DE102015122032A1

DE102015122032A1 - Fülleinrichtung

Info

Publication number: DE102015122032A1
Application number: DE102015122032.6A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath; Dieter-Rudolf Krulitsch
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-06-22
Also published as: US20180362317A1; WO2017102196A1; EP3390268A1; SI3390268T1; US10259697B2; EP3390268B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) zum Abfüllen von Flüssigkeiten, umfassend eine Produktzufuhr (12) und eine der Produktzufuhr nachgeordnete Ventilanordnung (24, 26), welche Ventilanordnung ein Regelventil (24) und ein in Fließrichtung des Produkts nachgeordnetes Füllventil (26) und ein beiden Ventilen gemeinsames längliches Betätigungselement (20; 52; 78) enthält, die Fülleinrichtung hat einen in Längsrichtung des Betätigungselements verlaufenden Produktkanal (14), der sich von der Produktzufuhr (12) zu einer Abgabeöffnung (16) der Fülleinrichtung erstreckt, wobei die Ventilanordnung (24, 26) in dem Produktkanal angeordnet ist, das Regelventil (24) hat ein Betätigungselement-seitiges Regelventilelement (32), das mit einem Regelventilsitz (28) zum Steuern der abzufüllenden Produktmenge zusammenwirkt, das Füllventil (26) hat ein Betätigungselement-seitiges Füllventilelement (40), das mit einem Füllventilsitz (38) zum Öffnen und Schließen des Füllventils zusammenwirkt, sowohl das Regelventilelement als auch das Füllventilelement sind an dem Betätigungselement (20; 52; 78) angeordnet, die Fülleinrichtung hat wenigstens ein angetriebenes Stellelement (18; 28, 32, 60), um die Position des Betätigungselements relativ zum Regelventilsitz und Füllventilsitz im Rahmen eines Füllvorganges zu verändern. Eine integrierte und Anordnung mit einem hohen Durchsatz wir realisiert, indem der Regelventilsitz (28) über wenigstens ein erstes und zweites längenverstellbares Element (34, 36), die sich an einander abgewandten Seiten des Regelventilsitzes befinden, in dem Produktkanal (14) angeordnet ist, und der Abstand des Regelventilsitzes (28) relativ zum Füllventilsitz (38) variierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fülleinrichtung zum Abfüllen von Flüssigkeiten, insbesondere Getränken, auch von CO₂-haltigen Getränken. Die erfindungsgemäße Fülleinrichtung umfasst eine Produktzufuhr, z.B. einen Sammelbehälter und eine der Produktzufuhr nachgeordnete Ventilanordnung, welche ein Regelventil und ein in Fließrichtung des Produkts nachgeordnetes Füllventil und ein beiden Ventilen gemeinsames längliches Betätigungselement enthält. Ein derartiges Betätigungselement ist zum Beispiel eine Ventilstange oder ein Ventilstößel.
Die Fülleinrichtung hat weiterhin einen in Längsrichtung des Betätigungselements verlaufenden Produktkanal, der sich von der Produktzufuhr zu einer Abgabeöffnung der Fülleinrichtung erstreckt, wobei die Ventilanordnung in dem Produktkanal angeordnet ist. Unter der Abgabeöffnung wird im Rahmen einer Befüllung der zu füllende Behälter, z.B. eine Flasche, angeordnet. Das Regelventil hat ein Betätigungselement-seitiges Regelventilelement, z.B. einen Regelventilkegel oder -konus, das mit einem Regelventilsitz zum Steuern der abzufüllenden Produktmenge zusammenwirkt. Das Füllventil hat ein Betätigungselement-seitiges Füllventilelement, z.B. einen Füllventilkegel oder -konus, das mit einem Füllventilsitz zum Öffnen und Schließen des Füllventils zusammenwirkt, um die Länge eines Füllvorgangs zu definieren.
Sowohl das Regelventilelement als auch das Füllventilelement sind an dem Betätigungselement angeordnet. Die Fülleinrichtung hat des Weiteren wenigstens ein von der Fülleinrichtung oder einer von der übergeordneten Füllmaschine angetriebenes Stellelement, um die Position des Betätigungselements insbesondere in axialer Richtung relativ zum Regelventilsitz und Füllventilsitz im Rahmen eines Füllvorganges zu verändern. Ein derartiges Stellelement kann in einfachster Weise durch das obere Ende des Betätigungselements gebildet sein, das dann durch eine Steuerrampe der Füllmaschine ausgelenkt wird. Es kann jedoch auch ein eigener motorischer Antrieb auf ein Stellelement, z.B. auf das Betätigungselement wirken.
Eine derartige gattungsgemäße Fülleinrichtung ist beispielsweise in der DE 33 25 338 offenbart.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Fülleinrichtung anzugeben, bei der die Regelung der Füllgeschwindigkeit und das Öffnen und Schließen des Füllventils und gegebenenfalls eine volumetrische Messung einfach und integriert realisiert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fülleinrichtung gemäß Merkmal 1 und durch eine Füllmaschine mit mehreren Fülleinrichtungen gemäß Merkmal 16 realisiert. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der zugeordneten abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist in der o.g. Fülleinrichtung der Regelventilsitz über wenigstens ein erstes und zweites längenverstellbares Element, die sich an einander abgewandten Seiten des Regelventilsitzes befinden, in dem Flüssigkeitskanal angeordnet. Ein derartiges, längenverstellbares Element kann z.B. eine Teleskophülse sein, ist jedoch vorzugsweise durch einen Faltenbalg gebildet, weil dieser gegenüber dem Produkt eine glatte leicht zu reinigende Oberfläche aufweist, so dass kein Spalt, wie z.B. bei einer Teleskophülse, zum Produktraum hin auftritt, in welchem sich Keime ansammeln können. Die beiden längenverstellbaren Elemente, nachfolgend "Faltenbalge", erlauben es somit, dass der Regelventilsitz axial verstellbar, und dabei hygienisch und dicht in dem Produktkanal angeordnet ist. Der Abstand des Regelventilsitzes zum Füllventilsitz ist dabei mittels eines Stellantriebs einstellbar. Auf diese Weise lässt sich die Füllgeschwindigkeit als auch die Füllmenge auf einfache Weise einstellen. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Fülleinrichtung erlaubt damit eine Regelung der Füllgeschwindigkeit als auch das Öffnen und Schließen des Ventilauslaufs (Füllventils) auf einfachste Weise in einer integrierten Anordnung.
Vorzugsweise hat die Fülleinrichtung einen Durchflussmesser, der vorzugsweise in Verbindung mit dem Produktkanal angeordnet ist und eine Steuerung für den Stellantrieb, die dazu konzipiert ist, den Stellantrieb in Abhängigkeit vom Signal des Durchflussmessers zu betätigen. Durch diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist somit auch noch eine volumetrische Messung bei der Regelung der Füllmenge und Füllgeschwindigkeit realisierbar. Vorzugsweise ist in diesem Fall der Durchflussmesser durch einen magnetisch induktiven Durchflussmesser gebildet, der vorzugsweise den Produktkanal umgibt. Auf diese Weise wird eine sehr effiziente und kompakte integrierte Anordnung geschaffen, die eine volumetrische Messung zur Regelung der Füllgeschwindigkeit und Füllmenge, als auch gegebenenfalls zum Öffnen und Schließen des Füllventils ermöglicht.
Vorzugsweise ist der Produktkanal durch einen das Betätigungselement umgebenden Ringraum gebildet. Eine derartige Ausbildung des Produktkanals ist herstellungstechnisch leicht, z.B. durch Drehen zu realisieren und führt bei hohen Produktumsätzen zu wenig Verwirbelungen, z.B. im Vergleich mit einem einseitig an dem Betätigungselement verlaufenden Kanal.
Im Fall die beiden längenverstellbaren Elemente beidseitig des Regelventilsitzes als Faltenbalg ausgebildet sind, bildet dieser vorzugsweise eine Wand des Produktkanals. Auf diese Weise wird eine absolut dichte, längenverstellbare Wand des Produktkanals geschaffen, die keinen Raum für Keimbildung und Verschmutzung des Produktes bildet. Vorzugsweise besteht der erste und zweite Faltenbalg aus Teflon, was überdies leicht zu reinigen ist und Anhaftungen und Keimbildung wirksam verhindert. Bei Verwendung von Teleskophülsen müsste aus hygienischen Gründen innenseitig noch eine Folie angeordnet werden, die dann letztlich auch einen Faltenbalg bilden würde. Alternativ kann der Faltenbalg bzw. die beiden Faltenbalge aber auch aus einem anderen geeigneten, gut zu reinigenden Material hergestellt sein, insb. auch aus einem Edelstahl.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Betätigungselement durch eine Ventilstange bzw. einen Ventilstößel gebildet. Eine derartige Ausbildung des Betätigungselements ist leicht herstellbar und führt in Verbindung mit einem Ringraum als Produktkanal zu einem homogenen Fluss des Produktes durch den Produktkanal mit wenig Verwirbelungen. Weiterhin ist eine Ventilstange leicht, z.B. an ihrem Ende mittels der Führungskulisse einer Füllmaschine in axialer Richtung betätigbar.
Vorzugsweise ist das Regelventilelement und/oder Füllventilelement jeweils durch einen an dem Betätigungselement ausgebildeten Ventilkegel bzw. -kegelabschnitt bzw. -konus gebildet, der mit einer Wand oder Kante des entsprechenden Ventilsitzes zusammenwirkt, um ein definiertes Öffnen und Schließen als auch einen möglichst unbeeinträchtigten Produktfluss bei geöffnetem Ventil sicherzustellen. Des Weiteren kann das Betätigungselement durch ein Zusammenwirken des Regelventilsitzes mit dem Regelventilelement, d.h. mit dessen Kegelabschnitt, in axialer Richtung betätigt werden, was es erlaubt, das Regelventil und dessen Stellantrieb als Stellelement zur axialen Betätigung des Betätigungselementes zu verwenden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die Produktzufuhr einen Sammelbehälter, der vorzugsweise am oberen Ende des Produktkanals angeordnet ist, und an der Abgabeöffnung am unteren Ende des Produktkanals ist eine Dichtmanschette zum Verbinden der Abgabeöffnung mit einer Behälteröffnung eines zu füllenden Behälters, z.B. Flasche angeordnet. Diese Dichtmanschette umschließt einen abgedichteten Füllbereich, von welchem aus sich wenigstens ein Rückgaskanal zum Sammelbehälter erstreckt und ggf. ein Vakuumkanal zu einer Vakuumquelle. Auf diese Weise kann insbesondere bei CO₂-haltigen Getränken die Abluft, die beim Füllen des Behälters entsteht, in vorteilhafter und einfacher Weise abgeführt werden, so dass ein schneller ungestörter Füllvorgang möglich ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Regelventilsitz mittels einer Feder auf einen Anschlag in eine Ruheposition vorgespannt, in welcher das Füllventil geöffnet ist. Der Regelventilsitz ist dann über die Betätigung des Betätigungselements mittels des Regelventilelements in Richtung auf das Füllventil bewegbar. In dieser Ausführungsform der Erfindung bildet das Stellelement zur axialen Betätigung des Betätigungselementes auch den Stellantrieb zur axialen Verstellung des Regelventilsitzes relativ zum Füllventilsitz gegen die Kraft der Feder. Diese Ausführungsform der Fülleinrichtung realisiert somit in einfacher Weise, nämlich ohne einen separaten Stellantrieb für den Regelventilsitz, die Einstellung der Füllmenge und Füllgeschwindigkeit, als auch das Öffnen und Schließen des Füllventils.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bildet das Regelventil in Zusammenwirken mit seinem Stellantrieb das Stellelement, um das Betätigungselement durch das Zusammenwirken von Regelventilelement und Regelventilsitz axial zu bewegen. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird kein separates Stellelement zur axialen Bewegung des Betätigungselements benötigt, da dieses über den Stellantrieb des Regelventilsitzes betätigt wird, wenn dieser mit dem Regelventilelement in Eingriff tritt. Es ist somit nur der Stellantrieb des Regelventilsitzes notwendig, um sowohl die Füllgeschwindigkeit und Füllmenge einzustellen, als auch das Öffnen und Schließen des Füllventils zu realisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung ist das Betätigungselement mittels einer Feder in einer Ruhelage vorgespannt, in welcher das Füllventil geöffnet ist und das Regelventilelement ist axial an dem Betätigungselement zwischen dem Regelventilsitz und dem Füllventilsitz angeordnet. Das Betätigungselement ist dann mittels des Eingriffs des Regelventilsitzes an dem Regelventilelement in Schließstellung des Füllventils bewegbar. Durch die axiale Verstellung des Regelventilsitzes in Richtung der Produktzufuhr kann somit die Füllgeschwindigkeit und Füllmenge eingestellt werden und durch axiale Verstellung in Richtung des Füllventilsitzes das Öffnen und Schließen des Füllventils realisiert werden. Diese Ausführungsform der Erfindung bildet somit eine höchst integrierte Anordnung, die nur einen einzigen Stellantrieb zur Realisierung aller Funktionen benötigt.
In einer hierzu alternativen Ausführungsform ist das Regelventilelement axial an dem Betätigungselement zwischen der Produktzufuhr und dem Regelventilsitz angeordnet. Weiterhin ist der Regelventilsitz mittels einer Feder gegen das Regelventilelement vorgespannt, wenn sich das Betätigungselement in einer Ruheposition befindet, in welcher das Füllventil geöffnet ist. Das Betätigungselement ist dann mittels des Stellelements zur Produktzufuhr hin in eine Regelstellung bewegbar, in welcher der Produktfluss über den Öffnungsgrad des Regelventils gesteuert wird und zur Abgabeöffnung hin in eine Schließstellung bewegbar, in welcher das Füllventil schließt. Durch die Verstellung des Betätigungselements weg von der Abgabeöffnung kann somit die Füllmenge und die Füllgeschwindigkeit eingestellt werden, wo hingegen das Öffnen und Schließen durch die Betätigung des Betätigungselements in Richtung auf die Abgabeöffnung gesteuert wird. Auch diese Ausführungsform der Erfindung erlaubt somit auf eine höchst einfache und integrierte Weise die volumetrische Messung und die Regelung der Füllmenge und Füllgeschwindigkeit entsprechend der volumetrischen Messung, wie auch das Öffnen und Schließen des Füllventils zur Steuerung des Füllvorgangs.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass sich die beiden Ventilelemente, insbesondere der Ventilkegel des Füllventils und des Regelventils auf einem Betätigungselement befinden. Dabei kann die Position des Regelventilsitzes über dessen Stellantrieb der Bewegung des Füllventilelements folgen, ohne dabei seine Regelfunktion zu verlieren. Mit der Erfindung lässt sich somit ein Füllventil mit hoher Schüttleistung und sehr einfachem Aufbau realisieren. Das Prinzip funktioniert auch beim Druckfüllsystem. In diesem Fall wird die Flasche an ein Füllorgan angepresst und abgedichtet. In diesem Fall sind natürlich gesteuerte Verbindungsbohrungen von dem Adapter zur Flaschenöffnung zu erforderlichen Gaskanälen vorzusehen.
Während der Füllung ist das Füllventil offen und das Regelventil ist in Funktion, d.h. die Stellung des Regelventilsitzes relativ zum Regelventilelement regelt die Füllgeschwindigkeit. Wenn die vorgewählte Füllmenge erreicht ist, die vorzugsweise über MID bestimmt wird, muss das Füllventil schnell schließen. Hierfür muss die Schließkraft so groß sein, dass auch das Regelventilelement gegen den Regelventilsitz mit nach unten bewegt wird.
Vorzugsweise sind unterschiedliche Fluidanbindungen, vorzugsweise am unteren Ende des Produktkanals zuschaltbar, durch welche dem Produktkanal Reinigungsflüssigkeiten oder Heißwasser zuleitbar sind, durch welche die Fülleinrichtung gereinigt oder bei einer Heißabfüllung im Fall von Füllunterbrechungen auf Temperatur gehalten werden kann.
Zudem ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein unterer Gehäuseteil vertikal bewegbar an Führungen des Gehäuses der Fülleinrichtung gehalten ist. Dieser untere Gehäuseteil kann über Druckfedern an dem Gehäuse oder den Führungen des Gehäuses der Fülleinrichtung abgestützt sein, so dass der in dem unteren Gehäuseteil angeordnete Füllventilsitz beim Schließen des Füllventils leicht nach unten abfedert, was ein schnelleres und gleichzeitig sanfteres Schließen des Füllventils ermöglicht. Der untere Gehäuseteil trägt den Füllventilsitz und vorzugsweise auch die Abgabeöffnung und/oder einen (MID) Durchflussmesser.
Prinzipiell ist die Erfindung auch anzuwenden, ohne MID im Getränkefluss, beispielsweise an einem Wägefüller.
Folgende Ausdrücke werden synonym verwendet:
Betätigungselement <> Ventilstange,
Regel- oder Füllventilelement <> Regel- oder Füllventilkegel,
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an einer schematischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
1 eine teilgeschnittene vertikale Seitenansicht einer ersten Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Fülleinrichtung;
2 eine teilgeschnittene vertikale Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fülleinrichtung;
3 eine teilgeschnittene vertikale Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fülleinrichtung;
4 eine teilgeschnittene vertikale Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fülleinrichtung;
5 eine teilgeschnittene vertikale Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fülleinrichtung,
6 eine teilgeschnittene vertikale Seitenansicht einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fülleinrichtung weitgehend in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform aus 3, und
7 eine teilgeschnittene vertikale Seitenansicht einer siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fülleinrichtung weitgehend in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform aus 4.
1 zeigt eine Fülleinrichtung 10 mit einem senkrechten Montagerahmen 11, an welchem oben eine Produktzufuhr 12 gehalten ist, die einen Sammelbehälter 15 umfasst, in welchen eine Produktzufuhrleitung 17 mündet. Von der Produktzufuhr 12 aus erstreckt sich nach unten ein Produktkanal 14, welcher an seinem unteren Ende in eine Abgabeöffnung 16 mündet. In dem Produktkanal 14 ist ein Betätigungselement 20 in Form einer Ventilstange mittels eines Stellelements 18 axial verstellbar angeordnet. Nach oben hin ist die Ventilstange 20 zum Sammelbehälter 15 hin durch einen oberen Faltenbalg 22 abgedichtet.
In dem Produktkanal 14 ist unterhalb der Produktzufuhr 12 ein Regelventil 24 angeordnet, auf welches am unteren Ende des Produktkanals 14 in Fließrichtung des abzufüllenden Produkts ein Füllventil 26 folgt. Das Regelventil 24 besteht aus einem Regelventilsitz 28, der über einen Stellantrieb 30 in Pfeilrichtung, d.h. in axialer Richtung des Betätigungselementes 20 verstellbar ist. Der Regelventilsitz 28 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und umgibt das Betätigungselement 20, wobei er dort mit einem Regelventilelement 32 zusammenwirkt, der als Ventilkegel ausgebildet ist. Der Regelventilsitz 28 ist in dem Produktkanal 14 nach oben hin durch einen ersten Faltenbalg 34 und nach unten hin durch einen zweiten Faltenbalg 36 verstellbar angeordnet. Diese beiden Faltenbälge 34, 36 bilden einen Teil des Produktkanals 14, wobei deren dem Produkt zugewandte Innenseite in dem Stellbereich des Regelventilsitzes 28 eine zum Produkt hin glatte und hygienisch leicht handhabbare Fläche bildet.
Das Füllventil 26 am unteren Ende des Produktkanals 14 ist durch einen Füllventilsitz 38 in Art einer Ringplatte gebildet, welches mit einem als Füllventilkegel ausgebildeten Füllventilelement 40 zusammenwirkt. Zwischen dem Regelventil 24 und dem Füllventil 26 ist des Weiteren ein magnetinduktiver Durchflussmesser (MID) 42 angeordnet, mit welchem der Volumenstrom in dem Produktkanal 14 messbar ist. Das Ausgangssignal des MID wird dazu verwendet, um den Stellantrieb 30 des Regelventilsitzes 28 und damit den Produktfluss bei geöffnetem Füllventil 26 mittels einer nicht dargestellten Steuerung zu steuern.
Unter der Abgabeöffnung 16 kann ein zu füllender Behälter, z.B. eine Getränkeflasche 44 angeordnet werden.
Die Fülleinrichtung funktioniert wie folgt: Die axiale Bewegung der Ventilstange 20 wird durch das Stellelement 18 vorzugsweise mittels einer Führungskulisse der Füllmaschine (nicht dargestellt) gesteuert. Über den MID 42 wird die bei jedem Füllvorgang abgegebene Produktmenge erfasst. Diese erfasste Produktmenge wird in einer Steuerung mit einem Sollwert verglichen, wobei ein Regelsignal erzeugt wird, das den Stellantrieb 30 ansteuert, womit die Position des Regelventilsitzes und damit die Größe des Durchlasses zwischen dem Regelventilkegel 32 und dem Regelventilsitz 28 gesteuert wird. Hierdurch kann der Produktfluss bei geöffnetem Füllventil 26 eingestellt werden. Auf diese Weise kann die Füllmenge immer optimal auf einen Sollwert eingestellt werden. Das Öffnen und Schließen des Füllventils, d.h. die zeitliche Steuerung des Füllvorgangs wird hier allein über das Stellelement 18 von der Füllmaschine vorgegeben, wo hingegen die bei jedem Füllvorgang abgegebene Produktmenge genau mittels des MID, der zugeordneten Steuerung und des von der Steuerung gesteuerten Stellantriebs 30 geregelt wird. Auf diese Weise wird ein einfacher Ventilaufbau mit einer hohen Schüttleistung und sehr präzisier Füllmengensteuerung realisiert.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. In allen Figuren sind identische oder funktionsgleiche Teile mit den identischen Bezugszeichen versehen. Die in 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von dem in der 1 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die das Betätigungselement, d.h. die Ventilstange 52 dieses Ausführungsbeispiels nicht durch ein separates Stellelement 18 gesteuert ist. Stattdessen ist die Ventilstange 52 durch eine Feder 54 gegen einen oberen Anschlag 56 vorgespannt. Die Feder 54 stützt sich hierbei an den Boden des Sammelbehälters 15 der Produktzufuhr 12 ab und wirkt auf einen an der Ventilstange 52 angeordneten Mitnehmer 58. In der in 2 dargestellten Ruheposition der Fülleinrichtung 50 ist der Füllventilkegel 40 von dem Füllventilsitz 38 beabstandet, so dass das Füllventil 26 für einen Füllvorgang geöffnet ist. Das Regelventilelement, d.h. der Regelventilkegel 60 ist unterhalb des Regelventilsitzes 28 angeordnet, so dass er gesteuert durch den Stellantrieb 30 mittels des Regelventilsitzes 28 nach unten gedrückt werden kann, wodurch das Füllventil 26 geschlossen wird. In dieser Ausführungsform der Erfindung wird durch die Betätigung, d.h. axiale Verstellung des Regelventilsitzes 28 mittels des Stellantriebs 30 durch eine Bewegung des Regelventilsitzes nach oben nicht nur die Produktmenge eingestellt, sondern durch eine Bewegung des Regelventilsitzes nach unten auch das Schließen des Füllventils 26 bewirkt. Hier wird somit über die Einstellung des Regelventilsitzes 28 sowohl die Produktmenge als auch die Dauer des Füllvorgangs gesteuert, und zwar ohne separates Stellelement für die Ventilstange 52. Die volumetrische Messung mittels des MID 42 kann somit in diesem Ausführungsbeispiel dazu genutzt werden, nicht nur die Durchflussmenge bei einem Füllvorgang, sondern auch die zeitliche Dauer des Füllvorganges zu regeln. Diese Ausführungsform benötigt keine Führungskulisse der Füllmaschine.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform 70 ist der Regelventilsitz 28 mittels eines Druckfederelements 72 in Richtung auf einen oberen ringförmigen Anschlag 74 vorgespannt. Das Druckfederelement 72 ist dabei zwischen dem Regelventilsitz 28 und dem MID 28 eingespannt. Bei dieser Ausführungsform ist die Füllmenge durch die Auslenkung der Ventilstange 20 mittels des Stellelements 18 nach oben hin einstellbar, während das Schließen des Füllventils 26 durch eine Betätigung der Ventilstange 14 nach unten hin erfolgt, wobei der Füllventilkegel 40 auf den Füllventilsitz 38 drückt und diesen schließt. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass kein separater Stellantrieb für die Verstellung des Abstandes zwischen Regelventilsitz 28 und Füllventilsitz 38 notwendig ist, sondern die axiale Verstellung des Regelventilsitzes erfolgt mittels des Stellelements 18 entgegen der Kraft des Druckfederelementes 72.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Fülleinrichtung 76, die weitgehend in Übereinstimmung mit 2 ist. Im Unterschied zu der Fülleinrichtung in 2 ist bei dieser Ausführungsform die Ventilstange 78 leicht modifiziert. So sind die Feder 54 und der Mitnehmer 58 nicht im Sammelbehälter 15, sondern oberhalb angeordnet. Ansonsten ist diese Ausführungsform der Fülleinrichtung funktionsmäßig identisch zu der von 2.
5 zeigt eine Fülleinrichtung 80, die speziell für eine Druckfüllung von CO₂-haltigen Getränken ausgebildet ist. Diese Ausführungsform ist weitgehend identisch zu der von 4 ausgebildet. Im Unterschied zu der Fülleinrichtung aus 4 ist unterhalb der Abgabeöffnung 16 eine Dichtmanschette 82 angeordnet, deren unterer Dichtflansch 84 mittels eines Stellhebels 86, einer Stößelstange 88 und einer Führungsrolle 90 mittels einer Führungskulisse 92 der Füllmaschine axial zur Ventilstange 78, d.h. senkrecht bewegbar ist. Durch diesen Stellmechanismus kann der untere Dichtflansch 84 der Dichtmanschette 82 dicht auf die Flaschenmündung 94 einer zu befüllenden Flasche 44 aufgesetzt werden. Der Montagerahmen 11 der Fülleinrichtung 80 hat eine untere verstärkte Ringplatte 96, in welcher ein Rückgaskanal 98 ausgebildet ist, der über eine Rückgasleitung 100 mit dem oberen Teil 102 des Sammelbehälters 15 verbunden ist. Über einen Vakuumkanal 104 ist der von der Dichtmanschette 82 umgebene Füllraum mit einer Vakuumquelle 106 verbindbar, so dass beim Füllen aus der Flasche 44 austretendes Gas, als auch beim Füllen austretendes CO₂ durch die Vakuumquelle 106 abgefangen werden kann. Die Steuerung der Fülleinrichtung erfolgt dabei wie bei der in 4 gezeigten Fülleinrichtung.
Die sechste Ausführungsform 110 der 6 ist weitgehend identisch mit der dritten Ausführungsform gemäß 3. Im Unterschied zu dieser hat die sechste Ausführungsform eine Fluidanbindung 112, umfassend eine – gegebenenfalls unter Druck stehende – Fluidquelle 114, eine Fluidleitung 116 zwischen der Fluidquelle 114 und dem Produktkanal 14 als auch ein in der Fluidleitung 116 angeordnetes Steuerventil 118. Über das, vorzugsweise mikroprozessorgesteuerte Steuerventil 118 lässt sich z.B. bei Füllunterbrechungen eine Reinigungsflüssigkeit aus der Fluidquelle 114 zuführen oder auch nur heißes Wasser, um die Apparatur im Bereich des Füllventils bei Heißabfüllungen auf Temperatur zu halten. Natürlich können mehrere derartiger Fluidanbindungen 112 für unterschiedliche Fluide, z.B.: Reinigungsflüssigkeit und Heißwasser, in der Fülleinrichtung angeordnet sein.
Schließlich zeigt 7 eine siebte Ausführungsform 120, die weitgehend identisch zur vierten Ausführungsform gemäß 4 ist. Im Gegensatz zu der vierten Ausführungsform der 4 ist ein den Produktkanal 14 aufnehmender unterer Gehäuseteil 122, der den MID-Durchflussmesser 42 und den Füllventilsitz 38 als auch die Abgabeöffnung 16 trägt, über Führungen 124 vertikal bewegbar an Führungsstangen 126 der Fülleinrichtung 120 gehalten. Nach unten hin ist der untere Gehäuseteil über Druckfedern 128 an Aufnahmetellern 130 abgestützt, die am unteren Ende der Führungsstangen 126 befestigt sind. Auf diese Weise kann der Füllventilsitz 38 beim Schließen des Füllventils 28, wenn das Füllventilelement 40 auf den Füllventilsitz 38 drückt, etwas nach unten ausweichen, was zu einem sanfteren Schließvorgang führt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereiches der nachfolgenden Patentansprüche variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Fülleinrichtung (erste Ausführungsform)
11: Montagerahmen
12: Produktzufuhr
14: Produktkanal
15: Sammelbehälter
16: Abgabeöffnung
17: Produktzufuhrleitung
18: Stellelement
20: Betätigungselement (Ventilstange)
22: oberer Faltenbalg
24: Regelventil
26: Füllventil
28: Regelventilsitz
30: Stellantrieb
32: Regelventilelement
34: erster Faltenbalg
36: zweiter Faltenbalg
38: Füllventilsitz
40: Füllventilelement
42: magnetisch induktiver Durchflussmesser (MID)
44: Behälter (Flasche)
50: Fülleinrichtung (zweite Ausführungsform)
52: Betätigungselement (zweite Ausführungsform)
54: Feder
56: oberer Anschlag
58: Mitnehmer
60: Regelventilelement (zweite Ausführungsform)
70: Fülleinrichtung (dritte Ausführungsform)
72: Druckfederelement
74: Ringanschlag
76: Fülleinrichtung (vierte Ausführungsform)
78: Betätigungselement (dritte Ausführungsform)
80: Fülleinrichtung (fünfte Ausführungsform)
82: Dichtmanschette
84: Dichtflansch
86: Stellhebel
88: Stößelstange
90: Führungsrolle
92: Führungskulisse
94: Behältermündung
96: Ringplatte
98: Rückgaskanal
100: Rückgasleitung
102: Gasraum im Sammelbehälter
104: Vakuumkanal
106: Vakuumquelle
110: Fülleinrichtung (sechste Ausführungsform)
112: Fluidanbindung
114: Fluidquelle
116: Fluidleitung
118: Steuerventil
120: Fülleinrichtung (siebte Ausführungsform)
122: unterer Gehäuseteil
124: Führungen
126: Führungsstangen
128: Druckfedern
130: Aufnahmeteller

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3325338 [0004]

Claims

Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) zum Abfüllen von Flüssigkeiten, umfassend eine Produktzufuhr (12) und eine der Produktzufuhr nachgeordnete Ventilanordnung (24, 26), welche Ventilanordnung ein Regelventil (24) und ein in Fließrichtung des Produkts nachgeordnetes Füllventil (26) und ein beiden Ventilen gemeinsames längliches Betätigungselement (20; 52; 78) enthält, die Fülleinrichtung hat einen in Längsrichtung des Betätigungselements verlaufenden Produktkanal (14), der sich von der Produktzufuhr (12) zu einer Abgabeöffnung (16) der Fülleinrichtung erstreckt, wobei die Ventilanordnung (24, 26) in dem Produktkanal (14) angeordnet ist, das Regelventil (24) hat ein Betätigungselement-seitiges Regelventilelement (32), das mit einem Regelventilsitz (28) zum Steuern der abzufüllenden Produktmenge zusammenwirkt, das Füllventil (26) hat ein Betätigungselement-seitiges Füllventilelement (40), das mit einem Füllventilsitz (38) zum Öffnen und Schließen des Füllventils zusammenwirkt, sowohl das Regelventilelement (32) als auch das Füllventilelement (40) sind an dem Betätigungselement (20; 52; 78) angeordnet, die Fülleinrichtung hat wenigstens ein angetriebenes Stellelement (18; 28, 32, 60), um die Position des Betätigungselements relativ zum Regelventilsitz und Füllventilsitz im Rahmen eines Füllvorganges zu verändern, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelventilsitz (28) über wenigstens ein erstes und zweites längenverstellbares Element (34, 36), die sich an einander abgewandten Seiten des Regelventilsitzes befinden, in dem Produktkanal (14) angeordnet ist, und dass der Abstand des Regelventilsitzes (28) relativ zum Füllventilsitz (38) variierbar ist.
Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Regelventilsitzes (28) mittels eines Stellantriebs (30) einstellbar ist.
Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Durchflussmesser (42) und eine Steuerung für den Stellantrieb (30) aufweist, die konzipiert ist, denn Stellantrieb in Abhängigkeit von dem Signal des Durchflussmessers zu betätigen.
Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (42) durch einen magnetisch induktiven Durchflussmesser (MID) gebildet ist.
Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der MID (42) den Produktkanal (14) umgibt.
Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktkanal (14) durch einen das Betätigungselement (20; 52; 78) umgebenden Ringraum gebildet ist.
Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite längenverstellbare Element (34, 36) jeweils durch einen Faltenbalg gebildet sind.
Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Faltenbalg (34, 36) einen Teil der Wand des Produktkanals (14) bilden.
Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Faltenbalg (34, 36) aus Teflon bestehen, damit beschichtet sind oder aus einem Edelstahl bestehen.
Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (20; 52; 78) durch eine Ventilstange gebildet ist.
Fülleinrichtung (10; 50; 70; 76; 80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventilelement (32; 60) und/oder Füllventilelement (40) jeweils durch einen an dem Betätigungselement (20; 52; 78) ausgebildeten Ventilkegel gebildet ist/sind.
Fülleinrichtung (80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktzufuhr (12) einen Sammelbehälter (15) umfasst, und dass an der Abgabeöffnung (16) eine Dichtmanschette (82) zum dichten Verbinden der Abgabeöffnung mit einer Behälteröffnung (94) eines zu füllenden Behälters angeordnet ist, welche Dichtmanschette einen abgedichteten Füllbereich umschließt, von dem aus sich wenigstens ein Rückgaskanal (96) zum Sammelbehälter und gegebenenfalls ein Vakuumkanal (104) zu einer Vakuumquelle (106) erstreckt.
Fülleinrichtung (70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelventilsitz (28) mittels eines Druckfederelements (72) auf einen Anschlag (74) in eine Ruheposition vorgespannt ist, in welchem das Füllventil (26) geöffnet ist, und dass der Regelventilsitz (28) mittels des Regelventilelements (32) in Richtung auf das Füllventil (26) bewegbar ist.
Fülleinrichtung (50; 76; 80) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelventilsitz (28) in Eingriff mit dem Regelventilelement (60) das Stellelement bildet, um das Betätigungselement (20; 52; 78) zu bewegen.
Fülleinrichtung (50; 76; 80) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (20; 52; 78) mittels einer Feder (54) in eine Ruhelage vorgespannt ist, in welcher das Füllventil (26) geöffnet ist, dass das Regelventilelement (60) an dem Betätigungselement (20; 52; 78) zwischen dem Regelventilsitz (28) und dem Füllventilsitz (38) angeordnet ist, und dass das Betätigungselement (20; 52; 78) mittels des Eingriffs des Regelventilsitzes (28) an dem Regelventilelement (60) in Schließstellung des Füllventils (26) bewegbar ist.
Fülleinrichtung (50; 76; 80) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventilelement (60) an dem Betätigungselement (20; 52; 78) zwischen der Produktzufuhr (12) und dem Regelventilsitz (28) angeordnet ist, dass der Regelventilsitz (28) in Ruheposition des Betätigungselements mittels einer Feder (54) gegen das Regelventilelement (60) vorgespannt ist.
Füllmaschine, umfassend eine Vielzahl von Fülleinrichtungen (10; 50; 70; 76; 80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Füllmaschine nach Anspruch 16, umfassend eine Kulissensteuerung zur Betätigung der Stellelemente (18) der Fülleinrichtungen (10; 50; 70; 76; 80).