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Füllelement Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen
eines Gefäßes unter Gegendruck. Ein bereits vorgeschlagenes, jedoch nicht zum Stand
der Technik gehörendes Ventil zum Füllen eines Gefäßes unter Gegendruck besteht
aus einer kreisringförmigen Flüssigkeitsleitung, die mit ihrem unteren Ende im zu
füllenden Gefäß mündet, während das obere Ende den Ventilsitz einer Ringflüssigkeitsdichtung
bildet. Nach beendeter Füllung steht Flüssigkeit im Ringkanal an, und bleibt darin,
wenn das Flüssigkeitsringventil geschlossen wird. Wenn nun die Dose von ihrer Dichtung
abgezogen wird, kann es des öfteren passieren, daß die Flüssigkeit aus dem Ringkanal,
besonders wenn sie stark kohlensäurehaltig ist, unter Freisetzen dieses Kohlendioxyds
aus dem Ringkanal heraustropft . Da dann häufig die Dose nicht mehr unter der Mündungsöffnung
der Flüssigkeitsleitung steht, tropft die Flüssigkeit in den Bereich der Füllmaschine,
was zu unarwünschten Folgen Anlaß geben kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eben beschriebenen
Nachteile zu verhindern. Außerdem will die vorliegende Erfindung die Aufgabe lösen,
dem zu füllenden Gefäß eine reproduzierbare, definierte Flüssigkeitsmenge zukommen
zu lassen. Dies ist aber dann nicht gewährleist, wenn ein Nachtropfen aus der abgeschlossenen
Flüssigkeitsleitung möglich ist.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens zum Füllen eines Gefäßes
unter Gegendruck erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach einem Abdichten des zu
füllenden Gefäßes dieses mittels eines in einem Rohr zugeführten Spanngases unter
erhöhten Druck gesetzt wird, daß anschließend über eine mit einem Plüssigkeitsventil
versehene Fiüssigkeitszufuhrleitung das Gefäß gefüllt wird, wobei das Spanngas über
das Rohr entweicht, daß beim Vorspannen und Füllen über eine an die Flüssigkeitszufuhrleitung
angeschlossene Expansionsleitung eine Expansionskammer unter Druck gesetzt wird,
daß sich bei beendeter Füllung nach Schließen des Flüssigkeitsventiles und nach
dem Entlasten des Gefäßes der Expansionsraum über die Flüssigkeitszufuhrleitung
entspannt und so die restliche Flüssigkeit aus der Leitung in das Gefäß gedrückt
wird. Durch diese erfindungsgemäße Verfahrensweise ergibt sich der große Vorteil,
daß man durch das Vorsehen der Expansionskammer erreicht, daßsich die in der Flüssigkeitszufuhrleitung
zwischen Flüssigkeitsventil und deren Mündung vorhandene Füllflüssigkeit herausdrücken
kann.
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Somit ist diese Flüssigkeit stets Bestandteil der zu erzielenden Gefäßfüllmenge.
Somit kann ein Nachtropfen und eine variable Gefäßfüllung nicht mehr zustande kommen.
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In Ausgestaltung der eben geschilderten Verfahrensweise wird vorgeschlagen,
daß nach dem Entspannen der Expansionsraum mit der Atmosphäre verbunden wird. Dies
kann dann zweckmäßig mit besonderem Vorteil verbunden sein, wenn die in der Flüssigkeitszufuhrleitung
zwischen Ventil und deren Mündung verbleibende Flüssigkeitsmenge relativ groß ist
und diese Flüssigkeit andererseits durch Kapillarwirkung oder andere Ursachen sich
nicht ohne weiteres durch den Druckstoß aus der Leitung austreiben läßt.
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Zur konstruktiven Verwirklichung und Durchführung der eben geschilderten
Verfahrensschritte wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen ein
Füllelement einer Gegendruckbehälterfüllmaschine insbesondere zum Abfüllen von Bier
in Dosen, mit einer durch ein Plüssigkeitsventil verschließbaren, in das zu füllende
Gefäß mündenden Flüssigkeitszufuhrleitung, einem in das Gefäß reichenden Zufuhrrohr
für ein Spanngas, einem vom Gefäß ausgehenden zur Atmosphäre durch ein Ventil verbindbaren
Entlastungskanal, bei welchem erfindungsgemäß an die Flüesigkeitszufuhrleitung zwischen
Gefäß und Flüssigkeitsventil eine gasgefüllte Expansionskammer anschließbar ist.
In Ausgestaltung der Vorrichtung wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Expansionskammer
über ein Ventil mit der Atmosphäre verbindbar gestaltet ist. Es ist weiterhin zweckmäi3ig,
wenn die Zuleitung zur Expansionskammer in die Plüssigkei+szufuhrleitung an deren
oberem Ende mündet.
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Anhand der anschließenden Beschreibung sowie der Zeichnungen wird
ein Ausführungsbeispiel-des erfindungsgemäßen Püllverfahrens bzw. Füllelementes
näher dargestellt. In dieser Beschreibung, der Zeichnung und den beigefügten Unteransprüchen
befinden sich weitere erfindungsgemäße Merkmale des Verfahrens und des Füllelementes.
Die Fig. 1 zeigt einen Radialmittellängsschnitt durch das erfindungsgemäße Ventil
und die Entlastungseinrichtung, während die Fig. 2 einen Querschnitt in Höhe der
Linie 11-11 in der Fig. 1 darstellt. Die Fig. 3 ist gleichfalls ein Querschnitt
zur Ansicht gemäß Fig. 1, jedoch in Höhe der Ebene III-lII.-In allen drei Figuren
bedeuten gleiche Bezug3zeienen jeweils die gleichen Binzelheiten.
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Das Füllelement ist mit seinem Ventilgehäuse 1 an der Unterseite eines
kreisförmigen -Ringkessels 2 mittels Schrauben befestigt. Die in Dosen 3 einzufüllende
Plüssigkeit befindet sich im Inneren 4 des hohl ausgebildeten Ringkessels 2 und
steht unter Gasdruck. Der Flüssigkeitsspiegel ist tiefer als die Höhe des freien
Inneren 3 des Ringkessels 2, so daß sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ein Gasraum
erstreckt.
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Auf dem Ventilgehäuse 1 ist eine als Hohlzylinder ausgebildete, als
Zentrier- und Anpreßelement dienende Tulpe 5 gleitend gelagert; sie'ist bei 6 gegenüber
der Außenwand des Gehäuses 1 gedichtet und weist eine Aussparung 7 auf, in die eine
Gabel eingreifen kann - die nicht gezeichnet ist - und mit der eine Abwärts- oder
Aufwärtsbewegung der Tulpe 5 gegenüber dem Ventilgehäuse 1 eingeleitet werden kann.
Die Tulpe 5 ist an ihrer Unterseite 8 mit einem Zentrierkegel 9 versehen. Am Ende
des Zentrierkegels ist eine Dichtung 10 für die Dose 3 angeordnet.
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Die Dose steht auf einer relativ zum Ventilgehäuse 1 ortsfesten Unterlage
11; sie ist in ihrer zum Füllelement zentrierten Stellung über eine halbkreisförmige
Führung 12 arretiert.
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Die Führung 12 kann gegebenenfalls mit einer Unterdruckleitung zum
Halten der Dose 3 während des Füllvorganges verbunden sein, deren zur Dose weisender
Anschluß mit einem sich der Peripherie der Dose anpassenden Sauger ausgestaltet
ist. Das Ventilgehäuse weist in seinem inneren Bereich ein Innenstück 13 auf, so
daß sich zwischen dem Innenstück 13 und dem Ventilgehäuse 1 ein nahezu ringförmiger
Flüssigkeitskanal 14 ergibt. Dieser
Flüssigkeitskanal ist an einer
Stelle durch eine TTerbindungsbrücke zwischen den Teilen 1 und 13 unterbrochen.
Der Durch messer des Flüssigkeitskanals i4 erweitert sich in seinem unteren Bereich
15 durch einen Kegel 16, so daß der Flüssigkeitsstrahl an die Innenwand der Dose
3 gelenkt wird und dort möglichst laminar auf den Boden heruntergleitet.
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Das Ventilgehäuse 1 weist in seinem Inneren eine Stufe 17 auf, die
gleichzeitig obere Begrenzung des Innenkörpers 13 ist. Da dort der Spalt des Flüssigkeitskanals
14 mündet, und auch dort abgedichtet werden muß, ist oberhalb der Stufe 15 eine
Ringdichtung 18 angeordnet, die über ein mit Bohrungen 19 versehenes Rohr 20 auf-
und niederbewegt werden kann. Auf dem Rohr 20 ist eine Druckfeder 21 angeordnet,
die zwischen dem Inneren des Ringkessels 2 und einem nicht dargestellten Bund auf
dem Rohr 20 verspannt ist. Der Innenraum und der Außenraum 22 des Rohres 20 stehen
mit dem Inneren 4 des Flüssigkeitsraumes im Ringkanal 2 in Verbindung. Im Inneren
des Innenstückes 13 ist ein Gasrohr 23 angeordnet, das an seinem unteren Ende ein
Außengewinde 24 trägt, auf dem eine Mutter 25 sitzt. Zwischen der Mutter 25 und
einem Bund 26 auf dem Gas rohr ist ein Schenkel 27 eines Bügels 28 befestigt. Der
Bügel ist mit seinem anderen Schenkel 29 mittels einer Schraube 30 mit der Tulpe
5 verbunden.
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Das Gasrohr 23 reicht in den Innenraum 31 eines Luftkanalrohres fl,
das oben in das Innere des Gasraumes des Ringkessels 2 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
mündet, so daß das Innere des Gas rohres 31 mit dem Gasraum im Inneren des Ringkanals
2 in Verbindung steht. Im Gaskanalrohr 32 ist ein nicht dargestelltes Luftventil
angeordnet.
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Der Bügel 28 ist so angeordnet, daß er in seiner Stellung zum Mittelpunkt
der Füllmaschine hin weist, wenn sämtliche Füllelemente kreisförmig angeordnet sind.
In dem Mantel 33 des Ventilgehäuses 1 und im Innenmantel 34 der Tulpe 5 sind kreisringförmige
Ansätze 35 und 36 vorgesehen, die eine Druck kammer 7 bilden. Die zylinderförmige
Druckkammer ist über einen Kanal 38 mit dem Innenraum der Dose 3 verbunden. Über
einen weiteren Entlastungskanal 39 ist die Druckkammer mit einem normalerweise geschlossenen
Ventil 40 verbunden. Das Ventil ist im Ruhezustand geschlossen, es besteht aus einem
Ventilsitz 41 und einem unter der Wirkung einer Feder 42 in den Sitz gepreßten Ventilkörper
43. An den Ventilkörper ist ein Nocken 44 angeschlossen, der über den äußeren Durchmesser
45 des kreisringförmigen Püllerkessels hinausragt und von einer Nockenbahn eingestoßen
werden kann. Der Flüssigkeitsringkanal zwischen Ventilsitz 17 und Mündung 16 ist
in seinem oberen Bereich 46, also in der Nähe des Ventilsitzes 17, mit einer Querbohrung
47 versehen. Die Querbohrung liegt hinter der Zeichenebene gemäß Fig. 1. Die Querbohrung
ist mit einer Expansionsleitung 48 verbunden, die hinter der Leitung 39 liegt.
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Die xpansionsleitung mündet über eine schrägliegende Bohrung 49 in
einer Expansionskammer 50. Die Expansionskammer 50 sowie sämtlicne Verbindungsleitungen
47, 48, 49 der Kammer mit dem oberen Bereich der Ringkanalleitung 14 sind luft-
bzw. gasgefüllt. In der Expansionskammer 50 ist eine Druckfeder 51 eingespannt,
die einen Ventilkörper 52 gegen einen Sitz 53 drückt.
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Der Ventilkörper 52 weist ein Verlängerungsstück 54 auf, das über
das Zwischenstück 55,die die alle in einer durchgehenden Bohrung 56 des Ventiles
40 gelagert sind, durch den Nocken 44
verschoben werden kann. Damit
ist der Innenraum der Expansionskammer 50 mit der Atmosphäre verbindbar. Diese Verbindung
geschieht über die Ausgleichsöffnung 54 sowie Ausnehmungen auf dem Nocken 44,dem
Zwischenstück 55, der Verlängerung 54 sowie dem Ventilkörper 52. Durch diese Ausnehmungen
sowie die Bohrung 56 werden Kanäle gebildet, so daß Luft durch die Ausgleichsöffnung
57 sowohl in die Expansionslammer 50 als auch in den Entlastungskanal 39 strömen
kann.
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Die Funktion des eben beschriebenen Füllelementes ist folgende: Im
Ruhezustand ist das Flüssigkeitsventil, bestehend aus dem Ventilgehäuse 1, dem Innenstück
13, der Dichtung 18 und dem Rohr 20, geschlossen, so daß keine Flüssigkeit austreten
kann.
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Der Ringkanal 14 sowie die Kanäle 38, 39, die Druckkammer 37 sowie
die Kanäle 47, 48, 49 und die Expansionskammer 50 enthalten Luft unter atmosphärischem
Druck. Die Ventile 41, 43 sowie 52, 53 sind geschlossen. Von einem nicht dargestellten
Förderer wird eine leere und offene Bierdose 3 angeliefert und auf die Unterlage
11 gebracht und von der Führung 12 relativ zu dem Füllelement zentriert. Von diesem
Zeitpunkt an findet zwischen Füllelement und Dose keine Relativbewegung statt, beide
Teile führen aber eine kreisförmige Bewegung auf der gesamten Füllmaschine aus.
Von der vorhin erwähnten, nicht dargestellten Gabel, die in die Ausnehmung 7/der
Tulpe 5 eingreift, wird diese veranlaßt, eine Abwärtgbewegung durchzuführen und
auf die Dose 3 aufzusetzen. Sowie das geschehen ist, wird über eine nicht dargeotellte
Steuerung das Ventil im Rohr 32 geöffnet,
so daß über die Gasrohre
32 und 23 Gas vom Innenraum 4 des Ringkessels 2 in das Innere der Dose 3 gelangt.
Damit stellt sich im Inneren der Dose 3, im Flüssigkeitsringkanal 14, in den Kanälen
38, 39 sowie der Druckkammer 37, weiterhin in den Kanälen 47, 48, 49 sowie in der
Druckexpansionskammer 50 der gleiche Druck ein; dadile diese Räume miteinander in
Verbindung stehen.
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Nach erfolgtem Druckausgleich öffnet das Flüssigkeitsventil 17, 18
selbsttätig unter der Wirkung der Feder 21, so daß die Flüssigkeit, vorzugsweise
Bier, aus dem Innen- bzw. Außenraum 22 um das Rohr 19 durch den Flüssigkeitsringkanl
14 und dessen Mündung 16 in die Dose gelangt und diese soweit füllt, bis der Plüssigkeitsspiegel
das Mundstück des Gasrohres 23 erreicht.
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Der Vordruck bleibt hierbei erhalten. Das Gas entweicht aus der Dose
über das Gasrohr 23 sowie den Innenraum 31 des Luftkanalrohres 32. Eine weitere
Füllung ist nicht mehr möglich, da wegen der abgeschlossenen anderen Ventile die
in dem Dosenoberteil befindliche Luft oder das Gas nicht mehr entweichen kann. Durch
eine nicht dargestellte Steuerung wird das Luftventil in dem Luftrohr 32 und das
Flüssigkeitsventil 17, 18 mechanisch geschlossen, 90 daß der Innenraum der Dose
vollständig gegenüber dem Innenraum des Ringkanals 2 und der Außenluft abgesperrt
ist. Danach wird der Nocken 44 von einer nicht dargestellten Kurvenscheibe nach
innen bewegt, so daß der Ventilkörper 43 gegen die Wirkung der Feder 42 von dem
Sitz 41 abhebt. Damit ist der Innenraum der Dose 3 über die Kanäle 38 und 39 sowie
die Druckkammer 37 mit dem Inneren der Bohrung 56 verbunden, die andererseits über
die Ausnehmungen in dem Nocken 44
mit der Atmosphäre über die Ausgleichsöffnung
57 druckmittelmäßig verbunden ist. Damit entweicht der Überdruck aus den eben geschilderten
Räumen über die Ausgleichs öffnung 57 ins Freie, so daß sich in der Dose atmosphärischer
Druck einstellt.
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Da das Ventil 52, 53 der Expansionskammer 50 nach wie vor geschlossen
ist, wiSt der Gasdruck in dieser Kammer über die Leitungen .47, 48 und 49 auf den
Flüssigkeitsringkanal 14 ein, der ja noch voller Flüssigkeit ist. Als Folge davon
wird durch die schlagartige Entlastung des Doseninnenraumes der in der Expansionskammer
und in den zugehörigen Leitungen herrschende Druck über den Rlüssigkeitsringkanal
14 entspannt. Als Folge davon wird die in dem Ringkanal befindliche Flüssigkeit
in die Dose abfließen. Es kann danach zweckmäßig sein, den Nocken 44 von der nicht
dargestellten Steuerscheibe noch weiter einwärts zu bewegen, so daß der Ventilsitz
43 das Zwischenstück 55 berührend soweit nach innen fährt, daß beide Teile auf die
Verlängerung 54 des Ventilkörpers 52 drücken, so daß auch dieser Ventilkörper von
seinem Sitz 53 gegen die Wirkung der Feder 51 abgehoben wird. Damit ist auch der
Ringkanal 14 völlig entlastet und mit der Atmosphäre über die Ausgleichsöffnung
57 und das Innere der Bohrung 56 verbunden. Anschließend wird die Tulpe 5 nach oben
gefahren, die Dose vom Füllelement abgezogen. Es werden weiterhin die Ventile 52,
53 sowie 41, 43 geschlossen, indem die Steuerscheibe ein solche Ausbildung erfährt,
daß der Nocken 44 unter Wirkung der Federn 42 und 51 wieder aus seiner eingedrückten
Stellung herausfährt.
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Damit ist der Ausgangszustand wiederhergestellt, so daß eine neue
Dose angeliefert und gefüllt werden kann.
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Gemäß einer konstruktiven Variante des Erfindungsgedankens kann man
die Expansionskammer auch so gestalten, daß man in ihr einen gegen eine Stellfeder
gelagerten Kolben vorsieht. Die' ist dann zweckmäßig, wenn die Expansionskammer
nicht gasgefüllt ist, sondern ein nicht kompressibles Medium enthält.
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Ansprüche