EP0453879A1 - Vorrichtung zum Füllen von Behältern mit einer FlÀ¼ssigkeit - Google Patents

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EP0453879A1
EP0453879A1 EP91105731A EP91105731A EP0453879A1 EP 0453879 A1 EP0453879 A1 EP 0453879A1 EP 91105731 A EP91105731 A EP 91105731A EP 91105731 A EP91105731 A EP 91105731A EP 0453879 A1 EP0453879 A1 EP 0453879A1
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EP
European Patent Office
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swirl
liquid
opening
outlet
filling
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EP91105731A
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English (en)
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Manfred Dr. Ing. Mette
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alfill Getranketechik GmbH
Original Assignee
Alfill Getranketechik GmbH
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Publication date
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Publication of EP0453879B1 publication Critical patent/EP0453879B1/de
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    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
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    • B67C2003/2674—Means for preventing foaming of the liquid by creating a conical shaped flow directed to the container wall at the container neck height
    • B67C2003/268—Means for preventing foaming of the liquid by creating a conical shaped flow directed to the container wall at the container neck height by means of a flow channel integral with the filling nozzle

Definitions

  • the invention relates to a filling device for filling containers with a liquid, in particular for filling large-volume bottles with drinks, with a storage container holding the liquid to be filled and at least one filling member connected to the storage container and having a liquid outlet with centering and sealing means for docking containers to be filled which has a swirl chamber assigned to the liquid outlet with an inlet opening, an outlet opening and a swirl chamber connecting the inlet opening with the outlet opening.
  • Filling devices for filling liquids into containers such as cans, bottles or the like usually have a storage container in which the liquid to be filled is kept ready and which has a gas space above the liquid.
  • a control device ensures that the liquid level in the storage container is kept as constant as possible in order to create defined and reproducible conditions for the filling process.
  • the reservoir is usually designed as a rotating bowl, for example as a ring bowl, with a central liquid supply.
  • centering and sealing means for docking successive containers to be filled which contain the necessary liquid passages and valves as well as air and gas lines with the associated actuators. With such filling devices, liquids of all kinds can be filled into containers.
  • These devices are preferably used for filling beverages, both for still beverages, such as still water, juices, milk and the like, and especially for carbonated beverages which are filled under counterpressure.
  • the one for that necessary equipment such as tension and return gas lines are integrated in the filling head.
  • a known filling head for a filling device is described for example in DE-0S 30 25 786.
  • a device of the type described in the introduction has become known from German utility model 72 38 305.
  • the filling head described in the document has a swirl-generating device which forces the liquid flowing from a storage container into a container to be filled to swirl around the axis of the filling opening.
  • the centrifugal force acting on the liquid as a result of the swirl causes the liquid to flow along the container wall as it flows out of the filling head and does not come into contact with the return gas pipe projecting into the container to be filled. This prevents the gas escaping from the container through the return gas pipe during the filling process from entraining liquid.
  • a major disadvantage of the known device is that a valve chamber with a valve body for opening and closing the liquid outlet is provided as the swirl-generating device, in which the liquid must flow around eddy-forming edges, which hinders the formation of a clean wall flow.
  • a volumetric metering of the liquid to be filled is not possible with this device.
  • a fill level limitation takes place through the provided return gas tube, which, in addition to the disadvantage associated with wetting the tube end when the predetermined fill level is reached, has the further disadvantage of a relatively large stroke between filling head and container when the containers are docked, which contributes to limiting the performance of the filling device .
  • the invention is based on the object of specifying a further device of the type described in the introduction.
  • This object is achieved according to the invention in that the swirl chamber is designed as a swirl channel, starting from the inlet opening and running around the axis of the outlet opening, the flow cross section of which decreases as a function of the rotation angle ( ⁇ ).
  • This design of the swirl chamber with a swirl channel that preferably runs at an angle of 360 ° from the inlet opening to the outlet opening causes swirl-free swirl generation and trouble-free drainage of the liquid into the container to be filled.
  • the reduction in the flow cross-section to preferably approximately zero has the advantage that the swirl channel is filled with liquid essentially until the end of the liquid drain.
  • the pressure of the escaping liquid can act uniformly throughout the swirl channel, which increases the rotating movement component when the liquid flows out, prevents the formation of vortices in the swirl channel and stabilizes the swirl imparted by the liquid.
  • the liquid flow is therefore always reliably pressed against the container wall.
  • Claims 7 to 11 contain a preferred continuation of the present invention. They relate to the arrangement and design of a drain funnel in the area of the drain opening of the swirl chamber.
  • the discharge funnel directs the liquid emerging from the swirl channel into the container to be filled while maintaining the swirl through the discharge opening. It is designed and arranged in such a way that a constant transition from the swirl channel to the drain opening is ensured and interruptions or disturbances in the rotating movement of the liquid during the outflow are prevented.
  • the drain funnel enables the swirl chamber to be constructed very economically.
  • Claims 10 and 11 relate to measures for ending the swirl movement of residual amounts of liquid trailing at the outlet of the swirl channel. This accelerates the complete idling of the swirl chamber.
  • Claim 12 contains a particularly preferred embodiment of the device according to the invention, in which the swirl chamber and its drain opening are free of internals, so that an undisturbed swirl generation and an unimpeded leakage of the liquid are ensured.
  • Claim 13 relates to a further preferred embodiment of the device according to the invention, which allows the filling of volumetrically metered amounts of liquid with swirl, the arrangement here also ensuring a trouble-free, fast and complete leakage of the portioned liquid amount.
  • the use of a filling tube or return gas tube immersed in the container to be filled is not necessary in this device, which, due to the reduction in stroke associated with the elimination of such a filling tube, causes an increase in the capacity of the filling device when a container to be filled is docked.
  • the filling device offers a number of advantages. It allows the filling of volumetrically metered quantities of liquid with swirl, so that there is no need for a filling or return gas pipe which projects through the outlet opening into the container to be filled. This reduces the stroke required to dock the containers to be filled, which enables both a design simplification and a faster working cycle of the filling device, that is to say increased performance.
  • the swirl chamber proposed according to the invention has no valve internals with moving parts and is therefore distinguished by a very simple construction.
  • a particularly advantageous feature is the swirl and bubble-free generation of swirls, combined with the unimpeded drainage of the liquid to be filled into the container.
  • a rotationally symmetrical flow is generated, which runs close to the wall of the container to be filled due to the high centrifugal force.
  • the strong wall flow and the lack of internals in the swirl chamber and in the outlet funnel have the advantage that particles contained in the liquid cannot get stuck. This also ensures that the return gas escaping from the container to be filled through the center of the swirl movement during the filling process cannot entrain any liquid.
  • the filling device is particularly suitable for filling large-volume bottles and similar containers.
  • the forced termination of the swirling movement of remaining amounts of liquid in the inlet area of the discharge funnel accelerates the emptying of the filling element and thus also contributes to its increased performance.
  • the arrangement of the swirl chamber downstream of the liquid outlet of the metering chamber of the volumetric metering filling element is also of particular importance within the scope of the invention. This results in a structurally and functionally very favorable construction of the metering filling element.
  • FIG. 1 an embodiment of a filling device according to the invention is shown schematically in a section.
  • 1 designates a storage tank designed as an annular vessel, which contains a liquid 2 to be filled and a gas space 3 with a gas, for example CO2, which is under a predetermined pressure in the exemplary embodiment shown.
  • a gas for example CO2
  • the storage container 1 is connected in a known manner via feed lines 8 for the liquid to be filled and gas lines 9 to a central supply unit, not shown in the drawing. With known means, not shown in the drawing, the liquid level in the reservoir is kept at a predetermined level.
  • the pressure in the gas space 3 is regulated as constant as possible in order to create as constant conditions as possible for the filling of the liquid.
  • the storage container 1 runs around a vertical axis (not shown), successive containers 7 to be filled being docked, filled and released again one after the other with lifting plates 11 or similar devices on the filling members 4. This process is known and need not be described here.
  • openings 12 are provided next to one another in the circumferential direction, to which downwardly extending container extensions 13 are attached.
  • the container lugs 13 are preferably designed as cylindrical tube pieces which are flanged around the bottom openings 12 on the storage container.
  • Each container extension 13 protrudes from above into a metering chamber 14 and has at its lower end a liquid passage 16 from the reservoir 1 to the metering chamber 14.
  • the metering chamber forms with the ßehalteransatz a structural unit, the attachment to the reservoir does not require any further conversions or installations of the reservoir.
  • the dosing chamber is provided with a liquid outlet 17 at its lower end.
  • the liquid passage 16 and the liquid outlet 17 are arranged opposite one another so that they can be closed alternately by means of a double-seat valve 18 with a common valve body 19.
  • the valve body 19 can be moved from its first closed position, in which the liquid passage from the reservoir 1 to the metering chamber 14 and the liquid outlet 17 of the metering chamber is open, into a second closed position, in which the liquid outlet 17 is blocked and the liquid passage 16 is open.
  • the valve body 19 is fixedly attached to an actuating rod 21.
  • the valve body 19 is pressed against the force of the tension spring 22 by the pressure of the liquid in the filling element into its lower closed position and there held in which it blocks the liquid outlet of the metering chamber 14.
  • the metering chamber 14 is filled with liquid. If a container 7 is docked and biased, pressure equalization takes place at the liquid outlet 17 of the metering chamber, and the spring 22 pulls the valve body 19 in its upper closed position, the liquid outlet 17 being opened to initiate a filling process.
  • a switching element 23 is provided, which has a cam-operated eccentric 24 acts accordingly on the actuating rod 21.
  • a mechanical flip-flop element with two stable switching positions can be provided as the switching element, as described in the applicant's older German patent application P 40 10 413.3. With such a switching element, the switching process always takes place at the same switching speed, regardless of the rotational speed of the storage container 1.
  • the dosing chamber 14 has a dosing space 26 for receiving a predetermined amount of the liquid to be filled and above it a gas space 27 which delimits the dosing space 26 in the dosing chamber upwards.
  • a return gas line 28 connects the metering chamber 26 of the metering chamber to the gas chamber 3 of the storage container. The return gas line 28 opens below the gas chamber 27 in the metering chamber 14.
  • the gas chamber 27 is closed off from the outside and thus contains a gas buffer which limits the metering volume of the metering chamber upwards.
  • the metering volume of the metering chamber 26 of the metering chamber 14 can be changed with a displacer body 29 that is vertically adjustable from the outside. For adjusting the height of the displacement body 29, an actuating rod 31 is provided, which extends outside the storage container 1 and consequently does not require any conversions or installations on the storage container.
  • a swirl chamber 32 is connected to the liquid outlet 17 of the metering chamber 14.
  • This swirl chamber 32 consists of a chamber housing 33 having a connected to the liquid outlet 17 of the metering chamber inlet port 34, a drain port 36, a discharge funnel 37, and a n the inlet opening 34 to the drain port 36 connected via the discharge funnel 37 swirl channel 38th
  • the chamber housing 33 is composed of a lower chamber part 39 with a funnel-shaped inner surface 41 with an inlet cone 41a and an upper chamber part 42, which contains the inlet opening 34 and a return gas line 43 opening centrally in the outlet opening 36.
  • the drain opening 36 is thus designed as an annular opening, which surrounds the mouth of the return gas pipe 43.
  • the funnel-shaped inner surface 41 of the lower chamber part 39 and the upper chamber part 42 enclose the swirl channel 38 between them. 3, the swirl channel 38, starting from the inlet opening 34, extends helically around the axis 44 of the outlet opening 36.
  • the swirl chamber 32 is constructed in such a way that the inlet opening 34 and the outlet opening 36 are offset radially and axially from one another in such a way that however, the inlet opening 34 lies within the outer radius R of the helical swirl channel 38. This results in a compact structure of the swirl chamber and very favorable flow conditions.
  • the swirl channel extends just at an angle ⁇ of approximately 360 ° around the axis 44 of the drain opening.
  • the bottom of the swirl duct is formed by the upper part of the inner surface 41 of the lower housing part 39, which is designed as an inlet cone 41a of the discharge funnel.
  • This height reduction of the swirl channel which is matched to the amount of liquid flowing off in the swirl channel, has the effect that it remains completely filled during the passage of the liquid during the filling process, that the formation of bubbles and vortices is prevented and that the pressure of the subsequent amount of liquid on the one in the swirl channel Liquid is kept continuously.
  • a rotating wall flow with high swirl is created in the discharge funnel, which is retained when it flows out into the neck of the container.
  • This rotating wall flow 48 surrounds in the container neck a liquid-free space 49 through which the gas displaced from the container during the filling process can escape into the return gas line 43 and to the gas space of the storage container.
  • the return gas line 43 connecting the interior of the container 7 to be filled with the gas space of the storage container 1 extends through the upper housing part 42 of the swirl chamber 32, through a line section 52 in the filling element 4, through a pressure change valve 53 and through the container opening 12 into the gas space 3 of the storage container Another pipe section 54.
  • a valve 56 which can be actuated by means of an actuating device 57, the return gas line can be interrupted in order to prevent a pressure loss in the gas space 3 of the storage container 1, as long as no container 7 is docked to the filling element.
  • a relief valve 58 the interior of the container can be brought from the elevated pressure prevailing there to atmospheric pressure after the filling process.
  • the interior of the container 7 to be filled can optionally be connected to the gas space 3 of the storage container 1 or an additional gas space 61, which reduces a gas under one compared to the gas space 3 Contains pressure.
  • the filling process can thus be decisively accelerated, which has a positive effect in particular in the case of large-volume containers 7 to be filled.
  • Container 7 which can also be a PET bottle, is biased, ie it is acted upon by the pressure of the gas space 3 by opening the valve 56 and by establishing the connection to the gas space 3 of the storage container via the pressure change valve 53. Then the liquid outlet 17 of the metering chamber is opened by switching the valve body 19 into its upper closed position, so that the metered liquid can flow out of the metering chamber through the swirl chamber 32 into the container 7, forming a close-fitting rotating wall flow in the container neck the center of which the gas displaced from the container can escape into the return gas line 43.
  • the pressure changeover valve 53 switches over, so that the lower pressure of the additional gas space 61 is applied to the return gas line 43 and thus to the interior of the container. This significantly accelerates the outflow of the liquid from the swirl chamber.
  • the valves are switched back again and the relief valve 58 is briefly opened. The liquid has now drained completely from the swirl channel 38 and the discharge funnel 37 into the container 7. This can then be removed from the filling element, for which only a small stroke of the lifting plate 11 is required.

Abstract

Es wird eine Füllvorrichtung zum Füllen von Behältern (7) mit einer Flüssigkeit beschrieben, welche einen die abzufüllende Flüssigkeit bereithaltenden Vorratsbehälter (1) und wenigstens ein mit dem Vorratsbehälter verbundenes, einen Flüssigkeitsauslaß (17) mit Zentrier- und Abdichtmitteln (6) zum Andocken der zu füllenden Behälter aufweisendes Füllorgan (4) aufweist. An den Flüssigkeitsauslaß (17) ist eine Drallkammer (32) mit einem Drallkanal (38) angeschlossen, welcher den Flüssigkeitsauslaß (17) mit einer Ablauföffnung (36) verbindet, an die die zu füllenden Behälter (7) nacheinander angedockt werden. Mit dem Drallkanal wird im Flüssigkeitseinlauf in dem Behälter eine rotierende Wandströmung erzeugt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Füllvorrichtung zum Füllen von Behältern mit einer Flüssigkeit, insbesondere zum Füllen großvolumiger Flaschen mit Getränken, mit einem die abzufüllende Flüssigkeit bereithaltenden Vorratsbehälter und wenigstens einem mit dem Vorratsbehälter verbundenen, einen Flüssigkeitsauslaß mit Zentrier- und Abdichtmitteln zum Andocken zu füllender Behälter aufweisenden Füllorgan, welches eine dem Flüssigkeitsauslaß zugeordnete Drallkammer mit einer Zulauföffnung, einer Ablauföffnung und einem die Zulauföffnung mit der Ablauföffnung verbindenden Drallraum aufweist.
  • Füllvorrichtungen zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Behälter wie Dosen, Flaschen oder dergl. weisen gewöhnlich einen Vorratsbehälter auf, in dem die abzufüllende Flüssigkeit bereitgehalten wird und der über der Flüssigkeit einen Gasraum hat. Eine Regeleinrichtung sorgt dafür, daß das Flüssigkeitsniveau im Vorratsbehälter möglichst konstant gehalten wird, um für den Abfüllvorgang definierte und reproduzierbare Verhältnisse zu schaffen. Der Vorratsbehälter ist normalerweise als rotierender Kessel, beispielsweise als Ringkessel, mit zentraler Flüssigkeitszufuhr ausgebildet. Entlang seinem Umfang sind eine Vielzahl von Füllköpfen mit Zentrier- und Abdichtmitteln zum Andocken aufeinanderfolgender zu füllender Behälter angebracht, welche die erforderlichen Flüssigkeitsdurchlässe und -ventile sowie Luft- und Gasleitungen mit den jeweils zugehörigen Betätigungsorganen enthalten. Mit solchen Füllvorrichtungen können Flüssigkeiten aller Art in Behälter abgefüllt werden. Bevorzugt eingesetzt sind diese Vorrichtungen zum Abfüllen von Getränken, und zwar sowohl für stille Getränke, wie stille Wässer, Säfte, Milch und dergl. , als auch besonders für kohlensäurehaltige Getränke, die unter Gegendruck abgefüllt werden. Die dafür notwendigen Einrichtungen, wie Spann- und Rückgasleitungen, sind im Füllkopf integriert. Ein bekannter Füllkopf für eine Abfüllvorrichtung ist beispielsweise in der DE-0S 30 25 786 beschrieben.
  • Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist durch die deutsche Gebrauchsmusterschrift 72 38 305 bekanntgeworden. Der in der Schrift beschriebene Füllkopf weist eine drallerzeugende Einrichtung auf, welche der aus einem Vorratsbehälter in einen zu füllenden Behälter fließenden Flüssigkeit einen Drall um die Achse der Füllöffnung aufzwingt. Die infolge des Dralls auf die Flüssigkeit wirkende Fliehkraft bewirkt, daß die Flüssigkeit beim Auslaufen aus dem Füllkopf an der Behälterwand entlangströmt und nicht mit dem in den zu füllenden Behälter hineinragenden Rückgasrohr in Berührung kommt. Dadurch wird verhindert, daß das beim Füllvorgang durch das Rückgasrohr aus dem Behälter entweichende Gas Flüssigkeit mitreißt. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Vorrichtung ist , daß als drallerzeugende Einrichtung eine Ventilkammer mit einem Ventilkörper zum Öffnen und Verschließen des Flüssigkeitsauslasses vorgesehen ist, in der die Flüssigkeit um wirbelbildende Kanten strömen muß, was die Ausbildung einer sauberen Wandströmung behindert. Außerdem ist mit dieser Vorrichtung eine volumetrische Dosierung der abzufüllenden Flüssigkeit nicht möglich. Stattdessen findet durch das vorgesehene Rückgasrohr eine Füllhöhenbegrenzung statt, die neben dem mit der Benetzung des Rohrendes bei Erreichen der vorgegebenen Füllhöhe verbundenen Nachteil den weiteren Nachteil eines relativ großen Hubes zwischen Füllkopf und Behälter beim Andocken der Behälter hat, was zur Begrenzung der Leistungsfähigkeit der Füllvorrichtung beiträgt.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine weitere Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Drallraum als ausgehend von der Zulauföffnung um die Achse der Ablauföffnung herum verlaufender Drallkanal ausgebildet ist, dessen Durchflußquerschnitt in Abhängigkeit vom Umlaufwinkel ( φ ) abnimmt. Diese Ausbildung der Drallkammer mit einem vorzugsweise im Winkel von 360° stetig von der Zulauföffnung zur Ablauföffnung verlaufenden Drallkanal bewirkt eine wirbelfreie Drallerzeugung und ein störungsfreies Ablaufen der Flüssigkeit in den zu füllenden Behälter. Dabei hat die Verringerung des Durchflußquerschnitts bis vorzugsweise annähernd Null den Vorteil, daß der Drallkanal im wesentlichen bis zum Ende des Flüssigkeitsablaufs mit Flüssigkeit gefüllt ist. So kann der Druck der auslaufenden Flüssigkeit im ganzen Drallkanal gleichmäßig wirken, was die rotierende Bewegungskomponente beim Ausströmen der Flüssigkeit verstärkt, der Bildung von Wirbeln im Drallkanal vorbeugt und den der Flüssigkeit vermittelten Drall stabilisiert. Die Flüssigkeitsströmung wird also zuverlässig immer an die Behälterwandung angedrückt.
  • Ausgestaltungen sowie Fortführungen und Weiterbildungen der Erfindung, denen zum Teil selbständig patentfähige Bedeutung zukommt, sind in den Unteransprüchen enthalten. Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 betreffen einen besonders bevorzugten geometrischen und konstruktiven Aufbau der Drallkammer. Die als Erfindung beanspruchte Zuordnung von Zulauföffnung und Ablauföffnung zueinander und die wendelförmige Ausbildung des Drallkanals bewirken eine weitgehend rotationssymmetrische Strömung, die die Drallerzeugung und die Bildung einer Wandströmung im Behältereinlauf wesentlich fördert. Mit den Merkmalen der Ansprüche 5 und 6, von denen insbesondere dem Anspruch 6 patentfähige Bedeutung beizumessen ist, wird erreicht, daß der Drallkanal während des Auslaufens der Flüssigkeit restlos gefüllt ist und der von der nachfolgenden Flüssigkeit ausgeübte Druck in der Drallkammer erhalten bleibt. Das beschleunigt den Flüssigkeitsdurchlauf und verhindert die Bildung von Gasblasen. Die Ansprüche 7 bis 11 enthalten eine bevorzugte Fortführung der vorliegenden Erfindung. Sie betreffen die Anordnung und Ausbildung eines Ablauftrichters im Bereich der Ablauföffnung der Drallkammer. Der Ablauftrichter leitet die aus dem Drallkanal austretende Flüssigkeit unter Beibehaltung des Dralls durch die Ablauföffnung in den zu füllenden Behälter. Er ist so ausgebildet und angeordnet, daß ein stetiger Übergang vom Drallkanal zur Ablauföffnung gewährleistet ist und Unterbrechungen oder Störungen der rotierenden Bewegung der Flüssigkeit beim Ausströmen verhindert werden. Gleichzeitig ermöglicht der Ablauftrichter einen fertigungstechnisch sehr günstigen Aufbau der Drallkammer. Die Ansprüche 10 und 11 betreffen Maßnahmen zum Beenden der Drallbewegung nachlaufender Restmengen der Flüssigkeit am Ausgang des Drallkanals. Dadurch wird das restlose Leerlaufen der Drallkammer beschleunigt. Anspruch 12 enthält eine besonders bevorzugte Ausbildung der Vorrichtung nach der Erfindung, bei der die Drallkammer und ihre Ablauföffnung frei von Einbauten sind, so daß eine ungestörte Drallerzeugung und ein ungehindertes Auslaufen der Flüssigkeit gewährleistet sind. Anspruch 13 betrifft eine weitere bevorzugte Ausbildung der Vorrichtung nach der Erfindung, die das Abfüllen volumetrisch dosierter Flüssigkeitsmengen unter Drall gestattet, wobei die Anordnung auch hier ein störungsfreies, schnelles und restloses Auslaufen der portionierten Flüssigkeitsmenge gewährleistet. Die Verwendung eines in den zu füllenden Behälter eintauchenden Füllrohres bzw. Rückgasrohres ist bei dieser Vorrichtung nicht erforderlich, was wegen der mit dem Wegfall eines solchen Füllrohres verbundenen Hubverringerung beim Andocken eines zu füllenden Behälters eine Leistungserhöhung der Füllvorrichtung bewirkt.
  • Insgesamt bietet die Füllvorrichtung nach der Erfindung eine Reihe von Vorteilen. Sie erlaubt das Abfüllen volumetrisch dosierter Flüssigkeitsmengen unter Drall, so daß auf ein durch die Ablauföffnung in den zu füllenden Behälter hineinragendes Füll- oder Rückgasrohr verzichtet werden kann. Dadurch reduziert sich der zum Andocken der zu füllenden Behälter erforderliche Hub, was sowohl eine konstruktive Vereinfachung als auch einen schnelleren Arbeitszyklus der Füllvorrichtung, also erhöhte Leistungsfähigkeit, ermöglicht. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Drallkammer weist keine Ventileinbauten mit beweglichen Teilen auf und zeichnet sich daher durch einen sehr einfachen Aufbau aus. Von besonderem Vorteil ist die wirbel- und blasenfreie Drallerzeugung, verbunden mit dem ungehinderten Ablaufen der in die Behälter einzufüllenden Flüssigkeit. Es wird eine rotationssymmetrische Strömung erzeugt, die wegen der hohen Fliehkraft dicht an der Wand des zu füllenden Behälters entlangläuft. Die starke Wandströmung und das Fehlen von Einbauten in der Drallkammer und im Auslauftrichter haben den Vorteil, daß sich in der Flüssigkeit enthaltene Teilchen nicht festsetzen können. Außerdem ist dadurch sichergestellt, daß das beim Füllvorgang aus dem zu füllenden Behälter durch das Zentrum der Drallbewegung entweichende Rückgas keine Flüssigkeit mitreißen kann. Wegen der hohen erreichbaren Füllgeschwindigkeit ist die Füllvorrichtung besonders zum Füllen großvolumiger Flaschen und ähnlicher Behälter geeignet. Die erzwungene Beendigung der Drallbewegung von nachlaufenden Restmengen der Flüssigkeit im Einlaufbereich des Ablauftrichters beschleunigt das Leerlaufen des Füllorgans und trägt damit auch zu seiner erhöhten Leistungsfähigkeit bei. Von besonderer Bedeutung im Rahmen der Erfindung ist auch die Anordnung der Drallkammer stromab des Flüssigkeitsauslasses der Dosierkammer des volumetrisch dosierenden Füllorgans. Das ergibt einen in konstruktiver und funktioneller Hinsicht sehr günstigen Aufbau des dosierenden Füllorgans.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen.
    • Fig. 1
    einen vertikalen Schnitt durch eine Füllvorichtung nach der Erfindung in einer schematischen Darstellung,
    Fig. 2
    eine vergrößerte Darstellung des vertikalen Schnitts durch die Drallkammer der Fig. 1 (entspricht einem Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 3) und
    Fig. 3
    einen horizontalen Schnitt durch die Drallkammer der Figuren 1 und 2 entlang der Linie III-III der Fig. 2.
  • In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Füllvorrichtung gemäß der Erfindung in einem Schnitt schematisch dargestellt. Mit 1 ist ein als Ringkessel ausgebildeter Vorratsbehälter bezeichnet, der eine abzufüllende Flüssigkeit 2 und einen Gasraum 3 mit einem im dargestellten Ausführungsbeispiel unter einem vorgegebenen Druck stehenden Gas, beispielsweise CO₂, enthält. Rings am Umfang des Vorratsbehälters 1 sind an dessen Unterseite in regelmäßigen Winkelabständen Füllorgane 4 mit Zentrier- und Abdichtmitteln 6 zum Andocken aufeinanderfolgender zu füllender Behälter 7 angebracht. Der Vorratsbehälter 1 ist in bekannter Weise über Zuleitungen 8 für die abzufüllende Flüssigkeit und Gasleitungeng 9 mit einer zentralen, in der Zeichnung nicht dargestellten Versorgungseinheit verbunden. Mit bekannten in der Zeichnung nicht dargestellten Mitteln wird der Flüssigkeitsspiegel im Vorratsbehälter auf einem vorgegebenen Niveau gehalten. Ebenso wird der Druck im Gasraum 3 möglichst konstant geregelt, um für das Abfüllen der Flüssigkeit möglichst gleichbleibende Bedingungen zu schaffen. Der Vorratsbehälter 1 läuft um eine nicht gezeigte vertikale Achse um, wobei aufeinanderfolgende zu füllende Behälter 7 nacheinander mit Hubtellern 11 oder dergleichen Einrichtungen an die Füllorgane 4 angedockt, gefüllt und wieder abgegeben werden. Dieser Vorgang ist bekannt und braucht hier nicht beschrieben zu werden.
  • Im Boden des Vorratsbehälters 1 sind in Umfangsrichtung nebeneinander Öffnungen 12 vorgesehen, an welche sich nach unten erstreckende Behälteransätze 13 angesetzt sind. Die Behälteransätze 13 sind vorzugsweise als zylindrische Rohrstücke ausgebildet, die die Bodenöffnungen 12 umschließend am Vorratsbehälter angeflanscht sind. Jeder Behälteransatz 13 ragt von oben in eine Dosierkammer 14 hinein und weist an seinem unteren Ende einen Flüssigkeitsdurchlaß 16 vom Vorratsbehälter 1 zur Dosierkammer 14 auf. Vorzugsweise bildet die Dosierkammer mit dem ßehälteransatz eine bauliche Einheit, deren Anbau an den Vorratsbehälter keine weiteren Um- oder Einbauten des Vorratsbehälters erfordert.
  • Die Dosierkammer ist an ihrem unteren Ende mit einem Flüssigkeitsauslaß 17 versehen. Der Flüssigkeitsdurchlaß 16 und der Flüssigkeitsauslaß 17 sind so einander gegenüberliegend angeordnet, daß sie wechselweise mittels eines Doppelsitzventils 18 mit einem gemeinsamen Ventilkörper 19 verschließbar sind. Der Ventilkörper 19 ist aus seiner ersten Schließstellung, in der der Flüssigkeitsdurchlaß von dem Vorratsbehälter 1 zur Dosierkammer 14 gesperrt und der Flüssigkeitsauslaß 17 der Dosierkammer offen ist, in eine zweite Schließstellung bewegbar, in der der Flüssigkeitsauslaß 17 gesperrt und der Flüssigkeitsdurchlaß 16 geöffnet ist.
  • Der Ventilkörper 19 ist fest an einer Betätigungsstange 21 angebracht. Ein Kraftelement in Gestalt einer Zugfeder 22, die einerseits innen am Behälteransatz 13 und andererseits außen an der Betätigungsstange 21 befestigt ist, wirkt über die Betätigungsstange 21 auf den Ventilkörper 19 so, daß dieser in seine obere Schließstellung gezogen wird, in welcher er den Flüssigkeitsdurchlaß vom Vorratsbehälter zur Dosierkammer sperrt. Sobald am Flüssigkeitsauslaß 17 von außen her Atmosphärendruck anliegt, wenn also kein zu füllender Behälter 7 angedockt oder ein angedockter Behälter noch nicht vorgespannt ist, wird der Ventilkörper 19 gegen die Kraft der Zugfeder 22 vom Druck der Flüssigkeit im Füllorgan in seine untere Schließstellung gedrückt und dort gehalten, in der er den Flüssigkeitsauslaß der Dosierkammer 14 sperrt. Dabei wird die Dosierkammer 14 mit Flüssigkeit gefüllt. Ist ein Behälter 7 angedockt und vorgespannt, so findet am Flüssigkeitsauslaß 17 der Dosierkammer ein Druckausgleich statt, und die Feder 22 zieht den Ventilkörper 19 in seine obere Schließstellung, wobei der Flüssigkeitsauslaß 17 zur Einleitung eines Füllvorgangs geöffnet wird. Um den Ventilkörper 19 nach dem Füllen des Behälters 7 gegen den Druck der Feder 22, die ihn in der oberen Schließstellung am Flüssigkeitsdurchlaß 16 festhält, wieder in seine untere Schließstellung am Flüssigkeitsauslaß 17 zu bewegen, ist ein Schaltorgan 23 vorgesehen, das mit einem kurvenbetätigten Exzenter 24 entsprechend auf die Betätigungsstange 21 einwirkt. Als Schaltorgan kann ein mechanisches Flip-Flop-Element mit zwei stabilen Schaltpositionen vorgesehen sein, wie es in der älteren deutschen Patentanmeldung P 40 10 413.3 der Anmelderin beschrieben ist. Mit einem solchen Schaltorgan läuft der Schaltvorgang unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit des Vorratsbehälters 1 immer mit derselben Schaltgeschwindigkeit ab.
  • Die Dosierkammer 14 weist einen Dosierraum 26 für die Aufnahme einer vorgegebenen Menge der abzufüllenden Flüssigkeit und darüber einen Gasraum 27 auf, welcher den Dosierraum 26 in der Dosierkammer nach oben begrenzt. Eine Rückgasleitung 28 verbindet den Dosierraum 26 der Dosierkammer mit dem Gasraum 3 des Vorratsbehälters. Die Rückgasleitung 28 mündet unterhalb des Gasraums 27 in der Dosierkammer 14. Der Gasraum 27 ist nach außen abgeschlossen und enthält somit einen Gaspuffer, der das Dosiervolumen der Dosierkammer nach oben hin begrenzt. Mit einem von außen vertikal verstellbaren Verdrängerkörper 29 ist das Dosiervolumen des Dosierraumes 26 der Dosierkammer 14 veränderbar. Zur Höheneinstellung des Verdrängerkörpers 29 ist eine Betätigungsstange 31 vorgesehen, die außerhalb des Vorratsbehälters 1 verläuft und demzufolge keine Umbauten bzw. Einbauten am Vorratsbehälter erfordert.
  • Gemäß der Erfindung ist an dem Flüssigkeitsauslaß 17 der Dosierkammer 14 eine Drallkammer 32 angeschlossen. Diese Drallkammer 32 besteht aus einem Kammergehäuse 33, welches eine mit dem Flüssigkeitsauslaß 17 der Dosierkammer verbundene Zulauföffnung 34, eine Ablauföffnung 36, einen Ablauftrichter 37 und einendie Zulauföffnung 34 mit der Ablauföffnung 36 über den Ablauftrichter 37 verbindenden Drallkanal 38 aufweist. Wie Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung zeigt, ist das Kammergehäuse 33 aus einem Kammerunterteil 39 mit einer trichterförmigen Innenfläche 41 mit einem Einlaufkegel 41a und einem Kammeroberteil 42 zusammengesetzt, welches die Zulauföffnung 34 und eine zentral in der Ablauföffnung 36 mündende Rückgasleitung 43 enthält. Die Ablauföffnung 36 ist also als Ringöffnung ausgebildet, welche die Mündung des Rückgasrohres 43 umgibt. Die trichterförmige Innenfläche 41 des Kammerunterteils 39 und das Kammeroberteil 42 schließen zwischen sich den Drallkanal 38 ein.
    Wie Fig. 3 zeigt, verläuft der Drallkanal 38, ausgehend von der Zulauföffnung 34, wendelförmig um die Achse 44 der Ablauföffnung 36. Die Drallkammer 32 ist so aufgebaut, daß die Zulauföffnung 34 und die Ablauföffnung 36 radial und axial zueinander versetzt angeordnet sind, daß die Zulauföffnung 34 aber innerhalb des äußeren Radius R des wendelförmig verlaufenden Drallkanals 38 liegt. Dadurch ergeben sich ein kompakter Aufbau der Drallkammer und sehr günstige Strömungsverhältnisse.
  • Der Drallkanal erstreckt sich gerade einmal im Winkel φ von annähernd 360° um die Achse 44 der Ablauföffnung herum. Den Boden des Drallkanals bildet der als Einlaufkegel 41a des Ablauftrichters ausgebildete obere Teil der Innenfläche 41 des Gehäuseunterteils 39. Der Drallkanal 38 ist also annähernd im ganzen Umlaufwinkel nach unten zum Ablauftrichter hin offen. Ausgehend von der Zulauföffnung 34 nimmt seine Höhe h dabei in Abhängigkeit von dem Umlaufwinkel φ entsprechend der durch den Ablauftrichter 37 ablaufenden Flüssigkeitsmenge ab. Beim Umlaufwinkel φ = 0 hat der Drallkanal seine größte Höhe h₁. Während die Flüssigkeit in Richtung der Pfeile 46 in dem Drallkanal umläuft, fließt ein Teil der Flüssigkeitsmenge mit einer starken Bewegungskomponente in Umlaufrichtung in Richtung der Pfeile 47 nach unten durch den Ablauftrichter in den Behälter 7 ab. Entsprechend dieser Abnahme der umlaufenden Flüssigkeitsmenge ist die Höhe h₂ des Drallkanals gegenüber seiner ursprünglichen Höhe h₁ reduziert. Bis zum Ende des Drallkanals nach etwa 360° Umlauf hat er unter der Einlauföffnung die Höhe h₃ von annähernd Null. Dieser auf die Menge der beim Umlauf im Drallkanal abfließenden Flüssigkeit abgestimmte Höhenreduzierung des Drallkanals bewirkt, daß er während des Durchlaufs der Flüssigkeit beim Füllvorgang restlos gefüllt bleibt, daß die Blasen- und Wirbelbildung verhindert wird und daß der Druck der nachfolgenden Flüssigkeitsmenge auf die im Drallkanal befindliche Flüssigkeit ununterbrochen erhalten bleibt. Auf diese Weise entsteht im Ablauftrichter eine rotierende Wandströmung mit hohem Drall, die beim Auslaufen in den Behälterhals erhalten bleibt. Diese rotierende Wandströmung 48 umgibt im Behälterhals einen von Flüssigkeit freien Raum 49, durch den das beim Füllvorgang aus dem Behälter verdrängte Gas in die Rückgasleitung 43 und zum Gasraum des Vorratsbehälters entweichen kann.
  • Um das Leerlaufen des Drallkanals 38 am Ende des Füllvorganges zu beschleunigen, können an der Oberfläche des Einlaufkegels 41a Drallwiderstände 51 angeordnet sein. Als Drallwiderstände 51 sind vorzugsweise quer zur Strömungsrichtung etwa radial verlaufende Kanten vorgesehen. Diese Kanten können aus Leitblechen, Stegen, Rippen und dergl. oder aus Vertiefungen wie Mulden, Rinnen, Nuten und dergl. bestehen, die bei einer Abnahme der Flüssigkeitsmenge in dem Drallkanal 38 gegen Ende des Füllvorganges unter ein vorgegebenes Maß die Drallbewegung unterbrechen und den Flüssigkeitsrest unmittelbar radial in den Ablauftrichter 37 leiten. Die Drallwiderstände 51 sind so bemessen, daß sie bei gefülltem Drallkanal 38 für die rotierende Flüssigkeit kein nennenswertes Hindernis darstellen. Die Drallwiderstände können, wie Fig. 3 am Beispiel der gestrichelt eingezeichneten Leiste 51a zeigt, auch von der exakt radialen Ausrichtung abweichen.
  • Die das Innere des zu füllenden Behälters 7 mit dem Gasraum des Vorratsbehälters 1 verbindende Rückgasleitung 43 verläuft durch das Gehäuseoberteil 42 der Drallkammer 32, durch einen Leitungsabschnitt 52 im Füllorgan 4, durch ein Druckwechselventil 53 und durch die Behälteröffnung 12 in den Gasraum 3 des Vorratsbehälters ragendes weiteres Rohrstück 54. Mit einem Ventil 56, das mittels einer Betätigungseinrichtung 57 zu betätigen ist, kann die Rückgasleitung unterbrochen werden, um einen Druckverlust im Gasraum 3 des Vorratsbehälters 1 zu verhindern, solange kein Behälter 7 an das Füllorgan angedockt ist. Mit einem Entlastungsventil 58 kann das Behälterinnere nach dem Füllvorgang von dem dort herrschenden erhöhten Druck auf Atmosphärendruck gebracht werden.
  • Über das Druckwechselventil 53, das mit einer Betätigungseinrichtung 59 in üblicher Weise betätigbar ist, kann das Innere des zu füllenden Behälters 7 wahlweise mit dem Gasraum 3 des Vorratsbehälters 1 oder einem zusätzlichen Gasraum 61 verbunden werden, welcher ein Gas unter einem gegenüber dem Gasraum 3 verminderten Druck enthält. Damit kann der Füllvorgang entscheidend beschleunigt werden, was sich insbesondere bei großvolumigen zu füllenden Behältern 7 positiv auswirkt.
  • Zum Einleiten des Füllvorgangs wird zunächst der zu füllende Behälter 7, bei dem es sich auch um eine PET-Flasche handeln kann, vorgespannt, d.h. er wird durch Öffnen des Ventils 56 und durch Herstellen der Verbindung zum Gasraum 3 des Vorratsbehälters über das Druckwechselventil 53 mit dem Druck das Gasraums 3 beaufschlagt. Dann wird der Flüssigkeitsauslaß 17 der Dosierkammer durch Umschalten des Ventilkörpers 19 in seine obere Schließstellung geöffnet, so daß die abgemessene Flüssigkeit aus der Dosierkammer durch die Drallkammer 32 hindurch in den Behälter 7 strömen kann, wobei sie im Behälterhals eine eng anliegende rotierende Wandströmung bildet, durch deren Zentrum das aus dem Behälter verdrängte Gas in die Rückgasleitung 43 entweichen kann. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt während des Füllvorganges schaltet das Druckwechselventil 53 um, so daß an die Rückgasleitung 43 und damit an das Behälterinnere der niedrigere Druck des zusätzlichen Gasraums 61 gelegt wird. Dadurch wird das Ausströmen der Flüssigkeit aus der Drallkammer erheblich beschleunigt. Sobald der Füllvorgang beendet ist, werden die Ventile wieder zurückgeschaltet und das Entlastungsventil 58 kurzzeitig geöffnet. Die Flüssigkeit ist jetzt restlos aus dem Drallkanal 38 und dem Ablauftrichter 37 in den Behälter 7 abgelaufen. Dieser kann dann von dem Füllorgan abgenommen werden, wofür nur ein geringer Hub des Hubtellers 11 erforderlich ist.

Claims (15)

  1. Füllvorrichtung zum Füllen von Behältern mit einer Flüssigkeit, insbesondere zum Füllen großvolumiger Flaschen mit Getränken, mit einem die abzufüllende Flüssigkeit bereithaltenden Vorratsbehälter und wenigstens einem mit dem Vorratsbehälter verbundenen, einen Flüssigkeitsauslaß mit Zentrier- und Abdichtmitteln zum Andocken zu füllender Behälter aufweisenden Füllorgan, welches eine dem Flüssigkeitsauslaß zugeordnete Drallkammer mit einer Zulauföffnung, einer Ablauföffnung und einen die Zulauföffnung mit der Ablauföffnung verbindenden Drallraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallraum als ausgehend von der Zulauföffnung (34) um die Achse (44) der Ablauföffnung (36) herum verlaufender Drallkanal (38) ausgebildet ist, dessen Durchflußquerschnitt in Abhängigkeit vom Umlaufwinkel (φ) abnimmt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulauföffnung (34) und die Ablauföffnung (36) der Drallkammer (32) axial und radial zueinander versetzt angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Zulauföffnung (34) und die Ablauföffnung (36) der Drallkammer (32) verbindende Drallkanal (38) ausgehend von der Zulauföffnung wendelförmig um die Achse (44) der Ablauföffnung verläuft.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulauföffnung (34) der Drallkammer (32) und der Drallkanal (38) so zueinander angeordnet sind, daß die senkrechte Projektion der Zulauföffnung innerhalb des äußeren Radius des Drallkanals liegt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt des Drallkanals (38) entsprechend der beim Umlauf um die Achse (44) der Ablauföffnung (36) ablaufenden Flüssigkeitsmenge abnimmt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) des Drallkanals (38) ausgehend von der Zulauföffnung (34) der Drallkammer (32) in Abhängigkeit vom Umlaufwinkel (φ) um die Achse (44) der Ablauföffnung (36) abnimmt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkanal (38) stromab in einen Ablauftrichter (37) übergeht, der die aus dem Drallkanal auslaufende Flüssigkeit unter Aufrechterhaltung einer im Drallkanal erzeugten, um die Achse der Ablauföffnung (36) rotierenden Drallbewegung zur Ablauföffnung der Drallkammer (32) leitet.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufkegel (41a) des Ablauftrichters (37) den Boden des Drallkanals (38) bildet und daß der Drallkanal wenigstens annähernd in seiner ganzen Länge um die Achse (44) der Ablauföffnung (36) herum zum oberen Einlauf des Ablauftrichters hin offen ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Begrenzungswand des Drallkanals (38) etwa im Abstand des größten Radius des Ablauftrichters (37) im wesentlichen konzentrisch um die Achse (44) der Ablauföffnung der Drallkammer (32) verläuft.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ablauftrichter (37) wenigstens ein die Drallbewegung ablaufender Restmengen der auslaufenden Flüssigkeit hemmender oder beendender Drallwiderstand (51, 51a) eingebaut ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Drallwiderstand (51, 51a) wenigstens eine im wesentlichen radial im Einlaufkegel (41a) des Ablauftrichters (37) angeordnete, seine Oberfläche unterbrechende Leitkante vorgesehen ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllorgan ein Auslaßventil (18) zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsauslasses (17) aufweist und daß das Auslaßventil die Zulauföffnung (34) der Drallkammer (32) öffnend und schließend ausgebildet und angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllorgan eine über einen verschließbaren Flüssigkeitsdurchlaß (16) mit dem Vorratsbehälter (1) verbundene Dosierkammer (14) mit einem verschließbaren Flüssigkeitsauslaß (17) aufweist und daß an dem Flüssigkeitsauslaß die Zulauföffnung (34) der Drallkammer (32) angeschlossen ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkanal (38) stetig in wenigstens angenähert 360° um die Achse (44) der Ablauföffnung (36) herum verläuft.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt des Drallkanals (38) bis annähernd auf Null abnimmt.
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