DE2160322A1 - Einrichtung zum Füllen von Behältern mit Flüssigkeit - Google Patents
Einrichtung zum Füllen von Behältern mit FlüssigkeitInfo
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Description
PATENTANWALT DIPL.-PHYS. DR. HERMANN FAY
Farrow and Jackson Limited LONDON, E. 1. England 41-42 Prescot Street
79 Ulm, 1. Dez. 1971 PG/3733 si
Einrichtung zum Füllen von Behältern mit Flüssigkeit.
Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Füllen von Behältern, insbesondere von Flaschen, mit Flüssigkeit,
und beschäftigt sich vor allem mit solchen Fülleinrichtungen, bei welchen das von Hand oder automatisch
erfolgende Ansetzen des Behälters an die Fülleinrichtung mit der Betätigung einer Ventilvorrichtung verbunden ist,
welche es der Flüssigkeit ermöglicht, in den Behälter zu fließen, während Luft aus dem Behälter entweicht· Die Erfindung
kann in verschiedenen Ausführungsformen solcher Fülleinrichtungen verwendet werden. Sie ist besonders geeignet
für Schwerkraft-Unterdruck-Fülleinrichtungen, worunter Fülleinrichtungen zu verstehen sind, bei welchen
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die Luft aus dem Behälter abgesaugt wird, bevor die Flüssigkeit in ihn eintritt. Jedoch kann die Erfindung
auch in Verbindung mit einfachen Schwerkraft-Fülleinrichtungen benutzt werden.
Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine für die Verwendung in Flaschenfülleinrichtungen
geeignete Ventilvorrichtung zu schaffen, die besonders zum Füllen von Miniaturflaschen geeignet ist.
Unter solchen Miniaturflaschen werden Flaschen verstanden, deren Inhalt etwa die Größe von o,o57 Liter
besitzt« Jedoch ist die Erfindung nicht auf Einrichtungen zum Füllen von Miniaturflaschen beschränkt.
Die Erfindung kann auch zum Füllen größerer Flaschen und verschiedener anderer Formen von Behältern verwendet
werden. Sie ist gleichermaßen geeignet für das Füllen von Flaschen und anderen Behältern, ob
diese nun aus starrem Material, wie Glas, oder nachgiebigem Kunststoffmaterial bestehen,.
Gemäß der Erfindung besitzt die Ventilvorrichtung zum Einfüllen einer Flüssigkeit in einen Behälter
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ein sich, abwärts in das Oberteil des zu füllenden Behälters erstreckendes Ventil, bestehend aus einem
rohrförmigen Mittelteil, das an seinem unteren Ende eine Dichtung trägt und nahe der Dichtung eine Öffnung
aufweist, und aus einer Hülse, die an einem unteren Abschnitt des rohrförmigen Mittelteiles zwischen
einer Stellung, in welcher sie unter Verschluß des Ventiles der Dichtung anliegt, und einer das Ventil
voll öffnenden Stellung hin- und herverschiebbar geführt ist, wobei der rohrförmige Mittelteil und
die Hülse einen sich abwärts zwischen ihnen erstrekkenden Durchlaß bilden, der in Bezug auf die Öffnung
so angeordnet ist, daß bei offenem Ventil die Flüssigkeit auf einer Seite der Dichtung durch die eine von
zwei vom Durchlaß und dem rohrförmigen Mittelteil gebildeten Leitungen in den Behälter austritt, wobei
ferner auf der entgegengesetzten Seite der Dichtung durch die andere der beiden Leitungen Luft aus dem
Behälter entweicht, und wobei der untere Abschnitt des Mittelteiles als im wesentlichen starres Konstruktionsglied
ausgeführt ist, das seitlich nachgiebig montiert ist, so daß es sich selbsttätig genau nach
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der hin- und herverschiebbaren Hülse ausrichtet·
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Entlüftung durch das rohrförmige Mittelteil und gelangt
die Flüssigkeit durch den Durchlaß zwischen dem Mittelteil und der Hülse in den Behälter. Hierfür ist
es zweckmäßig, den Durchlaß in zwei Kanäle zu unterteilen , um gute Führungeflächen für die Hüls· und
gleichzeitig ausreichend· Strömungsdurchlässe für
die Flüssigkeit zu schaffen· Ist daher der Querschnitt des die Entlüftung bildenden rohrförmigen Mittelteiles im wesentlichen kreisförmig, um in ein· kreisförmige Bohrung der Hülse hineinzupassen, so können
die Kanäle durch zwei Sehnenflächen gebildet werden, die - im Hierschnitt gesehen - nach einer Seite hin
zueinander konvergieren. Dann zeigt der Querschnitt zwei gebogene Oberflächen, von welchen die ein· im
wesentlichen breiter als die andere ist und beide durch die vorzugsweise ebenen Sehnenflächen verbunden
sind. Die seitliche öffnung befindet sich zentral am
unteren Ende der breiteren gebogenen Oberfläche.
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Es ist zu beachten, daß das die Entlüftung bildende rohrförmige Mittelteil von verhältnismäßig großer
Länge sein muß, da es sich aufwärts in den die Flüssigkeit enthaltenden Vorratstank bis über die Flüssigkeitsoberfläche
erstrecken muß. Wäre daher das die Entlüftung bildende rohrfö'rmige Mittelteil eine
einzige starre Einheit, so würde die Gefahr bestehen,
daß sein unteres Ende nicht genau mit dem Weg der hin- und herverschiebbaren Hülse fluchten würde, was
mit der Gefahr nachteiliger Reibung und nachteiligen Verschleißes verbunden wäre, Aus diesem Grunde ist
nach der Erfindung vorgesehen, daß der untere Abschnitt des die Entlüftung bildenden rohrförmigen
Mittelteiles, auf dem die Hülse hin- und hergleitet, nachgiebig an den darüber liegenden Abschnitt des
rohrförmigen Mittelteiles angeschlossen ist. Zweckmäßig ist daher der untere Abschnitt an seinem oberen
Ende mit einem Flansch versehen, zwischen dem und dem anschließenden Abschnitt des rohrförmigen
Mittelteiles ein Ringkiesen beispielsweise in Form •ines O-Ringes angeordnet ist. Die beiden Abschnitte
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können mit einem gewissen seitlichen freien Spiel gegeneinander durch eine Schraubhülse zusammen gespannt
werden. Somit kann sich der untere Abschnitt des die Entlüftung bildenden rohrförmigen Mittelteiles
selbsttätig entsprechend dem Weg der hin- und hergehenden Hülse ausrichten.
Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher
erläutert; es zeigen;
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ventilvorrichtung
nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig· 3 eine Seitenansicht des Gegenstandes nach Fig«
2 in Richtung des dort eingetragenen Pfeiles D,
Fig· h «ine Seitenansicht des Gegenstandes nach Fig.
2 in Richtung des in Fig· 2 eingetragenen Pfeiles E,
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig, 2, Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 2,
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7 eine Seitenansicht eines anderen Teiles der
Fig· 8 ein Detail der Figo 1 in vergrößertem Maßstäbe
Die in der Zeichnung dargestellte Ventilvorrichtung wird bei Flaschenfülleinriohtungen verwendet, wie sie
beispielsweise in der brit. Patentschrift 1 1o8 831 bezüglich der wesentlichen Eigenschaften beschrieben
worden ist, wobei die Ventilvorrichtung selbst einige der dort erläuterten Eigenschaften aufweist. Bei solchen Einrichtungen befindet sich die in die Flaschen
einzufüllende Flüssigkeit in einem Tank, in dem der Flüssigkeitsspiegel durch ein von einem Schwimmer gesteuertes Ventil konstant gehalten und ein Unterdruck
von ungefähr 76 mm Hg über der Flüssigkeit aufrecht erhalten wird. Eine Anzahl von Ventileinrichtungen
sind am Boden 1 des Tankes in einem Kreise befestigt,
wobei jede dieser Ventileinrichtungen mit einem Belüftungsrohr 2 versehen ist, das sich über den Flüssigkeitsspiegel im Tank erhebt« Eine entsprechende
Anzahl von Greifern zum automatischen Anheben und
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Senken der zu füllenden Flaschen sind in Verbindung mit der Fülleinrichtung auf einem kontinuierlich umlaufenden Vorschub montiert, so daß jede Flasche an
einer gewissen Stelle, beispielsweise von einem geradlinigen Transportband, aufgenommen, während ihres
JLnhebens, Füllens und Ab'senkens herumgeführt und rechtzeitig wieder abgesetzt werden kann, so daß der
Greifer an der genannten Stelle eine weitere Flasche aufnehmen kann·
Jede Ventilvorrichtung enthält einen Körper 3t der
am Boden 1 des Tankes an einer Öffnung montiert ist,
durch welche die Flüssigkeit in einen Raum k des Körpers 3 und von dort durch Öffnungen 5 zum Füllrohr 6
gelangt, in dem die Flüssigkeit außerhalb eines zentralen Entlüftungsrohres 7 abwärts fließt, das axial
im Füllrohr 6 montiert ist und eine Verbindung zwischen dem oberen Entlüftungsrohr 2 und einem unteren
Entlüftungsrohr 8 bildete
Die bisher beschriebenen Teile der Ventilvorrichtung sind alle in Bezug auf den Tank stationär angeordnet.
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Verschiebbar auf der äußeren Oberfläche des Füllrohres 7 ist ein Schieber 9 montiert, an dessen
unterem Ende eine Hülse 1o befestigt ist, durch die hindurch das untere Entlüftungsrohr 8 vorsteht. Der
Schieber 9 und die Hülse Io sind auf der linken Seite
von Figo 1 in ihrer untersten Stellung gezeigt, in welcher das Ventil geschlossen ist. Auf der rechten
Seite sind diese Teile in ihrer obersten Stellung gezeigt, die sich durch den Anschlag eines am
Schieber 9 befindlichen Flansches 11 an einer Fläche
12 des Körpers 3 ergibt. In dieser Stellung ist das Ventil voll geöffnet. Wenn das Ventil geschlossen
vird, liegt das untere Ende der Hülse 1o auf einer Dichtung 13 an, die sich auf einer am Ende des unteren
Entlüftungsrohres 8 befestigten Spitze 14 befindet, wobei die Berührung zwischen der Hülse 1o und
der Dichtung 13 durch eine Druckfeder 15 aufrecht gehalten
wird, die zwischen einer Fläche 16 im Körper
13 und einem Flansch 17 am Schieber 9 angeordnet ist.
Der Schieber 9 ist aus mehreren Konstruktionsteilen aufgebaut und enthält eine innere Hülse 9a aus PoIy-
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tetrafluoräthylen (mit einem härtenden Füller), die
auf dem Püllrohr 6 verschiebbar ist und eine innere Dichtung 18 aufweist. Ferner enthält der Schieber
eine Hülse 9b, an welcher sich der Flansch 11 befindet
und an der die Hülse Io befestigt ist, und schließlich einen äußeren Zylinder 9c, der an seinem
oberen Ende mit einem nach innen gerichteten, auf dem oberen Ende der Hülse 9a aufliegenden Flansch 19
und an seinem unteren Ende mit dem Flansch 17 versehen ist.
Kurz gesagt ist die weiter unten auefiihrlicher beschrieben·
Funktionsweise des Ventiles derart, daß zum Öffnen des Ventiles das Oberteil eines Flaschenhalses
beim Anheben der zu füllenden Flasche gegen eine Gummidichtung 2o amwteren Ende des Schiebers
9 gedrückt wird und dabei den Schieber 9 und die Hülse 1o gegen die Wirkung der Feder 15 anhebt, so daß
der Schlitz 21 in dem unteren Entlüftungsrohr 8 frei gegeben wird. Dadurch gleicht sich durch das untere,
das mittlere und das obere Entlüftungsrohr 8, 7, 2 der Druck in der Flasche dem über der Flüssigkeit im
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Tank an, so daß die Flüssigkeit an der Außenseite des zusammengesetzten Entlüftungsrohres 8, 7 auf
dem durch das Füllrohr 6 und die Hülse 1o bestimmten Weg abwärts laufen und in die Flasche austreten
kann. Es wird darauf hingewiesen, daß das Füllrohr 6 in einen sich verjüngenden Teil 22 des durch
die Hülse 9b gebildeten Durchlasses übergeht und daß dieser sich verjüngende Teil 22 zu der verhältnismäßig
feinen Bohrung der Hülse 1o überleitet· Kunststoffringe 23 verschiedener Dicken können zwischen
die Dichtung 2o und den Flansch 11 eingefügt werden, um die in der Flasche gewünschte Füllhöhe
festzulegen·
Im folgenden soll die Gestalt des unteren Entlüftungsrohre β anhand der Figuren 2 bis 6 näher erläutert werden·
Dieses Rohr hat eine sich axial durch seine gesamte Länge erstreckende Bohrung 2ko Über den größeren
Teil seiner Länge ist es an entgegengesetzten Seiten mit zwei flachen Flächen 25 ausgebildet, die im
Querschnitt unter einem Winkel von 30° zueinander steh
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en (Fig. 5)· Zwischen diesen beiden flachen Flächen
verbleiben daher zwei gewölbte Oberflächen 26, 27, an welchen die Hülse 1o im Gleitsitz geführt ist·
Die flachen Flächen 25 laufen bei 28 (Figuren 2, 3) zu einem zylindrischen Teil 29 am unteren Ende des
Entlüftungsrohres aus. Der Schlitz 21 bildet die Verbindung zwischen der Bohrung Zk und der gebogenen
Oberfläche des Teiles 29 auf der Seite der gewölbten Oberfläche 27.
Das untere Ende der Bohrung Zk ist durch eine Spitze Ik verschlossen, die einen in die Bohrung Zk eingeschraubten
Zapfen (Figo 7) besitzt· Ein zylindrischer Teil 31 dieser Spitze befindet eich zwischen dem Zapfen
3o und einer Ringfläche 32, auf welcher die Dichtung
13 ruht. Der Teil 31 besitzt eine Fläche 33, die unmittelbar der Bodenflache 3k des unteren Entlüftungsrohres
8 anliegt. Die Dichtung 13 kann aus einem Azetatkunstharz bestehen, wie es beispielsweise unter
dem eingetragenen Warenzeichen "Delrin" bekannt ist.
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Es ist zu beachten, daß es im Hinblick auf zu vermeidende Verschmutzungen der Flüssigkeit nicht möglich
ist, ein irgendwie geartetes Schmiermittel zwischen den Flächen 27» 26, 29 des unteren Entlüftungsrohres 8 und der inneren Fläche der hin- und hergehenden
Hülse 1o zu verwenden· Wie alle anderen oben erwähnten Teile (ausgenommen ausdrückliche andere
Hinweise) sind das Rohr 8 und die Hülse 1o aus rostfreiem Stahl hergestellt. Darüber hinaus ist das untere
Entlüftungsrohr 8 hart verchromt. Außerdem hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, das verhältnismäßig
starre untere Entlüftungsrohr 8 so zu montieren, daß es sich gegenüber dem verhältnismäßig
starren mittleren Entlüftungsrohr 7 um einen geringen Betrag nachgiebig verschieben kann und es ihm so möglich
ist, sich selbst so genau wie nur möglich entsprechend der Bohrung der Hülse 1o auszurichten. Zu
diesem Zweck ist das ober· Ende des unteren Entlüftungsrohres 8 mit einem Flansch 38 (Fig. 8) versehen,
über den sich ein kurzer Zapfen 39 erhebt, der in das
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mittlere Entlüftungsrohr 7 hinein ragt. Ein O-Ring
4o aus Gummi ist zwischen den Flansch 38 und das untere Ende des mittleren Entlüftungsrohres 7 eingelegt,
und alle diese Teile sind mit Hilfe einer Innenschulter 41 an einer Hülse 42, die auf das mittlere
Entlüftungsrohr 7 aufgeschraubt ist, zusammengespannt.
Die Nachgiebigkeit des O-Ringes 4o und der lichte Spalt sind so bemessen, daß das untere Entlüftungsrohr
8 eine leicht geneigte Stellung annehmen oder sich geringfügig in horizontaler Richtung
gegenüber dem mittleren Entlüftungsrohr verschieben kann. Dieses Rohr 7 ist im Füllrohr 6 mit Hilfe von
radialen Flügeln 43 starr gehalten und an seinem oberen Ende starr befestigt.
Im Betrieb greift eine zum Füllen angehobene Flasche in ein aus Nylon bestehendes Kunststoffteil 44, das
innen einen konischen Durchlaß aufweist und an vertikalen Stiften 45 befestigt ist, die in im Körper 3
befindlichen Lagern geführt sind. Die Flasche wird durch das Kunststoffglied 44 während des gesamten Füll-
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prozesses zentriert. Nachdem die Hülse 1o den Schlitz
21 freigegeben hat, kann der Unterdruck im Tank Flüssigkeit in den Tank zurückziehen, die sich in den Entlüftungsrohren
am Ende des Füllprozesses der vorhergehenden
Flasche angesammelt hat· Die Verminderung des Druckes in der Flasche ermöglicht es der Flüssigkeit,
innerhalb des Füllrohres 6 und der Hülse 1o abwärts zu laufen. Diese Flüssigkeit strömt abwärts
längs den flachen Flächen 25 des unteren Entlüftungsrohres und tritt oberhalb der Spitze auf einer Seite
derselben in die Flasche aus· Die beiden die Flächen 25 abwärts fließenden geteilten Flüssigkeitsströme
vereinigen sich beim Austritt aus den zusammenlaufenden Teilen 28 dieser Flächen, weil sich das untere
Ende der gewölbten Oberfläche 26 zu einer schmalen Kante 28a (Fig. k) verjüngt. Restliche Luft entweicht
aus der Flasche auf der anderen Seite der Spitze Ik,
strömt durch den Schlitz 21 und aufwärts durch die Entlüftungsrohre 8, 7, 2 in den Tank. Der Füllvorgang
endet, wenn die Flüssigkeit den unteren Rand der Hülse Io in deren oberster Stellung erreicht. Die Flüs-
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sigkeit, welche jedoch noch die Hülse 1o weiter abwärts
fließt, findet nun ihren Weg durch den Schlitz 21 und aufwärts durch die Entlüftungsröhre0 Diese
Flüssigkeit kann ebenso hoch wie der Flüssigkeitsspiegel im Tank steigen· Beim Absetzen der Flasche
wird der Flüssigkeitsstrom in der Hülse Io unterbrochen,
wenn das untere Hülsenende die gebogen auslaufenden Enden 28 der flachen Flächen 25 erreicht.
Es kommt zur endgültigen Abdichtung, wenn sich der untere Hülsenrand die Dichtung 13 aufgesetzt hat.
Wird die Vorrichtung für einfache Schwerkraftfüllung,
also ohne Ausnutzung eines Unterdruckes oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Tank verwendet, so erfolgt
das Füllen jeder Flasche langsamer, weil kein Druckunterschied existiert, der Restflüssigkeit aus dem
Entlüftungsrohr beseitigen könnte. Statt dessen stünt die im Entlüftungsrohr verbleibende Flüssigkeit unter
der Wirkung der Schwerkraft abwärts in die Flasche und baut dort einen geringen Überdruck auf, sobald
der Schlitz 21 durch Heben der Hülse 1o freigegeben wird. 1st auf diese Weise das Entlüftungsrohr
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frei gemacht, kann der normale Füllvorgang stattfinden,
bei dem die Flüssigkeit auf der Außenseite des unteren Entlüftungsrohres 8 abwärts läuft und die
Luft auf der Innenseite des Entlüftungsrohres aus
der Flasche entweicht.
Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung ist zum Füllen von Miniaturflaschen bestimmt, die beispielsweise
ein Fassungsvermögen von o,o47 oder ofo57
Litern besitzen. Der Durchmesser der Spitze 14 ist
in diesem Ausführungsbeispiel etwa 8,6 mra0
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Claims (1)
- AnsprücheVentilvorrichtung zum Einfüllen einer Flüssigkeit in einen Behälter, mit einem sich abwärts in das Oberteil des zu füllenden Behälters erstreckenden Ventil, bestehend aus einem rohrförmigen Mittelteil, das an seinem unteren Ende eine Dichtung trägt und nahe der Dichtung eine Öffnung aufweist, und aus einer Hülse, die an einem unteren Abschnitt des rohrförmigen Hittelteiles zwischen einer Stellung,in welcher sie unter Verschluß des Ventiles der Dichtung anliegt, und einer das Ventil voll öffnenden Stellung hin- und herverschiebbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Mittelteil (7, 8) und die Hülse (lo) einen sich abwärts zwischen ihnen erstreckenden Durchlaß (25» 1o) bilden, der in Bezug auf die Öffnung (21) so angeordnet ist, daß bei offenem Ventil die Flüssigkeit auf einer Seite der Dichtung (13) durch die209828/0580eine von zwei vom Durchlaß (25, 1o) und dem rohrförmigen Mittelteil (7, 8) gebildeten Leitungen in den Behälter austritt, daß auf der entgegengesetzten Seite der Dichtung durch die andere der beiden Leitungen Luft aus dem Behälter entweicht» und daß der untere Abschnitt (8) des Mittelteiles als im wesentlichen starres Konstruktionsglied ausgeführt ist, das seitlich nachgiebig montiert ist, so daß es sich selbsttätig genau nach der hin- und herverschiebbaren Hülse (io) ausrichtet.2ο Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das rohrförmige Mittelteil (7, 8) die Entlüftung erfolgt und durch den Durchlaß zwischen dem Mittelteil und der Hülse die Flüssigkeit in den Behälter gelangt.3· Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Mittelteil in seinem unteren Abschnitt (8) an seiner äußeren20982 0/05802 1 r ί ι ·"> - 2o -Oberfläche mit Flächen (25), die zwischen sich und der Hülse (lo) zwei Kanäle bilden, in die der Durchlaß unterteilt ist, und zwischen dem Mittelteil und der Hülse mit Führungsflächen (26, 27) versehen ist, die zwischen dem Kanälen des Durchlasses liegen, und zwar eine auf derjenigen W Seite des rohrförmigen Mittelteiles, auf der dieFlüssigkeit austritt, und die andere auf derjenigen Seite des Mittelteiles, auf der sich die öffnung befindet.k, Ventilvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschnitt (8) des rohrförmigen Mittelteiles im wesentlichen kreisrund ist und in eine kreisförmige Bohrung der »Hülse (lo) paßt, wobei die Flächen (25) durch zwei Sehnenflächen gebildet werden, die - im Querschnitt gesehen (Fig. 5) - zu der Seite hin aufeinander zulaufen, an der die Flüssigkeit austritt, und wobei der Querschnitt zwei gewölbte Oberflächen zeigt, von welchen die eine (27) im209828/0 5 80wesentlichen breiter als die andere (26) ist und beide durch die Sehnenflächen verbunden sind ο5· Ventilvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Führungsfläche (26) auf der Seite, an der die Flüssigkeit austritt, am unteren Ende zu einer schmalen Kante (28a) verjüngt, so daß die durch die beiden Kanäle des Durchlasses abwärts laufenden Flüssigkeitsströme sich beim Austritt aus dem Ventil vereinigen.Ventilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Mittelteil einen im wesentlichen starren oberen Abschnitt (7) aufweist, an den der untere Abschnitt (8) nachgiebig angeschlossen ist, der dazu an seinem oberen Ende mit einem Flansch (38) versehen ist, zwischen dem und dem oberen Abschnitt (7) sich ein Ringpolster (ko) befindet, über das die beiden gegeneinander ein gewisses seitliches2 0 9 8 2 R / 0 5 8 0freies Spiel besitzenden Abschnitte (7, 8) mittels einer Schraubhülse (42) zusammen gespannt sind ο20982 η /0580ORIGINAL INSPECTED
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