DE3842578A1 - Fuellmaschine zum abfuellen von fluessigkeiten in gefaesse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllmaschine zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Gefäße, insbesondere zum Abfüllen von Getränken in Flaschen, Dosen und dgl., mit einer definierten Füllmenge und/oder -höhe, bestehend aus einer Vielzahl von am Füllmaschinenrotor angeordneten Füllventilen mit einem gegen die Gefäße gerichteten Füllstutzen mit Flüssigkeitsaustrittskanal.

Füllmaschinen dieser Art sind vorzugsweise als Rundläufermaschinen ausgebildet und besitzen an ihrem rotierenden Füllmaschinenkessel eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Füllventilen, denen die Gefäßmündungen zugeführt werden. Die Füllventile selbst arbeiten mechanisch, d. h. sie werden durch von außen betätigbare Steuerelemente geöffnet und geschlossen. Der Ventilkörper selbst öffnet bei einem Gleichdruck zwischen dem Innenraum des Gefäßes und des Füllmaschinenkessels. Diese Arbeitsweise wird bei den klassischen Vorevakuierungsfüllern mit Rückgasrohr und/oder Füllrohr verwendet, wobei die Flüssigkeit nach Evakuieren der Flasche und Vorspannen ihres Innenraumes auf den im Füllmaschinenkessel herrschenden Druck durch automatisches Öffnen des Füllventils befüllt wird. Sobald die abzu­ füllende Flüssigkeit in der Flasche die Öffnungsbohrung des Rückgasrohres erreicht, wird diese durch den Flüssigkeitsspiegel automatisch geschlossen, so daß ein weiterer Gasaustausch durch diese Rückluft- bzw. Rückgasbohrung nicht mehr stattfinden kann. Damit ist der Füllvorgang beendet. Anschließend erfolgt die Entlastung des in der Flasche anstehenden Überdrucks gegenüber der Atmosphäre, wobei besondere Kanäle vorgesehen sind, die den Raum der Flasche oberhalb des Flüssigkeitsspiegels mit der Außenluft in Verbindung setzen. Derartige Füllmaschinen bzw. Füllventile haben sich in einem sehr starken Maße durchgesetzt. Sie sind beispielsweise bekannt durch die DE-OS 27 27 723 und die DE-OS 27 27 724. Neben diesen Füllmaschinen sind weitere Füllmaschinen bekannt geworden, deren Füllelemente mit einem aus dem Füllelementkörper nach unten in das angepreßte, zu füllende Gefäß ragenden Füllrohr und einem im Bereich des Füllrohres angebrachten Schaltorgan ausgestattet sind. Dieses dient zum Steuern des im Inneren des Füllelementes angeordneten Flüssigkeits­ ventils in Schließstellung bei Erreichen einer bestimmten Füllhöhe im Gefäß. Dabei ist das Schaltorgan ein an der Außenseite des Füllrohres angebrachter, gegenüber dem Füll­ rohr elektrisch isolierter elektrischer Leiter. Hierbei dient die aufsteigende Flüssigkeit als Leitelement und schließt somit einen Kontakt zur Ansteuerung des zugeordneten Ventilschließelements. Die Flüssigkeit ist dabei als galvanischer Leiter anzusehen. Insbesondere bei der Abfüllung von verschiedenartigen Flüssigkeiten bestehen unterschiedliche Leitfähigkeitsmerkmale, die demzufolge auch eine erhebliche Beeinflussung des betreffenden Schließvorganges ausüben. Andererseits sind insbesondere bei schäumenden Flüssigkeiten bereits im Schaumbereich entsprechende Leitfunktionen möglich, so daß die vorgenannte Methode mit erheblichen Mängeln behaftet ist, die nur durch erhebliche technische Anstrengungen und entsprechend komplizierte Ventilausgestaltungen ausgeräumt werden können. Derartige Füllventile sind beispielsweise aus der DE-OS 30 01 099 bekannt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Füllmaschine bzw. ein Füllventil der vorgenannten Art derart auszubilden, daß die Ansteuerung des eigentlichen Ventilkörpers unabhängig von der Leitfähigkeit der abzufüllenden Flüssigkeit ausgeführt werden kann und physikalische Bedingungen auszunutzen, die eine besonders exakte Ermittlung des Flüssigkeitsspiegels und eine eindeutige Trennung zwischen Medium Luft und Flüssigkeit zulassen. Dabei soll gleichzeitig eine wesentliche Vereinfachung der erforderlichen Schaltelemente gegeben sein.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einer Füllmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Flüssigkeitsaustrittskanal eine definierte Durchflußöffnung mit definierter Strömung aufweist und innerhalb dieser Durchflußöffnung und/oder des Flüssigkeitskanals ein überhitztes Widerstandselement angeordnet ist, welches von der Flüssigkeit beeinflußbar ist und durch Ansteuerung eines Mikroprozessors und/oder Steuergerätes die abzufüllende Flüssigkeitsmenge und/oder Höhe bestimmt.

In eigenständiger Ausbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß die definierte Durchflußöffnung als eine sich vom normalen Flüssigkeitsaustrittskanal abhebende Öffnung ausgebildet ist und mit einem die Durchflußmenge ermittelnden Widerstandselement ausgestattet ist.

Als besonders zweckmäßig wird dabei in ebenfalls selbständiger Ausbildung der Erfindung bei einer Füllmaschine der bekannten Art das Ansteuersignal einem Mikroprozessor zugeleitet, welcher in Abhängigkeit von den vorbestimmbaren Beeinflussungsgrößen das Schließen des Flüssigkeitsventils durch Ansteuerung einer Schließvorrichtung bestimmt.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergehen aus den weiteren Ansprüchen.

Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung ist die eingangs gestellte Aufgabe in besonders vorteilhafter Weise erfüllt. Durch die während des Befüllungsprozesses innerhalb des Behälters und/oder des Füllstutzens herrschende Temperatur der Umgebungsluft und der abzufüllenden Flüssigkeit kann die betreffende Wärmeleitfähigkeit exakt gemessen werden, wobei selbst die hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Vorspannluft keinen Einfluß auf das anschließende Meßergebnis auslösen können. Das innerhalb der Strömungswege angeordnete überhitzte Widerstandselement kann dabei in beliebiger Weise auf die entsprechenden Temperaturdifferenzen eingestellt werden, so daß ein ausreichender Spielraum vorhanden ist, der jedwede Fehlschaltungen ausschließt.

Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei das Ausführungsbeispiel eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung darstellt und sich auch auf Gegendruckfüllmaschinen mit oder ohne Füllrohr bezieht. Es sind jedoch im Rahmen des Offenbarten auch Füllmaschinen geeignet, die ohne Gegendruck arbeiten.

In der Zeichnung ist das Füllelement der Füllmaschine vereinfacht dargestellt. Es besteht vorzugsweise aus einem in axialer Richtung auf- und abbewegbaren Ventilkörper 1, welcher aufgrund des im Kessel 2 anstehenden Überdrucks in geschlossener Position gehalten ist. Unterhalb des Ventilkörpers 1 befindet sich ein Flüssigkeitsaustritts­ gehäuse 3 mit dem eigentlichen Flüssigkeitsaustritts­ kanal 3′ und einer daran angepreßten Zentriertulpe 4 zum Abdichten der unter das Füllelement gefahrenen zu befüllenden Flasche 5. Das Gehäuse 3 ist mit dem Kessel 2 verbunden und weist einen Rohransatz 6 zur Zentrierung des Ventilkörpers 1 auf. Von diesem Gehäuse 3 führt eine Evakuierungsleitung 7 sowie eine Entlastungsleitung 8 zu den zugeordneten Ventilen 9, 10, die von außen ansteuerbar sind. Ferner nimmt dieses Gehäuse im unteren Bereich das eigentliche Rückgasrohr 11 auf, welches durch das Gehäuse 3 mit der sich daran anschließenden Vorspannleitung 12 verbunden ist. Ein verlängertes Rückgasrohr 11 kann eine Verdickung mit einem Abweisschirm aufweisen, welcher dazu vorgesehen ist, die einfließende Flüssigkeit in nahezu laminarer Strömung der Flascheninnenwand zuzuleiten. Das Rückgasrohr 11 endet mit der Anschnittöffnung 14.

Sobald eine Flasche 5 unter das eigentliche Füllelement verfahren worden und mittels Zentriertulpe 4 abgedichtet unterhalb des Füllventils gehalten ist, wird zunächst eine Evakuierung der in der Flasche vorhandenen Umgebungsluft durch Zuschalten des Ventils 9 durch die Evakuierungs­ leitung 7 veranlaßt, wobei die Evakuierung im Anschluß an die Leitung 7 durch das Rückgasrohr 11 vorgenommen werden kann. Nach Abschluß dieses Verfahrensschrittes erfolgt die eigentliche Vorspannung des Flaschenraumes durch Öffnen des nicht dargestellten Vorspannventils, so daß der Druck durch die Vorspannleitung 12 und das Rückgasrohr 11 sich innerhalb des Flaschenhohlraumes 13 aufbauen kann. Sobald Gleichdruck zwischen Flascheninnenraum und Füllmaschinenkessel 2 herrscht, öffnet eine nicht weiter dargestellte Druckfeder selbsttätig das Flüssigkeitsventil durch Anheben des Ventilkörpers 1 innerhalb eines vorbestimmten Hubweges. Die Flüssigkeit kann nun mit geringer Anfangsgeschwindigkeit oder auch gleich mit voller Befüllungsgeschwindigkeit in die Flasche eingeleitet werden. Dabei wird die Flüssigkeit durch den Flüssig­ keitsaustrittskanal 3′ durch eine definierte Ausfluß­ öffnung 15 gleicher Strömung geleitet. Die exakte Füllhöhe wird dann durch die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit zwischen der in dem Behälter und/oder Füllstutzen herrschenden Temperatur der Umgebungsluft und der abzufüllenden Flüssigkeit bestimmt. Zu diesem Zwecke ist ein überhitztes Widerstandselement 16 und/oder ein thermisch ansprechender Widerstand innerhalb des von der Flüssigkeit duchströmten Raumes der Ausflußöffnung 15 angeordnet. Dieses überhitzte Widerstandselement 16 kann am Innen- und/oder Außenmantel der Auslaßöffnung 15 beziehungsweise an einem gesonderten nicht dargestellten Sensorträger angeordnet sein. Das Widerstandselement 16 ist beispielsweise ein elektrischer Widerstandsdraht von äußerst geringer Länge und einem entsprechend geringen Durchmesser, der sich im Flüssigkeitsaustrittskanal 3′ bzw. in der Auslaßöffnung 15 befindet. Die erforderliche elektrische Versorgungsleitung 17 ist in dem Gehäuse 3 integriert. Der Widerstandsdraht ist dabei zweckmäßig parallel zur Flüssigkeitsoberfläche orientiert. Sein Ohmscher Widerstand ist erheblich größer als der Widerstand der Zuleitungen. Seine Joulsche Wärme wird durch Wärme­ leitung an das umgebende Fluid abgegeben. Solange sich der Draht in Luft bzw. Schaum befindet, ist die Abkühlung des Drahtes durch Wärmeleitung infolge natürlicher Konvektion gering. Die Drahtabkühlung wird sprunghaft größer, wenn die Flüssigkeitsoberfläche den Draht erreicht. Die dann erfolgende Änderung des Drahtwiderstandes infolge der plötzlichen Verringerung der Drahttemperatur liefert das gewünschte Spannungssignal mit äußerst steiler Flanke, welches zur Bemessung der Flüssigkeitsmenge oder der Abfüllzeit und der notwendigen Ansteuerung des Füllventils im schließenden Sinne verwertet wird. Durch die Wahl eines genügend hohen Schwellwertes für die Schaltung selbst wird verhindert, daß eine vorzeitige Schaltung, z.B. durch Flüssigkeitsspritzer oder dgl., ausgelöst wird.

Anstelle des in der Durchflußöffnung 15 bzw. dem Austrittskanal 3′ angeordneten Widerstandselements 16 kann auch ein von der aufsteigenden Flüssigkeit berührter, thermisch ansprechender Schichtwiderstand 18 vorgesehen sein. Die Erfindung sieht ferner vor, daß der durch die Flüssigkeit aktivierte überhitzte Widerstandsdraht bzw. das überhitzte Widerstandselement 16, 18 durch Ansteuerung eines Mikroprozessors und/oder anderen Steuergerätes die abzufüllende Flüssigkeitsmenge und damit die Füllhöhe in der Flasche bestimmt. Diese Füllmengen bzw. -höhenfaktoren können durch Einwirken auf den Mikroprozessor in beliebiger Weise verändert werden. Zur besseren Strömungsmessung kann die definierte Durchflußöffnung 15 als eine sich vom normalen Flüssigkeitsaustrittskanal 3′ abhebende Öffnung ausgebildet sein und mit einem die Durchflußmenge ermittelnden Widerstandselement 16, 18 ausgestattet sein.

Das in beiden Fällen anstehende Signal wird dann einem Mikroprozessor zugeleitet, welcher in Abhängigkeit von den vorbestimmbaren Beeinflussungsgrößen das Schließen des Flüssigkeitsventils nach Ansteuerung einer nicht weiter dargestellten Schließvorrichtung bestimmt. Es ist aber auch denkbar, das Ansteuerungssignal einem korrekturfähigen Zeitglied zuzuleiten, welches dann ebenfalls durch Ansteuerung einer Schließvorrichtung die weitere Flüssigkeitszufuhr stoppt.

Um im Falle unterschiedlicher Temperaturen dennoch exakte Meßergebnisse aufrechterhalten zu können, ist ferner vorgesehen, daß die Temperatur der abzufüllenden Flüssigkeit kontrolliert und bei deren Änderung eine automatische Änderung des thermischen Widerstandes erfolgt, so daß bei jeweils unterschiedlichen Füllflüssigkeits­ temperaturen gleichbleibende Signale des thermischen Widerstandes anstehen und entsprechend in dem Mikroprozessor bzw. dem korrekturfähigen Zeitglied verwertet werden können.

Die bei allen Elementen erforderlichen elektrischen Leitungen sind dabei in den zugeordneten Bauelementen integriert und führen von hier aus zu einem nicht weiter dargestellten Mikroprozessor, der die betreffenden Schaltvorgänge auslöst, wobei der Mikroprozessor selbstführende unterschiedliche Eigenschaften des Füllgutes ausgelegt sein kann. Das gleiche gilt für das entsprechend eingesetzte korrekturfähige Zeitglied.

Claims (6)

1. Füllmaschine zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Gefäße, insbesondere zum Abfüllen von Getränken in Flaschen, Dosen und dgl. mit einer definierten Füllmenge und/oder -höhe, bestehend aus einer Vielzahl von am Füllmaschinenrotor angeordneten Füllventilen mit einem gegen die Gefäße gerichteten Füllstutzen mit Flüssigkeitsaustrittskanal, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsaustrittskanal eine Durchflußöffnung mit definierter Strömung aufweist und innerhalb dieser Durchflußöffnung und/oder des Flüssigkeitskanals ein überhitztes Widerstandselement angeordnet ist, welches von der Flüssigkeit beeinflußbar ist und durch Ansteuerung eines Mikroprozessors und/oder Steuergerätes die abzufüllende Flüssigkeitsmenge und/oder Höhe bestimmt.

2. Füllmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Durchflußöffnung als eine sich vom normalen Flüssigkeitsaustrittskanal abhebende Öffnung ausgebildet und mit einem die Durchflußmenge ermittelnden Widerstandselement ausgestattet ist.

3. Füllmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteuersignal einem Mikroprozessor zugeleitet wird, welcher in Abhängigkeit von den vorbestimmbaren Beeinflussungsgrößen das Schließen des Flüssigkeits­ ventils durch Ansteuerung einer Schließvorrichtung bestimmt.

4. Füllmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteuersignal einem korrekturfähigen Zeitglied zugeleitet wird.

5. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der abzufüllenden Flüssigkeit kontrolliert und bei deren Änderung eine automatische Änderung des thermischen Widerstandes erfolgt, so daß bei jeweils unterschiedlichen Füllflüssigkeitstemperaturen gleichbleibende Signale des thermischen Widerstandes anstehen.

6. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Durchflußöffnung mindestens zwei höhenmäßig auf Abstand zueinander angeordnete thermisch ansprechende Elemente und/oder überhitzte Widerstandselemente angeordnet sind, deren jeweiliges Signal in Abhängigkeit von der gewünschten Füllhöhe aktivierbar ist.