DE2727446A1

DE2727446A1 - Verfahren zum abfuellen von fluessigkeiten in behaelter

Info

Publication number: DE2727446A1
Application number: DE19772727446
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Borstelmann
Original assignee: Holstein und Kappert Maschinenfabrik Phonix GmbH
Current assignee: Holstein und Kappert Maschinenfabrik Phonix GmbH
Priority date: 1977-06-18
Filing date: 1977-06-18
Publication date: 1979-01-04
Also published as: US4146065A; BR7803745A

Description

■■ · . r·- »ι . .. . «. 15. Juni 1977

Holstein und häpperi · Aktiengesellschaft ι οι ο/π

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Verfahren zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Behälter

Diu trfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Behälter wie Flaschen und dgl. mit einer rotierenden Füllmaschine, wobei in dem zu füllenden Gefäß während des Füllvorganges unterschiedliche Drücke eingestellt werden, derart, daß der Anlauf der Flüssigkeit bei Gleichdruck im Flüssigkeitsbehälter und in dem zu füllenden Gefäß auf Grund des geodätischen Gefälles erfolgt und darauf der Druck in dem Gefäß reduziert wird.

Bei einem bekannten Füllventil nach dem DT-GBM 1.968.011 befindet sich in der Rückgasleitung, welche zum Gasruum des Kessels führt, ein Ventil, welches eine Verbindung dieses Kanals mit der Atmosphäre gestattet. Die Steuerung dieses Ventils wird durch in der Bewegungsbahn des Ventilstößels angeordnete feste Anschläge bewirkt. Bei diesem als Langrohrventil ausgelegten Füllorgan wird nach Anpressen eines Gefäßes der Gleichdruck zwischen dem Flüssigkeitskessel und der Flasche hergestellt. Sobald dieser aufgebaut ist, öffnet sich das Ventil und die Flüssigkeit fließt auf Grund des geodätischen Gefälles in die Flasche ein. Zusätzlich ist eine Vorrichtung vorgesehen, die es erlaubt, einen Differenzdruck zu schaffen, der eine erhöhte Einlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit in die Flasche zuläßt. Dabei wird der bei normaler Füllung mit dem Flüssigkeitskessel verbundene Rückgaskanal durch öffnen des in diesem befindlichen Ventils mit der Atmosphäre verbunden. Dadurch entsteht ein erheblicher Druckunterschied, der ein schnelles Einschießen der Flüssigkeit bewirkt. Das Ventil selbst wird durch außerhalb des Füllmaschinendrehkreises angeordnete Steuerbahnen beeinflußt. Sobald nun die Füllmaschine aus irgendwelchen Gründen langsamer dreht bzw. stoppt und wieder anläuft, kann keine gezielte Umsteuerung dieses Ventils vorgenommen

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werden, so daß die Schnell füllung bis zum eigentlichen Abschluß des gesamten Füllvorganges aufrechterhalten bleibt. Dieses führt jedoch zu erheblichen Nachteilen, zumal dadurch ein großer Teil von Flüssigkeit in die weitverzweigten Kanäle schießt und eine exakte Füllhöhenbestiüimung, die grundsätzlich notwendig ist, nicht mehr erreicht werden kann. Dieser Nachteiltritt nicht nur bei einem kurzfristigen Stillstand dieser rotierenden Füllmaschine ein, sondern auch bei deren Aus- und Anlaui. M^n hat deshalb zur Verringerung dieses Übels die Steüerbuhnen für das jeweilige Atmosphürenventil ausschwenkbar ausgebildet, tine derartige Konstruktion ist jedoch bei den heutigen Umfangsgeschwindigkeiten und Durchmessern derartiger FUllmaschinen nicht mehr denkbar. Dieses ist duruuf zurüVkzu^f uhren, daß bei den entsprechend hohen Leistungen das System zu trüge wirkt und eine exakte Beeinflussung nicht mehr zuläßt. Völlig undenkbar ist eine derartige mechanische HilfsSteuerung bei einer leistungsabhängig geregelten Füllmaschine, welche entsprechend der Durchsatzleistung aller zusammenwirkender Maschinen beeinflußt wird, d. h., in der Drehzahl ständig hoch- und wieder heruntergeregelt wird. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen und der damit durchführbaren Verfahren besteht darin, daß auf Grund der relativ engen Kanäle ständig eine undefinierbare Drosselwirkung durch mitgerissene FlUssigkeitspartikel hervorgerufen wird, so daß die Druckdifferenzen unterschiedlich sind und eine ungenaue Füllung hervorgerufen wird. Dieses tritt auch dann ein, wenn man zur Bestimmung des Differenzdruckes Drosseln in die Rückgas- bzw. Rückluftleitungen eingliedert, sobald Schaumblasen insbesondere bei Ci^-haltigen Flüssigkeiten und/oder Flüssigkeitsreste den vorgegebenen Drosselspalt verändern.

Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, die Nachteile der bisher bekannt gewordenen Ventiltypen zu beseitigen und eine zeitlich steuerbare Schnellfüllung sicherzustellen, die unabhängig von den Druckverhältnissen

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in einem System vorbestimmbar ist und innerhalb einer ebenfalls zeitlich vorbestimmbaren Periode vollzogen werden kann, ohne daß dabei Störungen, die dorch An- und Auslauf einer Füllmaschine bzw. Füllunterbrochuncjer> auftreten, einen Einfluß auf die vorgewählte Schnellfüllzeit ausüben, d. h., ein weiteres Ausdehnen der Schnellfüllphase über ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen hinaus eintritt. Dabei soll aus von außen beeinflußbare Steuerbahnen möglichst verzichtet werden, wie auch darauf, daß innerhalb der einzelnen Ventile besondere Steuerventile oder Steuereinrichtungen jeweils einzeln angeordnet sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung beχ einem Verfahren zum Abfüllen von Flüssigkeiten der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Druck in dem zu füllenden Gefäß nach Füllbeginn innerhalb eines vorbestimmbaren Zeit- und/oder Volunienabschnittes reduziert und nach Ablauf des Zeitbzw, bei Erreichen des Volumenabschnittes und vor Ende des eigentlichen Füllvorganges unabhängig von der jeweiligen Umlaufgeschwindigkeit bzw. der Durchsatzleistung der Füllmaschine selbsttätig auf den im System herrschenden Vorspanndruck erhöht wird. In Ausgestaltung der Erfindung wird dabei vorgeschlagen, daß der Druck innerhalb des Ringkanals bei geöffnetem Ventil mit Erreichen einer vorbestimmbaren Füllhöhe bis zur Höhe des Flüssigkeitsbehälterdruckes aufgebaut wird.

Ferner wird vorgeschlagen, daß der Druck innerhalb des Ringkanals bei geöffnetem Ventil nach Unterschreiten einer vorbestimmbaren Durchsatzleistung der Füllmaschine innerhalb eines vorwählbaren Zeitabschnittes bis zur Höhe des Flüssigkeitskesseldruckes aufgebaut wird.

Als Variante wird vorgeschlagen, daß die Füllgeschwindigkeit innerhalb eines vorbestimmbaren Abschnittes erhöht und vor Beendigung der eigentlichen

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Befüllung durch Druckerhöhung innerhalb des Ringkanals auf die durch das geodätische Gefälle vorbestimmbare Geschwindigkeit reduziert wird.

In selbständiger Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich die Füllmaschine .:i»r Durchfuhrung des Verfahrens mit einem Flüssigkeitsringkessel und mit diesem verbundene Füllorgane mit einer Flüssigkeitzuleitung und einer Rückgasleitung sowie einem von dem Füllraum nach außen geführten Entlastungskanal dadurch aus, daß an dem Ringkessel ein an sich bekannter Ringkanal angesetzt ist, dessen Innendruck gegenüber dem im Ringkessel herrschenden Vorspanndruck reduziert und höher als der Atmosphärendruck ist und von dem durch das Füllorgan und ein mit dem verbundenes Gefäß gebiJdetcn Füllraum eine ventilgesteuerte Abzweigleitung in diesen Ringkanal führt, wobei der Ringkanal mit einer von außen beeinflußbaren Druckrcgoleinrichtung ausgestattet ist.

Eine bevorzugte Steuerung zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß im Bereich des den Schnellfüllabschnitt der rotierenden Füllmaschine bildenden Kreisbogens die Füllhöhe abtastende Füllhöhenkontrollelemente angeordnet sind, deren bei Erreichen einer vorbestimmbaren Füllhöhe ausgelöster Steuerimpuls auf die mit dem Ringkanal verbundene Druckregeleinrichtung im druckerhähenden Sinne einwirkt.

Ferner wird vorgeschlagen, daß mit dem Ringkanal eine in Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit steuerbare Druckregeleinrichtung verbunden ist.

Zur Erfindung gehört auch, daß der Impuls mittels mit dem Schaltelement der Druckregeleinrichtung in Wirkungsverbindung bringbaren Näherungsinitiatoren Übertragen wird.

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Schließlich wird vorgeschlagen, daß der als Druckkammer geringen Druckes ausgebildete Ringkanal mehrgeteilt ist und jeder Teilabschnitt unabhängig voneinander mit der und/oder einer Druckregeleinrichtung in Verbindung steht.

Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispieles näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des Ventils bzw. eines Teils der Füllmaschine,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Füllmaschine und Fig. 3 einen teilweisen Querschnitt gemäß Fig. 2.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel besteht die Füllmaschine aus einem rotierenden Flüssigkeitsringkessel 1 mit daran angesetzten FUllorganen 2, deren eigentliches Füllrohr 3 nach unten ragt und in eine Flasche 4 einführbar ist. Das Füllrohr 3 ist mit einem Steuerkopf 5 fest verbunden. Dieser bildet auch den Ventilsitz 6, auf dem ein Ventilkörper 7 ruht, der in axialer Richtung verstellbar ist. Innerhalb des Ventilkörpers ist ein Gasventil 8 mit einer nach außen geführten Steuerstange 9 angeordnet. Der Ventilkörper wird durchsetzt von einer Vor- und Rückgasleitung 10, die in einem Schwimmergehäuse 11 mündet, von welchem die Vor- und Rückgasleitung bis in den Gefäßraum führt. Dazu ist das Füllrohr 3 mit einem Anschnitt 12 versehen, der gleichzeitig die eigentliche Füllhöhe bestimmt. Auf dem Füllrohr 3 ist in axialer Richtung ein Zentrierelement 13 mit einer Abdichtung 14 geführt. Dieses bildet mit dem angepreßten Gefäß und dem Steuerkopf 5 einen zur Atmosphäre hin abgedichteten Raum 15, der wiederum mit einer Entlastungsbohrung 16 und einem Entlastungsventil 17 in Verbindung steht, überdies ist in dem Steuerkopf 5 ein weiteres Ventil 18 angeordnet,

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von welchem eine Leitung 19 in einen zusätzlich am Ringkessel 1 angeordneten Ringkanal 20 führt. Eine weitere Leitung 21 verbindet den Ventilraum ■it den Raun 15 bzw. den Flaschenraum. In dieser nicht weiter dargestellten Leitung kann zusätzlich ein Schwimmerventil zur Vermeidung des Überleitens von Flüssigkeit aus dem Raum 15 in den Ringkanal 20 eingegliedert sein.

Der Druck innerhalb des RingkanaLs 20 ist gegenüber dem im Ringkessel 1 herrschenden Druck reduziert. Die jeweiligen Druckverhältnisse werden in Abhängigkeit von dem abzufüllenden Getränk eingestellt. Der im Ringkanal herrschende Druck ist jedoch höher als der Atmosphärendruck.

Die Vorbereitungen zur Durchführung des Füllvorgangos werden durch Öffnen des GasventiJ.es 8 eingeleitet. Dies geschieht dadurch, daß ein nicht weiter dargestelltes Steuerritzel, welches im Ringkanal 1 gelagert ist, während des (Anlaufs dieses Kessels gegen ortsfeste Steuerelemente anläuft und die Steuerstange 9 anhebt. Dadurch wird zwischen dem Gefäß und dem Ringkessel 1 ein Gleichdruck hergestellt, der den unter Federdruck stehenden Ventilkörper 7 öffnet. In gleichen Moment fließt die Flüssigkeit entsprechend dem geodätischen Gefälle in das Gefäß ein. Sobald nun eine gewisse Vorfüllung der Flasche vorgenommen worden ist, wird das im Steuerkopf 5 angeordnete Zusatzventil 18 geöffnet und eine Verbindung mit dem unter geringerem Druck stehenden Ringkanal 20 hergestellt. Auf diese Weise entsteht ein Differenzdruck, der ein schnelleres Einfließen der Flüssigkeit gestattet. Diese SchnellfUliphase darf jedoch insbesondere bei CO^-haltigen Getränken nicht bis zum Abschluß des eigentlichen Befüllungsvorganges andauern, da sonst auf Grund der mit erhöhter Geschwindigkeit einfließenden Flüssigkeit Gasentbindungen stattfinden, die eine ungenaue Füllung verursachen. Darüber hinaus wUrden FlUssigkeitsteilmengen bis in die Leitungen des Steuerkopfes gelangen und dadurch den Füllspiegel nach 'Entlasten des vorgespannten Rau-

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mes 15 undefinierbar beeinflussen. Hierdurch wurden die eingangs geschilderten Vorteile, welche sich durch die zusätzliche Eingliederung einer Druckkammer mit konstantem Druck ergeben, wieder zunichte gemacht. Es ist deshalb notwendig,diese Schnellfüllphase innerhalb eines vorbestimmbaren Zeit* abschnittes durchzufuhren, da bei Eingliederung einer am Umfang der rotierenden Füllmaschine angeordneten Steuerbahn, die das Ventil 18 kurzzeitig betätigt, ein vorbestimmbarer Zeitabschnitt nur dann erreicht werden kann, wenn ständig etwa gleiche Durchsaizltistungen bzw. Umlaufgeschwindigkeiten vorherrschen. Dieses ist jedoch nicht immer möglich. Durch sich ändernde Bedingungen der vor- oder nachgeschalteten Behandlungsmaschine werden häufig unterschiedliche Durchsatzlei stungen von der Füllmaschine gefordert.

Unter normalen Bedingungen wird der Abschluß der Schnellfüllphase eingeleitet, sobald die Steuerbahn 22 von dem Steuerbolzen 18' des Ventils 18 durchfahren ist und das Ventil schließen kann. Dieses kann auch dadurch erreicht werden, daß die Steuerbahn 22 im Gefahrenmoment außerhalb des Bereiches des Steuerbolzens 18* gebracht wird. Diese Schaltungsweise ist jedoch nur dann von Vorteil, wenn eine plötzliche Unterbrechung des Füllvorganges bzw. ein Stillstand der Maschine festgestellt wird. Unter normalen Bedingungen wird der Druck in dem zu füllenden Gefäß nach Füllbeginn innerhalb eines vorbestimmbaren Zeit- und/oder Volumenabschnittes reduziert und nach Ablauf des Zeit- bzw. bei Erreichen des Volumenabschnittes und vor Ende des eigentlichen Füllvorganges unabhängig von der jeweiligen Umlaufgeschwindigkeit bzw. der Durchsatzleistung der Füllmaschine selbsttätig auf den im System herrschenden Vorspanndruck erhöht. Dies wird zweckmäßig dadurch eingeleitet, daß der Druck innerhalb des Ringkanals bei noch geöffnetem Ventil 18 mit Erreichen einer vorbestimmbaren Füllhöhe bis zur Höhe des Flüssigkeitsbehälterdruckes aufgebaut wird. Zu diesem Zwecke ist der Ringkanal 20 mit einer von außen beeinflußbaren Druckregeleinrichtung 23 aus-

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gestattet. Zur Beeinflussung dieser Druckregeleinrichtung 23 sind im Bereich des den SchnellfUllabschniIt der rotierenden Füllmaschine bildenden Kreisbogens Fullhöhenkontrollelemente 24 angeordnet, deren bei Erreichen einer vorbestimmbaren Füllhöhe ausgelöster Steuerimpuls auf die mit dem Ringkanal verbundene Druckregeleinrichtung im druckerhöhenden Sinne einwirkt bzw. eine Verbindung des Ringkanals mit dem Ringkessel 1 herstellt. Dieses kann auch in Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit der Füllmaschine mit an sich bekannten Mitteln, beispielsweise einem Tachogenerator, geschehen. Dadurch kann der Druck innerhalb des Ringkanals 20 bei geöffnetem Ventil 18 nach Unterschreiten einer vorbestimmbaren Durchsatzleitung der Füllmaschine innerhalb eines vorwählbaren Zeitabschnittes wieder aufgebaut werden. Eine zweckmäßige LinzeJ regeJuncj von Segntentabschnitten läßt sich dadurch erreichen, daß der Ringkanal 20 mehrgeteilt ist und jeder Teilabschnitt unabhängig voneinander mit einer Druckregeleinrichtung 23, die wie vor beschrieben in Tätigkeit gesetzt werden kann, ausgestattet ist. Dabei können die Impulse mittels mit dem Schaltelement der Druckregeleinrichtung 23 in Wirkungsverbindung bringbaren Näherungsinitiatoren 25 übertragen werden.

- 9 - Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

(T) Verfahren zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Behälter wit· Flaschen und dgl. rait einer rotierenden Füllmaschine, wobei in dem zu füllenden Gefäß während des Füllvorganges unterschiedliche Drücke eingestellt werden, derart, daß der Anlauf der Flüssigkeit bei GJ eichdruck i»> i'lüaät)-keitsbehälter und in dem zu füllenden Gefäß auf Grund Av & geodätischen Gefälles erfolgt und darauf der Druck in dem GeTcB reduziere wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem zu füllenden Gefäß nach Füllbeginn innerhalb eines vorbestimmbaren Zeil:- und/oder Volumenabschnittes reduziert und nach Ablauf des Zeit- bzw. bei Erreichen des Volumenabschnittes und vor Ende des eigentlichen FüllVorganges unabhängig von der jeweiligen Umlaufgeschwindigkeit bzw. d»;r Durchsatzleitung der Füllmaschine selbsttätig auf den im System herrschenden Vorspanndruck erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb des Ringkanals bei geöffnetem Ventil mit Erreichen einer vorbestimmbaren Füllhöhe bis zur Höhe des Flüssigkeitsbehälterdruckes aufgebaut wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb des Ringkanals bei geöffnetem Ventil nach Unterschreiten einer vorbestimmbaren Durchsatzleitung der Füllmaschine innerhalb eines vorwählbaren Zeitabschnittes bis zur Höhe des Flüssigkeitskesseldruckes aufgebaut wird.

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4. Vci fühlt;.-! nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die fallgeschwindigkeit innerhalb eines vorbestimmbaren Abschnittes erhöht und vor Beendigung der eigentlichen Befüllung durch Druckerhöhung innerhalb dfcs Ringkuncils auf (Jie dur<. h das geodätische Gefälle vorbestimmbare Ojschwindigkei t reduziert wird.

6. FiiJimasr.hLi* .ur \"nit χ hführung des V·:. fnh .ccns nach der νοΓΐΐι;ΐ9«Ιΐ';·ιι!οϋ ^A.rnprijciifit ur < t-inen ·ii-inicikoitf ι iiiykusscl und mit diesem verbunden* *■'j.f.l.or'»'.;n(» mil einer i lü ·■::it'kei t$;/>ilci l-'-ng und e.iner Rückgaslei tung i'ywi3 eince »on dem iUli.rxatm nach ci/üei» geführt«:?! Entlastungskanal, dadurch gokcnr:·. ι c l· ii e J, ütili an dom Kin;jke£s*7l (1 ) ein on • ic!) hr~«c.f ,π ;.λ ;■ i<ir;tjk -.mir; (<iO; cng< 3r.;.; t tic, dfisfvu Innt .i.ltuck <j!>rjt-:i- ^:iber 'Jt- ?.m K'ingknii^f. J <(> horrschendc··* Vurspanndrc<:k r».· Jo>-ier t und höh ι als c/er A.;muspiiürendri>ck ist und von dem durch das Füllorgan und ein miI dieiom werhundeiu;o Geiüß gebildeten Füilraum (15) eine ventilgeiteuurte Abzweigleitung (21) in diesen Kingkanal (20) führt, wobei dur Kirujkar-uL (2θ) mit einer von außen beeinflußbaren Druckregelein rieh toiuj i?3) ausgestattet ist.

6. r'Ullmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ^n üexcich des den SchnellfUllabschnitt der rotierenden Füllmaschine bildenden Kreisbogens die Füllhöhe abtastende Füllhöhenkontrollelemento (24) angeordnet sind, deren bei Erreichen einer vorbestimmburen Füllhöhe ausgelöster Steuerimpuls auf die mit dem Ringkanal (20) verbundene Druckre-geleinrichtung (23) im druckerhöhenden Sinne einwirkt.

7. Füllmaschine nach Anspruch 5, dadurch g e k e r. η ζ e i c h η e t, daß mit dem Ringkanal (20) eine in Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit steuerbare Druckregeleinrichtung (-23) verbunden ist.

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8. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls mittels mit dem Schaltelement der Druckregeleinrichtung (23) in Wirkungsverbindung bringbaren Näherungsinitiatoren (25) Übertragen wird.

9. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der als Druckkammer geringen Drucke; ausgebildete Ringkanal (20) mehrgeteilt ist und joder Teilabschnitt unabhängig voneinander mit der und/oder einer Druckrc-fleleinrichtung in Verbindung steht.

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