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Im Rückgaskanal von Gegen,druck-Flaschenfüllorganen angeordnete Schwimmerabsperrvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine im Rückgaskanal von Gegendruck-Flaschenfüllorganen,
wie sie für Flaschenfüllmaschinen verwendet werden, angeordnete Schwimmerabsperrvorrichtung,
die die im Rückgaskanal aufsteigende Strömung unterbricht, sobald der Schwimmer
durch Flüssigkeit angehoben wird.
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Da die Schwimmerabsperrvorrichtungen innerhalb des Flaschenfüllorganes
angeordnet werden, weisen sie üblicherweise geringe Abmessungen auf, besonders weil
auch die Räume und Kanäle der Schwimmerabsperrvorrichtung keine zu großen Querschnitte
aufweisen sollen, um Verluste zu vermeiden. Besonders bei höheren Abfülldrücken
und größeren Abfüll-
geschwindigkeiten, bei denen sowohl das spezifische Gewicht
des Rückgases, als auch die Strömungsgeschwindigkeit erhöht sind, wird häufig der
Schwimmer bereits durch das strömende Rückgas angehoben, gegen den Ventilsitz gepreßt
und die Füllung dadurch vorzeitig beendet. Im Rückgaskanal muß stets, insbesondere
beim Abfüllen von Bier u. dgl., mit dem Aufsteigen von Schaum gerechnet werden;
der durch den Schwimmerraum strömende Schaum verursacht häufig Störungen, weil die
ohnehin engen Querschnitte rasch mit Schaum angefüllt und der Schwimmer durch rasch
nachströmenden Schaum häufig angehoben wird. Auch bei hohen Abfüllgeschwindigkeiten
wird der Schwimmer durch das ihn umströmende Rückgas mitgenommen und kann so die
weitere Abfüllung blockieren. Der Einfluß dieser drei durch die Rückgaskanäle und
den Schwimmerraum strömenden Medien, nämlich Rückgas, Schaum und Flüssigkeit, ist
besonders dann schwer durch eine entsprechende Schwimmerausbildung zu berücksichtigen,
wenn nicht nur der im Füller herrschende Gesamtdruck und damit das spezifische Gewicht
des Rückgases, sondern auch der Differenzdruck zwischen Flüssigkeit und Rückgas
und damit die Füllgeschwindigkeit in weiterem Umfang veränderbar sein sollen.
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Es ist auch bereits bekannt, kommunizierend mit der Schwimmerkammer
eine parallel zu dieser geführte Steigleitung anzuordnen, durch welche die Hauptmenge
des Rückgases strömt. Dadurch kann zwar eine Entlastung der Schwimmerkammer von
durchströmenden Medien erzielt werden, die Beaufschlagung des Schwimmers durch das
rückströmende Gas bzw. den rückströmenden Schaum und eine entsprechende Krafteinwirkung
auf den Schwimmer kann jedoch nicht verhindert werden. Das im Rückgaskanal strömende
Medium beaufschlagt vielmehr mit vollem Staudruck den Boden des Schwimmerkörpers
und wird diesen von seinem unteren Sitz so weit abheben, daß ein entsprechender
Teilstrom des Rückgases durch die Schwimmerkammer strömt. Damit tritt auch Schaum
in die Schwimmerkammer ein und besonders bei höheren Leistungen oder erhöhtem Gasgewicht
wird der Schwimmerkörper schon von dem durch die Schwimmerkammer strömenden Teilstrom
des Rückgases und dessen mitgeführter Schaumkomponente angehoben. Durch die Parallelsteigleitung
kann also nicht verhindert werden, daß der Schwimmer vom Staudruck des Rückgases
beaufschlagt wird. Bei höheren Leistungen mit erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten
und gegebenenfalls auch bei erhöhtem Gesamtdruck müssen zwangläufig Störungen auftreten.
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Um diese Nachteile der bekannten Schwimmereinrichtungen zu vermeiden,
wird eine Schwimmerabsperrvorrichtung für die mit dem Rückgas aufsteigende Flüssigkeit,
wobei eine Schwimmerkammer mit Umgehungswegen für die Flüssigkeit und das Rückgas
vorgesehen ist, vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß um einen inneren,
abgetrennten Schwimmerraum herum eine ringspaltförinige Wirbelkammer mit unterer,
tangentialer Einführung des Rückgases zur Zentrifugaltrennung von Gas bzw. Schaum
und Flüssigkeit vorgesehen ist, derart, daß das gesamte Rückgas samt Schaum durch
die Wirbelkammer einem Ventilsitz zuströmt und der Schwimmer im Schwimmerraum nur
durch ansteigende Flüssigkeit beaufschlagt wird.
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Die Erfindung ist weiter gekennzeichnet durch eine den inneren Schwimmerraum
von der äußeren, ringspaltförmigen Wirbelkammer trennende Leithülse, wobei die Rückgaszuleitung
tangential in die ringspaltförmige Wirbelkammer eingeführt ist und die Leithülse
eine untere Flüssigkeitsbohrung als Verbindung zu dem inneren Schwimmerraum und
am oberen Rand Öffnungen für den Rückgasdurchtritt zum zentralen Ventilsitz aufweist.
Durch diese Einrichtung wird der Schwimmerraum völlig von durchströmendem Rückgas
und Schaum entlastet. Auch das bei
hohen Füllgeschwindigkeiten ausströmende
Rückgas beeinflußt mit seinem Staudruck den Schwimmerraum nicht, vielmehr wird eine
zyklonförmige Wirbelbewegung des Rückgases erzwungen, wobei mitaufsteigender Schaum
sofort nach oben hin abzentrifugiert und separiert wird und auch die nachströmende
Flüssigkeit im äußeren Ringspalt in rascher Wirbelbewegung aufsteigt, so daß im
Schwimmerraum nur ein ruhiges rasches Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels zustande
kommt und der angehobene Schwimmer die Strömung im Rückgaskanal beendet. Nach Beendigung
der Füllung und nach dem Abziehen bzw. Entlasten fließt der größte Teil der im Schwimmerraum
angestiegenen Flüssigkeit nach unten wieder ab, je-
doch verbleibt ein Rest
an Haftflüssigkeit; eine Beaufschlagung des Schwimmers durch Gas bzw. durch den
Staudruck des Gases wird schon durch die seitliche Einführung des Rückgases in die
Wirbelkammer völlig vermieden, so daß eine einwandfreie Trennung des Rückgases und
des Schaumes von der in die Schwimmerkammer gelangenden Flüssigkeit erfolgt. Der
innere Schwimmerraum wird auch nicht von Flüssigkeit durchströmt, vielmehr steigt
in ihm die Flüssigkeit nur an und sinkt später wieder ab.
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Gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß der Schwimmer eine
beiderseitig mit axialem Spiel geführte Schwimmernadel aufweist.
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Außerdem wird vorgeschlagen, daß die Leithülse mitsamt dem Schwimmer
in eine Zylinderbohrung des Füllorganes mittels eines abdichtbaren Schraubbolzens
eingesetzt ist.
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Es gehört auch zur Erfindung, daß der Schwimmer als zylinderförmiger
Hohlkörper mit oberer Dichtfläche vorzugsweise aus dünnwandigem Kunststoff ausgebildet
ist.
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Außerdem ist es Gegenstand der Erfindung, daß der Schwimmerkörper
als Vollkörper, insbesondere als Kugelkörper, aus im Wasser schwimmendem Kunststoff
ausgebildet ist und eine oberhalb der Kugel vorgesehene Dichtfläche aufweisen kann.
Durch die besondere Führung des Schwimmers mit der Schwimmernadel wird ein Ankleben
des Schwimmerkörpers an der Leithülse vermieden, so daß die gesamten Abmessungen
und Abstände der konzentrisch zueinander angeordneten Elemente, nämlich des Schwimmers
und der Leithülse, sehr klein gehalten werden können, wodurch eine leichte Ansprechbarkeit
und geringe Flüssigkeitsverluste erzielt werden.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise und
schematisch dargestellt. Es zeigt Ab b. 1 ein Füllorgan, teilweise geschnitten,
im stark verkleinerten Maßstab, Ab b. 2 die Schwimmerabsperrvorrichtung gemäß
der Erfindung im vergrößerten Maßstab im Vertikalschnitt und A b b. 3 im
Querschnitt, A b b. 4 schematisch den Strömungsvorgang in der Wirbelkammer
der Schwimmerabsperrvorrichtung. An der nicht weiter gezeichneten Flaschenabfüllmaschine
sind Füllorgane 1 mit Schaltmitteln 2 vorgesehen und mit Füllrohren
3 und Zentrierglocken 4 für die nicht gezeichneten Flaschen ausgestattet.
Während des Füllvorganges strömt aus der in bekannter Weise vorgespannten Flasche
Rückgas durch den Rückgaskanal 5, 5' des Füllorgans 1 zu dem
Rückgasanschlußstück 5", durch das das Rückgas wieder der nicht weiter gezeichneten
Füllmaschine und deren Rückgaskessel zugeführt wird. In dem Füllorgan
1
und zwischen den Rückgaskanälen 5, 5' ist eine Schwimmerabsperrvorrichtung
6 angeordnet, die in Ab b. 2 in stark vergrößertem Maßstab dargestellt
ist. Der Schwimmerkörper ist mit 7 bezeichnet. Er ist mit einer Schwimmernadel
8, 8'niit axialem Spiel im Füllorgan 1 bzw. dem Schraubbolzen
9 gelagert. Koaxial um den Schwimmer 7 ist eine Leithülse
10 angeordnet, derart, daß zwischen der Innenwand der Leithülse
10 und dem Schwimmerkörper 7 ein Ringspalt 7'
und zwischen der
Außenwand der Leithülse und der Zylinderwand 11 ebenfalls ein Ringspalt verbleibt,
der als Wirbelkammer 12 vorgesehen und von der Rückluftleitung 5 - wie
A b b. 3 zeigt - tangential angeschnitten wird. Die Leithülse weist
an ihrem oberen Ende öffnungen 13 auf, durch die eine obere Verbindung mit
dem inneren Schwimmerraum 7" erreicht wird, so daß aufsteigende Gase und
Schaum durch die öffnungen 13 und eine Ventilbohrung 14 in die oberhalb des
Schwimmerventils weitergeführte Rückgasleitung 5' gelangen. Der Schwimmer
7 ist mit einer oberen Dichtfläche 15 versehen, die gegen den Ventilsitz
14 zur Anlage kommt und damit den Rückgasstrom unterbricht, sobald durch eine untere
Flüssigkeitsbohrung 16 genügend Flüssigkeit in den Ringspalt 7' bzw.
in den inneren Schwimmerraum übergetreten ist. Durch die tangential mündende Rückgasleitung
5 weist die Zylinderwand 11 an der Einführungsstelle eine ovale Öffnung
17 auf. In der Wirbelkammer 12 kann sich eine starke Strömung und ein energischer
Ringwirbel in Richtung der Pfeile 18
(A b b. 3 und 4) ausbilden, wodurch
das gesamte durch die Leitung 5 zuströmende Rückgas und der Schaum auf schraubenfönniger
Bahn in der Wirbelkammer 12 zu den öffnungen 13 gelangen, ohne daß in den
Ringspalt 7' Gas oder Schaum eintreten kann. Erst dann, wenn in der Wirbelkammer
12 auch Flüssigkeit hochgewirbelt wird, kann durch die Flüssigkeitsbohrung
16 der Ringspalt 7' des inneren Schwimmerraumes 7" mit Flüssigkeit
angefüllt und der Schwimmer damit in axialer Richtung nach oben angehoben werden,
so daß die Dichtfläche 15 des Schwimmers 7 gegen den Ventilsitz 14
gelangt und die Strömung im Rückgaskanal beendet. Die durch die Flüssigkeitsbohrung
16 in den Ringspalt 7' eintretende Flüssigkeit weist keinen den Flüssigkeitsschwimmer
abhebenden Staudruck auf, vielmehr füllt sich der Ringspalt 7' ruhig mit
Flüssigkeit an, was sehr rasch erfolgt, weil die Räume sehr klein sind. Stoß- oder
Drallenergie wird so vom Schwimmer 7
völlig ferngehalten. Im Unterteil des
inneren Schwimmerraumes verbleibt stets noch Haftflüssigkeit, und die Flüssigkeitsbohrung
16 ist ebenfalls mit Haftflüssigkeit angefüllt, so daß aus diesem Grunde
Rückgas nicht in den Schwimmerraum gelangt. Das in der Wirbelkammer 12 mit hoher
Geschwindigkeit strömende Rückgas tritt nicht durch die Flüssigkeitsbohrung
16 ein, denn sein statischer Druck ist infolge der Wirbelströmung an dieser
Stelle sehr gering, so daß niemals eine Strömung zum Inneren des Schwimmerraumes
auftritt. Häufig kommt jedoch eine geringe Strömung nach außen zustande, die insgesamt
infolge des Einströmens des Rückgases in die Wirbelkammer eine zusätzliche Belastung
des Schwimmers 7 in Richtung von oben nach unten und damit eine Beschwerung
des Schwimmers 7 während der Gaseintrittsphase verursacht. Außerdem wird
in keinem Falle der Boden des Schwimmers 7 von unten her mit Stoßenergie
der Strömung beaufschlagt.
Der Schraubbolzen 9 ist in der
Zylinderbohrung 11
eingeschraubt und mit Ringen abgedichtet. Die Leithülse
10 und der Schwimmer 7, dessen Schwimmernadel 8' in einer Bohrung
19 des Schraubbolzens axial beweglich gelagert ist, können zusammen mit dem
Schraubbolzen 9 aus dem Füllorgan herausgenommen werden. Im oberen Ende der
Zylinderbohrung 11 ist dann noch ein den Ventilsitz 14 aufweisendes abgedichtetes
Lagerstück 20 vorgesehen. Von einer Zusatzbohrung 21 aus, die in eine Lagerbohrung
19'
übergeht, ist der obere Teil des Rückluftkanals 5' weitergeführt
(entsprechend A b b. 1). Der Schwimmer 7
kann als zylinderförmiger
Hohlkörper mit oberer Dichtfläche 15 aus dünnwandigem Kunststoff hergestellt
sein, er kann aber auch kugelförmig als Vollkörper vorgesehen sein, in welchem Fall
zweckmäßigerweise ein in Wasser schwimmender Kunststoff verwendet wird. Durch die
Kugel wird alsdann die Ventilführungsnadel 8, 8' hindurchgesteckt und zweckmäßig
erhält ein solcher Kugelschwimmer am oberen Pol der Kugel und konzentrisch zu der
Ventilführungsnadel eine zusätzliche, hutförmige Dichtfläche.