DE4308833B4

DE4308833B4 - Füllelement für Füllmaschinen zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen oder dergl. Behälter

Info

Publication number: DE4308833B4
Application number: DE19934308833
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath
Original assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Current assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2013-03-20
Also published as: DE4308833A1

Abstract

Füllelement für Füllmaschinen zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen (2) oder dergl. Behälter, mit einem ein Flüssigkeitsventil (8) aufweisenden und eine Abgabeöffnung (7) an einer Unterseite des Füllelementes (3, 3a) bildenden Flüssigkeitskanal (6), über den in einer Füllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (8) das flüssige Füllgut dem jeweiligen, an das Füllelement (3, 3a) angesetzten Behälter (2) zufließt, mit einem dem Füllelement (3, 3a) zugeordneten Behälterträger (39), mit Hubmitteln zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Füllelement (3, 3a) und dem Behälterträger (39) für das Ansetzen und Abziehen des jeweiligen Behälters (2) an das bzw. von dem Füllelement, sowie mit einer an der Unterseite des Füllelementes (3, 3a) vorgesehenen und eine Füllelementachse (FA) umschließenden Behälteranlage (11), gegen die zumindest in der Füllphase der sich auf dem Behälterträger (39) abstützende Behälter (2) für eine Dichtlage mit dem Füllelement angepresst ist, gekennzeichnet durch wenigstens eine unterhalb des Füllelementes (3, 3a) und/oder an dessen Unterseite...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.

Füllelemente sind in verschiedenster Ausführung bekannt. Bekannt sind insbesondere Füllelemente zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen unter Gegendruck, bei denen sich die Flasche zumindest in einer Füllphase in Dichtlage – mit dem Füllelement befindet und hierfür durch den Flaschenträger gegen eine an der Unterseite des Füllelementes vorgesehene und von einer Dichtung gebildete Behälteranlage angepresst sind.

Bekannt ist weiterhin ein Füllelement ( DE 38 09 852 A1 ) welches sich zur Verwendung bei einem Verfahren bzw. bei einer Füllmaschine zum aseptischen bzw. sterilen Abfüllen eines flüssigen Füllgutes im Behälter, insbesondere Flaschen eignet. Dieses Füllelement ist als solches mit Füllrohr ausgebildet, welches über die Unterseite des Füllelementes vorsteht. Der eigentlichen Füllphase, die mit dem Öffnen des Flüssigkeitsventils eingeleitet wird, zeitlich vorausgehend erfolgt u.a, die Behandlung bzw. die Sterilisation des jeweiligen Behälters mit einem heißen Sterilisationsmedium, bevorzugt mit Wasserdampf. Hierfür wird das Füllrohr übereine im Füllelement ausgebildete gesteuerte Sterilisationsmedium-Verbindung mit einer Quelle für das heiße Sterilisationsmedium verbunden, so dass dieses am unteren Ende des in den Behälter hineinragenden Füllrohres austritt. Der Behälter ist während der Sterilisation, aber auch während der Füllphase in einer diesen Behälter umschließenden Glocke des Füllelementes aufgenommen, und zwar derart, dass sich der Behälter mit seiner Behältermündung nicht in Dichtlage mit dem Füllelement oder einer Behälteranlage befindet. Über die gesteuerte Sterilisationsmedium-Verbindung ist während des Abziehens und nach dem Abziehen des jeweils gefüllten Behälters eine Beaufschlagung der Behältermündung mit dem Sterilisationsmedium möglich, um einen Zutritt von Keimen in den gefüllten Behälter zu verhindern. Weiterhin ist eine Beaufschlagung der Füllelemente mit dem Sterilisationsmedium in dem zwischen dem Behälterauslauf und dem Behältereinlauf gebildeten Verlustwinkel der Füllmaschine möglich.

Ebenfalls wurde ein Füllelement entsprechend der DE 38 09 855 A1 vorgestellt. Bei diesem Füllelement, welches insbesondere für die aseptische Füllung von Flaschen geeignet ist, wird vor dem Beginn der eigentlichen Füllphase ein heißes oder dampfförmiges Sterilisationsmedium durch das Füllrohr in die Flaschen geleitet, wodurch Boden, In nenwände und auch Außenbereiche der Mündung der Flaschen sterilisiert werden sollen. Um eine sichere Sterilisation der Außenbereiche der Mündung der Flaschen zu erreichen, befindet sich die zu füllende Flasche während der Sterilisations- und Füllvorgänge zumindest mit ihrem Mündungsbereich und den daran anschließenden Oberflächen innerhalb einer Glocke, welche das aus der Flasche strömende Sterilisationsmedium auf diese Oberflächenbereiche leitet.

In de DE 17 82 482 A wurde ebenfalls eine Vorrichtung zum Füllen von Behältern vorgestellt, wobei bei dieser Vorrichtung ein ständig mit einem Sterilisationsmedium wie z.B. Dampf gefüllter Raum gebildet ist, welcher das in die Behälter eintauchende Füllrohr zwischen zwei Füllvorgängen vollständig aufnimmt und somit dafür Sorge trägt, dass dieses Füllrohr ständig in einer sterilen Atmosphäre verbleibt und somit nicht verschmutzt wird. Die Außenbereiche der Behältermündungen werden bei dieser Vorrichtung dadurch sterilisiert, dass die Behältermündungen in eine am unteren Ende des o.g. Raumes vorhandene Öffnung eintauchen uns somit ebenfalls mit dem Sterilisationsmedium in Berührung kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen, bei welchem die Behälter zumindest während der Füllphase für eine Dichtlage mit dem Füllelement gegen eine Behälteranlage des Füllelementes angepreßt sind und beidem in besonders einfacher Weise eine Heaufschlagung dieser Behälteranlage, eventueller Zentrierelemente für den Behälter sowie des jeweiligen Behälters im Bereich der Mündung mit dem Sterilisationsmedium realisiert ist, um einen Zutritt und/oder ein Ansiedeln von Keimen an diesen besonders kritischen Bereichen zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung von einer Öffnung gebildet, über die während einer der Füllphase zeitlich vorausgehenden Sterilisationsphase der Innenraum des jeweiligen Behälters über eine gesteuerte Sterilisationsmedium-Verbindung mit dem Sterilisationsmedium behandelt bzw. beaufschlagt wird. Die ungesteuerte Sterilisationsmedium-Verbindung ist in diesem Fall zumindest teilweise von einem Kanal gebildet, der ein Rückschlagventil sowie vorzugsweise auch eine Drossel enthält und der parallel zu einer Steuerventileinrichtung oder einem gesteuerten Kanal der gesteuerten Sterilisationsmedium-Verbindung liegt. Das Rückschlagventil ist so ausgebildet, daß es immer dann für einen Sterilisationsmedium-Fluß über die nicht gesteuerte Verbindung öffnet, wenn zwischen dem Druck der Quelle des Sterilisationsmediums und dem Druck an der Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung eine Differenz besteht. Dies bedeutet, daß in allen kritischen Phasen, in denen ein Zutritt von Keimen an das Füllelement und/oder in dem Behälter möglich wäre, zwangsläufig und ohne Steueraufwand Sterilisationsmedium über die nicht gesteuerte Verbindung aus der Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung austritt und dieser Sterilisationsmedium-Strom erst dann unterbrochen wird, wenn sich ein Behälter in Dichtlage mit dem Füllelement befindet und sich im Behälter ein ausreichend hoher Druck eingestellt hat.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Sterilisationsmedium-Austrittöffnungen oder -düsen um die Behälteranlage verteilt vorgesehen. Durch das dort ständig austretende Sterilisationsmedium werden nicht nur die kritischen Teile des Füllelementes mit dem Sterilisationsmedium beaufschlagt, sondern auch der jeweilige, an das Füllelement angesetzte Behälter im Bereich seiner Behältermündung. Dies hat insbesondere bei einer eventuellen Vakuum-Behandlung der Behälter große Vorteile, da durch den ständigen Sterilisationsmedium-Strom der Zutritt von Keimen auch in solche Behälter verhindert wird, die während der Vakuum-Behandlung nicht absolut dicht gegen das Füllelement anliegen.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Schnittdarstellung ein füllrohrloses Füllelement einer Gegendruck-Flaschenfüllmaschine rotierender Bauart, zusammen mit dem Ringkessel der Füllmaschine sowie mit einer an das Füllelement angesetzten Flasche;
2 in ähnlicher Darstellung wie 1 eine weitere, mögliche Ausführung der Erfindung.
In den Figuren ist 1 ein Ringkessel, der an einem ansonsten nicht dargestellten, um eine vertikale Maschinenachse umlaufenden Rotor der Füllmaschine vorgesehen ist, welche zum Füllen der Flaschen 2 mit einem sillen oder kohlensäurehaltigen Getränk, beispielsweise Bier, unter Gegendruck dient.
Am Umfang des Rotors bzw. Ringkessels 1 ist eine Vielzahl von Füllstellen gebildet, von denen jede ein Füllelement 3 und benachbart oder unter diesem einen in vertikaler Richtung auf- und abbewegbaren Flaschenträger oder Flaschengreifer aufweist. Die Füllelemente 3 sind am Umfang des Ringkessels 1 befestigt. Dieser bildet einen die vertikale Maschinenachse ringförmig umschließenden Innenraum 4, der bis zu einem vorgegebenen Niveau N mit dem Getränk bzw. mit dem flüssigen Füllgut gefüllt ist, so daß unterhalb des Niveaus N ein von dem flüssigen Füllgut eingenommener Flüssigkeitsraum 4' und oberhalb des Niveaus ein Gasraum 4'' für ein unter Druck stehenden Gas, beispielsweise Inert-Gas (z.B. CO2-Gas) gebildet ist.
Jedes Füllelement besitzt ein Gehäuse 5, in dessen unterem Teil ein Flüssigkeitskanal 6 ausgebildet ist, der mit seinem einen Ende mit dem Füllgutraum 4' in Verbindung steht und an der Unterseite des Füllelementes 3 bzw. des Gehäuses 5 eine die vertikale Füllelementachse FA konzentrisch umschließende ringförmige Abgabeöffnung 7 bildet. Im Flüssigkeitskanal 6 ist das Flüssigkeitsventil 8 vorgesehen, welches in der 1 in seiner geöffneten Stellung dargestellt ist. Dieses Flüssigkeitsventil besteht aus einem Ventilkörper 9, der durch nicht näher dargestellte Betätigungsmittel zum Öffnen und Schließen um einen vorgegebenen Bewegungshub in Richtung der Achse FA bewegbar ist und im geschlossenen Zustand des Flüssigkeitsventils 8 mit einer Ventilkörperfläche gegen einen im Flüssigkeitskanal 6 gebildeten Ventilsitz anliegt. Mit 10 sind eine Zentriertulpe und mit 11 ein die Abgabeöffnung 7 umschließende ringförmige Dichtung bezeichnet, gegen die die in Dichtlage mit dem Füllelement 3 befindliche Flasche 2 mit ihrer Mündung 2' angepreßt anliegt.
Unterhalb des Innenraumes 4 ist im Ringkessel 1 ein ringförmiger, für sämtliche Füllelemente 3 gemeinsamer Restgaskanal 12 vorgesehen. Weiterhin ist am Ringkessel 1 oder an dem diesen Ringkessel aufweisenden Rotor ein für alle Füllelemente 3 ebenfalls gemeinsamer Versorgungskanal 13 für das Sterilisationsmedium, nämlich für Wasserdampf vorgesehen.
Jedes Füllelement 3 besitzt ein achsgleich mit der Achse FA angeordnetes Sterilisationsrohr 14, welches an seinem unteren Rohrende 14' offen ist und durch eine achsgleich mit der Achse FA verlaufende Bohrung des Ventilkörpers 9 durch diesen hindurchgeführt ist. Der Außendurchmesser des Sterilisationsrohres 14 und der Innendurchmesser der genannten Bohrung sind so aufeinander abgestellt, daß sich innerhalb des Ventilkörpers 9 bzw. innerhalb einer einstückig mit diesem Ventilkörper hergestellten und sich nach oben erstreckenden stößelartigen Verlängerung 9' ein Gas- oder Ringkanal 15 ergibt, der an der Unterseite des Füllelementes 3 offen ist und von dem ringförmigen Abgabekanal 7 konzentrisch umschlossen wird. Durch eine an der Oberseite des Füllelementes 3 vorgesehene Betätigungseinrichtung 16 ist das Sterilisationsrohr 14 in der Achse FA um einen vorgegebenen Hub derart verschiebbar, daß das Rohrende 14' in der oberen Hubstellung niveaugleich oder in etwa niveaugleich mit dem unteren Ende des Ventilkörpers 9 liegt, also in das Füllelement 3 bzw. in den Ventilkörper 9 eingefahren ist und in der unteren, in der 1 dargestellten Hubstellung soweit in die in das Füllelement 3 anliegende Flasche 2 eingeführt ist, daß sich das Rohrende 14' in unmittelbarer Nähe der Innenfläche des Bodens 2'' der Flasche 2 befindet, oder zumindest nur soweit vom Boden entfernt ist, daß auch der Boden ausreichend mit dem Wasserdampf beaufschlagt wird.
Die Betätigungseinrichtung 16 ist von einem Zylinder 17 gebildet, in welchem ein Kolben 18 in der Achse FA verschiebbar vorgesehen ist. Am Kolben 18 ist das obere, offene Ende des Sterilisationsrohres 14 befestigt. Im Kolben 18 ist ein achsgleich mit der Achse FA verlaufender Kanal 19 vorgesehen, über den das obere, offene Ende des Sterilisationsrohres 14 mit der diesem Rohr abgewandten Seite des Kolbens 18 verbunden ist.
In den dem Sterilisationsrohr 14 abgewandten Raum des Zylinders 17 oberhalb des Kolbens 18 mündet ein Kanal 21, der an einen gesteuerten Ausgang 22' eines Steuerventils 22 angeschlossen ist, das für jedes Füllelement 3 gesondert und individuell steuerbar vorgesehen ist und über das der Kanal 21 an den Versorgungskanal 13 angeschließbar ist.
Der unterhalb des Kolbens 18 vorgesehene Teil oder Raum des Zylinders 17 ist über ein für jedes Füllelement 3 wiederum gesondert vorgesehenes, elektrisch betätigbares Steuerventil 23 gesteuert mit einem Pneumatik-Druck einer Steuerdruckleitung 33 beaufschlagbar bzw. zur Atmosphäre hin entlüftbar.
Weiterhin besitzt jedes Füllelement 3 drei individuell steuerbare Steuerventile 24 – 26, die einen Steuerblock bilden und verschiedene, teilweise im Gehäuse 5 des Füllelementes und teilweise im Ringkessel 1 ausgebildete Kanäle steuern. Im einzelnen sind die Steuerventile 24 – 26 an folgende Kanäle angeschlossen:
Steuerventil 24:
Eingangsseitig an einen Verbindungskanal 27, der in einen zum Restgaskanal 12 führenden Kanal 28 mündet, und
ausgangsseitig an einen Kanal 29, der an der Innenfläche des Zylinders 17 mündet und bei in der unteren Hubstellung befindlichem Kolben 18 bzw. bei in der unteren Hubstellung befindlichem Sterilisationsrohr 14 mit dem Kanal 19 in Verbindung steht.
Steuerventil 25:
Eingangsseitig mit einem an den Gasraum 4'' führenden Kanal 30 und ausgangsseitig mit einem Kanal 31, der mit dem Gaskanal 15 verbunden ist.
Steuerventil 26:
Eingangsseitig mit dem Kanal 31 und ausgangsseitig mit dem Kanal 28.
Die Besonderheit des Füllelementes 3 besteht darin, daß bei in der oberen Hubstellung befindlichem Sterilisationsrohr 14, bei der über das Steuerventil 23 der Kolben 18 an seiner Unterseite mit dem Steuerdruck beaufschlagt ist, durch Öffnen des Steuerventils 22 ein Dampfaustritt am Rohrende 14' und damit an der Unterseite des Füllelementes 3 möglich ist, um die dortigen Teile bzw. Flächen sowie auch die Flasche 2 beim Ansetzen im Bereich ihrer Mündung 2' zu sterilisieren.
Nach dem Ansetzen der Flasche 2 wird das Sterilisationsrohr 14 in die Flasche 2 vollständig eingefahren, so daß das Rohrende 14' in unmittelbarer Nähe der Innenfläche des Bodens 2'' angeordnet ist. Für das Einfahren des Sterilisationsrohres 14 in die Flasche 2 wird der bei geöffnetem Steuerventil 22 auf die obere Fläche des Kolbens 18 einwirkende Druck des Sterilisationsmediums bzw. Dampfes verwendet, wobei über das Steuerventil 23 eine gezielte bzw. gesteuerte Entlastung des unterhalb des Kolbens 18 gebildeten Raumes des Zylinders 17 erfolgt. Durch den Querschnitt des Kolbens 18 im Vergleich zum Querschnitt des Sterilisationsrohres 14 ist gewährleistet, daß das Sterilisationsmedium einen genügend großen Druck auf die Oberseite des Kolbens 18 ausübt, obwohl dieses Sterilisationsmedium ständig am unteren Rohrende 14' austritt.
Da sich das Rohrende 14' unmittelbar über der Innenfläche des Bodens 2'' befindet, ergibt sich in der Flasche 2 ein Dampfstrom, der vom Rohrende 14' entlang des Bodens 2'' radial nach außen und im Anschluß daran axial nach oben verläuft, so daß sämtliche Bereiche der Innenfläche der Flasche intensiv mit dem Sterilisationsmedium bzw. Dampf behandelt werden, der zumindest während eines Teils einer Sterilisationsphase über den Ringkanal 15 in den Restgaskanal zur Atmosphäre hin abgeführt wird.
Durch das einziehbare Sterilisationsrohr 14 ist trotz einer optimalen Sterilisation für den Flaschenträger 20 nur ein kleiner Hub erforderlich. Darüberhinaus ist das eingezogene Sterilisationsrohr 14 insbesondere beim Flascheneinlauf sowie beim Flaschenauslauf, aber auch in kritischen Phasen des Füllvorgangs, beispielsweise während des Vorspannens der Flasche 2 auf den Fülldruck, im eingezogenen Zustand geschützt.
Eine Besonderheit des Füllelementes 3 besteht darin, daß das Steuerventil 22 zusätzlich zu dem gesteuerten Ausgang 22', an den der Kanal 21 angeschlossen ist, einen nicht gesteuerten Ausgang 22" aufweist, der ständig mit dem Versorgungskanal 13 in Verbindung steht und der über einen Bypass-Kanal 21', der die Serienschaltung einer Drossel 34 und eines Rückschlagventiles 35 enthält, an den Kanal 21 angeschlossen ist. Das Rückschlagventil 35 ist so ausgebildet, daß es bei geschlossenem Steuerventil 22 bzw. bei geschlossenem Ausgang 22' einen ständigen Sterilisationsmedium-Strom bzw. Wasserdampf-Strom aus dem Kanal 13 in den Kanal 21 und von dort über die obere Zylinderkammer des Zylinders 17 auf jeden Fall in das Sterilisationsrohr 14 ermöglicht, so daß dieses Sterilisationsmedium am Ende 14' austritt. Dieser ständige Strom an Wasserdampf ist entsprechend der Ausbildung der Drossel 34 reduziert.
Durch den reduzierten Wasserdampf-Strom über die von dem Bypass-Kanal 21' gebildete zusätzliche Sterilisationsmedium-Verbindung ist insbesondere auch bei in der oberen Hubstellung befindlichem Sterilisationsrohr 14 selbsttätig eine Behandlung der Unterseite des Füllelementes 3 bzw. dort vorgesehener Teile und Bereiche (insbesondere Bereich der Abgabeöffnung 7, Zentriertulpe 10 und Dichtung 11) und/oder eine Behandlung des Bereichs der Mündung 2' einer Flasche 2 mit dem aus dem Rohrende 14' austretenden Sterilisationsmedium bzw. Wasserdampf möglich, und zwar ohne daß für diese Behandlung ein zusätzlicher Steueraufwand oder ein zusätzliches Steuerventil erforderlich ist. Durch die über das Steuerventil 23 mit dem Druckmedium aus der Steuerdruckleitung 33 beaufschlagte untere Zylinderkammer des Zylinder 17 wird das Sterilisationsrohr 14 bei dieser vorbeschriebenen Behandlung mit dem reduzierten Wasserdampf-Strom in der oberen Hubstellung gehalten.
Durch die vorbeschriebene Behandlung mit dem reduzierten Wasserdampf-Strom, die (Behandlung) insbesondere in dem zwischen dem Flaschen-Auslauf und dem Flaschen-Einlauf der Füllmaschine gebildeten Verlustwinkel erfolgt, ist es insbesondere möglich, einen Zutritt von Keimen an kritische Bereiche der Füllelemente 3 zu verhindern und dadurch diese Füllelemente 3 keimfrei zu halten. So kann in besonderen Fällen (z. B. bei dem Füller vorgeschaltetem Sterilisator für die Flaschen 2) evtl. sogar auf eine Sterilisation der jeweiligen Flasche 2 im Füller bzw. in einer Sterilisationsphase unter Verwendung des Sterilisationsrohres 14 verzichtet werden. Weiterhin kann beim Vorevakuieren der Flaschen durch den ständigen reduzierten Dampfstrom ein Zutritt von Keimen in die jeweilige Flasche 2 wirksam verhindert werden.
Im einzelnen ermöglicht das Füllelement 3 folgende Arbeitsweisen:
1. Ventil-Außenteile bedämpfen
Beim Durchgang der Füllelemente 3 durch den zwischen dem Flaschenauslauf und Flascheneinlauf der Füllmaschine gebildeten Verlustwinkel wird bei in der oberen Hubstellung befindlichem Sterilisationsrohr 14 und bei geschlossenem Steuerventil 22 in der oben beschriebenen Weise über die Drossel 34 und das Rückschlagventil 35 ein ständiger, reduzierter Dampfaustritt am unteren Rohrende 14' bewirkt. Der untere Zylinderraum des Zylinders 17 ist mit dem Steuerdruck auf der Steuerdruckleitung 33 beaufschlagt. Falls eine intensivere Behandlung erforderlich ist, kann das Steuerventil 22 auch über eine vorgegebene Zeitperiode geöffnet werden.
Der reduzierte Dampfaustritt aus dem Rohrende 14' dauert auch bei geschlossenem Steuerventil 22 auf jeden Fall solange an, bis die jeweilige Flasche 2 für die weiteren Verfahrensschritte an das Füllelement 3 angepreßt ist und sich in der Flasche 2 ein Druck eigestellt hat, der das Schließen des Rückschlagventiles 35 bewirkt.
2. Verdrängen der Luft aus der Flasche 2 mittels Dampf
Unmittelbar nach dem Anpressen der auf dem Flaschenträger 39 stehenden Flasche 2 an das Füllelement 3 wird durch erneutes Öffnen des Steuerventils 22 ein voller Dampfstrom in den oberen Teil des Zylinders 17 eingeleitet. Gleichzeitig wird der untere Teilraum des Zylinders 17 über das Steuerventil 23 entlüftet, so daß sich das Sterilisationsrohr 14 aus der oberen Hubstellung nach unten bewegt und zunehmend tiefer in die Flasche 2 eingeführt wird. Durch den am Rohrende 14' austretenden Dampf wird die Luft in der in Dichtlage mit dem Füllelement 3 befindlichen Flasche 2 zunehmend aus dieser Flasche verdrängt und über den Ringkanal 15 und das geöffnete Steuerventil 26 an den z.B. unter Atmosphärendruck stehenden Restgaskanal 12 abgeführt. Durch die Dampfströmung erfolgt eine optimale Sterilisation der Flasche 2 an ihren Innenflächen. Auch das Sterilisationsrohr 14 wird in diese Sterilisation einbezogen, und zwar durch die Dampfströmung innen und außen.
3. Flasche 2 und Füllelement 3 unter Überdruck sterilisieren
Nach dem vollständigen Verdrängen der Luft aus der Flasche 2 wird das Steuerventil 26 geschlossen, so daß über das weiterhin geöffnete Steuerventil 22 und das Sterilisations rohr 14 Dampf in die Flasche 2 eingeleitet wird, bis ein Druckausgleich mit dem Druck im Versorgungskanal 13 erreicht ist.
4. Dampf mit Inert-Gas bzw. CO2 verdrängen
Nach Ablauf einer vorgegebenen Sterilisationszeit wird das Steuerventil 22 geschlossen. Gleichzeitig wird über das wieder geöffnete Steuerventil 26 der Dampfüberdruck in den Restgaskanal 12 abgeleitet. Unmittelbar danach werden die Steuerventile 24 und 25 geöffnet, so daß über die Kanäle 30 und 31 sowie über den Ringkanal 15 Inertgas aus dem Gasraum 4'' in die Flasche 2 gelangt und hierbei der Restdampf über das Sterilisationsrohr 14, den Kanal 29, den Verbindungskanal 27 und den Kanal 28 zum Restgaskanal 12 verdrängt wird. Dadurch, daß das Rohrende 14' unmittelbar an der Innenfläche des Bodens 2'' vorgesehen ist, können bei diesem Verdrängen auch Kondensatreste aus der Flasche 2 entfernt werden.
5. Flasche 2 Vorspannen
Für dieses Vorspannen wird das Ventil 24 geschlossen, so daß über das geöffnete Ventil 25 und die Kanäle 30 und 31 das Vorspannen erfolgen kann. Für das Vorspannen der Flasche 2 ist durch entsprechende Betätigung des Steuerventils 23 das Sterilisationsrohr 14 in seine obere Hubstellung bewegt, so daß dieses Rohr komplett in das Füllelement 3 eingefahren und damit auch gegen Scherben evtl. platzender Glasflaschen geschützt ist.
Im Anschluß daran erfolgt dann beispielsweise in den üblichen Verfahrensschritten das Füllen der Flasche 2 (durch Öffnen des Flüssigkeitsventils 8 sowie das Entlasten und Abziehen der gefüllten Flasche). Das Füllen umfaßt dabei vorzugsweise mehrere Phasen, und zwar eine Langsamfüllphase, eine Schnellfüllphase und eine daran anschließende Langsamfüllphase.
Spätestens bei der Entlastung, d.h. dann, wenn der Druck in der Flasche 2 bzw. am unteren Rohrende 14' wieder unter dem Druck des Wasserdampfes im Versorgungskanal 13 liegt, setzen der reduzierte Dampfstrom über die Drossel 34 und das Rückschlagventil 35 und damit der reduzierte Dampfaustritt am unteren Rohrende 14' wiederum selbsttätig ein. Hierdurch wird insbesondere auch beim endgültigen Entlasten auch Atmosphärendruck sowie vor allem beim Abziehen der gefüllten Flasche vom jeweiligen Füllelement ein Zutritt von Keimen wirksam verhindert und damit die Qualität einer sterilen Abfüllung wesentlich verbessert.
Die Besonderheit der vom Ausgang 22" über die Drossel 34 und das Rückschlagventil 35 führenden zusätzlichen Sterilisationsmedium-Verbindung besteht auch darin, daß ohne ein zusätzliches Steuerventil der reduzierte Dampfaustritt immer dann automatisch oder zwangsläufig stattfindet, wenn der Druck am Rohrende 14' Atmosphärendruck ist oder soweit im Vergleich zum Druck im Versorgungskanal 13 abgesenkt ist, daß die Gefahr eines Zutrittes von Keimen von außen her besteht.
Während des Füllens befindet sich das Sterilisationsrohr 14 ebenfalls in der oberen Hubstellung. Da das Füllelement 3 somit keine Elemente aufweist, die während des Füllens in das Innere der Flasche 2 hineinragen und als füllhöhen-bestimmendes Glied oder Sonde verwendet werden könnten, ist für jedes Füllelement 3 ein magnetischer induktiver Durchflußmesser 32 (IDM) vorgesehen, der ein der Durchflußmenge, d.h. der jeweiligen Flasche 2 bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 8 zufließenden Menge entsprechendes Signal an eine Steuereinrichtung liefert, die dann, wenn die gemessene Menge bzw. Volumengröße einem vorgegebenen Wert entspricht, ein das Schließen des Flüssigkeitsventil 8 bewirkendes Signal liefert.
Änderungen sowie Abwandlungen der vorbeschriebenen Verfahrensweise sind möglich. So ist es beispielsweise möglich, mit dem über das Sterilisationsrohr 14 zugeleiteten Dampf lediglich die Luft aus der jeweiligen Flasche 2 zu verdrängen, ohne daß die Flasche 2 anschließend noch mit dem Dampfdruck des Versorgungskanales 13 beaufschlagt wird.
Die 2 zeigt ein Füllelement 3a, welches sich von dem Füllelement 3 im wesentlichen nur durch die nachfolgend angesprochenen Merkmale unterscheidet, ansonsten aber dem Füllelement 3 entspricht, so daß für alle dem Füllelement 3 entsprechenden Elemente in der 2 wiederum die gleichen Bezugsziffern wie in der 1 verwendet sind.
Das Füllelement 3a unterscheidet sich von dem Füllelement 3 zunächst dadurch, daß die Betätigungseinrichtung 16a anstelle des Kolbens 18 den Kolben 18a mit einem Kanal 19a aufweist, der wiederum mit dem oberen Ende des Sterilisationsrohres 14 sowie mit dem oberen Zylinderraum des Zylinders 17 in Verbindung steht, allerdings gegenüber der Achse FA radial versetzt. Über die Oberseite des Kolbens 18a steht eine achsgleich mit der Achse FA angeordnete Führungsstange 36 weg, die an der oberen, verschlossenen Seite des Zylinders 17 geführt ist und somit eine zusätzliche Führung für das Sterilisationsrohr 14 bildet. Die Führungsstange 36 bildet einen am oberen Ende dieser Stange offenen Kanal, der mit einem Ringkanal 37 in Verbindung steht, welcher am Umfang des Kolbens 18b zwischen einer oberen und einer unteren Dichtung 38 vorgesehen ist. Über den Kanal der Führungsstange 36 können Druckluft- oder Dampf-Reste, die sich im Ringkanal 37 sammeln, abgeführt werden.
Anstelle des Kanales 21 ist beim Füllelement 3a ein Kanal 39 vorgesehen, der ebenso wie der Kanal 21 in den oberen Zylinderraum des Zylinders 17 mündet und über diesen oberen Zylinderraum mit dem Kanal 21 in Verbindung steht. Sowohl das Steuerventil 24 als auch das Steuerventil 25 sind eingangsseitig an den Kanal 30 angeschlossen. Der Verbindungskanal 29 ist bei dem Füllelement 3a entfallen.
Das Füllelement 3a besitzt wiederum die zusätzliche, die Drossel 34 und das Rückschlagventil 35 aufweisende Sterilisationsmedium-Verbindung, die den Ausgang 22'' des Steuerventils 22 mit dem Kanal 21 verbindet und über die eine reduzierte Wasserdampf-Strömung dann erfolgt, wenn der Druck am. unteren Rohrende 14' unterhalb des Druckes im Versorgungskanal 13 liegt.
Zusätzlich zu dieser Sterilisationsmedium-Verbindung ist eine. zweite zusätzliche Sterilisationsmedium-Verbindung vorgesehen, die einen Kanal 47 umfaßt, der mit seinem in der 2 oberen Ende an den Bypass-Kanal 21' angeschlossen ist, und zwar zwischen der Drossel 34 und dem Rückschlagventil 35. Der Kanal 47 führt im Füllelement 3a bzw. in dessen Gehäuse nach unten bis an die Unterseite des Füllelementes. Dort mündet der Kanal 47 bei angehobener Zentriertulpe 10 in einen an der Zentriertulpe 10 vorgesehenen Ringkanal 48, der von einer an der Oberseite der Zentriertulpe 10 offenen Nut gebildet ist. Der Ringkanal 48, der die Füllelementachse FA sowie auch die Dichtung 11 konzentrisch umschließt, weist eine Vielzahl von radial nach innen gerichteten Düsenöffnungen 49 auf, über die ein ständiger, reduzierter Wasserdampf-Austritt erfolgt. Weiterhin ist beim Füllelement 3a die Zentriertulpe 10 von einer kreiszylinderförmigen Abschirmung 50 umschlossen. Zwischen der Zentriertulpe 10 und der Unterseite des Füllelementes 3a ist ein radial zur Achse FA sich erstreckender Durchlaß 53 gebildet, der an seiner radial innen liegenden Seite mit dem Ringkanal 48 in Verbindung steht und an seiner radial außen liegenden Seite offen ist und dort mit gewissem Abstand von der Innenfläche der Abschirmung umschlossen ist. Über den Durchlaß 53 erfolgt ebenfalls ein ständiger reduzierter Wasserdampf austritt in der Weise, daß mit diesem Wasserdampf insbesondere der von der Abschirmung umschlossene Raum auch im Bereich der Innenfläche der Abschirmung mit dem Wasserdampf beaufschlagt wird und dieser Wasserdampf auch an der Innenfläche der Abschirmung 50 entlang und über diese hinaus vorhangartig nach unten strömt.
Während über die Drossel 34 und das Rückschlagventil 35 bei in der oberen Hubstellung befindlichem Sterilisationsrohr 14 in der oben beschriebenen Weise eine Behandlung der unteren Bereiche des Füllelementes 3a insbesondere im Verlustwinkel sowie beim und nach dem Abziehen der gefüllten Flasche 2 mit dem reduzierten Dampfstrom erfolgt, ist durch den aus den Düsenöffnungen 49 austretenden reduzierten Dampfstrom nicht nur während dieses Verlustwinkels und beim sowie nach dem Abziehen der Flasche 2 eine Behandlung der unteren Bereiche des Füllelemente 3a und der Flasche 2 erreicht, sondern auch während der Füllphase und insbesondere auch während solcher Behandlungsphasen, die der Füllphase vorausgehen.
Die Behandlung mit dem aus den Düsenöffnungen 49 austretenden Dampfstrom hat besondere Vorteile bei einer Vakuumbehandlung der Flaschen 2. Selbst bei nicht absolut dicht am Füllelement 3a angepreßter Flasche 2 verhindert der Dampfstrom ein Zutritt von Keimen in das Innere der Flasche 2. Durch die Abschirmung 50 wird eine ausreichende Konzentration an Sterilisationsmedium bzw. Wasserdampf im Bereich um die Zentriertulpe 10 gewährleistet.
Ist eine Vakuum-Behandlung vorgesehen, so besitzt der Ringkessel 1 einen für sämtliche Füllelemente 3a gemeinamen Vakuum-Kanal 51, an den jedes Füllelement 3a über den Kanal 21 und ein Steuerventil 52 angeschlossen ist, so daß der Kanal 21 durch wahlweises Ansteuern des Steuerventils 22 oder des Steuerventils 52 mit dem Sterilisationsmedium oder mit Vakuum beaufschlagt werden kann. In diesem Fall ist dann aber der Bypass-Kanal 21' dort, wo das Rückschlagventil 35 vorgesehen ist, unterbrochen, d.h. der Bypass-Kanal 21' weist nur die Drossel 34 auf und ist mit dem Kanal 47, nicht jedoch mit dem Kanal 21 verbunden. Alternativ hierzu kann auch anstelle des Rückschlagventils 35 ein weiteres Steuerventil vorgesehen sein, welches nur dann öffnet, wenn das Steuerventil 52 geschlossen ist, oder aber das Rückschlagventil 35 ist als steuerbares Ventil ausgebildet.
Bei dem Füllelement 3a können auch mehrere Kanäle 47 vorgesehen sein, wenn dies für eine gleichmäßigere Verteilung des Austritts des Wasserdampfs an den Düsenöffnungen 49 bzw. am Durchlaß 53 erforderlich ist. Grundsätzlich ist es bei dem Füllelement 3a auch möglich, auf die gesteuerte Sterilisationsmedium-Verbindung sowie auf den reduzierten Wasserdampfaustritt am unteren Ende 14' des Sterilisationsmediums zu verzichten. In diesem Fall entfällt dann das Steuerventil 22 und damit die Verbindung des Kanales 21 über das Steuerventil 22 mit dem Versorgungskanal 13. Der Bypass-Kanal 21' ist nur an den Kanal 47 angeschlossen. Das Rückschlagventil 35 und die Verbindung über dieses Ventil entfallen.
Abweichend von den vorbeschriebenen Ausführungsformen können anstelle der Durchflußmesser 32 auch andere, die Füllmenge oder die Füllhöhe bestimmende Elemente verwendet werden, z.B. Licht- oder Ultraschall-Sonden, die den Spiegel des flüssigen Füllgutes im Behälter über einen Rückgasweg oder das Sterilisationsrohr 14 abtasten. Weiterhin kann das Sterilisationsrohr 14 als die Füllhöhe bestimmendes Element ausgebildet sein, und zwar vorzugsweise mit einem Licht- oder Ultraschall-Sensor. Schließlich sind auch Wiegeeinrichtungen für die Flaschen 2, die z.B. Glas- oder Kunststoff-Flaschen sind, möglich.
Bei entsprechender Ausbildung kann das erfindungsgemäße Füllelement auch zum Füllen von Dosen verwendet werden.

1: Ringkessel
2: Flasche
2': Mündung
2'': Boden
3,3a: Füllelement
4: Kesselinnenraum
4': Füllgutraum
4'': Gasraum
5: Gehäuse
6: Flüssigkeitskanal
7: Abgabeöffnung
8: Flüssigkeitsventil
9: Ventilkörper
9': Verlängerung
10: Zentriertulpe
11: Dichtung
12: Restgaskanal
13: Versorgungskanal
14: Sterilisationsrohr
14': Rohrende
15: Ringkanal
16,16a: Betätigungseinrichtung
17: Zylinder
18,18a: Kolben
19,19a: Kanal
21: Kanal
21': Bypass-Kanal
22: Steuerventil
22',22'': Ausgang
23: Steuerventil
24–26: Steuerventil
27: Verbindungskanal
28–31: Kanal
32: Durchflußmesser
33: Steuerdruckleitung
34: Drossel
35: Rückschlagventil
36: Führungsstange
37: Ringkanal
38: Dichtung
39: Flaschenträger
47: Kanal
48: Ringkanal
49: Düsenöffnung
50: Abschirmung
51: Vakuumkanal
52: Steuerventil
53: Durchlaß

Claims

Füllelement für Füllmaschinen zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen (2) oder dergl. Behälter, mit einem ein Flüssigkeitsventil (8) aufweisenden und eine Abgabeöffnung (7) an einer Unterseite des Füllelementes (3, 3a) bildenden Flüssigkeitskanal (6), über den in einer Füllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (8) das flüssige Füllgut dem jeweiligen, an das Füllelement (3, 3a) angesetzten Behälter (2) zufließt, mit einem dem Füllelement (3, 3a) zugeordneten Behälterträger (39), mit Hubmitteln zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Füllelement (3, 3a) und dem Behälterträger (39) für das Ansetzen und Abziehen des jeweiligen Behälters (2) an das bzw. von dem Füllelement, sowie mit einer an der Unterseite des Füllelementes (3, 3a) vorgesehenen und eine Füllelementachse (FA) umschließenden Behälteranlage (11), gegen die zumindest in der Füllphase der sich auf dem Behälterträger (39) abstützende Behälter (2) für eine Dichtlage mit dem Füllelement angepresst ist, gekennzeichnet durch wenigstens eine unterhalb des Füllelementes (3, 3a) und/oder an dessen Unterseite gebildete Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung für ein heißes Sterilisationsmedium, vorzugsweise für Wasserdampf, die (Austrittsöffnung) bezogen auf die Füllelementachse (FA) radial gegenüber der Behälteranlage (11) versetzt ist und über eine ungesteuerte (47, 21') und/oder differenzdruckgesteuerte (14, 21', 35) Sterilisationsmedium-Verbindung an eine Quelle (13) für das Sterilisationsmedium angeschlossen ist.
Füllelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung (14', 49, 53) an der Unterseite des Füllelementes (3, 3a) derart vorgesehen ist, daß mit dem aus dieser Öffnung austretenden Sterilisationsmedium zumindest die Behälteranlage (11) und/oder der Behälteranlage (11) benachbarte Flächen eines Zentrierelementes (10) für den Behälter (2) und/oder der Bereich der von der Behälteranlage (11) umschlossenen Abgabeöffnung (7) für das flüssige Füllgut und/oder der jeweilige Behälter (2) im Bereich einer Behältermündung (2') mit dem Sterilisationsmedium beaufschlagbar sind.
Füllelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisationsmedium-Verbindung einen Leitungsabschnitt oder einen Kanal (21') einschließt, in welchem zumindest eine Düse (34) zur Einstellung eines vorgegebenen reduzierten Sterilisationsmedium-Stromes und/oder ein Rückschlagventil (35) vorgesehen sind, welches bei einer Druckdifferenz zwischen dem Druck, den das Sterilisationsmedium an der Quelle (13) aufweist, und dem Druck an der Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung (14', 49, 53) für eine Strömung des Sterilisationsmediums von der Quelle (13) an die Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung (14', 49, 53) öffnet.
Füllelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal oder Leitungsabschnitt (21') parallel zu einer gesteuerten bzw. wenigstens ein Steuerventil (22) aufweisenden Sterilisationsmedium-Verbindung oder parallel zu einem gesteuerten Kanal oder Leitungsabschnitt (21) oder einem Steuerelement (22) einer solchen gesteuerten Sterilisationsmedium-Verbindung vorgesehen ist.
Füllelement nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung von einer Öffnung oder einem Anschnitt eines Gaskanales an der Unterseite des Füllelementes (3, 3a) gebildet ist.
Füllelement nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung von wenigstens einer Düsenöffnung (49, 53) gebildet ist, die an der Unterseite des Füllelementes (3, 3a) bezogen auf die Füllelementachse (FA) radial außerhalb der Behälteranlage (11) vorgesehen ist.
Füllelement nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von die Behälteranlage (11) umschließenden Düsenöffnungen (49).
Füllelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Düsenöffnung (49) in einem die Behälteranlage (11) umschließenden Zentrierelement, vorzugsweise in einer Zentriertulpe (10) vorgesehen ist.
Füllelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriertulpe (10) an einer der Unterseite des Füllelementes (3a) zugewandten Oberseite eine die Füllelementachse (FA) zumindest teilweise umschließende offene Nut (48) aufweist, von der die wenigstens eine Düsenöffnung (49) ausgeht und die bei am Füllelement (3a) angesetzten Behälter (2) einen Verteilerkanal (48) bildet, der mit einem Kanal (47) in Verbindung steht, welcher Teil der nicht gesteuerten Sterilisationsmedium-Verbindung ist.
Füllelement nach einem der Ansprüche 1 – 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung von einer Öffnung (14') gebildet ist, über die während einer der Füllphase vorausgehenden Sterilisationsphase der Innenraum des Behälters (2), über eine gesteuerte Sterilisationsmedium-Verbindung (14, 21, 22) mit dem Sterilisationsmedium beaufschlagt wird.
Füllelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung von dem offenen Ende eines Rohres (14) gebildet ist, welches zumindest während der Sterilisationsphase mit einer Rohrlänge in den an das Füllelement angesetzten Behälter (2) hineinragt.
Füllelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr ein Füllrohr oder ein Rückgasrohr ist.
Füllelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr ein Sterilisationsrohr (14) ist, welches von einer Betätigungseinrichtung (16, 16a) in Richtung der Füllelementachse (FA) zwischen einer unteren Hubstellung, in der das Sterilisationsrohr (14) mit der Rohrlänge über die Unterseite des Füllelementes (3, 3a) vorsteht, und einer oberen Hubstellung bewegbar ist, in der das Füllrohr (14) in das Füllelement (3, 3a) eingezogen ist.
Füllelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die am unteren Ende (14') des Sterilisationsrohres (14) gebildete Öffnung in der oberen Hubstellung an der Unterseite des Füllelementes (3, 3a) befindet.
Füllelement nach einem der Ansprüche 1 – 14, gekennzeichnet durch eine an der Unterseite des Füllelementes (3a) vorgesehene, vorzugsweise ringförmige Abschirmung (50), die die Behälteranlage (11) sowie ein Zentrierelement (10) für die Behälter (2) umschließt und deren Abmessung in Richtung der Füllelementachse (FA) nur einen Bruchteil derjenigen Höhe ist, die der Behälter (2) in dieser Achse aufweist.
Füllelemnt nach einem der Ansprüche 1 – 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für das Sterilisationsmedium ein dieses Medium führender Versorgungskanal (13) für eine Vielzahl gleichartiger Füllelemente ist.
Füllelement nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisationsmedium-Austrittsöffnung von wenigstens einer Düsenöffnung oder von wenigstens einem Durchlaß (53) gebildet ist, die bzw. der an der Unterseite des Füllelementes (3a) vorgesehen ist, und zwar für den Austritt des Sterilisationsmediums in einen das Zentrierelement (10) umschließenden und von der Abschirmung (50) umschlossenen Raum und/oder für einen gegen die Innenfläche der Abschirmung (50) gerichteten Sterilisationsmediumstrom.
Füllelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß zwischen dem Zentrierelement (10) und der Unterseite des Füllelementes (3a) gebildet ist.