Der Hauptmantel ist flexibel, d. h. kraft der Flexibilität des Balges 22 verlängerbar oder verkürzbar, sodass die Öffnung oder die Schließung der Austrittsmündung 26a ermöglicht wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ventil 1 eine Dichtung 28, die am Boden der Pinole 24 befestigt ist.
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Das Ventil 1 umfasst außerdem eine Kanüle 60, die in der Versorgungsleitung 20, von der Austrittsmündung 26a bis in die unmittelbare Nähe der Tankmündung 2a verläuft.
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Die Kanüle 60 ist, zum Beispiel im Bereich des Endabschnitts in unmittelbarer Nähe der Tankmündung 2a, an einem festen Gegenstück befestigt.
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Die Kanüle 60 umfasst ein Röhrchen 62, das den Hauptmantel, zwischen einem oberen Ende, in der Nähe der Tankmündung 2a, wo ein Entlüftungsloch 62a herausgearbeitet ist, und einem unteren Ende, in der Nähe der Austrittsmündung 26a des röhrenförmigen Elements 26, wo eine Eintrittsöffnung bzw. -licht 62b herausgearbeitet ist, durchquert.
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Das Ventil 1 umfasst außerdem einen Verschluss 66, der dazu geeignet ist, die Austrittsmündung 26a des Hauptmantels zu verschließen, während die Eintrittsöffnung 62b des Röhrchens 62 vorzugsweise immer in Verbindung mit der Versorgungsleitung 20 steht.
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Die Abfüllmaschine umfasst des Weiteren einen Sammler 100 zur Sammlung der Rückführungsflüssigkeit, einen Rückführungstank 200 und eine Pasteurisierungsvorrichtung, die stromaufwärts mit dem Rückführungstank 200 und stromabwärts mit den Fülltanks jeder Station verbunden ist.
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Der Sammler 100 ist durch das Entlüftungsloch 62a mit der Kanüle 60 und insbesondere mit ihrem Röhrchen 62 verbindbar.
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Die Gruppe 300 umfasst außerdem ein Rezirkulations- bzw. Rückführungsventil 400, das strukturell vom Füllventil 1 getrennt ist und das fluidisch mit diesem verbunden ist. Insbesondere wird das Rückführungsventil 400 am Sammler 100 abgestützt, der das Füllventil 1 flankiert.
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Das genannte Rückführungsventil 400 ist dazu geeignet, den Flüssigkeitsaustritt von der Versorgungsleitung 20 zur Flasche hin zu kontrollieren.
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Vorzugsweise wirkt das genannte Rückführungsventil zwischen dem Entlüftungsloch 62a der Kanüle 62 und dem Sammler 100.
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Insbesondere umfasst das genannte Rückführungsventil 1 eine Entlüftungsleitung 81, die dazu geeignet ist das Entlüftungsloch 62a der Kanüle 60 mit dem Sammler 100 in Verbindung zu setzten.
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Vorzugsweise wird die Entlüftungsleitung 81 durch eine röhrenförmige Dichtung 82 und einen Durchgang in einem kleinen Block 84 realisiert.
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Das Rückführungsventil 400 umfasst außerdem:
- – eine Umhüllung 402, die am Sammler 100 befestigt ist;
- – einen Rezirkulations- bzw. Rückführungshohlraum 403, der in der genannten Umhüllung 402 realisiert ist, in den die Entlüftungsleitung 81 mündet, und der mit einer Entlüftungsumgebung und insbesondere mit dem Sammler 100 verbindbar ist;
- – eine Membran 404, die in der Umhüllung 402 untergebracht ist, und die dazu geeignet ist, den Rückführungshohlraum 403 und die Entlüftungsleitung 81 von der Entlüftungsumgebung oder vom Sammler zu trennen;
- – einen Entlüftungskolben 406, der derart verlagerbar bzw. verschiebbar ist, dass er auf die Membran 404 wirkt;
- – elastische Entlüftungsmittel, zum Beispiel eine Entlüftungsfeder 408, die permanent am Entlüftungskolben 406 zum Verschließen des Rückführungshohlraums 403 und der Entlüftungsleitung 81 anliegen; und
- – pneumatische Rückführungssteuerungsmittel 410, die dazu geeignet sind, derart aktiviert zu werden, dass sie den Entlüftungshohlraum 403 zum Außenraum oder zum Sammler 100 hin öffnen.
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Außerdem, nach einer bevorzugten Ausführungsform, umfasst die Gruppe 300 ein Ventil 500 zur Verstopfungsverhinderung, die dazu geeignet ist, ein Hilfs-Gas bzw. zusätzliches Gas in das Röhrchen zu blasen, zum Beispiel, um vom Entlüftungsloch 62a des Röhrchens 62 eventuelle Rückstände zu entfernen, die den Abfluss der Luft aus dem Flascheninnenraum verhindern oder um die Kanüle von den genannten Rückständen zu befreien.
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Vorzugsweise ist das verstopfungsverhindernde Ventil 500 strukturell vom Füllventil 1 getrennt und mit dieser fluidisch gekoppelt. Insbesondere wird das verstopfungsverhindernde Ventil 500 vom Sammler 100 abgestützt.
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Das verstopfungsverhindernde Ventil ist mit einem Gastank verbunden, aus dem ein inertes Gas, zum Beispiel Stickstoff, durch eine Gas-Versorgungsleitung 501 gespeist wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das verstopfungsverhindernde Ventil:
- – eine Umhüllung 502, die am Sammler 100 befestigt ist;
- – einen Auslass- bzw. Blashohlraum 503, der in der genannten Umhüllung 502 realisiert ist, in die die Entlüftungsleitung 81 mündet, und der mit der Gas-Versorgungsleitung 501 verbunden ist;
- – eine Membran 504, die in der Umhüllung 502 untergebracht ist, und die dazu geeignet ist, den Auslass- bzw. Blashohlraum 503 von der Entlüftungsleitung 81 zu trennen;
- – einen Auslass- bzw. Blaskolben 506, der derart verlagerbar bzw. verschiebbar ist, dass er auf die Membran 504 wirkt;
- – elastische Auslass- bzw. Blasmittel, zum Beispiel eine Auslass- bzw. Blasfeder 508, die permanent am Blaskolben 506 zum Verschließen des Blashohlraums 503 anliegen; und
pneumatische Auslass- bzw. Blassteuerungsmittel bzw. -regelungsmittel 510, die dazu geeignet sind, derart aktiviert zu werden, dass sie den Blashohlraum 503 zur Gas-Versorgungsleitung 501 hin öffnen.
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Vorzugsweise wird das Rückführungsventil 400 und das verstopfungsverhindernde Ventil 500 in einer einzigen Umhüllung integriert.
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Des Weiteren umfasst die Gruppe 300 eine elektronische Steuer- bzw. Regel- bzw. Überwachungs- bzw. Verwaltungsvorrichtung, zum Beispiel eine SPS (PLC), die dazu geeignet ist, die Aktivierung des Rückführungsventils und/oder des verstopfungsverhindernden Ventils zu steuern.
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Vorzugsweise umfasst die Gruppe 300 des Weiteren einen Temperatursensor, der dazu geeignet ist, die Temperatur der Flüssigkeit im Fülltank 2 festzustellen.
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Der Temperatursensor steht mit der Überwachungsvorrichtung in Verbindung, die dazu geeignet ist, das Rückführungsventil 400 zu aktivieren, wenn die festgestellte Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Schwellentemperatur liegt.
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Bei einem normalen Betrieb der Anlage, in einer anfänglichen Ruhekonfiguration, ist die Austrittsmündung 26a der Versorgungsleitung 20 durch den Verschluss 66 verschlossen und die Entlüftungsleitung 81 ist durch die Membran 404 von der Entlüftungsumgebung oder vom Sammler 100 getrennt; die Flüssigkeit im Fülltank 2 ist daher nicht in der Lage zu fließen.
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Insbesondere, in der Ruhekonfiguration, ist das Rückführungsventil 400 deaktiviert; daher drückt die Entlüftungsfeder 408 den Entlüftungskolben 406 zur Membran 404 hin, die die Entlüftungsleitung 81 vom Entlüftungshohlraum 403 trennt.
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Das Entweichen der Luft oder die Rückführung der Flüssigkeit durch die Kanüle wird daher verhindert.
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In einer Füllkonfiguration ist die Austrittsmündung 26a der Versorgungsleitung 20 offen und die Entlüftungsleitung 81 ist offen; die Flüssigkeit im Fülltank 2 ist daher in der Lage in die Flasche zu fließen und die in der Flasche enthaltene Luft ist daher in der Lage in den Sammler 100 zu entweichen.
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Insbesondere wird, ausgehend von der Ruhekonfiguration, wenn die Greifvorrichtung eine Flasche aufgabelt und aktiviert ist, die Flasche angehoben, sodass der Rand der Öffnung an der Dichtung 28 zum Anliegen kommt, und, indem sie einen Druck ausübt, die Muffe 24 anhebt, was zur Öffnung der Austrittsmündung 26a der Versorgungsleitung 20 führt.
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Außerdem ist das Rückführungsventil aktiviert, sodass die Wirkung der Luft der pneumatischen Rückführungssteuerungsmittel 410 die Membran 404 verlagert bzw. verschiebt oder verformt, was, unter Überwindung der elastischen Entlüftungsmittel, zu einer Verbindung der Entlüftungsleitung 81 mit dem Sammler 100 führt.
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In dieser Konfiguration ist die Flüssigkeit in der Lage in die Flasche zu fließen, indem sie aus der Austrittsmündung 26a tritt, während die in der Flasche enthaltene Luft in der Lage ist durch die Eintrittsöffnung 62b in die Kanüle 60 einzutreten, das Röhrchen 62 zu durchschreiten und in den Sammler 100 zu entweichen.
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Anders ausgedrückt, realisiert der Verlauf, der sich vom Ende 62a bis zur Membran 404 durch das Röhrchen 62 und die Entlüftungsleitung 81 erstreckt, eine Rückführungs- bzw. Rückflussleitung.
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Zur Steuerung des Rückführungsventils befiehlt die Steuerungsvorrichtung die Aktivierung des genannten Ventils für ein vorbestimmte Aktivierungs-Zeitspanne, die in der Regel nur wenig länger als die notwendige Zeitspanne zum Auffüllen der Flasche ist.
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Es entsteht also eine restliches Zeitintervall, in dem die Flasche schon abgefüllt ist, aber die Bedingungen zur Aktivierung des Rückführungsventils weiter bestehen und die Flüssigkeit weiter in die durch die Dichtung 28 abgedichtete Flasche eintritt. Unter diesen Bedingungen überschwemmt der Anschlag bzw. Schwall (battente) der Flüssigkeit in der Flasche den Verschluss 66 und die überschüssige Flüssigkeit durchläuft die Kanüle 60, die Entlüftungsleitung 81, den Entlüftungshohlraum 403 und ergießt sich in den Sammler 100 und von hier aus in den Rückführungstank 200. Die überschüssige Flüssigkeit durchläuft also die Rückflussleitung.
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Die im Rückführungstank 200 enthaltene Flüssigkeit wird dann entnommen, in einer Pasteurisierungsvorrichtung erneut pasteurisiert und wieder in die Fülltanks 2 der Füllmaschine eingegeben.
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Wenn die Aktivierungs-Zeitspanne abgelaufen ist, deaktiviert die Überwachungs-Vorrichtung das Rückführungsventil; die Flüssigkeit ist dann nicht mehr in der Lage aus dem Fülltank zu fließen.
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Im Allgemeinen kreist die Abfüllstation während der Abfüllphase um eine vertikale Achse, wobei die Flasche von einer gegriffenen Stellung, in der sie leer und zur Befüllung bereit ist, in eine Abladestellung gebracht wird, in der sie für die weiteren Vorgangsphasen abgeladen wird.
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Wenn die Flasche die Abladestellung erreicht hat, wird sie durch ein Absenken der Greifvorrichtung entladen.
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Wenn eine mit einer festen Phase oder halbfesten Phase oder mit einer flüssigen oder halb-flüssigen Phase befüllte Flasche abgeladen worden ist greift die Maschine eine weitere ”leere” Flasche (die zum Beispiel nur die feste oder halbfeste Phase beinhaltet und die dazu bestimmt ist, mit der flüssigen oder halb-flüssigen Phase befüllt zu werden).
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Bevor die Befüllung mit der flüssigen oder halb-flüssigen Phase vorgenommen wird, führt die Maschine eine verstopfungsverhindernde Reinigungsphase durch, um die Entlüftungsöffnung des Röhrchens 62, die Kanüle oder andere Leitungen des Füllventils von eventuellen Rückständen der festen oder halbfesten Phase zu befreien.
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In einer Reinigungskonfiguration steht die Flaschenöffnung im dichtenden Anschlag gegen die Dichtung 28, die Austrittsöffnung 26a der Versorgungsleitung 20 ist offen, die Entlüftungsöffnung des Röhrchens 62 ist offen, die Entlüftungsleitung 81 zum Sammler 100 hin ist geschlossen und die Blasleitung 406 ist offen; die Flüssigkeit im Behälter 2a ist daher nicht in der Lage in die Flasche zu fließen, da die Luft in der Flasche nicht in der Lage ist in den Sammler 100 zu entweichen.
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Das unter Druck stehende Gas im Gastank ist dagegen in der Lage in das Röhrchen 62 zu fließen, durch die Entlüftungsöffnung 62a.
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Insbesondere, wenn die Greifvorrichtung eine leere Flasche aufgabelt und betätigt wird, wird die Flasche angehoben, sodass der Mündungsrand in Anschlag mit der Dichtung 28 kommt, und die Öffnung der Austrittsöffnung der Versorgungsleitung 20 und der Entlüftungsöffnung des Röhrchens 62 verursacht.
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Insbesondere, des Weiteren, deaktiviert die Überwachungsvorrichtung das Rückführungsventil, sodass ein Entweichen der Luft aus der Flasche verhindert wird, und sie aktiviert das verstopfungsverhindernde Ventil, sodass die Luftwirkung der pneumatischen Mittel 510 die Membran 504 verlagert bzw. verschiebt oder verformt, wobei die Blasleitung 503 geöffnet wird, unter Überwindung der Wirkung der elastischen Blasmittel, und wobei dem Gas im Gastank ermöglicht wird, zum Beispiel impulsartig in das Röhrchen 62 und durch die Eintrittsöffnung 62b zu fließen.
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Nach der fast impulsartigen verstopfungsverhindernden Reinigungsphase deaktiviert die Überwachungsvorrichtung das verstopfungsverhindernde Ventil, sodass die elastischen Blasmittel den Blaskolben 506 zur Membran 504 hin schieben, wobei die Blasleitung 503 geschlossen wird. Der Gasfluss wird somit unterbrochen.
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Es kann nun die Füllphase anlaufen.
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Um die Flüssigkeit im Fülltank, auch bei Maschinenstillstand bei der gewünschten Temperatur zu halten, ist das Ventil in der Lage eine Rückführung der Flüssigkeit im warmen Zustand bei geschlossenem Füllventil durchzuführen.
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Bei einer Rückführungskonfiguration im warmen Zustand, üblicherweise bei stillstehender Maschine, ist die Austrittsmündung 26a der Versorgungsleitung 20 geschlossen, während die Versorgungsleitung 20 dennoch durch die Eintrittsöffnung 62b mit der Kanüle 60 in Verbindung steht.
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Außerdem ist das Rückführungsventil aktiviert, sodass die Luftwirkung der pneumatischen Mittel 410 die Membran 404 verlagert bzw. verschiebt oder verformt, wobei die Entlüftungsleitung 81 geöffnet wird unter Überwindung der Wirkung der elastischen Entlüftungsmittel.
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Daher fließt die Flüssigkeit vom Fülltank 2 zur Versorgungsleitung 20, zum Röhrchen 62 und zur Entlüftungsleitung 81, bis in den Sammler 100, und von hier aus zum Rückführungstank 200, um dann, eventuell nach einer Pasteurisierung oder Erwärmung, zu den Fülltanks 2 zurückgeführt zu werden.
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Auf innovative Weise erfüllt das oben beschriebene Füllventil die Anforderung nach sehr kurzen vorgesehenen Zeiten der Wartung und der Reinigung.
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In der Tat ist es bei einer Demontage der Bestandteile des Füllventils nicht notwendig auch das Rückführungsventil oder das verstopfungsverhindernde Ventil mit einzubeziehen, die ja strukturell vom Füllventil getrennt sind.
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Es ist klar, dass ein Fachmann, um kontingenten Bedingungen zu genügen, am beschriebenen Ventil Änderungen vornehmen könnte.
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Auch solche Änderungen sind im Schutzbereich, wie er in den nun folgenden Ansprüchen definiert wird, abgedeckt.
