DE102022102540A1

DE102022102540A1 - Füllmaschine sowie Verfahren zum Füllen mit Behältern mittels einer Füllmaschine

Info

Publication number: DE102022102540A1
Application number: DE102022102540.3A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath; Bernd BRUCH; Dieter-Rudolf Krulitsch
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2022-02-03
Filing date: 2022-02-03
Publication date: 2023-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Füllmaschine, insbesondere Getränkeabfüllmaschine, mit einem Füllgutkessel (4) und zumindest einem Füllelement (3), welches zumindest teilweise in dem Füllgutkessel (4) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, ein flüssiges Füllgut (5) aus dem Füllgutkessel (4) in einen Behälter (1) zu füllen, wobei das Füllelement (3) ein Füllgutventil (2) mit einem in einem Füllgutkanal (10) bewegbaren Füllgutventilstempel (9) bildet und wobei zumindest ein Gaskanal (11a, 11b) in dem Füllgutventilstempel (9) angeordnet ist. Erfindungsgemäß erstreckt sich der zumindest eine Gaskanal (11a, 11b) durch das Füllelement (3) und ist über eine obere Kesselwandung aus dem Füllgutkessel (4) herausgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Füllmaschine, insbesondere eine Getränkeabfüllmaschine, mit einem Füllgutkessel und zumindest einem Füllelement, welches zumindest teilweise in dem Füllgutkessel angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, ein flüssiges Füllgut aus dem Füllgutkessel in einen Behälter zu füllen, wobei das Füllelement ein Füllgutventil mit einem in einem Füllgutkanal bewegbaren Füllgutventilstempel bildet und wobei zumindest ein Gaskanal in dem Füllgutventilstempel angeordnet ist.
Füllgutsysteme der eingangs beschriebenen Art sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und eignen sich dazu, flüssige Füllgüter, wie z. B. Getränke, insbesondere kohlensäurehaltige Getränke, in Behälter abzufüllen. Bei den Behältern kann es sich insbesondere um Flaschen aus Kunststoff oder Glas handeln, wobei die Erfindung selbstverständlich nicht auf eine gewisse Ausgestaltungsform der Behälter begrenzt ist.
In derartigen Füllmaschinen befindet sich das flüssige Füllgut in einem sogenannten Füllgutkessel, wobei darauf geachtet wird, dass der Füllstand in dem Füllgutkessel während des Befüllens der Behälter in etwa konstant bleibt und somit nur sehr geringen Schwankungen unterliegt. Dies ist insbesondere deshalb zweckmäßig, da das Befüllen bzw. die Füllgeschwindigkeit im Wesentlichen abhängig ist von dem statischen Druck des flüssigen Füllgutes. Je höher das Füllstandniveau in dem Füllgutkessel, desto größer ist auch die Füllgeschwindigkeit und umgekehrt.
In dem Füllgutkessel befindet sich aber nicht nur das flüssige Füllgut, sondern auch ein Gas, wobei es sich bei dem Gas insbesondere um ein Inertgas, z. B. Kohlendioxid, oder um Luft handelt. Dieses Gas ordnet sich aufgrund der geringeren Dichte gegenüber dem flüssigen Füllgut in einem oberen Bereich des Füllgutkessels an.
Zum Befüllen des jeweiligen Behälters wird zunächst das Gas über den Gaskanal in den Behälter eingebracht, während das Füllgutventil selbst noch geschlossen ist. Hierdurch steigt der Druck in dem Behälter an, wobei nach Erreichen eines vordefinierten Grenzdruckes das Füllgutventil geöffnet wird. Dies erfolgt üblicherweise ohne zusätzliche mechanische Steuerungselemente. Dieser Vorgang wird im Allgemeinen auch als Vorspannen bezeichnet.
Durch Öffnen des Füllgutventils strömt sodann das flüssige Füllgut durch den Füllgutkanal in den Behälter und drückt hierdurch das noch in dem Behälter befindliche Gas über den Gaskanal zurück in den Füllgutkessel. Dieser Füllvorgang wird spätestens dann beendet, wenn das flüssige Füllgut an den Gaskanal heranreicht und diesen versperrt. Das noch in dem Behälter befindliche Gas kann somit nicht weiter in den Füllgutkessel zurückgeführt werden. Der Füllvorgang ist beendet. Entsprechend lässt sich die Menge des in den Behälter einzubringenden Füllgutes durch die Lage der dem Behälter zugewandten Gaskanalöffnung gezielt einstellen. Darüber hinaus ist es auch bekannt, denn Füllvorgang aktiv zu beenden.
Eine gattungsgemäße Füllmaschine ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2018 127 592 A1 bekannt. Sowohl das Einbringen des flüssigen Füllgutes als auch das Einbringen und Ausbringen des Gases erfolgt über Füllelemente, welche in dem Füllgutkessel angeordnet sind. Die Füllelemente weisen jeweils einen in einem Füllgutventilstempel angeordneten Gaskanal auf, der an einem oberen Ende mit dem Gasraum des Füllgutkessels und an einem unteren Ende mit dem Behälter in Fluidverbindung steht.
Unter einer Fluidverbindung wird im Rahmen der Erfindung eine Verbindung verstanden, über die das entsprechende Fluid zwischen den zugeordneten Bauteilen bewegt werden kann. Damit das Gas in den Gaskanal eintreten bzw. austreten kann, weist der Füllgutventilstempel unmittelbar in dem Gasraum eine Öffnung auf, über die das Gas aus dem Gasraum des Füllgutkessels in den Gaskanal eintreten und sodann über den Gaskanal in den Behälter bewegt werden kann. Um den Gaskanal je nach Betriebsmodus verschließen zu können, ist in dem Gaskanal ferner eine Gasventilnadel angeordnet, welche innerhalb des Gaskanals bewegbar angeordnet ist, um den Gaskanal wahlweise öffnen oder schließen zu können. Darüber hinaus ist es auch möglich, mithilfe eines Drosselelementes den Querschnitt des Gaskanals zu verjüngen, sodass dann nur eine gedrosselte Gasströmung durch den Gaskanal bewegt werden kann.
Das aus der Praxis bekannte System hat sich grundsätzlich bewährt, wobei jedoch eine relativ aufwendige Konstruktion des Füllgutventilstempels notwendig ist, um den Gaskanal in unterschiedlicher Art und Weise betreiben zu können. Insbesondere ist es erforderlich, dass der Füllgutventilstempel aus zueinander verstellbaren Bauteilen gebildet werden muss, welche darüber hinaus über zugeordnete Hubelemente gezielt angesteuert werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Füllmaschine anzugeben, welche sich durch eine einfache und kosteneffiziente Bauweise auszeichnet, ohne dass hierdurch gegenüber den bekannten Füllmaschinen eine Einschränkung hinsichtlich der Funktionalität erfolgt.
Gegenstand und Lösung dieser Aufgabe ist eine Füllmaschine gemäß Patentanspruch 1.
Dementsprechend ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der zumindest eine Gaskanal durch das Füllelement hindurch erstreckt und durch eine obere Kesselwandung des Füllgutkessels herausgeführt ist. Dies bedeutet, dass der Gaskanal nicht bereits in dem Gasraum des Füllgutkessels endet. Für den Betrieb dieses Gaskanals bzw. für das Öffnen und Verschließen können externe Steuermittel zum Einsatz kommen. Der Gaskanal kann vergleichsweise einfach ausgebildet sein, da gegenüber den bislang bekannten Lösungen keine zusätzliche Gasventilnadel erforderlich ist, welche durch eine Relativbewegung zum Füllgutventilstempel den Querschnitt des Gaskanals öffnet oder schließt. Entsprechend lässt sich die erfinderische Lösung auch bei älteren Füllmaschinen in leichter Art und Weise nachrüsten.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Gaskanal über ein Gasleitsystem mit einem in einem oberen Abschnitt des Füllgutkessels vorgesehenen Gasraum in Fluidverbindung gebracht werden. Unter einem Gasleitsystem wird im Rahmen der Erfindung ein System bezeichnet, welches aus einem oder einer Mehrzahl von Fluidkanälen gebildet ist und üblicherweise zumindest ein Gasventil aufweist, über welches die Fluidkanäle geschaltet werden können. Dieses Gasleitsystem ist im Rahmen der Erfindung ausschließlich dazu vorgesehen, den zumindest einen im Inneren des Füllgutventilstempels angeordneten Gaskanal zu betreiben. Entsprechend weist das Gasleitsystem zumindest einen Fluidkanal auf, welcher eine Fluidverbindung zwischen dem Gasraum und dem zumindest einen Gaskanal bildet. Zum Schalten dieser Fluidverbindung kann dann zumindest ein Gasventil in der Fluidleitung angeordnet sein, welches in einem geöffneten Zustand die Fluidverbindung herstellt und in einem geschlossenen Zustand die Fluidverbindung schließt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass der Füllgutkessel zumindest eine an den Gasraum angrenzende Durchbrechung aufweist, wobei die Durchbrechung über das Gasleitsystem mit einer oberen Öffnung des Gaskanals schaltbar verbunden ist. Die Durchbrechung ist bevorzugt in einer oberen Wandung des Füllgutkessels angeordnet und bildet einen Teil des Fluidkanals, über den der Gasraum mit dem zumindest einen Gaskanal unter Zwischenschaltung des Gasleitsystems verbunden werden kann. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass mehrere, z. B. zwei, Durchbrechungen vorgesehen sind, wobei dann auch eine der Durchbrechungen einen geringeren Durchmesser aufweisen kann als die jeweils andere Durchbrechung. Unter Zwischenschaltung eines in dem Gasleitsystem angeordneten Gasventils ist es dann möglich, den zumindest einen Gaskanal mit der ersten oder der zweiten Durchbrechung zu verbinden, wobei in Zuge des reduzierten Durchmessers eine Drosselung der Gasströmung bewirkt wird. Eine solche Drosselung kann insbesondere vorgesehen sein, wenn der Behälter vor dem Befüllen zunächst mit dem Gas gespült wird, beispielsweise um etwaige Verunreinigungen aus dem Behälter zu entfernen oder um das in dem Behälter befindliche Gas auszutauschen. Durch Drosselung der Gasmenge kann zum einen der Verbrauch reduziert werden. Zum anderen wird so vermieden, dass noch im Gaskanal befindliche Füllgutreste beim Austritt aus dem Gaskanal zerstäubt werden und im Behälter eine große Anzahl an Entbindungskeimen bilden, welche insbesondere bei schäumenden Füllgütern z. B. zu einem unerwünschten Aufschäumen führen, wodurch der Füllvorgang stark verlangsamt wird. Bei einer solchen Ausgestaltung kann es dann auch zweckmäßig sein, mehrere Gasventile in dem Gasleitsystem vorzusehen, sodass eine unterschiedliche Schaltung der einzelnen Fluidkanäle bezüglich des Gaskanals möglich ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest zwei Gaskanäle, nämlich zumindest ein erster Gaskanal und ein zweiter Gaskanal, in dem Füllgutventilstempel angeordnet. Vorzugsweise umschließt der erste Gaskanal den zweiten Gaskanal ringförmig. Beide Gaskanäle erstrecken sich vorteilhafterweise durch das Füllelement und sind über die obere Kesselwandung aus dem Füllgutkessel herausgeführt. Mithilfe der beiden Gaskanäle können unterschiedliche Betriebszustände der Füllmaschine ermöglicht werden.
So ist es beispielsweise denkbar, dass der zweite, vorzugsweise innere Gaskanal ausschließlich zum Spülen der Behälter verwendet wird. In diesem Fall ist der zweite Gaskanal bevorzugt mit einem kleineren Querschnitt ausgebildet als der erste Gaskanal, sodass entsprechend die Menge des durch den zweiten Gaskanal strömenden Gases gegenüber dem ersten Gaskanal reduziert wird. Während des Spülens erfolgt dann über den ersten bzw. äußeren Gaskanal kein Gasaustausch zwischen dem Gasraum des Füllgutkessels und dem Behälter.
Der erste, vorzugsweise äußere Gaskanal kann hingegen dazu genutzt werden, um das Gas entweder in Zuge des Vorspannens in den Behälter zu bewegen oder im Zuge des Befüllens aus dem Behälter in den Gasraum abzuziehen. Durch eine außenliegende Anordnung gegenüber dem zweiten Gaskanal kann der erste Gaskanal mit einem größeren Querschnitt ausgebildet sein, sodass zum Vorspannen und zum Befüllen eine große Menge an Gas ausgetauscht werden kann und sich entsprechend diese Verfahrensschritte besonders zügig durchführen lassen. Darüber hinaus ist es bei zwei Gaskanälen auch möglich, einen der Gaskanäle z. B. mit einer Vakuumeinrichtung zu betreiben, sodass gleichzeitig Gas in den Behälter eingefüllt und wieder abgezogen werden kann. Auf diese Funktionalität wird in einem späteren Abschnitt detailliert eingegangen.
Bevorzugt ist das Gasleitsystem dazu eingerichtet, den Gasraum in einem ersten Schaltzustand mit dem ersten und in einem zweiten Schaltzustand mit dem zweiten Gaskanal zu verbinden. Insbesondere kann auch zusätzlich vorgesehen sein, dass bei einer solchen Ausgestaltung nicht nur die Gaskanäle durch unterschiedlich große Kanalquerschnitte eine Drosselung bewirken. Vielmehr kann auch in dem Gasleitsystem in einem dem jeweiligen Gaskanal zugeordneten Fluidkanal eine Drosselung durch Reduzierung des Kanalquerschnitts vorgesehen sein. Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass beide Gaskanäle jeweils über eine Durchbrechung mit dem Gasraum verbunden sind, wobei dann insbesondere der zweite Gaskanal mit einer Durchbrechung verbunden ist, welche gegenüber der ersten Durchbrechung einen reduzierten Querschnitt aufweist. Alternativ ist es aber auch möglich, nur eine Durchbrechung vorzusehen, wobei dann eine Drosselung durch entsprechende Schaltung des Gasleitsystems bewirkt wird.
Eine Weiterbildung sieht ferner vor, dass das Gasleitsystem dazu eingerichtet ist, den Gasraum in einem dritten Schaltzustand mit dem ersten und dem zweiten Gaskanal zu verbinden. Grundsätzlich ist es denkbar, dass zusätzlich die Gaskanäle mit dem Gasraum verbunden sind, wobei dann das Bewegen des Gases zwischen dem Behälter und dem Gasraum über beide Gaskanäle zugleich erfolgt. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht jedoch vor, dass in dem dritten Schaltzustand sowohl der erste als auch der zweite Gaskanal nicht mit dem Gasraum in Fluidverbindung stehen. Entsprechend erfolgt allein ein Druckausgleich zwischen den beiden Gaskanälen. Hierbei ist zu beachten, dass gemäß üblicher Ausgestaltung, einer der beiden Gaskanäle an einem unteren Ende gegenüber dem anderen Gaskanal vorsteht. Insbesondere handelt es sich hierbei um den ersten Gaskanal, welcher entsprechend an dem unteren Ende länger ausgebildet ist als der zweite Gaskanal. Wie bereits zuvor erläutert, endet der Füllvorgang, sobald das flüssige Füllgut dann an dem ersten Gaskanal anliegt, wobei im Zuge eines Druckausgleiches das flüssige Füllgut zumindest teilweise in den zweiten Gaskanal hineinströmt und auch nach der Entlastung eine gewisse Flüssigkeitsmenge in dem zweiten Gaskanal verbleiben würde. Im Zuge des anschließenden Spülens würde dann diese Flüssigkeitsmenge in den Behälter eingeblasen, wobei sich die bereits zuvor genannten Entbindungskeime ausbilden würden. Durch Verbindung des ersten und des zweiten Gaskanal kann bewirkt werden, dass der zweite Gaskanal entlastet wird und die in dem Gaskanal verbleibende Restmenge an Füllgut zumindest zu einem Teil zurück in den Behälter fließt. Die Gefahr der Ausbildung von Entlastungskeimen wird hierdurch deutlich verringert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der zweite Gaskanal in einem in dem Füllgutventilstempel angeordneten Ventilrohr angeordnet. Insbesondere ist vorgesehen, dass dieses Ventilrohr gegenüber dem Füllgutventilstempel vorsteht. Der erste Gaskanal wird bei einer solchen Ausgestaltung durch einen Zwischenraum zwischen dem Ventilrohr und dem Füllgutventilstempel gebildet. Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Ventilrohr gegenüber dem Füllgutkessel festgelegt ist, sodass beim Öffnen und Schließen des Füllgutventils lediglich eine Bewegung des Füllgutventilstempels aber nicht des Ventilrohrs selbst erfolgt. Entsprechend ergibt sich eine einfache und verschleißarme Ausgestaltung.
Bevorzugt kann das Ventilrohr auch als Hohlmesssonde zur Bestimmung der Füllguthöhe ausgebildet sein. Gemäß einer solchen Ausgestaltung kann das Ventilrohr den Kontakt mit dem flüssigen Füllgut ermitteln und sodann über ein Steuersystem ein Schließen des Füllgutventils bewirken. Hierbei ist zu beachten, dass das Füllgutventil im Zuge des Vorspannens zwar aktiv durch Ausbildung eines Gegendruckes in dem Behälter geöffnet wird. Ein automatisiertes Schlie-ßen auf Basis des in dem Behälter vorliegenden Druckes ist hingegen nicht möglich. Üblicherweise erfolgt das Schließen des Füllgutventils nach einem bestimmten Zeitablauf oder bei Erreichen einer bestimmten Winkelposition. Hierbei ist zu beachten, dass der Füllgutkessel üblicherweise ringförmig als sogenannter Ringkessel ausgebildet ist, wobei der Füllgutkessel zusammen mit den Behältern um eine zentrale Drehachse rotiert. Bei Erreichen einer bestimmten Winkelposition kann dann ein Schließen des Füllgutventils bewirkt werden. Durch die Ausbildung des Ventilrohres als Hohlmesssonde ergibt sich nunmehr eine weitere Funktionalität, da entsprechend genau detektiert werden kann, wann eine gewisse Füllguthöhe in dem Behälter erreicht ist.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht ferner vor, dass eine einen Vakuumraum aufweisende Vakuumeinrichtung vorgesehen ist, wobei der Vakuumraum über das Gasleitsystem mit einer oberen Öffnung des zumindest einen Gaskanals schaltbar verbunden ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass bei einer Ausgestaltung mit zwei Gaskanälen, der Vakuumraum mit dem zweiten bzw. äußeren Gaskanal verbindbar ist. Mithilfe einer solchen Vakuumeinrichtung ist es möglich, zunächst den Behälter zu evakuieren. Im Zuge des Spülens kann darüber hinaus das üblicherweise über den ersten Gaskanal eingebrachte Gas unmittelbar über den zweiten Gaskanal wieder abgezogen werden. Sofern lediglich ein Gaskanal vorgesehen ist, muss über den Gaskanal zunächst das Gas eingebracht und sodann durch entsprechende Stellung des Gasleitsystems über den gleichen Gaskanal in die Unterdruckeinrichtung abgezogen werden. Bei Einbindung einer solchen Vakuumeinrichtung ist daher die Ausgestaltung mit zwei Gaskanäle besonders zweckmäßig, um einen pulsierenden Betrieb zu vermeiden.
Bevorzugt ist der Vakuumraum an einer Seitenwandung des Füllgutkessels gebildet. Sofern der Füllgutkessel als Ringkessel ausgebildet ist, so befindet sich der Vakuumraum bevorzugt an einer Innenwandung des Füllgutkessels. Der Vakuumraum kann darüber hinaus auch mit einer Einrichtung zur Reinigung des Füllgutkessels verbunden sein. Diese Einrichtung ist ebenfalls bevorzugt an der Seitenwandung des Füllgutkessels angeordnet und befindet sich in oder aber auch unter der Höhe des Füllgutspiegels in dem Füllgutkessel. Durch Verbinden des Füllgutkessels über die Reinigungsvorrichtung mit der Vakuumeinrichtung kann das in dem Füllgutkessel angeordnete Füllgut entzogen werden. Bevorzugt weist das Reinigungssystem ein Absperrventil auf, sodass bei Betrieb der Vakuumeinrichtung, z. B. im Zuge des Spülens des Füllgutkessels, kein Füllgut in den Vakuumkanal eintreten kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass das Gasleitsystem zumindest teilweise in einem auf dem Füllgutkessel angeordneten Ventilblock gebildet ist. Dieser Ventilblock weist die erforderlichen Fluidkanäle auf, um die entsprechenden Durchbrechungen in dem Füllgutkessel mit den Gaskanälen zu verbinden. Auch die erforderlichen Gasventile sind in oder an dem Ventilblock angeordnet. Der Ventilblock kann als vorgefertigte Einheit bereitgestellt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Füllgutkessel ringförmig ausgebildet, wobei eine Vielzahl von Füllelementen nebeneinander in dem Füllgutkessel angeordnet ist.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem aus einem Füllgutkessel bereitgestellten flüssigen Füllgut mittels einer erfindungsgemäßen Füllmaschine gemäß Patentanspruch 14, wobei zum Befüllen des Behälters das Füllgutventil geöffnet und während des Befüllens ein in dem Behälter befindliches Gas über den zumindest einen Gaskanal in den Füllgutkessel gefördert wird, bis ein vordefinierter Füllstand in dem Behälter erreicht ist. Dieser vordefinierte Füllstand kann beispielsweise darüber bestimmt werden, wann das flüssige Füllgut den zumindest einen Gaskanal erreicht und diesen versperrt. Auch ist es möglich, zusätzlich den Füllstand aktiv über eine Messeinrichtung zu bestimmen. Hierzu kann insbesondere eine Hohlmesssonde vorgesehen sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest zwei Gaskanäle vorgesehen sind, wobei der erste Gaskanal den zweiten Gaskanal ringförmig umschließt und wobei das Gas im Zuge des Befüllens über den zweiten Gaskanal in den Füllgutkessel befördert wird.
Bevorzugt wird zum Vorspannen des Behälters vor dem Befüllen mit dem flüssigen Füllgut das Gas über den zumindest einen Gaskanal in den Behälter eingebracht. Hierdurch erhöht sich der Druck in dem Behälter und bewirkt ein Öffnen des Füllgutventils. Bei einer Ausgestaltung mit zwei Gaskanälen erfolgt das Einbringen des Gases in den Behälter bevorzugt über den ersten Gaskanal. Hierbei ist zu beachten, dass bevorzugt der erste Gaskanal einen größeren Kanalquerschnitt aufweist als der zweite Gaskanal, sodass entsprechend größere Gasmengen über den ersten Gaskanal ausgetauscht werden können als über den zweiten Gaskanal.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass der Behälter vor dem Vorspannen und/oder dem Befüllen mit dem Gas gespült wird, wobei bei geschlossenem Füllgutventil das Gas über den zweiten Gaskanal aus dem Füllgutkessel in den Behälter eingebracht und über den ersten Gaskanal aus dem Behälter abgezogen wird. Gemäß einer solchen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die entsprechende Gasströmung im zweiten Gaskanal gegenüber dem ersten Gaskanal reduziert wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass - wie bereits zuvor erläutert - der zweite Gaskanal einen geringeren Kanalquerschnitt aufweist als der erste Gaskanal. Darüber hinaus können in dem Gasleitsystem entsprechende Drosselquerschnitte angeordnet sein.
Im Zuge des Spülens mit dem Gas ist der erste Gaskanal bevorzugt mit der Vakuumeinrichtung bzw. mit dem Vakuumraum der Vakuumeinrichtungen verbunden. Der Vakuumraum weist hierbei einen niedrigeren Druck als die Umgebung auf. Hierdurch ist es auch möglich, die Vakuumeinrichtung vor dem Spülen zunächst mit dem Behälter zu verbinden und etwaige Schwebstoffe zu entfernen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist der zweite Gaskanal in einem in dem Füllgutventilstempel angeordneten Ventilrohr angeordnet, wobei das Ventilrohr als Hohlsonde ausgebildet ist und ein Schlie-ßen des Füllgutventilstempels bewirkt, sobald das flüssige Füllgut das Ventilrohr berührt.
Zum Druckausgleich zwischen den beiden Gaskanälen kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass während oder nach dem Schließen des Füllgutventilstempels der erste und der zweite Gaskanal miteinander verbunden werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 die erfindungsgemäße Füllmaschine während des Evakuierens,
2 die Füllmaschine während des Spülens,
3 die Füllmaschine während des Befüllens,
4 die Füllmaschine nach dem Ende des Befüllens,
5 eine alternative Ausgestaltung der Füllmaschine während des Spülens,
6 die Füllmaschine gemäß 5 nach dem Ende des Befüllens.

Die 1 zeigt die erfindungsgemäße Füllmaschine, nach dem ein Behälter 1 unterhalb der Füllmaschine und mit der Behälteröffnung dichtend an einem Füllventil 2 eines Füllelementes 3 angeordnet worden ist. Das Füllelement 3 ist teilweise innerhalb eines Füllgutkessels 4 angeordnet, wobei der Füllgutkessel 4 ringförmig ausgebildet ist und eine Vielzahl von baugleichen Füllelementen 3 zur gleichzeitigen Befüllung von Behältern 1 in Umfangsrichtung des Füllgutkessels 4 nebeneinander angeordnet sind.
In einem unteren Bereich des Füllgutkessels 4 befindet sich ein flüssiges Füllgut 5, wobei es sich im Rahmen der Erfindung insbesondere um ein abzufüllendes Getränk, z. B. ein kohlensäurehaltiges Softgetränk oder Bier, handeln kann. Der Füllgutkessel 4 ist aber nicht vollständig mit dem flüssigen Füllgut 5 befüllt. Vielmehr ist ein oberer Bereich des Füllgutkessels 4 als Gasraum ausgebildet und mit einem Gas 6 befüllt, wobei es sich insbesondere um ein in Inertgas, z. B. Kohlendioxid (CO₂), oder um Luft handelt.
Zum Nachfüllen des flüssigen Füllgutes 5 erstreckt sich ein Nachfüllkanal 7 in den Füllgutkessel 4 hinein, wobei das flüssige Füllgut 5 in einem Maße nachgefüllt wird, dass der Füllstand innerhalb des Füllgutkessels 4 nahezu konstant bleibt und nur unwesentlichen Schwankungen unterliegt. Dies ist deshalb von Bedeutung, da die Füllgeschwindigkeit mit der in den nachfolgenden Schritten der Behälter 1 gefüllt wird, wesentlich von dem Füllstand des flüssigen Füllgutes 5 in dem Füllgutkessel 4 abhängt, da das eigentliche Befüllen auf Basis der auf das flüssige Füllgut 5 einwirkenden Schwerkraft erfolgt, wobei der hieraus resultierende statische Druck an einem unteren Ende des Füllgutkessels 4 mit steigender Menge des flüssigen Füllgutes 5 ansteigt. Insofern ist das in dem Füllgutkessel 4 angeordnete Niveau des flüssigen Füllgutes 5 so einstellbar, dass eine gewünschte Füllgeschwindigkeit erreicht werden kann.
Damit das flüssige Füllgut 5 in den Behälter 1 hineinströmen kann ist das Füllelement 3 mit einem in Schließrichtung S bewegbaren Füllgutventilstempel 9 ausgebildet, welcher über ein Hubelement 8 zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegt werden kann. Bei dem in der 1 gezeigten Verfahrensschritt erfolgt zunächst noch kein Einbringen des flüssigen Füllgutes 5 in den Behälter 1, sodass sich entsprechend der Füllgutventilstempel 9 in einer Schließstellung befindet und der Füllgutkanal 10 geschlossen ist.
Der Füllgutventilstempel weist zwei innenliegende Gaskanäle 11a, 11b auf, wobei der erste Gaskanal 11a, den zweiten Gaskanal 11b über eine Teillänge des zweiten Gaskanals 11b ringförmig umschließt. Hierzu ist der zweite Gaskanal in einem Ventilrohr 22 gebildet, welches einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Über die Gaskanäle 11a, 11 b ist es nunmehr möglich, Gas 6 in unterschiedlicher Art und Weise zwischen dem Gasraum und dem Behälter 1 zu bewegen. Ferner lässt sich auch eine Vakuumeinrichtung 12 mit dem Behälter 1 in Fluidverbindung bringen.
Diese Vakuumeinrichtung 12 ist wesentlich für den in der 1 dargestellten Verfahrensschritt, wobei der Behälter 1 vor dem Befüllen evakuiert wird, d. h. noch in dem Behälter 1 befindliche Gase und Schwebstoffe über die Vakuumeinrichtung 12 abgezogen werden. Die Vakuumeinrichtung 12 weist einen Vakuumraum 13 auf, in welchem ein Unterdruck vorliegt. Dies bedeutet, dass der Druck in dem Vakuumraum 13 niedriger ist als in dem Gasraum aber auch niedriger als in der Atmosphäre der Füllmaschine.
Dieser Vakuumraum 13 kann dann über ein Gasleitsystem 14 mit dem ersten Gaskanal 11a in Fluidverbindung gebracht werden. Hierzu ist ein erstes Gasventil 15a in dem Gasleitsystem 14 vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, über einen entsprechenden Fluidkanal eine Fluidverbindung zwischen dem Vakuumraum 13 und dem Behälter 1 in einer Öffnungsstellung zu bewirken. Da der erste Gaskanal 11a vom Querschnitt größer ausgebildet ist als der zweite Gaskanal 11b ist es möglich, eine große Menge an Gas aus dem Behälter 1 abzuziehen.
Beide Gaskanäle 11 a, 11b erstrecken sich - bezogen auf die Höhe des Füllgutkessels 4 - durch den gesamten Füllgutkessel 4, sodass eine Anbindung über das separat in einem Ventilblock gebildete Gasleitsystem 14 an einem oberen Ende des Füllgutkessels 4 ermöglicht wird. Entsprechend wird allein über das Gasleitsystem 14 eingestellt, ob und wenn ja, wie die beiden Gaskanäle 11a, 11b betrieben werden.
Um den Vakuumraum 13 mit dem erstem Gasventil 15a verbinden zu können, ist eine Vakuumleitung 16 in der Innenwandung 17 des Füllgutkessels 4 gebildet. Auch der Vakuumraum 13 sowie der Nachfüllkanal 7 sind an der Innenwandung 17 des Füllgutkessels 4 angeordnet.
Nach dem in der 1 gezeigten Evakuieren des Behälters 1 wird der Behälter 1 mit dem im Gasraum befindlichen Gas 6 gespült. Das bedeutet, dass das Gas 6 zunächst in den Behälter 1 eingebracht und sodann unmittelbar wieder abgezogen wird. Hierdurch können auch Verunreinigungen, welche nicht im Zuge der Vorevakuierung erfasst wurden, ausgetragen werden. Während dem in der 2 gezeigten Spülen ist das Füllgutventil 2 weiterhin geschlossen, sodass entsprechend das flüssige Gut 5 nicht in den Behälter 1 eintreten kann.
Sodann wird das zweite Gasventil 15b in dem Gasleitsystem 14 geöffnet, welches über eine erste Durchbrechung 18a mit dem Gasraum und darüber hinaus mit dem zweiten Gaskanal 11b in Fluidverbindung steht. Sobald das zweite Gasventil 15b geöffnet wird, kann das Gas 6 aus dem Gasraum in den zweiten Gaskanal 11b und damit auch in den Behälter 1 eintreten. Hierbei ist zu beachten, dass unmittelbar hinter der Durchbrechung 18a der zugeordnete Fluidkanal eine Drosselstelle 19 aufweist, sodass das Gas 6 in einer gedrosselten Form in den Behälter 1 eingeführt wird.
Auch das erste Gasventil 15a ist weiterhin geöffnet und bewirkt, dass das über den zweiten Gaskanal 11b eingebrachte Gas 6 über den ersten Gaskanal 11a in den Vakuumraum 13 abgeführt werden kann. Es ist somit möglich, eine kontinuierliche Spülung zu erreichen.
Nach dem Spülen gemäß der 2 wird das erste Gasventil 15a geschlossen und somit die Vakuumeinrichtung 12 von dem Behälter 1 getrennt. Auch das zweite Gasventil 15b wird geschlossen und ein drittes Gasventil 15c geöffnet, welches über eine zweite Durchbrechung 18b mit dem Gasraum in Fluidverbindung steht. Darüber hinaus ist das dritte Gasventil 15c über einen entsprechenden Fluidkanal an den ersten Gaskanal 11a angebunden und bewirkt, dass aufgrund des größeren Querschnittes das Gas 6 in den Behälter 1 eingebracht werden kann. Hierdurch steigt der Druck in dem Behälter 1 an, wodurch der Füllgutventilstempel 9 entgegen der Schließrichtung S bewegt wird. Insbesondere wird die Federkraft eines Federelementes 20 überwunden. Das Füllgutventil 2 wird geöffnet und das flüssige Füllgut 5 tritt durch den Fluidkanal 10 in den Behälter 1.
Dieser Vorgang des Befüllens ist in der 3 dargestellt, wobei das flüssige Füllgut 5 bereits an das Ventilrohr 22 heranreicht. Da das Ventilrohr 22 als Hohlmesssonde ausgebildet ist, ist es möglich den Kontakt mit dem flüssigen Füllgut 5 zu detektieren, wobei die Füllmaschine so eingerichtet ist, dass bei einer Detektion des Ventilrohres 12 mit dem flüssigen Füllgut 5 das Füllgutventil 2 geschlossen wird. Dies ist in der 4 gezeigt.
Hierbei ist zu beachten, dass das flüssige Füllgut 5 in den Behälter 1 noch nicht an den ersten Gaskanal 11a heranreicht, sodass grundsätzlich weiteres Gas 6 aus dem Behälter 1 in den Gasraum des Füllgutkessels 4 bewegt werden könnte. Hierbei unterscheidet sich die Ausgestaltung von anderen Füllmaschinen, bei der das Ende des Befüllens dadurch erreicht wird, dass das flüssige Füllgut den Gaskanal 11a versperrt und hierdurch ein Bewegen des Gases 6 in den Gasraum verhindert wird. Entsprechend ist es dann auch nicht möglich, weiteres Füllgut 5 in den Behälter 1 zu bewegen.
Nach dem Befüllen können die einzelnen Fluidkanäle im Gasleisystem 14 entlastet werden. Auch der Behälter 1 wird gelöst und durch einen neuen noch zu befüllenden Behälter 1 ersetzt.
Die 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Gasleitsystems 14, bei dem das Gasleitsystem 14 allein über eine Durchbrechung 18 in Fluidverbindung steht. Das Anbinden an den ersten und den zweiten Gaskanal 11 a, 11b erfolgt auch hier über zwei Gasventile 15b, 15c, wobei das zweite Gasventil 15b dazu eingerichtet ist, den Gasraum mit dem zweiten Gaskanal 11b und das dritte Gasventil 15c dazu eingerichtet ist den Gastraum mit dem ersten Gaskanal 11a zu verbinden. Damit allerdings der zweite Gaskanal 11b mit dem Gasraum verbunden werden kann, ist es darüber hinaus erforderlich, ein zwischengeschaltetes viertes Gasventil 15d zu öffnen. Dies ist in der 5 gezeigt, in welcher der Behälter 1 mit dem Gas 6 gespült wird. Dies erfolgt auch hier über den zweiten Gaskanal 11b, wozu sowohl das zweite als auch das vierte Gasventil 15b, 15d geöffnet werden. Auch hier muss das Gas 6 eine Drosselstelle 19 überwinden, bevor es in den zweiten Gaskanal 11b eintreten kann.
Auch das erste Gasventil 15a ist geöffnet, wodurch die Vakuumeinrichtung 12 bzw. den Vakuumraum 13 mit dem ersten Gaskanal 11a verbunden wird. Aus der Detailansicht wird ferner deutlich, dass grundsätzlich auch eine Fluidverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Gaskanal 11 a, 11b bewirkt werden kann. Dadurch dass allerdings gemäß der 5 am ersten Gaskanal die Vakuumeinrichtung 12 anliegt und dass der zweite Gaskanal 11b mit dem Gas 6 betrieben wird, ist eine Fluidtrennung notwendig, wozu ein Rückschlagventil 21 vorgesehen ist.
Darüber hinaus weist das Gasleitsystem auch noch ein fünftes Gasventil 15e auf, welches analog zu dem ersten Gasventil 15a mit der Vakuumeinrichtung 12 in Fluidverbindung steht und welches im Wesentlichen dafür vorgesehen ist, die Fluidkanäle in den Gasleitsystem 14 zu entlasten.
Nach dem Spülen gemäß der 5 wird das zweite Gasventil 15b geschlossen und das erste Gasventil 15a geöffnet. Hierdurch gelangt dann das Gas 6 aufgrund des großen Querschnittes des ersten Gaskanals 11a in den Behälter 1 und bewirkt analog zu der ersten Ausgestaltungsvariante ein Öffnen des Füllgutventils 2. Hierdurch gelangt das flüssige Füllgut 5 in den Behälter 1, bis das flüssige Füllgut an dem als Hohlsonde ausgebildeten Ventilrohr 22 anliegt.
Der Füllgutventilstempel 9 fährt in Schließrichtung S und schließt den Füllgutkanal 10 sodann wird das dritte Gasventil 15c geschlossen und erneut das zweite Gasventil 15b geöffnet, wodurch bei geöffnetem vierten Gasventil 15d beide Gaskanäle 11a, 11b in Fluidverbindung sind und folglich ein Druckausgleich erfolgt.
Sodann erfolgt auch hier eine Entlastung der Fluidkanäle in dem Gasleitsystem 14 und das Entnehmen des Behälters 1.
Bezugszeichenliste

1: Behälter
2: Füllgutventil
3: Füllelement
4: Füllgutkessel
5: flüssiges Füllgut
6: Gas
7: Nachfüllkanal
8: Hubelement
9: Füllgutventilstempel
10: Füllgutkanal
11a: erster Gaskanal
11b: zweiter Gaskanal
12: Vakuumeinrichtung
13: Vakuumraum
14: Gasleitsystem
15a: erstes Gasventil
15b: zweites Gasventil
15c: drittes Gasventil
15d: viertes Gasventil
15e: fünftes Gasventil
16: Vakuumleitung
17: Innenwandung des Füllgutkessels
18: Durchbrechung
18a: erste Durchbrechung
18b: zweite Durchbrechung
19: Drosselstelle
20: Federelement
21: Rückschlagventil
22: Ventilrohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018127592 A1 [0007]

Claims

Füllmaschine, insbesondere Getränkeabfüllmaschine, mit einem Füllgutkessel (4) und zumindest einem Füllelement (3), welches zumindest teilweise in dem Füllgutkessel (4) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, ein flüssiges Füllgut (5) aus dem Füllgutkessel (4) in einen Behälter (1) zu füllen, wobei das Füllelement (3) ein Füllgutventil (2) mit einem in einem Füllgutkanal (10) bewegbaren Füllgutventilstempel (9) bildet und wobei zumindest ein Gaskanal (11a, 11b) in dem Füllgutventilstempel (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zumindest eine Gaskanal (11a, 11b) durch das Füllelement (3) erstreckt und über eine obere Kesselwandung aus dem Füllgutkessel (4) herausgeführt ist.
Füllmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (11a, 11b) über ein Gasleitsystem (14) mit einem in einem oberen Abschnitt des Füllgutkessels (4) vorgesehenen Gasraum in Fluidverbindung gebracht werden kann.
Füllmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgutkessel (4) zumindest eine an den Gasraum angrenzende Durchbrechung (18, 18a, 18b) aufweist, wobei die Durchbrechung (18, 18a, 18b) über das Gasleitsystem (14) mit einer oberen Öffnung des Gaskanals (11a, 11b) schaltbar verbunden ist.
Füllmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Gaskanäle (11a, 11b), nämlich zumindest ein erster Gaskanal (11a) und ein zweiter Gaskanal (11b), in dem Füllgutventilstempel (9) angeordnet sind, wobei der erste Gaskanal (11a) den zweiten Gaskanal (11b) ringförmig umschließt.
Füllmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasleitsystem (14) dazu eingerichtet ist, den Gasraum in einem ersten Schaltzustand mit dem ersten Gaskanal (11a) und in einem zweiten Schaltzustand mit dem zweiten Gaskanal (11b) zu verbinden.
Füllmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasleitsystem (14) dazu eingerichtet ist, den Gasraum in einem dritten Schaltzustand mit dem ersten und dem zweiten Gaskanal (11a, 11b) zu verbinden.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gaskanal (11b) an seinem unteren Ende gegenüber dem ersten Gaskanal (11a) vorsteht.
Füllmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gaskanal (11b) in einem in dem Füllgutventilstempel (9) angeordneten Ventilrohr (22) angeordnet ist.
Füllmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilrohr (22) als Hohlmesssonde zur Bestimmung der Füllguthöhe ausgebildet ist.
Füllmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einen Vakuumraum (13) aufweisende Vakuumeinrichtung (12) vorgesehen ist, wobei der Vakuumraum (13) über das Gasleitsystem (14) mit einer oberen Öffnung des zumindest einen Gaskanals (11a, 11b) schaltbar verbunden ist.
Füllmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumraum (13) an einer Seitenwandung des Füllgutkessels (4) gebildet ist.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasleitsystem (14) zumindest teilweise in einem auf dem Füllgutkessel (4) angeordneten Ventilblock gebildet ist.
Füllmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgutkessel (4) ringförmig ausgebildet ist.
Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem aus einem Füllgutkessel (4) bereitgestellten flüssigen Füllgut (5) mittels einer Füllmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zum Befüllen des Behälters das Füllgutventil (2) geöffnet wird und wobei während des Befüllens ein in dem Behälter (1) befindliches Gas (6) über den zumindest einen Gaskanal (11a, 11b) in den Füllgutkessel (4) gefördert wird, bis ein vordefinierter Füllstand in dem Behälter (1) erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei zumindest zwei Gaskanäle (11a, 11b), nämlich zumindest ein erster Gaskanal (11a) und ein zweiter Gaskanal (11b), vorgesehen sind, wobei der erste Gaskanal (11a) den zweiten Gaskanal (11b) ringförmig umschließt und wobei das Gas (6) im Zuge des Befüllens über den ersten Gaskanal (11a) in den Füllgutkessel (4) befördert wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei zum Vorspannen des Behälters vor dem Befüllen mit dem flüssigen Füllgut (5) das Gas (6) über den zumindest einen Gaskanal (11a, 11b) in den Behälter (1) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Behälter (1) vor dem Vorspannen und/oder dem Befüllen mit dem Gas (6) gespült wird, wobei bei geschlossenem Füllgutventil (2) das Gas (6) über den zweiten Gaskanal (11b) aus dem Füllgutkessel (4) in den Behälter (1) eingebracht und über den ersten Gaskanal (11 a) aus dem Behälter (1) abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei im Zuge des Spülens mit dem Gas (6) der erste Gaskanal (11 a) mit der Vakuumeinrichtung (12) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der zweite Gaskanal (11b) in einem in dem Füllgutventilstempel (9) angeordneten Ventilrohr (22) angeordnet ist, wobei das Ventilrohr (22) als Hohlmesssonde ausgebildet ist und ein Schließen des Füllgutventilstempels (9) bewirkt, sobald das flüssige Füllgut (5) das Ventilrohr (22) berührt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei während des Schließens des Füllgutventilstempels (9) der erste und der zweite Gaskanal (11a, 11b) miteinander verbunden werden.