EP0754144B1 - Ventil zum abfüllen von flüssigkeiten in verpackungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Verpackungen, mit einem Gehäuse mit Zuführstutzen, vorderseitigem Mundstück und Austrittseinrichtung, in der eine Vielzahl von Austrittslöchern angeordnet ist, mit einem in dem Gehäuse bewegbar angeordneten, mit einem Ventilsitz in Eingriff bringbaren Verschließkörper und mit rückseitigen Abdichteinrichtungen für den Verschließkörper, wobei die Austrittslöcher, über die gesamte Querschnittfläche der als Austrittsplatte ausgebildeten Austrittseinrichtung verteilt, diese in Richtung der Längsachse des Mundstückes durchdringend, angebracht sind, der Durchmesser bzw. die Breite der Austrittslöcher größer als 1 mm und kleiner als 5 mm ist und wobei die Länge der Austrittslöcher größer als das Zweifache ihres Durchmessers bzw. ihrer Breite ist.

Für das Füllen von Behältern bzw. Verpackungen mit flüssigen Lebensmitteln sind in der Praxis verschiedene Verfahren und dafür angepaßte Füllmundstücke und Füllventile bekannt. Bei dem gebräuchlichsten Verfahren mit sehr kurzen Füllzeiten wird ein Mundstück in die zu füllende Verpackung und in das bereits gefüllte Produkt eingetaucht. Dadurch wird trotz hoher Produktionsgeschwindigkeit das Schäumen oder Spritzen des Produktes vermieden. Das Nachtropfen des Produktes wird üblicherweise durch ein oder mehrere Siebe im Mundstück dadurch verhindert, daß die Oberflächenspannung des Produktes im Sieb das Gewicht des Produktes im Mundstück hält. Außerdem sind flexible Mundstücke, z.B. solche aus Silicon, bekannt, die durch einen im Füllrohr erzeugten Unterdruck verschlossen werden.

Wenn man das Mundstück in den Behälter eintaucht und über dem Produktspiegel füllt, muß man bei stark schäumenden Produkten, wie Milch oder ähnliches, die Füllgeschwindigkeit verringern, um die Schaumbildung zu begrenzen. Das Eintauchen des Füllmundstückes in das Füllgut und das Berühren der Behälterinnenseite oder der Behälteröffnung durch Teile des Füllers ist aus hygienischen Gründen nicht erwünscht. Das Eintauchen des Füllmundstückes in den Behälter ist auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht wünschenswert, weil dafür eine zusätzliche Bewegung benötigt wird. Es muß entweder der Behälter bzw. die Verpackung angehoben werden, oder das Füllmundstück muß in den Behälter abgesenkt werden.

Bei Verpackungen mit kleinen Einfüllöffnungen begrenzt der Durchmesser der Einfüllöffnung den Durchmesser des Füllmundstückes und des Füllrohres. Um einen großen Volumenstrom zu erhalten, muß man dadurch die Strömungsgeschwindigkeit des Produktes erhöhen. Dies führt aber zu vermehrter Schaumbildung bei Füllung schäumender Produkte.

Außerdem sind im praktischen Betrieb verwendete Füllmundstücke üblicherweise nur schwer reinigbar, denn sie müssen normalerweise demontiert und von Hand gereinigt werden.

Es wäre daher erstrebenswert, beim Füllen auf das Eintauchen von Füllerteilen oder Teilen eines Füllventiles in den Behälter bzw. die Packung hinein zu verzichten und das Produkt mit einem Freistrahl in die Verpackung einzufüllen. Hierbei entstünde jedoch folgende Problematik. Entsprechend der Fallhöhe würde das Füllgut durch die Schwerkraft beschleunigt, so daß bei stark schäumenden Produkten die Füllgeschwindigkeit reduziert werden müßte, was andererseits mit Nachteil eine Verlängerung der Füllzeit und damit eine Verringerung der Maschinenkapazität zur Folge hätte.

Aus der EP-A-0. 278.560 ist ein Ventil ähnlich der eingangs genannten Art bereits bekannt. Bei diesem wird eine Beruhigung der Flüssigkeitsströmung nach dem scheibenförmigen Verschließkörper nur durch einen langen Fließraum erreicht, der zwischen dem abstromseitigen Ende des Verschließkörpers und dem aufstromseitigen Ende der Austrittsplatte vorgesehen ist. Dadurch kann man mit Nachteil eine gewisse Minimallänge nicht unterschreiten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Ventil abstromig von dem Ventilsitz aus vielen einzelnen Teilen besteht, die aneinandergesetzt sind und dadurch Spalte bilden. In diesen Spalten kann sich Schmutz und können sich Verunreinigungen, bakteriell infizierte Reste usw. bilden, sammeln und aufhalten. Durch die Vielzahl seiner Teile ist das bekannte Ventil auch für eine maschinelle Reinigung ohne Ausbau ungeeignet.

Weiterhin ist aus der EP-A-0.099.582 ein Ventil bekannt, bei welchem das Mundstück becherförmig derart ausgeführt ist, daß der Boden des Bechers mit einem Kranz von länglichen Austrittslöchern versehen ist, die von der zentralen Mittelachse nach unten divergieren. Durch dieses Divergieren der Austrittslöcher soll eine Schaumbildung beim Einfüllen von Flüssigkeit in einen Behälter dadurch minimiert werden, daß der Flüssigkeitsstrahl gegen eine Innenwand des Behälters prallt und dort seine kinetische Energie verliert. Der Fachmann weiß aber, daß viele Arten von flüssigen Lebensmitteln, wie zum Beispiel Milch, ohne Schaumbildung auf diese Weise nicht abgefüllt werden können. Auch die Reinigung des bekannten Ventils ist schwierig, weil zwischen dem Auslaß und dem Mundstück Ringspalte bestehen, in denen sich Flüssigkeiten ablagern und Bakterien bilden. Auch gibt es ungünstige Toträume, wo sich ebenfalls Restprodukte und Schmutz sammeln können. Wollte man dieses Ventil ohne Demontage am Platz automatisch reinigen, würden diese Schmutzsammelräume nicht oder teilweise nur sehr unzureichend gereinigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Abfüllventil mit den eingangs erwähnten Merkmalen so zu verbessern, daß die Anzahl der Bauteile drastisch verringert wird, so daß eine Reinigung des Ventiles vereinfacht ist, wobei ohne Relativbewegungen zwischen Verpackung und Austrittseinrichtung dennoch ein großer Volumenstrom des flüssigen Füllgutes bei geringer Austrittsgeschwindigkeit gewährleistet wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Austrittsplatte einstückig mit dem Mundstück ausgebildet ist, daß das Mundstück abstromig von seiner Verbindungssteile mit dem Gehäuse als ein Stück mit durchgehender Oberfläche ausgestaltet ist, daß der Verschließkörper von seinem abstromseitigen, als Kegelspitze ausgebildeten Vorderende bis zu seinem aufstromseitigen Hinterende ohne scharfe Kanten mit weichen Übergängen geringer Krümmung strömungstechnisch günstig ausgestaltet ist und daß der Abstand der Kegelspitze des Verschließkörpers zur aufstromseitigen Innenfläche der Austrittsplatte größer als der halbe Durchmesser des Mundstückes ist.

Es hat sich gezeigt, daß es unter Beachtung der Merkmale dieser Lösung gemäß der Erfindung gelingt, flüssiges Füllgut mit geringer Austrittsgeschwindigkeit in ausreichender Menge auch dann in eine Verpackung zu bringen, wenn der Abstand zwischen der Austrittsplatte mit den erwähnten Austrittslöchern und der Einfüllöffnung der Verpackung während des Abfüllbetriebes konstant bleibt.

In erster Linie liegt dies an der Ausgestaltung der Austrittsplatte, die mit dem Mundstück einstückig, also in einem Stück mit durchgehender Oberfläche ausgebildet ist. Es ergibt sich mit Vorteil eine strömungsgünstige Oberfläche des Mundstückes, ohne daß es Ringspalte, vertikale Spalte oder andere Unterbrechungen der Oberfläche des Mundstückes geben könnte, etwa dadurch, daß das Mundstück aus mehreren Teilen zusammengesetzt wäre. Sogar die Austrittsplatte ist ein Stück mit dem Mundstück. Die Austrittsplatte bildet praktisch den vorderseitigen, austrittsseitigen Abschluß des Mundstückes und steht senkrecht zu dessen Längsachse. Die Austrittslöcher in der Form kurzer Röhrchen oder besser Bohrungen durchdringen die Austrittsplatte senkrecht, so daß sie in Richtung der Längsachse des Mundstückes verlaufen, vorzugsweise alle parallel zueinander und besonders bevorzugt geradlinig. Die Reinigung des neuen Ventiles ist vereinfacht, ohne daß die anderen Vorteile beeinträchtigt wären.

Beachtet man die vorgesehene Durchmessergröße bzw. Breite der Austrittslöcher und das Verhältnis zu ihrer Länge, die im wesentlichen der Dicke der Austrittsplatte entspricht, dann kann man einen großen Volumenstrom des flüssigen Füllgutes ohne zu große Schaumbildung in der Verpackung erreichen, weil die Austrittsgeschwindigkeit des Füllgutes im Vergleich zu der bei herkömmlichen Abfüllventilen geringer ist.

Mit Vorteil wird ein Nachtropfen der Flüssigkeit verhindert, weil das Füllgut im Raum über der Austrittsplatte zum einen durch den atmosphärischen Druck und zum anderen durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit zurückgehalten wird. Gelingt es aber, wie im Falle der Erfindung, trotz im Verhältnis zu bekannten Ventilen geringer Austrittsgeschwindigkeit des Füllgutes einen großen Volumenstrom in die Einfüllöffnung der Verpackung zu bringen, dann verkürzt sich dadurch mit Vorteil die Füllzeit. Versuche mit dem erfindungsgemäßen Abfüllventil haben ergeben, daß im Vergleich zu einem herkömmlichen Ventil die Füllzeit bei gleichem Austrittsquerschnitt und gleicher Schaumbildung um etwa 25 % verkürzt werden kann.

Hinsichtlich der Lage und Anordnung der Kegelspitze des Verschließkörpers wurde hier auf das Mundstück Bezug genommen, weil dessen Querschnittsfläche bzw. deren Durchmesser bzw. Breite der aktiven Fläche in der Austrittsplatte entspricht. Häufig ist die Bildung von kleineren Wirbeln direkt an der Kegelspitze im laufenden Betrieb bei geöffnetem Ventil nicht zu vermeiden. Wenn man nun den Abstand der Kegelspitze von der Austrittsplatte in dem vorstehend genannten Sinne beachtet, d.h. diesen Abstand nicht zu klein wählt, dann gibt man der strömenden Flüssigkeit die Möglichkeit, mit einem gleichmäßigen Geschwindigkeitsprofil unter der Austrittsplatte abzufließen, so daß sich die Einzelstrahlen dort in der beschriebenen und in zweckmäßiger Weise bündeln können. Im Bereich der Austrittsplatte werden dann mit Vorteil Wirbel und andere Turbulenzen vermieden.

Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung gestaltet man die Querschnittsfläche der Austrittslöcher kreisrund. Die vorgenannten Vorteile erreicht man zwar auch mit Austrittslöchern, deren Querschnittsfläche oval, länglich, gebogen oder mit ähnlicher Konfiguration ausgestaltet ist, die kreisrunde Form ist aber besonders gut herzustellen (Bohren).

Wenn man bei einer anderen Alternative erfindungsgemäß die Querschnittsfläche der Austrittslöcher vieleckig ausgestaltet, bleibt zwischen den einzelnen Austrittslöchern jeweils ein Steg stehen, der bei den heutigen Bearbeitungsverfahren, wenn man z.B. das Mundstück mit der Austrittsplatte aus Metall, z.B. nicht rostendem Stahl oder Aluminium, herstellt, sehr schmal gehalten werden kann. Die Stegbreite zwischen benachbarten vieleckigen Austrittslöchern, z.B. sechseckiger Löcher, kann zwischen 0,1 und 0,5 mm liegen, vorzugsweise etwa 0,3 mm betragen. Dadurch hat man eine noch bessere Flächenausnutzung, denn die Querschnittsfläche des Mundstückes entspricht in seinem ablaufseitigen Bereich etwa derjenigen Querschnittsfläche der Austrittsplatte, die mit den Austrittslöchern versehen werden kann. Man versucht, die Austrittslöcher, über die gesamte Querschnittsfläche des Mundstückes bzw. über die Projektion der Querschnittsfläche des Mundstückes unten auf die Austrittsplatte verteilt anzuordnen. Ausführungsbeispiele zeigen, daß die Fläche des zwischen den Austrittslöchern stehenbleibenden Materials der Austrittsplatte im Falle von vieleckigen Austrittslöchern kleiner ist als im Falle von kreisrunden Austrittslöchern.

Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn die abstromige Außenfläche der Austrittsplatte konkav gewölbt ist. Gestaltet man die sogenannte aktive Fläche der Austrittsplatte, d.h. diejenige Fläche, in welcher Austrittslöcher angeordnet sind, in solcher Weise, daß die dem Innenraum des Mundstückes zugewandte Oberfläche eben und die erwähnte abstromseitige Außenfläche der Austrittsplatte konkav leicht gewölbt ist, dann vermeidet man beim Öffnen des Ventils und erstem Austreten des flüssigen Füllgutes das Versprühen von kleinen Spritzern auf Oberflächen der Verpackung außerhalb deren Einfüllöffnung. Im laufenden Betrieb wird das Füllventil intermittierend geöffnet und geschlossen. Auch bei Vermeidung eines Nachtropfens läßt es sich aber nicht vermeiden, daß an der äußeren, abstromseitigen Außenfläche der Austrittsplatte Flüssigkeit durch Kohäsion gehalten wird. Diese wird beim abermaligen Öffnen des Füllventiles in Form von kleinen Spritzern unter kleineren Winkeln mit einer Gesamtöffnung von z.B. 5° bis 10° auch seitlich abgeschleudert. Durch die Krümmung hingegen wird erfindungsgemäß erreicht, daß diese Spritzer auf die Fläche innerhalb der Einfüllöffnung der Verpackung konzentriert, sozusagen fokussiert werden.

Die "konkave" Wölbung der erwähnten Außenfläche der Austrittsplatte ist diejenige Krümmung, welche die Austrittsplatte in ihrem mittleren Bereich entgegen der Fließrichtung nach einwärts zum Innenraum des Mundstückes hin wölbt. Mit anderen Worten liegt der Mittelpunkt eines Kreises für diese konkave Wölbung abstromseitig außerhalb des Mundstückes auf der Verlängerung dessen Längsmittelachse und vorzugsweise unterhalb, denn das Füllventil wird in aller Regel so angeordnet, daß die Längsmittelachse des Mundstückes lotrecht steht mit der Folge, daß die Austrittsplatte horizontal liegt. Anders ausgedrückt sind die Austrittslöcher der Austrittsplatte in deren mittlerem Bereich kürzer, nämlich um bis zu 5 % bis 30 %, vorzugsweise bis zu 10 % bis 25 % kürzer.

Es ist erfindungsgemäß weiterhin zweckmäßig, wenn der Verschließkörper abstromseitig als Kegel ausgestaltet ist, dessen Kegelwinkel (γ) im Bereich von 40° bis 90°, vorzugsweise von 60° bis 70° liegt. Man erreicht durch die Gestaltung des Verschließkörpers am abstromigen Ende unter Zusammenwirken mit der Austrittsplatte die Erzeugung eines kompakten Füllstrahles, bei dem insbesondere bei dichter Anordnung der Austrittslöcher nebeneinander die Lufteinmischung sogar während des Falles des Füllgutstrahles ausgeschaltet ist. Durch die Ausgestaltung des Kegels in der erfindungsgemäßen Weise kann man das Füllgut sanft durch das Ventil hindurchtransportieren. Gelangt das Füllgut bei dessen Umströmen des Verschließkörpers von hinten nach vorn letztlich in den Bereich um den Kegel, dann beruhigt sich die Strömung mit Vorteil hier, und es ergeben sich auch keine Toträume mit Totwassergebieten mit der Folge, daß die Strömung des Füllgutes gleichmäßig ist und sich saubere Einzelstrahlen bilden, welche die Austrittsplatte am abstromseitigen Ende verlassen.

Nach dem Austritt, vorzugsweise unterhalb der Austrittsplatte, vereinigen sich die einzelnen aus den Austrittslöchern austretenden Flüssigkeitsstrahlen durch Kohäsion zu einem gemeinsamen Strahl. Der Durchmesser dieses gemeinsamen Strahles ist mit Vorteil kleiner als der äußere Durchmesser derjenigen Querschnittsfläche, durch welche die Vielzahl der Einzelstrahlen fließt. Bei letzterem handelt es sich um die sogenannte aktive Fläche der Austrittsplatte, die bei Beachtung der erfindungsgemäßen Maßnahmen in überraschender Weise etwas größer gehalten werden kann (z.B. 5 bis 10 % größer) als die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung der Verpackung. Es muß nur dafür gesorgt werden, daß die Querschnittsfläche des gebündelten, aus den Einzelstrahlen vereinigten Strahles in die Einfüllöffnung der Packung paßt.

Die Erfindung ist vorteilhaft weiter dadurch ausgestaltet, daß das Mundstück in einer passend geformten Ausnehmung in einer Trägerplatte über Dichtungen lösbar eingesteckt derart gehalten ist, daß im wesentlichen nur die abstromige Außenfläche der Austrittsplatte und die äußere Oberfläche des Mundstückes im Bereich um die Austrittsplatte herum von der Trägerplatte in den Hygieneraum ragen. Sowohl im normalen Betrieb beim Abfüllen von flüssigen Lebensmitteln als auch insbesondere im sterilen bzw. aseptischen Betrieb ist es günstig, mit allen Mitteln dafür zu sorgen, daß Verunreinigungen nicht auftreten können. So wird erfindungsgemäß durch die hier erläuterten Maßnahmen mit Vorteil erreicht, daß das Füllventil in den Hygienebereich hinein nur eine sehr geringe Eintauchtiefe hat Damit gibt es auch nur kleine Flächen, die vorspringend in den Hygieneraum reichen bzw. in den aseptischen Bereich einer solchen Maschine. Hat man aber nur geringe Flächen, dann kann sich nahezu kein Kondensat oder nur in vernachlässigbar geringer Menge kondensieren und unter Abtropfen das Füllgut verunreinigen. Damit hat man aber auch nur eine kleine Oberfläche, welche durch Spritzer aus dem Füllgut verunreinigt werden könnte. Das Einstecken erleichtert zudem den Ein- und Ausbau des Ventiles. Klamm- oder Befestigungsteile, wie z.B. Schrauben, sind im Hygienebereich unerwünscht. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden Spalte, die schlecht zu reinigen sind, ausgeschaltet.

Günstig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn auf einer in der Trägerplatte gelagerten Führungseinrichtung gehaltert, eine Reinigungskappe bewegbar angeordnet ist, die eine der Trägerplatte zugewandte Dichtoberfläche mit Dichtmitteln hat, wobei die Dichtoberfläche der Reinigungskappe den zugeordneten Oberflächen der Trägerplatte und des aus dieser herausstehenden Mundatückes zur Aufnahme und Bildung eines Reinigungsinnenraumes entsprechend angepaßt ausgestaltet ist. Durch diese Maßnahmen läßt sich das Füllventil gemäß der Erfindung besonders gut am Ort reinigen und auch am Ort sterilisieren. Es gibt nur den Verschließkörper und die Reinigungskappe mitihrer Führung als bewegliche Teile, die sich in dem Hygieneraum oder gegebenenfalls in dem aseptischen Raum bewegen können. Bekannte Füllventile haben zahlreiche bewegliche Teile und große damit verbundene Oberflächen mit den damit zusammenhängenden Nachteilen. Die Reinigungskappe braucht aber nur zum Reinigen und Sterilisieren bewegt zu werden, ansonsten gibt es bei dem neuen Füllventil nur den Verschließkörper, der sich im Hygieneraum bewegt, der andererseits aber mit entsprechend glatter und geschlossener Oberfläche ausgestaltet und ventilseitig abgedichtet gehaltert ist, daß Verunreinigungen vermieden werden, sich Keime nicht entwickeln können und auch Bakterien vom Ventil her nicht eingeschleppt werden können. Die wenigen Durchführungen sind abgedichtet, so daß Bakterien in den Hygieneraum nicht hineingezogen werden können. Schmierstellen sind bei dem Ventil gemäß der Erfindung im Hygieneraum ausgeschlossen.

Auch die einstückige Ausgestaltung der Austrittsplatte mit dem Mundstück dient einer geschickten Reinigung. Es gibt nicht mehr die früher verwendeten Siebe, Scheiben oder Einsätze, die am Mundstück entsprechend abgedichtet werden müssen und bei der Reinigung und bei Wartungsarbeiten Schwierigkeiten machen. Durch das Einstecken des Ventiles in die Trägerplatte und Halterung mittels der Dichtungen können auch durch Temperaturschwankungen bei der Reinigung entstehende Längenänderung des Gehäuses und/oder Mundstückes des erfindungsgemäßen Ventiles aufgenommen und ausgeglichen werden.

Die Reinigung des neuen Füllventiles kann täglich erfolgen, und zwar am Platz. Die Oberflächen der Reinigungskappe einerseits und der Trägerplatte mit dem herausstehenden Mundstück andererseits sind so in den Hygieneraum hineinragend ausgestaltet, daß eine Reinigung am Platz, gegebenenfalls auch eine Sterilisierung vor Beginn des Betriebes, in einfacher Weise vorgenommen werden kann.

Die Austrittslöcher können entweder durch Bohren, im Falle vieleckiger Querschnitte durch Erodieren, mit Laserstrahl oder mit Wasserstrahl usw. hergestellt werden. Die aktive Fläche der Austrittsplatte kann optimal ausgenutzt werden, weil zwischen den Austrittslöchern nur kleine Bereiche an Material stehen bleiben, so daß ausreichend viele Einzelstrahlen der abzufüllenden Flüssigkeit durch die Austrittsplatte durchgelassen werden können und bei geringer Austrittsgeschwindigkeit doch ein großer Volumenstrom gewährleistet ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispieie in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1

perspektivisch das neue Füllventil ohne Verrohrung und ohne die Trägerplatte, im geschlossenen Zustand, zur deutlicheren Darstellung mit außen abgebrochenem Gehäuse,

Figur 2

eine vertikal genommene Querschnittsansicht durch das Füllventil im Aufbau der Figur 1,

Figur 3

dasselbe Füllventil verkleinert und in einer Trägerplatte gehaltert mit von dieser wegbewegten Reinigungskappe, im Zustand des Füllbetriebes,

Figur 4

die gleiche Ansicht wie Figur 3, bei welcher jedoch die Reinigungskappe in den Zustand für die Reinigung an die Trägerplatte herangefahren ist,

Figur 5

eine vergrößerte abgebrochene Querschnittsansicht durch das Mundstück mit dem darin angeordneten Kegel des Verschließkörpers,

Figur 6

die gleiche Darstellung wie Figur 5, bei welcher jedoch die Austrittsplatte unten gewölbt ausgebildet ist,

Figur 7

die Draufsicht auf die Austrittsplatte von innen in Richtung der Längsachse des Mundstückes bei einer ersten Ausführungsform mit runden Austrittslöchem und

Figur 8

die gleiche Darstellung wie Figur 7, jedoch mit Austrittslöchem mit vieleckigem Querschnitt.

Das in den Figuren 1 und 2 perspektivisch bzw. im Schnitt dargestellte Füllventil weist in seiner oberen Hälfte ein Gehäuse 1 und daran angebracht in der unteren Hälfte ein Mundstück 2 auf, in deren Mitte ein äußerlich stromlinienförmig gebauter Verschließkörper 3 in Richtung des Doppelpfeiles 26 lotrecht auf- und abbewegbar angeordnet ist. Ein Zuführstutzen 24 mündet mit vertikaler Komponente seitlich oben im Gehäuse 1, wo sich der obere, rückseitige Teil des Verschließkörpers 3 befindet der über eine Membran 5 aus Gummi oder Silicon abgedichtet ist Im unteren Bereich wird das Mundstück 2 von der Austrittsplatte 16 abgeschlossen, deren aktive Fläche, die besonders deutlich in den Figuren 7 und 8 zu sehen ist, mit so vielen Austrittslöchern 4 besetzt ist wie möglich.

Am rückseitigen Ende weist der Verschließkörper 3 einen Ansatz 21 auf, in dem eine Paßfeder 6 sitzt, die in der nicht gezeigten Nut einer Achse 8 gegen Verdrehen sichert. Mit einer Schraube 9 kann die Achse 8 am Ansatz 21 des Verschließkörpers 3 festgeschraubt weiden. Damit ist auch der Gabelkopf 20 befestigt, welcher einstückig mit der Achse 8 ausgestaltet ist Eine Gleitlagerhülse 10 liegt im oberen Bereich der Schraube 9 um die Achse 8 herum an dieser an und sorgt für eine Gleitbewegung der Achse 8 in der Bohrung eines Deckels 7. Der Deckel 7 ist mit einer Mutter 11 mit dem Gehäuse 1 verschraubt. Eine gleichartige Mutter 12 verbindet das Gehäuse 1 mit dem Mundstück 2, wobei ein O-Ring 13 dazwischen eingeklemmt wird, dessen Sitz nach aseptischen Gesichtspunkten gestaltet ist. Damit sind das Gehäuse 1 und das Mundstück 2 abgedichtet miteinander verbunden.

Um eine Verdrehung der Membran 5 und damit eine eventuelle Beschädigung zu verhindern, ist die Achse 8 durch einen Zylinderstift 14 gegen Verdrehung gesichert. Aufder äußeren Oberfläche des Mundstückes 2 befindet sich in dessen unterem Bereich (unteres Drittel neben der Austrittsplatte 16) ein O-Ring 15, der das Ventil gegen den Hygieneraum bzw. Sterilbereich der Füllmaschine abdichtet.

Die Montage ist so gestaltet, daß man die Achse 8 über die Gleitlagerhülse 10 von oben nach unten in den Deckel 7 hineinsteckt. Von unten wird dann der Verschließkörper 3 mit der übergestülpten, drehsymmetrisch, becherförmig ausgestalteten Membran 5 nach oben eingesteckt, wobei die Paßfeder 6 dann schon in die Nut eingelegt ist Der Ansatz 21 am rückseitigen Ende des Verschließkörpers 3 ragt nun nach oben in eine entsprechende mittige Ausnehmung der Achse 8 hinein und wird über die Schraube 9 festgeschraubt. Danach wird der Deckel 7 mit dem darunter befindlichen Verschließkörper 3 in das Gehäuse 1, an weichem das Mundstück 2 noch nicht angebracht ist, abgesenkt. Mit dem Verschrauben mittels der Überwurfmutter 11 könnte sich die Membran 5 verdrehen, und deshalb kann man von unten in das Gehäuse 1 hineinsehen und prüfen, ob die Membran 5 richtig plaziert ist Sitzt die Membran 5 exakt und in gewünschter Stellung, dann wird das Mundstück 2 von unten aufgeschraubt Die Luft oberhalb und rückseitig hinter der Membran 5 kann durch nicht dargestellte Spalte an der Gleitlagerhülse 10 nach oben entweichen, so daß kein Vakuum oder Überdruck in dem Raum hinter der Membran 5 entstehen kann. Am vorderen unteren Ende ist der in seiner Gesamtheit stromlinienförmig außen ausgestaltete Verschließkörper 3 als Kegel ausgebildet, dessen Spitze deutlich in den Figuren 1 bis 6 erkennbar ist. Nach rückwärts und oben schließt sich an den Kegel ein Zylindermantelförmiger Teil an, und die Übergangsflache des Verschließkörpers 3 sitzt zu seiner unteren Spitze 27 auf dem Ventilsitz 23 in Dichteingriff.

Anhand der Figuren 1, 2 und 5 bis 8 sieht man besonders deutlich die Ausgestaltung der Austrittsplatte 16. Diese ist in Ausflußrichtung, d.h. in Richtung der Längsachse 28 des Mundstückes 2 und auch des Gehäuses 1 lotrecht nach unten gerichtet (untere Richtung des Doppelpfeiles 21). Die Austrittslöcher 4 verlaufen alle in dieser Richtung und liegen parallel zueinander. Sie sind gleichmäßig über die gesamte Querschnittsfläche des Mundstückes 2, die In den Figuren 7 und 8 zu sehen ist, verteilt. Der Durchmesser der im Querschnitt kreisrunden Austrittslöcher 4 ist in Figur 7 mit d bezeichnet. Entsprechend ist die Breite der im Querschnitt sechseckig ausgestalteten Austrittslöcher 4 in Figur 8 mit b bezeichnet. Zwischen den jeweiligen Austrittslöchern 4 bleiben kleine Stege stehen, die In den Figuren 7 und 8 mit s bezeichnet sind. In der Praxis gilt 0,1 mm < s < 0,5 mm, wobei s = 0,3 mm für den Fall der kreisrunden Austrittslöcher 4 bevorzugt ist. Der Durchmesser d bzw. die Breite b ist größer als 1 mm und kleiner als 5 mm. In der Praxis hat sich eine Größe von 2 mm als sehr zweckmäßig erwiesen.

Der Durchmesser D des Innenraumes 29 des Mundstückes 2 sollte nur 5 bis 10 % größer als der Durchmesser der nicht dargestellten Einfüllöffnung der zu füllenden Packung sein. Man erkennt gleichwohl, daß der Außendurchmesser des Mundstückes 2 in einem solchen Falle größer als die Einfüllöffnung der Verpackung wäre mit der Folge, daß man das Mundstück 2 nicht in die Einfüllöffnung einer Packung hineinführen könnte. Das ist erfindungsgemäß aber weder beabsichtigt noch notwendig, und man erkennt den Vorteil der größeren Querschnittsfläche des Ausfließstrahles des Füllgutes im Vergleich zu einer nicht dargestellten Rohrgröße eines bekannten Ventiles, welches eine kleinere effektive Wirkfläche oder aktive Austrittsfläche hätte, allein um das Mundstück in die Einfüllöffnung der Packung stecken zu können. Die erfindungsgemäßen Vorteile liegen auf der Hand.

Bei der Ausführungsform der Figur 6 ist die abstromige Außenfläche 30 der Austrittsplatte 16 konkav so gewölbt, daß die mittleren Austrittslöcher 4 ersichtlich um etwa 15 % kürzer sind als die äußeren.

Der Verschließkörper 3 ist als Kegel ausgestaltet mit seiner Spitze 27 und dem Kegelwinkel γ von etwa 60°. Der Abstand L der Kegelspitze 27 des Verschließkörpers 3 zur aufstromseitigen Innenfläche 31 der Austrittsplatte 16 (auf welche man bei der Darstellung der Figuren 7 und 8 blickt) soll größer als D/2 sein, also größer als der halbe Durchmesser des Innenraumes 29 des Mundstückes 2.

Die Dicke der Austrittsplatte 16 ist gleich der Länge l der Austrittslöcher 4. Die richtigen Strömungsverhältnisse erhält man, wenn die Länge l > 2d, bzw. > 2b, d.h. größer als das Zweifache ihres Durchmessers d bzw. ihrer Breite b ist. Dabei gilt 1 mm < d < 5 mm bzw. 1 mm < b < 5 mm. Bei einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform ist l = 5d mit d = 2 mm.

In den Figuren 3 und 4 ist dargestellt, daß das Mundstück 2 in einer passend geformten Ausnehmung 32 in einer Trägerplatte 17 lösbar eingesteckt gehaltert ist. Außer dem unteren Dichtring 15 ist diese Steckverbindung auch überden oberen Dichtring 33 (Figur 3, 4) abgedichtet, so daß sich eine doppelte Sicherheit gegen etwa aus der Umgebung oben eintretende Luft ergibt, durch welche Bakterien in den Hygieneraum eingeschleppt werden könnten, der in den Figuren 3 und 4 unten mit 34 bezeichnet ist. Außer der Trägerplatte 17 mit der beweglich zu dieser angeordneten Reinigungskappe 18 trennen oben rechts ein Trennblech 35 und unten links ein weiteres Trennblech 36 den darunter befindlichen Hygieneraum 34 von der oberhalb zu denkenden Umgebung. Die Trägerplatte weist nach unten zum Hygieneraum 34 hin eine ebene, schräg unter 30° gegen die Längsachse 28 angestellte abstromige Außenfläche 37 auf, welcher die nicht näher bezeichnete schräge Fläche der Reinigungskappe 18 in Lage und Neigung entspricht. Außerdem ist in der Schrägfläche der Reinigungskappe 18 ein Freiraum 38 eingearbeitet, welcher das untere Ende des Mundstückes 2 aufnehmen kann, welches aus der schrägen Fläche 37 der Trägerplatte 17 hervorsteht. Wird nämlich die Reinigungskappe 18 über den Pneumatikzylinder 39 mittels der Führung 40 horizontal nach links in Richtung des Pfeiles 41 aus der Position der Figur 3 in die der Position 4 bewegt, dann wird der Freiraum 38 als Reinigungsinnenraum geschlossen, an den sich die Leitung 42 in der Trägerplatte 17 anschließt. Zur Abdichtung ist eine Ringdichtung 43 in die Schrägfläche der Reinigungskappe 18, den Freiraum 38 umgreifend, eingelegt.

In Figur 3 ist der Füllbetrieb der Reinigungskappe 18 dargestellt.

Füllbetrieb

Die Flüssigkeit steht bei Beginn des Füllvorganges im Innenraum 29 des Ventils bis an die Dichtfläche, d.h. zum Sitz 23 zwischen Verschließkörper 3 und Mundstück 2. Da das Ventil in Durchflußrichtung geschlossen ist, ist die Membrane 5 nach unten ausgelängt, so daß sich keine Tasche bildet, in der sich Luft festsetzen könnte. Außerdem hat die Zuführleitung 24 eine Neigung mit einer vertikalen Komponente, so daß etwa doch eingeschleuste Luft nach oben absteigen könnte. Durch das Bewegen des Verschließkörpers 3 nach oben wird der Ringspalt zwischen dem Sitz 23 am Mundstück 2 und dem Verschließkörper 3 freigegeben, durch welchen die Flüssigkeit in den Raum 29 unter dem Verschließkörper 3 und von dort durch die am unteren Ende befindlichen Austrittslöcher 4 fließen kann. Die Kegelspitze 27 des Verschließkörpers 3 befindet sich so weit über der aufstromseitigen Innenfläche 31 der Austrittsplatte 16, daß sich der Flüssigkeitsstrom vor Eintritt in die Austrittslöcher 4 wieder vereinigt und beruhigt hat. Zum Beenden des Füllvorganges wird der Verschließkörper 3 nach unten bewegt, bis er wieder auf dem Sitz 23 in Abdichtanlage kommt. Nach der ersten Füllung wird die Flüssigkeit im Raum unter dem Verschließkörper 3 durch den atmosphärischen Druck und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit bei genügend kleinen Austrittsbohrungen 4 zurückgehalten, so daß ein Nachtropfen verhindert ist Der Durchmesser des nicht gezeigten, aus den einzelnen Flüssigkeitsstrahlen vereinigten Strahls ist kleiner als der des Austrittsquerschnittes D am Mundstück. Dadurch kann der Öffnungsquerschnitt der Verpackung besser genutzt werden als bei bekannten Füllventilen, bei denen das Mundstück in die Packung eintauchen muß.

Reinigung

Die Reinigungskappe 18 wird aus der Position der Figur 3 in die der Figur 4 in Richtung des Pfeiles 41 so herangefahren, daß der Reinigungsinnenraum 38 mit Hilfe des Dichtringes 46 zum Hygieneraum 34 hin in sich abgeschlossen wird. Reinigungsmittel kann nun in den Zuführstutzen 24 eingeleitet werden, umströmt den Verschließkörper 3, der in die geöffnete Position gelangt, d.h. vom Sitz 23 abgehoben wird, strömt in den Innenraum 29 im Mundstück 2 und verläßt diesen durch die Austrittslöcher 4. Sogar die aus der Schrägfläche 37 der Trägerplatte 17 in den Hygieneraum 34 herausstehenden Außenflächen des Mundstückes 2 werden, weil sie in dem Reinigungsinnenraum 38 liegen, von dem Reinigungsmittel umspült, welches dann durch die Leitung 42 wieder zurückgeführt wird. Nach Beendigung der Reinigung braucht nur durch Betätigung des Pneumatikzylinders 39 die Reinigungskappe wieder in die Position der Figur 3 zurückgefahren zu werden, und schon kann der Füllbetrieb wieder beginnen.

Claims (7)

1. Ventil zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Verpackungen, mit einem Gehäuse (1) mit Zuführstutzen (24), vorderseitigem Mundstück (2) und Austrittseinrichtung (16), in der eine Vielzahl von Austrittslöchern (4) angeordnet ist, mit einem in dem Gehäuse (1) bewegbar angeordneten, mit einem Ventilsitz (23) in Eingriff bringbaren Verschließkörper (3) und mit rückseitigen Abdichteinrichtungen (5, 7, 22) für den Verschließkörper, wobei die Austrittslöcher (4), über die gesamte Querschnittsfläche der als Austrittsplatte (16) ausgebildeten Austrittseinrichtung verteilt, diese in Richtung (26) der Längsachse (28) des Mundstückes (2) durchdringend, angebracht sind, der Durchmesser (d) bzw. die Breite (b) der Austrittslöcher (4) größer als 1 mm und kleiner als 5 mm ist und wobei die Länge (l) der Austrittslöcher (4) größer als das Zweifache ihres Durchmessers (d) bzw. ihrer Breite (b) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsplatte (16) einstückig mit dem Mundstück (2) ausgebildet ist, daß das Mundstück (2) abstromig von seiner Verbindungsstelle (12, 13) mit dem Gehäuse (1) als ein Stück mit durchgehender Oberfläche ausgestaltet ist, daß der Verschließkörper (3) von seinem abstromseitigen, als Kegelspitze ausgebildeten Vorderende (27) bis zu seinem aufstromseitigen Hinterende ohne scharfe Kanten mit weichen Übergängen geringer Krümmung strömungstechnisch günstig ausgestaltet ist und daß der Abstand (L) der Kegelspitze (27) des Verschließkörpers (3) zur aufstromseitigen Innenfläche (31) der Austrittsplatte (16) größer als der halbe Durchmesser (D) des Mundstückes (2) ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Austrittslöcher (4) kreisrund ist.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Austrittslöcher (4) vieleckig ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abstromige Außenfläche (30) der Austrittsplatte (16) konkav gewölbt ist.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschließkörper (3) abstromseitig als Kegel ausgestaltet ist, dessen Kegelwinkel (γ) im Bereich von 40° bis 90°, vorzugsweise von 60° bis 70°, liegt.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (2) in einer passend geformten Ausnehmung (32) in einer Trägerplatte (17) über Dichtungen (15, 33) lösbar eingesteckt derart gehalten ist, daß im wesentlichen nur die abstromige Außenfläche (37) der Austrittsplatte (16) und die äußere Oberfläche des Mundstückes (2) im Bereich um die Austrittsplatte (16) herum von der Trägerplatte (17) in den Hygieneraum (34) ragen.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer in der Trägerplatte (17) gelagerten Führungseinrichtung (19) gehaltert, eine Reinigungskappe (18) bewegbar angeordnet ist, die eine der Trägerplatte (17) zugewandte Dichtoberfläche mit Dichtmitteln (46) hat, wobei die Dichtoberfläche der Reinigungskappe (18) den zugeordneten Oberflächen (37) der Trägerplatte (17) und des aus dieser herausstehenden Mundstückes (2) zur Aufnahme und Bildung eines Reingiungsinnenraumes (38) entsprechend angepaßt ausgestaltet ist.

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