DE102013104938A1

DE102013104938A1 - Füllsystem sowie Füllmaschine zum Füllen von Behältern

Info

Publication number: DE102013104938A1
Application number: DE102013104938.9A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath; Bernd BRUCH; Manfred Härtel
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-11-20
Also published as: US20160115009A1; SI2996980T1; EP2996980B1; EP2996980A1; US9856125B2; WO2014183827A1

Abstract

Füllsystem zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, mit wenigstens einem Füllelement, mit einem bezogen auf eine vertikale Füllelementachse unterhalb oder seitlich eines Füllgutkessels angeordneten Füllelementgehäuse, mit einem im Füllelementgehäuse ausgebildeten Flüssigkeitskanal, der mit dem Füllgutkessel in Verbindung steht und an einer Unterseite des Füllelementgehäuses wenigstens eine Füllgutabgabeöffnung bildet, sowie mit wenigstens einem im Flüssigkeitskanal angeordneten Flüssigkeitsventil.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 18.
Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein Füllsystem, bei dem das wenigstens eine Füllelement an der Unterseite eines das Füllgut bereitstellenden Füllgutkessels vorzugsweise unmittelbar angeordnet ist und das gesteuerte Öffnen und Schließen des in einem Flüssigkeitskanal des Füllelementes angeordneten Flüssigkeitsventils durch eine oberhalb des Füllgutkessels und außerhalb des Kesselinnenraums, d. h. beispielsweise an der Oberseite des Füllgutkessels angeordnete Betätigungseinrichtung erfolgt. Füllsysteme dieser Art sind bekannt ( DE 10 2006 014 103 A1 , EP 1 586 533 A1 ).
Vielfach ist es auch bei Füllsystemen dieser Art notwendig, gesteuerte Gaswege vorzusehen, über die beispielsweise beim Füllen aus dem Behälterinnenraum durch das Füllgut verdrängtes Rückgas abgeführt wird und/oder der Behälterinnenraum vor dem Füllen Evakuiert und/oder mit einem Spülgas bzw. Inertgas (z. B. CO₂-Gas und/oder Stickstoff) gespült und/oder mit einem Vorspanngas bzw. Inertgas vorgespannt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 aufzuzeigen, welches bei hoher Betriebssicherheit und welches einem reduzierten konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand zumindest einen gesteuerten Gasweg für ein Evakuieren und/oder Spülen und/oder für ein Beaufschlagen des Behälterinnenraums mit einem dem Druck im Füllgutkessel entsprechenden Fülldruck bereitstellt. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllsystem entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 18.
Allen Ausführungsformen der Erfindung ist grundsätzlich gemeinsam, dass über die Betätigungseinrichtung, die zumindest zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils des Füllelementes eine axiale Bewegung vorzugsweise in Richtung einer Füllelementachse erzeugt, mit dieser axialen Bewegung zugleich auch das erste Steuerventil zum Öffnen und Schließen betätigt wird und/oder die Betätigungseinrichtung zur Erzeugung von wenigstens zwei definierten axialen Hüben ausgebildet ist, und zwar zur Erzeugung zumindest eines ersten kleineren axialen Hubes und eines zweiten größeren Hubes. Mit dem ersten Hub werden das erste Steuerventil und mit dem zweiten Hub das Flüssigkeitsventils geöffnet bzw. geschlossen. Der zweite Hub überlagert dabei vorzugsweise den ersten Hub derart, dass allein mit dem zweiten Hub auch das erste Steuerventil geöffnet oder geschlossen wird.
„Behälter” sind im Sinne der Erfindung insbesondere Dosen, Flaschen, jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff.
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 und/oder an eine dortige Dichtung angepresst anliegt.
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.
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 Ausführungsbeispielen näher erläutet. Es zeigen:
1 und 2 jeweils in vereinfachter Darstellung und im Schnitt eine Füllposition eines Füllsystems oder einer Füllmaschine gemäß der Erfindung, zusammen mit einem, an der Füllposition vorgesehenen Behälter in Form einer Flasche, bei unterschiedlicher Ausbildung des Füllelementes;
3 in vergrößerter Darstellung ein Detail der 2;
4–9 Darstellungen ähnlich 1 weitere Ausführungsformen der Füllposition des erfindungsgemäßen Füllsystems.
Das in der 1 allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem besteht einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente 2, von denen lediglich eines dargestellt ist und die jeweils unmittelbar an der Unterseite eines für sämtliche Füllelemente 2 gemeinsamen Ringkessels 3 vorgesehen ist. Der Ringkessel 3 ist Bestandteil eines um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotors 4. Der Ringkessel 3 ist weiterhin durch eine horizontale oder im Wesentlichen horizontale Trennwand 5 in eine obere Ringkammer 3.1 und eine untere Ringkammer 3.2 unterteilt, welches letztere während des Füllbetriebes mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt ist.
In einem Gehäuse 6 des Füllelementes 2 ist ein Flüssigkeitskanal 7 ausgebildet, der mit seinem oberen Ende mit der Ringkammer 3.2 in Verbindung steht, d. h. am Boden dieser Ringkammer in den von dem Füllgut eingenommenem Flüssigkeitsraum mündet. An der Unterseite des Füllelementes 2 bildet der Flüssigkeitskanal 7 im Bereich eines als Füllrohr ausgebildeten rohrförmigen Gehäuseabschnittes 6.1 eine Füllgutabgabeöffnung 8, über die das flüssige Füllgut dem Behälter 9 beim Füllen zufließt, welcher in den Figuren beispielhaft als Flasche dargestellt ist. Im Flüssigkeitskanal 7 ist in Strömungsrichtung des Füllgutes vor der Füllgutabgabeöffnung 8 ein Flüssigkeitsventil 10 mit einem Ventilkörper 11 vorgesehen. Letzterer ist an einem als Ventilstößel dienenden und achsgleich mit einer Füllelementachse FA angeordneten Rückgasrohr 12 ausgebildet. Die 1 zeigt das Flüssigkeitsventil 10 im geschlossenen Zustand. Durch axiales Absenken des Rückgasrohres 12 wird das Flüssigkeitsventil 10 geöffnet.
An seinem unteren Ende ist das Rückgasrohr 12 bei 12.1 schirmchenartig verbreitert, sodass bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 10 dieses Ende 12.1 gegen den Öffnungsrand des Gehäuseabschnittes 6.1 anliegt und dadurch den das Rückgasrohr 12 ringförmig umgebenden Flüssigkeitskanal 7 im Bereich der Füllgutabgabeöffnung 8 zusätzlich verschließt.
Das Rückgasrohr 12 reicht durch die Ringkammer 3.2 und eine Öffnung in der Trennwand 5 in die Ringkammer 3.1 hinein und ist dort an seinem oberen, offenen Ende u. a. mit einem Ventilsitz 13 für einen Ventilkörper 14 ausgebildet, der zusammen mit dem Ventilsitz 13 ein Steuerventil 15 bildet. Der Ventilkörper 14 ist am unteren Ende eines achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordneten Ventilstößels 16 vorgesehen, der mit seinem den Ventilkörper 14 aufweisenden Enden von oben her in eine Erweiterung des Rückgasrohres 12 hinein reicht, und zwar durch eine Öffnung, über die der im Rückgasrohr 12 ausgebildete Gaskanal 17 bei geöffneten Steuerventil 15 mit der Ringkammer 3.1 in Verbindung steht und deren Öffnungsquerschnitt hierfür größer ist als der Querschnitt des Ventilstößels 16. Der Ventilstößel 16 ist Teil einer außerhalb des Ringkessels 3 an dessen Oberseite angeordneten Betätigungseinrichtung 18, die für eine axiale Bewegung des Ventilstößels 16 in zwei Hüben H1 und H2 mit unterschiedlicher Größe ausgebildet ist und hierfür aus zwei Betätigungselementen in Form von Pneumatik-Zylindern 18.1 und 18.2 besteht. Der Durchtritt des Ventilstößels 16 durch die Oberseite des Ringkessels 3 ist mit einer Faltenbalgdichtung 19 abgedichtet. Am Ventilstößel 16 ist weiterhin oberhalb des oberen Endes des Rückgasrohres 12 ein Mitnehmer 20 vorgesehen, der bei der dargestellten Ausführungsform von wenigstens zwei radial vom Ventilstößel 16 wegstehenden Flügelarmen gebildet ist. Weiterhin wirkt zwischen dem oberen Ende des Rückgasrohres 12 und der Trennwand 5 eine das Rückgasrohr umgebende Druckfeder 21, durch die der Ventilkörper 11 des Flüssigkeitsventils 10 in die geschlossene Stellung vorgespannt ist.
Mit 22 ist ein Träger oder eine Platte bezeichnet, durch die der Gehäuseabschnitt 6.1 hindurchreicht und die an ihrer Unterseite eine den Gehäuseabschnitt 6.1 umgebende Dichtung 23 aufweist. Mit Hilfe eines Betätigungselementes, z. B. mit dem in der 4 mit 22.1 bezeichneten Betätigungselementes kann die Platte 22 in Richtung der Füllelementachse FA gesteuert angehoben und abgesenkt werden.
Mit dem Füllelement 2 bzw. mit dem von diesen Füllelementen gebildeten Füllsystems 1 sind unterschiedliche Füllverfahren möglich, wobei bei allen diesen Verfahren stets das untere, die Füllgutabgabeöffnung 8 aufweisende Ende des Gehäuseabschnittes 6.1 durch die Behälteröffnung in den Kopfraum des Behälters 9 hineinreicht.
Die 1 zeigt auch das Steuerventil 15 im geschlossenen Zustand. Durch Betätigen des Pneumatikzylinders 18.1 bzw. durch den hierbei bewirkten kleineren Hub H1 des Ventilstößels 16 kann das Steuerventil 15 durch Absenken des Ventilkörpers 14 geöffnet bzw. die Verbindung zwischen dem Rückgaskanal 17 und der Ringkammer 3.1 hergestellt werden, und zwar bei weiterhin geschlossenem Flüssigkeitsventil 10, beispielsweise zur Druck-Beaufschlagung des Innenraums des Behälters 9 über den Gaskanal 17 z. B. mit dem Druck oder Unterdruck des Ringkessels 3 oder zum Entleeren des Rückgaskanals 17 von Füllgut nach dem Füllen eines Behälters in den nächsten, zu füllenden Behälter.
Durch Aktivieren des Pneumatikzylinders 18.2 und durch den hierbei erzeugten größeren Hub H2, der den Hub H1 überlagert, wird zusätzlich zu dem Steuerventil 15 auch das Flüssigkeitsventil 14 geöffnet, und zwar dadurch, dass der Mitnehmer 20 gegen das obere Ende des Rückgasrohres 12 zur Anlage kommt und dieses zusammen mit dem Ventilkörper 11 gegen die Wirkung der Druckfeder 21 nach unten in die geöffnete Stellung bewegt. Zur Beendigung des Füllens bzw. der Füllphase wird der Pneumatikzylinder 18.2 deaktiviert, sodass das Flüssigkeitsventil 10 schließt. Bei weiterhin aktivierten Pneumatikzylinder 18.1 bleibt das Steuerventil 15 geöffnet, sodass sich das Rückgasrohr in den gefüllten Behälter entleeren, d. h. das Füllgut, welches während der Füllphase in dem Gaskanal 17 aufgestiegen ist in den gefüllten Behälter abfließen kann. Wird beim Schließen des Flüssigkeitsventils 10 durch Aktivieren des Pneumatikzylinders 18.1 auch das Steuerventil 15 geschlossen, so verbleibt Füllgut im Rückgasrohr 12 und wird dann durch Öffnen des Steuerventils 15 in den nächsten, zu füllenden Behälter entleert. Durch eine Rückstellfeder 24 ist der Ventilstößel 16 in seine angehobene Ausgangsstellung vorgespannt.
Zumindest während der Druck-Beaufschlagung und während des Füllens ist die Platte 22 auf den mit seinem Boden auf einem nicht dargestellten Behälterträger aufstehenden Behälter 9 soweit abgesenkt, dass die Dichtung 23 dicht gegen die Behältermündung anliegt und diese Dichtung zugleich auch den Spalt zwischen der Platte 22 und der Außenfläche des Gehäuseabschnittes 6.1 abdichtet, sich der Behälter 9 also in Dichtlage am Füllelement 2 befindet.
Das während des Füllens {Füllphase) aus dem Innenraum des Behälters 9 von dem zufließenden Füllgut verdrängte Rückgas wird über den Gaskanal 17 und das geöffnete Steuerventil 15 in den Ringkessel 3 zurückgeführt. Das Zufließen des flüssigen Füllgutes wird bei noch nicht geöffnetem Flüssigkeitsventil 10 selbsttätig dann beendet, wenn das untere Ende des Rückgasrohres 12 in den Füllgutspiegel im Behälter 9 eingetaucht und das flüssige Füllgut bis zu einer gewissen Höhe im Gaskanal 17 aufgestiegen ist. Beispielsweise zeitgesteuert wird zumindest der Pneumatikzylinder 18.2 zum Schließen des Flüssigkeitsventils deaktiviert.
Die 2 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform ein Füllelement 2a, welches sich von dem Füllelement 2 lediglich dadurch unterscheidet, dass bei dem Füllelement 2a der Mitnehmer 20 nicht unmittelbar auf das obere Ende des Rückgasrohres 12 einwirkt, sondern über eine weitere Druckfeder 24.1, die so dimensioniert ist, dass die axiale Bewegung des Rückgasrohres 12 zum Öffnen des Flüssigkeitsventils 10 erst dann erfolgt, wenn das Steuerventil 15 tatsächlich geöffnet wurde. In der 3 sind das Steuerventil 15 und die dieses Ventil umgebenden Elemente nochmals im Detail dargestellt.
Die 4 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllelement 2b, welches sich von dem Füllelement 2 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass der Ventilstößel 16 bis in den Bereich der Unterseite des Gehäuseabschnitts 6.1 reicht und am dortigen Ende des Ventilstößels 16 der Ventilkörper 14 vorgesehen ist, welcher mit dem unteren Öffnungsrand des Rückgasrohres 12 als Ventilsitz zusammenwirkt, das Steuerventil 15 also als Fußventil ausgebildet ist.
Die 5 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllelement 2c, welches sich von dem Füllelement 2 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass sich Ventilstößel 16 von einem achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordneten Rohr 16c gebildet ist, welches an Ventilkörper 14 des Steuerventils 15 offen ist. Das obere Ende des Rohres 16b mündet in einem Raum 25, der zwischen einer als Kolben wirkenden Membrane des Pneumatikzylinders 18.2 und einer zusätzlichen Dichtungsmembrane gebildet ist und über ein weiteres Steuerventil 26 mit einem für sämtliche Füllelemente 2c des Füllsystems 1 gemeinsamen und am Ringkessel 3 vorgesehenen Ringkanal 27 in Verbindung steht. Dargestellt ist in der 5 schematisch auch eine für jedes Füllelement 2b eigenständig vorgesehene Steuerventilanordnung 28 mit mehreren elektrisch gesteuerten Pneumatikventilen zur Ansteuerung der beiden Pneumatikzylinder 18.1 und 18.2 sowie des ebenfalls pneumatisch ansteuerbaren Steuerventils 26.
Mit dem Füllelement 2c bzw. mit dem eine Vielzahl dieser Füllelemente aufweisenden Füllsysteme ist wiederum beispielsweise ein Vakuumfüllen der Behälter 9 oder ein Füllen bei Atmosphären- bzw. Umgebungsdruck möglich, wobei dann der Ringkessel 3 entsprechend mit Unterdruck oder aber mit Umgebungsdruck beaufschlagt ist. Zusätzlich hierzu ist auch ein Spülen des Innenraums der Behälter 9 vor dem eigentlichen Füllen mit einem Spülgas, beispielsweise mit einem Inertgas, z. B. CO2-Gas oder Stickstoff möglich. Hierfür führt der Ringkanal 27 das Spülgas unter leichtem Überdruck. Während der Hubbewegung des Behälters 8 zum Füllventil hin wird durch einen kurzen waagerechten Verlauf der für den Flaschenhub verantwortlichen Kurve dafür gesorgt, dass der Behälter eine kurze Zeit offen, also ohne Abdichtung an die Dichtung 23 verweilt. Platte 22 mit Dichtung 23 dient in ihrer Höhenlage lediglich der Voreinstellung der Füllhöhe und ist während des Füllvorganges in ihrer Lage fixiert.
Durch Öffnen des Steuerventils 26 wird das Spülgas über das Rohr 16b und den Gaskanal 17 in den Behälter 9 zentral, d. h. im Bereich der Füllelementachse FA eingeblasen und tritt zusammen mit aus dem Behälterinnenraum verdrängter Luft im Bereich der Behältermündung an dem zwischen der Behälterinnenfläche und dem Gehäuseabschnitt 6.1 ausgebildeten Ringspalt ins Freie aus (offenes Spülen). Im Anschluss hieran erfolgt der vollständige Hub des Behälters 8 und das Abdichten an Dichtung 23.
Grundsätzlich kann das Füllelement 2c auch so ausgebildet sein, dass das Rohr 16c bis an die Unterseite des Gehäuseabschnitts 6.1 reicht. Bei dieser Ausbildung ist mit dem Füllelement 2c ist auch ein Spülen der Behälter 9 in der Weise möglich, dass bei abgesenkter Platte 22 und gegen die Dichtung 23 anliegender Behältermündung das beim Spülen aus dem Behälterinnenraum abfließende Spülgas über den das Rohr 16c dann ringförmig umschließenden Gaskanal 17 und das geöffnete Steuerventil 15 in die Ringkammer 3.1 geleitet wird (geschlossenes Spülen). Bevorzugt ist hierbei der Durchtritt des Rückgasrohres 12 durch die Trennwand 5 durch eine geeignete Dichtung 28.1, beispielsweise durch eine Membrandichtung abgedichtet, sodass das beim Spülen zurück geführte Spülgas nicht mit dem in der Ringkammer 3.2 aufgenommenen Füllgut in Berührung kommt. Grundsätzlich kann aber auf die Dichtung 28.1 verzichtet werden. Das in den Ringkessel 3 zurückgeführte Spülgas bzw. Rückgas kommt dann zwar mit dem Füllgut in Berührung. Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt aber darin, dass sich der vom Füllgut nicht eingenommene Gasraum im Ringkessel 3 mit Inertgas anreichert, was zu einer Verringerung der Sauerstoffaufnahme führt.
Generell hat insbesondere das geschlossene Spülen den Vorteil, dass nach dem Spülen das Einbringen des Füllgutes in eine 100%ige Inertgas-Atmosphäre, z. B. CO₂-Atmosphäre erfolgt, was bei vielen Produkten, beispielsweise auch bei Weißwein zu einer häufig gewünschten leichten Aufkarbonisierung führt, insbesondere aber auch verhindert, dass in einem Produkt natürlicherweise enthaltenes CO₂ nicht verloren geht.
Weiterhin besteht mit dem Füllelement 2c nach dem Füllen, d. h. nach Abschluss der Füllphase den vom Füllgut nicht eingenommenen Kopfraum des Behälters über das Rohr 16b und gesteuert durch das Steuerventil 26 mit Inertgas zu begasen.
Die 6 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllsystem 1.1 mit Füllelementen 2d zum Füllen von Behältern 9 in Form von Flaschen. Dieses Füllsystem unterscheidet sich von dem Füllsystem 1 der 1–5 zunächst dadurch, dass der Ringkessel 3 am Rotor 4 lediglich die der Ringkammer 3.2 entsprechende Ringkammer aufweist, die während des Füllbetriebes wiederum mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt ist. Das Füllelement 2d unterscheidet sich von dem Füllelement 2 im Wesentlichen dadurch, dass das obere offene Ende des Rückgasrohres 12 in einen Gasraum 29 hineinreicht und dort zur Ausbildung eins Steuerventils 30 mit einem die Füllelementachse FA konzentrisch umschließenden ringförmigen Ventilsitz 30.1 zusammenwirkt, der beispielsweise von einer Ringdichtung gebildet ist. Der Durchtritt des Rückgasrohres 12 in den Gasraum 29 ist durch eine Membrandichtung 31 oder einer andere geeignete Dichtung abgedichtet. Weiterhin ist der Gasraum 29 in einem Gehäuse 32 ausgebildet, welches an der Oberseite des Ringkessels 3 vorgesehen ist und in welchem auch die Betätigungseinrichtung 18d zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 10 untergebracht ist. Das Füllsystem 1.1 weist weiterhin den für sämtliche Füllelemente 2d gemeinsamen Ringkanal 27 sowie das Steuerventil 26 auf, welches Teil eines gesteuerten Gasweges ist, der über eine Drossel 33 in der Mitte des ringförmigen Ventilsitzes 30.1 mündet.
Mit dem Füllelement 2d ist beispielsweise wiederum ein Spülen des Innenraums des zu füllenden Behälters mit einem Spülgas bzw. Inertgas, z. B. CO₂-Gas oder Stickstoff aus dem Ringkanal 27 möglich, und zwar bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 10 und Steuerventil 30 bzw. bei gegen den Ventilsitz 30.1 anliegendem oberen Ende des Rückgasrohres 12. Das Spülgas strömt dann über die Drossel 33 gedrosselt in den Rückgaskanal 17 und aus diesem zentrisch in den Innenraum des Behälters 9. Bei nicht abgedichteter Behältermündung kann das vom Spülgas aus dem Behälterinnenraum verdrängte Rückgas in die Umgebung abfließen. Durch die Drossel 33 wird vermieden, dass auch bei einem höheren Druck des Spülgases im Ringkanal 27 Füllgut, welche im Rückgasrohr 12 aus einem vorausgehenden Füllen eines Behälters 9 verblieben ist, in den zu spülenden neuen Behälter versprüht eingeblasen und hierbei durch das aus dem Behälter austretende Rückgas Bereiche außerhalb des Behälters 9 durch versprühtes Füllgut verschmutzt werden. Die Notwendigkeit einer Drossel 33 könnte bei entsprechend niedrigem Spüldruck im Ringkanal 27 vermieden werden.
Zum Füllen des dann in Dichtlage am Füllelement 2d angeordneten Behälters 9 wird bei geschlossenem Steuerventil 26 das Flüssigkeitsventil durch Absenken des Rückgasrohres 12 geöffnet. Hierdurch kann das vom Füllgut aus dem Innenraum des Behälters verdrängte Rückgas über das Rückgasrohr 12, über das geöffnete Steuerventil 30 und über den Gasraum 29 in den vom Füllgut nicht eingenommenen Raum des Ringkessels 3 abfließen.
Die 7 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllelement 2e, welches sich von dem Füllelement 2d lediglich dadurch unterscheidet, dass zusätzlich zu dem Ringkanal 27 ein weiterer Ringkanal 34 vorgesehen ist, der während des Füllens z. B. mit einem Unterdruck bzw. Vakuum beaufschlagt ist. Diese Ausführungsform ermöglicht u. a. zusätzlich zu einer offenen Spülung, bei dem das beim Spülen anfallende Rückgas in die Umgebung abgeleitet wird, auch eine geschlossene Spülung. Beide Ringkanäle 27 und 34 sind jeweils über ein eigenes Steuerventil 26 bzw. 35 gesteuert mit dem bei geschlossenem Flüssigkeitsventil dicht gegen den Ventilsitz 30.1 anliegenden Rückgasrohr 12 verbindbar. Beim Spülen wird der Innenraum des in Dichtlage am Füllelement 2d angeordneten Behälters 9 zunächst über das Rückgasrohr 12 und das geöffnete Steuerventils 35 evakuiert, beispielsweise auf einem Druck von 100 mbar. Im Anschluss daran wird der Innenraum des Behälters 9 bei geschlossenem Steuerventil 35 durch Öffnen des Steuerventils 26 mit dem Spülgas beispielsweise auf Atmosphärendruck aufgefüllt. Der Anteil an Inertgas, beispielsweise CO₂-Gas oder Stickstoff beträgt dann nach diesem ersten Spülvorgang im Behälterinnenraum bereits wenigstens 95%. Bei einer zweifachen Wiederholung dieses Spülvorgangs lässt sich eine Inertgas-Konzentration im Behälter 9 von bis zu 99% problemlos erreichen, wobei der Spülgasverbrauch bei etwa 150 gr Inertgas/HI liegt.
Die 8 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllelement 2f, welches sich von dem Füllelement 2d im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass in der Verbindung zwischen dem vom Füllgut nicht eingenommenen Teilraum des Ringkessels 3 und der Öffnung des Ventilsitzes 30.1 ein zusätzliches Steuerventil 36 vorgesehen ist. Das die Füllelemente 2f aufweisende Füllsystem 1.1 kann u. a. auch als Unterdruckfüllsystem betrieben werden und ermöglicht eine offene Spülung der Behälter 9 mit Inertgas.
9 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllelement 2g, welches sich von dem Füllelement 2e zunächst dadurch unterscheidet, dass in der Verbindung zwischen dem Gasraum 29 und dem vom Füllgut nicht eingenommenen Teilraum des Ringkessels 3 ein weiteres Steuerventil 37 vorgesehen ist. Zusätzlich weist das Füllelement 2g ein Gasrohr 38 auf, welches vom Rückgasrohr 12 zur Ausbildung des Gaskanals 17 mit Abstand umschlossen wird und achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet ist. Das Gasrohr 38 ist am oberen Ende offen und dort über das Steuerventil 35 gesteuert mit dem Ringkanal 34 verbunden. Nur der Ringkanal 27 ist über das Steuerventil 26 mit der vom Ventilsitz 30.1 umgebenen Öffnung verbunden.
Mit dem Füllelement 2g ist u. a. ein Füllen der Behälter 9 mit Differenzdruck möglich, was bei höher viskosen Produkten, beispielsweise bei Likören, Sirup usw. zweckmäßig ist, um höhere Füllleistungen (Menge des abgefüllten Produktes je Zeiteinheit) zu erreichen, was allerdings auch erfordert, dass das nach dem Füllende im Rückgasrohr 12 und im Gasrohr 38 verbliebenes Produkt in den nächsten zu füllenden Behälter entleert wird. Weiterhin ermöglicht das Füllelement 2g auch ein einfaches oder mehrfaches Spülen des in Dichtlage am Füllelement 2g angeordneten Behälters 9 jeweils nach vorherigem Evakuieren. Das Evakuieren erfolgt dabei aus dem Ringkanal 34 durch Öffnen des Steuerventils 35 über das Gasrohr 38. Das Spülen erfolgt aus dem Ringkanal 27 durch Öffnen des Steuerventils 26 über das Rückgasrohr 12. Während des Füllens ist der Innenraum des Behälters 9 über das geöffnete Steuerventil 35 mit dem Vakuum des Ringkanals 34 beaufschlagt. Vor Erreichen der angestrebten Füllhöhe wird das Steuerventil 35 geschlossen und das Rückführen des vom Füllgut verdrängten Rückgases aus dem Behälter 9 erfolgt dann nur noch über den Rückgaskanal 17 und das geöffnete Steuerventil 37, beispielsweise mit formaler bzw. reduzierter Füllgeschwindigkeit.
Alternativ kann das Füllelement 2g auch bei einem Differenzdruckverfahren verwendet werden, bei dem der Ringkessel 3 ebenfalls mit Vakuum beaufschlagt ist, wobei das Vakuum im Ringkanal 34 größer ist als das Vakuum im Ringkessel 3, z. B. – 600 mbar im Vakuumkanal 34 und – 400 mbar im Ringkessel 3, jeweils bezogen auf Normal- oder Atmosphärendruck.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So besteht die Möglichkeit, die obere Ringkammer 3.1 im Vergleich zur Ringkammer 3.2 mit einem verkleinerten Querschnitt und damit mit reduziertem Volumen auszubilden, was für das Spülen bei Rückführung des vom Spülgas verdrängen Rückgases in die Ringkammer 3.1 von Vorteil ist.
Bezugszeichenliste

1, 1.1: Füllsystem
2, 2a–2g: Füllelement
3: Ringkessel
3.1, 3.2: Ringkammer
4: Rotor
5: Trennwand
6: Gehäuse
6.1: Gehäuseabschnitt
7: Flüssigkeitskanal
8: Füllgutabgabeöffnung
9: Behälter
10: Flüssigkeitsventil
11: Ventilkörper
12: Rückgasrohr
13: Ventilsitz
14: Ventilkörper
15: Steuerventil
16: Ventilstößel
16b: Rohrstück
17: Gaskanal
18: Betätigungselement
18.1, 18.2: Pneumatikzylinder
19: Dichtung
20: Mitnehmer
21: Druckfeder
22: Träger oder Platte
22.1: Betätigungselement
23: Dichtung
24: Rückstellfeder
24.1: Druckfeder
25: Gasraum
26: Steuerventil
27: Ringkanal
28: Steuerventilanordnung
28.1: Dichtung
29: Gasraum
30: Steuerventil
30.1: Ventilsitz
31: Dichtung
32: Gehäuse
33: Drossel
34: Ringkanal
35: Steuerventil
36: Steuerventil
37: Steuerventil
38: Gasrohr
FA: Füllelementachse
MA: Maschinenachse
H1, H2: Hub

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006014103 A1 [0002]
EP 1586533 A1 [0002]

Claims

Füllsystem zum Füllen von Behältern (9) mit einem flüssigen Füllgut, mit wenigstens einem Füllelement (2, 2a–2g), mit einem bezogen auf eine vertikale Füllelementachse (FA) unterhalb eines Füllgutkessels (3) angeordneten Füllelementgehäuse (6), mit einem im Füllelementgehäuse (6) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (7), der mit dem Füllgutkessel (3) in Verbindung steht und an einer Unterseite des Füllelementgehäuses (6) wenigstens eine Füllgutabgabeöffnung (8) bildet, mit wenigstens einem im Flüssigkeitskanal (7) angeordneten Flüssigkeitsventil (10), mit einem einen ersten Gaskanal (17) bildenden Rückgasrohr (12), welcher beim Füllen mit einem Behälterinnenraum des zu füllenden Behälters (9) in Verbindung steht, mit einer wenigstens einen bezogen auf die Füllelementachse (FA) axialen Hub (H1, H2) erzeugenden Betätigungseinrichtung (18, 18d) zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils (10), sowie mit wenigstens einem Gasraum (3.1, 29) zum Abführen des beim Füllen des Behälters (9) vom Füllgut aus den Behälterinnenraum verdrängten Rückgases und/oder zum Beaufschlagen des Behälterinnenraums mit einem Fülldruck und/oder zum Spülen des Behälterinnenraums mit einem Spülgas und/oder zum Evakuieren des Behälterinnenraums, wobei das Rückgasrohr (12) vorzugsweise als Ventilstößel des Flüssigkeitsventils dient und durch die Betätigungseinrichtung (18, 18d) zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils (10) axial bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (18) mit ihrem axialen Hub zugleich wenigstens ein Steuerventil (15, 30) steuert, welches in der Verbindung zwischen dem Gaskanal (17) des Rückgasrohres (12) und einem Gasraum (3.1, 29) angeordnet ist.
Füllsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (18) zur Erzeugung eines ersten axialen Hubes (H1), zum Öffnen oder Schließen des ersten Steuerventils (15) und zur Erzeugung eines zweiten Hubes (H2) zum Öffnen oder Schließen des Flüssigkeitsventils (10) ausgebildet ist, wobei der zweite Hub (H2) vorzugsweise den ersten Hubes (H1) überlagert und dadurch das Öffnen oder Schließen sowohl des ersten Steuerventils (15), als auch des Flüssigkeitsventils (10) bewirkt.
Füllsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (18) zwei vorzugsweise als Pneumatikzylinder ausgebildete oder wirkende Betätigungselemente (18.1, 18.2) aufweist, die wirkungsmäßig in Serie angeordnet sind und von denen ein Betätigungselement (18.1) den ersten Hub und ein Betätigungselement (18.2) den zweiten Hub (H2) erzeugen.
Füllsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite oder erste Betätigungselement (18.2, 18.1) einen mit diesem Betätigungselement axial bewegbaren Ventilstößel (16, 16c) aufweist, der auf einen Ventilkörper (14) des Steuerventils (15) einwirkt oder an dem dieser Ventilkörper (14) vorgesehen ist, und dass das erste oder zweite Betätigungselement (18.1, 18.2) auf den Ventilstößel (14) axial einwirkt.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (14) des ersten Steuerventils (15) mit einem an einem oberen oder unteren Ende des Rückgasrohres (12) ausgebildeten Ventilsitz (13) zusammenwirkt.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Federmittel (21), die das als Ventilstößel wirkende Rückgasrohr (12) und mit diesem einen Ventilkörper (11) des Flüssigkeitsventils (10) in eine vorzugsweise angehobene Schließstellung vorspannen, und dass mit dem ersten Hub (H1) das erste Steuerventil (15) geöffnet und mit dem zweiten Hub (H2) der Betätigungseinrichtung (18) bei geöffnetem ersten Steuerventil (15) auch das Flüssigkeitsventil (10) durch Überdrücken der Federmittel (21) geöffnet wird.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum ein von dem Füllgut nicht eingenommener Teilraum (3.1) des Füllgutkessels (3) ist, und dass das Rückgasrohr (12) mit seinem oberen Ende in diesen Teilraum (3.1) hineinreicht.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (29) mit dem von dem Füllgut nicht eingenommener Teilraum (3.1) des Füllgutkessels (3) in Verbindung steht.
Füllsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung zwischen dem Gasraum (29) und dem vom Füllgut nicht eingenommenem Teilraum des Füllgutkessels (3) ein Steuerventil (37) vorgesehen ist.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerventil (30) von einem Ventilsitz (30.1), vorzugsweise von einem die Füllelementachse (FA) umschließenden ringförmigen Ventilsitz (30.1) gebildet ist, mit dem das Rückgasrohr (12) mit einem Rand seiner Öffnung am oberen, der Füllgutabgabeöffnung (8) abgewandten Ende zusammenwirkt.
Füllsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einem von dem ringförmigen Ventilsitz (30.1) umgebenen Bereich wenigstens ein Strömungsweg mündet, der ein weiteres Steuerventil (26, 35) aufweist und mit einem weiteren Gasraum (27, 34) in Verbindung steht.
Füllsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem das weitere Steuerventil (26) aufweisenden Strömungsweg eine den Gasstrom mindernde oder reduzierende Drossel (33) vorgesehen ist.
Füllsystem nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Gasraum (27, 34) zur Bereitstellung eines Spülgases, eines Vakuums oder eines Vorspanngases dient.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von einem Teilraum (3.1) des Füllgutkessels (3) gebildete Gasraum gegenüber einem das Füllgut bereitstellenden weiteren Teilraum (3.2) des Füllgutkessels (3) abgedichtet ist.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgutkessel ein für sämtliche Füllelemente (2, 2a–2g) des Füllsystems (1, 1.1) gemeinsamer Ringkessel (3) und der wenigstens eine weitere Gasraum ein für sämtliche Füllelemente (2, 2a–2g) des Füllsystems (1, 1.1) gemeinsamer Ringkanal (27, 34) ist.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelementgehäuse (6) mit einem beim Füllen in den Behälter (9) hineinreichenden rohrförmigen Gehäuseabschnitt (6.1) ausgebildet ist, an welchem die Füllgutabgabeöffnung (8) vorgesehen ist.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein von dem Rückgasrohr (12) bzw. dem Gaskanal (17) umschlossenes weiteres Gasrohr (16c, 38), welches einen weiteren Gaskanal bildet, der am unteren Ende des Gasrohres (16c, 38) im Bereich der Füllgutabgabeöffnung (8) offen ist und der über das weitere Steuerventil (26, 35) mit dem weiteren Gasraum (27, 34) verbunden werden kann.
Füllmaschine zum Füllen von Behältern (9) mit einem an einem umlaufenden Transportelement, beispielsweise an einem um eine vertikale Maschinenachse (MA) umlaufend antreibbaren Rotor (4) ausgebildeten Füllsystem (1, 1.1), dadurch gekennzeichnet, dass das Füllsystem (1, 1.1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.