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Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1, auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 6 sowie auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 7.
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Füllelemente und Füllsysteme zum Füllen von Behältern und dabei speziell auch von Behältern in Form von Dosen mit einem flüssigen Füllgut sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Hierbei ist es auch üblich und bekannt, den Innenraum der in Dichtlage am Füllelement angeordneten Behälter vor dem Füllen zum Verdrängen bzw. Entfernen von mitgeführter Luft mit einem Spülgas, d. h. mit einem Inertgas, beispielsweise CO2-Gas oder Stickstoff zu spülen.
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Das Spülen erfolgt dabei beispielsweise über ein Gas- oder Spülrohr, über welches das Spülgas zentral oder mittig in den Behälterinnenraum eingeblasen wird und welches in einer vertikalen Füllelementachse axial absenkbar und anhebbar ist (
DE 10 2009 016 322 A1 ). Das Gas- oder Spülrohr ist von einem Rückgasrohr unter Ausbildung eines Gaskanals zwischen dem Gas- oder Spülrohr und dem Rückgasrohr umgeben, der (Gaskanal) in einen Gasraum im Füllelement mündet und Teil eines gesteuerten Gasweges ist.
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Generell ist auch bekannt (
DE 10 2006 051 237 A1 ), das Spülrohr zum Spülen möglicht weit in einen Behälterinnenraum abzusenken, um eine optimale Spülwirkung zu erreichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen, welches bei einem reduzierten konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand ein optimales Spülen von Behältern mit Spülgas sowie zugleich auch ein optimales Vorspannen und Füllen von Behältern ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Füllsystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 6. Ein Verfahren ist Gegenstand des Patentanspruchs 7.
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Bei dem erfindungsgemäßen Füllelement ist das von einem ersten Gaskanal eines Rückgasrohres umschlossene Spülrohr aus einer oberen Ausgangsposition in eine untere Spülposition absenkbar und mündet ebenso wie der erste Gaskanal in den im Füllelement ausgebildeten Gasraum. Allein durch das Absenken des Spülrohres in die Spülposition wird die Verbindung zwischen dem ersten Gaskanal und diesem Gasraum geschlossen oder aber stark gedrosselt, so dass ein dem Gasraum zugeführte Spülgas ausschließlich oder im Wesentlichen ausschließlich über das abgesenkte Spülrohr zentral in den Behälterinnenraum des in Dichtlage am Füllelement angeordneten Behälters eingeblasen wird. Hierbei ist es ausreichend, dass der Druck des Spülgases, welches z. B. CO2-Gas und/oder Stickstoff und/oder Wasserdampf ist, nur geringfügig über dem Atmosphären- oder Umgebungsdruck liegt. Damit ist bei reduziertem Spülgas-Verbrauch und reduzierten Betriebskosten eine optimale Spülung erreicht.
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Während eines Vorspannens und Füllens des weiterhin in Dichtlage am Füllelement angeordneten Behälters ist das Spülrohr in seine obere bzw. angehobene Ausgangsposition zurückbewegt, reicht also nicht mehr in den mit dem Füllgut zu füllenden Teil des Behälterinnenraumes hinein. Allein durch das Zurückbewegen des Spülrohres in die angehobene Ausgangsposition wird die Verbindung zwischen dem ersten Gaskanal und dem Gasraum wieder voll geöffnet, so dass über diesen Gasraum und über den ersten Gaskanal und den zweiten Gaskanal, d. h. über einen großen Gesamt-Strömungsquerschnitt das zum Vorspannen verwendete Spanngas, z. B. CO2-Gas und/oder Stickstoff in den Behälterinnenraum eingeleitet und in einer anschließenden Füllphase ebenfalls über den ersten Gaskanal und den zweiten Gaskanal, d. h. über einen großen Gesamt-Strömungsquerschnitt das vom Füllgut verdrängte Spanngas als Rückgas in den Gasraum und aus diesem in einen Sammelraum abgeführt werden kann. Da das Schließen oder Drosseln der Verbindung zwischen den ersten Gaskanal und dem Gasraum sowie das wieder Öffnen dieser Verbindung allein durch die Bewegung des Spülrohres erfolgt, sind hierfür keine zusätzlichen Steuerventile und Steuersignale erforderlich.
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In Dichtlage mit dem Füllelement befindlicher Behälter bedeutet im Sinne der Erfindung, dass der jeweilige Behälter in der dem Fachmann bekannten Weise mit seiner Behältermündung dicht an das Füllelement bzw. an eine dortige Dichtung angepresst anliegt.
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Unter „Druckfüllen” ist im Sinne der Erfindung allgemein ein Füllverfahren zu verstehen, bei dem der jeweils zu füllende Behälter in Dichtlage gegen das Füllelement anliegt und in der Regel vor der eigentlichen Füllphase, d. h. vor dem Öffnen des Flüssigkeitsventils über wenigstens einen gesteuerten, im Füllelement ausgebildeten Gasweg mit einem unter Druck stehenden Spanngas oder Inertgas (z. B. CO2-Gas und/oder Stickstoff) vorgespannt wird, welches dann während des Füllens von dem dem Behälter zufließenden Füllgut zunehmend als Rückgas aus den Behälterinnenraum verdrängt wird, und zwar ebenfalls über wenigstens einen gesteuerten, im Füllelement ausgebildeten Gasweg.
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Der Ausdruck „im Wesentlichen” bzw. „etwa” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und aus der Figur. 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.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur, die in vereinfachter schematischer Darstellung und im Schnitt ein Füllelement 1 eines Füllsystems 2 zum Füllen von Behältern 3 in Form von Dosen zeigt, näher erläutert.
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Das u. a. auch zum Druckfüllen der Behälter 3 mit einem flüssigen Füllgut geeignete Füllelement 1 ist zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente 1 an einem umlaufenden Transportelement, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform an einem um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotor 4 vorgesehen. Das Füllelement 1 ist in seinem Füllelementgehäuse 5 u. a. mit einem Flüssigkeitskanal 6 ausgebildet, der über eine Produktleitung 7 mit einem für sämtliche Füllelemente 1 des Füllsystems 2 gemeinsamen, nicht dargestellten und am Rotor 4 vorgesehenen Füllgutkessel verbunden ist. An der Unterseite des Füllelementes 1 bildet der Flüssigkeitskanal 6 eine Abgabeöffnung 8, die eine vertikale Füllelementachse FA ringförmig umschließt und über die während der Füllphase das flüssige Füllgut dem in Dichtlage am Füllelement 1 vorgesehenen Behälter 3 zufließt. Zwischen der Produktleitung 7 und der Abgabeöffnung 8 ist im Flüssigkeitskanal 6 ein Flüssigkeitsventil 9 mit einem Ventilkörper 10 vorgesehen, der an einem achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordneten und als Ventilstößel dienenden Rückgasrohr 11 ausgebildet ist. Das Rückgasrohr 11 ist an der Oberseite des Flüssigkeitskanals 6 aus diesem unter Verwendung einer geeigneten Dichtung, beispielsweise in Form einer Membrandichtung 12 abgedichtet herausgeführt. Unterhalb des Flüssigkeitsventils 9 bzw. im Bereich der Abgabeöffnung 8 ist das Rückgasrohr 11 mit einer konischen oder schirmartigen Erweiterung 11.1 ausgebildet, über die beim Füllen das flüssige Füllgut bezogen auf die Füllelementachse FA radial nach außen geleitet wird.
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Die Figur zeigt das Flüssigkeitsventil 9 bzw. den Ventilkörper 10 in der Schließstellung. Durch eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung sind das Rückgasrohr 11 und mit diesem der Ventilkörper 10 in der Füllelementachse FA zum Öffnen des Flüssigkeitsventils 9 anhebbar und zum Schließen des Flüssigkeitsventils 9 wieder gesteuert absenkbar (Hub H1). Das Rückgasrohr 11 ist an der Unterseite des Füllelementes 8 offen und reicht mit seinem oberen, ebenfalls offenen Ende in einen im Füllelementgehäuse 5 ausgebildeten Gasraum 13 hinein. Der Durchtritt des Rückgasrohres 11 in den Gasraum 13 ist durch eine geeignete Dichtung, beispielsweise eine Membrandichtung 14 abgedichtet.
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Zwischen den beiden Membrandichtungen 12 und 14 ist die nicht dargestellte pneumatische Betätigungseinrichtung für das Rückgasrohr 11 vorgesehen.
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Das Füllelement 1 umfasst weiterhin ein Spülrohr 15, welches achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet ist und von dem Rückgasrohr 11 mit Abstand umschlossen, vorzugsweise konzentrisch umschlossen ist, so dass im Rückgasrohr ein an der Unterseite des Füllelementes 1 offener und in den Gasraum 13 mündender ringförmiger erster Gaskanal 16 gebildet ist. Das Spülrohr 15 bildet einen am unteren Ende dieses Spülrohres offenen und am oberen Ende des Spülrohres 15 seitlich offenen (Öffnungen 15.1) und damit ebenfalls in den Gasraum 13 mündenden zweiten Gaskanal 17. Weiterhin ist das Spülrohr 15 durch eine Betätigungseinrichtung 18, beispielsweise in Form eines doppelt wirkenden Pneumatik-Zylinders bezogen auf die Füllelementachse FA axial um einen Hub H2 bewegbar, der größer ist als der Hub H1, und zwar derart, dass in einer in der Figur dargestellten oberen Ausgangsposition des Spülrohres 15 dieses bei der dargestellten Ausführungsform mit seinem unteren Ende nicht oder im Wesentlichen nicht über das untere Ende der konischen Erweiterung 11.1 vorsteht, d. h. niveaugleich oder im Wesentlichen niveaugleich mit dem unteren Ende des Rückgasrohres 11 angeordnet ist und in einer zweiten Hubstellung, d. h. in einer Spülposition vorzugsweise zumindest um die Größe des Bewegungshubes H2 über die Unterseite des Rückgasrohres 11 in den Behälterinnenraum vorsteht.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist das obere Ende des Spülrohres 15 mit der Kolbenstange des außerhalb des Gehäuses 5 angeordneten Betätigungselementes 18 verbunden. Im Bereich dieses Betätigungselementes ist der Gasraum 13 durch eine Faltenbalkendichtung 19 abgedichtet.
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Unterhalb der oberen seitlichen Öffnungen 15.1 ist das Rückgasrohr 15 mit einer Verdickung 20 ausgebildet, die z. B. von einem auf das Spülrohr 15 aufgesetzten Ring, beispielsweise auch Dichtungsring gebildet ist und die in der unteren Hubstellung des Rückgasrohres 15 die Verbindung zwischen dem ersten Gaskanal 16 und dem Gasraum 13 verschließt oder aber zumindest stark drosselt, d. h. in ihrem wirksamen Strömungsquerschnitt stark verengt, und zwar insbesondere auch bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 9. Bei der dargestellten Ausführungsform ist dazu in der Spülposition des Spülrohres 15 die Verdickung 20 in dem Rückgasrohr 11 aufgenommen, und zwar im oberen Bereich dieses Rohres.
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Mit 21 ist eine Hülse bezeichnet, die das Füllelementgehäuse 5 an einem unteren beispielsweise kreiszylinderförmigen Gehäuseabschnitt abgedichtet umgreift und in Richtung der Füllelementachse FA gesteuert axial anhebbar und absenkbar ist, beispielsweise gesteuert durch eine nicht dargestellte äußere, mit dem Rotor 4 nicht umlaufende Steuerkurve. Die Hülse 21 besitzt an ihrem unteren Ende eine die Füllelementachse FA ringförmig umschließende Dichtung 22, gegen die der Öffnungs- oder Mündungsrand des in Dichtlage am Füllelement 1 angeordneten Behälters 3 abgedichtet anliegt. Im Füllelementgehäuse 5 sind verschiedene gesteuerte Gaswege ausgebildet, so u. a. bei der dargestellten Ausführungsform zwei Rückgaswege oder -kanäle 23, die um 180° um die Füllelementachse FA versetzt vorgesehen sind und bei in Dichtlage am Füllelement 1 angeordnetem Behälter 3 über den Innenraum der Hülse 21 in den Behälterinnenraum münden, und zwar bezogen auf die Füllelementachse FA gegenüber der Abgabeöffnung 8 radial nach außen versetzt. Wenigstens ein weiterer gesteuerter Gasweg oder -kanal 24 mündet in den oberen und/oder unteren Bereich des Gasraumes 13.
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Mit dem Füllsystem 2 ist u. a. ein Füllen, auch Druckfüllen der Behälter 2 mit einem der eigentlichen Füllphase vorausgehenden, zumindest einmaligen Spülen des Behälterinnenraumes mit einem Spül- oder Inertgas, z. B. CO2-Gas und/oder Stickstoff und/oder Wasserdampf möglich. Am Beginn des jeweiligen Füllprozesses wird die Hülse 21 auf den Öffnungsrand des Behälters 3 abgesenkt, der mit seinem Behälterboden auf einen Behälterträger aufsteht und achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet ist. Der Behälter 3 liegt dann mit seinem Öffnungsrand abgedichtet gegen die Dichtung 22 an und befindet sich damit in Dichtlage am Füllelement 1.
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Zum Verdrängen von mitgeführter Luft aus dem Innenraum des Behälters 3, d. h. zum Spülen dieses Innenraumes wird bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 9 das Spülrohr 15 mit dem Betätigungselement 18 aus seiner oberen Ausgangsposition um den Hub H2 in die untere Hubstellung bzw. Spülposition abgesenkt. Die Größe des Hubes H2 ist dabei bevorzugt so gewählt, dass das untere Ende des Spülrohres 15 in der Spülposition in Richtung der Füllelementachse FA einen Abstand vom Behälterboden aufweist, der kleiner ist als der entsprechende Abstand von der oberen Behälteröffnung. Nach dem Absenken des Spülrohres 15 ist die Verbindung des ersten Gaskanals 16 mit dem Gasraum 13 verschlossen oder stark gedrosselt. Über den Gaskanal 24 wird dann das als Spülgas verwendete Inertgas in den Gasraum 13 und aus diesem über den zweiten Gaskanal 17 des Spülrohres 15 in den Innenraum des Behälters eingeblasen. Da das Spülrohr 15 weit in den Behälterinnenraum abgesenkt ist, ergibt sich eine optimale Spülgasströmung im Behälter 3, u. a. auch entlang der Innenfläche des Behälterbodens und der Innenfläche der Behälterumfangswand. Über die Rückgaskanäle 23 wird das Spülgas zusammen mit von diesem verdrängter Luft abgeführt, und zwar vorzugsweise gegenüber dem aus dem Spülrohr 15 austretenden Spülgasstrom bezogen auf die Füllelementachse FA radial nach außen versetzt. Da das Spülgas über das abgesenkte Spülgasrohr 15 zentrisch, d. h. achsgleich oder im Wesentlichen achsgleich mit der Füllelementachse FA in den jeweiligen Behälter 3 eingeleitet wird, ist ein optimales Spülen bei einem Spülgasdruck möglich, der nur geringfügig über dem Umgebungsdruck liegt. Das Spülgas wird über die Rückgaskanäle 23 in die Umgebung oder aber in einen für sämtliche Füllelemente 1 des Füllsystems 2 gemeinsamen, am Rotor 4 vorgesehenen Ringkanal 25 abgeleitet, dessen Druck z. B. dem Umgebungsdruck entspricht. Der Ringkanal 25 kann aber auch einen vom Umgebungsdruck unterschiedlichen Druck aufweisen, beispielsweise ein Vakuum oder einen Unterdruck. Auch in diesem Fall liegt dann der Spüldruck nur geringfügig über dem Atmosphärendruck.
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Nach dem Spülen wird das Spülrohr 15 zur Einleitung der Füllphase in die obere Hubstellung zurückbewegt, in der die Verdickung 20 aus dem Rückgasrohr 11 heraus bewegt ist und damit die Verbindung zwischen dem ersten Gaskanal 16 und dem Gasraum 13 völlig freigibt. Bei weiterhin geschlossenem Flüssigkeitsventil 9 und geschlossenen Gaswegen 23 wird z. B. zunächst der Innenraum des in Dichtlage am Füllelement 1 angeordneten Behälters 3 über den Gasweg 24, den Gasraum 13 und die Gaskanäle 16 und 17 mit einem unter Druck stehenden Spann- oder Inertgas, beispielsweise CO2-Gas und/oder Stickstoff, auf einen Fülldruck vorgespannt. Dieses Vorspannen erfolgt über beide Gaskanäle 16 und 17 und daher mit großem Gesamt-Strömungsquerschnitt, so dass u. a. kurze Vorspannzeiten erreichbar sind.
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Nach dem Vorspannen erfolgt das eigentliche Füllen oder Druckfüllen durch Öffnen des Flüssigkeitsventils 9 bzw. durch Anheben des Rückgasrohres 11 um den Hub H1. Da der Hub H2 größer ist als der Hub H1 besteht weiterhin die volle nicht gedrosselte Verbindung beider Gaskanäle 16 und 17 mit dem Gasraum 13. Das Spanngas, welches als Rückgas aus dem Innenraum des Behälters 3 durch das Füllgut verdrängt wird, wird über beide Gaskanäle 16 und 17 in den Gasraum 13 und aus diesem über den Gaskanal 24 abgeführt. Das Füllen wird durch Schließen des Flüssigkeitsventils 9 beendet. Im Anschluss daran erfolgt z. B. ein Entlasten des gefüllten Behälters 3 beispielsweise über die Rückgaskanäle 23 und ein anschließendes Anheben der Hülse 21, so dass der gefüllte Behälter 3 vom Füllelement 1 abgenommen werden kann.
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Ebenso wie u. a. die Produktleitung 7 werden u. a. auch die Gaswege 24 bei einer CIP-Reinigung und/oder -Desinfektion, bei der an jedem Füllelement 1 anstelle eines Behälters 2 ein CIP-Spülverschluss in Dichtlage angeordnet ist, zum Zu- oder Abführen des CIP-Reinigungs- und/oder Desinfektionsmediums verwendet.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Füllelement
- 2
- Füllsystem
- 3
- Behälter
- 4
- Rotor
- 5
- Füllelementgehäuse
- 6
- Flüssigkeitskanal
- 7
- Produktleitung
- 8
- Abgabeöffnung
- 9
- Flüssigkeitsventil
- 10
- Ventilkörper
- 11
- Rückgasrohr
- 11.1
- Erweiterung des Rückgasrohres
- 12
- Membrandichtung
- 13
- Gasraum
- 14
- Membrandichtung
- 15
- Spülrohr
- 16
- erster Gaskanal
- 17
- zweiter Gaskanal
- 18
- Betätigungselement
- 19
- Faltenbalgdichtung
- 20
- Verdickung
- 21
- Hülse
- 22
- Dichtung
- 23, 24
- Gasweg oder Gaskanal
- 25
- Ringkanal
- H1, H2
- Hub
- FA
- Füllelementachse
- MA
- Maschinenachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009016322 A1 [0003]
- DE 102006051237 A1 [0004]
