EP0953541A1 - Füllsystem sowie Füllelement - Google Patents

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EP0953541A1
EP0953541A1 EP99104000A EP99104000A EP0953541A1 EP 0953541 A1 EP0953541 A1 EP 0953541A1 EP 99104000 A EP99104000 A EP 99104000A EP 99104000 A EP99104000 A EP 99104000A EP 0953541 A1 EP0953541 A1 EP 0953541A1
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EP
European Patent Office
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filling
gas
control valve
valve
container
Prior art date
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Granted
Application number
EP99104000A
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English (en)
French (fr)
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EP0953541B1 (de
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Ludwig Clüsserath
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.)
KHS GmbH
Original Assignee
KHS MASCHINEN- und ANLAGENBAU
KHS Maschinen und Anlagenbau AG
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Publication date
Application filed by KHS MASCHINEN- und ANLAGENBAU, KHS Maschinen und Anlagenbau AG filed Critical KHS MASCHINEN- und ANLAGENBAU
Publication of EP0953541A1 publication Critical patent/EP0953541A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0953541B1 publication Critical patent/EP0953541B1/de
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    • 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
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/286—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow rate control, i.e. controlling slow and fast filling phases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B67C3/2614—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks specially adapted for counter-pressure filling
    • B67C3/2625—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks specially adapted for counter-pressure filling the liquid valve being opened automatically when a given counter-pressure is obtained in the container to be filled
    • B67C3/2631—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks specially adapted for counter-pressure filling the liquid valve being opened automatically when a given counter-pressure is obtained in the container to be filled and the filling operation stopping when probes, e.g. electrical or optical probes, sense the wanted liquid level

Definitions

  • the invention relates to a filling system for filling bottles or the same container with a liquid filling material under back pressure and on a Filling element.
  • the object of the invention is a filling system or to show a suitable filling element for such a system, which at Simplified construction is very universal.
  • the invention makes it possible to change only the control of the individual Control valves provided separately for each filler and there each are individually controllable, i.e. only by changing a program of the electrical control device different, also optimal for the respective product to carry out adapted filling processes. Developments of the invention are Subject of the subclaims.
  • 1 is the ring bowl of the filling machine, which is in a known manner Part of the rotor of this machine rotating around the vertical machine axis is.
  • the interior 2 of the ring bowl 1 is up to one predetermined level N controlled filled with the liquid product (beverage), so that there is a liquid space 2 'occupied by the liquid filling material in the interior 2 and above it a gas space 2 ′′, which contains an inert gas, for example CO2 gas a predetermined or regulated filling pressure.
  • an inert gas for example CO2 gas a predetermined or regulated filling pressure.
  • Bottle carrier 4 On the circumference of the ring bowl 1 are distributed at uniform angular intervals Filling elements 3 are provided, each together with a raised and lowered Bottle carrier 4 form a filling point, to fill each with their Stand up on the bottle carrier 4 and from this with its mouth 5 in Sealing layer against the filling element 3 pressed bottle 6.
  • the filling elements 3 are designed as long tube filling elements and have an over the underside of the filler element housing 7 or via the centering element 8 there Seal 9 protruding down filling tube 10, which at the filling element. 3 attached container 6 inside this container to near the bottom of the container enough.
  • the liquid channel 11 is formed, one end of which a passage 12 communicates with the liquid space 2 '.
  • the other end of the liquid channel 11 is inside the housing 7 with the upper, open one End of the filling tube 10 in connection.
  • a valve body with tappet formed liquid valve 13 is provided, which the plunger by means of a pneumatic actuator 13 '.
  • the housing 7 also includes a gas channel 14 formed at the bottom of the Housing 7 in an annular opening concentrically surrounding the filling tube 10 15 passes over the gas channel 14 when the bottle 6 is pressed against the filling element 3 is tightly connected to the inside of the bottle.
  • the filling element 3 has three individually pneumatically actuable control valves 16, 17, 18 connected as follows:
  • a channel 24 is furthermore formed in the housing 7 and is located between the channel 20 and the gas channel 14 and in which a check valve 25 is provided, in such a way that this check valve 25 for a flow from the channel 20 in blocks the gas channel 14, but opens for a flow in the opposite direction.
  • a check valve 25 is provided, in such a way that this check valve 25 for a flow from the channel 20 in blocks the gas channel 14, but opens for a flow in the opposite direction.
  • With the gas channel 14 is still a channel 26 directly connected to one in the Ring bowl 1 also formed annular space or ring channel 27 opens.
  • a nozzle or throttle indicated by 22 'is In channel 22 a nozzle or throttle indicated by 22 'is provided.
  • Another nozzle or Throttle 26 ' is provided in the channel 26. Is parallel to the throttle 22 ' Check valve 28, which acts as a bypass to the nozzle 22 'in the flow direction Back gas duct 23 blocks, but opens in the opposite direction.
  • This process variant is particularly suitable for top- and bottom-fermented beers up to about 6.0 g CO 2 / liter, for wheat beers up to about 9.0 g. CO 2 / liter and oxygen-sensitive soft drinks.
  • This process variant is also particularly suitable for filling bottles 6 made of plastic (PET bottles), in which pre-evacuation is ruled out as a method for low-oxygen filling because of the lack of dimensional stability under vacuum.
  • Table I below shows the individual process steps and the states of the liquid valve 13 and of the control valves 16-18 in these process steps, the control valves being in their closed position unless the open state of the control valve in question is expressly stated.
  • Procedural step Condition of control valves 16 -18 Condition of the liquid valve 13 Pre-flush bottle 6 with CO2 Valve 16 opened Valve 13 closed The bottle 6 is flushed with CO2 from the gas space 2 ′′ of the ring bowl when the bottle plate 4 is lifted onto the filling element 3. The air is partially displaced from the interior of the bottle 6.
  • Valve 17 opened Partial prestressing from the return gas channel 23 via the opening check valve 28 and the gas channel 14
  • Valve 18 opened Valve 13 closed The CO2 discharged into the return gas duct during the actual filling process is reused in this process step, thereby reducing the CO2 consumption.
  • Valve 16 opened Valve 13 closed In the interior of the filling tube 10 and in the lower part of the bottle 6, a practically pure CO2 atmosphere is established immediately before the start of filling.
  • Valve 17 opened Slow filling (filling phase)
  • Valve 13 opened The filling material hits the bottle base slowly and with few bubbles from the filling tube 10. The slow filling continues until the end of the filling tube is immersed in the product level.
  • All control valves 16-18 are closed.
  • the gas flows into the relief channel 27 via the nozzle 26 ′.
  • Quick fill Valve 18 opened Valve 13 opened A high filling performance is achieved by high inflow speeds into the non-critical, usually cylindrical part of the bottle.
  • the gas flows through the nozzles 22 'and 26' into the corresponding ring channels 23 and 27, respectively.
  • Brake and correction fill Valve 13 opened In the narrowing bottle neck, the filling speed is reduced to the value of the filling phase.
  • the product level reaches the probe, not shown, provided on the filling tube 10 with a smooth surface image, which causes the filling valve 13 to close with a precise filling level.
  • the gas from the bottle flows through the nozzle 26 ′ into the relief channel 27.
  • Valve 18 opened Valve 13 closed
  • the pressure inside the bottle 6 is reduced to the pressure level of the return gas channel 23. At this pressure level, the product is quickly degassed and calmed down. Trapped bubbles rise to the surface of the filling material without appreciable foaming.
  • the pressure builds up via the nozzles 22 'and 26' and is finally kept at the return gas pressure via the opened control valve 18.
  • This process variant is particularly suitable for filling oxygen-sensitive soft drinks for the combined filling of beer and Soft drinks as well as juices and soft drinks.
  • Table II below shows the individual process steps and the states of the liquid valve 13 and of the control valves 16-18 in these process steps, the control valves being in their closed position, unless the open state of the control valve in question is expressly stated.
  • Procedural step Condition of control valves 16-18 State of the filling valve 13 Lift bottle 6 and press on filling element 3 Valve 13 closed Partial prestressing from the return gas channel 23 via the opening check valve 28 and the gas channel 14 Valve 18 opened Valve 13 closed
  • the CO2 discharged into the return gas duct during the actual filling process is reused to reduce CO2 consumption Prestressing from the gas space 2 '' Valve 17 opened Valve 13 closed This prestressing takes place via the channels 14, 21 and 24, via the open valve 17 and the opening check valve 25.
  • the product level reaches the probe, not shown, provided on the filling tube 10 with a smooth surface image, which causes the filling valve 13 to close with a precise filling level.
  • the gas from the bottle flows through the nozzle 26 ′ into the relief channel 27.
  • Filling and subsequent preloading and calming down to return gas pressure Valve 18 opened Valve 13 closed
  • the pressure in the bottle 6 is reduced to the pressure level of the return gas channel 23.
  • the product is quickly degassed and calmed down. Trapped bubbles rise to the surface of the filling material without appreciable foaming.
  • the pressure builds up via the nozzles 22 'and 26' and is kept at the return gas pressure via the opened control valve 18.
  • Table III below shows the individual process steps and the states of the liquid valve 13 and of the control valves 16-18 in these process steps, the control valves being in their closed position unless the open state of the control valve in question is expressly stated.
  • Procedural step Condition of control valves 16-18 State of the filling valve 13 Lift bottle 6 and press on filling element 3 Valve 13 closed Partial prestressing from the return gas channel 23 via the opening check valve 28 and the gas channel 14 Valve 18 opened Valve 13 closed The CO2 discharged into the return gas duct during the actual filling process is reused to reduce CO2 consumption. Prestressing from the gas space 2 '' Valve 17 opened Valve 13 closed This prestressing takes place via the channels 14, 21 and 24, via the open valve 17 and the opening check valve 25.
  • the product level reaches the probe, not shown, provided on the filling tube 10 with a smooth surface image, which causes the filling valve 13 to close with a precise filling level.
  • the gas from the bottle flows into the relief channel 27 via the nozzle 26 ′.
  • Filling and subsequent preloading and calming down to return gas pressure Valve 18 opened Valve 13 closed
  • the pressure in the bottle 6 is reduced to the pressure level of the return gas channel 23.
  • the product is quickly degassed and calmed down. Trapped bubbles rise to the surface of the filling material without appreciable foaming.
  • the pressure builds up via the nozzles 22 'and 26' and is kept at the return gas pressure via the opened control valve 18.
  • Valve 16 opened Valve 13 closed In this process step, CO2 released in the filling tube 10 can be discharged upwards. A pushing out of the filling material from the filling pipe 10 by degassing CO2 and expanding gas is avoided.
  • Valve 18 opened Relieve residual pressure in the relief duct 27 Valve 13 closed When the control valves 16-18 are closed and the filling valve 13 is closed, the residual relief takes place via the nozzle 26 '. The internal pressure in the bottle is reduced to atmospheric pressure. Empty filling tube 10 and lower bottle 6 Valve 16 opened Valve 13 closed The filling material in the filling tube 10 flows into the bottle when it is lowered.

Abstract

Ein Füllsystem zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut unter Gegendruck besitzt mehrere Füllelemente. Jedes Füllelement weist ein Flüssigkeitsventil zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes sowie mehrere in einem Gehäuse ausgebildete Gaskanäle auf, die durch wenigstens drei, für jedes Füllelement gesondert vorgesehene und individuell steuerbare Steuerventile derart steuerbar sind, daß unterschiedlichste Verfahrensweisen beim Abfüllen des Füllgutes möglich sind, und zwar allein durch Änderung der Ansteuerung der Steuerventile bzw. durch Änderung eines entsprechenden Programms für eine mikroprozessor- oder computergestützte Steuereinrichtung. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllsystem zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut unter Gegendruck sowie auf ein Füllelement.
Füllsysteme oder Füllmaschinen und hierbei verwendete Füllelemente sind in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllsystem bzw. ein für ein solches System geeignetes Füllelement aufzuzeigen, welches bei vereinfachten konstruktiven Aufbau sehr universell verwendbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllsystem entsprechend dem Patentanspruch 1 und ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 15 ausgebildet.
Die Erfindung ermöglicht es, lediglich durch Änderung der Ansteuerung der einzelnen Steuerventile, die für jedes Füllelement gesondert vorgesehen und dort jeweils individuell ansteuerbar sind, d.h. lediglich durch Änderung eines Programms der elektrischen Steuereinrichtung unterschiedlichste, auch auf das jeweilige Füllgut optimal angepaßte Füllverfahren durchzuführen. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
in vereinfachter Darstellung und im Vertikalschnitt eines der Füllelemente einer Füllmaschine umlaufender Bauart zusammen mit einem am Füllelement angesetzten Behälter in Form einer Flasche;
Fig. 2
lediglich zur Verdeutlichung nochmals in vergrößerter Teildarstellung das Füllelement der Figur 1.
In den Figuren ist 1 der Ringkessel der Füllmaschine, welcher in bekannter Weise Bestandteil des um die vertikale Maschinenachse umlaufenden Rotors dieser Maschine ist. Beim Betrieb der Füllmaschine ist der Innenraum 2 des Ringkessels 1 bis zu einem vorgegebenen Niveau N kontrolliert mit dem flüssigen Füllgut (Getränk) gefüllt, so daß sich im Innenraum 2 ein von dem flüssigen Füllgut eingenommener Flüssigkeitsraum 2' und darüber ein Gasraum 2'' ergeben, der ein Inertgas, beispielsweise CO2-Gas mit einem vorgegebenen bzw. geregelten Fülldruck aufnimmt.
Am Umfang des Ringkessels 1 sind in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt die Füllelemente 3 vorgesehen, die jeweils zusammen mit einem heb- und senkbaren Flaschenträger 4 eine Füllstelle bilden, und zwar zum Füllen der jeweils mit ihrem Boden auf dem Flaschenträger 4 aufstehenen und von diesem mit ihrer Mündung 5 in Dichtlage gegen das Füllelement 3 gepreßten Flasche 6.
Die Füllelemente 3 sind als Langrohr-Füllelemente ausgebildet und besitzen ein über die Unterseite des Füllelement-Gehäuses 7 bzw. über das dortige Zentrierelement 8 mit Dichtung 9 nach unten vorstehende Füllrohr 10, welches bei am Füllelement 3 angesetzten Behälter 6 im Inneren dieses Behälters bis in die Nähe des Behälterbodens reicht. Im Gehäuse 7 ist der Flüssigkeitskanal 11 ausgebildet, dessen eines Ende über einen Durchlaß 12 mit dem Flüssigkeitsraum 2' in Verbindung steht. Das andere Ende des Flüssigkeitskanales 11 steht im Inneren des Gehäuses 7 mit dem oberen, offenen Ende des Füllrohres 10 in Verbindung. Weiterhin ist im Flüssigkeitskanal 11 das von einem Ventilkörper mit Stößel gebildete Flüssigkeitsventil 13 vorgesehen, welches über den Stößel mittels einer pneumatischen Betätigungseinrichtung 13'.
Im Gehäuse 7 ist weiterhin u.a. ein Gaskanal 14 gebildet, der an der Unterseite des Gehäuses 7 in eine das Füllrohr 10 konzentrisch umschließende ringförmige Öffnung 15 übergeht, über die der Gaskanal 14 bei an das Füllelement 3 angepreßter Flasche 6 nach außen hin dicht mit dem Innenraum der Flasche in Verbindung steht. Weiterhin besitzt das Füllelement 3 drei individuell pneumatisch betätigbare Steuerventile 16, 17, 18, die wie folgt angeschlossen sind:
Steuerventil 16
Eingangsseitig: Über einen Kanal 19 mit dem Flüssigkeitskanal 11, und zwar im Bereich zwischen dem Flüssigkeitsventil 13 und dem Füllrohr 10, d.h. in Strömungsrichtung des Füllgutes nach dem Flüssigkeitsventil 13.
  • Ausgangsseitig: Mit einem Kanal 20.
    • Steuerventil 17
  • Eingangsseitig: Mit einem in den Gasraum in Verbindung stehenden Kanal 21.
  • Ausgangsseitig: Mit dem Kanal 20.
    • Steuerventil 18
  • Eingangsseitig: Mit dem Gaskanal 14.
  • Ausgangsseitig: Mit einem Kanal 22, der an einen ringförmigen, im Ringkessel 1 ausgebildeten Gaskanal 23 führt, welcher im Betrieb des Füllers das Rückgas mit einem geregelten Druck enthält und aus welchem überschüssiges Rückgas geregelt wird.
    • Im Gehäuse 7 ist weiterhin ein Kanal 24 ausgebildet, der sich zwischen dem Kanal 20 und dem Gaskanal 14 erstreckt und in welchem ein Rückschlagventil 25 vorgesehen ist, und zwar derart, daß dieses Rückschlagventil 25 für eine Strömung aus dem Kanal 20 in den Gaskanal 14 sperrt, für eine Strömung in umgekehrter Richtung aber öffnet. Mit dem Gaskanal 14 steht weiterhin ein Kanal 26 direkt in Verbindung, der in einen im Ringkessel 1 ebenfalls ausgebildeten Ringraum oder Ringkanal 27 mündet. Im Kanal 22 ist eine mit 22' angedeutete Düse bzw. Drossel vorgesehen. Eine weitere Düse bzw. Drossel 26' ist im Kanal 26 vorgesehen. Parallel zur Drossel 22' liegt ein Rückschlagventil 28, welches als Bypass zur Düse 22' in Strömungsrichtung zum Rückgaskanal 23 hin sperrt, in entgegengesetzter Richtung aber öffnet.
    Ein Vorteil des vorbeschriebenen Füllsystems bzw. Füllelementes 3 besteht darin, daß durch die neuartige Ausbildung insbesondere auch hinsichtlich der Steuerventil 16 - 18, der Ausbildung und Verbindung der internen Kanäle, der Düsen und Rückschlagventil die unterschiedlichsten Verfahren beim Füllen von Behältern oder Flaschen 6 möglich sind, und zwar allein durch entsprechende Wahl der Ansteuerung bzw. der Software für die Steuerung des Flüssigkeitsventils 13 und der Steuerventile 16 - 18, nämlich u.a.:
    • Einkammer-Füllprinzip
    • Drei-Kammer-Füllprinzip
    • Vorspülen der jeweilige Flasche 6 über das Füllrohr 10
    • Teilvorspülen aus dem Rückgaskanal 23
    • Vorspannen über den Flaschenhals bzw. Gaskanal 14
    • Vorspannen über das Füllrohr 10
    • Schnell- und Langsamfüllphasen
    • druckgeregelte Vorentlastung
    • Niveauausgleich zwischen dem Füllgutspiegel in der Flasche und im Füllrohr unter Vorentlastung (insbesondere beim Abfüllen von Sekt).
    Für das vorgenannte Vorspannen über das Füllrohr 10 ist im Verbindungskanal 24 das Rückschlagventil 25 vorgesehen. Erfolgt das Vorspannen über den Flaschenhals, d.h. über den Gaskanal 14, so wird dieses Rückschlagventil 25 unwirksam gemacht, und zwar beispielsweise durch Ausbau oder Entnahme des Ventilsitzes.
    Nachstehend werden als Beispiele verschiedene, mit dem Füllsystem mögliche Verfahrensvarianten näher erläutert.
    I Verfahrensvariante mit Vorspannen über das Füllrohr
    Diese Verfahrensvariante umfaßt insbesondere folgende Grundmerkmale:
  • Drei-Kammer-Füllprinzip
  • Vorspannen über das Füllrohr
  • druckgeregelte Vorentlastung
  • Teilvorspannen aus dem Rückgaskanal
  • Langsam- und Schnellfüllphasen
  • Füllhöhenkorrektur.
    • Diese Verfahrensvariante eignet sich insbesondere für ober- und untergärige Biere bis etwa 6,0gr CO2/Ltr., für Weizenbiere bis etwa 9,0gr. CO2/Ltr. und sauerstoffempfindliche Softdrinks. Besonders geeignet ist diese Verfahrensvariante auch zum Füllen von Flaschen 6 aus Kunststoff (PET-Flaschen), bei denen eine Vorevakurierung als Methode zur sauerstoffarmen Abfüllung wegen der fehlenden Formstabilität unter Vakuum ausscheidet.
    In der nachfolgenden Tabelle I sind die einzelnen Verfahrensschritte und die Zustände des Flüssigkeitsventils 13 sowie der Steuerventile 16 - 18 bei diesen Verfahrensschritten angegeben, wobei sich die Steuerventile in ihrer geschlossenen Stellung befinden, sofern nicht der geöffnete Zustand des betreffenden Steuerventils ausdrücklich angegeben ist.
    Verfahrensschritt Zustand der Steuerventile 16 -18 Zustand des Flüssigkeitsventils 13
    Vorspülen der Flasche 6 mit CO2 Ventil 16 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Die Flasche 6 wird bereits beim Anheben mittels des Flaschentellers 4 an das Füllelement 3 mit CO2 aus dem Gasraum 2'' des Ringkessels gespült. Dabei wird die Luft teilweise aus dem Innenraum der Flasche 6 verdrängt.
    Ventil 17 geöffnet
    Teilvorspannen aus dem Rückgaskanal 23 über das öffnende Rückschlagventil 28 und den Gaskanal 14 Ventil 18 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Das während der eigentlichen Füllung in den Rückgaskanal abgeführtes CO2 wird in diesem Verfahrensschritt wiederverwendet, wodurch der CO2-Verbrauch gesenkt wird.
    Vorspannen mit CO2 aus dem Gasraum 2'' über das Füllrohr 10 Ventil 16 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Im Inneren des Füllrohres 10 und im unteren Teil der Flasche 6 stellt sich hierdurch unmittelbar vor dem Füllbeginn eine praktisch reine CO2-Atmosphäre ein.
    Ventil 17 geöffnet
    Langsamens Anfüllen (Anfüllphase) Ventil 13 geöffnet
    Das Füllgut trifft langsam und mit wenig Blasen aus dem Füllrohr 10 auf den Flaschenboden auf. Die langsame Füllung wird solange fortgesetzt bis das Füllrohrende in den Füllgutspiegel eintaucht.
    Sämtliche Steuerventile 16 - 18 sind geschlossen. Das Gas strömt über die Düse 26' in den Entlastungskanal 27.
    Schnellfüllen Ventil 18 geöffnet Ventil 13 geöffnet
    Durch große Einströmgeschwindigkeiten in den unkritischen, in der Regel zylindrischen Teil der Flasche wird eine hohe Fülleistung erreicht. Das Gas strömt über die Düsen 22' und 26' in die entsprechenden Ringkanäle 23 bzw. 27.
    Brems- und Korrekturfüllen Ventil 13 geöffnet
    Im sich verengenden Flaschenhals erfolgt wieder eine Zurücknahme der Füllgeschwindigkeit auf den Wert der Anfüllphase. Der Füllgutspiegel erreicht mit glattem Oberflächenbild die am Füllrohr 10 vorgesehen, nicht dargestellte Sonde, die ein Schließen des Füllventiles 13 mit präziser Füllhöhe bewirkt. Das Gas aus der Flasche strömt über die Düse 26' in den Entlastungskanal 27.
    Füllende und anschl. Vorentlasten und Beruhigen auf Rückgasdruck Ventil 18 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Der Druck im Inneren der Flasche 6 baut sich auf das Druckniveau des Rückgaskanales 23 ab. Auf diesem Druckniveau findet eine schnelle Entgasung und Beruhigung des Füllgutes statt. Eingeschlossene Blasen steigen an die Oberfläche des Füllgutes ohne nennenswerte Schaumbildung auf.
    Der Druck baut sich über die Düsen 22' und 26' ab und wird schließlich über das geöffnete Steuerventil 18 auf dem Rückgasdruck gehalten.
    Restentlasten in den Entlastungskanal 27 Ventil 13 geschlossen
    Bei geschlossenen Steuerventilen 16 - 18 und geschlossenem Füllventil 13 erfolgt die Restentlastung über die Düse 26'.
    Füllrohr 10 entleeren und Flasche 6 absenken Ventil 16 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    II Verfahrensvariante mit Vorspannen über den Flaschenhals bzw. Gaskanal 14
    Diese Verfahrensvariante umfaßt insbesondere folgende Grundmerkmale:
  • Einkammer-Füllprinzip
  • Vorspannen über den Flaschenhals
  • Druckgeregelte Vorentlastung
  • Teilvorspannen aus den Rückgaskanal
  • Langsam- und Schnellfüllphasen.
    • Diese Verfahrensvariante eignet sich insbesondere zum Abfüllen von sauerstoffempfindlichen Softdrinks für die kombinierte Abfüllung von Bier und Softdrinks sowie Säften und Softdrinks.
    Besonders geeignet ist diese Verfahrensweise aber zum sauerstoffarmen Abflüllen in Flaschen 6 aus Kunststoff (PET-Flaschen), für die eine Vorevakuierung zur sauerstoffarmen Abfüllung wegen der unzureichenden Formstabilität unter Vakuum ausscheidet.
    In der nachfolgenden Tabelle II sind die einzelnen Verfahrensschritte und die Zustände des Flüssigkeitsventils 13 sowie der Steuerventile 16 - 18 bei diesen Verfahrensschritten angegeben, wobei sich die Steuerventile in ihrer geschlossenen Stellung befinden, sofern nicht der geöffnete Zustand des betreffenden Steuerventils ausdrücklich angegeben ist.
    Verfahrensschritt Zustand der Steuerventile 16 - 18 Zustand des Füllventils 13
    Flasche 6 anheben und am Füllelement 3 anpressen Ventil 13 geschlossen
    Teilvorspannen aus dem Rückgaskanal 23 über das öffnende Rückschlagventil 28 und den Gaskanal 14 Ventil 18 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Das während der eigentlichen Füllung in den Rückgaskanal abgeführte CO2 wird zur Reduzierung des CO2-Verbrauchs wiederverwendet
    Vorspannen aus dem Gasraum 2'' Ventil 17 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Dieses Vorspannen erfolgt über die Kanäle 14, 21 und 24, über das geöffnete Ventil 17 und das sich öffnende Rückschlagventil 25.
    Langsames Anfüllen (Anfüllphase) Ventil 13 geöffnet
    Das Füllgut trifft langsam und mit wenig Blasen aus dem Füllrohr 10 auf den Flaschenboden auf. Die langsame Füllung wird solange fortgesetzt bis das Füllrohrende in den Füllgutspiegle eintaucht
    Schnellfüllen Ventil 17 geöffnet Ventil 13 geöffnet
    Durch große Einströmgeschwindigkeiten in den unkritischen, in der Regel zylindrischen Teil der Flasche wird eine hohe Füll-Leistung erreicht.
    Die Füllgeschwindigkeit resultiert im wesentlichen aus der statischen Flüssigkeitshöhe im Ringkessel 1 (Einkammer-Füllprizip). Das Gas strömt ungedrosselt zurück in den Gasraum 2''.
    Brems- und Korrekturfüllen Ventil 13 geöffnet
    Im sich verengenden Flaschenhals erfolgt wieder eine Zurücknahme der Füllgeschwindigkeit auf den Wert der Anfüllphase. Der Füllgutspiegel erreicht mit glattem Oberflächenbild die am Füllrohr 10 vorgesehen, nicht dargestellte Sonde, die ein Schließen des Füllventiles 13 mit präziser Füllhöhe bewirkt. Das Gas aus der Flasche strömt über die Düse 26' in den Entlastungskanal 27.
    Füllende und anschl. Vorentlasten und Beruhigen auf Rückgasdruck Ventil 18 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Der Druck in der Flasche 6 baut sich auf das Druckniveau des Rückgaskanales 23 ab. Auf diesem Druckniveau findet eine schnelle Entgasung und Beruhigung des Füllgutes statt. Eingeschlossene Blasen steigen an die Oberfläche des Füllgutes ohne nennenswerte Schaumbildung auf.
    Der Druck baut sich über die Düsen 22' und 26' ab und wird über das geöffnete Steuerventil 18 auf dem Rückgasdruck gehalten.
    Restentlasten in den Entlastungskanal 27 Ventil 13 geschlossen
    Bei geschlossenen Steueventilen 16 - 18 und geschlossenem Füllventil 13 erfolgt die Restentlastung über die Düse 26'. Der Flascheninnendruck baut sich gedrosselt auf Atmosphärendruck ab. Aufgrund des niedringen Ausgangsdruckes entstehen keine Abspritzverluste.
    Füllrohr 10 entleeren und Flasche 6 absenken Ventil 16 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Das Füllgut im Füllrohr 10 fließt beim Absenken der Flasche in diese ab.
    III Verfahrensvariante zur Abfüllung von Sekt
    Diese Verfahrensvariante umfaßt insbesondere folgende Grundmerkmale:
  • Ein-Kammer-Füllprinzip
  • Vorspannen über den Flaschenhals bzw. Gaskanal 14
  • druckgeregelte Vorentlastung
  • Teilvorspannen aus dem Rückgaskanal
  • Niveauausgleich zwischen Füllrohr 10 und Flaschenhals unter Rückgasdruck
  • Langsam- und Schnellfüllphasen.
  • Diese Verfahrensvariante eignet sich insbesondere zum Abfüllen von Sekt und Schaumweisen sowie cooler Getränke.
    • In der nachfolgenden Tabelle III sind die einzelnen Verfahrensschritte und die Zustände des Flüssigkeitsventils 13 sowie der Steuerventile 16 - 18 bei diesen Verfahrensschritten angegeben, wobei sich die Steuerventile in ihrer geschlossenen Stellung befinden, sofern nicht der geöffnete Zustand des betreffenden Steuerventils ausdrücklich angegeben ist.
    Verfahrensschritt Zustand der Steuerventile 16 - 18 Zustand des Füllventils 13
    Flasche 6 anheben und am Füllelement 3 anpressen Ventil 13 geschlossen
    Teilvorspannen aus dem Rückgaskanal 23 über das öffnende Rückschlagventil 28 und den Gaskanal 14 Ventil 18 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Das während der eigentlichen Füllung in den Rückgaskanal abgeführte CO2 wird zur Reduzierung des CO2-Verbrauchs wiederverwendet.
    Vorspannen aus dem Gasraum 2'' Ventil 17 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Dieses Vorspannen erfolgt über die Kanäle 14, 21 und 24, über das geöffnete Ventil 17 und das sich öffnende Rückschlagventil 25.
    Langsames Anfüllen (Anfüllphase) Ventil 13 geöffnet
    Das Füllgut trifft langsam und mit wenig Blasen aus dem Füllrohr 10 auf den Flaschenboden auf. Die langsame Füllung wird solange fortgesetzt bis das Füllrohrende in den Füllgutspiegle eintaucht.
    Schnellfüllen Ventil 17 geöffnet Ventil 13 geöffnet
    Durch große Einströmgeschwindigkeiten in den unkritischen, in der Regel zylindrischen Teil der Flasche 6 wird eine hohe Füll-Leistung erreicht.
    Die Füllgeschwindigkeit resultiert im wesentlichen aus der statischen Flüssigkeitshöhe im Ringkessel 1 (Einkammer-Füllprizip). Das Gas strömt ungedrosselt zurück in den Gasraum 2''.
    Brems- und Korrekturfüllen Ventil 13 geöffnet
    Im sich verengenden Flaschenhals erfolgt wieder eine Zurücknahme der Füllgeschwindigkeit auf den Wert der Anfüllphase. Der Füllgutspiegel erreicht mit glattem Oberflächenbild die am Füllrohr 10 vorgesehen, nicht dargestellte Sonde, die ein Schließen des Füllventiles 13 mit präziser Füllhöhe bewirkt. Das Gas aus der Flasche strömt über die Düse 26' in den Entlastrungskanal 27.
    Füllende und anschl. Vorentlasten und Beruhigen auf Rückgasdruck Ventil 18 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Der Druck in der Flasche 6 baut sich auf das Druckniveau des Rückgaskanales 23 ab. Auf diesem Druckniveau findet eine schnelle Entgasung und Beruhigung des Füllgutes statt. Eingeschlossene Blasen steigen an die Oberfläche des Füllgutes ohne nennenswerte Schaumbildung auf.
    Der Druck baut sich über die Düsen 22' und 26' ab und wird über das geöffnete Steuerventil 18 auf dem Rückgasdruck gehalten.
    Niveaustände im Füllrohr 10 und in der Flasche 6 unter Rückgasdruck ausgleichen Ventil 16 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    In diesem Verfahrensschritt kann sich entbindendes CO2 im Füllrohr 10 nach oben abgeführt werden. Ein Ausschieben des Füllgutes aus dem Füllrohr 10 durch Entgasung von CO2 und expandierendes Gas ist vermieden.
    Ventil 18 geöffnet
    Restentlasten in den Entlastungskanal 27 Ventil 13 geschlossen
    Bei geschlossenen Steuerventilen 16 - 18 und geschlossenem Füllventil 13 erfolgt die Restentlastung über die Düse 26'. Der Flascheninnendruck baut sich gedrosselt auf Atmosphärendruck ab.
    Füllrohr 10 entleeren und Flasche 6 absenken Ventil 16 geöffnet Ventil 13 geschlossen
    Das Füllgut im Füllrohr 10 fließt beim Absenken der Flasche in diese ab.
    Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
    Bezugszeichenliste
    1
    Ringkessel
    2
    Ringkesselinnenraum
    2'
    Flüssigkeitsraum
    2''
    Gasraum
    3
    Füllelement
    4
    Flaschenteller
    5
    Flaschenmündung
    6
    Flasche
    7
    Füllelement-Gehäuse
    8
    Zentrierelement
    9
    Dichtung
    10
    Füllrohr
    11
    Flüssigkeitskanal
    12
    Durchlaß
    13
    Flüssigkeitsventil
    13'
    Betätigungselement
    14
    Gaskanal
    15
    Öffnung
    16 - 18
    Steuerventil
    19 - 22
    Kanal
    22'
    Düse
    23
    Ringkanal (Rückgaskanal)
    24
    Kanal
    25
    Rückschlagventil
    26
    Kanal
    26'
    Düse
    27
    Ringkanal (Entlastungskanal)
    28
    Rückschlagventil

    Claims (16)

    1. Füllsystem zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter (6) mit einem flüssigen Füllgut unter Gegendruck, wobei der Innenraum des Behälters (6) der eigentlichen Füllphase zeitlich vorausgehend mit einem unter Druck stehenden Inertgas, beispielsweise CO2-Gas vorgespannt wird und während der Füllphase das durch das zufließende Füllgut aus dem Behälter (6) verdrängte Gas unter Druck von einem Rückgassammelraum (23) aufgenommen wird und zeitlich auf die Füllphase folgend ein Entlasten des Behälters auf Atmosphärendruck über einen Entlastungskanal erfolgt,
      mit wenigstens einem Füllelement (3),
      mit einem in einem Gehäuse (7) des Füllelementes (3) ausgeführten Flüssigkeitskanal (11), der in ein eine Abgabeöffnung für das Füllgut bildendes und über eine Unterseite des Füllelementes (3) vorstehendes Füllrohr (10) mündet,
      mit einem Flüssigkeitsventil (13) im Flüssigkeitskanal (11), welches in der Füllphase zum Füllen des jeweiligen, mit einer Behältermündung (5) am Füllelement (3) dicht angesetzten Behälters (6) öffnet und am Ende der Füllphase wieder schließt,
      mit einem Gaskanal (14), der bei am Füllelement angesetztem Behälter über wenigstens eine gegenüber dem Füllrohr (10) versetzte Gaskanalöffnung (15) mit dem Innenraum des Behälters (6) in Verbindung steht,
      mit einem ersten, zweiten sowie dritten, jeweils individuell steuerbaren Steuerventil (16, 17, 18) zum Steuern von im Gehäuse (7) ausgebildeten Gaswegen, wobei
      ein erstes Steuerventil (16) eingangsseitig über einen ersten Gasweg (19) mit einem in Strömungsrichtung des Füllgutes auf das Flüssigkeitsventil (13) folgenden Bereich des Flüssigkeitskanals (11) und ausgangsseitig mit einem zweiten Gasweg (20),
      ein zweites Steuerventil (17) eingangsseitig über einen dritten Gasweg (21) mit einer Quelle (2'') für das unter Druck stehende Inertgas,
      ein drittes Steuerventil (18) eingangsseitig über einen dritten Gasweg (21) mit dem Gaskanal (14) sowie mit einem wenigstens eine erste Drossel (26') aufweisenden vierten Gasweg (26) für die Entlastung sowie ausgangsseitig über einen wenigstens eine zweite Drossel (22') aufweisenden fünften Gasweg mit dem Rückgassammelraum (23) verbunden ist,
      wobei in einem sechsten Gasweg (24), der das erste Steuerventil (16) ausgangsseitig mit dem dritten Steuerventil (18) eingangsseitig verbindet, ein erstes Rückschlagventil (25) vorgesehen ist, welches in einer Strömungsrichtung vom dritten Steuerventil (18) zum ersten Steuerventil (16) hin öffnet und für eine Strömung in entgegengesetzter Richtung sperrt, und
      wobei in einem Gasweg oder Bypass parallel zu der wenigstens einen zweiten Drossel oder Düse (22') ein zweites Rückschlagventil (28) vorgesehen ist, welches in einer Strömungsrichtung vom Rückgassammelraum (23) an das dritte Steuerventil (18) öffnet und für eine Strömung in entgegengesetzter Richtung sperrt.
    2. Füllsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für das unter Druck stehende Inertgas ein Gasraum (2'') ist, der in einem Innenraum (2) eines das Füllgut an das Füllelement (3) liefernden Kessels (1) gebildet ist, und zwar oberhalb eines von dem Füllgut eingenommenen Flüssigkeitsraumes (2').
    3. Füllsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllsystem eine Füllmaschine umlaufender Bauart mit mehreren an einem Rotor oder an einem Ringkessel (1) für das flüssige Füllgut vorgesehenen Füllelementen (3) ist.
    4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine erste Rückschlagventil (25) für ein Öffnen des sechsten Gasweges (24) in beiden Strömungsrichtungen unwirksam schaltbar oder ausbaubar ist.
    5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückgassammelraum ein Ringkanal (23) ist.
    6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Gasweg (26) in einen Raum, beispielsweise in einem Ringkanal (27) mündet, der mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
    7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine, vorzugsweise computer- oder mikroprozessor-gestützte Steuereinrichtung zum individuellen Steuern des Flüssigkeitsventils (13) und der Steuerventile (16 - 18) jedes Füllelementes (3).
    8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für ein der Füllphase sowie auch dem Vorspannen zeitlich vorausgehenden Vorspülen des jeweiligen Behälters (6) aus der Quelle (2'') für das unter Druck stehende Inertgas bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (13) und geschlossenem dritten Steuerventil (18) das erste sowie zweite Steuerventil (16, 17) öffnet.
    9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für ein der eigentlichen Füllphase zeitlich vorausgehendes Teilvorspannen des Behälters (6) über den Gaskanal (14) und die Gasöffnung (15) aus dem Rückgassammelraum (23) bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (13) und geschlossenem ersten und zweiten Steuerventil (16, 17) das dritte Steuerventil (18) öffnet.
    10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für ein Vorspannen des Behälters (6) aus der Quelle (2'') für das Inert-Gas über das Füllrohr (10) bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (13) und geschlossenem dritten Steuerventil (18) das erste Steuerventil (16) sowie das zweite Steuerventil (17) öffnet.
    11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für ein Vorspannen des Behälters (6) über den Gaskanal (14) und die Gaskanalöffnung (15) aus der Quelle (2'') für das Inertgas bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (13), geschlossenem ersten und zweiten Steuerventil (16, 17) das dritte Steuerventil (18) öffnet.
    12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung in einer auf die Füllphase zeitlich folgenden Vorentlastungs- und/oder Beruhigungsphase bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (13), geschlossenem ersten und zweiten Steuerventil (16, 17) das dritte Steuerventil (18) öffnet.
    13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung am Ende des Füllens zum Entleeren des Füllrohres (10) in den jeweiligen Behälter (4) bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (13), geschlossenem zweiten und dritten Steuerventil (17, 18) das erste Steuerventil (16) öffnet.
    14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für ein Ausgleichen der Niveaustände im Füllrohr (10) und im Behälter (6) noch unter Rückgasdruck aber nach Beendigung der Füllphase bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (13) und geschlossenem zweiten Steuerventil (17) das erste sowie dritte Steuerventil (16, 17) öffnet.
    15. Füllelement zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter (6) mit einem flüssigen Füllgut unter Gegendruck, wobei der Innenraum des Behälters (6) der eigentlichen Füllphase zeitlich vorausgehend mit einem unter Druck stehenden Inert-Gas, beispielsweise CO2-Gas vorgespannt wird und während der Füllphase das durch das zufließende Füllgut aus dem Behälter (6) verdrängte Gas unter Druck von einem Rückgassammelraum (23) aufgenommen wird und zeitlich auf die Füllphase folgend ein Entlasten des Behälters auf Atmosphärendruck über einen Entlastungskanal erfolgt,
      mit einem in einem Gehäuse (7) des Füllelementes (3) ausgeführten Flüssigkeitskanal (11), der in ein eine Abgabeöffnung für das Füllgut bildendes und über eine Unterseite des Füllelementes (3) vorstehendes Füllrohr (10) mündet,
      mit einem Flüssigkeitsventil (13) im Flüssigkeitskanal (11), welches in der Füllphase zum Füllen des jeweiligen, mit einer Behältermündung (5) am Füllelement (3) dicht angesetzten Behälters (6) öffnet und am Ende der Füllphase wieder schließt,
      mit einem Gaskanal (14), der bei am Füllelement angesetztem Behälter über wenigstens eine gegenüber dem Füllrohr (10) versetzte Gaskanalöffnung (15) mit dem Innenraum des Behälters (6) in Verbindung steht,
      mit einem ersten, zweiten sowie dritten, jeweils individuell steuerbaren Steuerventil (16, 17, 18) zum Steuern von im Gehäuse (7) ausgebildeten Gaswegen, wobei
      ein erstes Steuerventil (16) eingangsseitig über einen ersten Gasweg (19) mit einem in Strömungsrichtung des Füllgutes auf das Flüssigkeitsventil (13) folgenden Bereich des Flüssigkeitskanals (11) und ausgangsseitig mit einem zweiten Gasweg (20),
      ein zweites Steuerventil (17) eingangsseitig über einen dritten Gasweg (21) mit einer Quelle (2'') für das unter Druck stehende Inertgas,
      ein drittes Steuerventil (18) eingangsseitig über einen dritten Gasweg (21) mit dem Gaskanal (14) sowie mit einem wenigstens eine erste Drossel (26') aufweisenden vierten Gasweg (26) für die Entlastung sowie ausgangsseitig über einen wenigstens eine zweite Drossel (22') aufweisenden fünften Gasweg mit dem Rückgassammelraum (23) verbunden ist,
      wobei in einem sechsten Gasweg (24), der das erste Steuerventil (16) ausgangsseitig mit dem dritten Steuerventil (18) eingangsseitig verbindet, ein erstes Rückschlagventil (25) vorgesehen ist, welches in einer Strömungsrichtung vom dritten Steuerventil (18) zum ersten Steuerventil (16) hin öffnet und für eine Strömung in entgegengesetzter Richtung sperrt, und
      wobei in einem Gasweg oder Bypass parallel zu der wenigstens einen zweiten Drossel oder Düse (22') ein zweites Rückschlagventil (28) vorgesehen ist, welches in einer Strömungsrichtung vom Rückgassammelraum (23) an das dritte Steuerventil (18) öffnet und für eine Strömung in entgegengesetzter Richtung sperrt.
    16. Füllelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine erste Rückschlagventil (25) für ein Öffnen des sechsten Gasweges (24) in beiden Strömungsrichtungen unwirksam schaltbar oder ausbaubar ist.
    EP99104000A 1998-04-27 1999-03-12 Füllsystem sowie Füllelement Expired - Lifetime EP0953541B1 (de)

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