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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Behälters in einer Getränkeabfüllanlage.
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Stand der Technik
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Vorrichtungen zum Befüllen von Behältern in Getränkeabfüllanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei wird ein zu befüllender Behälter an eine Behälteraufnahme übergeben, welche unterhalb eines Füllorgans zum Befüllen des Behälters angeordnet ist. Daraufhin wird der Behälter zumeist durch ein Anheben der Behälteraufnahme in Richtung des Füllorgans gehoben, so dass eine Behältermündung des Behälters in Kontakt mit dem Füllorgan kommt und der Befüllvorgang beginnen kann. Beim Befüllen eines Behälters kann es vorgesehen sein, diesen mit einem Spanngas vorzuspannen, beispielweise bei der Abfüllung karbonisierter Getränke. Hierbei werden Behälter und Füllorgan vor dem Füllen mit dem Abfülldruck vorgespannt. Das Füllvolumen des abzufüllenden Füllprodukts und damit das Füllende kann mittels eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers in der Produktleitung ermittelt werden. Nach der Befüllung wird der Behälter durch Absenken der Behälteraufnahme wieder von dem Füllorgan entfernt, so dass der nun befüllte Behälter an eine weitere Behandlungseinheit, beispielsweise einem Verschließer zum Verschließen des Behälters, übergeben werden kann.
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Das Anheben des Behälters über die gesamte zu überbrückende Distanz kann hierbei erst erfolgen, wenn der Behälter durch die Behälteraufnahme aufgenommen wurde. Ebenso kann der befüllte Behälter erst dann übergeben werden, wenn er über die gesamte zu überbrückende Distanz abgesenkt wurde. Dadurch verlängert sich die Gesamtzeit, welche ein zu befüllender Behälter an der Vorrichtung zum Befüllen zu verbleiben hat, was sich negativ auf die Effizienz des Abfüllvorgangs und die damit einhergehenden Prozesskosten auswirkt. Ferner sind für das Anheben und Absenken zusätzliche Transportstrecken an einer die Behälteraufnahme aufweisenden Transportvorrichtung der Vorrichtung vorzusehen, wodurch die Abmessungen der Vorrichtung vergrößert sind beziehungsweise, bei einer Vorrichtung in Rundläuferbauweise, ein Bedarf an einen zusätzlichen Transportwinkel, in welchem das Anheben beziehungsweise Absenken stattfindet, hinzukommt.
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Um den vorgenannten Nachteilen entgegenzuwirken sind Vorrichtungen zum Befüllen von Behältern bekannt, bei welchen das Füllorgan und die Behältermündung starr angeordnet sind und ein Mundstück des Füllorgans auf den Behälter abgesenkt wird. Solch eine Vorrichtung ist beispielsweise der
DE 257668 A zu entnehmen.
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Ferner sind beispielsweise aus der
DE 83 08 806 U1 sowie der
DE 83 08 618 U1 Vorrichtungen bekannt, bei welchen das gesamte Füllorgan auf den Behälter abgesenkt wird.
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Zwar lassen sich dadurch die zusätzlichen Transportstrecken beziehungsweise Transportwinkel, in welchen der Behälter anzuheben beziehungsweise abzusenken ist, vermeiden. Jedoch erfährt das Füllorgan durch dessen Absenken und Anheben eine Relativbewegung gegenüber einem das Füllprodukt bereitstellende Füllproduktreservoir. Aufgrund dieser Relativbewegung sind zwischen dem Füllorgan und dem Füllproduktreservoir oder innerhalb des Füllorgans dynamische Dichtungen zwischen zueinander relativ bewegten Teilen vorzusehen. Dies führt zu einem komplizierten Aufbau der Füllorgane, da solche Füllorgane aus mehreren, zueinander beweglichen Teilen auszubilden sind und die zur dynamischen Dichtung beitragenden Bauteile mit einer hohen Oberflächengüte ausgeführt werden müssen. Fernerhin ist der Einsatz solcher Füllorgane bei Anwendungen mit hohen Hygieneanforderungen erschwert. Insbesondere die Innenreinigung solcher Füllorgane ist kompliziert, da sich an den dynamischen Dichtungen im Inneren Verunreinigungen und Keime festsetzen können und diese schwer zugänglich sind.
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Bei einer Innenreinigung werden sämtliche produktberührten Wege, also insbesondere die Füllproduktleitungen sowie andere Medienleitungen innerhalb der Getränkeabfüllanlage, gereinigt. Hierzu werden die zu reinigenden Anlagenteile, insbesondere die jeweiligen Füllproduktwege, von den Reinigungsmedien durchströmt und auf diese Weise eine Reinigung erreicht. In den geschlossenen Systemen der Getränkeabfüllanlage, beispielsweise den Ventilknoten, dem Medienvorlauf sowie den weiteren Medienleitungen, wird dabei üblicherweise eine so genannte Cleaning-in-Place-Reinigung (CIP-Reinigung) durchgeführt, welche ohne die Demontage von Anlagenteilen im Inneren der Produktionsanlage durchgeführt werden kann.
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Unter Reinigungsmedien werden hierin sämtliche Medien verstanden, welche während des Reinigungsprozesses verwendet werden. Dabei werden die Reinigungsmedien beispielsweise in den folgenden Schritten während des Reinigungsprozesses verwendet: Vorspülen mit klarem Wasser, Reinigung mit Lauge, Zwischenspülung mit klarem Wasser, Reinigung mit Säure, Klarspülung mit heißem Wasser, Sterilisieren mittels Heißdampf. Als Reinigungsmedien werden daher zumindest klares Wasser, heißes Wasser, Säure, Lauge und Heißdampf angesehen.
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Die
DE 10 2008 030 721 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Abfüllen von zähfließenden Medien mit einem in Höhenrichtung bewegbaren Füllelement. Die
DE 10 2006 050 780 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Befüllen von Flaschen, insbesondere mit stillem Wasser. Die
DE 35 14 624 A1 beschreibt eine Gefäßfüllmaschine mit mehreren an einem höhenverstellbaren Maschinenoberteil angeschlossenen Füllelementen.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Behälters in einer Getränkeabfüllanlage, sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Behälters in einer Getränkeabfüllanlage, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt in einer Getränkeabfüllanlage, vorgeschlagen, umfassend eine Behälteraufnahme und ein oberhalb der Behälteraufnahme angeordnetes Füllorgan zum Befüllen des Behälters, wobei das Füllorgan zum Befüllen auf die Behälteraufnahme zu absenkbar ist und zum Einführen eines zu befüllenden Behälters in die Behälteraufnahme und zum Entnehmen eines befüllten Behälters aus der Behälteraufnahme von der Behälteraufnahme weg anhebbar ist, und wobei eine Produktzuführleitung zum Zuleiten von Füllprodukt von einem Füllproduktreservoir zu dem Füllorgan vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist die Produktzuführleitung flexibel.
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Ferner weist das Füllproduktreservoir eine Füllproduktreservoir-Auslassleitung mit einem Zulaufventil auf, das zum Verschließen und/oder als Füllproduktdrossel zum Steuern des Volumenstroms des Füllprodukts ausgebildet ist. Die flexible Produktzuführleitung ist an einem Zulaufventilauslass des Zulaufventils angeschlossen.
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Dadurch, dass die Produktzuführleitung zum Zuleiten von Füllprodukt von einem Füllproduktreservoir zu dem Füllorgan flexibel ist, wobei diese zwischen dem Füllproduktreservoir und dem Füllorgan angeordnet ist, kann durch die Verformung der flexiblen Produktzuführleitung eine durch das Anheben und/oder Absenken des Füllorgans entstehende Relativbewegung des Füllorgans gegenüber dem Füllproduktreservoir ausgeglichen werden und ein durch die Relativbewegung entstehender Versatz zwischen dem Füllorgan und dem Füllproduktreservoir kann ausgeglichen werden. Hierdurch sind im produktführenden Bereich keine zusätzlichen Abdichtungen von sich gegeneinander bewegenden Teilen notwendig. Die Vorrichtung kann somit gegenüber dem Stand der Technik mit einem einfacheren Aufbau ausgeführt werden, wodurch sich die Fertigungs- und Wartungskosten sowie das Gewicht der Vorrichtung verringern. Fernerhin ist die Vorrichtung dadurch leicht zu reinigen und somit für hygienische Anwendungen, beispielsweise in der Getränkeabfüllung, insbesondere für aseptische Anwendungen geeignet. Zudem können Einrichtungen zum Reinigen der Vorrichtung einfacher ausgeführt werden.
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Unter „flexibel“ wird in dieser Anmeldung insbesondere verstanden, dass ein Material beziehungsweise ein Bauteil eine hohe Flexibilität aufweist. Mit anderen Worten kann sich das Material beziehungsweise das Bauteil, insbesondere eine Zuleitung, an verschiedene geometrische Zustände anpassen, ohne das hierfür ein hoher Kraftaufwand notwendig ist. Das flexible Material beziehungsweise das flexible Bauteil weisen dabei bevorzugt eine geringe Steifigkeit auf und/oder sind elastisch, bevorzugt hochelastisch. So kann das flexible Material beziehungsweise das Bauteil verschiedene Formen einnehmen, ohne dass eine plastische Verformung und/oder Schäden an dem Bauteil auftreten.
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Ist die Produktzuführleitung beispielsweise als flexibler Schlauch ausgebildet, so kann diese bevorzugt von einer linearen Erstreckung zumindest in einen Radius gebogen werden, welcher 50-mal, bevorzugt 20-mal, dem Durchmesser des Schlauchs entspricht, ohne dass eine plastische Verformung oder Schäden, wie Risse, an dem Schlauch auftreten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine flexible Spanngaszuführleitung zum Zuführen von Spanngas zwischen dem Füllorgan und einer Spanngaszufuhr angeordnet, wobei durch eine Verformung der flexiblen Spanngaszuführleitung eine durch das Anheben und/oder Absenken des Füllorgans entstehende Relativbewegung des Füllorgans gegenüber der Spanngaszufuhr ausgleichbar ist. Die Vorrichtung kann somit gegenüber dem Stand der Technik mit einem nochmals vereinfachten Aufbau ausgeführt werden, wodurch sich die Fertigungs- und Wartungskosten sowie das Gewicht weiterhin verringern. Auch ist die Reinigung dadurch weiter erleichtert, so dass die Vorrichtung besonders gut für hygienische Anwendungen, beispielsweise in der Getränkeabfüllung, insbesondere für aseptische Anwendungen, geeignet ist.
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Um ein sicheres Befüllen des zu befüllenden Behälters zu ermöglichen, weist das Füllorgan in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einen Produktauslass zum Auslassen des Füllprodukts in den zu befüllenden Behälter auf, wobei der Produktauslass durch Absenken des Füllorgans mit dem zu befüllenden Behälter in Kontakt, bevorzugt in dichtenden Kontakt, bringbar ist. Zudem kann hierdurch der zu befüllende Behälter vorgespannt werden, ohne dass Spanngas wieder aus der Behältermündung in die Umgebung entweicht.
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Ein besonders einfacher und sicherer Aufbau, welcher eine besonders einfache Reinigung der Vorrichtung erlaubt, kann dadurch ermöglicht werden, dass die Produktzuführleitung mit dem Füllorgan und dem Füllproduktreservoir fest verbunden ist und/oder die Spanngaszuführleitung mit dem Füllorgan und der Spanngaszufuhr fest verbunden ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weisen die Produktzuführleitung und/oder die Spanngaszuführleitung ein flexibles Material, bevorzugt ein Elastomer und/oder einen flexiblen Kunststoff, besonders bevorzugt einen flexiblen lebensmittelechten Kunststoff, besonders bevorzugt PTFE und/oder einen PTFE-Compoundwerkstoff, auf. Dadurch können die Produktzuführleitung und/oder die Spanngaszuführleitung durch eine Verformung auf die Lageänderung des Füllorgans zu dem Füllproduktreservoir beziehungsweise der Spanngaszufuhr reagieren. Unter lebensmittelecht wird hierbei ein bevorzugt hochpolymerer Kunststoff verstanden, welcher bei Kontakt mit Lebensmitteln unter normalen oder vorhersehbaren Verwendungsbedingungen keine Bestandteile auf Lebensmittel in Mengen abgibt, die geeignet sind, die menschliche Gesundheit zu gefährden. Hierdurch kann die Befüllung des Behälters erfolgen, ohne dass das in den Behälter gefüllte Füllprodukt beziehungsweise der Innenraum des Behälters durch sich aus der Produktzuführleitung und/oder der Spanngaszuführleitung lösende Bestandteile verunreinigt werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung können die Produktzuführleitung und/oder die Spanngaszuführleitung einen Verstärkungsstoff, bevorzugt eine Verstärkungsstruktur, besonders bevorzugt ein spiralförmiges Verstärkungselement, aufweisen, welcher bevorzugt in dem flexiblen Material eingebettet ist. Der Verstärkungsstoff weist dabei bevorzugt eine höhere Steifigkeit und/oder eine geringere Flexibilität auf, als das flexible Material. Dadurch kann die Strukturintegrität der Produktzuführleitung und/oder der Spanngaszuführleitung erhöht werden. Um einen besonders einfachen und robusten sowie hygienischen Aufbau bereitzustellen, kann das Füllorgan bevorzugt eine Ventilhülse aufweisen, wobei bevorzugt der Produktauslass an der Ventilhülse bevorzugt einstückig ausgebildet ist, bevorzugt in Form einer Zentrierglocke.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Antrieb zum Bewegen des Füllorgans relativ zu der Behälteraufnahme, bevorzugt in Form einer Pneumatikzylindereinheit, eines hydraulischen Antriebs, insbesondere einer Hydraulikzylindereinheit, oder in Form eines elektropneumatischen Antriebs, eines Schrittmotors, eines Servomotors oder eines Linearmotors, vorgesehen. Dadurch ist es möglich, das Füllorgan automatisch anzuheben und abzusenken beziehungsweise die Bewegung des Füllorgans gezielt zu steuern respektive zu regeln. Bevorzugt ist der Antrieb direkt an einer zumindest das Füllorgan aufweisenden Transporteinheit und/oder an einer einen Abfüllraum, bevorzugt einen Reinraum, umgrenzenden Wandung angeordnet.
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Für ein Einstellen eines Anpressdrucks beziehungsweise einer Anpresskraft des Füllorgans auf die Behältermündung des zu befüllenden Behälters kann der Antrieb bevorzugt ein Mittel zum Regulieren einer Anpresskraft des Füllorgans auf den durch die Behälteraufnahme gehaltenen Behälter, bevorzugt eine Druckkammer zum Ausbilden eines Luftpolsters, aufweisen. So kann zum einen der Anpressdruck beziehungsweise die Anpresskraft genau eingestellt werden, zum anderen ist die Geschwindigkeit des Absenkens und Anhebens des Füllorgans steuerbar.
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Bevorzugt ist weiterhin eine Steuereinheit zum Steuern des Anhebens und Absenkens des Füllorgans und/oder des Befüllvorgangs des zu befüllenden Behälters vorgesehen.
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In einer ferner bevorzugten Weiterbildung ist ein Antriebskolben des Antriebs an dem Füllorgan, bevorzugt an der Ventilhülse des Füllorgans, angeordnet, wobei der Antriebskolben bevorzugt einstückig mit der Ventilhülse ausgebildet ist. Hierdurch ist ein einfacher und stabiler Aufbau des Füllorgans ermöglicht. Weiterhin kann die Anpresskraft auf die Behältermündung im Wesentlichen zentrisch aufgebracht werden, da die durch den Antriebskolben auf das Füllorgan wirkende resultierende Kolbenkraft im Wesentlichen zentrisch über der Behältermündung wirkt.
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Um eine Abdichtung zum Abdichten des Füllorgans gegenüber einem Abfüllraum, bevorzugt einen Reinraum, zu ermöglichen, kann in einer weiter bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, eine flexible Dichtung zum Abdichten des Füllorgans gegen einen Abfüllraum, bevorzugt einen Reinraum, vorzusehen, wobei die flexible Dichtung bevorzugt einen Faltenbalg, besonders bevorzugt einen Faltenbalg aus einem Elastomer, PTFE und/oder einem PTFE-Compoundwerkstoff, aufweist. Durch das Vorsehen eines Faltenbalg kann dabei eine Abdichtung mit einem besonders einfachen Aufbau und einer hermetischen Abdichtung ermöglicht werden, da keine Teile beziehungsweise deren Oberflächen an der Dichtung entlang gleiten, sondern die Enden des Faltenbalgs fest mit den jeweiligen Anbindungsteilen verbunden sind. Bei Verwendung eines Faltenbalgs aus einem Elastomer, PTFE und/oder einem PTFE-Compoundwerkstoff kann zum einen ein besonders flexibler Faltenbalg und zum anderen eine sehr hygienische Dichtung bereitgestellt werden.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist im unteren Bereich des Füllorgans ein Drallkörper zum Einleiten eines Dralls auf das durch den Drallkörper strömende Füllprodukt angeordnet. Durch den Drallkörper wird das in Richtung des Behälters strömende Füllprodukt bezüglich der Längsachse des Füllorgans in Rotation versetzt. Aufgrund der durch die Rotationsbewegung entstehenden Zentrifugalkraft strömt das Füllprodukt über den Produktauslass an die Behälterinnenwand des Behälters und an dieser in den Behälter hinab. Hierdurch kann insbesondere verhindert werden, dass Teile des Füllprodukts während der Abfüllung beispielsweise an eine in Richtung Behälter gerichtete Öffnung einer Spanngasleitung gelangen und durch diese abgesaugt werden beziehungsweise diese verunreinigen. Zudem ist durch das Vorsehen des Drallkörpers zum Befüllen des Behälters kein in den Behälter einzuführendes Füllrohr notwendig, so dass der zwischen der Behälteraufnahme und dem Füllorgan erforderliche Hub gering gehalten werden kann.
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Beispielsweise, um den Volumenstrom beziehungsweise die Fließgeschwindigkeit des Füllprodukts während des Abfüllvorgangs durch das Füllorgan in den zu befüllenden Behälter gezielt beeinflussen und variieren zu können, kann in einer bevorzugten Ausführungsform das Füllorgan einen in dem Füllorgan beweglichen Ventilkegel und einen durch den Ventilkegel verschließbaren Ventilsitz aufweisen, wobei durch Verschließen des Ventilsitzes mittels des Ventilkegels ein Produktkanal des Füllorgans verschließbar ist. Dadurch ist bevorzugt ein Durchlassquerschnitt des Produktkanals zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkegel durch die Bewegung des Ventilkegels veränderbar. Weiterhin kann bei der Abfüllung verschiedener Füllprodukte durch das Füllorgan der Durchlassquerschnitt für jedes Füllprodukt angepasst werden. Folglich können, insbesondere bei sensiblen Füllprodukten, die einzelnen Phasen des Befüllvorgangs gezielt beeinflusst und somit die Befüllzeiten reduziert sowie die Güte des Befüllergebnisses erhöht werden.
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Für ein weiter verbessertes Befüllen des Behälters, insbesondere bei der Befüllung mit karbonisierten Füllprodukten kann in einer ferner bevorzugten Ausführungsform das Füllorgan einen Gaskanal zum Belasten und/oder Entlasten des Behälters mit einem Spanngas aufweisen. Der Gaskanal ist bevorzugt zum Vorspannen und/oder Entspannen des Behälters vor, während und nach dem Befüllvorgang vorgesehen. Bevorzugt ist der Gaskanal ferner mit der Spanngaszuführleitung verbunden.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist eine Reinigungseinrichtung, umfassend eine CIP-Kappe, zum Reinigen, bevorzugt zum CIP-Reinigen vorgesehen. Die CIP-Kappe kann mit einer Drosselbohrung versehen sein. Bevorzugt erfolgt dabei eine Reinigung sämtlicher produktberührter Wege, insbesondere werden die Produktzuführleitung und/oder die Spanngaszuführleitung gereinigt. Durch eine Cleaning-in-Place-Reinigung (CIP-Reinigung) kann eine Reinigung ohne die Demontage von Teilen der Vorrichtung erfolgen.
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Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Behälters in einer Getränkeabfüllanlage, mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.
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Entsprechend wird ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Behälters in einer Getränkeabfüllanlage, mit einer Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters gemäß einem der vorstehenden Ansprüche vorgeschlagen, umfassend die Schritte des Aufnehmens eines zu befüllenden Behälters in einer Behälteraufnahme, des Absenkens des Füllorgans auf eine Behältermündung des zu befüllenden Behälters, des Öffnens des Füllorgans zum Beginnen der Befüllung, des Schließens des Füllorgans zum Beenden der Befüllung, und des Anhebens des Füllorgans, wobei eine flexible Produktzuführleitung zum Zuleiten von Füllprodukt von einem Füllproduktreservoir zu dem Füllorgan vorgesehen ist und durch eine Verformung der flexiblen Produktzuführleitung eine durch das Anheben und/oder Absenken des Füllorgans entstehende Relativbewegung des Füllorgans gegenüber dem Füllproduktreservoir ausgeglichen wird. Ferner weist das Füllproduktreservoir eine Füllproduktreservoir-Auslassleitung mit einem Zulaufventil auf, das zum Verschließen und/oder als Füllproduktdrossel zum Steuern des Volumenstroms des Füllprodukts ausgebildet ist. Die flexible Produktzuführleitung ist an einem Zulaufventilauslass des Zulaufventils angeschlossen.
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Durch das Verfahren werden die obenstehenden, durch die Vorrichtung erzielten Vorteile erreicht.
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Figurenliste
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt mit einer flexiblen Produktzuführleitung; und
- 2 schematisch einer Schnittansicht der Vorrichtung aus 1 mit einer schwenkbaren CIP-Reinigungskappe.
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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 versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
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In 1 ist schematisch eine Schnittansicht einer Vorrichtung 1 zum Befüllen eines Behälters 7 mit einem Füllprodukt gezeigt. Die Vorrichtung 1 weist eine an einer nicht gezeigten Transportvorrichtung in Form eines Rundläufers angeordnete Behälteraufnahme 6 zum Aufnehmen eines zu befüllenden Behälters 7 auf. Der Behälter 7 hängt dabei mit seinem Halsbereich beziehungsweise seinem Halsring in der Behälteraufnahme 6. Es handelt sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechend um eine als „neck-handling“ ausgebildete Behälteraufnahme 6. Die Behälteraufnahme 6 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nicht in der Höhe verstellbar, so dass die Behälteraufnahme 6 den Behälter 7 während des gesamten Transports auf der gleichen Höhe beziehungsweise Ebene transportiert.
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Oberhalb der Behälteraufnahme 6 ist ein Füllorgan 2 zum Befüllen des Behälters 7 angeordnet. Das Füllorgan 2 ist dabei entlang seiner Längsachse L beweglich, so dass es in Richtung auf die Behälteraufnahme 6 zu abgesenkt werden und von der Behälteraufnahme 6 weg angehoben werden kann. Das Absenken und Anheben des Füllorgans 2 dient dazu, einen Produktauslass 26 des Füllorgans 2 zu der Behältermündung 70 des Behälters 7 zu bewegen. Da die Behälteraufnahme 6 nicht in der Höhe verstellt werden kann, muss entsprechend das Füllorgan 2 angehoben oder abgesenkt werden. Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn der Produktauslass 26 abdichtend an die Behältermündung 70 des Behälters 7 angepresst werden soll, um ein abgedichtetes Füllen beispielsweise zum Gegendruckfüllen erreichen zu können.
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Das Füllorgan 2 steht über eine flexible Produktzuführleitung 3 mit einem Füllproduktreservoir 8 in Kommunikation, so dass Füllprodukt über die Produktzuführleitung 3 aus dem Füllproduktreservoir 8 in das Füllorgan 2 fließen kann. Das Füllproduktreservoir 8 kann beispielsweise ein Ringkessel oder ein Zentralkessel eines Rundläuferfüllers in einer Getränkeabfüllanlage sein.
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Durch die Ausbildung der flexiblen Produktzuführleitung 3 kann das Anheben und Absenken des Füllorgans 2 ohne weitere gelenkige Verbindungen einer Produktzuführleitung erreicht werden, so dass weitere spezielle Anordnungen zur Übergabe des Füllprodukts nicht notwendig sind.
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Die flexible Produktzuführleitung 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus PTFE ausgebildet, so dass zum einen die benötigte Flexibilität gegeben ist und zum anderen eine hygienische Ausbildung der flexiblen Produktzuführleitung 3 gegeben ist. Die aus PTFE ausgebildete Produktzuführleitung 3 kann auch mit den in Getränkeabfüllanlagen üblichen Spül-, Reinigungs- und Sterilisationsverfahren und den in diesen Verfahren verwendeten Medien behandelt werden.
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In einer Alternative kann anstelle oder zusätzlich zu dem PTFE Material für die flexible Produktzuführungsleitung 3 auch ein PTFE-Compoundwerkstoff und/oder ein Elastomer verwendet werden.
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Das Füllproduktreservoir 8 weist ferner eine Füllproduktreservoir-Auslassleitung 80 auf, an welcher ein Durchflussmesser 82 zum Bestimmen des Volumenstroms des Füllprodukts während des Füllvorgangs angeordnet ist. Die Füllproduktreservoir-Auslassleitung 80 ist durch ein Zulaufventil 84 verschließbar. Das Zulaufventil 84 kann auch als Füllproduktdrossel zum Steuern des Volumenstroms des Füllprodukts ausgebildet sein.
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Die flexible Produktzuführleitung 3 ist an einem Zulaufventilauslass 86 des Zulaufventils 84 angeschlossen, so dass in dem Füllproduktreservoir 8 befindliches, abzufüllendes Füllprodukt aus dem Füllproduktreservoir 8 über die Füllproduktreservoir-Auslassleitung 80 und das Zulaufventil 84 in die flexible Produktzuführleitung 3 und weiter in einen Produktkanal 21 des Füllorgans 2 fließen kann. Im vorliegenden Fall weist die vorgenannte Füllproduktführung von dem Füllproduktreservoir 8 zu dem Füllorgan 2 ein Gefälle in Richtung des Füllorgans 2 auf, so dass Füllprodukt bereits rein durch die Erdanziehung von dem Füllproduktreservoir 8 zu dem Füllorgan 2 gelangen kann.
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Das Füllorgan 2 weist ferner eine Ventilhülse 20 auf, welche den Produktkanal 21 umschließt. Im unteren Bereich des Füllorgans 2 weist die Ventilhülse 20 einen Ventilsitz 23 auf, welcher durch einen im Inneren der Ventilhülse 20 entlang der Längsachse L verschieblich angeordneten Ventilkegel 22 verschließbar ist, so dass bei geöffnetem Füllorgan 2 ein Durchlassquerschnitt zwischen dem Ventilkegel 22 und dem Ventilsitz 23 bereitgestellt ist. Folglich können die einzelnen Phasen des Befüllvorgangs gezielt beeinflusst und somit die Abfüllzeit reduziert beziehungsweise angepasst werden.
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An dem Ventilkegel 22 ist des Weiteren ein Drallkörper 25 angeordnet. Durch den Drallkörper 25 wird das in Richtung des Behälters 7 strömende Füllprodukt bezüglich der Längsachse L des Füllorgans 2 in Rotation versetzt. Aufgrund der durch die Rotationsbewegung entstehenden Zentrifugalkraft strömt das Füllprodukt über einen Produktauslass 26 des Füllorgans 2 an die Behälterinnenwand des Behälters 7 und an dieser in den Behälter 7 hinab. Der Produktauslass 26 ist einstückig mit der Ventilhülse 20 ausgebildet und bei einem Absenken des Füllorgans 2 auf die Behälteraufnahme 6 zu mit einer Behältermündung 70 eines in der Behälteraufnahme 6 gehaltenen Behälters 7 in dichtenden Kontakt bringbar.
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Das Füllorgan 2 ist ferner mit einer flexiblen Spanngaszuführleitung 4 mit einer Spanngaszufuhr 40 verbunden. Die Spanngaszuführleitung 4 mündet in einen Gaskanal 24 des Füllorgans 2, welcher aus der Spanngaszufuhr 40 mit Gas, Luft oder einem Gasgemisch beaufschlagt werden kann und durch welche eine Entlüftung möglich ist. Die Gasleitung 40 führt durch den Ventilkegel 22 und mündet in den Auslassbereich 26, so dass ein mit dem Produktauslass 26 abgedichtet verbundener Behälter 7, sowie das Innere des Füllorgans 2, mit dem Gas, der Luft oder dem Gasgemisch vorgespannt werden können.
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Um das Füllorgan 2 auf die Behälteraufnahme 6 zu und von dieser weg zu bewegen, weist das Füllorgan 2 einen Antrieb 27 auf. Ein Antriebskolben 270 des Antriebs 27 ist dabei einstückig mit der Ventilhülse 20 ausgebildet. Der Antriebskolben 270 unterteilt das Innere eines abgedichteten Zylindergehäuses 272 in eine mit einem ersten Pneumatikanschluss 274 zum Einleiten und Ausleiten von Pneumatikmedium verbundene obere Zylinderkammer 278 und eine mit einem zweiten Pneumatikanschluss 274 zum Einleiten und Ausleiten von Pneumatikmedium verbundene untere Zylinderkammer 279. Der Antrieb 27 ist hier somit als doppeltwirkender Pneumatikzylinder ausgebildet.
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Alternativ kann der Antrieb 27 auch in Form eines hydraulischen Antriebs, insbesondere einer Hydraulikzylindereinheit, in Form eines elektropneumatischen Antriebs, eines Schrittmotors, eines Servomotors oder eines Linearmotors ausgebildet sein.
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Bei einem Absenken des Füllorgans 2 auf den Behälter 7 wird die zweite Zylinderkammer 278 des hier gezeigten Antriebs 27 im Sinne einer Druckkammer zum Ausbilden eines Luftpolsters aus Pneumatikmedium verwendet, so dass der Anpressdruck beziehungsweise die Anpresskraft des Füllorgans 2 auf den Behälter 7 genau eingestellt werden kann und zum anderen die Geschwindigkeit des Absenkens des Füllorgans 2 steuerbar ist.
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Das Zylindergehäuse 272 des Antriebs 27 ist an einer einen Reinraum 10 umschließenden Reinraumwandung 12 angeordnet, so dass durch den Antrieb 27 eine Relativbewegung des Füllorgans 2 in Bezug auf die Reinraumwandung 12 ermöglicht ist. In dem Reinraum 10 sind die Behälteraufnahme 6 und der Produktauslass 27 des Füllorgans 2 angeordnet. Zwischen dem Füllorgan 2 und der Reinraumwandung 12 ist eine flexible Dichtung in Form eines Faltenbalgs 5 angeordnet. Der Faltenbalg 5 kann bei einer Bewegung des Füllorgans 2 den dadurch entstehenden Versatz zur Reinraumwandung 12 ausgleichen, so dass zwischen dem Füllorgan 2 und der Reinraumwandung 12 eine hermetische Dichtung bereitgestellt ist.
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Bei einem Anheben beziehungsweise Absenken des Füllorgans 2 erfährt dieses auch in Bezug auf das Füllproduktreservoir 8 beziehungsweise auf die Spanngaszufuhr 40 einen Versatz beziehungsweise eine Verschiebung. Durch eine Verformung der flexiblen Produktzuführleitung 3 beziehungsweise der flexiblen Spanngaszuführleitung 4 kann der Versatz beziehungsweise die Verschiebung ausgeglichen werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die flexible Produktzuführleitung 3, die flexible Spanngaszuführleitung 4 sowie der Faltenbalg 5 aus PTFE ausgebildet. Dadurch weisen die flexible Produktzuführleitung 3, die flexible Spanngaszuführleitung 4 sowie der Faltenbalg 5 eine hohe Flexibilität auf, so dass die zum Ausgleich des oben beschriebenen Versatzes erforderliche Verformung ohne eine hohe Materialbelastung erfolgen kann. Zudem ist die Vorrichtung 1 dadurch für hygienische Anwendungen geeignet und kann beispielsweise in einer aseptischen Getränkeabfüllanlage eingesetzt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die flexible Produktzuführleitung 3 und/oder die flexible Spanngaszuführleitung 4 und/oder der Faltenbalg 5 auch einen PTFE-Compoundwerkstoff und/oder ein Elastomer aufweisen.
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Zum Befüllen eines zu befüllenden, in der Behälteraufnahme 6 aufgenommenen Behälters 7 wird das Füllorgan 2 mittels seines Antriebs 27 von einer oberen Position des Füllorgans 2 in Richtung auf die Behälteraufnahme 6 zu abgesenkt, so dass der Produktauslass 26 in dichtenden Kontakt mit der Behältermündung 70 gelangt. Anschließend wird das Füllorgan 2 durch Anheben des Ventilkegels 22 geöffnet, so dass in dem Füllorgan 2 befindliches Füllprodukt in den Behälter 7 fließen kann. Bei Erreichen eines vorgegebenen Füllvolumens im Behälter 7, welches durch den Durchflussmesser 82 ermittelt wird, wird das Füllorgan 2 wieder verschlossen und der Befüllvorgang damit beendet. Im Anschluss daran wird das Füllorgan 2 von dem Behälter 7 weg angehoben, so dass der dann befüllte Behälter 7 entnommen werden beziehungsweise an eine weitere Behandlungsvorrichtung übergeben werden kann.
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2 zeigt schematisch eine Schnittansicht der Vorrichtung 1 aus 1 mit einer schwenkbaren CIP-Kappe 92 zur Reinigung der Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 weist, um eine Innenreinigung zu ermöglichen, eine Reinigungseinrichtung 9 auf. Die Reinigungseinrichtung 9 ist über eine Reinigungsmediumszufuhr 90 mit der Spanngaszuführleitung 4 sowie mit dem Füllproduktreservoir 8 verbunden, so dass Reinigungsmedium durch die Spanngaszuführleitung 4 in den Gaskanal 24 sowie durch das Füllproduktreservoir 8 durch die Produktzuführleitung 3 in das Innere des Füllorgans 2 gelangen und über den Produktauslass 26 abfließen kann. Der Produktauslass 26 des Füllorgans 2 kann dabei durch die CIP-Kappe 92 verschlossen werden. Hierzu wird diese über eine an der Reinraumwandung 12 angeordnete Schwenkvorrichtung 94 von einer von dem Füllorgan 2 weg weisenden Position in die in 2 gezeigte Position unterhalb des Füllorgans 2 geschwenkt. Durch ein Absenken des Füllorgans 2 aus dessen oberer Position kommt das Füllorgan 2 in Kontakt mit der CIP-Kappe 92, so dass der Produktauslass 26 durch die CIP-Kappe 92 dichtend verschlossen wird. Hierdurch kann das Reinigungsmedium in den obengenannten durchspülten Bereichen gehalten werden, beispielsweise um eine vorgegebene Einwirkzeit zu ermöglichen.
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Die CIP-Kappe 92 kann zur Reinigung einen vollständigen Verschluss des Produktauslasses 26 bewirken. Die CIP-Kappe 92 kann aber auch mit einer Drossel-Bohrung versehen sein, so dass sie als Dämpfkappe für eine Sterilisation der Vorrichtung 1 mit Heißdampf verwendbar ist.
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Anstelle der Schwenkvorrichtung 94 kann auch eine Hub-Schwenk-Einheit vorgesehen sein, mittels der die CIP-Kappe 92 zum Reinigen der Vorrichtung 1 auf den Produktauslass 26 aufgebracht werden kann und im Produktionsbetrieb wieder in eine Warteposition gefahren werden kann. Durch die Verwendung einer Hub-Schwenk-Einheit für die CIP-Kappe 92 muss das Füllorgan 2 während der Reinigung und/oder Sterilisation nicht verfahren werden, sondern die CIP-Kappe 92 wird stattdessen bewegt.
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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
- Vorrichtung
- 10
- Reinraum
- 12
- Reinraumwandung
- 2
- Füllorgan
- 20
- Ventilhülse
- 21
- Produktkanal
- 22
- Ventilkegel
- 23
- Ventilsitz
- 24
- Gaskanal
- 25
- Drallkörper
- 26
- Produktauslass
- 27
- Antrieb
- 270
- Antriebskolben
- 272
- Zylindergehäuse
- 274
- erster Pneumatikanschluss
- 276
- zweiter Pneumatikanschluss
- 278
- obere Zylinderkammer
- 279
- untere Zylinderkammer
- 3
- flexible Produktzuführleitung
- 4
- flexible Spanngaszuführleitung
- 40
- Spanngaszufuhr
- 5
- Faltenbalg
- 6
- Behälteraufnahme
- 7
- Behälter
- 70
- Behältermündung
- 8
- Füllproduktreservoir
- 80
- Füllproduktreservoir-Auslassleitung
- 82
- Durchflussmesser
- 84
- Zulaufventil
- 86
- Zulaufventilauslass
- 9
- Reinigungseinrichtung
- 90
- Reinigungsmediumszufuhr
- 92
- CIP-Kappe
- 94
- Schwenkvorrichtung
- L
- Längsachse
