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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Füllventil zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen einer Getränkeverpackung mit einem Getränk, sowie ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters beziehungsweise einer Getränkeverpackung mit einem Füllprodukt.
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Stand der Technik
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Zur Befüllung von Behältern mit einem Füllprodukt und insbesondere zum Abfüllen von Getränken in Getränkeverpackungen wie beispielsweise Flaschen ist es bekannt, Füllventile einzusetzen, mittels welchen der Fluss des Füllprodukts in den zu befüllenden Behälter initiiert und dann wieder gestoppt werden kann.
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Füllventile dienen dabei üblicherweise dazu, eine vorgegebene Füllmenge an Füllprodukt in den zu befüllenden Behälter einzubringen.
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Die vorgegebene Füllmenge kann dabei beispielsweise über ein vorgegebenes Füllvolumen definiert sein, welches in den zu befüllenden Behälter eingefüllt werden soll. In einem solchen Fall ist das Füllventil üblicherweise mit einem Durchflussmesser gekoppelt, mittels welchem der Füllproduktfluss durch das Füllventil gemessen werden kann und entsprechend beim Erreichen des vorgegebenen Füllvolumens das Füllventil geschlossen wird.
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Es ist weiterhin bekannt, Behälter bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe zu befüllen, um auf diese Weise ein einheitliches Erscheinungsbild der in einem Gebinde aus mehreren befüllten Behältern angeordneten Behälter abzugeben. Dabei wird das Schließen des Füllventils beispielsweise über eine Füllhöhensonde, welche in den zu befüllenden Behälter herein ragt, gesteuert.
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Weiterhin ist es bekannt, ein Füllventil ausgehend von einer Gewichtsbestimmung des eingefüllten Füllprodukts beim Befüllen des zu befüllenden Behälters so zu steuern, dass beim Erreichen eines vorgegebenen Füllgewichts das Füllventil entsprechend geschlossen wird.
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Es ist weiterhin bekannt, ein Füllventil durch eine Ventilhülse auszubilden, welche einen Ventilsitz ausbildet, wobei ein im Bereich des Ventilsitzes vorgesehener Ventilkegel bereitgestellt wird, welcher relativ zu dem Ventilsitz angehoben beziehungsweise abgesenkt werden kann. Wird der Ventilkegel aus dem Ventilsitz heraus gehoben, wird ein Ringspalt geöffnet, durch welchen hindurch das Füllprodukt durch das Füllventil fließen kann. Wird der Ventilkegel wieder in den Ventilsitz abgesenkt und mit diesem in Anlage gebracht, wird der Ringspalt und damit das Füllventil wieder verschlossen.
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Der Ventilkegel ist üblicherweise mit einem Ventilkegelträger verbunden, welcher beispielsweise als ein mittels einer Antriebseinheit anhebbarer und abgesenkbarer Ventilstempel ausgebildet sein kann. Die Antriebseinheit kann dabei beispielsweise pneumatisch, elektrisch oder magnetisch ausgebildet sein.
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Um die Relativbewegung des Ventilkegels beziehungsweise des mit dem Ventilkegel verbundenen Ventilstempels abzudichten und um auf diese Weise einen hygienischen Abschluss des von dem Füllprodukt durchflossenen Raumes gegenüber der Umgebung und insbesondere auch gegenüber der Antriebseinheit zu erreichen, ist der Ventilstempel üblicherweise mittels eines Balgs, einer Membran, einer Schiebehülse oder eines Abstreifers gegenüber der Umgebung abgedichtet.
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Entsprechend muss zur Bereitstellung des Axialhubs des Ventilkegels relativ zu der Ventilhülse durch die üblicherweise axial zu dem Ventilkegel angeordnete Antriebseinheit eine relativ hohe Bauhöhe des Füllventils bereitgestellt werden. Damit geht ein entsprechend hoher Bauraum für das Füllventil einher und angrenzende weitere Komponenten einer Füllvorrichtung müssen möglicherweise größer dimensioniert werden, als sie von ihrer eigenen Funktion her eigentlich dimensioniert sein müssten.
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Weiterhin ist die Abdichtung des Axialhubs des Ventilstempels aufwendig und erfordert eine regelmäßige Wartung.
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Weiterhin fallen durch die an jedem individuellen Füllventil einer Füllvorrichtung benötigten Antriebseinheiten zum Anheben und Absenken des Ventilkegels in den Ventilsitz Kosten an.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von dem bekannten Füllventil ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Füllventil anzugeben, welches eine reduzierte Bauraumforderung aufweist und welches einen reduzierten Aufwand für die Bereitstellung einer Abdichtung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch ein Füllventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Entsprechend wird ein Füllventil zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Getränkebehälters mit einem Getränk, vorgeschlagen, umfassend eine Ventilhülse mit einem Ventilsitz und einen in der Ventilhülse angeordneten Ventilkegel, wobei zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkegel ein von dem Füllprodukt durchströmbarer Ringspalt ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist eine expandierbare Dichtung zum schaltbaren Verschließen des Ringspalts vorgesehen.
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Dadurch, dass eine expandierbare Dichtung zum schaltbaren Verschließen des Ringspalts zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkegel vorgesehen ist, kann ein besonders kompakter Aufbau des Füllventils erreicht werden. Insbesondere kann mittels der expandierbaren Dichtung ein Schalten des Füllventils erreicht werden, welches keine axiale Bewegung des Ventilkegels benötigt. Mit anderen Worten ist eine Bewegung zwischen Ventilsitz und Ventilkegel nicht mehr notwendig. Vielmehr wird die schaltbare Abdichtung des Ringspalts im Wesentlichen durch eine im Wesentlichen in radialer Richtung bezüglich der Fließrichtung des Füllprodukts durchgeführte Expansionsbewegung der expandierbaren Dichtung erreicht.
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Darüber hinaus wird durch den Verzicht auf eine axiale Bewegung des Ventilkegels relativ zum Ventilsitz in Richtung des Füllproduktausstoßes auch das Aufbringen eines Impulses auf das Füllprodukt beim Schließen des Ventils verzichtet. Damit kann eine Spritzneigung am Ende des Füllvorgangs verringert werden.
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Mittels des vorgeschlagenen Füllventils können sowohl karbonisierte als auch stille (nicht karbonisierte) Füllprodukte abgefüllt werden.
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Mittels der Schaltung der expandiertbaren Dichtung kann weiterhin erreicht werden, dass eine Antriebseinheit zur axialen Bewegung des Ventilkegels nicht notwendig ist. Damit kann die in axialer Richtung vorliegende Bauraumforderung des Füllventils reduziert werden, so dass das Füllventil besonders kompakt ausgebildet sein kann.
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Die Kosten für die aus dem Stand der Technik bekannten Einzelantriebe, deren Steuerung und Einbau können ebenfalls eingespart werden.
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Durch den Wegfall der Notwendigkeit eines axialen Anhebens beziehungsweise Absenkens des Ventilkegels und damit überhaupt durch den Fortfall einer Relativbewegung zwischen der Ventilhülse und dem Ventilkegel kann weiterhin auf eine aufwändige Abdichtung der gerade nicht vorhandenen Axialbewegung verzichtet werden. Damit sind auch die aus dem Stand der Technik bekannten Abdichtungen mittels einer Membran, eines Balgs, einer Hülse oder eines Abstreifers in dem vorgeschlagenen Aufbau des Füllventils nicht notwendig.
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Durch den Fortfall der Antriebseinheiten sowie durch die geringere Bauhöhe des Füllventils können weiterhin Material und Gewicht eingespart werden, sodass das vorgeschlagene Füllventil insgesamt mit einer geringeren Masse ausgebildet sein kann. Dies hat wiederum einen positiven Einfluss auf die notwendige Dimensionierung beispielsweise eines Füllerkarussells und damit auch einen Einfluss auf die Betriebskosten, insbesondere auf die Energiekosten für den Antrieb eines Füllerkarussells.
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Bevorzugt ist die expandierbare Dichtung so eingerichtet und ausgebildet, dass neben dem vollständigen Verschließen des Ringspalts auch eine Variation der Dimensionen des Ringspalts ermöglicht wird.
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Insbesondere kann die expandierbare Dichtung so ausgebildet sein, dass in einer ersten Schaltstellung die Ausdehnung des Ringspalts reduziert wird. In einer zweiten Schaltstellung wird hingegen der Ringspalt vollständig durch die expandierbare Dichtung verschlossen. Damit ist es möglich, den Fluss des Füllprodukts mittels der expandierbaren Dichtung zu beeinflussen.
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Insbesondere ist es beim Befüllen von Behältern, beispielsweise mit karbonisierten Füllprodukten, vorteilhaft, unterschiedliche Volumenströme für den Füllvorgang bereitzustellen. Damit kann beispielsweise bei einem geringeren Volumenstrom zu Beginn eines Füllvorganges eine Aufschäumneigung des Füllprodukts in den zu befüllenden Behälter reduziert werden. Mit einem geringeren Volumenstrom kann auch zum Ende des Füllvorganges hin ein exakteres Erreichen eines vorgegebenen Füllendes ohne ein Überschäumen des Füllprodukts erreicht werden. In der Hauptphase des Füllvorganges hingegen kann durch die Verwendung eines möglichst hohen Volumenstroms des Füllprodukts ein insgesamt schnelles Befüllen des Behälters erreicht werden.
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Mittels der auf diese Weise ausgebildeten expandierbaren Dichtung ist es entsprechend möglich, unterschiedliche Volumenströme bereitzustellen, welche über die expandierbare Dichtung zuverlässig geschaltet werden können.
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Bevorzugt umfasst der Ventilkegel einen Drallkörper, mittels dessen das Füllprodukt beim Ausströmen aus dem Füllventil mit einem Drehimpuls beaufschlagt werden kann und damit in eine Rotationsbewegung versetzt werden kann. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sich das Füllprodukt aufgrund der entstehenden Fliehkräfte an der Innenwand eines zu befüllenden Behälters anlegt. So kann ein verbessertes Rückströmverhalten des aus dem zu befüllenden Behälter durch das einströmende Füllprodukt verdrängten Gases erreicht werden. Insbesondere verbleibt durch das Aufbringen der Rotationsbewegung beziehungsweise des Drehimpulses im zentralen Bereich des in den Behälter einströmenden Füllprodukts - wie bei einem Vortex - ein im Wesentlichen füllproduktfreier Bereich, durch den hindurch das verdrängte Gas aus dem Behälter entweichen kann.
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Bevorzugt ist die expandierbare Dichtung stromaufwärts des Drallkörpers angeordnet. Damit liegt der Drallkörper außerhalb des Bereiches, welcher von der expandierbaren Dichtung beeinflusst wird, sodass auf diese Weise ein verbessertes beziehungsweise effizientes Aufbringen eines Drehimpulses auf das Füllprodukt nach dem Passieren der expandierbaren Dichtung erreicht werden kann. Das Füllprodukt kann dann ohne weitere Hindernisse und insbesondere auch ohne weitere Beeinflussung durch die expandierbare Dichtung aus dem Füllventil ausströmen.
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Die expandierbare Dichtung ist bevorzugt in Form einer ringförmigen, um den Ventilkegel umlaufenden Dichtung bereitgestellt, welche durch das Beaufschlagen mit einem Expansionsmedium, beispielsweise Druckluft oder einer Flüssigkeit wie beispielsweise Sterilwasser, expandiert werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausbildung ist die expandierbare Dichtung als eine, bevorzugt in einer Nut des Ventilkegels aufgenommene, umlaufende und radial nach außen expandierbare elastische Dichtung ausgebildet.
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Alternativ kann die expandierbare Dichtung als eine, bevorzugt in einer Nut des Ventilsitzes aufgenommene, umlaufende und radial nach innen expandierbare elastische Dichtung ausgebildet sein.
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Entsprechend kann die elastische Dichtung in einem Bereich aufgenommen werden, der für die Konstruktion des Füllventils, die gewünschten Fließeigenschaften und/oder die gewünschten Reinigungseigenschaften besonders vorteilhaft ist.
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Zum Bereitstellen von zwei unterschiedlichen Schaltstellungen der expandierbaren Dichtung, beispielsweise zum Bereitstellen einer ersten, die Ausdehnung des Ringspalts lediglich reduzierenden Schaltstellung, und zum Bereitstellen einer zweiten, den Ringspalt vollständig verschließenden Schaltstellung, können zwei unterschiedliche Leitungen mit dem Füllventil so verbunden sein, dass in einer ersten Leitung ein Expansionsmedium mit einem ersten Expansionsmediendruck vorliegt, und in einer zweiten Leitung ein Expansionsmedium mit einem zweiten Expansionsmediendruck vorliegt, wobei der erste Expansionsmediendruck niedriger ist, als der zweite Expansionsmediendruck.
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Die Leitungen zur Bereitstellung der Expansionsmedien können beispielsweise jeweils in Form von Ringleitungen bereitgestellt werden, welche alle an einem Füllerkarussell angeordneten Füllventile eines Füllers miteinander verbinden. Auf diese Weise kann eine effiziente Versorgung der expandierbaren Dichtungen aller Füllventile eines Füllers mit den beiden Expansionsmediendrücken erreicht werden. Die Zuführung der Expansionsmediendrücke kann aber auch nur für Gruppen von Füllventilen oder für jedes einzelne Füllventil individuell durchgeführt werden.
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Beispielsweise kann der erste Expansionsmediendruck bei 1,5 bar Absolutdruck liegen und der zweite Expansionsmediendruck bei 7 bar Absolutdruck. In einer Alternative kann auch eine Pumpe an dem Füllventil vorgesehen sein, mittels derer für jedes Füllventil oder für eine Gruppe von Füllventilen eine individuelle und variable Druckbeaufschlagung erreicht werden kann, um so einen variablen Durchfluss bereit zu stellen.
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Ein variabler Druck kann auch auf eine andere bekannte Weise bereitgestellt werden, um durch die variable Druckbeaufschlagung der expandierbaren Dichtung einen variablen Durchfluss zu erreichen.
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Besonders bevorzugt kann der Druck des Expansionsmediums, mit welchem die expandierbare Dichtung beaufschlagt wird, um einen variablen Durchfluss zu erreichen, unter Berücksichtigung des von einem Durchflussmesser ermittelten Füllproduktstrom gesteuert oder geregelt werden. Damit kann mittels der Bereitstellung eines variablen Drucks ein gewünschter Volumenstrom beziehungsweise ein für den jeweiligen Füllvorgang optimierter Volumenstromverlauf eingestellt werden.
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Entsprechend kann durch das Beaufschlagen der expandierbaren Dichtung mit dem ersten Expansionsmediendruck beispielsweise aus der ersten Ringleitung eine erste Schaltstellung zum Erreichen eines reduzierten Ringspalts und durch das Beaufschlagen der expandierbaren Dichtung mit dem zweiten Expansionsmediendruck beispielsweise aus der zweiten Ringleitung die zweite Schaltstellung zum vollständigen Verschließen des Ringspalts erreicht werden.
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Die expandierbare Dichtung ist bevorzugt so elastisch ausgebildet, dass sie bei einer nicht vorhandenen Beaufschlagung mit einem Expansionsmedium in ihre Ausgangslage zurückkehrt. In der Ausgangslage der expandierbaren Dichtung ist der Ringspalt bevorzugt vollständig geöffnet.
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Die expandierbare Dichtung kann weiterhin bevorzugt zum vollständigen Öffnen des Ringspalts mit einem Unterdruck beaufschlagt werden, um die expandierbare Dichtung in eine vollständig zurückgezogene, den Ringspalt vollständig öffnende Ausgangslage zu bewegen.
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Die expandierbare Dichtung weist bevorzugt eine Form auf, welche in der expandierten, den Ringspalt verschließenden Schaltstellung eine Außenkontur aufweist, welche einer gegenüberliegenden Außenkontur der Ventilhülse in einem durch die expandierte Dichtung berührten Anlagebereich entspricht. Mit anderen Worten ist die expandierbare Dichtung so geformt, dass sie im verschlossenen Zustand sowohl den Ringspalt vollständig überbrückt, als auch an dem entsprechenden Anlagebereich vollständig abdichtend anliegt.
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Bevorzugt ist ein Durchflussmesser zum Bestimmen des Füllproduktdurchflusses vorgesehen und ein bei verschlossenem Ringspalt vorliegender Volumenstrom kann zur Leckagedetektion herangezogen werden. Mit anderen Worten wird auf eine nicht vollständige Abdichtung des Ringspalts geschlossen, wenn bei eigentlich verschlossenem Ringspalt dennoch ein Volumenstrom detektiert wird.
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Bevorzugt kann ein Druck zur Beaufschlagung der expandierbaren Dichtung aufgrund eines mittels eines Durchflussmessers zum Bestimmen des Füllproduktdurchflusses gemessenen Füllproduktflusses ermittelt werden. Damit kann erreicht werden, dass ein Druck zur Beaufschlagung der expandierbaren Dichtung anhand des resultierenden Füllproduktstroms bestimmt wird. Damit kann das Füllventil auch mit der Funktion eines variablen Ventils zur Bewirkung eines variablen Füllproduktausflusses betrieben werden.
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Die Integrität der expandierbaren Dichtung kann auch mittels eines Durchflussmessers für das Expansionsmedium bestimmt werden. Besonders bei der Verwendung eines flüssigen Expansionsmediums in der expandierbaren Dichtung wird es so möglich, eine mögliche Leckage in der expandierbaren Dichtung zu ermitteln. Dabei kann durch das Bereitstellen eines Durchflussmessers für jedes Füllventil eine Überwachung der expandierbaren Dichtung für jedes individuelle Füllventil vorgenommen werden, so dass eine zielgenaue Ermittlung von etwaigen Leckagen erreicht werden kann.
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Die Integrität der expandierbaren Dichtung kann auch mittels eines Druckmessers für das Expansionsmedium bestimmt werden. Besonders bei der Verwendung eines gasförmigen Expansionsmediums in der expandierbaren Dichtung kann eine Leckage in der expandierbaren Dichtung so auf einfache Weise durch eine entsprechende Druckänderung detektiert werden. Dabei kann durch Bereitstellen eines Druckmessers für jedes Füllventil eine Überwachung der expandierbaren Dichtung für jedes individuelle Füllventil vorgenommen werden, so dass eine zielgenaue Ermittlung von etwaigen Leckagen erreicht werden kann.
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Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.
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Entsprechend wird ein Verfahren zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Getränkebehälters mit einem Getränk, vorgeschlagen, umfassend ein Füllventil mit einer Ventilhülse mit einem Ventilsitz und einem in der Ventilhülse angeordneten Ventilkegel, wobei zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkegel ein von dem Füllprodukt durchströmbarer Ringspalt ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird zum Beenden des Befüllens des Behälters mit dem Füllprodukt die expandierbare Dichtung mit Druck beaufschlagt, um den Ringspalt zu verschließen.
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Bevorzugt wird zum Initiieren des Befüllens des Behälters mit dem Füllprodukt die expandierbare Dichtung mit einem Unterdruck beaufschlagt.
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Zum Reduzieren des Füllproduktstroms in den zu befüllenden Behälter wird die expandierbare Dichtung mit einem Druck beaufschlagt, welcher geringer ist, als der Druck, welcher zum Beenden des Befüllens verwendet wird.
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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 eine schematische Schnittansicht durch ein Füllventil bei geöffnetem Ringspalt;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung des Füllventils aus 1 bei verschlossenen Ringspalt; und
- 3 eine schematische Darstellung der Anlage einer expandierbaren Dichtung an einem Anlagebereich einer gegenüberliegenden Ventilhülse beim vollständigen Abdichten eines Ringspalts.
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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 eine schematische Darstellung eines Füllventils 1 gezeigt. Das Füllventil 1 umfasst eine Ventilhülse 2, welche im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist. Die Ventilhülse 2 weist einen Innenraum 24 auf und einen an ihrem in der 1 gezeigten unteren Ende gelegenen Füllproduktauslauf 20.
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Die Ventilhülse 2 weist weiterhin einen Ventilsitz 22 auf, welcher in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Form einer im Wesentlichen konisch zulaufenden Engstelle in dem Innenraum 24 der Ventilhülse 2 vorgesehen ist.
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Über einen Füllproduktzulauf 10, welcher beispielsweise mit einem in den Figuren nicht gezeigten Ringkessel oder Zentralkessel eines Füllerkarussells verbunden sein kann, wird Füllprodukt in den das Füllprodukt führenden Innenraum 24 der Ventilhülse 2 eingeleitet.
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Konzentrisch zu der Symmetrieachse 100 des Füllventils 1 durch den Füllproduktauslauf 20 und damit auch symmetrisch zur Ventilhülse 2 ist ein Ventilkegel 3 angeordnet, welcher entsprechend in dem durch die Ventilhülse 2 ausgebildeten, dass Füllprodukt führenden Innenraum 24 angeordnet ist. Der Ventilkegel 3 wird von einem Ventilkegelträger 30, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Form eines Ventilstempels ausgebildet ist, gehalten. Zwischen dem Ventilkegelträger 30 und der Innenwand der Ventilhülse 2 verbleibt der das Füllprodukt führende Innenraum 24, welcher in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt aufweist.
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Der Ventilkegel 3 ist in der Ventilhülse 2 so positioniert, dass er dem Ventilsitz 22 gegenüber liegt.
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Dadurch bildet sich zwischen dem Ventilkegel 3 und dem Ventilsitz 22 ein Ringspalt 26 aus, der eine Engstelle ausbildet, in welcher der ringförmige Querschnitt des das Füllprodukt führenden Innenraums 24 seine geringste Querschnittsfläche hat. In diesem Bereich ist die Fließgeschwindigkeit des Füllprodukts am höchsten.
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In Fließrichtung X des Füllprodukts anschließend an den Ventilkegel 3 ist ein Drallkörper 32 vorgesehen, mittels welchem das den Ringspalt 26 durchfließende Füllprodukt nach dem Durchfließen des Ringspalts 26 mit einem Drehimpuls beaufschlagt werden kann. Durch die Beaufschlagung des ausfließenden Füllprodukts mit dem Drehimpuls wird dieses aufgrund der durch den Drehimpuls auftretenden Fliehkräfte nach außen gedrängt und legt sich entsprechend an die Innenwand des Füllproduktauslaufs 20 der Ventilhülse 2 an.
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An den Füllproduktauslauf 20 der Ventilhülse 2 wird üblicherweise ein Mündungsbereich eines zu befüllenden Behälters angekoppelt beziehungsweise so angepresst, dass das aus dem Füllproduktauslauf 20 herausfließende Füllprodukt in den zu befüllenden Behälter eintritt. Aufgrund des aufgebrachten Drehimpulses legt sich der Füllproduktstrom entsprechend auch weitgehend an die Innenwand des zu befüllenden Behälters an und gleitet an dieser ab.
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Um das aus dem zu befüllenden Behälter durch das Einströmen des Füllprodukts verdrängte Rückgas abzuführen, ist in dem Ventilkegelträger 30 ein Rückgaskanal 34 vorgesehen, durch welchen hindurch das Rückgas abgeleitet werden kann. Auf diese Weise kann ein effizientes Befüllen des zu befüllenden Behälters erreicht werden.
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Um das Befüllen des zu befüllenden Behälters zu starten und zu stoppen ist im Bereich des Ringspalts 26 eine expandierbare Dichtung 4 vorgesehen. Die expandierbare Dichtung 4 kann beispielsweise in Form eines aufblasbaren Dichtrings vorgesehen sein, welcher durch das Beaufschlagen eines durch die expandierbare Dichtung 4 ausgebildeten Innenvolumens mit einem Expansionsmedium, beispielsweise mit einem Gas, expandiert werden kann. Mit anderen Worten kann die expandierbare Dichtung 4 durch das Einbringen eines Expansionsmediums expandiert beziehungsweise aufgeblasen werden.
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Durch das Aufbringen des Drucks kann entsprechend ein Schalten der expandierbaren Dichtung 4 ausgehend von der Ausgangslage, in welcher die expandierbare Dichtung 4 im Wesentlichen zurückgezogen ist und einen maximalen Durchfluss durch den Ringspalt 26 ermöglicht, in eine den Ringspalt 26 verschließende Position gebracht werden. Mit anderen Worten liegt die expandierbare Dichtung 4 bei einer offenen Stellung des Füllventils so am Ventilkegelträger 30 beziehungsweise am Ventilkegel 3 an, dass der Produktfluss nicht gestört wird.
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Die expandierbare Dichtung 4 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Expansionsmedium beaufschlagt, welches durch einen Expansionsmedienkanal 36, welche ebenfalls in dem Ventilkegelträger 30 eingebracht ist, zugeführt wird. Damit kann das Expansionsmedium zentral durch den Ventilkegelträger 30 zu der expandierbaren Dichtung 4 zugeführt werden.
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Die expandierbare Dichtung 4 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einer Nut 38 im Bereich des Ventilkegels 3 so aufgenommen, dass in der in 1 gezeigten, nicht expandierten Ausgangslage der expandierbaren Dichtung 4 die Außenkontur des Ventilkegels 3 von der nicht expandierten expandierbaren Dichtung 4 aufgenommen beziehungsweise weitergeführt wird und entsprechend eine insgesamt glatte und stetige Außenkontur beim Übergang zwischen dem Ventilkegel 3 und der expandierbaren Dichtung 4 sowie zwischen der expandierbaren Dichtung 4 und dem Ventilkegel 3 erreicht wird.
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So kann erreicht werden, dass das Füllprodukt, welches den Ringspalt 26 durchströmt, im Wesentlichen ungestört von der expandierbaren Dichtung 4 fließen kann, solange sich die expandierbare Dichtung 4 in deren Ausgangslage befindet. Damit kann ein besonders effizientes Ausfließen des Füllprodukts erreicht werden, wenn die expandierbare Dichtung 4 nicht expandiert ist und sich in der Ausgangslage befindet.
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Entsprechend ist der in 1 gezeigte Zustand ein solcher, in welchem sich das Füllventil 1 in einem geöffneten Zustand präsentiert. In diesem Zustand fließt das Füllprodukt mit einem maximalen Volumenstrom durch den Ringspalt 26 und durch die Auslauföffnung 20 aus dem Füllventil 1 heraus in den darunter angeordneten zu befüllenden Behälter.
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In 2 ist das in 1 gezeigte Füllventil 1 in einer Schaltstellung der expandierbaren Dichtung 4 gezeigt, in welcher die expandierbare Dichtung 4 so expandiert ist, dass sie den Ringspalt 26 zwischen den Ventilkegel 3 und dem Ventilsitz 22 vollständig verschließt. Entsprechend kann bei einer solchen Schaltstellung der expandierbaren Dichtung 4 das Ausströmen von Füllprodukt aus dem Füllventil 1 und insbesondere aus der Auslauföffnung 20 vollständig unterbunden werden.
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In der in 2 gezeigten Schaltstellung der expandierbaren Dichtung 4 wird der in der expandierbaren Dichtung 4 bereitgestellte Hohlraum entsprechend mit einem Expansionsmedium unter Druck beaufschlagt, derart, dass eine Anlage der expandierbaren Dichtung an dem Ventilsitz 22 mit einer solchen Kraft erreicht wird, dass das in dem darüber liegenden Ringspalt 24 vorliegende Füllprodukt nicht aus der Austrittsöffnung 20 des Füllventils 1 heraus fließen kann.
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In einer hier nicht gezeigten weiteren Schaltstellung wird die expandierbare Dichtung 4 mit einem Expansionsmedium bei einem Druck beaufschlagt, welcher nur eine teilweise Expansion der expandierbaren Dichtung 4 so erreicht, dass die Dimensionen des Ringspalts 26 zwar verringert sind, dieser aber noch nicht vollständig verschlossen ist.
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Auf diese Weise kann durch das Anlegen eines Expansionsmediums mit einem gegenüber dem Verschließdruck reduzierten Druck eine teilweise Expansion der expandierbaren Dichtung 4 und damit eine Reduktion des Volumenstroms durch das Füllventil 1 erreicht werden. Damit können entsprechend zumindest zwei unterschiedliche Volumenströme geschaltet werden, nämlich ein erster, maximaler Volumenstrom bei in der Ausgangslage angeordneter, expandierbarer Dichtung 4, und ein zweiter, reduzierter Volumenstrom beim Beaufschlagen der expandierbaren Dichtung 4 mit einem reduzierten Expansionsdruck erreicht werden.
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Beispielsweise kann der erste Expansionsmediendruck zum Bereitstellen reduzierter Dimensionen des Ringspalts 26 bei 1,5 bar Absolutdruck liegen und der zweite Expansionsmediendruck zum vollständigen Verschließen des Ringspalts 26 bei 7 bar Absolutdruck.
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In einer Alternative kann auch eine Pumpe an dem Füllventil 1 vorgesehen sein, mittels derer für jedes Füllventil oder für eine Gruppe von Füllventilen eine individuelle und variable Druckbeaufschlagung erreicht werden kann, um so einen variablen Durchfluss bereit zu stellen.Ein variabler Druck kann auch auf eine andere bekannte Weise bereitgestellt werden, um durch die variable Druckbeaufschlagung der expandierbaren Dichtung 4 einen variablen Durchfluss zu erreichen.
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Besonders bevorzugt kann der Druck des Expansionsmediums, mit welchem die expandierbare Dichtung 4 beaufschlagt wird, um einen variablen Durchfluss zu erreichen, unter Berücksichtigung des von einem Durchflussmesser ermittelten Füllproduktstrom gesteuert oder geregelt werden. Damit kann mittels der Bereitstellung eines variablen Drucks ein gewünschter Volumenstrom beziehungsweise ein für den jeweiligen Füllvorgang optimierter Volumenstromverlauf eingestellt werden.
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Um die expandierbare Dichtung 4 in die Ausgangslage zurück zu bewegen, also in die in 1 gezeigte Stellung, in welcher ein maximaler Volumenstrom durch das Füllventil 1 treten kann, kann die expandierbare Dichtung 4 aus einem entsprechend elastischen Material ausgebildet sein. Durch die Verwendung eines elastischen Materials für die expandierbare Dichtung 4 können die entsprechenden Rückstellkräfte auf die expandierbare Dichtung ausgeübt werden.
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Als Material für die expandierbare Dichtung 4 können beispielsweise Elastomere wie beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Fluorelastomere wie beispielsweise Viton und/oder Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) verwendet werden. Es kann auch Polytetrafluorethylen (PTFE) für die expandierbare Dichtung 4 verwendet werden.
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In einer Alternative beziehungsweise zusätzlich zu der Ausbildung der expandierbaren Dichtung 4 mit einem elastischen Material zum Aufbringen einer Rückstellkraft in der Ausgangslage kann die expandierbare Dichtung 4 zum Rückstellen in die Ausgangsstellung auch mit einem Unterdruck beaufschlagt werden, derart, dass in dieser Schaltstellung, welche einen maximalen Volumenstrom durch das Füllventil 1 hindurch ermöglichen soll, die expandierbare Dichtung 4 vollständig in ihre Ausgangslage zurückgezogen wird.
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Der in die expandierbare Dichtung 4 zum Rückstellen in die Ausgangslage einbringbare Unterdruck liegt beispielsweise bei 0,1 bar bis 0,9 bar Absolutdruck.
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Entsprechend kann die expandierbare Dichtung 4 in einer bevorzugten Ausführungsform, in welcher eine vollständige Kontrolle über den jeweiligen Expansionsstatus der expandierbaren Dichtung 4 möglich ist und damit eine vollständige Kontrolle über die jeweiligen Füllproduktflüsse, die expandierbare Dichtung 4 entweder mit einem Unterdruck beaufschlagt werden, um einen maximalen Durchfluss durch das Füllventil 1 zu ermöglichen, oder mit einem ersten, reduzierten Expansionsdruck beaufschlagt werden, um einen reduzierten Volumenstrom durch das Füllventil 1 zu erreichen, oder mit einem Verschließdruck beaufschlagt werden, um ein vollständiges Verschließen des Füllventils 1 zu ermöglichen.
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In einer Weiterbildung ist es möglich, den reduzierten Expansionsdruck, mittels dessen ein reduzierter Volumenstrom durch das Füllventil 1 hindurch treten kann, so zu steuern beziehungsweise zu regeln, dass eine Mehrzahl unterschiedlicher Ströme eingestellt werden können.
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Eine Regelung des Expansionsgrades der expandierbaren Dichtung 4 kann beispielsweise darüber erfolgen, dass der aktuell anliegende Volumenstrom mittels eines Durchflussmessers ermittelt wird, und den Druck, mit welchem die expandierbare Dichtung 4 beaufschlagt wird, anhand des gemessenen Volumenstroms so zu lange justieren, bis der gemessene Volumenstrom dem eigentlich gewünschten Volumenstrom entspricht.
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In dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die expandierbare Dichtung 4 an dem Ventilkegel 3 angeordnet und expandiert mit einer radialen Komponente nach außen in Richtung des Ventilsitzes 22 beziehungsweise auf einen Anlagebereich 220 des Ventilsitzes 22 zu.
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In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die expandierbare Dichtung 4 jedoch auch im Bereich des Ventilsitzes 22 in der Ventilhülse 2 angeordnet sein und durch Beaufschlagen mit einem Expansionsmedium nach innen hin in Richtung auf den Ventilkegel 3 zu expandieren. Der Aufbau des Füllventils 1 ist in diesem Fall im Wesentlichen identisch wie in den 1 und 2 gezeigt, nur die Anordnung der expandierbaren Dichtung 4 selbst sowie der entsprechenden Kanäle für die Beaufschlagung der expandierbaren Dichtung 4 mit einem Expansionsmedium sind dann im Bereich der Ventilhülse 2 vorgesehen.
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Bevorzugt ist ein Durchflussmesser zum Bestimmen des Füllproduktdurchflusses vorgesehen, um den Füllvorgang überwachen zu können und um ein Füllende bestimmen oder vorhersagen zu können.
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Bevorzugt kann ein Druck zur Beaufschlagung der expandierbaren Dichtung 4 aufgrund eines mittels eines Durchflussmessers zum Bestimmen des Füllproduktdurchflusses gemessenen Füllproduktflusses ermittelt werden. Damit kann erreicht werden, dass ein Druck zur Beaufschlagung der expandierbaren Dichtung 4 anhand des resultierenden Füllproduktstroms bestimmt wird. Damit kann das Füllventil auch mit der Funktion eines variablen Ventils zur Bewirkung eines variablen, stufenlos einstellbaren Füllproduktausflusses betrieben werden.
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Mittels eines solchen Durchflussmessers kann ein bei verschlossenem Ringspalt dennoch vorliegender Volumenstrom zur Leckagedetektion herangezogen werden. Mit anderen Worten wird auf eine nicht vollständige Abdichtung des Ringspalts geschlossen, wenn bei eigentlich verschlossenem Ringspalt dennoch ein Volumenstrom detektiert wird.
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Die Integrität der expandierbaren Dichtung 4 kann auch mittels eines Durchflussmessers für das Expansionsmedium bestimmt werden. Besonders bei der Verwendung eines flüssigen Expansionsmediums in der expandierbaren Dichtung wird es so möglich, eine mögliche Leckage in der expandierbaren Dichtung zu ermitteln. Dabei kann durch das Bereitstellen eines Durchflussmessers für jedes Füllventil eine Überwachung der expandierbaren Dichtung für jedes individuelle Füllventil vorgenommen werden, so dass eine zielgenaue Ermittlung von etwaigen Leckagen erreicht werden kann.
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Die Integrität der expandierbaren Dichtung 4 kann auch mittels eines Druckmessers für das Expansionsmedium bestimmt werden. Besonders bei der Verwendung eines gasförmigen Expansionsmediums in der expandierbaren Dichtung kann eine Leckage in der expandierbaren Dichtung 4 so auf einfache Weise durch eine entsprechende Druckänderung detektiert werden. Dabei kann durch Bereitstellen eines Druckmessers für jedes Füllventil eine Überwachung der expandierbaren Dichtung 4 für jedes individuelle Füllventil vorgenommen werden, so dass eine zielgenaue Ermittlung von etwaigen Leckagen erreicht werden kann.
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3 ist eine schematische Darstellung der expandierbaren Dichtung 4 in einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Die expandierbare Dichtung 4 ist dabei in einem expandierten Zustand gezeigt, in welchem die expandierbare Dichtung 4 zumindest mit einem größeren Abschnitt seiner Außenkontur 40 an der Kontur eines dazu komplementären Anlagebereichs 220 des Ventilsitzes 22 anliegend gezeigt ist.
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Die expandierbare Dichtung 4 weist weiterhin zwei äußere Halteabschnitte 42 auf, welche in einer entsprechenden Nut, welche in 1 beim Bezugszeichen 38 gezeigt ist, beispielsweise im Bereich des Ventilkegels 3 abdichtend gehalten wird.
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Die Außenkontur 40 der expandierbaren Dichtung 4 entspricht dabei im expandierten Zustand im Wesentlichen des Anlagebereichs 220 des Ventilsitzes 22 derart, dass eine große Anlagefläche erreicht wird, über welche eine zuverlässige Abdichtung erreicht werden kann.
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Die Außenkontur 40 der expandierbaren Dichtung 4 ist weiterhin bevorzugt so ausgebildet, dass im expandierten Zustand, der in der 3 gezeigt ist, das oberhalb der expandierbaren Dichtung 4 anstehende Füllprodukt so auf die Außenkontur 40 wirkt, dass dadurch ein Anpressen an den Anlagebereich 220 des Ventilsitzes 22 erreicht wird. Mit anderen Worten wird die Dichtwirkung der expandierten Dichtung 4 durch das auf diese drückende, oberhalb anstehende Füllprodukt unterstützt.
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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
- Füllventil
- 10
- Füllproduktzulauf
- 100
- Achse des Füllventils
- 2
- Ventilhülse
- 20
- Füllproduktauslauf
- 22
- Ventilsitz
- 220
- Anlagebereich
- 24
- Innenraum
- 26
- Ringspalt
- 3
- Ventilkegel
- 30
- Ventilkegelträger
- 32
- Drallkörper
- 34
- Rückgaskanal
- 36
- Expansionsmedienkanal
- 38
- Nut
- 4
- expandierbare Dichtung
- 40
- Außenkontur
- 42
- Halteabschnitt
- X
- Fließrichtung
