EP2580154A1 - Füllelement sowie füllmaschine zum füllen von flaschen oder dergleichen behältern - Google Patents

Füllelement sowie füllmaschine zum füllen von flaschen oder dergleichen behältern

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EP2580154A1
EP2580154A1 EP11713706.7A EP11713706A EP2580154A1 EP 2580154 A1 EP2580154 A1 EP 2580154A1 EP 11713706 A EP11713706 A EP 11713706A EP 2580154 A1 EP2580154 A1 EP 2580154A1
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EP
European Patent Office
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gas
valve
filling
section
liquid
Prior art date
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Application number
EP11713706.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2580154B1 (de
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Ludwig Clüsserath
Manfred Härtel
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KHS GmbH
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KHS GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP2580154B1 publication Critical patent/EP2580154B1/de
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    • B67OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67CCLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/06Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
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    • B67C3/02Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22Details
    • B67C3/26Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B67C2003/2602Details of vent-tubes

Definitions

  • the invention relates to a filling element according to the preamble of claim 1 and to a filling machine according to the preamble of claim 11.
  • Filling elements and filling machines for filling bottles or similar containers, in particular for pressure filling are known in various designs.
  • pressure fillers are generally to be understood as meaning a filling process in which the container to be filled, with its container mouth sealingly against the filling element, is filled with a pressurized clamping gas before the actual filling phase, that is before the liquid valve is opened
  • Container interior is displaced.
  • the feeding of the clamping gas into the respective container and the discharge of the return gas from the respective container take place in known filling elements via one and the same formed in the filling element controlled gas path, ie via a gas path in which a control valve is arranged.
  • This is then, for example Part of a pneumatic control valve assembly and is at least one electrically controllable switching valve of a machine control of
  • the respective gas path has a total and which is essentially determined by the section (gas path section) of the gas path with the smallest cross-section.
  • Flow cross-section for the return gas can not be met with a single control valve in the common gas path for the clamping gas and the return gas.
  • the object of the invention is to show a filling element, which at a low additional design cost different flow cross sections for the Clamping gas and the return gas allows, without additional circuitry and control engineering effort.
  • a filling element according to the patent claim 1 is formed.
  • a filling machine is the subject of claim 11.
  • a special feature of the invention is generally that in the example also branched common gas path for the clamping gas and the return gas, a switching valve is provided, which in a first switching state, a first effective flow cross section, for example, the larger effective
  • the switching valve is thereby drivingly or mechanically, preferably connected via a valve stem of the liquid valve or a valve or gas pipe by the actuator of the liquid valve and has the first switching state, for example, when the liquid valve and the second switching state, for example, when the liquid valve is open.
  • the switching valve can be realized in a relatively simple manner while maintaining the valued construction of the filling element.
  • FIG. 1 in a simplified representation of a filling system according to the invention, together with a raised to the filling element of this system in sealing position bottle in partial view;
  • FIGS. 2 and 3 are enlarged schematic partial views of a gas space and a switching valve formed there of the filling element of Figure 1 in two different versions of this valve.
  • FIG. 4 in a simplified representation of a filling system according to the invention, together with a raised to the filling element of this system in sealing position bottle in partial view in a further embodiment of the invention;
  • FIG. 5 shows an enlarged schematic partial representation of a gas space and a switching valve formed there of the filling element of Figure 4.
  • the generally designated 1 in Figure 1 filling system is part of a filling machine of rotating design for filling a liquid filling in bottles 2 or the like container.
  • the filling system 1 consists inter alia of filling elements 3, of which only one filling element 3 is shown in FIG. 1 and which are provided at uniform angular intervals on the circumference of a rotor 4 of the filling machine that can be driven peripherally about a vertical machine axis.
  • rotor 4 is a common for all filling elements 3 Boiler 5, which is designed for example as a ring boiler and during the filling operation to a predetermined level N level-controlled part-filled with the contents. In the boiler 5, an upper gas space 6.1 and a lower liquid space 6.2 are thus formed during the filling operation.
  • a liquid channel 7 is formed, which communicates via a line 8 with the liquid chamber 5.2 of the boiler 5 in connection.
  • a liquid valve 9 is provided, specifically for the controlled delivery of the liquid contents via a vertical Greelementachse FA concentrically enclosing annular discharge opening 10, which is formed on the underside of the filling element 3 of the local, open end of the liquid channel 7.
  • a centering tulip 11 is provided with seal 12 which surrounds the discharge opening 10 annular and pressed against the respective bottle 2 during filling, especially during pressure filling with its mouth of the bottle 2.1, i. in sealing position.
  • the liquid valve 9 consists of a valve body 9.1 arranged in the liquid channel 7, which is connected to the inner surface of the valve body 9.1
  • Liquid channel 7 formed valve seat cooperates.
  • the valve body 9.1 is at an axis coincident with the
  • the gas pipe 13 protrudes through the discharge opening 11 through the bottom of the housing 6 and thus extends into the interior of the bottle 2 during filling with this end.
  • the gas pipe 14 extends into a closed gas space 15.
  • 16 is a coaxially arranged with the Greelementachse FA, the filling level in the respective bottle 2 determining probe referred to, which extends through the gas pipe 13 and protrudes with its lower end from the lower open end of the gas pipe 13.
  • an annular gas channel 17 is formed, which is open at the lower end of the gas pipe 13 and at the upper end of the gas pipe 13 in the manner described in more detail with the gas space 15 in connection.
  • the gas space 15 formed within the housing 6 is part of a gas passage or gas passage system which includes a plurality of controlled gas paths
  • Control valves 18.1, 18.2 and 18.3 has. This at the illustrated
  • Embodiment pneumatically actuated control valves 18.1, 18.2 and 18.3 are part of a control valve assembly 18, which - as known in the art - for controlling different filling process or their process or filling phases, and among other things, by controlled connection of gas paths of Gaswege- or gas duct system with annular channels 19, 20 and 21, which are provided for the filling elements 3 together on the rotor 4 and of which the annular channel 20 via a line 22 to the gas space 5.1 of the boiler. 1 is connected, so that the annular channel 20 also leads the inert gas under pressure.
  • the duration of the biasing of the respective bottle 2 is determined, inter alia, by the effective flow cross section of the gas path over which the span gas passes from the annular channel 20 into the bottle 2.
  • the filling or flow rate at which the liquid filling material flows through the discharge opening 10 during the filling phase and in particular also during the fast filling phase of the respective bottle 2 is determined inter alia by the height of the filling material level N in the vessel 5 and by the effective flow cross section of that gas path. over which the return gas comes back to the annular channel 20.
  • the requirement that the gas path for biasing the respective bottle 2 with the clamping gas or inert gas from the annular channel 20 has the largest possible effective flow cross-section to achieve short cycle times for biasing, during the gas path for the return gas during the filling phase and in particular also during the
  • Fast filling phase should have a reduced effective flow area.
  • control valve 18.2 on the input side via a gas channel 23 with the annular channel 20 and the output side via a gas channel 24 and via a further parallel gas channel 25 with throttle 26 to the gas space 15th
  • the gas space 15 is shown again in more detail schematically. Shown are in particular also the top of the gas chamber 15 using a seal 27 led out led out probe 16 and the two opening into the gas chamber 15 gas channels 24 and 25, the throttle 26 in the gas channel 25th
  • the upper end of the gas pipe 13 is provided with a circularly surrounding the probe 16 and at a distance annular body 28 with a radially outer wegêtem the ring body outer surface on the annular body top flange on which a probe 16 concentrically and at a distance enclosing ring seal 29 is attached.
  • open liquid valve 9 and open control valve 18.2 ie during filling, especially during fast filling thus exists for the return gas only a gas path with reduced flow cross-section in the annular channel 20, via the gas channel 17, the radial openings 31 in the annular body 28, the Gas space 15 and the gas channel 25 with the throttle 26, which then determines or substantially determines the effective reduced flow cross-section of this gas path.
  • FIG. 3 shows a modified embodiment in which that of FIG
  • the mouth 25.1 of the gas channel 25 is designed as an annular, the probe 16 enclosing opening.
  • the gas channel 24 opens into the gas space 15 so that it is constantly connected to the gas space 15, regardless of the state of the valve 30 a.
  • the annular body 28a does not have radial openings in this embodiment.
  • Flow connection consists of two gas channels 24 and 25 in the gas space 15 and thus in the gas channel 17.
  • valve 33 denotes a gas channel in which the control valve 18.3 is arranged and which connects the gas space 15 with the annular channel 21.
  • This gas channel is used for example to relieve the pressure of the respective bottle 2 after completion of the filling phase, by opening the control valve 18.3.
  • the control valve 8.1 is connected on the input side to the gas channels 24 and 25 and connected on the output side via a gas channel 34 to the annular channel 19, for example, at the beginning of filling controlled by the control valve 8.1 an evacuation of the respective bottle 2, again via the gas space 15, the opened with closed liquid valve 9 additional switching valve 30 or 30 a and the gas channel 17th
  • FIG. 4 shows a filling element 3a of a filling system 1a.
  • the filling element 3a differs from the filling element 3 only in that the gas channel system in the housing 6 does not have the gas channel 25 with the throttle 26, but the throttling of the return gas during the filling phase or the Schnell Stahl Stahl the filling process in the the switching valve 30 and 30a corresponding switching valve 30b is integrated (FIG. 5).
  • the components corresponding in terms of their design and / or function to the filling element 3 are again denoted by the same reference numerals in FIG. 4 as in FIG.
  • FIG. 5 shows schematically the gas space 15 of the filling element 3a.
  • the gas pipe 13 is at its upper, in the gas space 15th
  • the gas channel 24 opens, in such a way that its connection with the gas space 15 is independent of the state of the switching valve 30b.
  • the ring seal 29b is spaced from the inner surface 15.1 of the gas space 15 lying opposite it, so that u.a. during the preloading of the respective bottle 2 when opened
  • Control valve 18.2 which is guided from the annular channel 20 via the gas channels 23 and 24 in the gas chamber 15 span gas over the large cross section of the opening 32b in the gas channel 17 and thus in the bottle 2 can flow.
  • Opening 32 b, strongly throttled from the gas channel 17 can enter the gas space 15, from which the return gas then via the gas channels 23 and 24 and the open
  • Control valve 18.2 is returned to the annular channel 20.
  • Liquid valve 9 is mechanically actuated and with a valve body
  • annular body 28, 28 a, 28 b and seal 29, 29 a and 29 b is realized, which is provided on the valve rod acting as the liquid valve 9 gas pipe 13, so that without an additional control valve, for which an additional switching and control engineering effort required would be a change of
  • the invention is of course not limited to filling elements or filling systems with the filling height determining probes, but includes, inter alia, filling elements and filling systems, in which the introduced into the respective container amount of material is controlled in other ways, for example by measuring the amount of product supplied and / or by detecting the weight of the respective container during filling. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)

Abstract

Füllelement zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit einem in einem Füllelementgehäuse (6) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (7) mit einem Anschluss (8) zum Zuführen des Füllgutes in den Flüssigkeitskanal (7) und mit wenigstens einer Abgabeöffnung (10) zur Abgabe des flüssigen Füllgutes in den jeweiligen in Dichtlage am Füllelement vorgesehenen Behälter (2), mit einem Flüssigkeitsventil (9) innerhalb des Flüssigkeitskanals (7) zwischen dem Anschluss (8) und der wenigstens einen Abgabeöffnung (10), mit einer Betätigungseinrichtung (14) zum gesteuerten Öffnen und Schließen des Flüssigkeitskanals (9), mit einem gesteuerten Gasweg (17, 15, 23, 24, 25, 18.1) zum Vorspannen des Innenraumes des jeweiligen in Dichtlage am Füllelement (3, 3a) befindlichen Behälters (2) mit einem Spanngas, vorzugsweise in Form eines unter Druck stehenden Inertgases sowie zum Rückführen eines beim Füllen aus dem jeweiligen in Dichtlage am Füllelement (3, 3a) befindlichen Behälters (2) verdrängten Rückgas.

Description

FÜLLELEMENT SOWIE FÜLLMASCHINE ZUM FÜLLEN VON FLASCHEN ODER DERGLEICHEN BEHÄLTERN
Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 11.
Füllelemente und Füllmaschinen zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern, insbesondere auch zum Druckfüllen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.
Unter„Druckfullen" ist im Sinne der Erfindung allgemein ein Füllverfahren zu verstehen, bei dem der jeweils zu füllende, mit seiner Behältermündung in Dichtlage gegen das Füllelement anliegende Behälter vor der eigentlichen Füllphase, d.h. vor dem Öffnen des Flüssigkeitsventils mit einem unter Druck stehenden Spanngas
(Inertgas bzw. C02-Gas) vorgespannt wird, welches dann während des Füllens von dem dem Behälter zufließenden Füllgut zunehmend als Rückgas aus dem
Behälterinnenraum verdrängt wird.
In Dichtlage mit dem Füllelement befindlicher Behälter bedeutet im Sinne der
Erfindung, dass der jeweils zu füllende Behälter in der dem Fachmann bekannten Weise mit seiner Behältermündung dicht an das Füllelement bzw. an ein dortige, die wenigstens eine Abgabeöffnung umgebende Dichtung angepresst anliegt.
Das Zuführen des Spanngases in den jeweiligen Behälter sowie das Abführen des Rückgases aus dem jeweiligen Behälter erfolgen bei bekannten Füllelementen über ein und denselben im Füllelement ausgebildeten gesteuerten Gasweg, d.h. über einen Gasweg, in welchem ein Steuerventil angeordnet ist. Dieses ist dann beispielsweise Bestandteil einer pneumatischen Steuerventilanordnung und wird über wenigstens ein elektrisch steuerbares Schaltventil von einer Maschinensteuerung der
Füllmaschine gesteuert. U.a. zur Steigerung der Leistung einer Füllmaschine (Anzahl der gefüllten Behälter je Zeiteinheit) bei dennoch schonendem Füllen der Behälter wäre es sinnvoll, dass der wirksame Strömungsquerschnitt des Gasweges für das Spanngas größer ist als der wirksame Strömungsquerschnitt des Gasweges für das Rückgas, da so einerseits die Zeit (Taktzeit) für das Vorspannen reduziert und andererseits eine auch für ein schonendes Füllen optimale Füllgeschwindigkeit erreicht werden kann. Unter „wirksamer Strömungsquerschnitt" ist im Sinne der Erfindung derjenige
Strömungsquerschnitt zu verstehen ist, den der jeweilige Gasweg insgesamt aufweist und der im Wesentlichen von dem Abschnitt (Gaswegabschnitt) des Gasweges mit dem kleinsten Querschnitt bestimmt ist.
Diese Forderung nach einem größeren wirksamen Strömungsquerschnitt für das Spanngas und nach einem demgegenüber reduzierten wirksamen
Strömungsquerschnitt für das Rückgas kann mit einem einzigen Steuerventil in dem gemeinsamen Gasweg für das Spanngas und das Rückgas nicht erfüllt werden.
Vielmehr wären hierfür wenigstens zwei Steuerventile mit zugehörigem elektrischem Schaltventil erforderlich, was einen erheblichen konstruktiven sowie insbesondere einen erheblichen schaltungs- und steuerungstechnischen Aufwand bedeuten würde.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen, welches bei einem geringen konstruktiven Mehraufwand unterschiedliche Strömungsquerschnitte für das Spanngas und das Rückgas ermöglicht, und zwar ohne zusätzlichen schaltungs- und steuerungstechnischen Aufwand. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine ist Gegenstand des Patentanspruches 11.
Eine Besonderheit der Erfindung besteht generell darin, dass in dem beispielsweise auch verzweigten gemeinsamen Gasweg für das Spanngas und das Rückgas ein Schaltventil vorgesehen ist, welches in einem ersten Schaltzustand einen ersten wirksamen Strömungsquerschnitt, beispielsweise den größeren wirksamen
Strömungsquerschnitt des Gasweges für das Spanngas, und in einem zweiten
Schaltzustand einen zweiten gegenüber dem ersten reduzierten wirksamen
Strömungsquerschnitt des Gasweges, beispielsweise für das Rückgas bewirkt. Das Schaltventil wird dabei antriebsmäßig oder mechanisch, vorzugsweise über einen Ventilstößel des Flüssigkeitsventils oder über ein Ventil- oder Gasrohr durch die Betätigungseinrichtung des Flüssigkeitsventils geschaltet und weist den ersten Schaltzustand beispielsweise bei geschlossenem Flüssigkeitsventil und den zweiten Schaltzustand beispielsweise bei geöffnetem Flüssigkeitsventil auf. Das Schaltventil kann in relativ einfacher Weise unter Beibehaltung der bewerten Konstruktion des Füllelementes realisiert werden.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in vereinfachter Darstellung ein Füllsystem gemäß der Erfindung, zusammen mit einer an das Füllelement dieses Systems in Dichtlage angehobenen Flasche in Teildarstellung;
Fig. 2 und 3 jeweils in vergrößerter schematischer Teildarstellung einen Gasraum und ein dort ausgebildetes Schaltventil des Füllelementes der Figur 1 bei zwei unterschiedlichen Ausführungen dieses Ventils;
Fig. 4 in vereinfachter Darstellung ein Füllsystem gemäß der Erfindung, zusammen mit einer an das Füllelement dieses System in Dichtlage angehobenen Flasche in Teildarstellung bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 in vergrößerter schematischer Teildarstellung einen Gasraum und ein dort ausgebildetes Schaltventil des Füllelementes der Figur 4.
Das in der Figur 1 allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem ist Bestandteil einer Füllmaschine umlaufender Bauart zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen 2 oder dergleichen Behälter. Das Füllsystem 1 besteht hierfür u.a. aus Füllelementen 3, von denen in der Figur 1 nur ein Füllelement 3 gezeigt ist und die in gleichmäßigen Winkelabständen am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors 4 der Füllmaschine vorgesehen sind. An dem nur teilweise dargestellten Rotor 4 befindet sich ein für sämtliche Füllelemente 3 gemeinsamer Kessel 5, der beispielsweise als Ringkessel ausgebildet ist und während des Füllbetriebes bis zu einem vorgegebenen Niveau N niveaugesteuert mit dem Füllgut teilgefüllt ist. Im Kessel 5 sind somit während des Füllbetriebes ein oberer Gasraum 6.1 und ein unterer Flüssigkeitsraum 6.2 gebildet. Dient das Füllsystem 1 zum
Druckabfüllen des flüssigen Füllgutes in die Behälter bzw. Flaschen 2, so ist der Gasraum 5.1 druckgesteuert mit einem unter einem Fülldruck stehenden Inertgas (C02-Gas) beaufschlagt. Das flüssige Füllgut wird dem Kessel 5 über eine nicht dargestellte Versorgungsleitung gesteuert zugeführt.
In einem Gehäuse 6 des Füllelementes 3 ist u.a. ein Flüssigkeitskanal 7 ausgebildet, der über eine Leitung 8 mit dem Flüssigkeitsraum 5.2 des Kessels 5 in Verbindung steht. Im Flüssigkeitskanal 7 ist ein Flüssigkeitsventil 9 vorgesehen, und zwar zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes über eine eine vertikale Füllelementachse FA konzentrisch umschließende ringförmige Abgabeöffnung 10, die an der Unterseite des Füllelementes 3 von dem dortigen, offenen Ende des Flüssigkeitskanals 7 gebildet ist. An der Abgabeöffnung 10 ist eine Zentriertulpe 11 mit Dichtung 12 vorgesehen, die die Abgabeöffnung 10 ringförmig umschließt und gegen die die jeweilige Flasche 2 während des Füllens, insbesondere auch während des Druckfüllens mit ihrer Flaschenmündung 2.1 angepresst, d.h. in Dichtlage anliegt.
Das Flüssigkeitsventil 9 besteht im Wesentlichen aus einem im Flüssigkeitskanal 7 angeordneten Ventilkörper 9.1, der mit einem an der Innenfläche des
Flüssigkeitskanals 7 ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Ventilkörper 9.1 an einem achsgleich mit der
Füllelementachse FA angeordneten und beid endig offenen Ventil- oder Gasrohr 13 vorgesehen oder ausgebildet, welches zugleich als Ventilstößel zur Betätigung des Flüssigkeitsventils 9 dient und hierfür mit einer Betätigungseinrichtung 14
zusammenwirkt, mit der das Gasrohr 13 und damit der Ventilkörper 9.1 zu Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 9 um einen vorgegebenen Hub axial in der Füllelementachse FA bewegbar sind (Doppelpfeil A).
Mit dem unteren, offenen Ende steht das Gasrohr 13 durch die Abgabeöffnung 11 hindurch über die Unterseite des Gehäuses 6 vor und reicht somit während des Füllens mit diesem Ende in den Innenraum der Flasche 2 hinein. Mit seinem oberen, ebenfalls offenen Ende reicht das Gasrohr 14 in einen geschlossenen Gasraum 15 hinein. Mit 16 ist eine achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnete, die Füllhöhe in der jeweiligen Flasche 2 bestimmende Sonde bezeichnet, die sich durch das Gasrohr 13 hindurch erstreckt und mit ihrem unteren Ende aus dem unteren offenen Ende des Gasrohres 13 vorsteht. Zwischen der Außenfläche der Sonde 16 und der Innenfläche des Gasrohres 13 ist ein ringförmiger Gaskanal 17 gebildet, der am unteren Ende des Gasrohres 13 offen ist und am oberen Ende des Gasrohres 13 in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise mit dem Gasraum 15 in Verbindung steht.
Der innerhalb des Gehäuses 6 ausgebildete Gasraum 15 ist Bestandteil eines Gaswegeoder Gaskanalsystem, welches mehrere gesteuerte Gaswege mit zugehörigen
Steuerventilen 18.1, 18.2 und 18.3 aufweist. Diese bei der dargestellten
Ausführungsform pneumatisch betätigten Steuerventile 18.1, 18.2 und 18.3 sind Bestandteil einer Steuerventilanordnung 18, die - wie dem Fachmann bekannt - zur Steuerung unterschiedlicher Füllverfahren bzw. deren Prozess- oder Füllphasen dient, und zwar u.a. auch durch gesteuertes Verbinden von Gaswegen des Gaswege- oder Gaskanalsystems mit Ringkanälen 19, 20 und 21, die für die Füllelemente 3 gemeinsam am Rotor 4 vorgesehen sind und von denen der Ringkanal 20 über eine Leitung 22 mit dem Gasraum 5.1 des Kessels 1 verbunden ist, sodass der Ringkanal 20 ebenfalls das Inertgas unter Druck führt.
Beim Druckfüllen erfolgt vor der eigentlichen Füllphase zumindest ein Vorspannen der Flaschen 2 mit dem unter Druck stehenden Inertgas, welches als Spanngas bei geöffnetem Steuerventil 18.2 aus dem Ringkanal 20 über den Gasraum 15 und den Gaskanal 17 in die in Dichtlage am Füllelement 3 angeordnete Flasche 2 strömt.
Während der anschließenden Füllphase und dabei insbesondere während der
Schnellfüllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 9 wird das Inertgas, welches von dem in die Flasche 2 zufließenden Füllgut aus dem Flascheninnenraum verdrängt wird, über den Gaskanal 17, den Gasrauml5 und das geöffnete Steuerventil 18.2 an den Ringkanal 20 als Rückgas zurückgeführt.
Die Zeitdauer des Vorspannens der jeweiligen Flasche 2 ist u.a. durch den wirksamen Strömungsquerschnitt desjenigen Gasweges bestimmt, über den das Spanngas aus dem Ringkanal 20 in die Flasche 2 gelangt. Die Füll- oder Strömungsgeschwindigkeit, mit der das flüssige Füllgut während der Füllphase und insbesondere auch während der Schnellfüllphase der jeweiligen Flasche 2 durch die Abgabeöffnung 10 zufließt, ist u.a. durch die Höhe des Füllgutspiegels N im Kessel 5 sowie durch den wirksamen Strömungsquerschnitt desjenigen Gasweges bestimmt, über den das Rückgas an den Ringkanal 20 zurückgelangt. Hierbei besteht u.a. für eine möglichst hohe Leistung des Füllsystems (Anzahl der gefüllten Flaschen je Zeiteinheit) bei dennoch schonendem Füllen der Flaschen 2 mit dem flüssigen Füllgut die Forderung, dass der Gasweg für das Vorspannen der jeweiligen Flasche 2 mit dem Spanngas bzw. Inertgas aus dem Ringkanal 20 einen möglichst großen wirksamen Strömungsquerschnitt aufweist, um kurze Taktzeiten für das Vorspannen zu erreichen, während der Gasweg für das Rückgas während der Füllphase und dabei insbesondere auch während der
Schnellfüllphase einen reduzierten wirksamen Strömungsquerschnitt aufweisen soll. Um diesen Forderungen ohne ein zusätzliches Steuerventil der Steuerventilanordnung 18 und ohne einen zusätzlichen hiermit verbundenen konstruktiven und/oder schaltungs- und/oder steuerungstechnischen Aufwand zu genügen, sind bei dem Füllelement 3 u.a. zwei für das Vorspannen und das Füllen bzw. Schnellfüllen unterschiedliche Gaswege vorgesehen, denen ein einziges Steuerventil 18.2
gemeinsam ist. Hierfür ist das Steuerventil 18.2 eingangsseitig über einen Gaskanal 23 mit dem Ringkanal 20 und ausgangsseitig über einen Gaskanal 24 sowie über einen weiteren parallelen Gaskanal 25 mit Drossel 26 an den Gasraum 15
angeschlossen. Die von den Gaskanälen 24 und 25 gebildeten unterschiedlichen Gaswege für das Spanngas und das Rückgas werden in der nachstehend noch beschriebenen Weise durch die Betätigungseinrichtung 14 des Flüssigkeitsventils 9, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform durch das Gasrohr 13 zusammen mit dem Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 9 mechanisch geschaltet.
In der Figur 2 ist der Gasraum 15 nochmals näher schematisch dargestellt. Dargestellt sind insbesondere auch die oben aus dem Gasraum 15 unter Verwendung einer Dichtung 27 abgedichtet herausgeführte Sonde 16 sowie die beiden in den Gasraum 15 mündenden Gaskanäle 24 und 25 die Drossel 26 im Gaskanal 25. Das obere Ende des Gasrohres 13 ist mit einem die Sonde 16 konzentrisch und mit Abstand umschließenden Ringkörper 28 mit einem über die Ringkörperaußenfläche an der Ringkörperoberseite radial wegstehendem Flansch versehen, auf dem eine die Sonde 16 konzentrisch und mit Abstand umschließende Ringdichtung 29 befestigt ist. Bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 9, d.h. bei abgesenktem Gasrohr 13 ist die Ringdichtung 29 von der ihr bezogen auf die Füllelementachse FA axial
gegenüberliegenden Innenfläche 15.1 des Gasraumes 15 und der dortigen Mündung 24.1 des Gaskanals 24 beabstandet. Bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 9 liegt die Ringdichtung 29 gegen die Innenfläche 15.1 im Bereich der Mündung 24.1 diese dicht verschließend an. Der Ringkörper 28 mit der Dichtung 29 bildet also im
Zusammenwirken mit der die Mündung 24.1 umschließenden Innenfläche 15.1 ein Schaltventil 30 durch, welches bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 9 die Mündung 24.1 zum Gasraum 15 offen und geöffnetem Flüssigkeitsventil 9 verschlossen ist. Bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 9 und geöffnetem Steuerventil 18.2 besteht somit während des Vorspannens für das Spanngas ein Gasweg mit großem
Strömungsquerschnitt aus dem Ringkanal 20, und zwar über den Gaskanal 24, den Gasraum 15, den Innenraum des Ringkörpers 28, der (Innenraum) zum Gasraum 15 über radiale Öffnungen 31 und über eine stirnseitige Öffnung 32 offen ist, und den mit dem Innenraum des Ringkörpers 28 in Verbindung stehenden Gaskanal 17.
Bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 9 und geöffnetem Steuerventil 18.2, d.h. während des Füllens, insbesondere während des Schnellfüllens besteht somit für das Rückgas nur ein Gasweg mit reduziertem Strömungsquerschnitt in den Ringkanal 20, und zwar über den Gaskanal 17, die radialen Öffnungen 31 im Ringkörper 28, den Gasraum 15 und den Gaskanal 25 mit der Drossel 26, die dann den wirksamen reduzierten Strömungsquerschnitt dieses Gasweges bestimmt oder im Wesentlichen bestimmt.
Die in der Figur 2 dargestellte Ausführung des Schaltventils 32 hat besondere auch Vorteile für eine CIP-Reinigung der Füllelemente 3, da während dieser Reinigung bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 9 durch die Öffnungen 31 eine Strömungsverbindung mit relativ großem Querschnitt zwischen dem Gaskanal 17 und dem Gasraum 15 für das verwendete Reinigungs- und/oder Sterilisationsmedium besteht. Die Figur 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der das von dem
Ringkörper 28a mit der Ringdichtung 29a im Zusammenwirken mit der Innenfläche 15.1 des Gasraumes 15 gebildete Schaltventil 30a bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 9 eine Verbindung ausschließlich zwischen dem Gaskanal 17 und dem die Drossel 26 aufweisenden Gaskanal 25 herstellt, während bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 9 der Gaskanal 17 auch mit dem Gaskanal 24 in Verbindung steht. Hierfür ist die Mündung 25.1 des Gaskanals 25 als ringförmige, die Sonde 16 umschließende Öffnung ausgeführt. Der Gaskanal 24 mündet so in den Gasraum 15, dass er unabhängig von dem Zustand des Ventils 30a ständig mit dem Gasraum 15 verbunden ist. Der Ringkörper 28a weist bei dieser Ausführung radiale Öffnungen nicht auf.
Bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 9 ist der Ventilkörper 29 bezogen auf die
Füllelementachse FA von der Mündung 25.1 axial beabstandet, sodass beim
Vorspannen der jeweiligen Flasche 2 bei geöffnetem Steuerventil 18.1 eine
Strömungsverbindung aus beiden Gaskanälen 24 und 25 in den Gasraum 15 und damit in den Gaskanal 17 besteht. Bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 9 liegt der Ventilkörper 29 dicht gegen die die Mündung 25.1 umgebende Innenfläche des Gasraumes 15 an, sodass während der Füllphase und dabei insbesondere auch während der Schnellfüllphase für das Rückgas eine Verbindung aus dem Gaskanal 17 ausschließlich in den Gaskanal 25 mit der Drossel 26 besteht.
Mit 33 ist ein Gaskanal bezeichnet, in welchem das Steuerventil 18.3 angeordnet ist und der den Gasraum 15 mit dem Ringkanal 21 verbindet. Dieser Gaskanal wird beispielsweise zum Druckentlasten der jeweiligen Flasche 2 nach Beendigung der Füllphase verwendet, und zwar durch Öffnen des Steuerventils 18.3.
Das Steuerventil 8.1 ist eingangsseitig mit den Gaskanälen 24 und 25 verbunden und ausgangsseitig über einen Gaskanal 34 an den Ringkanal 19 anschlössen, über den beispielsweise am Beginn des Füllens gesteuert durch das Steuerventil 8.1 ein Evakuieren der jeweiligen Flasche 2 erfolgt, und zwar wiederum über den Gasraum 15, das bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 9 geöffnete zusätzliche Schaltventil 30 bzw. 30a und den Gaskanal 17.
Die Figur 4 zeigt ein Füllelement 3a eines Füllsystems la. Das Füllelement 3a unterscheidet sich von dem Füllelement 3 lediglich dadurch, dass das Gaskanalsystem im Gehäuse 6 den Gaskanal 25 mit der Drossel 26 nicht aufweist, sondern die Drosselung des Rückgases während der Füllphase bzw. der Schnellfüllphase des Füllprozesses in das dem Schaltventil 30 bzw. 30a entsprechende Schaltventil 30b integriert ist (Fig. 5). Die hinsichtlich ihrer Ausbildung und/oder Funktion dem Füllelement 3 entsprechenden Komponenten sind in der Figur 4 wiederum mit denselben Bezugsziffern wie in der Figur 1 bezeichnet. Die Figur 5 zeigt schematisch den Gasraum 15 des Füllelementes 3a. Zur Bildung des Schaltventils 30b ist das Gasrohr 13 an seinem oberen, in den Gasraum 15
hineinragenden Ende wiederum mit einem die Sonde 16 konzentrisch mit Abstand umschließenden Ringkörper 28b mit stirnseitiger Ringdichtung 29b versehen, und zwar derart, dass sich stirnseitig eine die Sonde 16 umschließende kreisringförmige Öffnung 32b für den mit dem Gaskanal 17 in Verbindung stehenden Innenraum des Ringkörpers 28b ergibt. In den Gasraum 15 mündet der Gaskanal 24, und zwar derart, dass dessen Verbindung mit dem Gasraum 15 unabhängig von dem Zustand des Schaltventils 30b ist. Bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 8 ist die Ringdichtung 29b von der ihr gegenüberliegenden Innenfläche 15.1 des Gasraumes 15 beabstandet, sodass u.a. während des Vorspannens der jeweiligen Flasche 2 bei geöffnetem
Steuerventil 18.2 das aus dem Ringkanal 20 über die Gaskanäle 23 und 24 in den Gasraum 15 geleitete Spanngas über den großen Querschnitt der Öffnung 32b in den Gaskanal 17 und damit in die Flasche 2 strömen kann.
Bei geöffnetem Flüssigkeitsventil liegt die Dichtung 29b dicht gegen die Innenfläche 15.1 an, sodass die Öffnung 32b verschlossen ist und das Rückgas nur noch durch radiale Öffnungen 31b, die im Ringkörper 28b vorgesehen sind und deren
Gesamtströmungsquerschnitt sehr viel kleiner ist als der Strömungsquerschnitt der
Öffnung 32b, stark gedrosselt aus den Gaskanal 17 in den Gasraum 15 gelangen kann, aus dem das Rückgas dann über die Gaskanäle 23 und 24 und das geöffnete
Steuerventil 18.2 in den Ringkanal 20 zurückgeführt wird. Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung tragende Gedanke verlassen wird. Allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass das
Schaltventil 30, 30a bzw. 30b mit der Betätigungseinrichtung 14 des
Flüssigkeitsventils 9 mechanisch betätigt wird und mit einem Ventilkörper
(Ringkörper 28, 28a, 28b und Dichtung 29, 29a bzw. 29b) realisiert ist, der an dem als Ventilstößel für das Flüssigkeitsventil 9 wirkenden Gasrohr 13 vorgesehen ist, sodass ohne ein zusätzliches Steuerventil, für welches ein zusätzlicher schaltungs- und steuerungstechnischer Aufwand erforderlich wäre, eine Änderung des
Strömungsquerschnittes für das Spanngas und das Rückgas erreicht ist.
Selbstverständlich sind auch andere Ausführungen möglich, insbesondere solche, bei denen der jeweilige Ring- oder Ventilkörper des Schaltventils von einem Abschnitt des Gasrohres 13 gebildet ist und/oder der Ringkörper bzw. Ventilkörper ein mit dem Rückgasrohr verbundenes Element ist. Weiterhin ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf Füllelemente oder Füllsysteme mit die Füllhöhe bestimmenden Sonden beschränkt, sondern schließt u.a. auch Füllelemente und Füllsysteme ein, bei denen die in den jeweiligen Behälter eingebrachte Füllgutmenge auf andere Weise gesteuert wird, beispielsweise durch Messen der zugeführten Füllgutmenge und/oder durch Erfassen des Gewichtes des jeweiligen Behälters beim Füllen. Bezugszeichenliste
1, la Füllsystem
2 Flasche
2.1 Flaschenmündung
3, 3a Füllelement
4 Rotor
5 Kessel
5.1 Gasraum
5.2 Flüssigkeitsraum
6 Füllelementgehäuse
7 Flüssigkeitskanal
8 Leitung
9 Flüssigkeitsventil
9.1 Ventilkörper
10 Abgabeöff ung
11 Zentriertulpe
12 Dichtung
13 Ventil- oder Gasrohr
14 Betätigungseinrichtung
15 Gasraum
15.1 Innenfläche
16 Sonde
17 Gaskanal
18 Steuerventileinrichtung 18.1 - 18.3 Steuerventil
19, 20, 21 Ringkanal
22 Leitung
23 - 25 Gaskanal
24.1, 25.1 Mündung
26 Drossel
27 Dichtung
28, 28a, 28b Ringkörper
29, 29a, 29b Ringdichtung
30, 30a, 30b Schaltventil
31, 31b radiale Öffnung
32, 32a, 32b Öffnung
33, 34 Gaskanal
A Bewegungshub des Ventilkörpers 9.1 N Niveau des Füllgutspiegels im Kessel 5
FA Füllelementachse

Claims

Patentansprüche
1. Füllelement zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit einem in einem Füllelementgehäuse (6) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (7) mit einem Anschluss (8) zum Zuführen des Füllgutes in den Flüssigkeitskanal (7) und mit wenigstens einer Abgabeöffnung (10) zur Abgabe des flüssigen Füllgutes in den jeweiligen in Dichtlage am Füllelement
vorgesehenen Behälter (2), mit einem Flüssigkeitsventil (9) innerhalb des
Flüssigkeitskanals (7) zwischen dem Anschluss (8) und der wenigstens einen Abgabeöffnung (10), mit einer Betätigungseinrichtung (14) zum gesteuerten Öffnen und Schließen des Flüssigkeitskanals (9), mit einem gesteuerten Gasweg (17, 15, 24, 25, 23; 18.1) zum Vorspannen des Innenraumes des jeweiligen in Dichtlage am Füllelement (3, 3a) befindlichen Behälters (2) mit einem Spanngas, vorzugsweise in Form eines unter Druck stehenden Inertgases sowie zum
Rückführen eines beim Füllen aus dem jeweiligen in Dichtlage am Füllelement (3, 3a) befindlichen Behälters (2) verdrängten Rückgas,
dadurch gekennzeichnet,
dass im gesteuerten Gasweg (17, 15, 24, 25, 23; 18.1) ein Schaltventil (30, 30a, 30b) vorgesehen ist, welches durch die Betätigungseinrichtung (14) des
Flüssigkeitsventils (9) antriebsmäßig oder mechanisch zwischen wenigstens einem ersten und einem zweiten Schaltzustand derart schaltbar ist, dass der Gasweg (17, 15, 24, 25, 23; 18.1) im ersten Schaltzustand einen ersten wirksamen
Strömungsquerschnitt, beispielsweise für das Vorspanngas und im zweiten
Schaltzustand einen zweiten vom ersten unterschiedlichen wirksamen
Strömungsquerschnitt, beispielsweise für das Rückgas aufweist.
2. Füllelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Schaltventil
(30, 30a, 30b) bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (9) im ersten Schaltzustand und bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (9) im zweiten Schaltzustand befindet und/oder dass der wirksame Strömungsquerschnitt des Gasweges im ersten Zustand des Schaltventils (30, 30a, 30b) größer ist als im zweiten Zustand.
3. Füllelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasweg verzweigt mit wenigsten zwei parallelen Gaskanalabschnitten (24, 25; 32b, 31b) mit unterschiedlichem Strömungsquerschnitt ausgeführt ist, und dass in dem ersten Schaltzustand zumindest ein Gaskanalabschnitt (24, 32b) beispielsweise mit dem größeren wirksamen Strömungsquerschnitt und im zweiten Schaltzustand ausschließlich ein weiterer Gaskanalabschnitt (25, 31b) beispielsweise mit einem kleineren Strömungsquerschnitt Teil des Gasweges sind.
4. Füllelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Gaskanalabschnitte innerhalb des Füllelementes (3) ausgebildete Gaskanäle (24, 25) des gesteuerten Gasweges sind, und dass in einem dieser Gaskanäle (24, 25) zumindest eine den reduzierten Strömungsquerschnitt bewirkende Drossel (26) angeordnet ist.
5. Füllelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gaskanalabschnitte mit unterschiedlichem Strömungsquerschnitt in einem Element des Schaltventils (30b), vorzugsweise in einem Ventilkörper (28b, 29b) des
Schaltventils (30b) dadurch gebildet sind, dass der Ventilkörper (28b, 29b) wenigstens eine erste sowie wenigstens eine zweite, jeweils im Gasweg
angeordnete Durchlassöffnung (32b, 31b) aufweist, dass der aus der wenigstens einen zweiten Öffnung (31b) resultierende Strömungsquerschnitt unterschiedlich zu dem aus der wenigstens einen ersten Öffnung (32b) resultierende
Strömungsquerschnitt ist, dass im ersten Schaltzustand des Schaltventils (30b) zumindest die wenigstens eine erste Durchlassöffnung (32b) offen ist, und dass im zweiten Schaltzustand des Schaltventils (30b) die wenigstens eine erste
Durchlassöffnung (32b) geschlossen und die wenigstens eine zweite
Durchlassöffnung (31b) offen ist ist.
6. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (30, 30a, 30b) von einem an einem Ventilstößel des
Flüssigkeitsventils (9), beispielsweise an einem Ventil- oder Gasrohr (13) vorgesehen ist und einen in einem Ventil- oder Gasraum (15) angeordneten Ventilkörper (28, 29; 28a, 29a, 28b, 29b) aufweist, der mit dem Ventilstößel oder mit dem Ventil- oder Gasrohr (13) beim Öffnen und Schließen des
Flüssigkeitsventils (9) in einer Füllelementachse (FA) bewegbar ist und mit einem Ventilsitz, beispielsweise mit einer Innenfläche (15.1) des Gasraumes (15) derart zusammenwirkt.
7. Füllelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten
Schaltzustand des Schaltventils (30, 30a, 30b) der Ventilkörper (28, 29; 28a, 29a, 28b, 29b) von dem Ventilsitz oder der Innenfläche (15.1) des Gasraumes (15) axial beabstandet ist und im zweiten Schaltzustand gegen den Ventilsitz oder die Innenfläche (15.1) anliegend einen dort in den Gasraum (15) mündenden Gaswegabschnitt, vorzugsweise einen Gaswegabschnitt (24, 32b) mit dem größeren Strömungsquerschnitt verschließt oder eine gegenüber dem Gasraum (15) abgedichtete Verbindung zwischen dem Gasrohr (13) oder einem in diesem ausgebildeten Gaskanal (17) und einem der wenigstens zwei Gaswegabschnitte herstellt, vorzugsweise zwischen dem Gasrohr (13) und dem Gaswegabschnitt (25) mit reduziertem Strömungsquerschnitt.
8. Füllelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Ventilkörper (28, 29; 28a, 29a; 28b, 29b) an dem der wenigstens einen
Abgabeöffhung (10) entfernt liegenden Ende des Gasrohr (13) vorgesehen ist und/oder das Ventilkörper (28, 29; 28a, 29a; 28b, 29b) ringartig mit einer der Ventilfläche (15.1) gegenüberliegenden Öffnung ausgebildet ist, wobei der
Innenraum des ringartigen Ventilkörpers mit dem im Gasrohr (13) ausgebildeten Gaskanal (17) in Verbindung steht.
9. Füllelement nach einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass im
Ventilkörper (28, 29; 28b, 29b) wenigstens eine radiale Öffnung (31, 31b) vorgesehen ist, und zwar als zusätzliche Verbindung zwischen dem Gasraum (15) und dem Inneren des Ventilkörpers oder dem im Gasrohr (13) ausgebildeten Gaskanal (17), wobei die wenigstens eine radiale Öffnung (31b) beispielsweise den Gaskanalabschnitt mit reduziertem Strömungsquerschnitt bildet.
10. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gasraum (15) außerhalb des Schaltventils (30, 30a, 30b) ein Gaskanal (24, 25) des gesteuerten Gasweges für das Spanngas und/oder Rückgas mündet.
11. Füllmaschine zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut mit einer Vielzahl von Füllelementen (3) am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.
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