EP2580154B1

EP2580154B1 - Füllelement sowie füllmaschine zum füllen von flaschen oder dergleichen behältern

Info

Publication number: EP2580154B1
Application number: EP11713706.7A
Authority: EP
Inventors: Ludwig Clüsserath; Manfred Härtel
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: EP2580154A1; PL2580154T3; DE102010022985A1; US8776839B2; WO2011154068A1; US20130037168A1; SI2580154T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Füllmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Füllelemente und Füllmaschinen zum Füllern von Flaschen oder dergleichen Behältern, insbesondere auch zum Druckfüllen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.
Unter "Druckfüllen" 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. CO2-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 Füllelementausgebildeten 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.
Ein derartiges Füllorgan für Gegendruckfüllmaschinen wurde beispielsweise durch die DE 75 36 390 U bekannt. Das von dieser Schrift vorgestellte Füllorgan besteht aus einem mittig durch die Füllöffnung geführten Rückgasrohr und einem, konzentrisch dazu angeordneten und axial beweglichen Flüssigkeitsventil, in dessen hohlem sich in den Gasraum des Füllgutkessels erstreckenden Schaft die Vor- und Rückgasleitung und an dessen oberem Ende ein steuerbares Gasventil angebracht sind. Mehr im Detail ermöglicht das Flüsslgkeltsventil ein sicheres und schnelles Schließen des Gas und auch des Flüssigkeitsventils insbesondere auch bei einem plötzlichen Druckabfall, wie er z.B. beim Platzen eines zu befüllenden Behälters während der Füllphase.
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 schaltungsund steuerungstechnischen Aufwand. Weiterhin soll die Anzahl der Gaswege gegenüber dem Stand der Technik reduziert werden. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine ist Gegenstand des Patentanspruches 9.
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.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass der Gasweg mittels eines einzigen im Ventilkörper ausgebildeten Gasrohres in den Innenraum der Flasche hineinreicht.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren.
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 5.1 und ein unterer Flüssigkeitsraum 5.2 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 (CO2-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 beidendig 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 13 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 Gasraum15 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 29a 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 29a 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 18.1 ist eingangsseitig mit den Gaskanälen 24 und 25 verbunden und ausgangsseitig über einen Gaskanal 34 an den Ringkanal 19 anschlossen, über den beispielsweise am Beginn des Füllens gesteuert durch das Steuerventil 18.1 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 1a. 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.
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, 1a: 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: Abgabeöffnung
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

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, wobei 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, wobei 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, wobei 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, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasweg mittels eines einzigen im Ventilkörper ausgebildeten Gasrohres (13) in den Innenraum der Flasche h'neinreicht.
Füllelement nach Anspruch 1, 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.
Füllelement nach Anspruch 1 oder 2, 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.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (30, 30a, 30b) 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) zusammenwirkt
Füllelement nach Anspruch 4, 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.
Füllelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (28, 29; 28a, 29a; 28b, 29b) an dem der wenigstens einen Abgabeöffnung (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
Füllelement nach einem der Ansprüche 4-6, 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.
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.
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.