EP1577259B1

EP1577259B1 - Filling-head with gas barrier

Info

Publication number: EP1577259B1
Application number: EP05003992A
Authority: EP
Inventors: Dieter Rudolf Krulitsch
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-02-24
Also published as: EP1577259A1; US20050211332A1; US7308917B2; DE102004013211A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllventil zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Behälter wie Flaschen, Dosen und dergleichen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine gattungsgemäße Vorrichtung wird in der EP 546 347 gezeigt.The invention relates to a filling valve for filling liquids in containers such as bottles, cans and the like according to the preamble of claim 1. A generic device is in the EP 546,347 shown.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Abfüllen von feststoffhaltigen Flüssigkeiten sowie fruchtfleischhaltigen Getränken und solche, die beispielsweise Pulpe, Zellen, Fasern oder andere Inhaltsstoffe enthalten. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Getränke unter Freistrahlfüllung und ohne Anpressung des Behälters gegen abdichtende Elemente des Füllventils vorzugsweise gegendrucklos abgefüllt werden.
Füllventile mit Gassperren werden vorwiegend zum Abfüllen von CO²-haltigen Flüssigkeiten, die aus einem Druckbehälter in die mit dem Füllorgan verbundene Flasche eingeleitet wird, eingesetzt. Dabei wird vor dem eigentlichen Füllbeginn ein Druckausgleich zwischen der Flasche und dem Druckbehälter vorgenommen, so dass die Flüssigkeit auf Grund des geodätischen Gefälles in die Flasche einfließen kann. Während dieses Vorganges wird das in der Flasche befindliche Gegendruckgas im Austausch mit der Flüssigkeit in den eigentlichen Gasraum zurückgedrängt. Dazu dient ein Rückgasrohr, welches mit der unteren Stirnseite die Begrenzung des eigentlichen Füllvorganges bestimmt, sobald die Flüssigkeit diese Stirnseite erreicht hat.
Dadurch ist ein Austausch des Gases zurück in den Druckbehälter nicht mehr möglich. Allerdings besteht bei derartigen Füllorganen die Gefahr, dass die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels anstehende Gasmenge durch den noch geöffneten Flüssigkeitskanal hochperlt und ein Nachlaufen der unterhalb des Ventilsitzes anstehenden Flüssigkeit verursacht. Um diesem Mangel abzuhelfen, hat man bereits vorgeschlagen, den Ventilsitz als Siphon auszubilden und den Ventilkörper mit einer Sperrglocke zu versehen, die mit ihrem unteren Rand in die Sperrflüssigkeit eintaucht. Abgesehen von einer hier feststellbaren geringfügigen Leistungsverminderung beinhaltet diese Ausführung den Nachteil, dass sowohl die den Siphon-Kanal bildende Nut als auch der Sperrglockenring sehr tief ausgelegt sein müssen. Dieses ist darauf zurückzuführen, dass die Sperrglocke ständig mit dem Ventilkörper des Flüssigkeitsventils in Schließ- und Öffnungsstellung bewegt wird. Da vorwiegend in der Öffnungsstellung eine Siphon-Wirkung notwendig ist, muss deshalb der Ring mindestens so lang sein, dass er auch in dieser Stellung ausreichend in der Sperrflüssigkeit eintaucht. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ausgestaltung ergibt sich durch die je nach Öffnungsstellung unterschiedliche Position des unteren Sperrringes, wodurch ständig unterschiedliche Verhältnisse der Durchtrittquerschnitte für die abzufüllende Flüssigkeit auftreten. Dieses hat wiederum entsprechend unterschiedliche Füllhöhen der gefüllten Flaschen zur Folge. Hinzu kommt, dass besondere konstruktive Maßnahmen, die unter Berücksichtigung der Oberflächenspannung der jeweils abzufüllenden Flüssigkeit einen größeren Fließquerschnitt zulassen könnten, durch die ständig veränderte Stellung und den dadurch hervorgerufenen Grenzschichtenwechsel der Flüssigkeit nicht eingegliedert werden können.
Bei einer weiteren bekannten Ausführung sind zusätzlich zur Erhöhung der Durchtrittsquerschnitte für die abzufüllende Flüssigkeit Löcher am Anfang der Sperrglocke vorgesehen. Diese Löcher müssen jedoch, sollen sie zur Wirkung kommen, aus dem eigentlichen Siphonbereich in den Bereich des Abfüllkanals abgehoben werden, so dass zwingend ein in axialer Richtung beweglicher Siphonteil vorgesehen sein muss ( DE- PS 11 62 711 ).
Aus der DE-AS 1 122 394 ist ferner ein Füllventil zum Abfüllen von Flüssigkeiten bekannt geworden, bei welchem im Bereich des Austrittsquerschnittes zusätzlich eine Scheibe angeordnet ist, die radial verlaufende Öffnungsschlitze aufweist. Eine solche Scheibe vermindert den freien Durchschnittsquerschnitt erheblich. Trotz der Radialschlitze kann, sofern diese ihre eigentliche Wirkung erzielen sollen, der Durchschnittsquerschnitt nicht wesentlich vergrößert werden.
Aus der DE-AS 14 32 312 ist eine Konstruktion ohne Sperrglocke bekannt, die mit einem unter Federeinwirkung höhenbeweglich gelagerten Rückstauorgan mit Eingliederung eines Ringspaltes die Gassperre bildet.
Aus der DE-PS 27 27 723 ist weiterhin eine Konstruktion bekannt, bei der die Glocke ortsfest am Füllorgan befestigt ist.
Die unübliche Konstruktionsweise schafft aber ebenfalls Nachteile, beispielsweise dadurch, dass die Glocke nicht mehr mit dem Ventilkörper montierbar ist.
Bei Füllelementen, bei denen die Flüssigkeit durch ein Röhrchen bis auf den Flaschenboden geleitet wird, verschließt die in der Flasche ansteigende Flüssigkeit die Öffnung des Gaskanals für das Rückgas. Es ist daher möglich, die Füllhöhe in der Flasche durch die Höhenlage dieser Öffnung des Gaskanals zu bestimmen.
Bei füllrohrloser Ausführung des Füllelementes, wobei die Flüssigkeit aus dem Füllelement frei nach unten austritt , ist diese Art Begrenzung nicht gegeben, da das im Flaschenhals befindliche Gas nicht am Entweichen aus der Flasche gehindert wird. Es besteht für das aus der Flasche entweichende Gas, aber auch für die umgebende Luft die Möglichkeit, durch die, im Füllelement befindliche Flüssigkeitssäule in den Gasraum des Füllers hochzusteigen. Die Flasche würde also, wie bereits eingangs beschrieben, überfüllt werden.In particular, the invention relates to the filling of solids containing liquids and pulp-containing beverages and those containing, for example, pulp, cells, fibers or other ingredients. It can be provided that the drinks are filled under free jet filling and without pressing the container against sealing elements of the filling valve preferably without pressure.
Gas barrier fill valves are primarily used to fill CO ² -containing liquids introduced from a pressure vessel into the bottle connected to the filler. In this case, a pressure equalization between the bottle and the pressure vessel is made before the actual beginning of filling, so that the liquid can flow into the bottle due to the geodetic gradient. During this process, the back pressure gas in the bottle is forced back into the actual gas space in exchange with the liquid. The purpose of a return gas pipe, which determines the limit of the actual filling process with the lower end face, as soon as the liquid has reached this end face.
As a result, an exchange of the gas back into the pressure vessel is no longer possible. However, there is the risk with such filling members that the amount of gas present above the liquid level is high-bubbled through the still open liquid channel and causes a running-on of the liquid below the valve seat. To remedy this deficiency, it has already been proposed to form the valve seat as a siphon and to provide the valve body with a locking bell, which dips with its lower edge in the barrier liquid. Apart from a detectable here slight reduction in performance, this embodiment has the disadvantage that both the siphon channel forming groove and the poppet ring must be designed very deep. This is due to the fact that the locking bell is constantly moved with the valve body of the liquid valve in the closed and open position. Since a siphon effect is necessary primarily in the open position, therefore, the ring must be at least as long that it is sufficient in this position in the barrier liquid dips. Another disadvantage of this known embodiment results from the different position depending on the opening position of the lower locking ring, whereby constantly different ratios of the passage cross sections for the liquid to be filled occur. This in turn has correspondingly different fill levels of the filled bottles result. In addition, special design measures that could allow for a larger flow cross-section, taking into account the surface tension of each liquid to be filled, can not be incorporated by the constantly changing position and the resulting boundary layer change of liquid.
In a further known embodiment, in addition to increasing the passage cross-sections for the liquid to be filled holes are provided at the beginning of the locking bell. However, these holes must, if they come to the effect, be lifted from the actual siphon area in the region of the filling channel, so that necessarily a movable in the axial direction siphon part must be provided ( DE-PS 11 62 711 ).
From the DE-AS 1 122 394 Furthermore, a filling valve for filling liquids has become known, in which in the region of the outlet cross-section additionally a disc is arranged, which has radially extending opening slots. Such a disk significantly reduces the free average cross section. Despite the radial slots, if they are to achieve their actual effect, the average cross section can not be significantly increased.
From the DE-AS 14 32 312 a construction without locking bell is known, which forms the gas barrier with a vertically movable mounted under spring backflow device with inclusion of an annular gap.
From the DE-PS 27 27 723 Furthermore, a construction is known in which the bell is fixedly secured to the filling member.
However, the unusual construction also creates disadvantages, for example, the fact that the bell is no longer mountable with the valve body.
For filling elements in which the liquid is passed through a tube down to the bottom of the bottle, the liquid rising in the bottle closes the opening of the gas channel for the return gas. It is therefore possible to determine the filling level in the bottle by the height of this opening of the gas channel.
When filling tube version of the filling element, the liquid exiting the filler freely down, this type of limitation is not given, since the gas in the bottleneck is not prevented from escaping from the bottle. It is for the escaping gas from the bottle, but also for the surrounding air, the ability to rise through the, located in the filling liquid column in the gas space of the filler. The bottle would therefore, as already described, be overcrowded.

Um dieses zu verhindern, hat man z. B. in den Fließweg der Flüssigkeit ein engmaschiges Drahtgeflecht eingelegt, das eine absolut sichere Trennung zwischen Flüssigkeit und Gas herbeiführt. Das Gas ist - aufgrund der zwischen den einzelnen Drähten herrschenden Oberflächenspannung - nicht in der Lage, durch dieses Drahtgeflecht nach oben durchzuperlen.
Die Anordnung eines solchen engmaschigen Drahtgeflechts hat den Nachteil, dass nur klare Flüssigkeiten abgefüllt werden können, da im Getränk enthaltene Fruchtsaftteilchen, Fasern, Pulpe, Zellen und dergleichen in kürzester Zeit zur Belegung der Oberfläche des Drahtgeflechtes führen und damit eine einwandfreie Abfüllung verhindern würden.To prevent this, you have z. B. in the flow path of the liquid a dense wire mesh inserted, which brings about an absolutely secure separation between liquid and gas. The gas is - due to the prevailing between the individual wires surface tension - not able to durchzuperlen through this wire mesh upwards.
The arrangement of such a close-meshed wire mesh has the disadvantage that only clear liquids can be bottled, as contained in the drink fruit juice particles, fibers, pulp, cells and the like in no time lead to occupancy of the surface of the wire mesh and thus prevent proper filling.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, insbesondere für die Abfüllung fruchtfleischhaltiger Getränke und solcher Getränke, die Pulpe, Zellen oder andere Inhaltsstoffe enthalten, eine ausreichende Gassperre zu schaffen, wobei dennoch ein möglichst großer Durchschnittsquerschnitt für die abzufüllende Flüssigkeit und deren möglichst tropf- und spritzfreie Einleitung in die jeweiligen Behälter gewährleistet sein soll.
Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Füllventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Gassperre als ein in den Flüssigkeitskanal einsetzbares Durchflusselement ausgebildet ist, dessen Durchflussöffnung aus einer Vielzahl miteinander zusammenwirkender und in Durchflussrichtung verlaufender Spaltkanäle besteht.
Weitere Merkmale der Erfindung ergehen aus den verbleibenden Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung werden die vorgenannten Nachteile vermieden. Durch die spezielle Ausbildung der Gassperre tritt aus dieser selbst bei einem geschlossenen Füllventil keine Füllflüssigkeit aus, obwohl der gesamte Raum über der unteren Stirnseite des Durchflusselementes, also die eigentliche Gassperre und auch der obere Raum zwischen dem in Schließstellung befindlichen Ventil und der oberen Stirnseite der Gassperre komplett mit Füllgut gefüllt ist. Darüber hinaus wird durch das Zusammenwirken der Spaltkanäle, die mit ihren offenen Enden aneinandergrenzen und einen zu allen Kanälen offenen Durchtrittsquerschnitt bilden, eine besonders vorteilhafte Strömungsführung auch bei einer Freistrahlabfüllung erreicht. Dabei bleibt der Füllgutstrahl auch bei einem sich ändernden Volumenstrom laminar und stabil, was insbesondere bei der Freistrahlabfüllung Spritzer und ein Nachtropfen verhindert.The object underlying the invention is now, in particular for the bottling of pulp-containing drinks and such drinks containing pulp, cells or other ingredients to provide a sufficient gas barrier, yet the largest possible average cross-section for the liquid to be filled and the dripping as possible and splash-free introduction into the respective container should be guaranteed.
This object of the invention is based on a filling valve of the type mentioned above in that the gas barrier is designed as an insertable into the liquid passage flow element whose flow opening consists of a plurality of mutually cooperating and extending in the flow direction gap channels.
Further features of the invention will become apparent from the remaining claims and the following description.
With the proposed embodiment, the aforementioned disadvantages are avoided. Due to the special design of the gas barrier does not emerge from this even with a closed filling valve filling liquid, although the entire space above the lower end face of the flow element, ie the actual gas barrier and the upper space between the valve located in the closed position and the upper end of the gas barrier completely filled with filling material. In addition, by the interaction of the gap channels, which adjoin each other with their open ends and form an open to all channels passage cross section, a particularly advantageous flow guidance is achieved even with a free-jet filling. The product flow remains laminar and stable even with a changing volume flow, which prevents splashing and dripping, especially in the case of free-jet filling.

Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1: einen Längsschnitt durch ein geeignetes Füllventil zum Abfüllen von Flüssigkeiten,
Fig. 2: einen Querschnitt durch die eigentliche Gassperre und
Fig. 3: eine Gassperre mit vergrößerten Spaltkanälen, ebenfalls im Querschnitt.

In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. In the drawing shows

Fig. 1: a longitudinal section through a suitable filling valve for filling liquids,
Fig. 2: a cross section through the actual gas lock and
Fig. 3: a gas barrier with enlarged gap channels, also in cross section.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein vereinfacht dargestelltes Freistrahl-Füllventil 1, bei welchem die zu befüllenden Behälter während des Füllvorganges auf Abstand zu dem Füllstutzen oder der eigentlichen Austrittsebene 2 der Füllflüssigkeit verbleiben. Das Füllventil 1 besteht aus einem Ventilgehäuse 3 mit einem durch einen Ventilkörper 4 verschließbaren Flüssigkeitskanal 5. Oberhalb des Ventilkörpers 4 ist dessen Verstellvorrichtung 6 angeordnet. In dem unteren Ende des Flüssigkeitskanals 5 befindet sich eine Gassperre 7. Diese ist austauschbar an dem Füllstutzen gehalten. Die Gassperre 7 ist als mit dem Flüssigkeitskanal 5 verbundenes Durchflusselement 8 ausgebildet und weist eine Vielzahl von parallel zur Durchflussrichtung verlaufender Spaltkanäle 9 auf. Diese Spaltkanäle 9 beginnen vorzugsweise an dem Innenmantel 10 des Durchflusselementes 8 und reichen von diesem soweit in den Raum der Durchflussöffnung 11, bis sie an den angrenzenden weiteren offenen Spaltkanal 12 stoßen bzw. in diesen übergehen. Auf diese Weise bilden alle Spaltkanäle 9, 12 eine sich im Querschnitt ausdehnende gemeinsame Öffnung.
Gemäß der in Figur 2 im Querschnitt dargestellten Gassperre 7 sind die Spaltkanäle aus vier rechtwinklig zueinander ausgerichteten Seiten 13 - 16 in den Raum der Durchflussöffnung 11 gerichtet und bilden auf diese Weise eine nach allen Spaltkanälen 9, 12 hin hindernisfreie Öffnung. Bei einer so gewählten geometrischen Öffnung treffen die Spaltkanäle 9, 12 rechtwinklig aufeinander. Es ist aber auch eine andere geometrische Anordnung, beispielsweise von drei Seiten ausgehend, denkbar, so dass die Spaltkanäle 9, 12 winklig ineinander übergehen.At the in FIG. 1 illustrated embodiment is a simplified illustrated free jet filling valve 1, wherein the container to be filled during the filling process at a distance to the filler neck or the actual exit plane 2 of the filling liquid remain. The filling valve 1 consists of a valve housing 3 with a closable by a valve body 4 fluid channel 5. Above the valve body 4 whose adjusting device 6 is arranged. In the lower end of the liquid channel 5 is a gas barrier 7. This is held interchangeably on the filler neck. The gas barrier 7 is designed as a flow element 8 connected to the liquid channel 5 and has a multiplicity of gap channels 9 running parallel to the direction of flow. These gap channels 9 preferably begin at the inner jacket 10 of the flow element 8 and extend from this far into the space of the flow opening 11, until they abut on the adjacent further open gap channel 12 and pass into it. In this way, all gap channels 9, 12 form a cross-sectionally expanding common opening.
According to the in FIG. 2 Gas barrier 7 shown in cross-section, the gap channels of four sides 13 - 16 aligned at right angles to each other are directed into the space of the flow opening 11 and thus form an opening which is free of obstruction after all gap channels 9, 12. With such a selected geometric opening, the gap channels 9, 12 meet at right angles to each other. But it is also another geometric arrangement, for example, starting from three sides, conceivable, so that the gap channels 9, 12 pass into each other at an angle.

Die Spaltkanäle werden zweckmäßig durch vom Innenmantel der Durchflussöffnung 11 ausgehende und auf Abstand angeordnete Rippen 17 gebildet. Diese verlaufen, wie aus Figur 1 ersichtlich, vom oberen Anfang 18 in Richtung des Zentrums schräg (Schräge 19) nach unten, wodurch u.a. aufgrund des sich ausbildenden Trichtereffektes eine besonders vorteilhafte Selbstreinigung des Innenraumes und der Spaltkanäle bei der Abfüllung fruchtfleischhaltiger Getränke oder Feststoffe aufweisender Flüssigkeiten eintritt. Im Ausführungsbeispiel entspricht der schräge Verlauf der Rippen 17 etwa der halben Länge der gesamten Rippenlänge. Je nach Abfüllprodukt und Aufgabenstellung sind auch andere Längenverhältnisse denkbar. Anstelle einer Schräge können auch runde, parabelförmige oder auf andere vorteilhafte Weise geformte Ausbildungen oder diese auch im Wechsel untereinander vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Spaltbreiten S einander gleich, sodass eine besonders ruhige und turbulenzfreie Durchströmung des Füllgutes gewährleistet ist. Für unterschiedliche Flüssigkeiten können, wie Figur 3 zeigt, andere Spalt- und/oder Rippenbreiten eingesetzt werden.The gap channels are expediently formed by outgoing from the inner shell of the flow opening 11 and arranged at a distance ribs 17. These are how out FIG. 1 seen from the top 18 towards the center obliquely (slope 19) down, which inter alia due to the forming funnel effect, a particularly advantageous self-cleaning of the interior and the gap channels during the bottling of flesh-containing drinks or solids containing liquids occurs. In the exemplary embodiment, the oblique course of the ribs 17 corresponds to approximately half the length of the entire rib length. Depending on the filling product and task other length ratios are conceivable. Instead of a slope can also round, parabolic or other advantageous manner shaped formations or these can be provided alternately with each other. Preferably, the gap widths S are equal to each other, so that a particularly smooth and turbulence-free flow through the filling material is ensured. For different liquids, how can FIG. 3 shows, other gap and / or rib widths are used.

Von besonderer Bedeutung für die Gestaltung der Rippen 17 ist, dass die Rippen 17 und mit ihnen auch die an ihren oberen Enden angeordneten Schrägen 19 im freien Raum enden und dabei einen Abstand von anderen Rippen 17 einhalten, welcher in etwa der Spaltbreite s entspricht. Dadurch, dass die Rippen 17 im freien Raum enden, wird ein sicheres Abführen der im Füllgut enthaltenen Feststoffe gewährleistet, wodurch der Selbstreinigungseffekt positiv unterstützt und eine eventuelle Verstopfung der Gassperre sicher vermieden wird.Of particular importance for the design of the ribs 17 is that the ribs 17 and with them also arranged at their upper ends slopes 19 end in free space, while maintaining a distance from other ribs 17, which corresponds approximately to the gap width s. The fact that the ribs 17 end in free space, a safe dissipation of the solids contained in the contents is ensured, whereby the self-cleaning effect positively supported and any blockage of the gas barrier is reliably avoided.

Claims

A filling head for filling liquids into containers, such as bottles, cans and the like, comprising a closable liquid channel (5) and a gas barrier (7) associated therewith, characterized in that the gas barrier (7) is implemented as a flow-through member (8) working together with the liquid channel (5), the flow-through member comprising a plurality of rib-like members (17) aligned in the direction of the axis of the flow-through member so that gap-shaped channels, hereinafter referred to as gap channels (9, 12), are formed between the rib-like members.
Filling head according to claim 1, characterized in that the rib-like members (17) are fixed or connected to a first edge, i.e., the supporting edge, at the inner wall (10) of the flow-through opening (11) and have a free edge opposite the first edge, i.e., the supporting edge.
Filling head according to claim 1 or 2, characterized in that the rib-like members (17) are aligned so as to be mutually parallel.
Filling head according to any one of the preceding claims, characterized in that the rib-like members (17) form groups, the groups being featured in that the rib-like elements (17) of one group are perpendicular to the rib-like members of the directly adjacent group.
Filling head according to any one of the preceding claims, characterized in that a chamber, which is free toward all gap channels (9, 12), is formed opposite the free edges of the rib-like elements (17).
Filling head according to any one of the preceding claims, characterized in that the rib-like members (17) have at least partly a slanted section (19) in the flow direction at the upper start (18).
Filling head according to claim 6, characterized in that the slanted section (19) of the rib-like members (17) starts from the inner wall (10) of the flow-through opening (11).
Filling head according to either claim 6 or 7, characterized in that the slanted section (19) equals approximately one-half of the length of the rib-like members (17) in the axial direction.
Filling head according to any one of claims 6 to 8, characterized in that all rib-like members (17) comprise identical or different slanted sections (19).
Filling head according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the identical or different slanted sections (19) are realized in the form of a rounded portion or a parabola.
Filling head according to any one of claims 6 to 10, characterized in that the rib-like members (17) in their entirety form a funnel-shaped structure.