DE102015118612A1

DE102015118612A1 - Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt

Info

Publication number: DE102015118612A1
Application number: DE102015118612.8A
Authority: DE
Inventors: Franz Weigl
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-05-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Befüllen eines Behälters (100) mit einem Füllprodukt (10) in einer Getränkeabfüllanlage, die ein Füllproduktreservoir (12) zur Aufnahme des Füllprodukts (10), ein Füllventil (2) mit einem durch einen Füllventilsitz (22) und einen darin abdichtend aufnehmbaren Füllventilkegel (24) ausgebildeten Ringspalt, der eine Verbindung zwischen dem Füllproduktreservoir (12) und dem zu befüllenden Behälter (100) schaltet, einen Rückgasweg (34), der eine Einströmöffnung (30), welche in dem zu befüllenden Behälter (100) positionierbar ist, und eine Ausströmöffnung (32, 320, 322), die mit einem Gasraum (14) des Füllproduktreservoirs (12) kommuniziert, aufweist, und eine den Rückgasweg (34) schaltende Gasnadel (4), welche einen Gasnadelkegel (44) aufweist, der in einem Gasnadelventilsitz (42) abdichtend aufnehmbar ist, wobei der Gasnadelventilsitz (42) und der Füllventilkegel (24) so miteinander verbunden sind, dass der Gasnadelkegel (44) über den Gasnadelventilsitz (42) den Füllventilkegel (24) in den Füllventilsitz (22) pressen kann, aufweist, wobei mindestens zwei unterschiedliche Strömungswiderstände des Rückgaswegs (34) schaltbar sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt, welche insbesondere ein Füllventil mit einem Rückgasrohr zum Ausleiten des während des Füllvorganges in einem zu befüllenden Behälter verdrängten Rückgases sowie zur Steuerung der Füllhöhe aufweist.
Stand der Technik
In Getränkeabfüllanlagen ist es bekannt, Füllventile zum Befüllen der zu befüllenden Behälter bereitzustellen, mittels welchen das Füllprodukt in den Behälter eingeleitet werden kann. Um beim Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem karbonisierten Füllprodukt ein übermäßiges Aufschäumen des Füllprodukts während des Füllvorganges zu reduzieren bzw. vollständig zu unterbinden, ist es bekannt, den Behälter vor der eigentlichen Befüllung mit dem Füllprodukt mittels eines Spanngases vorzuspannen. Als Spanngas wird hier üblicherweise CO₂ verwendet. Durch die Vorspannung des Behälters kann während des Befüllvorganges verhindert werden, dass das in dem Füllprodukt gebundene CO₂ entbindet und ausgast und entsprechend ein Aufschäumen des Füllprodukts hervorruft. Durch das Vorspannen kann der Füllvorgang beschleunigt werden und ein zuverlässiges Ermitteln einer Füllhöhe ermöglicht werden.
Zur Ermittlung eines Füllstopps bei Getränkeabfüllvorrichtungen, in welchen die Behälter auf eine vorgegebene Füllhöhe befüllt werden sollen, sind unterschiedliche Lösungen bekannt. So ist es zum einen bekannt, in den Behälterinnenraum eine Sonde einzuführen, welche den Füllstand innerhalb des Behälters ermittelt und beispielsweise beim Erreichen einer vorgegebenen Füllhöhe einen Schließbefehl an das entsprechende Füllventil auslöst.
Weiter ist es bekannt, die Füllhöhe in einem Behälter über ein Rückgasrohr und damit über die in dem Behälter vorherrschenden Druckverhältnisse einzustellen. Dabei wird das Rückgasrohr in den zu befüllenden Behälter so weit eingeführt, dass sich eine Einströmöffnung des Rückgasrohrs, durch welche hindurch das durch das in dem zu befüllenden Behälter einströmende Füllprodukt verdrängte Gasvolumen in das Rückgasrohr einströmen kann, in dem Behälter auf dem gewünschten Füllniveau befindet. Das verdrängte Gasvolumen wird dabei üblicherweise in den Gasraum eines über dem Füllventil angeordneten Füllproduktreservoirs zurückgespeist, so dass nach einer Angleichphase im zu befüllenden Behälter und in dem darüber angeordneten Füllproduktreservoir im Wesentlichen die gleichen Drücke vorliegen.
Die Einführtiefe der Einströmöffnung des Rückgasrohrs bestimmt das maximale Füllniveau innerhalb des Behälters. Wird die Einströmöffnung des Rückgasrohrs nämlich durch den ansteigenden Flüssigkeitsspiegel verschlossen, so findet kein Rückströmen von Gas aus dem Innenraum des zu befüllenden Behälters mehr statt, entsprechend steigt der Druck in dem zu befüllenden Behälter an und der Füllvorgang wird beendet.
Hierzu ist es bekannt, ein Füllventil so auszubilden, dass das Rückgasrohr oder ein Füllventilrohr mit einem Füllventilkegel verbunden ist und gemeinsam mit diesem bewegt wird. Der Füllventilkegel ist in die geöffnete Position vorgespannt und weist gleichzeitig eine Kolbenfläche auf, welche durch das über dem Füllventil anstehende, aus dem Füllproduktreservoir zugelieferte Füllprodukt belastet ist. In dem Rückgasrohr ist eine Gasnadel vorgesehen, welche über einen Antrieb von einer geschlossenen Position, in welcher die Gasnadel in einem Gasnadelsitz aufgenommen ist und gleichzeitig, durch ihre Anbindung an dem Füllventilkegel, auch das Füllventil in die geschlossene Stellung drückt, in eine geöffnete Stellung, in der die Gasnadel aus dem Gasnadelsitz herausgehoben ist und entsprechend ein Gaskanal zwischen dem Behälterinnenraum der angepressten Flasche und dem Gasraum des Füllproduktreservoirs bereitgestellt wird, bewegt werden kann.
Zu Beginn des Füllprozesses wird der zu befüllende Behälter an das Füllventil angedrückt, die Gasnadel aus dem Gasnadelsitz herausgehoben und entsprechend das in dem Gasraum des Füllproduktreservoirs vorliegende Gas in den Behälterinnenraum über das Rückgasrohr einströmen. Der Füllventilkegel bleibt aufgrund seiner Belastung mit dem Füllprodukt zunächst geschlossen. Erst wenn die Druckverhältnisse in dem Behälterinnenraum an den Druck im Füllproduktreservoir angeglichen sind, wird der Füllproduktkegel durch dessen Vorspannung in die Öffnungsrichtung geöffnet. Das Füllprodukt kann dann so lange in den Behälter einströmen, wie ein Rückströmen des durch das Füllprodukt verdrängten Gasvolumens möglich ist, also bis der Füllproduktspiegel die Einströmöffnung des Rückgasrohrs erreicht hat und diese entsprechend verschließt. Ein weiteres Einströmen von Füllprodukt findet dann aufgrund der Druckverhältnisse nicht mehr statt. Der Füllvorgang wird abgeschlossen dadurch, dass die Gasnadel durch den Antrieb wieder in die geschlossene Position bewegt wird und dadurch sowohl die Gasnadel in den Gasnadelsitz, als auch der Füllventilkegel in den Füllventilsitz gedrückt wird. Ein solches Füllventil wird beispielsweise von der KRONES AG als Mecafill VKP-Ventil vertrieben.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Füllvorgang sowie die Präzision des Füllvorgangs, insbesondere bezüglich des Füllendes, weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt in einer Getränkeabfüllanlage vorgeschlagen, welche ein Füllproduktreservoir zur Aufnahme des Füllprodukts, ein Füllventil mit einem durch einen Füllventilsitz und einen darin abdichtend aufnehmbaren Füllventilkegel ausgebildeten Ringspalt, der eine Verbindung zwischen dem Füllproduktreservoir und dem zu befüllenden Behälter schaltet, und einen Rückgasweg, der eine Einströmöffnung, welche in dem zu befüllenden Behälter positionierbar ist, und eine Ausströmöffnung, die mit einem Gasraum des Füllproduktreservoirs kommuniziert, aufweist, umfasst. Weiterhin ist eine den Rückgasweg schaltende Gasnadel, welche einen Gasnadelkegel aufweist, der in einem Gasnadelventilsitz aufnehmbar ist, wobei der Gasnadelventilsitz und der Füllventilkegel so miteinander verbunden sind, dass der Gasnadelkegel über den Gasnadelventilsitz den Füllventilkegel in den Füllventilsitz pressen kann, vorgesehen. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei unterschiedliche Strömungswiderstände des Rückgaswegs schaltbar.
Dadurch, dass mindestens zwei unterschiedliche Strömungswiderstände des Rückgaswegs schaltbar sind, kann der Füllprozess noch präziser gesteuert werden. Insbesondere ist es auf diese Weise möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des rückströmenden, aus dem zu befüllenden Behälter verdrängten Gases in mindestens zwei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten zu steuern und über die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeiten des Rückgases auch die Einströmgeschwindigkeit des Füllprodukts zu regulieren. Damit ist es beispielsweise möglich, die Einströmgeschwindigkeit des Füllprodukts zum Ende des Füllvorganges hin zu reduzieren, um beispielsweise dem reduzierten Querschnitt eines zu befüllenden Behälters im Bereich seines Halses bzw. seiner Mündung Rechnung zu tragen. Entsprechend kann durch die Schaltung der unterschiedlichen Einströmgeschwindigkeiten, welche über die Schaltung der unterschiedlichen Strömungswiderstände in dem Rückgasweg erreichbar ist, auch eine Schaltung der Anstiegsgeschwindigkeit des Füllproduktspiegels innerhalb des zu befüllenden Behälters erreicht werden.
Auch zu Beginn des Füllvorganges kann die Füllgeschwindigkeit reduziert werden, beispielsweise um einem übermäßigen Aufschäumen des Produktes entgegen zu wirken.
Besonders bevorzugt wird der Strömungswiderstand des Rückgaswegs dabei so geschaltet, dass zunächst ein niedrigerer Strömungswiderstand geschaltet ist, so dass ein schnelles Befüllen des Behälters zu Beginn des Füllverfahrens erreicht werden kann. Zum Ende des Füllverfahrens hin wird dann bevorzugt der Strömungswiderstand erhöht, so dass der Rückstrom des Rückgases gedrosselt wird und entsprechend die Füllgeschwindigkeit reduziert wird. Hierdurch kann ein zuverlässiges und präzises Erreichen des Füllendes bewirkt werden und ein übermäßiges Überschwingen des Füllprodukts aufgrund der Fluiddynamik vermieden werden. Weiterhin kann auch einem Überschäumen des Füllprodukts entgegen gewirkt werden.
Der Strömungswiderstand wird bevorzugt durch Schalten unterschiedlicher Querschnitte der Ausströmöffnung geschaltet. Hierbei können beispielsweise zwei Ausströmöffnungen vorhanden sein, welche in einen geöffneten und einen geschlossene Zustand geschaltet werden können, so dass zu Beginn des Füllvorganges ein großer Strömungsquerschnitt und damit ein geringer Strömungswiderstand dadurch bereitgestellt wird, dass beide Ausströmöffnungen parallel zueinander geöffnet sind, und zum Ende des Füllvorganges hin eine der beiden Ausströmöffnungen geschlossen wird, so dass der Ausströmquerschnitt entsprechend reduziert wird und darüber der Strömungswiderstand erhöht wird, um damit die Füllgeschwindigkeit zu reduzieren.
Bevorzugt sind dabei mindestens eine erste Ausströmöffnung und eine zweite Ausströmöffnung vorgesehen, und die Gasnadel kann zumindest die zweite Ausströmöffnung mittels eines Verschlussbereiches so verschließen, dass eine erste Ausströmöffnung geöffnet bleibt. Damit kann durch Betätigen der Gasnadel nicht nur der ganze Füllprozess gesteuert werden, nämlich das Öffnen des Rückgaswegs und damit der Beginn des Füllvorgangs, sowie das Schließen von Rückgasweg und gleichzeitig des Füllventils, sondern die Gasnadel kann auch unterschiedliche Strömungswiderstände des Rückgaswegs schalten. Damit lässt sich mittels eines einzigen Antriebs, der auf die Gasnadel wirkt, effizient ein verbesserter Füllvorgang mit unterschiedlichen Füllgeschwindigkeiten realisieren.
Das Schalten der unterschiedlichen Strömungswiderstände wird bevorzugt durch den Antrieb der Gasnadel erreicht. Entsprechend kann mittels eines einzigen Antriebes der gesamte Füllvorgang sowie das Schalten der unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten erreicht werden. Hierüber lässt sich ein besonders effizienter und kompakter Aufbau der Vorrichtung erreichen.
Bevorzugt wird der Strömungswiderstand des Rückgaswegs durch Schalten der Länge des Ausströmkanals der Ausströmöffnung geschaltet. So kann entsprechend wiederum erreicht werden, dass zu Beginn des Füllvorganges ein Ausströmen des Rückgases aus der Ausströmöffnung bei einem geringen Strömungswiderstand und zum Füllende hin ein erhöhter Strömungswiderstand bereitgestellt wird, so dass unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und damit ein verbessertes Füllverhalten bereitgestellt werden können.
In einer Weiterbildung kann der Strömungswiderstand des Rückgaswegs durch Einbringen eines Drosselrohrs mit verringertem Querschnitt in den Rückgasweg geschaltet werden. Das Drosselrohr bietet dabei eine einfache Möglichkeit des Schaltens unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten und damit eines verbesserten Füllverhaltens.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der Strömungswiderstand des Rückgaswegs durch Bereitstellen unterschiedlich breiter Ringspalte zwischen dem Gasnadelkegel und dem Gasnadelventilsitz geschaltet. Besonders bevorzugt ist ein Antrieb vorgesehen, der mindestens zwei unterschiedliche Positionen des Gasnadelkegels relativ zum Gasnadelventilsitz bereitstellen kann. Damit kann durch eine entsprechende Ausbildung der Geometrie des Gasnadelventilsitzes und des Gasnadelkegels bei gleichzeitig entsprechender Ansteuerung des Gasnadelkegels mittels eines Antriebs eine Variation der Füllgeschwindigkeit erreicht werden. Die Gasnadel kann dabei wiederum mittels eines einzigen Antriebs angesteuert werden, so dass der Füllvorgang mittels eines einzigen Antriebs effizient gesteuert werden kann.
In einer Weiterbildung ist der Strömungswiderstand des Rückgaswegs durch eine Mehrzahl von im Rückgasweg vorgesehenen Drosselöffnungen schaltbar, wobei die Drosselöffnungen mittels eines Schaltsegments freigegeben werden können. Das Schaltsegment kann dabei an der Gasnadel angebunden sein und entsprechend auf diese Weise ein Schalten über einen einzigen Antrieb ermöglichen. Das Schaltsegment kann dabei drehbar gestaltet sein, bevorzugt um die durch die Gasnadel definierte Achse.
Der Rückgasweg weist bevorzugt ein durch den Füllventilkegel hindurchgeführtes Rückgasrohr auf, das an seinem unteren Ende die Einströmöffnung aufweist. Mit Vorteil ist weiterhin eine Vorspannvorrichtung zum Vorspannen des Füllventilkegels in die geöffnete Position vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Strömungswiderstand des Rückgaswegs durch Variation der Strömungsrichtung variiert werden. Dabei kann beispielsweise durch eine Umlenkvorrichtung oder eine flexible Vorrichtung eine Variation der Strömungsrichtung erreicht werden und damit der Strömungswiderstand variiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann der Strömungswiderstand des Rückgaswegs durch Variation der Länge des Rückgaswegs variiert werden.
Bevorzugt ist der Gasnadelkegel abdichtend in dem Gasnadelventilsitz aufnehmbar, um einen gasdichten Abschluss des Rückgasweges erreichen zu können.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert:
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern gemäß dem Stand der Technik;
2 zeigt eine schematische Detailansicht der Vorrichtung aus 1 in einem weiteren Verfahrenszustand;
3 zeigt schematisch ein Rückgasrohr mit einer Gasnadel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine schematische Detailvergrößerung der Vorrichtung aus 3;
5 zeigt die in den 3 und 4 gezeigte Vorrichtung in einem geschlossenen Zustand der Gasnadel;
6 zeigt die Vorrichtung aus den 3–5 in einer Schaltung mit einem hohen Strömungswiderstand und einem geringen Durchfluss;
7 zeigt die Vorrichtung der 3–6 in einer Schaltung mit einem geringen Strömungswiderstand und einem hohen Durchfluss;
8 zeigt eine alternative Ausführung zur Schaltung des Strömungswiderstandes mittels eines variablen Ringspalts;
9 zeigt eine weitere Alternative zum Schalten unterschiedlicher Strömungswiderstände durch das Zuschalten unterschiedlicher Strömungsöffnungen;
10 zeigt eine weitere Alternative zum Schalten unterschiedlicher Strömungswiderstände durch Variieren einer Bohrungslängeund eines Bohrungsdurchmessers;
11 zeigt eine weitere Alternative zum Variieren eines Strömungswiderstands durch Variation der Bohrungslänge bzw. Weglänge eines Ausströmkanals;
12 zeigt eine weitere Alternative zum Variieren eines Strömungswiderstands durch Variation der Bohrungslänge eines Ausströmkanals; und
13 zeigt eine weitere Alternative zum Variieren eines Strömungswiderstands durch Variation des Bohrungsverlaufs.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Um Redundanzen zu vermeiden, wird auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet.
Die 1 und 2 zeigen schematisch eine Vorrichtung 1 zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt 10 gemäß dem Stand der Technik. Ausgehend von diesem Stand der Technik werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in den 3 bis 8 diskutiert werden.
Bei der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung 1 zum Befüllen von Behältern 100 mit einem Füllprodukt 10 handelt es sich um eine solche, bei welcher das Füllprodukt 10 in einem Füllproduktreservoir 12 aufgenommen ist. Oberhalb des eigentlichen Füllproduktes 10 ist in dem Füllproduktreservoir 12 ein Gasraum 14 ausgebildet. Das Füllprodukt 10 ist üblicherweise ein karbonisiertes Füllprodukt, so dass das in dem Gasraum 14 über dem Füllprodukt 10 vorliegende Gas entsprechend CO₂ ist, welches unter einem solchen Druck in dem Gasraum 14 vorliegt, dass ein Ausgasen bzw. Entbinden des CO₂ aus dem Füllprodukt 10 verhindert wird.
Das Füllprodukt 10 wird mittels eines Füllventils 2 über eine Füllventilöffnung 20 in den zu befüllenden Behälter 100 eingebracht, wenn dieser an die Füllventilöffnung 20 angepresst ist, wie in 2 zu sehen. Die Mündung des zu befüllenden Behälters 100 ist dabei durch eine Zentrierglocke 21 zentriert zu der Füllventilöffnung 20 geführt. In 1 ist der Behälter 100 noch nicht an die Füllventilöffnung 20 des Füllventils 2 angepresst.
Oberhalb der Füllventilöffnung 20 ist ein Füllventilsitz 22 vorgesehen, in welchen ein Füllventilkegel 24 abgesenkt werden kann. Der Füllventilsitz 22 und der Füllventilkegel 24 bilden in bekannter Weise das Füllventil 2 aus, bei welchem bei aus dem Füllventilsitz 22 herausgehobenem Füllventilkegel 24 ein Ringspalt geöffnet wird, durch welchen hindurch das Füllprodukt 10 aus dem Füllproduktreservoir 12 in den Behälter 100 einströmen kann.
In dem Füllventil 2 ist ein Rückgasrohr 3 geführt, welches auch durch den Füllventilkegel 24 hindurchtritt und über diesen nach unten hin hinaussteht. Wenn der Behälter 100 an der Füllventilöffnung 20 angepresst ist, ragt das Rückgasrohr 3 entsprechend in den Innenraum des Behälters 100 herein.
Das Rückgasrohr 3 weist an seinem unteren Ende eine Einströmöffnung 30 auf, durch welche hindurch ein sich im Innenraum des Behälters 100 befindliches Gas in das Rückgasrohr 3 eintreten kann und durch dieses hindurchströmen kann. Das Rückgasrohr 3 ist Teil eines Rückgaswegs 34, welcher sich von der Einströmöffnung 30 bis zu einer Ausströmöffnung 32 erstreckt. Mittels der Ausströmöffnung 32 kann das Gas in den Gasraum 14 des Füllproduktreservoirs 12 zurückströmen. Mit anderen Worten stellt der geöffnete Rückgasweg 34 eine Kommunikation zwischen dem Behälter 100 und dem Gasraum 14 bereit.
Der Rückgasweg 34 wird in der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung zunächst durch das Rückgasrohr 3 und dann über ein Füllventilrohr 28 ausgebildet. Das Füllventilrohr 28 ist mit dem Füllventilkegel 24 so verbunden, dass es den Füllventilkegel 24 in die geschlossene Stellung bewegen kann. Entsprechend ist bei geöffnetem Rückgasrohr 3 eine Kommunikation zwischen dem Innenraum des Behälters 100, über die Einströmöffnung 30 und die Ausströmöffnung 32 mit dem Gasraum 14 des Füllproduktreservoirs 12 gegeben.
Eine Gasnadel 4 erstreckt sich in das Füllventilrohr 28 hinein und weist einen Gasnadelkegel 44 auf, welcher in einem im Füllventilrohr 28 ausgebildeten Gasnadelventilsitz 42 aufnehmbar ist. Wird die Gasnadel 4 durch einen Antrieb 5 nach oben hin angehoben, so hebt sich der Gasnadelkegel 44 aus dem Gasnadelventilsitz 42 heraus und öffnet entsprechend den Durchgang zwischen Einströmöffnung 30 und der Ausströmöffnung 32.
Bei einem Absenken der Gasnadel 4 mittels des Antriebs 5 wird zunächst der Gasnadelkegel 44 in den Gasnadelventilsitz 42 hereingedrückt und damit der Rückgasweg 34 verschlossen. Wenn eine gasdichte Abdichtung des Rückgaswegs 34 gewünscht ist, kann der Gasnadelkegel 44 bevorzugt abdichtend in dem Gasnadelventilsitz 42 aufgenommen werden.
Da der Gasnadelventilsitz 42 mit dem Füllventilkegel 24 verbunden ist, drückt der Antrieb 5 dann entsprechend auch den Füllventilkegel 24 in dessen Füllventilsitz 22, so dass auch das Füllventil 2 geschlossen wird. Mit anderen Worten kann mittels des Antriebs 5 über die Ansteuerung der Gasnadel 4 zum einen ein Öffnen des Rückgaswegs 34 zwischen Einströmöffnung 30 und Ausströmöffnung 32 in den Gasraum 14 durch ein entsprechendes Absenken oder Abheben des Gasnadelkegels 44 in den Gasnadelventilsitz 42 geöffnet und geschlossen werden. Weiterhin kann mittels des Antriebs 5 über die Einwirkung der Gasnadel 4 auf den Gasnadelkegel 44 und damit auf den Gasnadelventilsitz 42 auch das Füllventil 2 in die geschlossene Stellung geschoben werden, so dass der Füllventilkegel 24 in den Füllventilsitz 22 gepresst wird.
Der Füllventilkegel 24 ist mittels einer Vorspannvorrichtung 26, die beispielsweise als Feder ausgebildet ist, in die Öffnungsstellung vorgespannt.
Damit ergibt sich für den Vorgang des Befüllens eines an die Füllventilöffnung 20 angepressten zu befüllenden Behälters 100 der folgende Verfahrensablauf: Zunächst wird mittels des Antriebs 5 die Gasnadel 4 nach oben hin abgehoben. In dem Innenraum des Behälters 100 liegt zunächst im Wesentlichen Umgebungsdruck vor, so dass der Druck im Behälter 100 zu Beginn des Füllvorganges niedriger ist, als der Druck im Gasraum 14 des Füllproduktreservoirs 12. Entsprechend lastet auf dem Füllventilkegel 24 durch die in dem Füllproduktreservoir 12 aufgenommenen Medien ein Druck, der den Füllventilkegel 24 in den Füllventilsitz 22 presst und entsprechend in einer geschlossenen Position hält.
Nach dem Öffnen des Rückgaswegs 34 durch Anheben der Gasnadel 4 mittels des Antriebs 5 strömt daher zunächst Gas unter dem im Füllproduktreservoir 12 vorliegenden Überdruck aus dem Gasraum 14 in den zu befüllenden Behälter 100. Dadurch steigt der Innendruck im Behälter 100 so lange an, bis im Wesentlichen ein Gleichgewicht der Drücke zwischen dem Gasraum 14 und dem Innenraum des zu befüllenden Behälters 100 erreicht ist. Entsprechend drückt dann der Innendruck im Behälter 100 gegen die Unterseite des Füllventilkegels 24, so dass der von oben auf dem Füllventilkegel 24 lastende Druck kompensiert wird und der Füllventilkegel 24 aufgrund der Vorspannung durch die Vorspannvorrichtung 26 entsprechend in die geöffnete Position angehoben wird.
Damit beginnt das Füllprodukt 10 aus dem Füllproduktreservoir 12 durch den zwischen dem Füllventilsitz 22 und dem Füllventilkegel 24 gebildeten Ringspalt hindurch und außerhalb des Rückgasrohres 3 in den Innenraum des zu befüllenden Behälters 100 zu fließen. Bei diesem Einfließen des Füllprodukts in den Innenraum des Behälters 100 wird entsprechend das in dem Behälter 100 vorliegende Gas durch die Einströmöffnung 30 in das Rückgasrohr 3 und dann über den weiteren Rückgasweg 34 und die Ausströmöffnung 32 in den Gasraum 14 des Füllproduktreservoirs 12 zurückgedrängt. Dieses Zurückdrängen des in dem Behälter 100 vorliegenden Gasvolumens findet so lange statt, bis der Spiegel des Füllprodukts die Einströmöffnung 30 verschließt und entsprechend ein weiteres Rückströmen von Gas aus dem Innenraum des Behälters 100 nicht mehr stattfinden kann. Zu diesem Zeitpunkt kommt der Abfüllvorgang zum Erliegen, da sich im Behälter 100 aufgrund der Fluiddynamik ein leichter Überdruck gegenüber dem im Füllproduktreservoir 12 vorliegenden Druck ergibt, der ein Nachströmen von weiterem Füllprodukt auch bei geöffnetem Füllventil 2 unterbindet.
Zum Ende des Füllvorganges hin wird durch den Antrieb 5 die Gasnadel 4 wieder abgesenkt, so dass entsprechend der Gasnadelkegel 44 auf den Gasnadelventilsitz 42 drückt, und darüber zum einen der Rückgasweg 34 geschlossen wird und zum anderen auch der Füllventilkegel 24 in den Füllventilsitz 22 geschoben wird und damit auch das Füllventil 2 geschlossen wird.
Daraufhin kann der Druck aus dem nun befüllten Behälter 100 auf bekannte Weise entlastet werden und der Behälter zur Weiterverarbeitung entfernt werden. In diesem aus dem Stand der Technik bekannten Füllventil ist die Rückströmgeschwindigkeit des Gases durch den Rückgasweg 34 über den gesamten Füllvorgang hinweg im Wesentlichen konstant. Daraus ergibt sich, dass auch die Einströmgeschwindigkeit des Füllprodukts in den zu befüllenden Behälter im Wesentlichen konstant ist. Hieraus ergibt sich aber, dass dann die Geschwindigkeit des Ansteigens des Füllproduktspiegels innerhalb des zu befüllenden Behälters zum Ende des Füllvorganges stark zunimmt, da der Querschnitt des Behälters in seinem Halsbereich und Mündungsbereich abnimmt. Damit kann ein zuverlässiges und präzises Erreichen des Füllendes aufgrund der Fluiddynamik nicht immer erreicht werden.
Entsprechend schlägt die Erfindung vor, den Strömungswiderstand an der Ausströmöffnung 32 des Rückgasweges 34 so auszulegen, dass zumindest zwei unterschiedliche Strömungswiderstände geschaltet werden können.
Hierzu zeigen 3 bis 7 eine mögliche Ausprägung der Gasnadel 4. Das Rückgasrohr 3 mündet wieder in das Füllventilrohr 28, um den Rückgasweg 34 auszubilden. Die Gasnadel 4 weist weiterhin einen Gasnadelkegel 44 auf, welcher in einem Gasnadelventilsitz 42 in dem Füllventilrohr 28 aufgenommen werden kann, um den Rückgasweg 34 vollständig zu verschließen.
Die Ausströmöffnungen in den Gasraum 14 sind in dem in den 3–7 gezeigten Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass eine erste Ausströmöffnung 320 vorgesehen ist, welche durch das Abheben des Gasnadelkegels 44 aus dem Gasnadelventilsitz 42 direkt in Kommunikation mit dem Rückgasrohr 3 gebracht wird. Entsprechend wird in einem ersten Schaltzustand, in welchem die Gasnadel 4 mit ihrem Gasnadelkegel 44 aus dem Gasnadelventilsitz 42 herausgehoben ist, die Ausströmöffnung 32 durch die erste Ausströmöffnung 320 ausgebildet, so dass ein erster Strömungswiderstand an der Ausströmöffnung 32 bereitgestellt wird.
Zweite Ausströmöffnungen 322 sind vorgesehen, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Füllventilrohrs 28 eingebohrt sind. Die zweiten Ausströmöffnungen 322 können mittels eines Verschlussbereiches 46 der Gasnadel 4 verschlossen oder geöffnet werden. Die Gasnadel 4 und insbesondere der Verschlussbereich 46 sind dabei mit einer Spielpassung in der Bohrung des Füllventilrohrs 28 so aufgenommen, dass bei einem entsprechenden Überlappen des Verschlussbereiches 46 die zweiten Ausströmöffnungen 322 überdeckt und damit verschlossen bzw. im Wesentlichen verschlossen sind. Eine vollständige Abdichtung der zweiten Ausströmöffnungen 322 ist hier für die Steuerung zwar wünschenswert, aber nicht unbedingt notwendig. Ein vollständiges Abdichten des Rückgaswegs 34 wird auf jeden Fall durch das Absenken des Gasnadelkegels 44 in den Gasnadelventilsitz 42 erreicht.
Entsprechend kann auf diese Weise erreicht werden, dass durch das entsprechende Positionieren der Gasnadel 4 im Füllventilrohr 28 zumindest zwei unterschiedliche Strömungswiderstände für das durch das Rückgasrohr 3 und den Rückgasweg 34 in den Gasraum 14 des Füllproduktreservoirs 12 einströmende Gas bereitgestellt werden. In einer ersten Schaltstellung, in welcher die Gasnadel 4 weit zurückgezogen ist, sind nämlich sowohl die erste Ausströmöffnung 320 als auch die zweiten Ausströmungsöffnungen 322 geöffnet. Der Verschlussbereich 46 der Gasnadel 4 ist dabei so weit zurückgezogen, dass eine Kommunikation zwischen der Einströmöffnung 30 und den zweiten Ausströmöffnungen 322 ebenso bereitgestellt wird, wie eine Kommunikation zwischen der Einströmöffnung 30 und der ersten Ausströmöffnung 320.
Die erste Ausströmöffnung 320 und die zweiten Ausströmöffnungen 322 bilden gemeinsam eine Ausströmöffnung mit einem durch die jeweiligen Querschnitte kombinierten Querschnitt aus, und damit einen ersten Strömungswiderstand. Wird mittels des Antriebs 5 die Gasnadel 4 dann so weit zurückgeschoben, dass der Verschlussbereich 46 mit den zweiten Ausströmöffnungen 322 überlappt, so werden diese zweiten Ausströmöffnungen 322 verschlossen und ein Ausströmen des Rückgases findet nur noch über die erste Ausströmöffnung 320 statt. Damit ergibt sich insgesamt ein gegenüber dem ersten Fall reduzierter Querschnitt der Ausströmöffnungen, so dass ein erhöhter Strömungswiderstand bereitgestellt wird und damit die Ausströmgeschwindigkeit des Rückgases in den Gasraum 14 reduziert wird.
Die Ausströmöffnungen 320, 322 sind in dem Füllventilrohr 28 bevorzugt so angeordnet, dass sie stets oberhalb des Spiegels des Füllprodukts 10 im Füllproduktreservoir 12 liegen. Entsprechend wäre der Sitz und die Anordnung des Endes der Gasnadel 4 mit dem Gasnadelkegel 44 deutlich höher anzusetzen, als in dem aus dem Stand der Technik in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Die unterschiedlichen Verschließstellungen sind noch einmal in den 5–7 gezeigt. In 5 ist der Gasnadelkegel 44 im Gasnadelventilsitz 42 aufgenommen, so dass der Rückgasweg 34 vollkommen verschlossen ist.
In 6 ist eine Stellung der Gasnadel 4 bezüglich des Füllventilrohrs 28 gezeigt, in welcher der Gasnadelkegel 44 aus dem Gasnadelventilsitz 42 herausgehoben ist und entsprechend ein Ringspalt bereitgestellt wird, welcher eine Kommunikation des Rückgasrohrs 3 mit der ersten Ausströmöffnung 320 ermöglicht.
In 7 ist die Gasnadel 4 in einer weiter zurückgezogenen Position angeordnet, welche zusätzlich durch ein Zurückziehen des Verschlussbereiches 46 die zweiten Ausströmöffnungen 322 freilegt, so dass eine Kommunikation zwischen dem Rückgasrohr 3 über die ersten Ausströmöffnungen 320 und die zweiten Ausströmöffnungen 322 mit dem Gasraum möglich wird. Damit wird ein hoher Durchfluss erreicht.
Durch eine entsprechende Schaltung der Gasnadel 4 über den Antrieb 5 kann auf diese Weise erreicht werden, dass zumindest zwei unterschiedliche Füllgeschwindigkeiten geschaltet werden können. Der Antrieb 5 kann dabei weiterhin besonders einfach ausgebildet sein und muss lediglich drei unterschiedliche Stellungen anfahrbar bereitstellen. Es werden also keine weiteren Ventile zur Füllgeschwindigkeitssteuerung benötigt.
In weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen können auch weitere Ausströmöffnungen entlang des Füllventilrohrs 28 bereitgestellt werden, welche dann durch ein entsprechendes Überdecken oder Freilegen mittels entsprechender Verschlussbereiche der Gasnadel 4 geöffnet oder verschlossen werden können. Hierüber lassen sich weitere unterschiedliche Strömungswiderstände des rückströmenden Gases bereitstellen, und auf diese Weise ein noch differenzierteres Schalten unterschiedlicher Füllgeschwindigkeiten erreicht werden, wenn dies für die jeweiligen Geometrien und Füllprodukte gewünscht ist.
In 8 ist eine alternative Ausbildung zum Schalten des Strömungswiderstandes gezeigt. Hierbei wird die Gasnadel 4 mit dem Gasnadelkegel 44 so ausgebildet, dass durch ein Absenken bzw. Abheben von dem Gasnadelventilsitz 42 unterschiedlich breite Ringspalte zwischen dem Gasnadelkegel 44 und dem Gasnadelventilsitz 42 ausgebildet werden können, so dass über die Variation des Ringspalts entsprechend der Strömungswiderstand variiert werden kann. Damit kann eine im Wesentlichen stufenlose Einstellung des Strömungswiderstandes bei einer stufenlosen Positionierung des Gasnadelkegels 44 bezüglich des Gasnadelventilsitzes 42 erreicht werden. Für eine stufenlose Verstellung muss der Antrieb 5 entsprechend auch eine stufenlose Verstellung bereitstellen. In einer Alternative kann das in 8 gezeigte Ausführungsbeispiel aber auch mit einem Antrieb 5 betrieben werden, welcher zwei Öffnungsstellungen bereitstellt, und entsprechend dann zwei unterschiedlich breite Ringspalte bereitgestellt werden.
In 9 ist eine weitere Ausbildung einer Möglichkeit des Schaltens unterschiedlicher Strömungswiderstände gezeigt. Hierbei werden unterschiedliche Drosselöffnungen 47 durch ein Schaltsegment 460 entweder verschlossen oder freigegeben. Durch die Freigabe einer unterschiedlichen Anzahl an Drosselöffnungen 32 kann entsprechend der Strömungswiderstand variiert werden und damit die Füllgeschwindigkeit eingestellt werden.
Das Schaltsegment 460 kann zusammen mit der Gasnadel 4 ausgebildet sein, so dass durch eine Rotation der Gasnadel um die Gasnadelachse beispielsweise eine Bewegung des Segments erreicht werden kann, mittels welcher dann die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten geschaltet werden.
In 10 wird zum Schalten unterschiedlicher Strömungswiderstände ein Drosselrohr 48 in das Rückgasrohr 3 eingeschoben, mittels welchem der Strömungswiderstand im Rückgasrohr 3 bzw. in dem Rückgasweg variiert werden kann. Das Drosselrohr 48 kann mit der Gasnadel 4 verbunden sein bzw. durch diese ausgebildet sein, so dass das Einschieben bzw. Herausziehen des Drosselrohrs 48 ebenfalls durch eine Betätigung der Gasnadel 4 erreicht werden kann. Das Drosselrohr 48 kann aber auch mittels eines separaten Antriebes betätigt werden.
11 zeigt eine weitere Möglichkeit des Variierens des Strömungswiderstandes in dem Ausströmkanal dadurch, dass die Leitungslänge des Ausströmkanals in der Ausströmöffnung 32 durch das Einschieben eines Deckels 49, der einen Mäanderweg für das ausströmende Gas bereitstellt, variiert wird. Der Deckel 49 weist entsprechend eine Hülse 490 auf, welche konzentrisch zu einem Ausströmteil des Rückgasrohrs 3 so ausgeführt ist, dass entsprechend eine mäanderförmige Gasführung bereitgestellt wird, welche in ihrer Länge verändert werden kann. Durch Variieren des Einschubs des Deckels 49 und damit der Hülse 490 bezüglich des Rückgasrohres 3 kann entsprechend der Rückgasweg verlängert bzw. verkürzt werden und darüber der Strömungswiderstand variiert werden. Der Deckel 49 kann zusammen mit der Gasnadel 4 betätigt werden, so dass auch hier mittels eines einzigen Antriebes sowohl ein Öffnen und Verschließen des Rückgasweges, als auch ein Variieren der Strömungsgeschwindigkeit als auch ein Verschließen des Füllventils als solchem durchgeführt werden kann.
12 zeigt eine weitere Möglichkeit des Variierens des Strömungswiderstandes in dem Ausströmkanal dadurch, dass die Leitungslänge des Ausströmkanals in der Ausströmöffnung 32 durch das Einschieben eines Deckels 49, der einen Mäanderweg für das ausströmende Gas bereitstellt oder diesen umgehen kann, variiert wird. Durch Variieren des Einschubs des Deckels 49 werden unterschiedliche Strömungswege freigegen. In 12 sind nur zwei Wege dargestellt, die Anzahl der Wege kann jedoch beliebig erweitert werden. Der Deckel 49 kann zusammen mit der Gasnadel 4 betätigt werden, so dass auch hier mittels eines einzigen Antriebes sowohl ein Öffnen und Verschließen des Rückgasweges, als auch ein Variieren der Strömungsgeschwindigkeit als auch ein Verschließen des Füllventils 2 durchgeführt werden kann.
13 zeigt eine weitere Möglichkeit des Variierens des Strömungswiderstandes in dem Ausströmkanal dadurch, dass die Richtung des Ausströmkanals verändert wird. Durch Biegung des in diesem Fall elastischen Ausströmkanals bleiben Durchmesser und Länge gleich, jedoch ändert sich durch die Strömungsumlenkung der Strömungswiderstand. Der Biegung des Ausströmkanals kann zusammen mit der Gasnadel 4 betätigt werden, so dass auch hier mittels eines einzigen Antriebes sowohl ein Öffnen und Verschließen des Rückgasweges, als auch ein Variieren der Strömungsgeschwindigkeit als auch ein Verschließen des Füllventils als solchem durchgeführt werden kann.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt
10: Füllprodukt
12: Füllproduktreservoir
14: Gasraum
100: Behälter
2: Füllventil
20: Füllventilöffnung
21: Zentrierglocke
22: Füllventilsitz
24: Füllventilkegel
26: Vorspannvorrichtung
28: Füllventilrohr
3: Rückgasrohr
30: Einströmöffnung
32: Ausströmöffnung
34: Rückgasweg
320: erste Ausströmöffnung
322: zweite Ausströmöffnung
4: Gasnadel
42: Gasnadelventilsitz
44: Gasnadelkegel
46: Verschlussbereich
47: Drosselöffnungen
48: Drosselrohr
49: Deckel
460: Schaltsegment
490: Hülse
5: Antrieb

Claims

Vorrichtung (1) zum Befüllen eines Behälters (100) mit einem Füllprodukt (10) in einer Getränkeabfüllanlage, umfassend: ein Füllproduktreservoir (12) zur Aufnahme des Füllprodukts (10), ein Füllventil (2) mit einem durch einen Füllventilsitz (22) und einen darin abdichtend aufnehmbaren Füllventilkegel (24) ausgebildeten Ringspalt, der eine Verbindung zwischen dem Füllproduktreservoir (12) und dem zu befüllenden Behälter (100) schaltet, einen Rückgasweg (34), der eine Einströmöffnung (30), welche in dem zu befüllenden Behälter (100) positionierbar ist, und eine Ausströmöffnung (32, 320, 322), die mit einem Gasraum (14) des Füllproduktreservoirs (12) kommuniziert, aufweist, eine den Rückgasweg (34) schaltende Gasnadel (4), welche einen Gasnadelkegel (44) aufweist, der in einem Gasnadelventilsitz (42) aufnehmbar ist, wobei der Gasnadelventilsitz (42) und der Füllventilkegel (24) so miteinander verbunden sind, dass der Gasnadelkegel (44) über den Gasnadelventilsitz (42) den Füllventilkegel (24) in den Füllventilsitz (22) pressen kann, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei unterschiedliche Strömungswiderstände des Rückgaswegs (34) schaltbar sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand des Rückgaswegs (34) durch Schalten unterschiedlicher Querschnitte der Ausströmöffnung (32) geschaltet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Ausströmöffnung (320) und eine zweite Ausströmöffnung (322) vorgesehen sind, und die Gasnadel (4) zumindest die zweite Ausströmöffnung (322) mittels eines Verschlussbereiches (46) so verschließen kann, dass eine erste Ausströmöffnung (320) geöffnet bleibt.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand des Rückgaswegs (34) durch Schalten der Länge des Ausströmkanals der Ausströmöffnung (32) geschaltet werden kann.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand des Rückgaswegs (34) durch Einbringen eines Drosselrohrs (48) mit verringertem Querschnitt in den Rückgasweg (34) geschaltet werden kann.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand des Rückgaswegs (34) durch Bereitstellen unterschiedlich breiter Ringspalte zwischen dem Gasnadelkegel (44) und dem Gasnadelventilsitz (42) geschaltet werden kann.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb (5) vorgesehen ist, der mindestens zwei unterschiedliche Positionen des Gasnadelkegels (44) relativ zum Gasnadelventilsitz (42) bereitstellen kann.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand des Rückgaswegs durch eine Mehrzahl von im Rückgasweg (34) vorgesehenen Drosselöffnungen (47) schaltbar ist, wobei die Drosselöffnungen mittels eines Schaltsegments (460) freigegeben werden können.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückgasweg (34) ein durch den Füllventilkegel (24) hindurchgeführtes Rückgasrohr (3) umfasst, das an seinem unteren Ende die Einströmöffnung (30) aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspannvorrichtung (26) zum Vorspannen des Füllventilkegels (24) in die geöffnete Position vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand des Rückgaswegs (34) durch Variation der Strömungsrichtung variiert werden kann.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand des Rückgaswegs (34) durch Variation der Länge des Rückgaswegs (34) variiert werden kann.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasnadelkegel (44) abdichtend in dem Gasnadelventilsitz (42) aufnehmbar ist.