DE102014010676A1

DE102014010676A1 - Ventilaufsatz, Befüll- und Entleervorrichtung sowie Befüllverfahren für Behältnisse

Info

Publication number: DE102014010676A1
Application number: DE102014010676.4A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Leibinger
Original assignee: Leibinger GmbH
Current assignee: Leibinger GmbH
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-01-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart einen Ventilaufsatz (2) zum Befüllen und Entleeren zumindest eines Behältnisses (1, 1) mit einem Füllfluid. Der Ventilaufsatz weist ein Gehäuse (21, 22, 24, 25) auf, das mit seiner Unterseite dicht auf das Behältnis (1, 1') aufsetzbar ist. Ferner ist ein Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil (6) und ein Flüssigkeitsventil (5) vorgesehen, die jeweils einen Ventilsitz (7, 8) und ein Verschlussteil (9, 10) aufweisen, die relativ zueinander bewegbar sind. Das Flüssigkeitsventil (5) ist ferner mit einer Dämpfungsvorrichtung gekoppelt, die zumindest in Öffnungsrichtung auf das Verschlussteil (9) des Flüssigkeitsventils (5) einwirkt. Darüber hinaus werden eine Befüll- und Entleervorrichtung sowie ein Befüllverfahren für Behältnisse offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilaufsatz, eine Befüll- und Entleervorrichtung sowie ein Befüllverfahren für Behältnisse, das unter Verwendung des Ventilaufsatzes ausgeführt wird.
Zum Füllen von Flaschen, Dosen, Kanistern und sonstigen Behältnissen werden in Betrieben der Getränkeindustrie und anderen Industriezweigen so genannte Füllventile eingesetzt, mit denen neben der Durchflussmenge des Füllmediums auch der Durchfluss von Umgebungsluft, die aus dem Behältnis beim Befüllen entweichen bzw. beim Entleeren nachströmen muss, geregelt wird. Es sind auch Füllvorrichtungen bekannt, bei denen die Umgebungsluft aus dem zu füllenden Behältnis vor dem Einfüllen von einem Schutzgas verdrängt wird, um eine Abfüllung ohne Kontakt zum Luftsauerstoff zu ermöglichen, wozu oftmals auch eine so genannte Vorevakuierung genutzt wird.
Darüber hinaus sind Systeme bekannt, bei denen vor dem Befüllen der Flasche oder des sonstigen Behältnisses ein ballonartiger Körper in das Behältnis eingebracht und darin expandiert wird, bis dieser von innen an der Wand des Behälters anliegt und die Umgebungsluft größtenteils aus dem Behältnis verdrängt. Hierdurch kann eine Abfüllung ohne Kontakt zum Luftsauerstoff ganz ohne bzw. unter Einsatz einer weit geringeren Menge Schutzgas erreicht werden, wodurch eine deutliche Kosteneinsparung möglich ist. Eine solche Befüllvorrichtung mit ballonartigem Körper kann nicht nur zum Befüllen eingesetzt werden, sondern auch zum Entleeren, beispielsweise beim Umfüllen in der Champagnerproduktion. Hierzu wird der ballonartige Körper auch in einem kontrahierten Zustand in die Flasche eingeführt und darin expandiert, sodass das Füll- bzw. „Entleermedium” beim Expandieren des ballonartigen Körpers aus dem Behältnis gepresst wird. Eine solche Vorrichtung wird in DE 10 2012 021 775 A1 beschrieben.
Im Betrieb von Füllanlagen, in denen die beschriebenen Füllventile eingesetzt werden, ist häufig zu beobachten, dass sich beim Befüllvorgang direkt nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils zunächst kein konstanter Massenstrom einstellt. Aufgrund eines plötzlichen Druckabfalls, der durch das schlagartige Öffnen des Flüssigkeitsventils hervorgerufen wird, schnellt der Volumenstrom zunächst als „Überschwinger” über den Sollwert hinaus und wird dann mit einer Volumenstromregelung auf den Sollwert eingeregelt. Als Messglied kommt in der Getränkeindustrie beispielsweise ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser (MID) zum Einsatz, mit dem der Durchfluss rückwirkungsfrei, d. h. ohne Beeinflussung der Strömung gemessen werden kann; bei nicht elektrisch leitenden Flüssigkeiten auch andere Messumformer.
Der beschriebene Effekt kann zwar durch einen optimal auf die Regelstrecke eingestellten Regler vermindert bzw. die Zeitdauer des Einschwingens verkürzt werden, jedoch können Überschwinger aufgrund des Systemdrucks im Füllfluidkreis nicht gänzlich vermieden werden. Hieraus ergibt sich sowohl eine verringerte Dosiergenauigkeit als auch eine erhöhte Fülldauer.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Ventilaufsatz zum Befüllen und Entleeren eines Behältnisses mit einem Füllfluid zu schaffen, der eine hinsichtlich Dosierung und Befüllcharakteristik optimiertere Befüllung erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch einen Ventilaufsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Befüllen und Entleeren eines Behältnisses bereit zu stellen, die es ermöglicht, mit einem geringeren apparativen Aufwand eine konstante Füllmenge zu erhalten.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Befüllen und Entleeren eines Behältnisses mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Weiterbildungen der Vorrichtungen werden jeweils in den Unteransprüchen ausgeführt.
Schließlich ergibt sich noch die Aufgabe, ein Befüllverfahren für ein Behältnis zu schaffen, das einen schnellen und präzisen Befüllvorgang ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Befüllverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Der erfindungsgemäße Ventilaufsatz zum Befüllen und Entleeren zumindest eines Behältnisses mit einem Füllfluid weist ein Gehäuse auf, das dazu vorgesehen ist, mit seiner Unterseite dicht auf das Behältnis aufgesetzt zu werden. Ferner hat der Ventilaufsatz ein Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil und ein Flüssigkeitsventil, die jeweils einen Ventilsitz und ein Verschlussteil haben, die relativ zueinander bewegt werden können. Das Flüssigkeitsventil ist operativ mit einer Dämpfungsvorrichtung gekoppelt, die dazu vorgesehen ist, bei einem Öffnungsvorgang auf das Verschlussteil des Flüssigkeitsventils einzuwirken.
„Fluide” hierin können Flüssigkeiten sein, die in die Behältnisse gefüllt werden; ferner kann in den Behältnissen vor dem Befüllen das Fluid „Luft” sein, aber auch eine andere als die gewünschte, also zu entleerende Flüssigkeit.
Durch den Einsatz der Dämpfungsvorrichtung wird die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils verringert, wodurch Druckstöße bzw. Druckpulsationen durch zu schnelles plötzliches Öffnen des Flüssigkeitsventils, die zu einem Überschwinger der Volumenstromregelung führen, vermieden werden können. Hierdurch kann viel schneller ein stabiler, dem Sollvolumenstrom entsprechender Ist-Volumenstrom erreicht werden. Auch ist der Aufwand für die Regelung geringer, da zur Ausregelung des Volumenstroms deutlich kleinere Ventilhübe nötig sind. Hierdurch kann auch eine geringere Befülldauer pro Behältnis erreicht werden, wodurch sich eine insgesamt verbesserte Wirtschaftlichkeit einer Befüllanlage, die den erfindungsgemäßen Ventilaufsatz einsetzt, ergibt. Es ist bei einer quasi invertierten Bauweise des Ventilaufsatzes, d. h., mit fest stehendem Verschlussteil und beweglichem Ventilsitz, auch denkbar, dass die Dämpfungsvorrichtung auf den Ventilsitz einwirkt; verallgemeinernd könnte man sagen, die Dämpfungsvorrichtung wirkt auf das bewegliche Teil des Flüssigkeitsventils ein. Darüber hinaus kann, wenn es sinnvoll erscheint, auch das Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil eine Dämpfungsvorrichtung aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Dämpfungsvorrichtung eine Gasvorlage aufweisen, bei der es sich bevorzugt um eine Druckluftvorlage handelt. Die Gasvorlage wird beim Öffnen des Flüssigkeitsventils zu einem Druckpolster komprimiert.
Die Komprimierung der Gasvorlage führt zu einer Druckerhöhung über die die Dämpfungskraft auf das Verschlussteil des Flüssigkeitsventils erzeugt wird. Über die Wahl des Ruhevolumens der Gasvorlage (d. h., bei geschlossenem Flüssigkeitsventil) kann die Ansprechcharakteristik der Dämpfungsvorrichtung bestimmt werden, insbesondere die Kraft-Weg-Kennlinie. Die Dämpfungskraft nimmt hierbei mit zunehmendem Öffnungshub des Flüssigkeitsventils exponentiell zu, sodass bei konstant bleibender Öffnungskraft ab einem gewissen Öffnungshub die Ventilbewegung zum Stillstand kommen würde. Es ist aber vorgesehen, das Druckpolster abzulassen, bevor sich die Druckkraft des Druckpolsters und die Kraft des Aktors zur Betätigung des Ventils aufheben. Dadurch kann ein erster Teilabschnitt eines vorgesehenen Gesamthubs des Flüssigkeitsventils gedämpft erfolgen und der zweite Teilabschnitt ungedämpft. Hierdurch wird trotz vorgesehener Dämpfung eine vergleichsweise geringe Dauer zur Erreichung des vollen Volumenstroms ermöglicht.
Eine noch weitere Ausführungsform sieht vor, in dem Gehäuse einen gasdichten Raum vorzusehen, dessen Volumen in Abhängigkeit des Ventilhubs des Flüssigkeitsventils veränderbar ist. Das Volumen des gasdichten Raums nimmt bei einer Bewegung des Flüssigkeitsventils während des Öffnungsvorgangs ab und beim Schließen des Ventils wieder zu. Die Gasvorlage kann dabei entweder in dem gasdichten Raum in dem Gehäuse vorliegen oder zum Teil außerhalb des Gehäuses vorliegen, wobei der gasdichte Raum über eine Druckleitung fluidisch mit der Gasvorlage verbunden ist. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass ein Gasinhalt in der Druckleitung auch Teil der Gasvorlage ist und mit zum Druckpolster komprimiert wird. Über die Wahl des Volumens des gasdichten Raums, der Länge und der Querschnittsfläche der Druckleitung kann das Ansprechverhalten der Dämpfungsvorrichtung bestimmt werden, wobei direktes Ansprechverhalten durch eine kurze Leitungslänge erreicht werden kann; ist eine direkte Reaktion der Dämpfungsvorrichtung gewünscht, wird ferner ein gehäuseinternes Druckpolster bevorzugt.
Weiter kann/können das Flüssigkeitsventil und/oder das Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Flüssigkeitsventil und/oder das Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil mit einem oder mehreren Kolben operativ gekoppelt sein oder einen oder mehr Kolben bilden, der oder die in einem korrespondierenden Zylinder des Gehäuses geführt ist oder sind. Die zwei oder mehr Kolben und die ihnen jeweils zugeordneten Zylinder können dabei etwa koaxial in Bezug zu einer gemeinsamen Achse angeordnet sein. Ferner ist es möglich, dass die Kolben gegenläufig arbeiten. Dies kann bedeuten, dass einer der Kolben auf das Verschlussteil des Flüssigkeitsventils einwirkt und der andere den Ventilsitz bewegt. Hierdurch ist zwar, um einen vorbestimmten Ventilhub zu erreichen, der Druckluftbedarf doppelt so hoch wie bei Verwendung eines einzelnen Kolbens, es kann aber eine deutlich höhere Geschwindigkeit erreicht werden, was insbesondere beim Schließvorgang vorteilhaft ist, da hierdurch nach dem Bewirken des Schließimpulses nur noch eine vergleichsweise kleine Nachlaufmenge austritt.
Bei der beschriebenen Anordnung, in der sowohl Ventilsitz als auch Verschlussteil beweglich sind, ist das Gehäuse nur noch „Strömungsleiteinrichtung” für das Füllfluid. „Operative” Kopplung des/der Kolben(s) kann auch bedeuten, dass Kolben und Verschlussteil örtlich getrennt sind aber durch ein Kraftübertragungsglied, beispielsweise den gemeinsamen Träger, eine Stange oder ähnliches verbunden sind.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann das Gehäuse eine Druckversorgungsöffnung, bevorzugt eine Druckversorgungsöffnung und eine Drosselbohrung aufweisen, die jeweils in dem gasdichten Raum mündet/münden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Druckentlastungsventil vorgesehen sein, das über eine Durchgangsbohrung in einer Gehäusewandung fluidisch mit dem gasdichten Raum in Verbindung steht.
Das Druckentlastungsventil kann hierbei entweder direkt in die Durchgangsbohrung eingesetzt sein oder extern vorliegen, wobei es über eine Druckleitung mit dem gasdichten Raum verbunden ist. Über das Druckentlastungsventil ist es möglich, das Druckpolster, das sich beim Öffnen des Ventils in dem gasdichten Raum bildet, bei Erreichen eines vorbestimmten Öffnungshubes abzulassen. Hierdurch wird ermöglicht, den letzten Öffnungshubabschnitt bis zu dem vorbestimmten „Endhub” wieder schneller zurückzulegen. Ohne ein Ablassen des Druckpolsters würde die Bewegung des Flüssigkeitsventils an einem bestimmten Öffnungshub zum erliegen kommen, da sich die Druckkraft des Druckpolsters und die Öffnungskraft eines Aktors, der auf das Ventil einwirkt, gleichen. Nach dem Ablassen genügt die an dem Verschlussteil anliegende Öffnungskraft zum Weiterbewegen. Alternativ ist auch eine rein passive Konstruktion ohne Ansteuerung eines Druckentlastungsventils denkbar: In diesem Fall wird eine Drosselbohrung vorgesehen, durch die das Druckpolster langsam entweichen kann; zum Nachströmen kann etwa auch ein Flatterventil vorgesehen sein; jedoch eignet sich eine solche Ausgestaltung weniger gut für kurze Taktzeiten, da sowohl das Nachströmen der Gasvorlage als auch das Ablassen des Druckpolsters länger dauert.
Ferner können die Ventile jeweils einen ringförmigen Ventilsitz sowie dazu korrespondierend ein ringförmiges Verschlussteil aufweisen. Die Verschlussteile der beiden Ventile sind dabei an einem gemeinsamen, längs der Ventillängsachse verschiebbaren Träger angeordnet, der in dem Gehäuse geführt ist.
Die Verschlussteile der beiden Ventile und der Träger können in Bezug zueinander verschiebefest angeordnet oder sogar einstückig mit diesem ausgebildet sein. Hierdurch wird eine gekoppelte Betätigung der Verschlussteile des Flüssigkeitsventils und des Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventils ermöglicht. Alternativ dazu können die Verschlussteile und der Träger zur Kraftübertragung auch formschlüssig ineinander greifen. Zudem ist bei einer mehrteiligen Ausführung vorteilhaft eine einfache Montage des Ventilaufsatzes möglich.
Ringförmige Ventilsitze und Verschlussteile ermöglichen es, das Füllmedium dem zu befüllenden Behältnis über den kompletten Umfang verteilt zuzuführen und nicht – wie bisher üblich – nur einseitig.
Ferner kann der gasdichte Raum zwischen dem Träger und dem Gehäuse oder zwischen zumindest einem der Verschlussteile und dem Gehäuse vorliegen. Der Träger und/oder wenigstens eines der Verschlussteile kann hierbei einen oder mehrere radial ausragende(n) Bund/Bünde aufweisen und das Gehäuse einen radial einwärts ragenden umlaufenden Zwischenboden. Hierbei ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Bund des Trägers und/oder des zumindest einem Verschlussteils und der Zwischenboden des Gehäuses den gasdichten Raum begrenzen. Bevorzugt kann an dem ausragenden Bund des Trägers und/oder des zumindest einen Verschlussteils und/oder an einer korrespondierenden Kontaktfläche des Gehäuses eine Dichtung, etwa ein O-Ring oder ein Wellendichtring, angeordnet sein. Eine Abdichtung des Trägers und/oder des Verschlussteils gegenüber dem Gehäuse kann dabei sowohl an der Gehäusewandung als auch an der Innenseite des Zwischenbodens bzw. der Zwischenböden vorgesehen sein.
Des Weiteren können die ringförmigen Verschlussteile koaxial angeordnet und dazu ausgebildet sein, ein vorgegebenes rohrförmiges Element unter Ausbildung eines Ringspal-tes zu umgeben. Alternativ oder zusätzlich kann der Träger eine Durchgangsbohrung haben, die mit den ringförmigen Verschlussteilen koaxial ausgerichtet ist.
Bei dem rohrförmigen Element kann es sich insbesondere um ein Rohr handeln über das ein ballonartiger Körper gestülpt wird. Das Rohr erstreckt sich hierbei in einer Benutzungsanordnung von einer Position in dem zu befüllenden/entleerenden Behältnis bis durch den Träger hindurch. Die Öffnung des 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 Expansionsmedium 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. Die Verwendung zum Entleeren eines Behältnisses erfolgt entsprechend.
Noch weiter kann/können der Träger und/oder das Verschlussteil des Flüssigkeitsventils bezüglich der Öffnungsrichtung des Flüssigkeitsventils mit einer oder mehreren Feder(n), etwa einer Druckfeder/Druckfedern, an dem Gehäuse abgestützt sein. Die Federsteifigkeit kann dabei auf einen vorbestimmten statischen Druck des Füllfluids abgestimmt sein. Die Feder(n) stützt/stützen sich dabei vorteilhaft so an einer Gehäusezwischenwand ab, dass das Ventil durch die Federkraft geschlossen gehalten wird; dies ermöglicht vorteilhaft einen fehlersicheren Betrieb, sodass das Flüssigkeitsventil ohne Einwirkung des Aktors (z. B. bei Druckluftausfall) selbsttätig schließt. Zudem trägt/tragen die Federn auch dazu bei, die Schließgeschwindigkeit zu erhöhen, da auf das Verschlussteil dann neben der Kraft des Aktors (z. B. Druckeinwirkung auf den Kolben) auch noch die Federkraft einwirkt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, die Feder(n) einstellbar auszuführen. Dies kann beispielsweise durch einen in axialer Länge bewegbaren Federsitz oder durch Unterlegplättchen erfolgen.
Ferner kann es sich bei den beiden Ventilen um Kegelventile handeln. Das Flüssigkeitsventil und/oder das Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil kann/können alternativ oder zusätzlich von einem Ringraum zum Speichern des jeweiligen Mediums bezüglich des Rohres konzentrisch umgeben sein.
Mit „jeweiliges Medium” wird hierin sowohl das Füllfluid (im Bezug zum Flüssigkeitsventil) als auch die Luft (im Bezug zum Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil) verstanden. Dass den beiden Ventilen jeweils ein diese umgebender 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 erfindungsgemäße Vorrichtung zum Befüllen und Entleeren eines Behältnisses weist einen der Erfindung entsprechenden Ventilaufsatz auf. Dies ist so zu verstehen, dass der Ventilaufsatz als ein elementarer Bestandteil in der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Abfüll- bzw. Entleeranlage sein kann, eingesetzt wird; die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Befüllen und Entleeren eines Behältnisses hat dabei noch andere Bestandteile wie etwa zur Druckluftversorgung des Ventilaufsatzes, Leitungen für das Füllfluid, Sensoren, insbesondere für den Volumenstrom, etc. Die weiteren Komponenten, die zum Betrieb einer Abfüll- bzw. Entleeranlage nötig sind, sind dem Fachmann bekannt.
Der Ventilaufsatz kann insbesondere zusammen mit dem Rohr und dem darüber gestülpten ballonartigen Körper verwendet werden. Das Rohr erstreckt sich dabei bevorzugt jeweils konzentrisch unter Ausbildung eines Ringspalts durch die ringförmigen Verschlussteile und die Durchgangsbohrung des Trägers. In der Benutzungsanordnung (d. h., in einem in das Behältnis eingeführten Zustand) soll es bis nahe an den Boden eines vorgegebenen Behältnisses ragen. Der ballonartige Körper ist mit seinem geschlossenen Ende über das freie Ende des Rohres gezogen und erstreckt sich durch den Ventilaufsatz bis über ein oberes Ende des Gehäuses und ist dort festgelegt.
In einer weiteren Ausführungsform kann der gasdichte Raum des Ventilaufsatzes mit einer Gasdruckquelle verbunden sein, bevorzugt mit einer Druckluftquelle. In einer Verbindungsleitung der Gasdruckquelle mit dem gasdichten Raum kann darüber hinaus wenigstens ein Absperrventil vorgesehen sein, bei dem es sich vorteilhaft um ein Wegeventil handeln kann, etwa ein 5/3-Wegeventil mit gesperrter Mittelstellung oder zwei 2/3-Wegeventile.
Über das bzw. die Wegeventil(e) wird die Gasvorlage für den gasdichten Raum bereitgestellt; zusätzlich kann über diese das Druckpolster wieder abgelassen werden, um, wie beschrieben, den letzten Abschnitt des Öffnungshubes zum vorbestimmten Endhub schneller, d. h., ohne Einwirkung der Dämpfung, zurückzulegen.
Wenn es sich bei dem Ventilaufsatz um eine pneumatisch betätigte Bauart handelt, d. h., zumindest eines der Ventile des Ventilaufsatzes pneumatisch betätigbar ist, kann zur Druckversorgung eine separate Druckluftquelle vorgesehen sein. Die separate Druckluftquelle ist dabei insbesondere nicht zur Druckluftversorgung weiterer Ventilaufsätze ausgebildet, d. h., jede Druckluftquelle versorgt genau einen Ventilaufsatz. Die separate Druckluftquelle kann insbesondere ein Druckluftnetz mit besonders kleinen Druckschwankungen sein, die etwa kleiner als 0,1 bar, am meisten bevorzugt kleiner als 0,05 bar, sind. Diese geringen Druckschwankungen sind wichtig, da über die Wechselwirkung des Systemdrucks im Druckluftnetz, der auf den Kolben zur Ventilbetätigung einwirkt, und dem Ansprechverhalten der Dämpfungsvorrichtung (wenn es sich um eine Dämpfungsvorrichtung mit Gasvorlage handelt, insbesondere deren Ruhevolumen und Ruhedruck) der Zusammenhang Zeit-Öffnungshub ergibt; bei stark schwankenden Systemdrücken im Druckluftnetz, wäre die Zeit-Öffnungshub-Kennlinie nicht genau genug reproduzierbar.
Das erfindungsgemäße Befüllverfahren für ein Behältnis wird unter Verwendung eines hierin beschriebenen Ventilaufsatzes ausgeführt. Das Verfahren umfasst die Schritte:

a) dicht Aufsetzen des Ventilaufsatzes mit der Unterseite des Gehäuses auf ein leeres Behältnis,
b) unter beginnendem Einströmen von Füllfluid in das Behältnis Bewirken einer Öffnungsbewegung des Verschlussteils des Flüssigkeitsventils, dabei Komprimieren der Gasvorlage der Dämpfungsvorrichtung zu einem Druckpolster und einwirken Lassen des Druckpolsters auf das Verschlussteil und dadurch Verringern der Öffnungsgeschwindigkeit,
c) Vor Erreichen eines vorbestimmten Öffnungshubs Ablassen des Druckpolsters und dadurch Erhöhen der Öffnungsgeschwindigkeit,
c) Weiter Öffnen des Flüssigkeitsventils bis zu dem vorbestimmten Öffnungshub, dabei weiter einströmen Lassen von Füllfluid in das Behältnis,
d) bei Erreichen einer vorbestimmten Füllmenge Schließen des Flüssigkeitsventils.

Das Ablassen des Druckpolsters im Schritt c) kann beispielsweise durch Öffnen des Druckentlastungsventils erfolgen, wodurch die Öffnungsgeschwindigkeit ab diesem Zeitpunkt schlagartig erhöht wird und der letzte Öffnungshubabschnitt mit wieder erhöhter Geschwindigkeit zurückgelegt wird. Dieser Schritt ist essentiell, da hierdurch die Volumenstrom-Überschwinger direkt nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils verhindert werden können; um das Flüssigkeitsventil um den kompletten vorbestimmten Öffnungshub zu öffnen wird dabei eine nur unwesentlich längere Zeit benötigt, da der letzte Abschnitt des Öffnungshubes „ungedämpft”, d. h., ohne Einwirkung einer Kraft gegen die Bewegungsrichtung erfolgt. Der Moment zu dem das Druckpolster abgelassen wird, kann entweder – wie beschrieben – durch einen vorgegebenen Öffnungshub vorgegeben sein oder alternativ aber bei einem vorbestimmten Kompressionsdruck eingeleitet werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Moment zum Ablassen des Druckpolsters durch eine bestimmte Zeitdauer festgelegt ist.
Bevor der Befüllzyklus erneut starten kann, muss im Schritt d) ermöglicht werden, dass wieder eine Gasvorlage in den gasdichten Raum einströmen kann; dies kann entweder durch Umsteuern des Wegeventils möglich oder aber durch eine Belüftungsbohrung, das genannte Flatterventil o. ä.
Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Ventilaufsatz auch zum Entleeren von Behältnissen eingesetzt werden; hierbei ist jedoch keine Einwirkung der Dämpfungsvorrichtung auf das Flüssigkeitsventil nötig, da lediglich eine Einwirkung in Öffnungsrichtung vorgesehen ist. Verfahrensmäßige Besonderheiten beim Entleeren sind daher nicht zu erwarten.
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. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Es zeigen:
1a–c Schematische Längsschnitte des Ventilaufsatzes in verschiedenen Arbeitsstellungen,
2 Detaillierter Längsschnitt des Ventilaufsatzes,
3 Anlagenschema einer Befüll- und Entleervorrichtung.
Die erfindungsgemäße Befüll- bzw. Entleervorrichtung, deren Grundprinzip in den 1a bis 1c dargestellt ist, 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.
Die Befüll- bzw. Entleervorrichtung weist einen Ventilaufsatz 2 auf, durch den ein Rohr 3 hindurch geführt ist, über das ein ballonartiger Köper 4 gezogen ist. Dabei ragt das Rohr 3 unterseitig aus dem Ventilaufsatz 2 heraus, wobei es sich im Inneren des Ventilaufsatzes 2 durch eine Durchgangsbohrung 111 des Trägers 11 erstreckt.
Der Ventilaufsatz 2 ist so beschaffen, dass er mit seiner Unterseite dicht auf der Flasche 1 sitzt, wenn diese direkt befüllt wird, oder auf einem Volumenkompensator 1' (siehe 2), 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 beispielsweise um einen aus einem thermoplastischen elastomeren Material gebildeten Schlauch handeln, der an seinem unteren Ende (also dem Ende, das zur Positionierung in dem zu befüllenden oder entleerenden Behältnis vorgesehen ist) verschlossen ist. 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 111 des Trägers 11, an die Verschlussteile 9, 10 und die 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 hat ein Flüssigkeitsventil 5 und ein Behältnisbelüftungs- bzw. Entlüftungsventil 6 mit jeweils einem ringförmigen Ventilsitz 7, 8 sowie dazu korrespondierenden ringförmigen Verschlussteilen 9, 10. Der Ventilsitz 7 des Flüssigkeitsventils 5 ist fest stehend bezüglich des befüllenden Behältnisses und der zweite Ventilsitz 8 in Bezug zur Ventillängsachse verschiebbar. Der Ventilsitz 7 des Flüssigkeitsventils 5 wird dabei durch das Gehäuseteil 24 gebildet und der Ventilsitz 8 des Behältnisbelüftungs- bzw. Entlüftungsventils 6 durch das Gehäuseteil 25; es kann aber auch vorgesehen sein, was figurativ nicht gezeigt ist, dass die Ventilsitze 7, 8 als auswechselbare Bauteile jeweils mit den Gehäuseteilen 24, 25 verbunden sind; beispielsweise als austauschbare Sitzringe. Die beiden Verschlussteile 9, 10 fluchten miteinander und umgeben das Rohr 3 unter Ausbildung jeweils eines Ringspaltes 7', 8'. Die Verschlussteile 9, 10 der beiden Ventile 5, 6 sind an einem gemeinsamen, längs der Ventillängsachse verschiebbaren Träger 11 angeordnet. Der Träger 11 kann zur Betätigung der Ventilfunktionen entlang der Ventillängsachse relativ zu den Gehäuseteilen 21, 22, 24, 25 verschoben werden, wobei er die Verschlussteile 8, 9 mitnimmt.
Grundsätzlich können das Flüssigkeitsventil 5 und das Behältnisbelüftungs- bzw. Entlüftungsventil 6 auch „vertauscht” angeordnet werden, wobei die gezeigte Anordnung bevorzugt wird, da hierbei ein geringerer Druckverlust des Füllfluids auftritt (im anderen Fall müsste das Füllfluid in dem Ringspalt zwischen Träger 11 und ballonartigen Körper 4 über die komplette Länge des Ventilaufsatzes 2 befördert werden); d. h., die bevorzugte Lösung sieht das Behältnisbelüftungs- bzw. Entlüftungsventils 6 an oberster Position vor.
Die Ventilfunktionen werden pneumatisch angesteuert. Zum Verfahren des Trägers 11 (und damit auch der Verschlussteile 9, 10) hat der Träger 11 radial ausragende Bünde 113, 114, mit denen er in Zylindern 211, 221 der Gehäuseteile 21, 22 geführt ist; aufgrund des quasi spiegelsymmetrischen Aufbaus des Ventilaufsatzes 2 sind es insgesamt vier Bünde 113, 114, zwei dem Flüssigkeitsventil 5 zugeordnete und zwei dem Behältnisbelüftungs- bzw. Entlüftungsventils 6 zugeordnete. In einer nicht figurativ gezeigten Ausführungsform können pro Ventil 5, 6 auch mehr als zwei Bünde vorgesehen sein.
Der radial ausragende Bund 114 ist hierbei an seiner Mantelfläche gegenüber der Zylinderfläche 211 abgedichtet, wobei hierzu ein Dichtring 115 vorgesehen ist. Die radial ausragenden Bünde 114 des Trägers 11 dienen also als Kolben, wobei jeweils zwischen dem Bund 114 und einer gegenüberliegenden Zwischenwand 212, 222 ein Überdruck aufgebaut werden kann, um eine Bewegung des Trägers 11 zu bewirken. Hierbei wird auf geeignete Weise die Bewegung des Trägers 11 nach oben über Druckbeaufschlagung des unteren Arbeitsraums 116 und die Bewegung des Trägers 22 nach unten über eine Druckbeaufschlagung des oberen Arbeitsraums 117 erreicht.
Der Bewegungsablauf zum Öffnen des Behältnisbelüftungs- bzw. Entlüftungsventils 6, ist in 1b gezeigt. Hierzu wird das Gehäuseteil 25 mit dem Ventilsitz 8 des oberen Ventils 6 und das obere Gehäuseteil 22 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 6 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 26 abgedichtet, sodass keine Umgebungsluft oder ein anderes Fluid entweichen kann. Die Bewegung der zweiten Baueinheit in Richtung Ventillängsachse wird hierbei durch den Abstand b verdeutlicht, der dem Abstand des unteren Gehäuseteils 21 von dem zweiten Gehäuseteil 22 in dem geschlossenen Zustand der 1a entspricht.
Der Bewegungsablauf um das Flüssigkeitsventil 5 zu öffnen ist in 1c gezeigt. Hierbei werden der Träger 11, das Gehäuseteil 25, das den Ventilsitz 8 aufweist, und das obere Gehäuseteil 22 um den gleichen Betrag nach oben verschoben, wodurch das Verschlussteil 9 des Flüssigkeitsventils 5 von seinem Ventilsitz 7 abgehoben wird und das Ventil geöffnet wird; das Behältnisbelüftungs- bzw. Entlüftungsventils 6 bleibt dabei geschlossen. Somit ist ein Durchfluss durch das Ventil 5 in/von dem Ringraum 12 und die seitliche Zuführ-Bohrung 15 möglich.
Damit beim Öffnen des Flüssigkeitsventils 5 keine oder nur geringe „Überschwinger” des Volumenstroms auftreten, ist eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen, die die Aufwärtsbewegung des Verschlussteils 9, die auch als Öffnungsbewegung bezeichnet wird, zu dämpfen. Hierzu hat das Verschlussteil 9 einen radial ausragenden Bund 113, der in einem zugeordneten Zylinder 211 des unteren Gehäuseteils 21 abgedichtet geführt ist. Zwischen den beiden zueinander weisenden Stirnflächen des ausragenden Bunds 113 und der gegenüberliegenden umlaufenden Zwischenwand 212 des unteren Gehäuseteils 21 befindet sich ein gasdichter Raum 100, in dem zu Beginn der Öffnungsbewegung eine Gasvorlage eingeschlossen ist. Bei einsetzender Öffnungsbewegung wird die Gasvorlage zu einem „Druckpolster” komprimiert, wodurch die Kraft zur Bewegung des Trägers 11 erhöht wird und die Öffnungsgeschwindigkeit abnimmt. Die Bewegung des Trägers 11 relativ zu den Gehäuseteilen 21, 24 wird wie beschrieben durch eine Druckbeaufschlagung des unteren Arbeitsraums 116 erreicht.
Der Träger 11 wird also unter sich verringernder Öffnungsgeschwindigkeit weiter nach oben bewegt, wobei sich der Druck in dem gasdichten Raum 100 weiter erhöht und sich die „Gegenkraft”, die auf das Verschlussteil einwirkt, exponentiell erhöht. Die Bewegung wird fortgesetzt bis zu einem vorbestimmten Öffnungsweg; an diesem wird das Druckpolster durch ein plötzliches Freigeben eines Druckentlastungsventils entlassen, wodurch der Träger den Restweg bis zu einem vorgegebenen Endhub sehr schnell zurücklegen kann. Zur Realisierung der beschriebenen Funktion, muss der gasdichte Raum 100 eine Druckversorgungsöffnung und/oder eine Öffnung für das Druckentlastungsventil haben, was in der Figur aber nicht gezeigt ist. Die Öffnungen für das Druckentlastungsventil und die Druckversorgungsöffnung können auch zusammenfallen, wobei zur Regelung beispielsweise ein pneumatisches Wegeventil, z. B. ein 5/3-Wegeventil, eingesetzt werden kann.
Der Ventilaufsatz 2 kann entweder direkt auf eine Flasche oder ein ähnliches zu befüllendes Behältnis 1 aufgesetzt werden oder aber „mittelbar” über einen Volumenkompensator 1', der quasi auch ein „zu befüllendes Behältnis” darstellt. Dies ist in 2 gezeigt. Der Volumenkompensator 1' wird auch durch den ballonartigen Körper ausgekleidet und im Verfahren befüllt und entleert. In 2 ist der ballonartige Körper 4 (siehe 1a–c und 3) jedoch nicht gezeigt. Zur Führung des Rohrs 3 in Axialrichtung ist ein Halteabschnitt 16 vorgesehen, der oben mit dem Gehäuse verbunden ist, genauer gesagt mit dem Gehäuseteil 25, das den Ventilsitz 8 des Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventils 6 aufweist bzw. bildet.
Der Halteabschnitt 16 besteht aus zwei Einzelteilen, einen bezüglich des Gehäuseteils 25 fest stehenden unteren Abschnitt 161 und einen entnehmbaren oberen Abschnitt 162, der eine Aufnahmebohrung 162' hat, in der das Rohr 3 radialspielarm gelagert ist. Der untere fest stehende Abschnitt 161 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 die Klemmkugel 163 auf. Es ist vorgesehen, den ballonartigen Körper zwischen der Klemmkugel 163 und der Durchtrittsöffnung 161' 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.
Vorteilhaft ist der ballonartige Körper 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 im Füllbetrieb die Füllmenge auf, die durch das zur Befüllung erforderliche Rohr 3 samt ballonartigem Körper 4 aus dem eigentlich zu befüllenden Behältnis 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 3 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, d. h. das Flüssigkeitsventil 5 (siehe bspw. 2) ist bereits geöffnet, wobei dies durch die Pfeile dargestellt ist.
Der ballonartige Körper 4 ist expandiert und kleidet sowohl die Flasche 1, den Volumenkompensator 1' als auch den Ventilaufsatz 2 aus. Es ist dabei vorgesehen, dass die einzufüllende Flüssigkeitsmenge zunächst durch einen Vordosierer 30, der einen Kolben 30' aufweist, grob vordosiert wird und über diesen eingepresst wird. Damit beim Einpresshub des Kolbens 30' keine Rückströmung stattfindet, ist eine Rückströmsicherung 50 vorgesehen, die eine Rückströmklappe 30'' und eine Betätigungsvorrichtung 50 bzw. einen Aktor aufweist. Ferner ist die Leitung für das Expansionsmedium 40, das zur Ballonbefüllung dient, zu erkennen, die über einen Befestigungsstutzen 165 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 beispielsweise um reine Druckluft handeln.
Der Kolben 30' wird durch ein Stellglied, bspw. ein elektromechanisches, pneumatisches oder hydraulisches Stellglied, bewegt. Der Kolbenhub wird gestoppt, sobald die vorgegebene Füllmenge erreicht ist, was simultan mit dem Schließen des Flüssigkeitsventils des Ventilaufsatzes erfolgen kann. Als Maß für die abgefüllte Menge ist hierbei die Stellung bzw. der Verfahrweg des Kolbens geeignet. Es können mit demselben Vordosierer 30 somit verschiedene Volumina gefüllt werden. Alternativ kann ein Durchflussmesser, beispielsweise ein MID, vorgesehen sein, wobei dann auf den Vordosierer verzichtet werden kann und das Flüssigkeitsventil nach Erreichen der vorbestimmten Füllmenge geschlossen wird. Im Grunde kommt der Vorteil des erfindungsgemäßen Ventilaufsatzes besonders bei Einsatz einer Dosierung per MID voll zum Tragen, da es hierbei aufgrund der Funktionalität des Regelkreises mit MID zu den genannten „Überschwingern” kommen kann.
Durch das beschriebene Prinzip, die Öffnungsbewegung des Flüssigkeitsventils beim Öffnen durch Aufbauen eines Druckpolsters zu dämpfen, werden Volumenstrom-Überschwinger nach dem Öffnen weitestgehend vermieden, wodurch schneller ein stabiler Volumenstromwert erhalten werden kann. Der Regelkreis ist somit wesentlich stabiler als ohne Dämpfungsvorrichtung. Als Resultat kann mit der Füllanlage eine genauere Dosierung als bisher erreicht werden, wobei aufgrund des geringeren Regelaufwandes sogar eine schnellere Füllzeit erreicht werden kann; im Ergebnis können die Abfüllkosten insgesamt gesenkt werden.
Um in dem expandierten Zustand des ballonartigen Körpers 4 das 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 Ballon 4 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 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. Die Kombination der beschriebenen Zuführung des Füllmediums durch den Ringspalt 7', 8' (siehe 1a bis c) und der Einsatz eines umlaufend längs profilierten Ballons 4 ermöglicht hierbei einen „orientierungsfreien” Einbau des Ballons, was Wartungsaufwand und -kosten gering hält, da Einbaufehler vermieden werden.
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. Ferner wird zu dem Ballonprinzip auf die DE 10 2011 100 560 B3 verwiesen; zur Profilierung der Außenseite des ballonartigen Körpers insbesondere auf die DE 20 2013 009 610 U1 .
Bezugszeichenliste

1: Behältnis/Flasche
1': Volumenkompensator
2: Ventilaufsatz
3: Rohr
4: Ballonartiger Körper
5: Flüssigkeitsventil
6: Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil
7: Ventilsitz des Flüssigkeitsventils
7': Ringspalt des Flüssigkeitsventils
8: Ventilsitz des Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventils
8': Ringspalt des Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventils
9: Verschlussteil des Flüssigkeitsventils
10: Verschlussteil des Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventils
100: Gasdichter Raum für Druckpolster
11: Träger
111: Durchgangsbohrung des Trägers
112: Druckfeder
113, 114: Ausragender Bund des Trägers bzw. des Verschlussteils
115: Abdichtung des Trägers
116: Unterer Arbeitsraum
117: Oberer Arbeitsraum
12: Ringraum
14: Bohrung zur Zu-/Abführung Füllfluid
15: Bohrung zur Zu-/Abführung Be-/Entlüftungsmedium
16: Halteabschnitt
161: Fester unterer Abschnitt des Halteabschnitts
161': Durchlassöffnung Halteabschnitt
162: Lösbarer oberer Abschnitt des Halteabschnitts
162': Bohrung zur Aufnahme des Rohrs
163: Klemmkugel
164: Feder zur Vorspannung der Klemmkugel
165: Befestigungsstutzen
21: Unteres Gehäuseteil
211: Zylinder des unteren Gehäuseteils
212: Zwischenwand des unteren Gehäuseteils
22: Oberes Gehäuseteil
221: Zylinder des oberen Gehäuseteils
222: Zwischenwand des oberen Gehäuseteils
24: Gehäusebauteil das den Ventilsitz des Flüssigkeitsventils aufweist
25: Gehäusebauteil das den Ventilsitz des Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventils aufweist
26: Dichtbalg
30: Vordosierer
30': Kolben des Vordosierers
30'': Rückströmklappe
40: Verbindungsleitung
50: Rückströmsicherung des Vordosierers/Betätigungseinrichtung

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 [0003, 0066]
DE 102011100560 B3 [0066]
DE 202013009610 U1 [0066]

Claims

Ventilaufsatz (2) zum Befüllen und Entleeren zumindest eines Behältnisses (1, 1) mit bzw. von einem Füllfluid, wobei der Ventilaufsatz (2) – ein Gehäuse (21, 22, 24, 25) aufweist, das mit seiner Unterseite dicht auf das Behältnis (1, 1') aufsetzbar ist und – ein Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil (6) und ein Flüssigkeitsventil (5) aufweist, die jeweils einen Ventilsitz (7, 8) und ein Verschlussteil (9, 10) haben, die relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsventil (5) mit einer Dämpfungsvorrichtung operativ gekoppelt ist, die dazu ausgebildet ist, bei einem Öffnungsvorgang zumindest auf das Verschlussteil (9) des Flüssigkeitsventils (5) einzuwirken.
Ventilaufsatz (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung eine Gasvorlage aufweist, bevorzugt eine Druckluftvorlage, die beim Öffnen des Flüssigkeitsventils (5) zu einem Druckpolster komprimiert wird.
Ventilaufsatz (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (21, 22, 24, 25) ein gasdichter Raum (100) vorliegt, dessen Volumen in Abhängigkeit des Ventilhubs des Flüssigkeitsventils (5) veränderbar ist, wobei das Volumen des gasdichten Raums (10) bei einer Bewegung des Flüssigkeitsventils (5) während des Öffnungsvorgangs abnimmt, und wobei die Gasvorlage entweder – in dem gasdichten Raum (100) in dem Gehäuse (21, 22, 24, 25) vorliegt oder – zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses (21, 22, 24, 25) vorliegt, wobei der gasdichte Raum (100) über eine Druckleitung fluidisch mit der Gasvorlage verbunden ist.
Ventilaufsatz (2) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsventil (5) und/oder das Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil (6) hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist/sind, und/oder dass das Flüssigkeitsventil (5) und/oder das Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil (6) mit zumindest einem Kolben (113, 114) operativ gekoppelt ist/sind oder einen Kolben bildet/bilden, der in einem korrespondierenden Zylinder (211, 221), der in dem Gehäuse (21, 22, 24, 25) vorliegt, geführt ist, wobei bevorzugt zwei oder mehr Kolben und die jeweils zugeordneten Zylinder (211, 221) in Bezug koaxial zu einer gemeinsamen Achse angeordnet sind und die Kolben besonders bevorzugt gegenläufig sind.
Ventilaufsatz (2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass – das Gehäuse (21, 22, 24, 25) eine Druckversorgungsöffnung, bevorzugt eine Druckversorgungsöffnung und eine Drosselbohrung aufweist, die in dem gasdichten Raum (100) mündet/münden und/oder – ein Druckentlastungsventil vorgesehen ist, das über eine Durchgangsbohrung in einer Gehäusewandung fluidisch mit dem gasdichten Raum (100) in Verbindung steht.
Ventilaufsatz (2) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (5, 6) jeweils einen ringförmigen Ventilsitz (7, 8) sowie dazu korrespondierend ein ringförmiges Verschlussteil (9, 10) aufweisen, wobei die Verschlussteile (9, 10) der beiden Ventile (5, 6) an einem gemeinsamen, längs der Ventillängsachse verschiebbaren Träger (11) angeordnet sind, der in dem Gehäuse (21, 22, 24, 25) geführt ist.
Ventilaufsatz (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – der gasdichte Raum (100) zwischen dem Träger (11) und dem Gehäuse (21, 22, 24, 25) oder zwischen zumindest einem der Verschlussteile (9, 10) und dem Gehäuse (21, 22, 24, 25) vorliegt, – wobei bevorzugt der Träger (11) und/oder zumindest eines der Verschlussteile (9, 10) zumindest einen radial ausragenden Bund (113, 114) aufweist/aufweisen und – das Gehäuse (21, 22, 24, 25) einen radial einwärts ragenden umlaufenden Zwischenboden (212, 222) aufweist, wobei der Bund (113, 114) des Trägers (11) und/oder des zumindest einem Verschlussteils (9, 10) und der Zwischenboden (212, 222) des Gehäuses (21, 22, 24, 25) den gasdichten Raum (10) begrenzen, – wobei besonders bevorzugt zumindest an dem ausragenden Bund (113, 114) des Trägers (11) und/oder des zumindest einen Verschlussteils (9, 10) und/oder an einer korrespondierenden Kontaktfläche des Gehäuses (21, 22, 24, 25) eine Dichtung (115), bevorzugt ein O-Ring oder ein Wellendichtring, angeordnet ist.
Ventilaufsatz (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die ringförmigen Verschlussteile (9, 10) koaxial angeordnet und dazu ausgebildet sind, ein vorgegebenes rohrförmiges Element (3) unter Ausbildung eines Ringspaltes (7', 8') zu umgeben und/oder – der Träger (11) eine Durchgangsbohrung (111) hat, die mit den ringförmigen Verschlussteilen (9, 10) koaxial ausgerichtet ist.
Ventilaufsatz (2) nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11) und/oder das Verschlussteil (9) des Flüssigkeitsventils (5) bezüglich der Öffnungsrichtung des Flüssigkeitsventils (5) mit zumindest einer Feder (112), bevorzugt einer Druckfeder (112), an dem Gehäuse (21, 22, 24, 25) abgestützt ist/sind, wobei bevorzugt die Federsteifigkeit der Feder (112) auf einen vorbestimmten statischen Druck des Füllfluids abgestimmt ist.
Ventilaufsatz nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die beiden Ventile (5, 6) Kegelventile sind, und/oder – das Flüssigkeitsventil (5) und/oder das Behältnisbelüftungs-/entlüftungsventil (6) von einem Ringraum (12) zum Speichern des jeweiligen Mediums bezüglich des Rohres (3) konzentrisch umgeben ist/sind.
Vorrichtung zum Befüllen und Entleeren eines Behältnisses, die einen Ventilaufsatz aufweist, der dicht auf das Behältnis aufsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilaufsatz ein Ventilaufsatz (2) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der gasdichte Raum (100) des Ventilaufsatzes (2) mit einer Gasdruckquelle verbunden ist, bevorzugt mit einer Druckluftquelle, wobei besonders bevorzugt in einer Verbindungsleitung der Gasdruckquelle mit dem gasdichten Raum (100) zumindest ein Absperrventil vorgesehen ist, wobei bevorzugt als Absperrventil ein Wegeventil vorgesehen ist, besonders bevorzugt ein 5/3-Wegeventil mit gesperrter Mittelstellung, oder wobei zwei 2/3-Wegeventile vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckversorgung der pneumatischen Betätigung zumindest eines der Ventile (5, 6) des Ventilaufsatzes (2) eine separate Druckluftquelle vorgesehen ist und insbesondere die Druckluftquelle nicht zur Druckluftversorgung weiterer Ventilaufsätze ausgebildet ist, wobei bevorzugt die separate Druckluftquelle ein Druckluftnetz mit Druckschwankungen, besonders bevorzugt kleiner als 0,1 bar, am meisten bevorzugt kleiner als 0,05 bar, ist.
Befüllverfahren für ein Behältnis (1) unter Verwendung eines Ventilaufsatzes (2) nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 10, umfassend die Schritte: a) dicht Aufsetzen des Ventilaufsatzes (2) mit der Unterseite des Gehäuses (21, 22, 24, 25) auf ein leeres Behältnis (1), b) unter beginnendem Einströmen von Füllfluid in das Behältnis (1) Bewirken einer Öffnungsbewegung des Verschlussteils (9) des Flüssigkeitsventils (5), dabei Komprimieren der Gasvorlage der Dämpfungsvorrichtung zu einem Druckpolster und einwirken Lassen des Druckpolsters auf das Verschlussteil (9) und dadurch Verringern der Öffnungsgeschwindigkeit, c) Vor Erreichen eines vorbestimmten Öffnungshubs Ablassen des Druckpolsters und dadurch Erhöhen der Öffnungsgeschwindigkeit, c) Weiter Öffnen des Flüssigkeitsventils (5) bis zu dem vorbestimmten Öffnungshub, dabei weiter einströmen Lassen von Füllfluid in das Behältnis (1), d) bei Erreichen einer vorbestimmten Füllmenge Schließen des Flüssigkeitsventils (5).