EP1623952B1 - Verfahren und Füllmaschine für das unterschichtige Füllen von Flaschen - Google Patents

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EP1623952B1
EP1623952B1 EP05015839A EP05015839A EP1623952B1 EP 1623952 B1 EP1623952 B1 EP 1623952B1 EP 05015839 A EP05015839 A EP 05015839A EP 05015839 A EP05015839 A EP 05015839A EP 1623952 B1 EP1623952 B1 EP 1623952B1
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EP
European Patent Office
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container
fill
filling
liquid product
during
Prior art date
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EP05015839A
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English (en)
French (fr)
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EP1623952A1 (de
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Ludwig Clüsserath
Herbert Bernhard
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KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—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
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks

Definitions

  • the invention relates to a method for the lower layer filling of bottles or the like container with a liquid product according to the preamble of claim 1 and to a filling machine for performing the method according to the preamble of claim 11.
  • a filling machine of circumferential design is known for the lower-layer filling of bottles or similar containers with a liquid product ( DE 39 03 768 A1 ).
  • the filling machine has a plurality of filling elements, each with a long, for filling into the respective container insertable filling tube and with a controlled by at least one liquid valve and opening into the filling tube liquid channel.
  • Each filling element is associated with a container carrier, for lifting and lowering of the respective container to or from the filling element. During the filling process takes place for the lower layer filling of the container lowering the container carrier and thus the respective container via a fixed cam.
  • a filling machine US4,564,044 . FR-A-1 570 642
  • a lower-layer filling of bottles or similar containers with the lowest possible immersion depth of the filling tube is also to be achieved in that the respective, arranged on a container carrier container with a cooperating with the container carrier fixed control cam during the filling process lowered relative to the filling tube or the filling tube is raised with a fixed cam during the filling process.
  • the amount of product dispensed to the respective container and the movement of the filling tube relative to the container are rigidly interconnected.
  • the object of the invention is to provide a method or a filling machine, which allows improved under-layer filling of bottles or similar containers with a liquid product.
  • a method according to claim 1 is formed.
  • a filling machine for carrying out the method is the subject of claim 11.
  • the corresponding immersion depth is but kept at a predetermined, reduced value, preferably at a constant or nearly constant value to a multiple is smaller than the total length of the filling tube and thus also many times smaller than the maximum immersion depth of known Langrohr spallsysteme.
  • the filling quantity flowing into the respective container during filling is determined by a flow meter, which in any case is present on each filling element or associated with each filling element in a filling machine of a rotating design.
  • the filling machine of the type generally designated 1 in the figures serves for the lower-level filling of containers 2 with a liquid filling material and consists essentially of a rotor 3 driven peripherally around a vertical machine axis with a multiplicity of filling positions 4 on the circumference of this rotor 3.
  • Each filling position 4 consists in a known manner of a filling element 5 with a long filling tube 6 and a container carrier 7.
  • the container carrier 7 are designed so that they hold the respective container 2 in the region of its container mouth at a provided there, projecting beyond the container outer surface flange , as is the case with PET bottles, for example.
  • the containers 2 to be filled are fed to the filling position 4 or the relevant container carrier 7 at a container inlet 8.
  • the filled containers are removed from the filling positions 4 at a container outlet 9.
  • One of the filling elements 5 is in the FIG. 3 shown in more detail. It consists inter alia of a Greelementgephinuse 10 with a formed in this housing liquid channel 11, which is also connected to one end via a line 12 with a rotor 3 provided boiler 13 for the liquid product is in communication.
  • a flow meter 14 for example, a magnetic inductive flowmeter (MID) is provided, which supplies one of the flow rate and thus a volume corresponding measurement signal to a filling machine 1 controlling computer 15.
  • the other end of the liquid channel 11 communicates with the filling tube 6, which forms the discharge opening for the liquid product with its lower, open end 6.1.
  • the liquid channel 11 is still the liquid valve 16, the valve body 16.1 or controlled by an actuator 17 controlled by the control computer 15 and is closed.
  • a channel 18 is also provided with a pneumatically controllable valve 19 and a throttle 20.
  • This channel 18 communicates with the liquid channel 16 downstream of the control valve 16 and is open to the atmosphere.
  • the control valve 19 serves for emptying the filling tube 6 and is initially closed during filling.
  • the container carrier 7 cooperate with a non-rotating with the rotor 2 control cam 25, via rollers 26 such that each Container carrier 7 is increasingly moved vertically downward during the rotary movement of the rotor 2 between the container inlet 8 and the container outlet 9 against the action of a respective container carrier 7 biasing upward force.
  • FIG. 2 shows, so takes place during the angle range 21, ie during the filling a lowering of the respective container 2, but in the angular regions 22 and 23 such that the lower end of the filling element 6 is immersed in the Gregutapt, but only with a small length or immersion depth ,
  • a small length or immersion depth corresponds to a maximum of 15 percent of the total length of the filling tube 6, so that a lower layer filling is achieved without the filling tube over a large length comes into contact with the contents.
  • the immersion depth of the filling tube is monitored in the Gregutapt 27, for example, the fact that a sensor on the filling tube 6 at a minimum value of 27.1 and another sensor on the filling tube 6 at a maximum value 27.1 the immersion depth respond, so controlled by the control computer 15 of the filling machine on reaching the value of 27.1, the liquid valve 16 opens in any case and when reaching the maximum limit value 27.2 the liquid valve 16 closes.
  • the training here is preferably such that at maximum power of the filling machine 1 at permanently open liquid valve 16, the maximum limit would be exceeded 27.2 in any case, so that to achieve the desired reduced immersion depth of the filling tube 6 during the filling phase, the liquid valve 16 in the rule closed several times briefly.
  • the control computer 15 can determine the immersion depth of the respective filling tube 6 and also determine whether this immersion depth is within the desired limits 27.1 and 27.2 or exceeds the upper limit and accordingly the liquid valve 16 must be closed briefly.
  • advantage of this design is also that the usual filling machines and proven construction, in which the container carrier 7 controlled by a common lifting or lowering curve can be basically maintained.
  • FIG. 6 shows in a representation similar FIG. 4 a filling element 5a, in which instead of the liquid valve 16 at the lower end of the filling tube 6, the liquid valve 30 (foot valve) is provided so that after completion of the filling phase and after closing the liquid valve 30 emptying of the filling tube 6 is not required.
  • the liquid valve 30 foot valve
  • FIG. 7 shows in a very simplified schematic representation of a further embodiment, the filling element 1 together with a container carrier 7 a, which differs from the container carrier 7 in that the vertical movement of the container carrier 7 a is not by the control cam 25, but by a motor drive, which of the Control computer 15 is controllable.
  • This drive 31 is, for example, a spindle drive controlled by a stepper motor, so that with a certain number of current or voltage pulses supplied to the stepper motor, a precisely defined movement stroke of the container carrier 7a he follows.
  • the lowering movement of the container carrier 7a during the filling phase ie in the angular regions 22 and 23 of the rotary movement of the rotor 3, is controlled such that a desired, reduced immersion depth of the filling tube 6 ensured during the entire filling process.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das unterschichtige Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine zum Durchführen des Verfahrens gemäß Oberbegriff Patentanspruch 11.
  • Bekannt ist das unterschichtige Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung von Füllsystemen oder Füllelementen mit langen Füllrohren, die für das Füllen durch die Behältermündung in das Innere des jeweiligen Behälters hineinreichen und dort dann mit ihrem unteren, die Abgabeöffnung bildenden Ende in der Nähe des Behälterbodens positioniert sind, und zwar während des gesamten Füllvorgangs bis zum Abziehen des jeweiligen, gefüllten Behälters vom Füllelement. Dieses unterschichtige Füllen hat eine Reihe von grundsätzlichen Vorteilen, nämlich
    • niedrige O2- und/oder Fremdgasaufnahme durch reduzierte Kontaktfläche zwischen dem Füllgut und einer im jeweiligen Behälter vorhandenen Gasatmosphäre;
    • hohe Schütt- oder Füll-Leistung auch bei einem Füllgut mit einem hohen CO2-Gehalt, z.B. bei schaumintensiven Getränken durch das Zuführen des Füllgutes unterhalb des im Behälter beim Füllen aufsteigenden Füllgutspiegels;
    • geringe CO2- und/oder Alkoholverluste beim Füllen unter Atmosphärendruck, beispielsweise beim Abfüllen von Wein und Spirituosen, durch einen turbulenz- und blasenarmen Füllvorgang;
    • die Möglichkeit eines optimalen Abfüllens von Getränken mit hohen Fruchtfleisch- und/oder Faseranteil ohne eine Anreicherung von Gasblasen an Fruchtfasern und/oder Fruchtfleisch und damit ohne die Gefahr eines Auftriebs von festen Partikeln und einer Pfropfenbildung unterhalb des Behälterverschlusses.
  • Die bekannten Verfahren und Füllsysteme bzw. Füllmaschine mit langem Füllrohr zum unterschichtigen Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter haben aber neben den vorgenannten Vorteilen auch gewisse Nachteile, nämlich:
    • Das jeweilige Füllrohr wird innen und außen über einer große axiale Länge mit dem Füllgut (z.B. Getränk) benetzt, was bei bestimmten Füllgutarten, z.B. bei der Fruchtsaftheißabfüllung zum Aufbau von später nur schwer zu entfernenden Ablagerungen oder Belägen führt
    • Beim Abziehen des jeweiligen Behälters vom Füllelement nach dem Füllvorgang laufen von dem aus dem Behälter herausgeführten Füllrohr Füllgutreste, die innen und außen am Füllrohr vorhanden sind, nur verzögert ab, d.h. das jeweilige Füllrohr tropft erheblich nach, was nicht nur zu Verlusten an Füllgut führt, sondern auch zu unerwünschten Benetzungen von Maschinenteilen und Behältern mit Füllgut. Hierdurch entstehen hygienische, reinigungstechnische und ästhetische Nachteile.
  • Bekannt ist eine Füllmaschine umlaufender Bauart für die unterschichtige Füllung von Flaschen oder dergleichen Behältern mit einem flüssigen Füllgut ( DE 39 03 768 A1 ). Die Füllmaschine besitzt mehrere Füllelemente mit jeweils einem langen, zum Füllen in den jeweiligen Behälter einführbaren Füllrohr sowie mit einem durch wenigstens ein Flüssigkeitsventil gesteuerten und in das Füllrohr mündenden Flüssigkeitskanal. Jedem Füllelement ist ein Behälterträger zugeordnet, und zwar zum Anheben und Absenken des jeweiligen Behälters an bzw. von dem Füllelement. Während des Füllvorgangs erfolgt für die unterschichtige Füllung der Behälter ein Absenken des Behälterträgers und damit des jeweiligen Behälters über eine feste Steuerkurve. Zugleich soll über Sondenkontakte an den Füllrohren und auch zeitgesteuert durch Öffnen und Schließen des jeweiligen Flüssigkeitsventils sichergestellt werden, dass das Füllrohr während des Füllprozesses nicht aus dem Füllgut austaucht. Diese Ausstattung der Füllrohre mit den Sondenkontakten ist aufwendig und teuer. Das mehrfache Öffnen und Schließen des jeweiligen Flüssigkeitsventils ist für den Füllprozess nachteilig und führt auch zu einer verminderten Leistung der Füllmaschine.
  • Bekannt ist weiterhin eine Füllmaschine ( US4,564,044 , FR-A-1 570 642 ), bei der ein unterschichtiges Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern bei möglichst geringer Eintauchtiefe des Füllrohres ebenfalls dadurch erreicht werden soll, dass der jeweilige, auf einem Behälterträger angeordnete Behälter mit einer mit dem Behälterträger zusammenwirkenden fixen Steuerkurve während des Füllvorgangs relativ zum Füllrohr abgesenkt oder aber das Füllrohr mit einer fixen Steuerkurve während des Füllvorgangs angehoben wird. Bekannt ist hierbei auch, an jedem Füllelement einen Messzylinder vorzusehen, über den eine vorgegebene Füllgutmenge in den jeweiligen Behälter dadurch eingebracht wird, dass das flüssige Füllgut beim Anheben des Füllrohres aus dem Messzylinder in den Behälter fließt. Die an den jeweiligen Behälter abgegebene Füllgutmenge und die Bewegung des Füllrohres relativ zum Behälter sind dabei starr miteinander verknüpft.
  • Bekannt sind schließlich auch Verfahren und Vorrichtungen zum Freistrahlfüllen von Behältern mit einem Füllgut unter Verwendung von füllrohrlosen Füllelementen an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor. Die Behälter sind während des Füllvorgangs mit ihrer Behälteröffnung unterhalb eines Füllelementes und im Abstand von einer Abgabe- und Austrittsöffnung des Füllelementes an einem Behälterträger gehalten, der mit einer Wiegeeinrichtung zur Messung der in den Behälter eingebrachten Füllgutmenge ausgebildet ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Füllmaschine aufzuzeigen, die ein verbessertes unterschichtiges Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern mit einem flüssigen Füllgut ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine zum Durchführen des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruches 11.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem das unterschichtige Füllen des jeweiligen Behälters mit einem langen Füllrohr erfolgt, welches mit seinem die Abgabeöffnung aufweisenden Ende durch die Behälteröffnung in den Innenraum des Behälters und z.B. zumindest am Beginn des Füllens bis in die Nähe des Behälterbodens reicht, bietet voll und ganz die Vorteile bekannter unterschichtiger Füllverfahren mit langem Füllrohr, vermeidet aber deren Nachteile. Bei der Erfindung befindet sich nach einem vorausgegangenen Anfüllen das jeweilige Füllrohr mit seinem unteren Ende während des gesamten Füllvorgangs zwar ständig unterhalb des Füllgutspiegels, die entsprechende Eintauchtiefe wird aber auf einen vorgegebenen, reduzierten Wert, vorzugsweise auf einen konstanten oder nahezu konstanten Wert gehalten, der um ein Vielfaches kleiner ist als die Gesamtlänge des Füllrohres und damit auch um ein Vielfaches kleiner als die maximale Eintauchtiefe bekannter Langrohrfüllsysteme.
  • Bei der Erfindung wird die Eintauchtiefe des Füllrohres durch eine Relativbewegung zwischen Füllrohr und Behälter gesteuert. Im Detail wird die Steuerung der Eintauchtiefe z.B. über einen steuerbaren Antrieb für die Relativbewegung, z.B. Elektro- bzw. Servo- oder Schrittmotor realisiert, und zwar dadurch,
    • dass diese Steuerung in Abhängigkeit von der dem jeweiligen Behälter während des laufenden Füllvorgangs bereits zugeflossenen Füllgutmenge unter Berücksichtigung einer speziellen Behälterkennlinie erfolgt, welche die Füllhöhe im Behälter in Abhängigkeit der Füllgutmengen wiedergibt, oder
    • dass bei einer Füllmaschine umlaufender Bauart die Steuerung des motorischen Antriebs zwangsweise in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rotors erfolgt und dann zur weiteren Korrektur der Füllgutstrom, d.h. das Öffnen und Schließen des Flüssigkeitskanals des jeweiligen Füllelementes in Abhängigkeit von der dem Behälter bereits zugeflossenen Füllgutmenge gesteuert wird, und zwar unter Berücksichtigung der Behälterkennlinie und der jeweiligen aktuellen Position des Behälters relativ zum Füllrohr derart, dass bei der zwangsweisen Relativbewegung zwischen Füllrohr und Behälter durch die Steuerung des Füllgutstromes die reduzierte Eintauchtiefe eingehalten wird. Hierbei kann die für die Steuerung der Eintauchtiefe notwendige Relativbewegung zwischen Füllrohr und Behälter z.B. auch über eine feste Steuerkurve erfolgen.
  • Auch Kombinationen verschiedener Verfahren sind möglich. Die dem jeweiligen Behälter während des Füllens zufließende Füllgutmenge wird von einem Durchflussmesser ermittelt, der bei einer Füllmaschine umlaufender Bauart ohnehin an jedem Füllelement vorhanden oder jedem Füllelement zugeordnet ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine Füllmaschine umlaufender Bauart;
    Fig. 2
    eines der Füllelemente der Füllmaschine der Fig. 1, zusammen mit einem an dem Füllelement vorgesehenen Behälter in verschiedenen Positionen während der Füllphase;
    Fig. 3 und 4
    in vereinfachter Darstellung eines der Füllelemente der Füllmaschine der Figur 1, zusammen mit einem am Füllelement vorgesehenen Behälter;
    Fig. 5
    eine für einen Behältertyp im Steuerrechner der Füllmaschine hinterlegte Behälterkennlinie, die die Füllhöhe im jeweiligen Behälter in Abhängigkeit von der Füllmenge wiedergibt;
    Fig. 6 und 7
    Darstellungen ähnlich Figur 4 bzw. Figur 3 bei weiteren möglichen Ausführungsformen.
  • Die in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Füllmaschine umlaufender Bauart dient zum unterschichtigen Füllen von Behältern 2 mit einem flüssigen Füllgut und besteht im wesentlichen aus einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotor 3 mit einer Vielzahl von Füllpositionen 4 am Umfang dieses Rotors 3.
  • Jede Füllposition 4 besteht in bekannter Weise aus einem Füllelement 5 mit langem Füllrohr 6 und aus einem Behälterträger 7. Die Behälterträger 7 sind dabei so ausgebildet, dass sie den jeweiligen Behälter 2 im Bereich seiner Behältermündung an einem dort vorgesehenen, über die Behälteraußenfläche wegstehenden Flansch halten, wie dies beispielsweise bei PET-Flaschen der Fall ist.
  • Die zu füllenden Behälter 2 werden der Füllposition 4 bzw. dem betreffenden Behälterträger 7 an einem Behältereinlauf 8 zugeführt. Die gefüllten Behälter werden den Füllpositionen 4 an einem Behälterauslauf 9 entnommen.
  • Eines der Füllelemente 5 ist in der Figur 3 näher dargestellt. Es besteht u.a. aus einem Füllelementgehäuse 10 mit einem in diesem Gehäuse ausgebildeten Flüssigkeitskanal 11, der mit einem Ende über eine Leitung 12 mit einem ebenfalls am Rotor 3 vorgesehenen Kessel 13 für das flüssige Füllgut in Verbindung steht. In der Leitung 12 ist ein Durchflussmesser 14, beispielsweise ein magnetischer induktiver Durchflussmesser (MID) vorgesehen, der ein der Durchflussmenge und damit ein dem Volumen entsprechendes Mess-Signal an einen die Füllmaschine 1 steuernden Rechner 15 liefert. Das andere Ende des Flüssigkeitskanals 11 steht mit dem Füllrohr 6 in Verbindung, welches mit seinen unteren, offenen Ende 6.1 die Abgabeöffnung für das flüssige Füllgut bildet. Im Flüssigkeitskanal 11 befindet sich weiterhin das Flüssigkeitsventil 16, das bzw. dessen Ventilkörper 16.1 durch ein Betätigungselement 17 gesteuert von dem Steuerrechner 15 geöffnet und geschlossen wird.
  • Im Gehäuse 10 ist außerdem ein Kanal 18 mit einem pneumatisch steuerbaren Ventil 19 und einer Drossel 20 vorgesehen. Dieser Kanal 18 steht mit dem Flüssigkeitskanal 16 in Strömungsrichtung nach dem Steuerventil 16 in Verbindung und ist zur Atmosphäre hin offen. Das Steuerventil 19 dient zur Entleerung des Füllrohres 6 und ist während des Füllens zunächst geschlossen.
  • Nach der Übergabe eines Behälters 2 an die Füllposition 4 wird dieser zunächst mit dem Behälterträger 7 in vertikaler Richtung nach oben bewegt, so dass das Füllrohr 6 durch die Behältermündung 2.1 in den Behälterinnenraum eingeführt ist und sich das Ende 6.1 in der Nähe des Behälterbodens befindet. In einem daran anschließenden Winkelbereich 21 der Drehbewegung des Rotors 2 erfolgt dann bei gegen das Füllelement 5 angehobenem Behälter 2 zunächst ein langsames Anfüllen, in einem daran anschließenden Winkelbereich 22 der Drehbewegung des Rotors 2 ein Schnellfüllen, in einem daran anschließenden Winkelbereich 23 ein langsames Füllen, am Ende dieses Winkelbereichs ein Schließen des Flüssigkeitsventils 16 und in einem daran anschließenden Winkelbereich 24 ein Entleeren des Füllrohres 6, und zwar durch Öffnen des Steuerventils 19 (Fig. 4). Für dieses Entleeren wird das Steuerventil 19 mehrfach geöffnet und geschlossen, so dass ein abruptes Entleeren vermieden ist.
  • Wie die Figur 2 zeigt, wirken die Behälterträger 7 mit einer mit dem Rotor 2 nicht mit drehenden Steuerkurve 25 zusammen, und zwar über Rollen 26 derart, dass jeder Behälterträger 7 bei der Drehbewegung des Rotors 2 zwischen dem Behältereinlauf 8 und dem Behälterauslauf 9 zunehmend gegen die Wirkung einer den jeweiligen Behälterträger 7 nach oben vorspannenden Kraft vertikal nach unten bewegt wird.
  • Wie die Figur 2 auch zeigt, erfolgt also während des Winkelbereichs 21, d.h. während des Anfüllens ein Absenken des jeweiligen Behälters 2, allerdings in den Winkelbereichen 22 und 23 derart, dass das untere Ende des Füllelementes 6 in den Füllgutspiegel eintaucht, aber nur mit einer geringen Länge oder Eintauchtiefe, die beispielsweise maximal 15 Prozent der Gesamtlänge des Füllrohres 6 entspricht, so dass eine unterschichtige Füllung erreicht ist, ohne dass das Füllrohr über eine große Länge mit dem Füllgut in Berührung kommt.
  • Da bei dieser Ausführungsform die Abwärtsbewegung der Behälterträger 7 durch die Steuerkurve 25 in Abhängigkeit von Drehwinkel des Rotors 3 zwangsläufig erfolgt, wird jeweils über beispielsweise am Füllrohr 6 vorgesehene Sensoren die Eintauchtiefe des Füllrohres in den Füllgutspiegel 27 überwacht, und zwar beispielsweise dadurch, dass ein Sensor am Füllrohr 6 bei einem Minimalwert 27.1 und ein weiterer Sensor am Füllrohr 6 bei einem Maximalwert 27.1 der Eintauchtiefe ansprechen, so dass gesteuert über den Steuerrechner 15 der Füllmaschine bei Erreichen des Wertes 27.1 das Flüssigkeitsventil 16 auf jeden Fall öffnet und beim Erreichen des maximalen Grenzwertes 27.2 das Flüssigkeitsventil 16 schließt. Die Ausbildung ist hierbei vorzugsweise so getroffen, dass bei maximaler Leistung der Füllmaschine 1 bei ständig geöffneten Flüssigkeitsventil 16 der maximale Grenzwert 27.2 auf jeden Fall überschritten würde, so dass zur Erzielung der gewünschten reduzierten Eintauchtiefe des Füllrohres 6 während der Füllphase das Flüssigkeitsventil 16 in der Regel mehrfach kurzzeitig geschlossen wird.
  • Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die Überwachung der Grenzwerte 27.1 und 27.2 durch Sensoren am jeweiligen Füllelement 6 erfolgt. Bei einer wesentlich eleganteren Lösung erfolgt aber diese Überwachung durch das von dem Durchflussmesser 14 gelieferte Signal unter Berücksichtigung einer für den jeweiligen Behältertyp in dem Steuerrechner 15 abgelegten Behälterkennlinie 28 (Figur 5), welche die Füllhöhe FH in Abhängigkeit von der vom Durchflussmesser 14 gemessenen Füllmenge FM wiedergibt. Unter Berücksichtigung der während des laufenden Füllvorgangs von dem Durchflussmesser 14 gemessenen und im Steuerrechner 15 für diese Füllphase aufaddierten Füllmenge FM, der Kennlinie 28 und der augenblicklichen Position des jeweiligen Füllelementes 5 relativ zum Füllrohrende 6.1, die (Position) durch den Verlauf der Steuerkurve 25 und durch die von einem Sensors 29 erfasste Winkelstellung des Rotors 3 definiert ist, kann dann der Steuerrechner 15 die Eintauchtiefe des jeweiligen Füllrohres 6 ermitteln und auch bestimmen, ob diese Eintauchtiefe innerhalb der gewünschten Grenzwerte 27.1 bzw. 27.2 liegt bzw. den oberen Grenzwert überschreitet und dementsprechend das Flüssigkeitsventil 16 kurzzeitig geschlossen werden muss.
  • Zusätzlich zu den generellen Vorteilen, die die unterschichtige Füllung bei geringer Eintauchtiefe des Füllrohres 6 mit sich bringt, besteht Vorteil dieser Ausführung auch darin, dass die bei Füllmaschinen übliche und bewährte Konstruktion, bei der die Behälterträger 7 durch eine gemeinsame Hub- bzw. Absenkkurve gesteuert werden, grundsätzlich beibehalten werden kann.
  • Die Figur 6 zeigt in einer Darstellung ähnlich Figur 4 ein Füllelement 5a, bei welchem anstelle des Flüssigkeitsventils 16 am unteren Ende des Füllrohres 6 das Flüssigkeitsventil 30 (Fußventil) vorgesehen ist, so dass nach Beendigung der Füllphase und nach dem Schließen des Flüssigkeitsventils 30 ein Entleeren des Füllrohres 6 nicht erforderlich ist.
  • Die Figur 7 zeigt in sehr vereinfachter schematischer Darstellung als weitere Ausführungsform das Füllelement 1 zusammen mit einem Behälterträger 7a, der sich von dem Behälterträger 7 dadurch unterscheidet, dass die vertikale Bewegung des Behälterträgers 7a nicht durch die Steuerkurve 25, sondern durch einen motorischen Antrieb erfolgt, der von dem Steuerrechner 15 steuerbar ist. Dieser Antrieb 31 ist beispielsweise ein von einem Schrittmotor angesteuerter Spindelantrieb, so dass bei einer bestimmten Anzahl von dem Schrittmotor zugeführten Strom- oder Spannungsimpulsen ein genau definierter Bewegungshub des Behälterträgers 7a erfolgt. Unter Berücksichtigung des von dem Durchflussmesser 14 gelieferten Mess-Signals und der Kennlinie 28 wird dann die Absenkbewegung des Behälterträgers 7a während der Füllphase, d.h. in den Winkelbereichen 22 und 23 der Drehbewegung des Rotors 3 so gesteuert, dass eine gewünschte, reduzierte Eintauchtiefe des Füllrohres 6 während des gesamten Füllvorgangs sichergestellt ist.
  • So wurde vorstehend davon ausgegangen, dass sämtliche Steuer- und Regelfunktionen über den zentralen Steuerrechner 15 erfolgen. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, die Überwachung und Regelung der Eintauchtiefe des jeweiligen Füllrohres auch einer untergeordneten Logik zu übertragen, um hierdurch den zentralen Rechner der Füllmaschine 1 zu entlasten.
  • Ebenfalls ist es möglich , jeder Füllstelle anstatt eines Durchflussmessers 14 eine Wiegevorrichtung zuzuordnen. Anhand dieser Wiegevorrichtung kann z.B. mittels des zentralen Rechners ebenfalls die aktuell in einem Behälter 2 enthaltene Füllgutmenge bestimmt werden, so dass auch diese Ausgestaltung anwendbar wäre.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Füllmaschine
    2
    Behälter
    2.1
    Behältermündung
    3
    Rotor
    4
    Füllposition
    5, 5a
    Füllelement
    6
    Füllrohr
    6.1
    Abgabeöffnung
    7,7a
    Behälterträger
    8
    Behältereinlauf
    9
    Behälterauslauf
    10
    Gehäuse
    11
    Flüssigkeitskanal
    12
    Leitung
    13
    Kessel
    14
    Durchflussmesser (MID)
    15
    Steuerrechner
    16
    Flüssigkeitsventil
    16.1
    Ventilkörper
    17
    Betätigungselement
    18
    Kanal
    19
    Steuerventil
    20
    Drossel
    21, 22, 23, 24
    Winkelbereich
    25
    Steuerkurve
    26
    Kurvenrolle
    27
    Füllgutspiegel
    27.1, 27.2
    Grenzwert
    28
    Kennlinie
    29
    Sensor
    30
    Flüssigkeitsventil
    31
    motorischer Antrieb

Claims (16)

  1. Verfahren zum unterschichtigen Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, unter Verwendung von jeweils ein Füllrohr (6) sowie wenigstens ein Flüssigkeitsventil (16, 30) aufweisenden Füllelementen (5), wobei das Füllrohr (6) während des Füllvorgangs in das beim Füllen im Behälter ansteigende Füllgut eingetaucht und hierfür mit einer Abgabe- oder Austrittsöffnung (6.1) mit Abstand (Eintauchtiefe) unterhalb des Füllgutspiegels angeordnet ist, wobei die Eintauchtiefe des Füllrohres (6) durch eine gesteuerte Relativbewegung zwischen Füllrohr (6) und Behälter (2) und/oder durch gesteuertes Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils (16, .30) während des Füllvorgangs auf einem reduzierten Wert innerhalb - vorgegebener Grenzen gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen dem Füllrohr (6) und dem Behälter (2) und/oder das Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils (16, 30) unter Berücksichtigung einer Behälterkennlinie erfolgt, welche für den jeweiligen Behältertyp die Füllhöhe im Behälter in Abhängigkeit von der von einem Durchflussmesser (14) oder eine Wiegevorrichtung dem Behälter zugeflossenen Füllgutmenge wiedergibt, und in einem Steuerrechner abgelegt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintauchtiefe des Füllrohres (6) in das Füllgut während des Füllvorgangs konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintauchtiefe des Füllrohres (6) während des Füllvorgangs auf einen Wert gehalten wird, der einem Bruchteil der axialen Länge des Füllrohres (6) oder einem Bruchteil der Höhe des Behälters (2) entspricht, beispielsweise maximal 15 Prozent der Länge des Füllrohres.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllen des jeweiligen Behälters (2) bei Atmosphärendruck erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem jeweiligen Behälter (2) zufließende Füllgutstrom zur Steuerung der Eintauchtiefe in Abhängigkeit von der dem jeweiligen Behälter während des laufenden Füllvorgangs zugeflossenen Füllgutmenge und unter Berücksichtigung der Position des Behälters (2) relativ zum Füllrohr (6) gesteuert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen Füllrohr (6) und Behälter (2) während des Füllvorgangs unter Verwendung einer festen Steuerkurve (25) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen Füllrohr (6) und Behälter (2) während des Füllvorgangs unter Verwendung eines motorischen Antriebs (31) nach einer festen Steuerkurve erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu füllende Behälter (2) an einem Behälterträger (7, 7a) gehalten ist, und dass der Behälterträger zur Erzielung der reduzierten Eintauchtiefe relativ zu dem Füllrohr (6) bzw. dessen Abgabeöffnung (6.1) abgesenkt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Absenken des Behälterträgers (7) über eine Steuerkurve (25) erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Behälterträger (7a) während des Füllens durch einen elektromotorischen Antrieb (31) relativ zum Füllrohr (6) abgesenkt wird.
  11. Füllmaschine umlaufender Bauart für die unterschichtige Füllung von Flaschen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit mehreren Füllelementen (5), die jeweils ein eine untere Abgabeöffnung (6.1) für das Füllgut bildendes und zum Füllen in den jeweiligen Behälter (2) einführbares langes Füllrohr (6) und einen durch wenigstens ein Flüssigkeitsventil (16, 30) gesteuerten und in das Füllrohr mündenden Flüssigkeitskanal (11) aufweisen, mit einem jeden Füllelement (5) zugeordneten Behälterträgern (7, 7a) zum Anheben und Absenken des jeweiligen Behälters (2) an das bzw. von dem Füllelement (5), sowie mit Mitteln (14, 15, 16, 25, 31) zum Absenken des jeweiligen Behälterträgers (7, 7a) und/oder zum Steuern des Flüssigkeitsventils (16, 30) während des Füllvorgangs in der Weise, dass während der gesamten Füllphase unter Berücksichtigung der dem jeweiligen Behälter (2) zugeflossenen Füllgutmenge eine vorgegebene, reduzierte Eintauchtiefe des Füllrohres (6) in das Füllgut eingehalten wird, gekennzeichnet durch mindestens einen Durchflussmesser (14) oder eine Wiegevorrichtung mindestens einen Steuerrechner (15) sowie durch eine im Steuerrechner hinterlegte Behälterkennlinie (28), welche die Füllhöhe des jeweiligen Behälters (2) in Abhängigkeit von der zugeflossenen Füllgutmenge darstellt.
  12. Füllmaschine nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen mit dem jeweiligen Durchflussmesser (14) oder Wiegevorrichtung zusammenwirkende Steuereinrichtung (15) mit wenigstens einer in der Steuereinrichtung (15) abgelegten Kennlinie (28), die die Füllhöhe des jeweiligen Behälters (2) in Abhängigkeit von der zugeflossenen Füllgutmenge darstellt, zum gesteuerten Öffnen und Schließen des jeweiligen Flüssigkeitsventils (16, 30) in Abhängigkeit von der dem jeweiligen Behälter (2) während der Füllphase bereits zugeflossenen Menge an Füllgut und unter Berücksichtigung der Kennlinie (28).
  13. Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen motorischen Antrieb (31), der für jeden Behälterträger (7a) vorgesehen ist und bei umlaufendem Rotor (3) ein Absenken des jeweiligen Behälterträgers (7a) während des Füllvorgangs bewirkt.
  14. Füllmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Antrieb (31) durch eine Steuereinrichtung (15) unter Berücksichtigung der dem jeweiligen Behälter (2) während des Füllvorgangs zugeflossenen Füllgutmenge steuerbar ist, und zwar vorzugsweise auch unter Berücksichtigung einer Behälterkennlinie (28), die die Füllhöhe im Behälter in Abhängigkeit von der zugeflossenen Füllgutmenge definiert.
  15. Füllmaschine nach Anspruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Antrieb (31) durch eine Steuerkurve in Abhängigkeit von der Drehstellung eines die Füllelemente (5) aufweisenden Rotors (3) steuerbar ist.
  16. Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (14, 15) zum Steuern des jeweiligen Flüssigkeitsventils (16, 30) dieses in Abhängigkeit von der Drehstellung des die Füllelemente (5) aufweisenden Rotors (3) und der dem jeweiligen Behälter (2) zugeflossenen Füllgutmenge für jedes Füllelement (5) individuell steuern.
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