DE4444346A1 - Getränkefüllorgan mit Rückgasrohr und Füllpegelmeßsonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Füllorgan der im Oberbegriff des An­ spruches 1 genannten Art.

Füllorgane dieser Art werden zum Befüllen von Behältern, wie Fla­ schen oder Dosen, mit Getränken verwendet, wobei zur Vermei­ dung von Luftzutritt oder zum Abfüllen CO₂-haltiger Getränke un­ ter Druck der Behälter während des Füllens am Füllorgan abge­ dichtet gehalten ist. Das bei Füllbeginn im Behälter vorhandene Gas entweicht durch das Rückgasrohr.

Bei Füllorganen der eingangs genannten Art wird der Füllstand mit einer Sonde bestimmt, und es wird bei Erreichen des gewünschten Füllpegels über den Antrieb das Flüssigkeitsventil geschlossen und somit die Füllung beendet. Das Rückgasrohr braucht bei dieser Konstruktion nicht bis zum Füllpegel zu reichen, sondern kann oberhalb im Gasraum über dem Füllpegel enden. Aufgrund seiner zentralen Lage im Auslauf des Füllorganes, die zur Trennung ein­ strömender Flüssigkeit und zentral entweichenden Gases günstig ist, ist das Rückgasrohr zur Anordnung der Sonde geeignet, damit diese möglichst ohne Berührung mit der einströmenden Flüssigkeit ge­ halten wird.

Im Stand der Technik sind Sonden bekannt, die nach den unter­ schiedlichsten physikalischen Meßprinzipien arbeiten. Einfache elektrische Sonden, die den Füllstand nur auf bestimmter Höhe fest­ stellen, haben den Nachteil, daß bei Umstellung auf andere Füllpe­ gel, beispielsweise bei Umstellung des Füllers auf einen anderen Behältertyp, das die Sonde tragende Rückgasrohr in der Höhe ver­ stellt werden muß. Es sind auch Lösungen mit mehreren solchen Sonden auf unterschiedlichen Höhen bekannt, bei denen durch zeit­ liche Interpolation Zwischenwerte des Füllpegels einstellbar sind.

Genauer und ohne mechanische Verstellung für Füllpegel auf belie­ biger Höhe verwendbar sind Konstruktionen der eingangs genann­ ten Art mit Sonden, die die aktuelle Höhe des Füllstandes bestim­ men. Bekannte Sonden dieser Art sind jedoch sehr aufwendig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Füllor­ gan der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit einfacher und robuster Konstruktion die Abschaltung bei beliebig vorwählbarem Füllpegel erlaubt, und zwar ohne mechanische Höhenverstellung.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst. Diese an sich für andere Verwendungs­ zwecke bekannte Sondenbauart eignet sich hervorragend für die vorliegenden Zwecke. Überraschend findet man, daß diese Sonde für die äußerst beengten Raumverhältnisse in einem Flaschenhals gut geeignet ist. Das Sondenrohr und die dazu parallel erstreckte Meßelektrode lassen sich ohne weiteres auf dem geringen zur Ver­ fügung stehenden Querschnitt in einem Flaschenhals unterbringen, also auf der Querschnittsfläche, die bei älteren Füllorgankonstruk­ tionen von dem bis zum Füllpegel reichenden Rückgasrohr einge­ nommen wird. Der verwendete Sondentyp bietet den Vorteil, über die Höhe des Sondenrohres zwischen seinem unteren, von dem Leiter kontaktierten Ende und dem oberen, von einer zweiten Lei­ tung kontaktierten Ende jede Eintauchtiefe exakt und sehr schnell durch Ermittlung eines elektrischen Meßwertes mit der Meßelek­ trode bestimmen zu können. Eine einfache, dem Füllorgan zuge­ ordnete oder zentral für mehrere Füllorgane vorgesehene elektri­ sche Schaltung kann den jeweils ermittelten Meßwert mit einem Sollwert vergleichen und das Abschaltsignal zum Schließen des Flüssigkeitsventiles abgeben. Die einfache Konstruktion der Sonde, bei der das Sondenrohr beispielsweise aus Edelstahl bestehen kann, und auch der Meßelektrode, die aus irgendeinem für Füllorgane ge­ eigneten Metall bestehen kann, schafft eine sehr robuste, z. B. ge­ gen bei platzenden Flaschen umherfliegende Scherben unempfindli­ che Konstruktion, die zudem aufgrund der mechanisch sehr einfa­ chen Bauteile kostengünstig herstellbar ist.

Bei Füllorganen der eingangs genannten Art kann das Rückgasrohr weit oberhalb des Füllpegels enden. Es ist aber ohnehin zur besse­ ren Trennung zwischen einlaufender Flüssigkeit und ausströmen­ dem Gas vorteilhaft bis weit in den Flaschenhals hinein verlängert. Dabei kann es in vorteilhafter Ausbildung gemäß Anspruch 2 die Sonde umgebend ausgebildet sein, so daß die Sonde zur Vermei­ dung von Fehlanzeigen gegen einströmende Flüssigkeit und auch gegen mechanische Beschädigung geschützt ist.

Vorteilhaft ist dabei gemäß Anspruch 3 das Rückgasrohr als Meß­ elektrode ausgebildet. Von der Materialwahl her und auch aus elektrischen Gründen ergeben sich dadurch keine Probleme. Durch Einsparung einer gesonderten Meßelektrode bieten sich Kosten- und Platzvorteile.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Auf diese Weise wird im Meßbereich auch bei unterschiedlichen Druck­ verhältnissen ein konstanter Füllstand innerhalb und außerhalb des Rückgasrohres gewährleistet.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch in einem Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Füllorgan dargestellt.

Die zu Erläuterungszwecken stark schematisierte Darstellung der Figur zeigt den üblichen Ringkessel eines rotierenden Füllers mit mehreren Füllorganen, von denen eines geschnitten dargestellt ist.

Der Ringkessel weist eine Außenwand 1 auf und eine Bodenwand 2, in der der Auslauf 3 des Füllorganes vorgesehen ist. Dieser weist einen Ventilsitzring 4 auf, auf dem ein höhenbeweglicher Ventilkörper 5 des Flüssigkeitsventiles in dichtender Anlage steht. Der Ventilkörper 5 ist mit einer Stange 6, die von einem nicht dargestellten Antrieb in Pfeilrichtung bewegbar ist, aus der dargestellten Schließstellung anhebbar.

Unter dem Auslauf 3 steht im dargestellten Ausführungsbeispiel eine PET-Flasche 7, die mit nicht dargestellten, unter ihren Hals­ kragen 8 greifenden Mitteln in Dichtanlage ihres Randes gegen einen Dichtring 9 gehalten wird.

Ein Rückgasrohr 10 durchsetzt zentral den Ventilkörper 5, den Auslauf 3 und den Hals der Flasche 7. Mit seinem unteren Ende taucht es in die Flasche bis unter den Füllpegel 11, bis zu dem die Flasche befüllt werden soll. Das Rückgasrohr 10 ist im dargestell­ ten schematisierten Ausführungsbeispiel mit einem Arm 12 an der Außenwand 1 des Ringkessels fest, also auch höhenfest gehalten. An seinem oberen Ende ist ein Gasventil 13 vorgesehen, das mit ei­ ner Stange 14 von einem nicht dargestellten Antrieb geöffnet und geschlossen werden kann.

Da bei der dargestellten Konstruktion das Rückgasrohr 10 höhenfest steht, ist der höhenbewegliche Ventilkörper 5 auf dem Rückgasrohr mit einem Dichtring 15 abgedichtet geführt.

In der dargestellten Stellung ist der Füllprozeß beendet. Das Flüs­ sigkeitsventil 4, 5 und das Gasventil 13 sind geschlossen. Mit einer nicht dargestellten Druckentlastungseinrichtung wird der Kopfraum der Flasche druckentlastet, und diese wird durch Absenken bis un­ ter das untere Ende des Rückgasrohres 10 entfernt und durch eine leere Flasche ersetzt. Diese wird gegen den Dichtring 9 angepreßt, und es wird zunächst das Gasventil 13 geöffnet, um aus dem Gas­ raum 16 im Ringkessel oberhalb der Oberfläche 17 der dort bevorrateten, im dargestellten Ausführungsbeispiel unter CO₂- Druck stehenden Flüssigkeit das vorgespannte Gas in den Behälter bis zum Erreichen von Gleichdruck einzulassen. Sodann wird durch Anheben des Ventilkörpers 5 das Flüssigkeitsventil geöffnet, und es strömt Flüssigkeit durch den Auslauf 3 außen um das Rückgasrohr 10 herum in die Flasche. Erreicht der Füllstand in der Flasche den dargestellten vorgegebenen Füllpegel 11, so muß ein Signal an den nicht dargestellten Antrieb für den Ventilkörper 5 gegeben werden, um diesen wieder zu schließen.

Dazu ist eine Sonde vorgesehen, die im dargestellten Ausführungs­ beispiel ein am unteren Ende geschlossenes Sondenrohr 18 aus Edelstahl aufweist. Das Sondenrohr 18 ist mit einem elektrisch iso­ lierenden Haltearm 19 im Inneren des Rückgasrohres 10 an diesem befestigt. Sein unteres Ende steht etwa auf Höhe des unteren Endes des Rückgasrohres 10. Das Rückgasrohr 10 ist an seinem unteren Ende mit wenigstens einem Schlitz 20 versehen, um im Höhenbe­ reich des Sondenrohres stets völlig gleichen Pegelstand innerhalb und außerhalb des Rückgasrohres 10 zu gewährleisten. Anstelle von Schlitzen können auch andere zum Pegelausgleich geeignete Öff­ nungen vorgesehen sein.

Das Sondenrohr 18 ist am oberen und unteren Ende mit in ihrem Verlauf mit Isolation versehenen elektrischen Leitungen 21 und 22 kontaktiert. Dabei ist, wie dargestellt, die elektrische Leitung 22 am oberen Ende des Sondenrohres 18 kontaktiert, beispielsweise durch Verklemmung, Verschraubung, Verlötung od. dgl. Auf ähnliche Weise ist die andere elektrische Leitung 21 am unteren Ende des Rohres, im dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem elektrisch leitend verschlossenen Boden des Sondenrohres 18 verbunden, und zwar flüssigkeitsgeschützt auf der Innenseite des Sondenrohres.

Die beiden Leitungen 21 und 22 sind mit den Polen 23 und 24 einer Spannungsquelle 25 verbunden, die Teil eines elektrischen Schalt­ gerätes 26 ist, das auf der Oberfläche des Ringkessels stehend in der Figur angedeutet ist. Auf ihrem Wege von dem Sondenrohr 18 zu dem elektrischen Schaltgerät 26 verlaufen die Leitungen 21 und 22 durch gasabdichtende Stopfen 27 und 28 in der Wand des Rück­ gasrohres 10 bzw. in der Außenwand 1 des Ringkessels.

Eine weitere elektrische Leitung 29 ist an geeigneter Stelle elek­ trisch mit dem Rückgasrohr 10 verbunden, z. B. durch Verlötung. Diese Leitung führt durch den Stopfen 28 zum elektrischen Schalt­ gerät und ist dort mit einem Eingang 30 eines Meßverstärkers 32 verbunden, dessen anderer Eingang 31 mit einem der Pole 23 und 24, im Ausführungsbeispiel mit dem Pol 24, der Spannungsquelle 25 verbunden ist.

Die Spannungsquelle 25 legt über die Leitungen 21 und 22 an die Enden des Sondenrohres 18 eine Spannungsdifferenz an, die zu ei­ nem Stromfluß lotrecht durch das Sondenrohr führt. An unter­ schiedlichen Höhenstellen weist die Oberfläche des Sondenrohres also unterschiedliche Spannungen auf, beispielsweise oben 1 Volt und unten 0 Volt. Auf Höhe des Füllpegels 11 läge also eine Span­ nung von etwa 0,2 Volt an.

Die Meßelektrode liegt über den Meßverstärker 32 an einer der bei­ den Endspannungen des Rohres (im dargestellten Beispiel) an 1 Volt. Daher fließen Ströme auch durch die Flüssigkeit von allen auf unterschiedlichen Spannungen liegenden Punkten des Sondenrohres zur Meßelektrode, dem Rückgasrohr 10. Der spezifische Wider­ stand des Metalles, aus dem das Sondenrohr 18 gefertigt ist, ist we­ sentlich niedriger als der der Flüssigkeit. Die Strompfadwiderstände durch die Flüssigkeit sind also wesentlich höher als die durch das Rohr. Die Spannungen am Rohr werden durch unterschiedliche Flüssigkeiten nicht beeinflußt.

Die unterschiedlichen Stromverläufe durch das Rohr und durch die Flüssigkeit lassen sich nach Art einer mehrfach parallelen Brücken­ schaltung betrachten, wie Veröffentlichungen zu diesem Meßver­ fahren aufzeigen. Im Endergebnis ergibt sich, daß der Meßverstär­ ker 32 der Meßelektrode, also im Ausführungsbeispiel das Rück­ luftrohr 10, an der Flüssigkeit eine Spannung abgreift, die der hal­ ben Spannung zwischen dem unteren Ende des Sondenrohres 18 und der Höhe des Füllpegels 11 entspricht. Im dargestellten Bei­ spiel bestimmt der Meßverstärker 32 also eine Spannung von etwa 0,1 Volt. Steigt die Flüssigkeit weiter, so steigt entsprechend die gemessene Spannung.

Der Meßverstärker 32 oder eine diesem nachgeschaltete Schaltung vergleicht den ermittelten Meßwert mit einem vorgegebenen Soll­ wert und der im dargestellten Ausführungsbeispiel der Höhe des Füllpegels 11 entspricht und gibt bei Erreichen des Sollwertes, bei­ spielsweise über die Ausgangsleitung 33, ein Abschaltsignal an den nicht dargestellten Antrieb für das Flüssigkeitsventil zum Schließen, also zur Abwärtsbewegung des Ventilkörpers 5.

Für eine elektrische Trennung der Meßelektrode von den übrigen Teilen des Füllorganes sollte im Ausführungsbeispiel der das Rück­ gasrohr 10 tragende Arm 12 isolierend ausgebildet sein. Auf jeden Fall muß der das Sondenrohr 18 mit dem Rückgasrohr 10 verbin­ dende Haltearm 19 isolierend ausgebildet sein. Zum Schutz gegen eindringende Flüssigkeit kann das Innere des Sondenrohres 18 mit Isoliermaterial vollständig gefüllt sein. Die Anschlüsse der elektri­ schen Leitungen 21, 22 und 29 am Sondenrohr 18 bzw. am Rück­ gasrohr 29 sind in geeigneter Weise zu isolieren bzw. gegen elek­ trisch störende Flüssigkeitsfilme zu schützen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sondenrohr 18 voll­ ständig aus elektrisch leitendem Material, z. B. Edelstahl, ausgebil­ det. Es kann anstelle des Sondenrohres auch eine andere elektrisch leitfähige, linear angeordnete, an beiden Enden kontaktierte Sonde vorgesehen sein, beispielsweise ein Stab in einem in der Wand ei­ nes ansonsten isolierend aus Kunststoff ausgebildeten Rohres.

Gegenüber der dargestellten Konstruktion sind eine Reihe von Va­ riationen möglich. Wird nicht die dargestellte PET-Flasche 7, son­ dern eine Glasflasche oder eine Dose bei der dargestellten Kon­ struktion des Füllorganes verwendet, so ist diese mit einem Hub­ teller oder einer sonstigen geeigneten Hubeinrichtung in und außer Eingriff zu bringen.

Wird beispielsweise in Dosen oder Flaschen gefüllt, die nur auf ei­ ner Höhenebene transportiert werden, so ist ein zumindest teilweise höhenbewegliches Füllorgan vorzusehen, bei dem der Dichtungsbe­ reich mit dem Dichtring 9 und das Rückgasrohr 10 bis über den Behälterrand angehoben werden.

Das Rückgasrohr erstreckt sich im Ausführungsbeispiel um die Sonde und dient als Meßelektrode. Es kann jedoch auch z. B. ober­ halb der Sonde enden und eine beispielsweise als paralleler Metall­ stab ausgebildete Meßelektrode isoliert tragen. Das Rückgasrohr kann auch geometrisch der dargestellten Ausführungsform entspre­ chen, jedoch aus elektrisch isolierendem Material, wie beispiels­ weise Kunststoff, bestehen. In diesem Fall ist eine gesonderte Meß­ elektrode an der Wand des Rückgasrohres oder innerhalb des Rückgasrohres vorsehbar. Ferner kann zu exakterer Halterung das Sondenrohr 18 im Rückgasrohr 10 in den oberen und unteren End­ bereichen gehalten sein, beispielsweise über sternförmige Kunst­ stoffkörper od. dgl.

Claims (4)

1. Füllorgan für Getränkefüller, mit einem von einem Antrieb gesteuerten Flüssigkeitsventil, einem zentralen Rückgasrohr und mit einer an diesem angeordneten, den aktuellen Füll­ stand messenden Sonde zur Abgabe eines Schließsignales an den Antrieb bei Erreichen des vorgewählten Füllpegels, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sonde ein lotrecht angeord­ netes, bis unter den Füllpegel (11) reichendes Sondenrohr (18) aus einem Material geringen elektrischen Widerstandes aufweist, dessen unteres Ende geschlossen und mit einem im Sondenrohr (18) isoliert verlegten Leiter (21) kontaktiert ist, sowie eine parallel zum Sondenrohr (18) im Abstand zu die­ sem erstreckte Meßelektrode (10) aus elektrisch leitfähigem Material aufweist, wobei der Leiter (21) und das obere Ende des Sondenrohres (18) elektrisch (21, 22) mit den beiden Polen (23, 24) einer Spannungsquelle (25) verbunden sind und die Meßelektrode (10) elektrisch mit einem Eingang (30) eines Meßverstärkers (32) verbunden ist, dessen anderer Eingang (31) mit einem der Pole (24) verbunden ist, und wobei der Meßverstärker (32) den Meßwert mit einem vor­ wählbaren, dem gewünschten Füllpegel (11) entsprechenden Sollwert vergleicht und bei dessen Erreichen das Schließ­ signal abgibt.

2. Füllorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückgasrohr (10) bis in den Meßbereich verlängert und die Sonde (18) umgebend ausgebildet ist.

3. Füllorgan nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückgasrohr (10) als Meßelektrode dient.

4. Füllorgan nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückgasrohr (10) im Meßbereich Durchbrechungen (20) aufweist.