DE19640673A1

DE19640673A1 - Bottle filling equipment

Info

Publication number: DE19640673A1
Application number: DE19640673A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Cluesserath
Original assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Current assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Priority date: 1995-10-23
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 1997-04-24
Also published as: EP0770574A1

Abstract

A gravity feed from a reservoir is fed into the bottle via a variable valve (5,6) operated by two pneumatic cylinders (1,2) acting in series. One cylinder (1) provides a full flow setting while the second cylinder (2) provides a variable setting. The variable cylinder has a larger piston area. The filling rate is varies during the filling cycle with a maximum rate for filling the main part of the bottle and a reducing rate for the last part of the filling cycle. The filling can be by gravity or by pressurisation. The air vented from the bottle during filling is passed through a control valve which provides additional filling control.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllventil zum Abfüllen von Flüssigkeiten gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a filling valve for filling liquids according to Preamble of claim 1.

Bei den bekannten Normaldruckfüllsystemen läuft das Füllgut mit nur einer einzigen Einströmgeschwindigkeit in die Flasche. Um unter diesen Bedingungen hohe spezifische Ventilleistungen zu erreichen, wird meist eine Füllgeschwindigkeit über die statische Druckhöhe zwischen der Flasche und dem Füllgutniveau im Vorratskessel eingestellt, die während der An- und Endfüllphase des Füllprozesses bereits zu erheblichen qualitativen Einbußen im Füllbild führt. Beim Anfüllen werden massiv Gasblasen eingeschlagen, was bei bestimmten Getränken (z. B. Fruchtsäfte) zur Bildung eines Schaumteppichs führen kann. In der Endphase steigt der Füllgutspiegel in der Flasche derart rasant an, daß Ge nauigkeitsabweichungen bei der Bestimmung der Füllhöhe über eine Sonde eintreten.In the known normal pressure filling systems, the product runs with only one Inflow rate into the bottle. To be high specific under these conditions Achieving valve performance is usually a filling speed above the static Pressure level between the bottle and the filling level in the storage tank is set considerable qualitative values during the filling and filling phase of the filling process Losses in the fill pattern leads. When filling, massive gas bubbles are hammered in, what lead to the formation of a foam carpet with certain beverages (e.g. fruit juices) can. In the final phase, the level of the product in the bottle rises so rapidly that Ge Deviations in accuracy occur when determining the fill level using a probe.

Dem starken Blaseneinschlag bei Füllbeginn versucht man dadurch entgegenzuwirken, indem man unmittelbar nach Eintauchen des Füllrohres in den Füllgutspiegel die Füllung für eine kurze Zeit unterbricht. Auf diese Weise wird den Blasen Gelegenheit gegeben, an die Oberfläche aufzusteigen.One tries to counteract the strong bubble impact at the start of filling, by filling the filling immediately after immersing the filling tube in the filling level interrupts for a short time. This gives the bubbles an opportunity to ascend to the surface.

Nimmt man die Einströmgeschwindigkeit zur Verbesserung der Situation in diesen Pha sen zurück, so ist zwangsläufig auch der meist fülltechnisch unkritische Mittelbereich der Flasche mit dieser langsamen Strömungsgeschwindigkeit zu bedienen. Dies verringert automatisch die Ausbringleistung der Füllmaschine.Take the inflow velocity to improve the situation in this pha sen, the middle range, which is usually not critical in terms of filling technology, is also To operate the bottle at this slow flow rate. This diminishes automatically the output of the filling machine.

Bei Druckfüllsystemen mit unterschiedlichen Füllgeschwindigkeiten wird die Geschwin digkeitssteuerung meist über Drosseln oder Düsen in den Rückgaswegen vorgenom men. Für diese Art der Steuerung sind jedoch signifikante Druckgefälle an den Drosse lorganen erforderlich. Hinzu kommt noch, daß die Flasche am Füllorgan angepreßt und abgedichtet werden muß.In the case of pressure filling systems with different filling speeds, the speed control mostly via throttles or nozzles in the return gas paths men. For this type of control, however, there are significant pressure drops across the throttle organs required. In addition, the bottle is pressed against the filling element and must be sealed.

Bei Füllverfahren, die unter Atmosphärendruck arbeiten, scheidet diese Art der Ge schwindigkeitsregelung praktisch aus.In filling processes that work under atmospheric pressure, this type of Ge is different speed control practically.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei beiden Füllverfahren eine Verbesserung zu erzielen und eine ruhigere Befüllung der Flasche zuzulassen, wobei auf die sonst übliche Geschwindigkeitssteuerung über Drosseln oder Düsen insbesondere bei Druck füllsystemen verzichtet werden soll.The invention has for its object an improvement in both filling methods to achieve and allow a calmer filling of the bottle, taking the otherwise Usual speed control via throttles or nozzles, especially under pressure filling systems to be dispensed with.

Diese Aufgabe wird bei einem Füllventil gelöst durch die Merkmale der selbständigen Ansprüche 1 bis 4. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.With a filling valve, this task is solved by the features of the independent one Claims 1 to 4. Further features emerge from the subclaims.

Demnach erfolgt bei der vorliegenden Erfindung die Beeinflussung des in die Flasche einfließenden Flüssigkeitsstromes bei dem nachfolgend beschriebenen Füllsystem über den Hub des Ventilsitzes und somit über eine im Ventilsitz vorgenommene Drosselung durch Reduzierung der in die Flasche führenden Austrittsquerschnitte.Accordingly, in the present invention, the bottle is influenced inflowing liquid flow in the filling system described below the stroke of the valve seat and thus via a throttling made in the valve seat by reducing the outlet cross-sections leading into the bottle.

Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies durch zwei übereinander angeordnete und unabhängig voneinander arbeitende Pneumatikzy linder 1 und 2. Der erste Zylinder 1 wirkt dabei direkt auf den Ventilschließkörper 3, wo bei der Flüssigkeitsbereich 4 um den Ventilsatz 5 herum über eine Membran 6 gegen über dem Betätigungselement abgedichtet und mikrobiologisch abgesichert ist. Dieser Zylinder 1 öffnet und schließt den Füllventilsitz und gibt für sich alleine gesehen beim Öffnen den maximal möglichen Ventilhub frei.According to the embodiment shown in the drawing, this is done by two stacked and independently working Pneumatikzy cylinder 1 and 2 . The first cylinder 1 acts directly on the valve closing body 3 , where the liquid area 4 around the valve set 5 is sealed against the actuating element via a membrane 6 and is microbiologically protected. This cylinder 1 opens and closes the fill valve seat and, when viewed alone, releases the maximum possible valve lift when opened.

Der oberhalb des ersten Zylinders 1 angeordnete zweite Pneumatikzylinder 2 begrenzt im druckbeaufschlagten Zustand den Hub des Zylinders 1 und verengt damit über den Ventilhub den Ausströmquerschnitt 6′, den das Getränk auf dem Weg in die Flasche 7 durchfließen muß.The arranged above the first cylinder 1 , the second pneumatic cylinder 2 limits the stroke of the cylinder 1 in the pressurized state and thus narrows the valve cross section, the outflow cross section 6 ', which the drink must flow on the way into the bottle 7 .

Die Verstellkraft dieses Zylinders 2 muß größer sein als die zum Öffnen des Ventilsitzes 5 über die Kolbenfläche des ersten Zylinders 1 erzeugte Gegenkraft. Erreicht wird dies bei einem für beide Systeme gleich eingestellten Pneumatikdruck durch eine gegenüber dem Öffnungs- und Schließzylinder 1 größer gewählte Kolbenfläche am Begrenzungszy linder 2.The adjusting force of this cylinder 2 must be greater than the counterforce generated to open the valve seat 5 via the piston surface of the first cylinder 1 . This is achieved with a pneumatic pressure that is set the same for both systems by a piston surface on the limiting cylinder 2 that is larger than the opening and closing cylinder 1 .

Die Hubbegrenzung ist über einen Stellring 8 individuell bezogen auf Getränk und Fla sche einstellbar.The stroke limitation can be individually adjusted in relation to the beverage and bottle via an adjusting ring 8 .

Das Füllgut läuft unter diesen Bedingungen gegenüber dem voll ausgefahrenen Ventil hub mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit in die Flasche 7 ein.The contents run under these conditions compared to the fully extended valve hub with a low flow rate in the bottle 7 .

Mit Hilfe einer elektronischen Rechnersteuerung 17 können somit durch entsprechende Ansteuerung der beiden pneumatischen Betätigungselemente Füllphasen mit unter schiedlichen Fließgeschwindigkeiten realisiert werden.With the help of an electronic computer control 17 , filling phases with different flow velocities can thus be realized by correspondingly controlling the two pneumatic actuating elements.

Neben den beiden Zylindern zum Öffnen und Schließen des Ventilsitzes 5 verfügt das Füllventil noch über einen weiteren Zylinder 9, der die Belüftung des Füllrohres 10 bei dessen Entleerung vornimmt.In addition to the two cylinders for opening and closing the valve seat 5 , the filling valve also has another cylinder 9 which ventilates the filling tube 10 when it is emptied.

Alle drei angesprochenen Zylinder werden von nur zwei Magnetventilen 11, 12 aus der elektronischen Steuerung heraus angesteuert.All three addressed cylinders are controlled by only two solenoid valves 11 , 12 from the electronic control.

Mit der gewählten Anordnung der beiden Magnetventile 11, 12 in Kombination mit einem selbstschaltenden Wechselventil 13 können alle Verfahrensschritte des gesamten Füll prozesses bedient werden.With the selected arrangement of the two solenoid valves 11 , 12 in combination with a self-switching shuttle valve 13 , all process steps of the entire filling process can be operated.

Die so ausgeführte Konfiguration der pneumatischen Anschlüsse für die im Füllventil integrierten Betätigungselemente spart ein ansonsten notwendiges drittes Magnetventil inkl. seiner elektrischen Ansteuerelemente. The configuration of the pneumatic connections for those in the filling valve Integrated actuators save an otherwise necessary third solenoid valve including its electrical control elements.

The filling process Slow filling A

Die Flasche 7 wird über ein Hubelement 14 an das Füllorgan angehoben. Eine Abdich tung der Flaschenmündung gegenüber dem Füllorgan ist bei einem Langrohr- Normaldruckfüllsystem nicht erforderlich.The bottle 7 is raised to the filling element via a lifting element 14 . A sealing device of the bottle mouth from the filling element is not necessary with a long tube normal pressure filling system.

Unmittelbar danach betätigt die Steuerung Magnetventil 11 und öffnet den Ventilsitz. Parallel hierzu wird das Magnetventil 12 angesteuert, so daß auch der obere Begren zungszylinder 2 in seine untere Endlage fährt und den Öffnungshub des Ventilschließ körpers 3 einschränkt und damit sofort bei Füllbeginn den Austrittsquerschnitt drosselt. Das erste Füllgut strömt jetzt mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit über das Füllrohr 10 in die Flasche blasen- und turbulenzarm ein. Die schonende Anfüllphase wird bis zum Eintauchen des Füllrohres in den Flüssigkeitsspiegel fortgesetzt.Immediately afterwards, the control operates solenoid valve 11 and opens the valve seat. In parallel, the solenoid valve 12 is controlled so that the upper limiter cylinder 2 moves to its lower end position and limits the opening stroke of the valve closing body 3 and thus immediately throttles the outlet cross section at the start of filling. The first filling material now flows with low flow velocity through the filling tube 10 into the bottle of bubbles and turbulence one. The gentle filling phase is continued until the filling tube is immersed in the liquid level.

In dieser langsamen Phase bleibt auch der Zylinder 15 für die Füllrohrentleerung über beide Anschlüsse des Wechselventils 13 unter Druck und damit geschlossen.In this slow phase, the cylinder 15 for the filling tube emptying remains pressurized via both connections of the shuttle valve 13 and thus closed.

Fast filling phase B

Die elektronische Steuerung 17 entlastet nach Ablauf der in der Elektronik für die Anfüll phase vorgewählten Zeit über Magnetventil 12 den Druckluftraum des Begrenzungszy linders 2, so daß dieser sich mittels Federkraft in seine obere Endlage begibt. Die Hub begrenzung für den Ventilschließkörper 3 ist dadurch aufgehoben. Der volle Strömungs querschnitt steht jetzt für das ins Füllrohr 10 einfließende Getränk zur Verfügung. Mit hohem Füllgutdurchsatz erfolgt nun die Befüllung des meist fülltechnisch unkritischen zylindrischen Mittelteils der Flasche. Die Dauer der Schnellfüllphase ist flaschen- und getränkespezifisch über die Rechnersteuerung frei einstellbar. Um hohe spezifische Füll ventilleistungen zu erreichen, wird diese Füllphase bis möglichst weit in den Flaschen hals hinein fortgesetzt. The electronic control 17 relieves after the expiry of the preselected time in the electronics for the filling phase via solenoid valve 12, the compressed air space of the limitation cylinder 2 , so that it moves into its upper end position by means of spring force. The stroke limit for the valve closing body 3 is thereby eliminated. The full flow cross section is now available for the beverage flowing into the filling tube 10 . The filling of the cylindrical middle part of the bottle, which is mostly uncritical in terms of filling technology, is now carried out with high throughput. The duration of the quick fill phase can be freely adjusted for each bottle and drink using the computer control. In order to achieve high specific filling valve performance, this filling phase is continued as far as possible into the bottle neck.

Bei der über Magnetventil 12 vorgenommene Druckentlastung des Begrenzungszylin ders 2 wurde auch ein Anschluß des Wechselventils 16 in der Verbindung zum Füllroh rentleerungszylinder 15 mit auf atmosphärischen Druck entlastet. Da jedoch der zweite Anschluß über Magnetventil 11 noch immer unter Druck steht, bleibt das Füllrohrentleerungsventil weiter geschlossen.In the pressure relief of the limiting cylinder 2 carried out via the solenoid valve 12 , a connection of the shuttle valve 16 in the connection to the filling tube 15 was also discharged to atmospheric pressure. However, since the second connection via solenoid valve 11 is still under pressure, the fill pipe drain valve remains closed.

Brake filling phase C

Durch erneute Aktivierung von Magnetventil 12 drückt der obere Pneumatikzylinder 2 den Ventilschließkörper abermals in seine Drosselstellung. Die Füllgeschwindigkeit geht wieder auf den Wert der Anfüllphase zurück.By reactivating the solenoid valve 12 , the upper pneumatic cylinder 2 presses the valve closing body again into its throttle position. The filling speed goes back to the value of the filling phase.

Der Füllgutspiegel steigt jetzt blasenfrei im Flaschenhals auf und belegt sauber die Si gnalhülse 18 am Füllrohr 10, so daß ein entsprechendes Füllhöhensignal an die Elek tronik geht.The level of the product now rises bubble-free in the bottle neck and cleanly occupies the signal sleeve 18 on the filling tube 10 , so that a corresponding level signal goes to the electronics.

Corrective fill and fill end

In Abhängigkeit vom Sondensignal entlastet Magnetventil 11 den unteren Pneumatikzy linder 1. Der Zylinderkolben schließt mittels Federkraft den Ventilsitz und beendet die Füllung. Unmittelbar nach Schalten von Magnetventil 11 wird auch der von dort weiterge führte Anschluß Wechselventil 13 drucklos. Der nach wie vor über Magnetventil 12 an stehende Druck hält auch in dieser Phase weiter den Füllrohrentleerungszylinder 15 ge schlossen. Auch der obere Begrenzungszylinder 2 verbleibt druckbeaufschlagt in seiner unteren Endlage, in der er jedoch keinen Funktionseinfluß mehr auf den geschlossenen Ventilsitz hat. Über einen frei wählbaren Zeitversatz zwischen Sondensignal und Schlie ßen des Ventilkegels kann die Füllhöhe auf das gewünschte Füllmengenmaß korrigiert werden. Depending on the probe signal, solenoid valve 11 relieves the lower pneumatic cylinder 1 . The cylinder piston closes the valve seat by means of spring force and ends the filling. Immediately after switching solenoid valve 11 , the changeover valve 13, which is led from there, is depressurized. The pressure on the solenoid valve 12 still holds in this phase, the filling tube emptying cylinder 15 continues to be closed. The upper limiting cylinder 2 remains pressurized in its lower end position, in which, however, it no longer has any functional influence on the closed valve seat. The fill level can be corrected to the desired fill quantity via a freely selectable time offset between the probe signal and the closing of the valve cone.

Filling tube emptying

Unmittelbar dann, wenn das Hubelement die Flasche vom Füllventil löst, fällt auch Ma gnetventil 12 ab und entlastet den zweiten Anschluß am Wechselventil 13. Der Füllroh rentleerungszylinder 9 öffnet über Federkraft und entlüftet das Füllrohr 10. Das im Füll rohr 10 verbliebene Getränk kann nun in die sich abwärts bewegende Flasche abfließen. Auch der Begrenzungszylinder 2 am Ventilsitz wird jetzt druckentlastet und begibt sich in seine obere Endstellung. Nach Belegung der Füllstelle mit der nächsten Flasche wieder holt sich die gleiche Prozedur.Immediately when the lifting element detaches the bottle from the filling valve, magnetic valve 12 also drops and relieves the second connection on the shuttle valve 13 . The filling tube 9 emptying cylinder opens via spring force and vented the filling tube 10th The remaining in the filling tube 10 drink can now flow into the downward moving bottle. The limiting cylinder 2 on the valve seat is now relieved of pressure and moves to its upper end position. After filling the filling point with the next bottle, the same procedure is repeated.

Membrane valve 16 for gas purging the bottle

Das zusätzlich noch am Füllelement angeordnete pneumatisch betätigte Membranventil 16 wird zum Spülen der Flasche mit Inertgas vor der eigentlichen Füllung und zum Um spülen der Flaschenmündung mit Schutzgas (Mikrobiologie) benutzt. Auf den eigentli chen Füllprozeß hat es keinen Einfluß.The pneumatically operated membrane valve 16 , which is additionally arranged on the filling element, is used for purging the bottle with inert gas before the actual filling and for purging the bottle mouth with protective gas (microbiology). It has no influence on the filling process itself.

Claims

1. Filling valve for filling liquids in bottles and the like. With a through a piston / cylinder unit ( 1 ) controllable liftable and lowerable valve closing body ( 3 ) for the above the outlet channel ( 6 ') arranged valve seat ( 5 ), the valve closing body ( 3 ) in the opening and / or closing direction in different opening distances to the valve seat ( 5 ) can be controlled and with a first piston cylinder unit ( 1 ) for the first opening stroke and a second stop and / or piston cylinder unit ( 2 ) for the second and / or another opening stroke is connected.

2. Filling valve according to the preamble of claim 1, characterized in that with the first piston-cylinder unit ( 1 ) the first and further opening stroke and with the second stop and / or piston-cylinder unit ( 2 ) an intermediate stroke is adjustable.

3. Filling valve according to the preamble of claim 1, characterized in that with the first piston-cylinder unit ( 1 ) the entire opening stroke and with the second stop and / or piston-cylinder unit ( 2 ) an intermediate stroke is adjustable.

4. Filling valve according to the preamble of claim 1, characterized in that when second piston cylinder units are arranged, the first cylinder ( 1 ) has a smaller cross section than the second cylinder ( 2 ) and both cylinders ( 1 , 2 ) can be acted upon by a common pressure.

5. Filling valve according to claims 1 to 4, characterized in that the first piston-cylinder unit ( 1 ) is spring-closing and the second ( 2 ) spring-opening is ausgebil det.

6. Filling valve according to claims 1 to 5, characterized in that a connec tion of a piston against parts and / or the piston of the other Kolbenzylin dereinheit ( 1 , 2 ) can be applied.

7. Filling valve according to claims 1 to 6, characterized in that the stroke of the second piston-cylinder unit ( 2 ) is adjustable.

8. Filling valve according to claims 1 to 7, characterized in that the valve shaft is sealed by means of a membrane ( 6 ) arranged in the liquid channel with respect to the first cylinder chamber.

9. Filling valve according to claims 1 to 8, characterized in that the Hubbe movements in the closing direction of the valve closing body ( 3 ) in the reverse manner he follow.

10. Filling valve according to claim 1 with a third cylinder ( 9 ) for ventilation of the Füllroh res, characterized in that the cylinders ( 1 , 2 , 9 ) via two solenoid valves ( 11 , 12 ) in connection with a self-switching shuttle valve ( 13 ) can be controlled are.

11. Filling valve according to the preceding claims, characterized in that when using a pressure filling system, the same components according to the claims Chen 1 to 10 can be used.

12. Filling valve according to the preceding claims, characterized in that the filling valve has an additional relief nozzle.