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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt, wobei die Vorrichtung mindestens zwei Füllleitungen zum gleichzeitigen Befüllen je eines Behälters aufweist und die Füllleitungen über eine gemeinsame Füllproduktzuleitung mit einem Füllproduktreservoir kommunizieren.
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Stand der Technik
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Bei Füllvorrichtungen zum Abfüllen von Füllprodukten in Behälter, besonders im Bereich der Abfüllvorrichtungen für Getränke, ist bekannt, das Füllprodukt in einem Füllproduktreservoir bereitzuhalten, aus welchem dann über eine Füllproduktzuleitung die eigentlichen Füllleitungen zum Einfüllen des Füllprodukts in die Behälter gespeist werden. Um den apparativen Aufwand zu reduzieren, ist es bekannt, mindestens zwei Füllleitungen über ein in der Füllproduktzuleitung angeordnetes Füllventil mit der zugehörigen Sensorik zu steuern, so dass mindestens zwei Behälter gleichzeitig befüllt werden können. Durch leicht unterschiedliche Verhältnisse in den Füllleitungen kann es zu voneinander abweichenden Füllmengen in den beiden Behältern kommen.
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Die
DE 10 2011 111 483 A1 beschreibt eine Behälterbehandlungsmaschine mit einer Vielzahl von Behandlungspositionen zur Behandlung der an diesen Positionen angeordneten Behältern, wobei die an einem Rotor vorgesehenen und an Behandlungsblöcken ausgebildeten Behandlungspositionen Funktionselemente für eine gesteuerte Relativbewegung zwischen den Behandlungsblöcken und den Behältern und/oder für die Steuerung von Flüssigkeits- und/oder Gas- und/oder Dampfwegen für flüssige und/oder gas- und/oder dampfförmige Behandlungsmedien und/oder für eine Überwachung und/oder Steuerung des Behandlungsablaufs und/oder Stellglieder oder Stellantriebe aufweisen. Es ist jeweils eine Funktionseinheit für zwei benachbarte Behandlungspositionen vorgesehen.
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Darstellung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befüllen mehrerer Behälter mit flüssigem Füllprodukt bereitzustellen, die ein genaueres Befüllen von Behältern ermöglichen.
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Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden allgemeinen Beschreibung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
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Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung mindestens zwei Füllleitungen zum gleichzeitigen Befüllen je eines Behälters mit dem Füllprodukt aufweist und die Füllleitungen über eine gemeinsame Füllproduktzuleitung mit einem Füllproduktreservoir kommunizieren. Erfindungsgemäß sind die Füllleitungen über eine Kopplungsvorrichtung zum Angleichen der Fließgeschwindigkeiten des Füllprodukts in den Füllleitungen miteinander gekoppelt.
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Durch die Angleichung der Fließgeschwindigkeiten des Füllprodukts in den Füllleitungen kann in allen beteiligten Füllleitungen eine ähnliche, im besten Fall die gleiche, Fließgeschwindigkeit erreicht werden, so dass aus den Füllleitungen das gleiche Volumen an Füllprodukt austritt. Damit kann erreicht werden, dass über ein einziges gemeinsames Füllventil die gleichzeitige Befüllung mehrerer Behälter zuverlässig und genau gesteuert werden kann.
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Mittels der Kopplungsvorrichtung kann weiterhin auf eine sehr exakte Fertigung der einzelnen Komponenten sowie eine aufwändige anfängliche Justierung und eine häufige Nachjustage der Einbauposition der Füllleitungen verzichtet werden, da etwaig auftretende Unterschiede in der Fließgeschwindigkeit durch die Kopplungsvorrichtung ausgeglichen werden. Es kann daher ein einfacherer Aufbau und ein zuverlässiger Betrieb der Vorrichtung zum Befüllen von Behältern erreicht werden.
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Die Bezeichnung "Kopplungsvorrichtung" ist nicht auf einteilige Bauteile, etwa eine Druckausgleichsleitung, beschränkt, sondern kann eine Summe von technischen Merkmalen, etwa mechanischer und/oder elektronischer Art, bezeichnen, die für einen Druckausgleich zwischen den betreffenden Füllleitungen sorgen. Aufgrund dieses Druckausgleichs lassen sich zwei oder mehr Füllleitungen mit nur einem Satz von Füllventilen und Messorganen ansteuern, was nicht nur einen enormen Kostenvorteil zur Folge hat, sondern auch die Störanfälligkeit der Vorrichtung reduziert.
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Die Füllproduktzuleitung kann eine von den Füllleitungen entsprechend gemeinsam genutzte Aktorik und/oder ein gemeinsam genutztes Füllventil und/oder eine gemeinsam genutzte Sensorik wie beispielsweise einen gemeinsamen Volumenstromsensor zur Überwachung und Steuerung des Füllvorgangs aufweisen.
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Die Vorrichtung eignet sich besonders gut zur gleichzeitigen Abfüllung flüssiger Füllprodukte wie beispielsweise Getränke. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Bezeichnung "flüssiges Füllprodukt" sowohl niedrig- als auch hochviskose und pastöse Flüssigkeiten umfasst, genauso wie mehrphasige Flüssigkeiten und solche mit Partikeln. Getränke aller Art sind ebenso einbezogen wie Joghurt, Konfitüre, Gelee und andere Lebensmittel.
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Bevorzugt ermöglicht die Kopplungsvorrichtung einen Druckausgleich zwischen den Füllleitungen. Zwischen dem Druck und der Fließgeschwindigkeit (auch als Volumenstrom bezeichnet) besteht in den Füllleitungen eine direkte Beziehung. Ist der Druck in den jeweiligen Füllleitungen gleich, so ist dies auch die Fließgeschwindigkeit. Entsprechend kann durch die Bereitstellung eines Druckausgleichs zwischen den Füllleitungen mittels der Kopplungsvorrichtung eine Angleichung der Fließgeschwindigkeiten und damit auch eine Angleichung der mittels der jeweiligen Füllleitungen ausgegebenen Füllproduktvolumina erreicht werden.
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Bevorzugt weist die Kopplungsvorrichtung eine Druckausgleichsleitung auf, über welche die Füllleitungen miteinander kommunizieren. Über diese Druckausgleichsleitung kann entsprechend ein Druckausgleich vorgenommen werden. Da die Füllleitungen miteinander kommunizieren, findet beim Auftreten eines Druckunterschieds zwischen den Füllleitungen entsprechend ein Fluidstrom durch die Druckausgleichsleitung hindurch von der Füllleitung mit dem höheren Druck zu der Füllleitung mit dem niedrigeren Druck statt.
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Bevorzugt ist der Querschnitt der Füllleitungen stromabwärts der Druckausgleichsleitung im Wesentlichen um den Querschnitt der Druckausgleichsleitung reduziert und die Druckausgleichsleitung zweigt bevorzugt in Strömungsrichtung des Füllproduktes in einem stumpfen Winkel von den Füllleitungen ab. So kann in der Druckausgleichsleitung ein entsprechender Staudruck erreicht werden, der eine exakte und unmittelbare Angleichung der Fließgeschwindigkeiten in den beiden Füllleitungen bewirkt. Insbesondere bewirkt die stumpfe Abzweigung, dass nicht nur der statische Druck in den Füllleitungen, sondern auch der dynamische Druck angeglichen wird. Die Winkel an den Abzweigungen sollten vorzugsweise gleich groß sein. Dadurch werden die Druck- und Fließzustände in den betreffenden Füllleitungen noch genauer aneinander angeglichen. Vorzugsweise ist die Druckausgleichsleitung im Bereich ihrer Verbindungsstellen mit den Füllleitungen gekrümmt. Selbstverständlich sind auch andere Konturen der Druckausgleichsleitung möglich, solange ein Druckausgleich zwischen den Füllleitungen stattfindet und dafür gesorgt wird, dass die Fließgeschwindigkeiten ohne individuelle Sensorik und Aktorik angeglichen werden.
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Bevorzugt weist die Kopplungsvorrichtung ein mechanisches Teilungselement auf, mit dem sich der Strömungsquerschnitt der Füllleitungen verändern lässt, wobei das mechanische Teilungselement bevorzugt über in die Füllleitungen ragende Anströmflächen oder über in die Füllleitungen ragende flexible Membranen die Fließgeschwindigkeit angleicht. Mittels des mechanischen Teilungselements kann entsprechend über eine Veränderung des Strömungsquerschnitts eine Angleichung der Fließgeschwindigkeiten erreicht werden. Die Verschiebung findet so lange statt, bis die über die Anströmflächen aufgebrachten Kräfte ausgeglichen sind.
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Besonders bevorzugt ist das mechanische Teilungselement so angeordnet, dass eine Druckdifferenz zwischen den Füllleitungen zu einer die Druckdifferenz ausgleichenden Verschiebung des Teilungselements führt, so dass in allen gekoppelten Füllleitungen derselbe Druck vorliegt. Durch einen solchen automatischen Ausgleich zwischen den Füllleitungen kann ein genaues gleichzeitiges Befüllen der Behälter erreicht werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausbildung weist das mechanische Teilungselement eine in einem die Füllleitungen verbindenden Verbindungskanal verschieblich angeordnete Kugel auf. Die Kugel weist ebenfalls Anströmflächen auf, die in die Füllleitungen hineinragen. Über eine entsprechende Verschiebung der Kugel zwischen den beiden Füllleitungen können damit die Fließgeschwindigkeiten angeglichen werden. Die Kugel verschiebt sich so lange, bis die über die Anströmflächen in den jeweiligen Füllleitungen auf die Kugel aufgebrachten Kräfte ausgeglichen sind.
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Um die dynamischen und statischen Komponenten des Druckes auszugleichen, dichtet die Kugel den Verbindungskanal bevorzugt im Wesentlichen fluiddicht ab. Damit wirken sowohl die statischen Drücke der über der Kugel in den jeweiligen Füllleitungen lastenden Flüssigkeitssäule, als auch die durch das Fließen des Füllprodukts und das Anströmen der Anströmflächen auf die Kugel aufgebrachten Kräfte auf die Kugel ein und bringen diese in ein Gleichgewicht, so dass ein Angleichen der Fließgeschwindigkeiten erreicht wird.
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In einer bevorzugten Alternative stellt der Verbindungskanal eine Fluidverbindung zwischen den Füllleitungen bei aufgenommener Kugel bereit. Damit findet ein durch die statischen Drücke induzierter Fluidaustausch durch den Verbindungskanal statt und auf die Kugel wirken nur die dynamischen, über die Anströmflächen induzierten Komponenten.
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Bevorzugt weist die Kopplungsvorrichtung ein verstellbares Teilungselement auf, welches den Volumenstrom der gemeinsamen Füllproduktzuleitung in gleiche Volumenströme in den Füllleitungen aufteilt. Das Teilungselement kann etwa ein Teilungselement aufweisen, das in wenigstens eine der betreffenden Füllleitungen direkt oder über eine flexible Membran hineinragt. Andere Realisierungen sind denkbar: beispielsweise kann das Teilungselement über ein Füllventil realisiert werden, das die Füllleitung zusammendrückt und/oder aufweitet. Dies kann konkret über eine Schelle mit veränderlichem Durchmesser erfolgen. Eine konstruktiv besonders einfache Realisierung lässt sich mittels eines Teilungselements realisieren, wenn dieses frei verschiebbar ist, sodass eine automatische Verschiebung des Teilungselements aufgrund des Drucks beziehungsweise des Flüssigkeitsstroms in der Füllleitung stattfindet.
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Besonders bevorzugt koppelt die Kopplungsvorrichtung zwei oder mehr Füllleitungen, sodass eine Druckdifferenz zwischen den Füllleitungen automatisch zu einer Verstellung der Kopplungsvorrichtung einen Gleichgewichtszustand führt, in dem alle mit der Kopplungsvorrichtung gekoppelten Füllleitungen denselben Druck aufweisen. Realisiert werden kann eine solche Kopplungsvorrichtung über das oben erwähnte Teilungselement, das in einer besonders bevorzugten Ausführung plattenförmig ausgebildet ist. Ein solches Teilungselement kann sich frei verschieben und gewährleistet gleiche Drücke in beiden Füllleitungen. Zur Optimierung des Wirkungsgrads können die Anströmflächen besonders geformt sein, vorzugsweise keilförmig.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kopplungsvorrichtung ein verstellbares Teilungselement auf, das den Volumenstrom der Füllproduktzuleitung teilt, wobei sich durch Verstellung der Position des Teilungselements die Volumenströme in den Füllleitungen relativ zueinander einstellen lassen. Das Teilungselement befindet sich hierzu vorzugsweise direkt in der Verzweigung der Füllproduktzuleitung in die entsprechenden Füllleitungen. Das Teilungselement kann etwa ein plattenförmiges Element sein, das sich so verschieben lässt, dass die Volumenströme in die Füllleitungen variabel sind.
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Das Teilungselement ist bevorzugt so vorgesehen, dass eine automatische Einstellung der Volumenströme stattfindet. Mit anderen Worten kann das verstellbare Teilungselement so aufgebaut sein, dass eine Druckdifferenz zwischen den betreffenden Füllleitungen automatisch zu einer Verstellung des Teilungselements in einen Gleichgewichtszustand führt, in dem alle betreffenden Füllleitungen denselben Druck aufweisen. Der Volumenstrom, der sich in der Füllproduktzuleitung befindet, wird über das Teilungselement geteilt, wobei die Aufteilung vorzugsweise in Druckkammern erfolgt, die sich beidseitig des Teilungselements befinden. Über Engstellen der oberen (stromaufwärts gelegenen) Kante des Teilungselements ergeben sich in diesem Fall Druckabfälle, die eine Druckdifferenz in den Kammern zur Folge haben. Dieser Druckunterschied führt zu einer automatischen Verstellung des Teilungselements, solange bis die Druckdifferenz ausgeglichen ist und somit die Volumenströme in die Füllleitungen gleich sind. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass unter Verstellung nicht allein eine Verschiebung des Teilungselements gemeint ist, sondern außerdem eine Verformung oder Drehung, eine andere Art der mechanischen Verstellung oder eine Kombination daraus umfasst sind. Das gilt analog für den bereits besprochenen Verstellmechanismus.
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Besonders bevorzugt weist das Teilungselement eine stromaufwärts gerichtete flexible Zunge auf, welche bei einer Druckdifferenz zwischen den Füllleitungen zu einer die Druckdifferenz ausgleichenden Verschiebung der Zunge führt, so dass in allen gekoppelten Füllleitungen derselbe Druck vorliegt. Dieser automatische Ausgleich findet über den Venturi-Effekt statt.
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Vorzugsweise weist die Kopplungsvorrichtung eine Druckausgleichskammer auf, in welche die Füllproduktzuleitung mündet und von welcher die betreffenden Füllleitungen abzweigen, wobei die Druckausgleichskammer wenigstens teilweise mit Füllprodukt gefüllt ist. Dies stellt ebenfalls eine sehr einfache Möglichkeit dar, den Druckausgleich zwischen den betreffenden Füllleitungen zu realisieren.
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Im Hinblick auf das Verfahren zum Befüllen mehrerer Behälter mit flüssigem Füllprodukt unter Verwendung einer der oben besprochenen Vorrichtungen findet während des Füllvorgangs durch das Kopplungsvorrichtung ein Druckausgleich zwischen den betreffenden Füllleitungen statt.
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Vorzugsweise pendeln sich die Fließgeschwindigkeiten in den betreffenden Füllleitungen in einen Zustand ein, in dem diese gleich sind. Die Kopplungsvorrichtung stellt somit vorzugsweise eine mechanische oder hydrodynamische Kopplung zwischen den Füllleitungen her, sodass bei einer etwaigen Druckdifferenz zwischen den einzelnen Füllleitungen ein automatischer Druckausgleich stattfindet. Das oder die technischen Bauteile, welche die Kopplung realisieren, können sich stromabwärts bezüglich der Verzweigung der Füllproduktzuleitung in die Füllleitungen und/oder direkt in der Verzweigung oder im Bereich der Verzweigung befinden. Bei einer zweiseitigen oder mehrseitigen Kopplung kommunizieren die betreffenden Druckausgleichsleitungen über das Kopplungsvorrichtung (das Teilungselement, die Kugel, die Druckausgleichsleitung, das Teilungselement usw.) miteinander.
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Es wurden verschiedene Realisierungen der Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die sich grob in die folgenden Klassen einteilen lassen: Druckausgleich durch Volumentransport, Druckausgleich durch Querschnittsveränderung oder Druckausgleich durch Volumenteilung.
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Wenngleich die vorliegende Erfindung besonders bevorzugt bei der Befüllung von Behältern mit Lebensmitteln zur Anwendung kommt, versteht es sich, dass die Erfindung auch in anderen Bereichen umgesetzt werden kann, beispielsweise bei der Abfüllung beziehungsweise Dosierung von Farben, Lacken oder anderen niedrig- und hochviskosen Flüssigkeiten. Darüber hinaus sind weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben erwähnten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
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1 zeigt schematisch einen Abschnitt einer Vorrichtung zum Befüllen von Behältern, wobei ein Füllproduktreservoir, ein Füllproduktzuleitung und zwei Füllleitungen gezeigt sind.
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2 zeigt schematisch eine Realisierung des Druckausgleichs zwischen zwei Füllleitungen über eine Druckausgleichsleitung.
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3 zeigt eine andere Ausführungsform der Druckausgleichsleitung.
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4 zeigt schematisch eine Realisierung des Druckausgleichs zwischen zwei Füllleitungen über einen Druckausgleichsschieber.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Druckausgleichsschiebers.
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6 zeigt schematisch eine Realisierung des Druckausgleichs zwischen zwei Füllleitungen mittels eines Teilungselements.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Teilungselements.
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8 zeigt schematisch eine Realisierung des Druckausgleichs zwischen zwei Füllleitungen mittels einer beweglichen Kugel.
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9 zeigt schematisch eine Realisierung des Druckausgleichs zwischen zwei Füllleitungen mittels eines Druckausgleichsbehälters.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen bezeichnet, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
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Aus der 1 geht schematisch ein Abschnitt einer Vorrichtung zum Befüllen von Behältern hervor, wobei schematisch ein Füllproduktreservoir 100, eine daraus abzweigende Füllproduktzuleitung 1, ein sich daran anschließendes Füllventil 3 und zwei über die Füllproduktzuleitung 1 mit dem Füllproduktreservoir 100 kommunizierende Füllleitungen 4 und 4' gezeigt sind.
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Das Füllventil 3 schaltet das durch die Füllproduktzuleitung 1 zu den beiden Füllleitungen 4 und 4' strömende Füllproduktvolumen. Das Füllventil 3 kann beispielsweise als Regelventil ausgeführt sein. In der schematischen Darstellung der Figuren sind die Füllleitungen 4, 4‘ lediglich als Leitungen ausgebildet, die schließlich ein Befüllen der Behälter mit einem Freistrahl ermöglichen. Es können an den Füllleitungen 4, 4‘ auch weitere Bestandteile vorgesehen sein, wie beispielsweise Füllventile, die sich an den der Füllproduktzuleitung 1 abgewandten Enden der Füllleitungen 4 und 4' befinden, Stutzen zum andocken an Behälter usw.. Die Volumenströme aus den Füllleitungen 4 und 4' sind mit Pfeilen angedeutet und sind aufgrund mechanischer Toleranzen im Allgemeinen nicht gleich. Im Nachfolgenden wird eine Kopplungsvorrichtung zum Angleichen der Fließgeschwindigkeiten in den Füllleitungen 4, 4‘ in unterschiedlichen Ausführungsformen gezeigt werden.
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Da sich die unterschiedlichen Toleranzen in der Fließgeschwindigkeit des Füllprodukts durch die Füllleitungen 4, 4‘ bemerkbar machen, wird sich auch der Druck in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit und dem Druckabfall in den Füllleitungen 4 und 4' verändern. Umgekehrt, da bei einem gleichen Druck auch gleiche Fließwiderstände herrschen, werden im Folgenden verschiedene Realisierungen des Druckausgleichs zwischen den Füllleitungen 4 und 4' dargestellt.
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Gemäß der Ausführungsform der 2 ist stromabwärts des Füllventils 3 eine Druckausgleichsleitung 2 zwischen den beiden Füllleitungen 4 und 4' vorgesehen. Die Druckausgleichsleitung 2 verbindet die Füllleitungen 4 und 4' miteinander und sorgt so für eine Kommunikation zwischen den beiden Füllleitungen 4 und 4'. Damit können die Drücke in den beiden Füllleitungen 4, 4‘ aneinander angeglichen werden. Insbesondere findet bei einem Druckgefälle zwischen den beiden Füllleitungen 4, 4‘ ein Volumenstrom durch die Druckausgleichsleitung 2 hindurch von der Seite des höheren Drucks auf die Seite des niedrigeren Drucks solange statt, bis die Drücke angeglichen sind. Entsprechend findet durch das Bereitstellen der Druckausgleichsleitung ein Angleichen der Drücke in den Füllleitungen 4, 4‘ und damit auch ein Angleichen der Fließgeschwindigkeiten in den Füllleitungen 4, 4‘ statt, so dass aus beiden Füllleitungen 4, 4‘ das gleiche Volumen an Füllprodukt in die darunter angeordneten, zu befüllenden Behälter gelangt.
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In dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die mechanische Kopplung (90°-Anschlüsse) so ausgelegt, dass im Wesentlichen die statischen Drücke in den Füllleitungen 4 und 4' erfasst werden.
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Auf die Darstellung des Füllproduktreservoirs 100 wurde in der 2 (auch in den sich daran anschließenden Figuren) der Übersichtlichkeit halber verzichtet, dafür sind zu befüllende Behälter 101 und 101' schematisch dargestellt, in die das Füllprodukt von den Füllproduktleitungen 4 und 4' eingefüllt wird.
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In 3 ist eine andere Kontur der Druckausgleichsleitung 2 gezeigt, mit der zusätzlich zum statischen Druck auch der dynamische Druck des die Füllleitung 4, 4‘ durchfließenden Füllprodukts erfasst wird, wodurch ein noch besserer Druckausgleich zwischen den beiden Füllleitungen 4 und 4' stattfindet. Der Bereich der Verzweigungen der Druckausgleichsleitung 2 mit den Füllleitungen 4 und 4' ist mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet. Daraus ist ersichtlich, dass die Druckausgleichsleitung 2 nicht im 90°-Winkel mit den Füllleitungen 4 und 4' verbunden ist, sondern im stumpfen Winkel davon abzweigt (gesehen in Strömungsrichtung des Füllprodukts). Darüber hinaus sind die Endbereiche der Druckausgleichsleitung 2 gekrümmt. Der Querschnitt der Füllleitungen 4, 4‘ ist im Wesentlichen um den Querschnitt der Druckausgleichsleitung 2 reduziert.
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Eine weitere Realisierung zur Erzeugung eines Druckausgleichs zwischen den Füllleitungen 4 und 4' ist in der 4 gezeigt. Darin ist zwischen den Füllleitungen 4 und 4' ein mechanisches Schiebelement 17 vorgesehen, das an den Enden in jeweils eine Füllleitung 4 und 4' hineinragt und welches entsprechend entlang der gezeigten Pfeilrichtung verschiebbar ist. Dieses mechanische Schiebelement 17 ist frei verschiebbar und gewährleistet gleiche Drücke in den beiden Füllleitungen 4 und 4', indem dieses den Strömungsquerschnitt derselben verändern kann. Die in die Füllleitungen 4, 4‘ ragenden Anströmflächen 18 des mechanischen Schiebelements 17 sind keilförmig ausgebildet, so dass die Strömung auf die Keilfläche auftrifft. Durch diese Ausbildung wird ein höherer Wirkungsgrad erzielt. Auf die Anströmflächen 18 wirkt der an diesem Ort wirkende hydrostatische Druck, der durch die darüber anstehende Flüssigkeitssäule aufgebracht wird. Dieser hydrostatische Druck bewirkt eine Kraft auf das mechanische Schiebeelement 17. Neben dem hydrostatischen Druck wird auf die Anströmflächen 18 auch eine durch den Impuls des Füllprodukts bewirkte Kraft aufgebracht. Die dynamischen und die statischen Kräfte der jeweiligen Füllleitungen 4, 4‘ wirken gegeneinander. Ist die Summe der Kräfte gleich, so befindet sich das mechanische Schiebeelement 17 in Ruhe und die Fließgeschwindigkeiten in den Füllleitungen 4, 4‘ sind gleich.
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Sind die Kräfte unterschiedlich, so wird das Schiebeelement 17 in Richtung der niedrigeren Kraft verschoben, bis die Kräfte im Gleichgewicht sind und entsprechend die Fließgeschwindigkeiten aneinander angeglichen sind. An den Ausgängen der beiden Füllleitungen 4 und 4' stellen sich somit automatisch gleiche Fließgeschwindigkeiten ein.
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Eine dazu alternative Ausführungsform ist in der 5 gezeigt, in der das mechanische Schiebelement 17 über flexible Membranen 19 und 19' in die Füllleitungen 4 und 4' hineinragt. Mit anderen Worten weisen die Füllleitungen 4 und 4' flexible beziehungsweise verformbare Bereiche bei den flexiblen Membranen 19 und 19' auf. Diese flexiblen Membranen 19 und 19' können beispielsweise über hygienische Membranen, Bälge usw. realisiert werden. Die flexiblen Membranen bilden eine Anströmfläche aus, welche wie in der vorherigen Ausführungsform entsprechend dynamische und statische Druckkomponenten übertragen.
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Die 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der ein Teilungselement 6 in Form einer elastischen Zunge in der Verzweigung der Füllproduktzuleitung 1 in die einzelnen Füllleitungen 4 und 4' vorgesehen ist. Der Volumenstrom, der durch die Füllproduktzuleitung 1 transportiert wird, wird über das Teilungselement 6 geteilt. Die Aufteilung geschieht in die Druckkammern 7 und 8, die sich rechtsseitig beziehungsweise linksseitig (in dem Schnitt der 6) des Teilungselements 6 befinden. Über die Engstellen 5 der oberen Kante des Teilungselements 6 ergeben sich Druckabfälle, die eine Druckdifferenz in den Druckkammern 7 und 8 zur Folge haben. Dieser Druckunterschied führt zu einer Verformung oder Verschiebung der elastischen Zunge, bis die Druckdifferenz ausgeglichen und somit die Volumenströme in den Füllleitungen 4 und 4' gleich sind. Die Ausrichtung der elastischen Zunge in die richtige Richtung wird automatisch durch den Ventouri Effekt erreicht.
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Die 7 zeigt eine Kopplungsvorrichtung, die ähnlich der 6 als Teilungselement 6 ausgeführt ist. Im Unterschied zur 6 ist eine manuelle Einstellung der Position des Teilungselements 6 vorgesehen. Die Positionseinstellung erfolgt über ein Schraubenelement 13, das auf eine Verschiebungsplatte 12 wirkt, die mit dem Teilungselement 6 verbunden ist. Alternativ kann die Verstellung über einen Elektromotor, magnetisch, pneumatisch oder anders erfolgen. Darüber hinaus kann die Verstellung mittels einer Steuereinheit automatisiert erfolgen, welche gegebenenfalls mit Sensoren in den Kammern 7 und 8 oder in den Füllleitungen 4 und 4' verbunden ist und den Druck, die Fließgeschwindigkeit oder andere Zustandsparameter bei der Steuerung einbezieht.
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Die 8 zeigt einen Aufbau, der eine Kugel 20 als Kopplungsvorrichtung verwendet. Die Kugel 20 ist in einem Verbindungskanal 22 in der mittels Pfeilen dargestellten Richtung frei beweglich angeordnet und dient als Kopplungselement zwischen zwei (oder mehr) Füllleitungen 4 und 4'. Die Kugel 20 ragt an ihrem Umfang 23 in die Füllleitungen 4 und 4' hinein und bildet entsprechend ebenfalls Anströmflächen aus. Sie befindet sich somit im Strömungsquerschnitt der Füllleitungen 4 und 4'. Durch ihre Beweglichkeit gleicht sie eine etwaige Druckdifferenz oder auch Volumenstromdifferenz zwischen den beiden Füllleitungen 4 und 4' aus. Die Folge sind gleiche Fließgeschwindigkeiten in beiden Füllleitungen 4, 4‘.
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Der Verbindungskanal 22 kann so ausgebildet sein, dass die Kugel 20 abdichtend darin aufgenommen ist. Die statischen und dynamischen Kräfte wirken entsprechend auf die Kugel 20, die dann aufgrund der Kombination der Kräfte mehr oder weniger in die jeweiligen Füllleitungen 4, 4‘ hineinragt.
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Der Verbindungskanal 22 kann auch so ausgebildet sein, dass eine Fluidverbindung zwischen den Füllleitungen 4, 4‘ auch bei aufgenommener Kugel 20 ausgebildet ist. Die statischen Drücke können so zu einem Fluidaustausch zwischen den Füllleitungen 4, 4‘ führen, die dynamischen Komponenten führen dann zu einer Verschiebung der Position der Kugel 20.
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Eine weitere Realisierung der Kopplungsvorrichtung ist in der 9 dargestellt. Der Druckausgleich wird hier über einen Behälter 26 realisiert, der mit der Füllproduktzuleitung 1 verbunden ist. Der Behälter 26 ist vollständig oder teilweise mit dem Füllprodukt gefüllt. Dadurch wird an den Verbindungsstellen des Behälters 26 mit den Füllleitungen 4 und 4' ein Druckausgleich geschaffen, wodurch sich in den Füllleitungen 4 und 4' gleiche Fließgeschwindigkeiten einstellen.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Füllproduktzuleitung
- 2
- Druckausgleichsleitung
- 3
- Füllventil
- 4, 4'
- Füllleitung
- 5
- Engstelle
- 6
- Teilungselement
- 7, 8
- Druckkammer
- 9
- Verzweigungsbereich der Druckausgleichsleitung mit den Füllleitungen
- 12
- Verschiebeplatte
- 13
- Schraubenelement
- 17
- mechanisches Schiebelement
- 18
- Anströmfläche des Teilungselements
- 19, 19'
- flexible Membran
- 20
- Kugel
- 22
- Verbindungskanal
- 23
- Kugelumfang
- 26
- Behälter zum Druckausgleich
- 100
- Füllproduktreservoir
- 101, 101‘
- Behälter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011111483 A1 [0003]
