DE102014008234A1

DE102014008234A1 - Ventilaufsatz, eine Befüllvorrichtung, eine Befüllanordnung und ein Verfahren zum Befüllen und Entleeren von Behältnissen mit Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102014008234A1
Application number: DE102014008234.2A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Leibinger
Original assignee: Leibinger GmbH
Current assignee: Leibinger GmbH
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2014-12-11
Also published as: WO2014198413A1; US9783402B2; US20160145089A1; EP3008009A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart einen Ventilaufsatz (2) zum Befüllen und Entleeren zumindest eines Behältnisses (1, 1) mit einer Flüssigkeit, der mit einer Unterseite dicht auf das Behältnis (1, 1') aufsetzbar ist. Der Ventilaufsatz (2) hat ein erstes und ein zweites Ventil (5, 6), die jeweils einen ringförmigen Ventilsitz (7, 8) aufweisen und jeweils ein dazu korrespondierendes ringförmiges Verschlussteil (9, 10), wobei die Verschlussteile (9, 10) miteinander fluchten und dazu ausgebildet sind, ein vorgegebenes rohrförmiges Element (3) unter Ausbildung eines Ringspaltes (7', 8') zu umgeben. Der erste Ventilsitz (7) steht fest und der zweite Ventilsitz (8) ist in Ventillängsrichtung verschiebbar. Die Verschlussteile (9, 10) sind an einem gemeinsamen, längs der Ventillängsachse verschiebbaren Träger (11) angeordnet. Der Ventilaufsatz (2) weist zumindest drei voneinander separate Baueinheiten auf, wobei eine erste Baueinheit (21'), die an einem dem zu befüllenden Behältnis (1, 1') zugewandten Ende des Ventilaufsatzes (2) angeordnet ist, ein erstes Gehäuseteil (21) und den davon umfassten Ventilsitz (7) für das Ventil (5) aufweist. Die zweite Baueinheit (22'), die an einem von dem zu befüllenden Behältnis (1, 1') abgewandten Ende des Ventilaufsatzes (2) angeordnet ist, weist einen zweiten Gehäuseteil (22) und den Ventilsitz (8) für das Ventil (6) auf. Die dritte Baueinheit (23') weist die die Verschlussteile (9, 10) und den Träger (11) auf. Die Baueinheiten (21', 22', 23') sind in Richtung der Ventillängsachse relativ zueinander bewegbar. Darüber hinaus wird eine Befüllvorrichtung, die den erfindungsgemäßen Ventilaufsatz (2) einsetzt, eine Befüllanordnung, ein Befüll- sowie ein Entleerverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilaufsatz zum Befüllen und Entleeren zumindest eines Behältnisses mit einer Flüssigkeit unter sauerstoffarmer Atmosphäre. Ferner wird eine Befüllanordnung offenbart, die den Ventilaufsatz umfasst und damit ebenfalls das Befüllen und Entleeren unter Sauerstoffarmut ermöglicht; ferner ist eine Befüllanordnung, die die Befüllvorrichtung umfasst, Gegenstand der Erfindung und schließlich das Befüll- und Entleerverfahren selbst, das die vorgenannten Vorrichtungen verwendet.
Ventile sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Sie weisen grundsätzlich einen Ventilsitz sowie ein dazu korrespondierendes Verschlussteil auf. Durch Verstellen des Verschlussteils kann bspw. der Durchfluss reguliert werden.
Zum Befüllen eines Behältnisses, insbesondere einer Flasche, mit einer zum Verzehr bestimmten Flüssigkeit, insbesondere Getränk, wird die Flüssigkeit dem Behältnis üblicherweise mittels einer Sonde zugeführt. Das Problem dabei ist, dass die Flüssigkeit der Umgebungsluft mit der Folge von unerwünschter Gasentbindung, Gasaustausch sowie Gaseintrag ausgesetzt ist. Dieselbe Problematik tritt im Übrigen auch mit Nichtlebensmitteln wie mit Medikamenten oder anderen Chemikalien auf.
Es sind Befüllvorrichtungen bekannt, die den vorbeschriebenen Nachteilen entgegentreten und dazu einen Ventilaufsatz, also einen Aufsatz, der ein Ventil aufweist, umfassen, der unterseitig ein Rohr aufweist, über den ein ballonartiger Körper abgedichtet gestülpt ist. Die Öffnung dieses ballonartigen Körpers ist dabei dicht mit dem Rohr verbunden. Der so ausgebildete Aufsatz mit seinem Rohr und dem ballonartigen Körper wird von oben in das zu befüllende Behältnis eingeführt. Durch Zuführung eines Expansionsmediums wie Luft durch das Rohr hindurch wird der ballonartige Körper zunächst aufgebläht, so dass er den kompletten Innenraum des Behältnisses ausfüllt. Dadurch wird das Behältnis luftleer. Anschließend wird dann der ballonartige Körper von dem Expansionmedium wieder entleert. Gleichzeitig wird dem dadurch geschaffenen Innenraum in dem ballonartigen Körper die Flüssigkeit zugeführt. Schließlich kann dann der Aufsatz mit dem Rohr und dem ballonartigen Körper wieder herausgezogen werden.
Weiterhin sind Vorrichtungen zum Entleeren beispielsweise einer mit Sekt gefüllten Flasche nach einer Flaschengärung bekannt. Hier besteht das übliche Prinzip darin, dass der Sekt durch Zugabe von CO₂ mit Überdruck aus der Flasche hinausgepresst wird. Die Verwendung von CO₂ ist jedoch unerwünscht, weil es sich durch den Kontakt mit dem Sekt in diesem löst.
Aus diesem Grunde ist eine Vorrichtung zum Entleeren eines Behältnisses entwickelt worden, das die vorbeschriebenen Nachteile nicht aufweist. Der konstruktive Aufbau dieser Entleervorrichtung entspricht im Wesentlichen dem der vorbeschriebenen Befüllvorrichtung. Vom Verfahrensablauf her unterscheidet sich jedoch das Entleeren vom Befüllen. Zum Entleeren wird zunächst wiederum der Ventilaufsatz mit dem darin befindlichen Rohr sowie dem ballonartigen Körper in das mit der Flüssigkeit befüllte Behältnis eingeführt. Indem durch Zuführen eines Expansionsmediums über das Rohr der ballonartige Körper aufgebläht wird, wird die im Behältnis befindliche Flüssigkeit durch eine entsprechende Öffnung im Ventilaufsatz hinausgepresst. Wenn anschließend das Expansionsmedium wieder abgelassen worden ist, kann die Entleervorrichtung wieder aus dem Behältnis herausgezogen werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Ventilaufsatz der eingangs angegebenen Art zu verbessern, insbesondere derart, dass es zum Befüllen eines Behältnisses, insbesondere einer Flasche mit luftsauerstoffsensiblen oder kohlendioxidsensiblen Fluiden unter Sauerstoff- oder CO₂-armer oder unter Schutzgasatmosphäre eingesetzt werden kann.
Die technische Lösung dieser Aufgabe wird durch den Ventilaufsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es ergibt sich die weitere Aufgabe, insbesondere auch CO₂-haltige Getränke ohne nachteilige CO₂-Aufnahme unter sauerstoffarmer Atmosphäre in Behältnisse zu füllen oder umzufüllen.
Diese Aufgabe wird durch die Befüllvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Die weitere Aufgabe der Befüllung oder Entleerung von Gefäßen unter Sauerstoff- oder CO₂-Armut oder Schutzgaszufuhr bei vorgegebener Füllstandshöhe oder Volumenentnahme wird durch die Befüllanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Ein verbessertes Befüllverfahren wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 bereitgestellt; ein verbessertes Entleerverfahren durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtungen und des Verfahrens werden durch die jeweiligen Unteransprüche beschrieben.
Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilaufsatzes zum Befüllen und Entleeren von Behältnissen mit einer Flüssigkeit sieht vor, dass der Ventilaufsatz mit einer Unterseite dicht auf das Behältnis aufgesetzt werden kann. Dabei ist nach diesseitigem Verständnis das „Behältnis” entweder unmittelbar das zu befüllende Behältnis wie eine Flasche, oder es ist zwischen Flasche und Ventilaufsatz als Puffer eine Fluidvolumenkompensationsvorrichtung vorgesehen, die letztlich auch ein Behältnis bildet. Der Ventilaufsatz weist ein erstes (unteres in Bezug zum Gefäß) und ein zweites (oberes) Ventil auf, die jeweils einen ringförmigen Ventilsitz sowie dazu korrespondierend ein ringförmiges Verschlussteil aufweisen. Dabei ist der erste Ventilsitz fest stehend und der zweite Ventilsitz in Bezug zu einer Ventillängsachse verschiebbar vorgesehen. Die ringförmigen Verschlussteile fluchten miteinander und sind dazu ausgebildet oder jedenfalls dazu geeignet, ein vorgegebenes rohrförmiges Element unter Ausbildung eines Ringspaltes zu umgeben. Erfindungsgemäß sind die Verschlussteile der beiden Ventile an einem gemeinsamen, längs der Ventillängsachse verschiebbaren Träger angeordnet und der Ventilaufsatz weist zumindest drei voneinander separate Baueinheiten auf:

– eine erste Baueinheit, die an einem dem zu befüllenden Behältnis zugewandten Ende des Ventilaufsatzes angeordnet ist und ein erstes Gehäuseteil und den davon umfassten Ventilsitz für das Ventil aufweist,
– eine zweite Baueinheit, die an einem von dem zu befüllenden Behältnis abgewandten Ende des Ventilaufsatzes angeordnet ist und einen zweiten Gehäuseteil und den Ventilsitz (8) für das Ventil aufweist und schließlich
– eine dritte Baueinheit, die die Verschlussteile und den Träger umfasst; wobei die Baueinheiten in Richtung der Ventillängsachse relativ zueinander bewegbar sind.

Damit wird vorteilhaft erreicht, dass geregelte und gesteuerte Entnahme sowohl von in dem Gefäß befindlicher Luft bzw. Flüssigkeit auf getrennten Fluidpfaden korrespondierend mit der Zufuhr einer Flüssigkeit oder der Befüllung des Behältnisses mit Schutzgas oder Luft erreicht werden kann, ohne dass das zu entnehmende oder befüllende Gut mit Sauerstoff in Kontakt kommt. Zugleich kann der Ventilaufsatz in einer entsprechenden Füllanlage rasch und reproduzierbar Füll- und Entnahmezyklen ausführen und ist für nahezu sämtliche denkbare Behältnistypen einsetzbar.
Die Grundidee des erfindungsgemäßen ersten Ventils zum Zuführen bzw. zum Abführen der Flüssigkeit bei einer derartigen Befüll- oder Entleervorrichtung besteht darin, dass dieses Ventil das entsprechende Medium nicht an einer vorgegebenen bestimmten seitlichen Position zuführt bzw. abführt, sondern dass durch die ringförmige Ausbildung des Ventils sich das Medium sowohl bei einer Zuführung als auch bei einer Abführung um den gesamten Umfang des Rohres bzw. des ballonartigen Körpers verteilt. Dadurch ist eine einseitige Zuführung bzw. Abführung des Mediums vermieden. „Medium” ist hierin gleichbedeutend mit Fluid zu verstehen; „Fluide” hierin können Flüssigkeiten sein, die in die Behältnisse gefüllt werden; Expansionsmedien wiederum können alle Fluide, egal ob Flüssigkeiten, Gase wie Luft oder auch Inertgase sein, die geeignet sind, den jeweiligen ballonartigen Körper zu befüllen; ferner kann in den Behältnissen vor dem Befüllen das Fluid „Luft” sein, aber auch eine andere als die gewünschte, also zu entleerende Flüssigkeit. Zum einen wird dadurch die Funktionssicherheit erhöht, zum anderen erhöht sich dadurch auch die Befüll- bzw. Entleergeschwindigkeit. Schließlich hat die erfindungsgemäße Ausbildung des Ventils auch den Vorteil, dass es sich konstruktiv sehr leicht umsetzen lässt. Das zweite Ventil ist für das Befüllen des Behältnisses für das Entweichen der in dem Behältnis befindlichen Luft sowie beim Entleeren des Behältnisses zum Zuführen von Luft vorgesehen; die Ventile können auch umgekehrt angeschlossen werden. Die vorgeschlagene Ausführung der Ventile ist eine konstruktiv einfache Möglichkeit, die erlaubt, für beide Ventile die entsprechenden Verschlussteile zwar separat voneinander auszubilden jedoch an einem gemeinsamen Träger zur gemeinsamen Betätigung anzuordnen. Indem dieser Träger längs des Rohres verschiebbar ist, können durch eine entsprechende Verschiebebewegung die Ventile entsprechend geöffnet und geschlossen werden.
Um dies zu erreichen, ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Verschlussteile der beiden Ventile und der Träger in Bezug zueinander verschiebefest angeordnet sind; sie können außerdem einstückig ausgebildet sein. Hierdurch wird eine gekoppelte Betätigung des ersten und des zweiten Ventils mit einem gemeinsamen Betätigungselement ermöglicht; die Verschlussteile und der Träger können beispielsweise formschlüssig ineinander greifen. Zudem ist bei einer mehrteiligen Ausführung vorteilhaft eine einfache Montage des Ventilaufsatzes möglich.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Ventilaufsatz an der zweiten Baueinheit einen Halteabschnitt haben, der dazu ausgebildet ist, ein vorgegebenes rohrförmige Element konzentrisch in den Durchlässen der ringförmigen Verschlussteile zu halten. Der Halteabschnitt kann einen in Bezug zu der zweiten Baueinheit festen unteren Abschnitt mit einer Durchlassöffnung für ein rohrförmiges Element und einen lösbar mit dem unteren Abschnitt verbundenen oberen Abschnitt haben, der eine Bohrung zur Aufnahme des rohrförmigen Elements aufweist. Geeigneter Weise fluchtet die Durchlassöffnung mit den Durchlässen der ringförmigen Verschlussteile und in der Durchlassöffnung sitzt ein Klemmkörper, der bevorzugt über eine Feder gegen den oberen Abschnitt abgestützt ist, um den Klemmkörper gegen die Durchlassöffnung zu drücken und das Festklemmen zu erreichen. In der Bohrung des lösbaren Abschnitts des Halteabschnitts ist das Rohr vorteilhaft spielarm gelagert, während das Rohr in der Durchtrittsöffnung des festsitzenden Abschnitts des Halteabschnitts ein merkliches Radialspiel haben kann.
Die beiden Ventile können Kegelventile sein. Ferner können das erste Ventil und/oder das zweite Ventil von einem Ringraum zum Speichern des jeweiligen Mediums bezüglich des Rohres konzentrisch umgeben sein. Dies bedeutet, dass die Verschlussteile kegelförmig ausgebildet sind, während die dazu korrespondierenden Ventilsitze eine kegelförmige Einbuchtung aufweisen, in welche die entsprechenden kegelförmigen Verschlussteile während des Dichtvorgangs dichtend eintauchen.
Dass den beiden Ventilen jeweils ein diesen umgebenden Ringraum zugeordnet ist, dient der Speicherung des entsprechenden Mediums (Flüssigkeit oder Luft oder Inertgas) um das Ventil herum. Dadurch kann eine gleichmäßige Zuführung bzw. Abführung des Mediums um den gesamten Umfang des Stabes bzw. des ballonartigen Körpers erzielt werden.
Die Verschlussteile der beiden Ventile sind gegenüber den jeweils zugeordneten Baueinheiten abgedichtet, so das kein Fluid in das Gehäuse austreten kann. Die Dichtung kann mit jeweils einem Dichtbalg erreicht werden, der einer Relativbewegung der Verschlussteile gegenüber den Baueinheiten folgt. Durch die Abdichtung kann auch verhindert werden, dass Gleitschienen oder ähnliches, auf denen der Träger bewegt wird, verschmutzen bzw. verschleißen.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Befüllvorrichtung zum Befüllen eines Behältnisses mit oder zum Entleeren eines Behältnisses von einer Flüssigkeit ist vorgesehen, dass die Befüllvorrichtung einen wie oben beschriebenen Ventilaufsatz, ferner ein Rohr und einen ballonartigen Körper aufweist. Damit muss die Flüssigkeit nicht unmittelbar mittels Ventil aus dem Behältnis abgezogen bzw. in dieses gefüllt werden, sondern kann über folgende erfindungsgemäße Ausgestaltung auf verbesserte Weise gehandhabt werden: Dazu ist das Rohr an der zweiten Baueinheit des Halteabschnitts des Ventilaufsatzes angeordnet und erstreckt sich konzentrisch positioniert durch die Durchlassöffnung des festen unteren Abschnitts des Halteabschnitts und weiter durch die Durchlässe der ringförmigen Verschlussteile. Es ist dazu ausgebildet, in einer Benutzungsanordnung bis nahe an einen Boden eines vorgegebenen Behältnisses zu ragen. Der ballonartige Körper ist mit seinem geschlossenen Ende über das freie Ende des Rohres gezogen und erstreckt sich durch den Ventilaufsatz bis in den Halteabschnitt, in dem er festgelegt ist. Im Folgenden wir die Vorrichtung zum Befüllen oder Entleeren eines Behältnisses auch als Befüllvorrichtung bezeichnet, jedoch beziehen sich die folgenden Beschreibungen gleichermaßen auf die Entleervorrichtung.
In Bezug zu der Aussage „bis nahe an den Boden” ist zu sagen, dass ein solcher Abstand gewahrt werden soll, dass das Rohr beim Einführen in das Behältnis so weit von dessen Boden beabstandet platziert wird, dass weder der Boden noch der ballonartige Körper beschädigt werden.
Da bei Flaschen fertigungstechnisch kleine Differenzen in der Wandungsstärke des Bodens auftreten können, und das Einführen des Rohres immer im gleichen Maße erfolgt, muss die maximale Einführtiefe unter Berücksichtigung dieser Differenzen eingestellt werden. Um dennoch das Rohr – das auch als Stab bezeichnet werden kann, oder als rohrförmiges Element – so weit einzuführen, dass der ballonartige Körper bei gleichmäßigem Expandieren oder Auffalten allseitig, auch am Boden, bis an die Innenwandung (Innenmantelfläche) des Behältnisses gelangt, kann am unteren Ende des Rohrs eine Abstandsanpassungsvorrichtung angeordnet sein. Eine solche ist im entsprechenden Kontext in der DE 10 2012 021 775 A1 offenbart, auf die verwiesen wird und deren Inhalt hierin vollumfänglich einbezogen ist. Die Vorrichtung dort zum Befüllen oder zum Entleeren eines Behältnisses mit Flüssigkeit hat einen einer Halterung angeordneten Stab und einen den Stab umhüllenden, gegenüber der Flüssigkeit flüssigkeitsdichten sowie gasdichten, ballonartigen Körper. Der Stab (hierin das Rohr) dort ist eben auch mit dem ballonartigen Körper in eine Öffnung des Behältnisses einführbar und nach vollständigem Einführen die Halterung auf oder in der Öffnung des Behältnisses festgelegt (hierin ist „festgelegt” im Sinne von „positioniert” zu verstehen). Nach dem Einführen wird der ballonartige Körper mit einem Expansionsmedium derart befüllt und aufgebläht, so dass er an der Innenmantelfläche des Behältnisses anliegt. Der Abstand zwischen dem unteren Ende des Stabes und der oberen Halterung ist je nach dem Abstand zwischen dem unteren Boden und der oberen Öffnung des Behältnisses selbsttätig veränderbar, was durch Teleskopierbarkeit des Stabes oder mit einer verlängernden, besonders mit im Stab geführten, längsverschiebbar oder auf diesen aufgeschobenen Hülse erreicht wird. Es kann auch eine Stange in dem Stab bzw. Rohr geführt sein. Vorliegend wird es sich immer um ein Rohr zur Fluidführung handeln; beides, die Hülsen- oder die Stablösung, besonders gefedert, ist möglich.
In einer weiteren Ausführungsform ist der ballonartige Körper in der Durchlassöffnung des Halteabschnitts mittels eines Klemmkörpers, der bevorzugt über eine Feder gegen den oberen Abschnitt des Halteabschnitts abgestützt ist, fluiddicht befestigt. Durch diese Anordnung sitzt der ballonartige Körper auch dann sicher auf dem Rohr, wenn Druck auf den Ballon wirkt und ihn expandieren oder auffalten lässt.
Dass der ballonartige Körper mit dem Rohr und dem oberen Abschnitt des Halteabschnitts eine lösbare Einheit bildet, ist eine sehr geschickte Ausführungsform, da so der Ballon, der ca. 5000 Befüllzyklen mitmacht, im Schadensfall ganz leicht und mit geringem Zeitaufwand ausgetauscht werden kann, indem einfach der oberen Abschnitt des Halteabschnitts gelöst wird. Dann wird der schadhafte ballonartige Körper vom Rohr abgezogen und ein neuer wird aufgezogen und die lösbare Einheit wird wieder eingesetzt. Dies lässt sich besonders gut realisieren, wenn der obere Abschnitt eine Bohrung hat, in der das Rohr aufgenommen ist und sich das Rohr durch die eine Bohrung nach oben erstreckt und in einem Befestigungsstutzen unlösbar aufgenommen ist. Dieser wiederum kann dann lösbar mit einer Fluidquelle, etwa einer Gasquelle, gekoppelt sein.
Zur besonders geeigneten Befestigung des oberen Endes des ballonartigen Körpers kann die Durchlassöffnung an ihrer Innenseite einen sich in Richtung des zweiten Gehäuseteils verjüngenden Konus aufweisen und der Klemmkörper eine Klemmkugel oder ein Klemmkegel sein, die so zusammenwirken, dass sie das äußere Ende des ballonartigen Körpers, das über den Klemmkörper gezogen ist, während das Rohr sich durch den Klemmkörper bzw. eine darin vorgesehene Bohrung erstreckt, in dem Klemmkonus verklemmen.
Der ballonartige Körper, der mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen, aber auch mit anderen Vorrichtungen verwendet werden kann, kann durch einen Schlauch aus einem thermoplastischen elastomeren Material, wie bevorzugt ein TPE-Extrudat, das einenends verschlossen ist, gebildet sein. Vorteilhaft lassen sich diese Schläuche kostengünstig und ggü. vielen der Befüllung unterzogenen Substanzen gegenüber inert fertigen. Der Verschluss des Schlauches kann durch ein mit dem Schlauchmaterial verschweißtes, in das Schlauchende eingeführtes Endstück, bevorzugt ein zylindrisches Endstück, besonders bevorzugt ein zylindrisches PE-Endstück, hergestellt werden. Der Schlauch kann aber auch auf andere Weise verschlossen werden. Der Schlauch soll wenigstens einen, bevorzugt eine Vielzahl an Strömungskanälen an seiner Außenmantelfläche aufweisen, was etwa durch einen oder mehrere Längsstege oder Längsnuten entlang seiner Länge erreicht wird. Die Querschnitte der Stege oder Nuten können dabei polygonal oder rund sein; wichtig ist, dass sie die Außenfläche des ballonartigen Körpers im expandierten Zustand von der Innenwandung des Behältnisses grade so beabstanden, dass bei maximaler Volumenbeanspruchung und damit Luftverdrängung oder Fluidverdrängung im Behältnis dennoch Strömungskanäle verbleiben. Je mehr Strömungskanäle vorliegen desto sicherer ist die Positionierung in Bezug zu den Ventilen durch die Fluid strömen soll. Daher muss eben zumindest ein Strömungskanal so mit der Geometrie der Ringspalte korrespondieren, dass zumindest ein Fluidpfad, bzw. zwei Fluidpfade geschaffen werden.
Der ballonartige Körper kann auch aus einem nicht-elastomeren Material gebildet sein. Dann liegt er als an seinem unteren Ende nicht-offener Körper vor, der ebenfalls aus obigem Grund einen oder mehrere Längsstege und/oder Längsnuten hat. Er verfügt über einen schlauchförmigen Abschnitt, dessen Innendurchmesser und Länge einem Außendurchmesser eines zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung vorbestimmten Rohres entspricht, so dass der schlauchförmigen Abschnitt spielfrei auf das Rohr ziehbar ist, und einen auffaltbaren Abschnitt, der eine Form hat, die dazu ausgebildet ist, in einem aufgefalteten Zustand an einer Innenwandung des Behältnisses anzuliegen.
Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Befüllanordnung zum Befüllen eines Behältnisses oder zum Entleeren eines Behältnisses von einer Flüssigkeit, die die vorstehend beschriebene Befüllvorrichtung und zusätzlich einen Fluidvolumenkompensator aufweist, auf den der Ventilaufsatz und dieser auf dem Behältnis, das letztlich zu befüllen oder zu entleeren ist, angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Befüll- bzw. Entleervorrichtung wird für ein Befüllverfahren für ein Behältnis wie folgt verwendet:

a) fluiddicht Anordnen eines Behältnisses mit seiner Füllöffnung an der Unterseite des Ventilaufsatzes, dann Einführen des Rohrs mit dem darüber gezogenen ballonartigen Körper in das Behältnis,
b) nach oben Bewegen der zweiten Baueinheit mit Ventilsitz des zweiten Ventils und zweitem Gehäuseteil, dadurch Abheben des Verschlussteils des zweiten Ventils und Öffnen des zweiten Ventils,
c) einströmen Lassen von Expansionsmedium in den ballonartigen Körper, dadurch Expandieren des ballonartigen Körpers und Verdrängen von Fluid aus dem Behältnis und ausströmen Lassen des Fluids durch das geöffnete zweite Ventil,
d) um den gleichen Weg nach oben Bewegen der ersten Baueinheit mit Ventilsitz des ersten Ventils und dem ersten Gehäuseteil und der dritten Baueinheit mit dem Träger und den Verschlussteilen, dadurch Abheben des Verschlussteils und Öffnen des ersten Ventils und Schließen des zweiten Ventils,
e) einströmen Lassen von Füllfluid durch das erste Ventil durch den Ringspalt des ersten Ventils in das Behältnis,
f) beim Einströmen des Füllfluids Verdrängen und Ausströmen Lassen des Expansionsmediums aus dem ballonartigen Körper, Fortsetzen des Einströmens von Füllfluid bis der ballonartige Körper vollständig kontrahiert ist,
g) Abheben des Ventilaufsatzes von dem Behältnis und Herausziehen des Rohrs und des darüber gezogenen ballonartigen Körpers.

Die fluiddichte „Verbindung” des Behältnisses mit dem Ventilaufsatz kann direkt oder indirekt erfolgen, je nachdem, ob ein Volumenkompensator verwendet wird, der dann quasi als Behältnis zu verstehen ist.
In einer Weiterführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung mit Volumenkompensator vorgesehen. Es ist dann vorgesehen, dass im Schritt
a) die Füllöffnung des Behältnisses dicht mit einer Unterseite des Fluidvolumenkompensators verbunden wird,
und im Schritt f) ein Kompensationsvolumen des Fluidvolumenkompensators mit dem Füllfluid befüllt wird. Weiter erfolgt
in Schritt g) beim Herausziehen des Rohrs und des darüber gezogenen ballonartigen Körpers nachfließen Lassen des Kompensationsvolumens aus dem Fluidvolumenkompensator in das Behältnis, dadurch Ausgleichen eines Verdrängungsvolumens des Rohrs und des ballonartigen Körpers.
Analog kann mit der erfindungsgemäße Befüll- bzw. Entleervorrichtung ein Entleerverfahren mit einem fluidgefüllten Behältnis durchgeführt werden mit den Schritten:

a) fluiddicht Anordnen eines mit Fluid gefüllten Behältnisses mit seiner Füllöffnung an der Unterseite des Ventilaufsatzes, dann Einführen des Rohrs mit dem darüber gezogenen ballonartigen Körper in das Behältnis,
b) die zweite Baueinheit und die dritte Baueinheit mit Ventilaufsatzes mit Träger und Verschlussteilen, um den gleichen Weg nach oben Bewegen, dadurch Abheben des Verschlussteils des ersten Ventils und Öffnen desselben,
b) einströmen Lassen von Expansionsmedium in den ballonartigen Körper, und Expandieren desselben, dabei und Verdrängen des Fluids aus dem Behältnis, dabei Ausströmen Lassen des Fluids durch den Ringspalt (9') des geöffneten ersten Ventils
c) die dritte Baueinheit nach unten bewegen und dadurch Aufsetzen des Verschlussteils des ersten Ventils auf den Ventilsitz des ersten Ventils und Schließen des ersten Ventils, dabei Abheben des Verschlussteils des zweiten Ventils von dem Ventilsitz des zweiten Ventils und öffnen des zweiten Ventils,
d) ausströmen Lassen von Expansionsmedium aus dem ballonartigen Körper (3), dadurch Kontrahieren des ballonartigen Körpers und Druck Ausgleichen.

Unter Verwendung eines Fluidvolumenkompensators, der mit der Unterseite des Ventilaufsatzes fluiddicht verbunden ist, wird im Schritt a) die Füllöffnung des Behältnisses (1) dicht mit einer Unterseite des Fluidvolumenkompensators verbunden und im Schritt b) erfolgt beim expandieren Lassen des ballonartigen Körpers Befüllen eines Kompensationsvolumens des Fluidvolumenkompensators mit dem zu entleerenden Fluid, dann wird der ballonartige Körper in das Kompensationsvolumen expandieren lassen, (wobei hierin je nach Wahl des ballonartigen Körpers expandieren auch ausfalten bedeuten kann) so dass das zu entleerende Fluid vollständig aus dem Fluidvolumenkompensator verdrängt wird.
Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Gegenstände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Es zeigt:
1a eine Schnittansicht des Ventilaufsatzes im geschlossenen Zustand;
1b eine Darstellung entsprechend der in 1a, wobei das Ventil für Luft offen ist;
1c eine Darstellung entsprechend denen in 1a und 1b, wobei das Ventil für die Luft geschlossen und das Ventil für die Flüssigkeit offen ist;
2a bis 2d der Verfahrensablauf zum Befüllen einer Flasche;
3a bis 3d der Verfahrensablauf zum Entleeren einer Flasche.
4 eine Längsschnittansicht eine Befüllvorrichtung mit Volumenkompensator,
5 Anlagenschema im Zustand vor dem Befüllen des Behältnisses,
6 Anlagenschema im Zustand nach dem Befüllen des Behältnisses.
Die erfindungsgemäße Befüll- bzw. Entleervorrichtung, wie deren Grundprinzip in den 1a bis 1c dargestellt ist, wird kann sowohl zum Befüllen als auch zum Entleeren eines Behältnisses verwendet werden. Entleeren kann etwa erforderlich sein, wenn bei Flaschengärung umgefüllt wird; Befüllen kann jedes Einfüllen einer Flüssigkeit in ein Behältnis wie eine Flasche, aber auch grundsätzlich andere Behältnisse meinen. In den gezeigten Figuren ist eine Flasche 1 dargestellt.
Die erfindungsgemäße Befüll- bzw. Entleervorrichtung ist in 2a bis 2d auf die Flasche 1 dicht aufgesetzt (wie dies auch in den 3a bis 3d gezeigt ist).
Die Befüll- bzw. Entleervorrichtung weist einen Ventilaufsatz 2 auf, und ein hindurch geführtes Rohr 3, über das ein ballonartiger Köper 4 gezogen ist. Dabei ragt das Rohr 3 unterseitig aus dem Ventilaufsatz 2 heraus. Der Ventilaufsatz 2 ist so beschaffen, dass er der mit seiner Unterseite dicht auf der Flasche 1 sitzt (siehe 2a–d und 3a–d), wenn diese direkt befüllt wird, oder auf einem Volumenkompensator 1' (siehe 4), wenn die Flasche „indirekt” befüllt wird. Der ballonartige Körper 4 ist in einem oberen Endbereich des Rohrs 3 fluiddicht mit dem Rohr 3 verbunden. Dort ist eine Kugel 163 mit dem Rohr 3 verbunden bzw. auf das Rohr 3 aufgeschoben, wobei der ballonartige Körper 4 über die Kugel 163 gezogen ist. Die Kugel 163 sitzt hierbei in einer Durchtrittsöffnung 161', wobei der ballonartige Körper 4 zwischen der Kugel 163 und dem oberen Rand der Durchtrittsöffnung 161' eingeklemmt ist.
Bei dem ballonartigen Körper 4 kann es sich um einen aus einem thermoplastischen elastomeren Material gebildeten Schlauch handeln, etwa einem TPE Extrudat, der an seinem unteren Ende (also dem Ende, das zur Positionierung in dem zu befüllenden oder entleerenden Behältnis vorgesehen ist) verschlossen ist. Das Verschließen kann über ein mit dem Schlauchmaterial verschweißbares Endstück, etwa ein PE-Endstück, erfolgen. Ein zylindrisches Endstück ist vorteilhaft, da es sich ohne weiteres in das Schlauchende einführen und verschweißen lässt. Der Schlauch hat in seiner nicht expandierten Form einen Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser des Rohres 3 entspricht. Seine Materialbeschaffenheit ist hinsichtlich Wandungsstärke und Elastizität so gewählt, dass der durch Aufblasen expandierte Schlauch eine Ballonform einnimmt, die das Innenvolumen des zu befüllenden Behältnisses, resp. der zu befüllenden Flasche und ggfs. davor geschaltetem Druckkompensator (siehe 4) ausfüllt. Ein extrudierter Schlauch ist besonders geeignet, wenn längsverlaufende Stege oder Nuten an der Außenseite des ballonartigen Körpers 4 vorgesehen sein sollen, da diese quasi ohne Zusatzkosten herstellbar sind. Die Nuten oder Stege sind, wie oben ausgeführt, dazu vorgesehen, Strömungskanäle bereitzustellen und so ein vollständiges Entleeren eines Behältnisses ohne Bildung von „Flüssigkeitsblasen” oder „Gasblasen” zwischen ballonartigem Körper 4 und Behältniswand zu ermöglichen.
Es ist aber auch möglich, dass der ballonartige Körper 3 ein einfacher endseitig geschlossener, also nicht offener Ballon ist. Der ballonartige Körper 4 kann ein aus einem nicht-elastomeren Material gebildeter, an seinem unteren Ende nicht-offener Körper sein. Dieser hat einen schlauchförmigen Abschnitt, der unveränderbar einen Innendurchmesser hat, der dem Außendurchmesser des entsprechenden vorgegebenen Rohres 3 entspricht und folglich diesen bündig umschliesst, und er hat einen auffaltbaren Abschnitt, der wie eine auffaltbare Tasche ist, die eine Form, hat die der Innenform des Behältnisses entspricht. Dieser Abschnitt kann aus sehr festem, dünnwandigem Material bestehen und befindet sich beim Befüll- oder Entleervorgang im Inneren des Behältnisses. Genau wie beim Schlauch liegen an der Außenseite des nicht-offenen ballonartigen Körpers Längsstege vor, die sich vom unteren Ende des nicht-offenen Körpers bis zum oberen der beiden Ventile oder darüber hinaus erstrecken.
Beim Expandieren des ballonartigen Köpers 4 kleidet dieser nicht nur das Behältnis vollständig aus, sondern auch das Innere des Ventilaufsatzes 2, d. h. der ballonartige Körper 4 legt sich von innen an die Durchgangsbohrung des Trägers 11 bzw. der Verschlussteile 9, 10 und der Ventilsitze 7, 8 an. Hierdurch kann auch der Ventilaufsatz 2 vor dem Befüllen vollständig von Umgebungsluft befreit werden, so dass auch hier das Füllfluid nicht in Kontakt mit Umgebungsluft kommt.
Der Ventilaufsatz 2, der grundsätzlich auch in anderen als der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung verwendet werden kann, zeigt in 1a bis c oder auch in 5 ein erstes Ventil 5 und ein zweites Ventil 6 mit jeweils einem ringförmigen Ventilsitz 7, 8 sowie dazu korrespondierend ein ringförmigem Verschlussteilen 9, 10. Der erste Ventilsitz 7 ist fest stehend bezüglich eines zu befüllenden Behältnisses ausgebildet und der zweite Ventilsitz 8 in Bezug zu einer Ventillängsachse verschiebbar. Die beiden Verschlussteile 9, 10 fluchten miteinander und umgeben das Rohr (3) unter Ausbildung jeweils eines Ringspaltes 8', 9' Die Verschlussteile 9, 10 der beiden Ventile 5, 6 sind an einem gemeinsamen, längs der Ventillängsachse verschiebbaren Träger 11 angeordnet, wobei die Gesamtheit der Verschlussteile 9, 10 und des Trägers als dritte Baueinheit 23' bezeichnet wird. Mit „erste Baueinheit” 21' wird der Ventilsitz 7 des unteren Ventils 5 und das zugeordnete Gehäuseteil 21 bezeichnet. Die zweite Baueinheit 22' wird entsprechend durch den Ventilsitz 8 des oberen Ventils 6 und dessen zugeordneter Gehäuseteil 22 bezeichnet.
Die Baueinheiten 21', 22', 23' können relativ zueinander entlang der Ventillängsachse bewegt werden, um einzelne Ventile 5, 6 oder beiden Ventile 5, 6 zu öffnen.
Der Bewegungsablauf zum Öffnen des oberen Ventils 6, das hier das Luftventil ist, ist in 1b gezeigt. Hierzu wird die zweite Baueinheit 22', die das Bauteil mit dem Ventilsitz 8 des oberen Ventils 6 und das zweite (obere) Gehäuseteil 22 umfasst in einer mit den Pfeilen dargestellten Richtung entlang der Ventillängsachse verschoben, so dass der Ventilsitz 8 von dem Verschlussteil 10 abhebt und ein Öffnungsquerschnitt frei wird, wodurch das Ventil geöffnet wird. In diesem Zustand kann Umgebungsluft oder auch jedes andere gasförmige oder flüssige Medium durch den Ringspalt 8', der sich zwischen dem Ventilsitz 8 und der äußeren Mantelfläche des ballonartigen Körpers 4 befindet, ein- oder ausströmen. Die Umgebungsluft wird dem Ventil 6 über die Bohrung 14 und den daran angrenzenden Ringraum 12 zu- bzw. abgeleitet. Die Bohrung 14 und der Ringraum 12 sind gegenüber dem Träger 11 über einen Dichtbalg 24 abgedichtet, sodass keine Umgebungsluft oder ein anderes Fluid entweichen kann; dies ist insbesondere wichtig, wenn der Befüll- bzw. Entleervorgang unter hohen Differenzdrücken ausgeführt wird. Die Bewegung der zweiten Baueinheit in Richtung Ventillängsachse wird hierbei durch den Abstand b verdeutlicht, der dem Abstand des ersten Gehäuseteils 21 von dem zweiten Gehäuseteil 22 in dem geschlossenen Zustand der 1a entspricht.
Der Bewegungsablauf um das untere Ventil 5 zu öffnen, da hier das Flüssigkeitsventil ist, ist in 1c gezeigt. Hierbei wird sowohl die zweite Baueinheit 22', die das Bauteil mit dem Ventilsitz 8 und das zweite (obere) Gehäuseteil 22 aufweist, und die dritte Baueinheit 23', die die Verschlussteile 9, 10 und den Träger 11 aufweist, um den gleichen Betrag in der mit den Pfeilen dargestellten Richtung entlang der Ventillängsachse verschoben, wodurch das Verschlussteil 9 des unteren Ventils 5 von seinem Ventilsitz 7 abgehoben wird und das Ventil geöffnet wird; das obere Ventil 6 (hier Luftventil) bleibt geschlossen. Somit ist ein Durchfluss durch das Ventil 5 in/von dem Ringraum 12 und die Bohrung 15 möglich. Auch an der Unterseite liegt eine Abdichtung des den Ventilsitz 7 umgebenden Ringraums 12 gegenüber dem Träger 11 mittels eines Dichtbalg 24 vor, sodass die Gleitflächen des Trägers 11 gegenüber dem Gehäuseteil 21 bzw. gegenüber dem Bauteil, das den Ventilsitz 7 aufweist, nicht mit Füllfluid in Kontakt kommen und verschmutzt werden und sich keine Keimherde bilden.
Die Funktionsweise beim Befüllen des Behältnisses 1 mit einer Flüssigkeit 13 ist wie folgt (2a bis 2d):
Zunächst wird der Aufsatz 2 von oben auf das leere Behältnis 1 in Form einer Flasche aufgesetzt und das Rohr 3 mit dem darüber gezogenen ballonartigen Körper 4 eingeführt, so dass der Aufsatz 2 mit seiner Unterseite dicht auf dem oberen Flaschenhals aufliegt (2a und 2b). Nun wird das Luftventil (zweites, oberes Ventil 6) des Ventilaufsatzes 2, wie unter 1b beschrieben, geöffnet. Anschließend wird der ballonartige Körper 4 mit einem Expansionsmedium (insbesondere sterile Druckluft) derart aufgebläht, dass dieser ballonartige Körper 4 den gesamten Innenraum des Behältnisses 1 ausfüllt (2c). Die Zuführung des Expansionsmediums erfolgt dabei über das Rohr 3. Statt Befüllen des Ballons kann auch das Behältnis evakuiert werden um den Ballon an die Innenmantelfläche zu „ziehen”.
Indem der ballonartige Körper 4 den gesamten Innenraum des Behältnisses 1 ausfüllt, muß die darin befindliche Luft entweichen. Zu diesem Zweck ist (wie in 1b dargestellt) das obere, zweite Ventil 6 geöffnet. Die verdrängte Luft wird beim Aufblähen des ballonartigen Körpers 4 über den Ringraum 12 und die Bohrung 14 abgeführt. Damit sämtliche Luft aus dem Behältnis 1 beim allmählichen Aufblähen des ballonartigen Körpers 4 entweichen kann und sich keine „Luftsäcke” bilden, ist die Oberfläche dieses ballonartigen Körpers 4 vorzugsweise in Längsrichtung profiliert bzw. weist Stege oder Nuten auf.
Anschließend kann die Flüssigkeit 13 dem Behältnis 1 zugeführt werden. Zu diesem Zweck wird das obere, zweite Ventil 6 wieder geschlossen und das untere, erste Ventil 5 geöffnet, wobei der Ablauf zum Öffnen des unteren Ventils 5 unter 1c beschrieben ist. Über eine Bohrung 15 und den Ringraum 12 wird das Füllfluid 13 dem unteren, ersten Ventil 5 zugeführt und fließt schließlich durch den Ringspalt 9' zwischen der Mantelfläche des ballonartigen Körpers 4 und dem Ventilsitz 7 in das Behältnis 1. Das befüllte Behältnis 1 ist in 2d dargestellt.
Anschließend kann die Befüllvorrichtung mit ihrem Aufsatz 2, dem Rohr 3 und dem ballonartigen Körper 4 wieder herausgezogen werden.
Die Funktionsweise beim Entleeren des mit einer Flüssigkeit 13 befüllten Behältnisses 1 ist wie folgt (3a bis 3d):
Auch hier wird zunächst der Aufsatz 2 mit seiner Unterseite dicht auf der Öffnung des Behältnisses 1 aufgelgt und mit seinem Rohr 3 und dem ballonartigen Körper 4 in das mit einer Flüssigkeit 13 befüllte Behältnis 1 eingeführt.
Zunächst wird dann das untere, erste Ventil 5, das das Flüssigkeitsventil ist, geöffnet wie unter 1c beschrieben. Anschließend wird der ballonartige Körper 4 mit einem Expansionsmedium aufgebläht, welches über das Rohr 3 zugeführt wird. Durch den Druck auf die im Behältnis 1 befindliche Flüssigkeit 13 wird diese Flüssigkeit 13 über das untere, erste Ventil 5 heraus gepresst. Die Flüssigkeit 13 strömt dabei zunächst durch den Ringraum 12 und fließt dann über die Bohrung 15 ab. In 3c ist dargestellt, wenn der ballonartige Körper 4 das Behältnis 1 voll ausfüllt und damit sämtliche Flüssigkeit 13 hinausgepreßt worden ist. Damit auch hier sämtliche Flüssigkeit 13 aus dem Behältnis 1 abfließen kann, ist die Oberfläche des ballonartigen Körpers 4 vorzugsweise profiliert, insbesondere längs profiliert.
Anschließend wird das Expansionsmedium wieder aus dem ballonartigen Körper 4 abgelassen, so daß dieser in seinen Ausgangszustand zurückkehrt (3d). Beim Kontrahieren des ballonartigen Körpers 4 muss allerdings das obere, zweite Ventil 6, das hier Luftventil ist, geöffnet werden, sodass Umgebungsluft oder jedes andere Gas in die Flasche nachströmen kann, um einen Druckausgleich herzustellen. Der Bewegungsblauf des Ventilaufsatzes 2 zum Öffnen des oberen, zweiten Ventils 6 ist unter 1b beschrieben.
Der Ventilaufsatz 2 kann entweder direkt auf eine Flasche oder oder ein ähnliches zu befüllendes Behältnis 1 (siehe 2a–d, 3a–d) aufgesetzt werden oder aber „mittelbar” über einen Volumenkompensator 1', der quasi auch ein „zu befüllendes Behältnis” ist. Dies ist in 4 gezeigt. Der Volumenkompensator 1' wird auch durch den ballonartigen Körper ausgekleidet und im Verfahren befüllt und entleert.
In der 4 ist der ballonartige Körper 4 (siehe bspw. 5 und 6) jedoch nicht gezeigt. Dieser wird von der dem zu befüllenden Behältnis zugewandten Seite her auf das Rohr 3 gezogen und erstreckt sich bis in einem oberen, d. h. dem Behältnis abgewandten Endbereich des Rohrs 3. Dort ist eine Klemmkugel 163 vorgesehen, über die der ballonartige Körper fluiddicht gegenüber dem Rohr 3 abgedichtet ist. Zur Führung des Rohrs 3 in Axialrichtung ist ein Halteabschnitt 2 vorgesehen, der an dem oberen Ende der zweiten Baueinheit 22' angeordnet ist, genauer gesagt an dem Bauteil, das den Ventilsitz 8 des zweiten Ventils 6 aufweist.
Der Halteabschnitt 16 besteht hierbei aus zwei Einzelteilen, einen bezüglich der zweiten Baueinheit 22' fest stehenden unteren Abschnitt 161 und einen entnehmbaren oberen Abschnitt 162, der eine Aufnahmebohrung 162' hat, in der das Rohr radialspielarm gelagert ist. Der untere fest stehende Abschnitt 161 hingegen hat eine Durchlassöffnung 161', durch die das Rohr 3 geführt ist, wobei das Rohr 3 darin ein merkliches Radialspiel hat. Auf dem oberen Rand dieser Durchlassöffnung 161' liegt der Klemmkörper 163 auf. Es ist vorgesehen, den ballonartigen Körper zwischen dem Klemmkörper und der Durchtrittsöffnung festzuklemmen. Damit der ballonartige Körper beim Festklemmen nicht durch zu hohe Klemmkräfte beschädigt wird, ist eine Feder 164 vorgesehen, die sich einenends an dem entnehmbaren Abschnitt 162 des Halteabschnitts 16 abstützt und anderenends auf dem Klemmkörper 163; hierdurch wird die Klemmkraft begrenzt. Durch die gezeigte Konstruktion kann eine einfache Austauschbarkeit des ballonartigen Körpers erreicht werden. Zum Austausch wird zunächst der lösbare Abschnitt 162 von dem fest stehenden Abschnitt 161 des Halteabschnitts getrennt, wodurch sich die Feder 164 entspannt und ein zwischen Feder 164 und Durchtrittsöffnung festgelegter ballonartiger Körper aus seiner Klemmung gelöst wird. Der ballonartige Körper kann in zusammengezogenem Zustand zusammen mit dem oberen Abschnitt 162 des Halteabschnitts 16, dem Rohr 3 und dem Klemmkörper 163 aus dem Ventilaufsatz heraus gezogen werden. Anschließend kann ein neuer ballonartiger Körper montiert werden, indem dieser über das Rohr 3 und den Klemmkörper 163 gestreift wird. Der Einbau erfolgt in umgekehrter Reihenfolge-Ersetzen eines kaputten Ballons ist also leicht möglich.
Vorteilhaft ist der ballonartige Körper also so lang, dass er sich über die komplette Länge des Rohrs 3, durch den Fluidvolumenkompensator 1', den Ventilaufsatz 2 bis über diesen hinaus erstreckt. Beim Expandieren des ballonartigen Körpers wird daher nicht nur das zu befüllende/entleerende Behältnis ausgekleidet, sondern auch das Innere des Ventilaufsatzes 2 und des Volumenkompensators 1', wodurch eine sterile Abfüllung ermöglicht wird.
Der Volumenkompensator 1' nimmt die Füllmenge auf, die durch das zur Befüllung erforderliche Rohr 3 samt ballonartigem Körper 4 aus dem eigentlich zu befüllenden oder zu entleerenden Behältnis; meist einer Flasche 1, verdrängt wird, wenn beides zusammen in dieses eingeführt wird; entsprechend läuft diese in dem Volumenkompensator 1' aufgenommene Flüssigkeitsmenge nach dem Herausziehen des Rohres 3 samt ballonartigem Körper 4 nach.
In 5 ist ein Schema einer Anlage dargestellt, in der die erfindungsgemäße Befüll- bzw. Entleervorrichtung eingesetzt wird. Der gezeigte Zustand ist der Zustand kurz vor dem Beginn des Einfüllvorgangs. Der ballonartige Körper 4 ist dabei expandiert und kleidet sowohl die Flasche 1, den Volumenkompensator 1' als auch den Ventilaufsatz 2 aus. Damit Flüssigkeit in die Flasche 1 strömen kann, sind die zweite Baueinheit 22', bestehend aus zweitem Gehäuseteil 22 und dem Bauteil mit dem Ventilsitz 8, und die dritte Baueinheit 23', bestehend aus dem Träger 11 und den Verschlussteilen 9, 10 nach oben verfahren, um das untere Ventil 5 (siehe 1c) zu öffnen; dies ist durch die Pfeile dargestellt. Es ist dabei vorgesehen, dass die einzufüllende Flüssigkeitsmenge zunächst durch einen Vordosierer 30, der einen Kolben 3β' aufweist, vorzudosieren und über diesen einzupressen. Damit beim Einpresshub des Kolbens 30' keine Rückströmung stattfindet, ist eine Rückschlagklappe 30'' vorgesehen. Ferner ist die Leitung für das Expansionsmedium 40 zu erkennen, die gasdicht mit dem oberen lösbaren Teil 162 des Halteabschnitts 16 verbunden ist. Durch diese Leitung 40 wird das Expansionsmedium aus dem ballonartigen Körper 4 proportional zu der Füllmenge abgeführt, sobald der Befüllvorgang gestartet ist. Bei dem Expansionsmedium kann es sich um reine Druckluft handeln.
Um in diesem expandierten Endzustand das aus- und einströmen Lassen von Fluid (Luft oder Flüssigkeit) entlang der Länge des nunmehr im Behältnis ballonartigen Körpers (kurz „Ballon”) in das oder aus dem Behältnis zu erlauben, hat der Schlauch an seiner Außenseite zumindest einen, besser noch zwei oder noch besser einige mehr Längsstege, deren Querschnittsprofil nahezu beliebig sein kann; es kommt dabei darauf an, dass die Längsstege sich dann, wenn der expandierte Schlauch die Ballonform einnimmt, gegen die Behältnisinnenwandung abstützen und einen Strömungsspalt vom Boden des Behältnis nach oben ausbilden. Beim Fertigen des Schlauches als Extrudat ist es im Übrigen besonders geeignet, die Stege einfach durchgängig herzustellen. Diese Stege haben eine Länge, die sich von einem unteren Ende des Schlauches, das im unteren zu befüllenden Behältnis am Boden zu liegen kommt, bis mindestens zu dem Abschnitt des Schlauches erstrecken, der mit der Oberkante des zweiten Ventils endet. Entsprechend muss die Länge des Schlauches mindestens so lang sein, dass sein nicht expandierter Abschnitt sich von der Klemmung in dem Halteabschnitt durch den Ventilaufsatz hindurch und weiter durch ggfs. den Fluidvolumenkompensator und schließlich in ein zweites, eigentlich zu befüllendes erstreckt, so dass der expandierte Abschnitt den Boden dieses Behältnis erreicht.
Dabei sei hiermit ausdrücklich auf die Patentanmeldung DE 10 2012 021 775 A1 verwiesen und deren Inhalt hierin einbezogen, die eine Abstandsanpassungsvorrichtung für solche Befüllvorrichtungen offenbart, die mit dem Ballon-Stab-Prinzip befüllt werden.
In 6 ist der Zustand nach erfolgter Befüllung (bzw. vor dem Beginn der Entleerung) dargestellt. Die zweite Baueinheit 22' und die dritte Baueinheit 23' befinden sich in ihrer Ruhestellung, d. h. das erste Ventil 5 und das zweite Ventil 6 (siehe 1a bis 1c) sind geschlossen. Die Flasche 1 ist voll und der ballonartige Körper 4 ist kontrahiert. Jedoch verdrängen der ballonartige Körper 4 und das Rohr 3 ein Volumen in der Flasche 1, sodass beim Herausziehen aus der Flasche 1, der Füllstand sinken wird. Um diesen ”Verlust” auszugleichen wird in dem Volumenkompensator 1' ein Kompensationsvolumen vorgehalten, das auf die Abmessungen des Rohrs 3 und des eingesetzten ballonartigen Körpers 4 abgestimmt ist und beim Herausziehen des Rohrs 3 nachströmen wird.
Bezugszeichenliste

1: Behältnis
1': Volumenkompensator
2: Aufsatz
3: Rohr
4: ballonartiger Körper
5: erstes Ventil
6: zweites Ventil
7: Ventilsitz (erstes Ventil 5)
7': Ringspalt des ersten Ventils
8: Ventilsitz (zweites Ventil 6)
8': Ringspalt des zweiten Ventils
9: Verschlussteil (erstes Ventil 5)
10: Verschlussteil (zweites Ventil 6)
11: Träger
12: Ringraum
13: Flüssigkeit
14: Bohrung (zweites Ventil 6)
15: Bohrung (erstes Ventil 5)
16: Halteabschnitt
161: fest stehende unterer Abschnitt des Halteabschnitts
161': Durchlassöffnung
162: lösbar verbundener oberer Abschnitt des Halteabschnitts
162': Aufnahmebohrung
163: Klemmkörper
164: Feder
21: erstes Gehäuseteil
21': erste Baueinheit
22: zweites Gehäuseteil
22': zweite Baueinheit
23': dritte Baueinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012021775 A1 [0024, 0069]

Claims

Ventilaufsatz (2) zum Befüllen und Entleeren zumindest eines Behältnisses (1, 1') mit einer Flüssigkeit, der mit einer Unterseite dicht auf das Behältnis (1, 1') aufsetzbar ist, wobei der Ventilaufsatz (2) ein erstes und ein zweites Ventil (5, 6) aufweist, die jeweils einen ringförmigen Ventilsitz (7, 8) sowie dazu korrespondierend ein ringförmiges Verschlussteil (9, 10) aufweisen, wobei der erste Ventilsitz (7) fest stehend und der zweite Ventilsitz (8) in Bezug zu einer Ventillängsachse verschiebbar ist und die ringförmigen Verschlussteile (9, 10) miteinander fluchten und dazu ausgebildet sind, ein vorgegebenes rohrförmiges Element (3) unter Ausbildung eines Ringspaltes (7', 8') zu umgeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussteile (9, 10) der beiden Ventile (5, 6) an einem gemeinsamen, entlang der Ventillängsachse verschiebbaren Träger (11) angeordnet sind, und der Ventilaufsatz (2) zumindest drei voneinander separate Baueinheiten (21', 22', 23') aufweist, wobei – eine erste Baueinheit (21'), die an einem dem zu befüllenden Behältnis (1, 1') zugewandten Ende des Ventilaufsatzes (2) angeordnet ist, ein erstes Gehäuseteil (21) und den Ventilsitz (7) für das Ventil (5) aufweist; – eine zweite Baueinheit (22'), die an einem von dem zu befüllenden Behältnis (1, 1') abgewandten Ende des Ventilaufsatzes (2) angeordnet ist, einen zweiten Gehäuseteil (22) und den Ventilsitz (8) für das Ventil (6) aufweist; – eine dritte Baueinheit (23') die die Verschlussteile (9, 10) und den Träger (11) umfasst; wobei die Baueinheiten (21', 22', 23') in Richtung der Ventillängsachse relativ zueinander bewegbar sind.
Ventilaufsatz (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussteile (9, 10) der beiden Ventile (5, 6) und der Träger (11) – in Bezug zueinander verschiebefest angeordnet sind, und/oder – einstückig ausgebildet sind.
Ventilaufsatz (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Baueinheit (22') ein Halteabschnitt (16) angeordnet ist, der dazu ausgebildet ist, das vorgegebene rohrförmige Element (3) konzentrisch in den Durchlassen (9', 10') der ringförmigen Verschlussteile (9, 10) zu halten, bevorzugt einen Halteabschnitt (16), der einen in Bezug zu der zweiten Baueinheit (22') festen unteren Abschnitt (161) mit einer Durchlassöffnung (161') für ein rohrförmiges Element (3) und einen lösbar mit dem unteren Abschnitt (161) verbundenen oberen Abschnitt (162) aufweist, der eine Bohrung (162') zur Aufnahme eines rohrförmigen Elements (3) aufweist, wobei die Durchlassöffnung (161') mit den Durchlässen (9', 10') der ringförmigen Verschlussteile (9, 10) fluchtet und wobei in der Durchlassöffnung (161') ein Klemmkörper (163) sitzt, der bevorzugt über eine Feder (164) gegen den oberen Abschnitt (162) abgestützt ist.
Ventilaufsatz (2) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die beiden Ventile (5, 6) Kegelventile sind, und/oder – das erste Ventil (5) und/oder das zweite Ventil (6) von einem Ringraum (12) zum Speichern des jeweiligen Mediums bezüglich des Rohres (3) konzentrisch umgeben sind.
Ventilaufsatz (2) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussteile (9, 10) der beiden Ventile (5, 6) gegenüber den jeweils zugeordneten Baueinheiten (21', 22') abgedichtet sind, wobei bevorzugt jeweils ein Dichtbalg (24) vorgesehen ist, der einer Relativbewegung der Verschlussteile (9, 10) gegenüber den Baueinheiten (21', 22') folgt.
Vorrichtung zum Befüllen eines Behältnisses (1) oder zum Entleeren eines Behältnisses (1) von einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung – einen Ventilaufsatz (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, – ein Rohr (3), – einen ballonartigen Körper (4) aufweist, wobei das Rohr (3) an der zweiten Baueinheit (162) des Halteabschnitts (16) des Ventilaufsatzes (2) angeordnet ist und sich konzentrisch positioniert durch die Durchlassöffnung (161') des festen unteren Abschnitts (161) des Halteabschnitts (16) und weiter durch die Durchlässe (9', 10') der ringförmigen Verschlussteile (9, 10) erstreckt und dazu ausgebildet ist, in einer Benutzungsanordnung bis nahe an einen Boden eines vorgegebenen Behältnisses (1) zu ragen, und und wobei der ballonartige Körper (4) mit seinem geschlossenen Ende über das freie Ende des Rohres (3) gezogen ist und sich durch den Ventilaufsatz (2) bis in den Halteabschnitt (16) erstreckt und in diesem festgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ballonartige Körper (4) in der Durchlassöffnung (161') des Halteabschnitts (16) mittels eines Klemmkörpers (163), der bevorzugt über eine Feder (164) gegen den oberen Abschnitt (162) des Halteabschnitts (16) abgestützt ist, fluiddicht festgelegt ist und/oder wobei bevorzugt der Klemmdruck höher ist als der Fluiddruck.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ballonartige Körper (4) mit dem Rohr (3) und dem oberen Abschnitt (162) des Halteabschnitts (16) eine lösbare Einheit bildet, wobei bevorzugt der obere Abschnitt (162) eine Bohrung (162') aufweist, in der das Rohrs (3) aufgenommen ist, und wobei besonders bevorzugt, sich das Rohr (3) durch die eine Bohrung (162') nach oben erstreckt und in einem Befestigungsstutzen (165) unlösbar aufgenommen ist, der zur lösbaren Kopplung mit einer Fluidquelle, bevorzugt mit einer Inertgasquelle ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnung (161') an ihrer Innenseite einen sich in Richtung des zweiten Gehäuseteils (22) verjüngenden Konus aufweist und dass der Klemmkörper (163) eine Klemmkugel (163) oder ein Klemmkegel ist, die/der ausgebildet ist, das obere Ende des ballonartigen Körpers (4) zu verklemmen.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ballonartige Körper – durch einen aus einem thermoplastischen elastomeren Material, bevorzugt einem TPE-Extrudat, gebildeten, einenends verschlossenen Schlauch, gebildet ist, wobei der Verschluss des Schlauches bevorzugt durch ein mit dem Schlauchmaterial verschweißtes in das Schlauchende eingeführtes Endstück, bevorzugt ein zylindrisches Endstück, besonders bevorzugt ein zylindrisches PE-Endstück ausgebildet ist, und wobei der Schlauch zumindest einen Längssteg und/oder zumindest eine Längsnut, bevorzugt zwei oder mehr Längsstege oder -nuten entlang seiner Länge aufweist oder – ein aus einem nicht-elastomeren Material gebildeter, an seinem unteren Ende nicht-offener Körper ist, der zumindest einen Längssteg und/oder zumindest eine Längsnut, bevorzugt zwei oder mehr Längsstege oder -nuten entlang seiner Länge aufweist und/oder – einen schlauchförmigen Abschnitt hat, dessen Innendurchmesser und Länge einem Außendurchmesser eines zur Verwendung in einer Befüllvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 9 vorbestimmten Rohres (3) entspricht, so dass der schlauchförmige Abschnitt spielfrei auf das Rohr (3) ziehbar ist, und – einen auffaltbaren Abschnitt mit einer Form hat, die dazu ausgebildet ist, in einem aufgefalteten Zustand an einer Innenwandung des zu Behältnisses anzuliegen.
Befüllanordnung zum Befüllen eines Behältnisses (1) mit oder zum Entleeren eines Behältnisses (1) von einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllanordnung zumindest eine Befüllvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 10 und einen Fluidvolumenkompensator (1') aufweist, wobei der Ventilaufsatz (2) fluiddicht auf dem Fluidvolumenkompensator (1') und der Fluidvolumenkompensator (1') fluiddicht auf dem Behältnis (1) angeordnet ist.
Befüllverfahren für ein Behältnis (1, 1') unter Verwendung einer Befüll- bzw. Entleervorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 10, umfassend die Schritte: a) fluiddicht Anordnen eines Behältnisses (1, 1') mit seiner Füllöffnung an der Unterseite des Ventilaufsatzes (2), dann Einführen des Rohrs (3) mit dem darüber gezogenen ballonartigen Körper (4) in das Behältnis (1, 1'), b) nach oben Bewegen der zweiten Baueinheit (22') mit Ventilsitz (8) des zweiten Ventils (6) und zweitem Gehäuseteil (22), dadurch Abheben des Verschlussteils (10) des zweiten Ventils (6) und Öffnen des zweiten Ventils (6), c) einströmen Lassen von Expansionsmedium in den ballonartigen Körper (3), dadurch Expandieren des ballonartigen Körpers (3) und Verdrängen von Fluid aus dem Behältnis (1, 1') und ausströmen Lassen des Fluids durch das geöffnete zweite Ventil (6), d) um den gleichen Weg nach oben Bewegen der ersten Baueinheit (21') mit Ventilsitz (7) des ersten Ventils (5) und dem ersten Gehäuseteil (21) und der dritten Baueinheit (23') mit dem Träger (11) und den Verschlussteilen (9, 10), dadurch Abheben des Verschlussteils (9) und Öffnen des ersten Ventils (5) und Schließen des zweiten Ventils (6), e) einströmen Lassen von Füllfluid durch das erste Ventil (5) durch den Ringspalt (9') des ersten Ventils (5) in das Behältnis (1, 1'), f) beim Einströmen des Füllfluids Verdrängen und Ausströmen Lassen des Expansionsmediums aus dem ballonartigen Körper (4), Fortsetzen des Einströmens von Füllfluid bis der ballonartige Körper (4) vollständig kontrahiert ist, g) Abheben des Ventilaufsatzes (2) von dem Behältnis (1, 1') und Herausziehen des Rohrs (3) und des darüber gezogenen ballonartigen Körpers (4).
Befüllverfahren nach Anspruch 12, wobei mit der Unterseite des Ventilaufsatzes (2) dicht ein Fluidvolumenkompensator (1') verbunden ist und im Schritt a) die Füllöffnung des Behältnisses (1) dicht mit einer Unterseite des Fluidvolumenkompensators (1') verbunden wird und im Schritt f) ein Kompensationsvolumen des Fluidvolumenkompensators (1') mit dem Füllfluid befüllt wird, und in Schritt g) beim Herausziehen des Rohrs (3) und des darüber gezogenen ballonartigen Körpers (4) nachfließen Lassen des Kompensationsvolumens aus dem Fluidvolumenkompensator (1') in das Behältnis (1), dadurch Ausgleichen eines Verdrängungsvolumens des Rohrs (3) und des ballonartigen Körpers (4).
Entleerverfahren für ein Behältnis (1, 1') unter Verwendung einer Befüll- bzw. Entleervorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 10, a) fluiddicht Anordnen eines mit Füllfluid gefüllten Behältnisses (1, 1') mit seiner Füllöffnung an der Unterseite des Ventilaufsatzes (2), dann Einführen des Rohrs (3) mit dem darüber gezogenen ballonartigen Körper (4) in das Behältnis (1, 1'), b) die zweite Baueinheit (22') und die dritte Baueinheit (23') mit Ventilaufsatzes (2) mit Träger (11) und Verschlussteilen (9, 10), um den gleichen Weg nach oben Bewegen, dadurch Abheben des Verschlussteils (9) des ersten Ventils (5) und Öffnen desselben, b) einströmen Lassen von Expansionsmedium in den ballonartigen Körper (4) und Expandieren desselben, dabei und Verdrängen des Füllfluids aus dem Behältnis (1, 1'), dabei Ausströmen Lassen des Füllfluids durch den Ringspalt (9') des geöffneten ersten Ventils (5), c) die dritte Baueinheit (23') nach unten bewegen und dadurch Aufsetzen des Verschlussteils (9) des ersten Ventils (5) auf den Ventilsitz (7) des ersten Ventils (5) und Schließen des ersten Ventils (5), dabei Abheben des Verschlussteils (10) des zweiten Ventils (6) von dem Ventilsitz (8) des zweiten Ventils (6) und Öffnen des zweiten Ventils (6), d) ausströmen Lassen von Expansionsmedium aus dem ballonartigen Körper (3), dadurch Kontrahieren des ballonartigen Körpers (3) und Druck ausgleichen.
Entleerverfahren nach Anspruch 14, wobei mit der Unterseite des Ventilaufsatzes (2) dicht ein Fluidvolumenkompensator (1') verbunden ist und im Schritt a) die Füllöffnung des Behältnisses (1) dicht mit einer Unterseite des Fluidvolumenkompensators (1') verbunden wird und im Schritt b) beim expandieren Lassen des ballonartigen Körpers (4) Befüllen eines Kompensationsvolumens des Fluidvolumenkompensators (1') mit dem zu entleerenden Fluid, den ballonartigen Körper (3) in das Kompensationsvolumen expandieren Lassen, so dass das zu entleerende Füllfluid vollständig aus dem Fluidvolumenkompensator (1') verdrängt wird.