EP2593396A1 - Füllelement, verfahren sowie füllsystem zum füllen von behältern - Google Patents

Füllelement, verfahren sowie füllsystem zum füllen von behältern

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EP2593396A1
EP2593396A1 EP11721433.8A EP11721433A EP2593396A1 EP 2593396 A1 EP2593396 A1 EP 2593396A1 EP 11721433 A EP11721433 A EP 11721433A EP 2593396 A1 EP2593396 A1 EP 2593396A1
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EP
European Patent Office
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filling
liquid
channel
venting
valve
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Application number
EP11721433.8A
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English (en)
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Dieter-Rudolf Krulitsch
Jonathan Lorenz
Manfred Härtel
Andreas Fahldieck
Ludwig Clüsserath
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
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Publication date
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Publication of EP2593396B1 publication Critical patent/EP2593396B1/de
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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/04—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles
    • 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
    • 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
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    • B67C3/2614—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks specially adapted for counter-pressure filling
    • B67C3/2617—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks specially adapted for counter-pressure filling the liquid valve being opened by mechanical or electrical actuation
    • B67C3/2622—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks specially adapted for counter-pressure filling the liquid valve being opened by mechanical or electrical actuation and the filling operation stopping when probes, e.g. electrical or optical probes, sense the wanted liquid level

Definitions

  • the invention relates to a filling element for filling containers with a liquid product according to the preamble of claim 1, to a method according to the preamble of claim 7 and to a filling system according to the preamble of claim 11.
  • Containers according to the invention are generally packaging materials which are usually used for liquid and / or pasty products, in particular for drinks, for example, soft packaging made from flat material, containers made of metal, glass and / or plastic, for example, cans, bottles, etc.
  • Filling element and filling method for filling containers are known in particular for free-jet filling and for pressure filling in different designs.
  • free-jet filling is to be understood as meaning a process in which the liquid product flows into the container to be filled in a free filling material jet, the container with its container mouth or opening not resting against the filling element, but rather from the filling element or from a local one Dispensing opening is spaced.
  • An essential feature of this method is also that the air displaced from the container during the filling process from the liquid filling material does not enter the filling element or in a gas-conducting region or channel formed there, but flows freely into the environment.
  • pressurized filling is to be understood as meaning a process in which the liquid product is supplied to the container which is arranged in a sealing position on the filling element and is usually filled with a biasing gas (inert gas or CO2 gas) its container mouth or opening is arranged in sealing position on the filling element and when filling by the inflowing product is discharged from the interior of the container displaced inert gas via a gas channel formed in the filling element.
  • a biasing gas inert gas or CO2 gas
  • Regardless of the type of filling process and regardless of the formation of the respective filling element may under certain conditions, especially operating conditions come to that in the interior of the filling element or in the liquid channel gas and / or vapor components, in particular filling and foreign gas / or vapor constituents pass or have come, for example air and / or residues of a gas and / or vaporous cleaning and / or disinfecting medium used for cleaning and / or disinfecting the filling system or the filling machine.
  • air or gas can enter the liquid channel of the filling element, namely
  • the object of the invention is to show a filling element, which air and / or vapor and / or gas residues, but also excess product not bound or released in the product gas (inert gas or CO 2 gas) within the liquid channel of the filling element and avoid the associated disadvantages.
  • a filling element according to the patent claim 1 is formed.
  • a method and a filling machine are the subject of claim 7 or 1 1.
  • the bleeding of the filling elements of the filling system or the filling machine takes place in particular before each production start, in such a way that the liquid valves of the filling elements are closed and the gas paths are used for venting.
  • filling material is introduced into the filling elements or into their liquid channels (valve chambers) until they are in each case completely filled with the filling material and any gas and / or vapor and / or air residues are completely displaced by the filling material from the liquid channels , Venting of the filling elements can also take place during ongoing production, for example by manual intervention or automatically, e.g. at predetermined time intervals.
  • Bottles with a liquid product with the liquid valve open
  • FIG. 2 is an enlarged fragmentary view of the closed liquid valve of FIG. 1;
  • FIG. 3 in an enlarged partial view of the liquid valve of a filling system or a filling machine for pressure filling of containers in the form of bottles with a liquid product with the liquid valve closed.
  • 1 is a filling element for free jet filling of containers in the form of bottles 2 with a liquid product, which in the illustrated embodiment of a first liquid component, such as fruit juice, and a second, firmer ingredients, such as fruit fibers and / or Pulp and / or fruit pieces contained component.
  • a first liquid component such as fruit juice
  • a second, firmer ingredients such as fruit fibers and / or Pulp and / or fruit pieces contained component.
  • the filling element 1 is arranged on the circumference of a rotor 3 rotatable about a vertical axis of the machine and forms together with a container carrier 4 a filling position 5, which is provided with a plurality of similar filling positions 5 on the circumference of the rotor 3 and at the respective bottle 2 during the Filling with a bottle or mouth flange on the container carrier 4 held with its bottle opening 2.1 at a distance below the filling element 1 or below a discharge opening 6 of the filling element 1 is arranged hanging, with its axis coaxially or substantially coaxially with a vertical Greelementachse FA, so that during filling the filling material flows into the respective bottle 2 as a free Gumony FS.
  • a liquid channel 8 (valve space) is formed, which has the discharge opening 6 at the lower end and is connected at the upper end via a product channel portion 9 to the lower end of a vertical in the illustrated embodiment product channel 10. This is connected in the upper part via a metering valve 1 1 (liquid-phase valve) to a boiler 12, which during the filling operation with the first, more liquid - -
  • Part of the filling material is partially filled, and is connected via a metering valve 13 (solids valve) to an annular channel or ring vessel 14, which is filled during the filling operation with the second, solid components contained in high concentration component.
  • the boiler 12 and the annular channel or ring bowl 14 are provided for all filling elements 1 of the filling machine together on the rotor 3.
  • a flow meter 15 is arranged, which is for example an electromagnetic flow meter and the respective flow rate corresponding signal to a central control device, not shown, for example, computer-aided machine control, with the (measurement signal) not only by controlling the metering valves 1 and 13 of the corresponding mixing ratio of the two components is achieved, but also the closing of the arranged in the liquid channel 8 liquid valve 16 is effected, after reaching the predetermined, introduced into the respective bottle 2 Rudgutmenge.
  • the liquid valve 16 consists essentially of a coaxially arranged with the Standelementachse FA plunger 17 which is designed at its lower end as a valve body 18 with a Greetachse FA concentrically enclosing Ventilgroperdichtung, the latter cooperates to close the liquid valve with a valve surface which at a is formed rotationally symmetrical to the filling element axis FA conical surface 19 of the liquid channel 8 is formed.
  • the valve stem 18 With its valve body 18 by an actuator 20 in the Greelementachse FA between the closed position shown in Figure 1, in which the valve body 18 rests with its valve body seal against the valve surface formed by the conical surface 19, and moves the open position shown in Figures 2 and 3, in which the valve body or its seal is spaced from the conical surface and between the valve body 18 and the inner surface of the liquid passage 8, a ring or opening gap 21 with a considerable Spaltre, ie with a gap width greater than 4 mm, preferably with a gap width greater than 8 mm, but less than 20 mm, preferably formed with a gap width between 13 mm to 16 mm.
  • the filling of the bottles 2 is easy with a Mixed product consisting of the first component of the boiler 12 and the second component of the annular channel 14 possible.
  • the valve stem 17 is tightly enclosed by a bellows-type element 21, which acts as a seal sealing the passage of the valve stem 17 through the filling element housing 7, but at the same time also has an outer diameter which is equal to or substantially equal to the maximum outer diameter of the valve body 18.
  • the liquid channel 8 is shaped so that it has an upper, substantially circular cylindrical channel section 8.1, in which also the product line section 9 opens. Furthermore, the liquid channel 8 is shaped so that-related to the Greelementachse FA axially downwards to the channel section 8.1 a likewise substantially circular cylindrical channel section 8.2 connects, said channel section 8.2 has a relation to the channel section 8.1 reduced cross-section.
  • a channel section 8.3 which has a conical surface 19 and tapers in the direction of the underside of the filling element 1, closes, followed by a channel section 8.4 having a circular cylindrical cross-section and having the delivery opening 6. at.
  • All channel sections 8.1 - 8.4 are preferably arranged coaxially with each other and coaxially with the axis FA.
  • the valve body 18 In the closed state of the filling element 16, the valve body 18 is received in the channel sections 8.3 and 8.4.
  • the valve body 18 In the fully opened state of the liquid valve 16, the valve body 18 is received in the liquid channel section 8.2 at full gap width of the opening gap 21.
  • liquid channel 8 gas and / or vapor medium, which is for example a remaining in the liquid channel 8 remainder of a cleaning and / or disinfecting medium and / or remaining in the liquid channel 8 and / or reached during filling in the liquid channel 8 ambient air to remove from the filling element 1 and thereby an increase of air and / or gas and / or vapor bubbles in the product channel 10 and in the boiler - -
  • the liquid channel 8 is formed with a venting system.
  • This venting system includes i.a. the venting channel 23 formed in the Greelementgephinuse 7, which via an opening 24 at the discharge opening 6 remote upper side, i. at the highest level of the liquid channel 8 opens into this.
  • the vent channel 23 communicates with a channel 25, wherein the channel 25 is connected to a non-illustrated, common to all filling elements 1 of the filling machine, provided on the rotor 3 collecting or annular channel or to a vacuum channel.
  • the venting channel 23 is preferably designed so that it extends from the opening 24 in a section 23.1 first upwards and then down again before it opens into the channel 25. Through the course of the section 23.1, a gas trap is formed, in which gas and / or vaporous constituents present in the liquid channel 8 can collect for the discharge via the venting channel 23.
  • the upper boundary wall of the liquid channel 8 is designed convex on the inside, so there above the liquid channel section 8.1 and above the opening at which the product line sections 9 opens into the liquid channel 8, a dome-like extension or a dome-shaped liquid channel section 8.5 is formed, in which gaseous and / or vaporous components can collect and in the venting channel 23 opens with its opening 24.
  • a further channel 26 is formed, which opens via an opening 27 in the liquid channel section 8.3, in the flow direction of the liquid filling material above the valve seat formed on the conical surface 1 9 against which the valve body 18 and its seal with the liquid valve closed 16 is present.
  • the channel 26 also opens into the channel 25th - -
  • the vent is controlled or regulated by means of at least one valve (venting valve), which is then e.g. is independently provided for each filling element 1 of the filling system or the filling machine, for example in the channel 25 or for a group of several filling elements 1 or for all filling elements 1 of the filling machine.
  • ventilation valve e.g. is independently provided for each filling element 1 of the filling system or the filling machine, for example in the channel 25 or for a group of several filling elements 1 or for all filling elements 1 of the filling machine.
  • venting channel 23 in a product hot circulation which also includes the channels 25 and 26, and / or in a possibly provided CIP cleaning and / or disinfection in a circulation for the corresponding cleaning and / or disinfecting medium , again together with channels 25 and 26.
  • the venting of the respective filling element 1 takes place via the venting channel 23, in particular before each production start, in such a way that the liquid valve 16 is closed and the gas passages or channels 23 and 25 serving for the venting are opened. Subsequently, the contents are introduced into the boiler 12 and 14 and passed through the product line 10 in the liquid channel 8 of the filling elements 1, which may be derived in the respective liquid channel 8 existing gas and / or air residues on the deaeration system 23 formed by the venting system so that the respective filling element 1 is completely filled with the filling material. Even during ongoing production, it is then possible, for example by manual intervention or automatically, e.g. In preferred time intervals preferably in each case closed liquid valve, a venting of the filling elements 1 done.
  • FIG. 3 shows a simplified partial representation of a filling element 1 a, which is intended for a pressure filling of bottles 2 a with a liquid product and which has the necessary and known to those skilled in construction, namely essentially consisting of the Greelementgeophuse 7 a, in which a Liquid channel 8a (valve chamber) is formed.
  • a Liquid channel 8a valve chamber
  • the liquid channel 8 In the upper area of the liquid channel 8 is connected to a product line 10a for supplying the filling material under a filling pressure.
  • the lower region of the liquid channel 8a forms at the bottom of the Greelementgephinuses 7a a discharge opening 6a against which the respective bottle 2a at least during the - -
  • the liquid valve 16a is provided which comprises the valve body 18a cooperating with a valve seat on the inner surface of the liquid passage 8a, which is opened by an unillustrated actuator for opening and closing the liquid valve 16a in the direction of the filling member axis FA by a predetermined stroke is movable.
  • the filling element 1 or its liquid channel 8a are in turn designed with a venting system for the removal of gaseous and / or vaporous components.
  • the venting system in this embodiment comprises a venting channel 30 which opens into the liquid channel 8a via an opening 31, again at the highest area of the liquid channel 8a and above the opening at which the product channel 10a opens into the liquid channel 8a.
  • the opening 31 is in the region of a seal 32, which seals the liquid channel 8a at its top.
  • the venting channel 30 is, for example, in turn connected to a collective or annular channel provided on the rotor 3a for all filling elements of the filling machine, for example with a vacuum channel.
  • venting system is controlled or regulated, using at least one valve (vent valve), which is provided separately for each filling element 1 a or together for all filling elements or a group of several filling elements.
  • vent valve which is provided separately for each filling element 1 a or together for all filling elements or a group of several filling elements.
  • the vent channel 30 can be included in the circulation for a cleaning and / or disinfecting medium in the CIP cleaning and / or disinfection.
  • the presented invention then formed when the product line section 9 and / or the metering valve 1 1 and / or the boiler for the first component 12 and / or the metering valve 13 and / or the flow meter 15 and / or other components designed and / or are arranged, the gas bubbles, which may be present in these components, or which may flow through these components, trouble-free through these components through up to the boiler for the first component 12 can rise.
  • the gas bubbles which may be present in these components, or which may flow through these components, trouble-free through these components through up to the boiler for the first component 12 can rise.
  • the geometric dimensions or properties of the components are selected so that undercuts, rough surfaces and projections, etc. are completely avoided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)
  • Basic Packing Technique (AREA)

Abstract

Füllelement (1) zum Füllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit wenigstens einem in einem Füllelementgehäuse (7, 7a) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (8, 8a), in welchem in Strömungsrichtung des Füllgutes vor einer Abgabeöffnung (6, 6a) wenigstens ein durch eine Betätigungseinrichtung (20) betätigbares Flüssigkeitsventil (16, 16a) vorgesehen ist, und zwar zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllguts über die Abgabeöffnung (6, 6a) in den jeweiligen Behälter (2). Das Flüssigkeitskanal (8, 8a) ist mit einem Entlüftungssystem (23, 24, 30) ausgebildet.

Description

Füllelement, Verfahren sowie Füllsystem zum Füllen von Behältern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 , auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 7 sowie auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 1.
Behälter im Sinne der Erfindung sind allgemein Packmittel, die üblicherweise für flüssige und/oder pastöse Produkte, insbesondere für Getränke verwendet werden, beispielsweise auch aus Flachmaterial hergestellte Weichverpackungen, Behälter aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, beispielsweise Dosen, Flaschen usw.
Der Ausdruck„im Wesentlichen" bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen von jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Füllelement und Füllverfahren zum Füllen von Behältern sind insbesondere auch für ein Freistrahlfüllen sowie für ein Druckfüllen in unterschiedlichen Ausführungen bekannt.
Unter Freistrahlfüllen ist im Sinne der Erfindung ein Verfahren zu verstehen, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter in einem freien Füllgutstrahl zuströmt, wobei der Behälter mit seiner Behältermündung oder -Öffnung nicht am Füllelement anliegt, sondern von dem Füllelement bzw. von einer dortigen Abgabeöffnung beabstandet ist. Wesentliches Merkmal dieses Verfahrens ist auch, dass die aus dem Behälter während des Füllprozesses vom flüssigen Füllgut verdrängte Luft nicht in das Füllelement bzw. in einem dort ausgebildeten, Gas führenden Bereich oder Kanal gelangt, sondern frei in die Umgebung strömt. Unter Druckfüllen ist im Sinne der Erfindung ein Verfahren zu verstehen, bei dem das flüssige Füllgut dem in Dichtlage am Füllelement angeordneten zu befüllenden und in der Regel mit einem Vorspanngas (Inert-Gas oder CO2-Gas) vorgespannten Behälter zugeführt wird, wobei der Behälter mit seiner Behältermündung oder -Öffnung in Dichtlage am Füllelement angeordnet ist und das beim Füllen durch das zufließende Füllgut aus dem Innenraum des Behälters verdrängte Inert-Gas über einen im Füllelement ausgebildeten Gaskanal abgeführt wird.
Unabhängig von der Art des Füllverfahrens und unabhängig von der Ausbildung des jeweiligen Füllelementes kann es unter bestimmten Bedingungen, insbesondere auch Betriebsbedingungen dazu kommen, dass in das Innere des Füllelementes bzw. in dessen Flüssigkeitskanal Gas- und/oder Dampfbestandteile, insbesondere auch füllgutfremde Gas- und/oder Dampfbestandteile gelangen oder gelangt sind, beispielsweise Luft und/oder Reste eines für die Reinigung und/oder Desinfektion des Füllsystems bzw. der Füllmaschine verwendeten gas- und/oder dampfförmigen Reinigungs- und/oder Desinfektionsmediums. Im Einzelnen können beispielsweise unter folgende Betriebsbedingungen Luft oder Gas in den Flüssigkeitskanal des Füllelementes gelangen, und zwar
- nach dem Reinigen der Füllmaschine und vor dem erneuten Beginn des Füllens, beispielsweise nach einem Produktwechsel,
- durch ungünstige Strömungsverhältnisse an der Mündung oder Abgabeöffnung des Füllelementes, insbesondere am Beginn des Füllprozesses bei dem jeweils zu befüllenden Behälter,
- beim Anfahren einer Füllmaschine nach einer Produktionsunterbrechung usw.
Durch das Eindringen von Luft und/oder Gas in das Füllelement bzw. in dessen Flüssigkeitskanal ergeben sich erhebliche Nachteile. So können hieraus resultierende Luft- und/oder Gasblasen innerhalb der Produktleitungen oder -kanäle bis in den das Füllgut bereitstellenden Kessel einer Füllmaschine aufsteigen und dabei in diesen Kessel bzw. in das dortige Füllgut produktschädigende Keime eintragen. Darüber hinaus beeinträchtigen Gas- und/oder Luftblasen die Messgenauigkeit von Messgeräten oder Messeinrichtungen, die das Füllvolumen der Behälter steuern, und damit die Füllmengen- bzw. Füllhöhengenauigkeit beim Abfüllen des Produktes in die Behälter.
Um diese durch Luft- und/oder Gasreste bedingten Nachteile zu vermeiden, ist es bisher vielfach üblich, vor dem eigentlichen Produktionsbeginn in einem Vorlaufbetrieb zunächst eine größere Menge Füllgut durch die Füllelemente einer Füllmaschine zu leiten und dieses Füllgut dann zu verwerfen. Dabei werden der - -
Füllmaschine in der Praxis während dieses Vorlaufbetriebes keine Behälter zugeführt, wobei das aus den Füllelementen austretende Füllgut beispielsweise frei auf den Boden strömt und als nicht verwendbar abgeleitet wird. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen, welches Luft- und/oder Dampf- und/oder Gasreste, aber auch überschüssiges im Produkt nicht gebundenes bzw. freigesetztes produkteigenes Gas (Inert-Gas oder C02-Gas) innerhalb des Flüssigkeitskanals des Füllelementes und die damit verbundenen Nachteile vermeiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Verfahren sowie eine Füllmaschine sind Gegenstand des Patentanspruchs 7 bzw. 1 1 . Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Entlüften der Füllelemente des Füllsystems bzw. der Füllmaschine insbesondere vor jedem Produktionsstart, und zwar in der Weise, dass die Flüssigkeitsventile der Füllelemente geschlossen und die zur Entlüftung dienenden Gaswege geöffnet werden. Gleichzeitig oder im Anschluss daran wird Füllgut in die Füllelemente bzw. in deren Flüssigkeitskanäle (Ventilkammern) eingebracht bis diese jeweils vollständig mit dem Füllgut gefüllt sind und eventuelle Gas- und/oder Dampf- und/oder Luftreste vollständig durch das Füllgut aus den Flüssigkeitskanälen verdrängt sind. Eine Entlüftung der Füllelemente kann auch während einer laufenden Produktion erfolgen, beispielsweise durch manuellen Eingriff oder aber automatisch z.B. in vorgegebenen Zeitintervallen.
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 einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt ein Füllelement eines Füllsystems bzw. einer Füllmaschine zum Freistrahlfüllen von Behältern in Form von
Flaschen mit einem flüssigen Füllgut bei geöffnetem Flüssigkeitsventil;
Fig. 2 in vergrößerter Teildarstellung das geschlossene Flüssigkeitsventil der Figur 1 ; Fig.. 3 in vergrößerter Teildarstellung das Flüssigkeitsventil eines Füllsystems bzw. einer Füllmaschine zum Druckfüllen von Behältern in Form von Flaschen mit einem flüssigen Füllgut bei geschlossenem Flüssigkeitsventil.
In den Figuren 1 und 2 ist 1 ein Füllelement zum Freistrahlfüllen von Behältern in Form von Flaschen 2 mit einem flüssigen Füllgut, welches bei der dargestellten Ausführungsform aus einer ersten flüssigen Komponente, beispielsweise Fruchtsaft, und einer zweiten, festere Bestandteile, beispielsweise Fruchtfasern und/oder Fruchtfleisch (Pulpe) und/oder Fruchtstücke enthaltenen Komponente besteht.
Das Füllelement 1 ist am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors 3 angeordnet und bildet zusammen mit einem Behälterträger 4 eine Füllposition 5, die mit einer Vielzahl gleichartiger Füllpositionen 5 am Umfang des Rotors 3 vorgesehen ist und an der die jeweilige Flasche 2 während des Füllens mit einem Flaschen- oder Mündungsflansch am Behälterträger 4 gehalten mit ihrer Flaschenöffnung 2.1 mit Abstand unterhalb des Füllelementes 1 bzw. unterhalb einer Abgabeöffnung 6 des Füllelementes 1 hängend angeordnet ist, und zwar mit ihrer Achse achsgleich oder im Wesentlichen achsgleich mit einer vertikalen Füllelementachse FA, so dass während des Füllens das Füllgut in die jeweilige Flasche 2 als freier Füllgutstrahl FS strömt.
In einem Gehäuse 7 des Füllelementes 1 ist ein Flüssigkeitskanal 8 (Ventilraum) ausgebildet, der am unteren Ende die Abgabeöffnung 6 aufweist und am oberen Ende über einen Produktkanalabschnitt 9 mit dem unteren Ende eines bei der dargestellten Ausführungsform vertikalen Produktkanals 10 verbunden ist. Dieser ist im oberen Bereich über ein Dosierventil 1 1 (Flüssig-Phase-Ventil) an einen Kessel 12 angeschlossen ist, der während des Füllbetriebes mit der ersten, flüssigeren - -
Komponente des Füllgutes teilgefüllt ist, sowie über ein Dosierventil 13 (Feststoff- Ventil) an einen Ringkanal oder Ringkessel 14 angeschlossen ist, der während des Füllbetriebes mit der zweiten, feste Bestandteile in hoher Konzentration enthaltenen Komponente gefüllt ist. Der Kessel 12 sowie der Ringkanal oder Ringkessel 14 sind für sämtliche Füllelemente 1 der Füllmaschine gemeinsam am Rotor 3 vorgesehen.
Im Produktkanal 10 ist ein Durchflussmesser 15 angeordnet, der beispielsweise ein elektromagnetischen Durchflussmesser ist und ein der jeweiligen Durchflussmenge entsprechendes Signal an eine nicht dargestellte zentrale Steuereinrichtung, beispielsweise rechnergestützte Maschinensteuerung liefert, mit dem (Messsignal) nicht nur durch Ansteuerung der Dosierventile 1 und 13 das der jeweiligen Rezeptur entsprechende Mischverhältnis der beiden Komponenten erreicht wird, sondern auch das Schließen des im Flüssigkeitskanal 8 angeordnete Flüssigkeitsventil 16 bewirkt wird, und zwar nach Erreichen der vorgegebenen, in die jeweilige Flasche 2 eingebrachten Füllgutmenge.
Das Flüssigkeitsventil 16 besteht im Wesentlichen aus einem achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordneten Stößel 17, der an seinem unteren Ende als Ventilkörper 18 mit einer die Füllelementachse FA konzentrisch umschließenden Ventilköperdichtung ausgeführt ist, wobei letztere zum Schließen des Flüssigkeitsventils mit einer Ventilfläche zusammenwirkt, die an einer rotationssymmetrisch zur Füllelementachse FA ausgeführten Kegelfläche 19 des Flüssigkeitskanals 8 gebildet ist. Zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 16 wird der Ventilstößel 17 mit seinem Ventilkörper 18 durch eine Betätigungseinrichtung 20 in der Füllelementachse FA zwischen der in der Figur 1 dargestellten Schließposition, in der der Ventilkörper 18 mit seiner Ventilköperdichtung gegen die von der Kegelfläche 19 gebildete Ventilfläche anliegt, und der in den Figuren 2 und 3 dargestellten geöffneten Position bewegt, in der der Ventilkörper bzw. dessen Dichtung von der Kegelfläche beabstandet ist und zwischen dem Ventilkörper 18 und der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 8 ein Ring- oder Öffnungsspalt 21 mit einer beträchtlichen Spaltbereite, d.h. mit einer Spaltbreite größer als 4 mm, vorzugsweise mit einer Spaltbreite größer als 8 mm, aber kleiner als 20 mm, vorzugsweise mit einer Spaltenbreite zwischen 13 mm bis 16 mm gebildet ist. Hierdurch ist das Füllen der Flaschen 2 problemlos mit einem Mischprodukt bestehend aus der ersten Komponente aus dem Kessel 12 und der zweiten Komponente aus dem Ringkanal 14 möglich.
Der Ventilstößel 17 von einem balgartigen Element 21 dicht umschlossen, welches als den Durchtritt des Ventilstößels 17 durch das Füllelementgehäuse 7 abdichtende Dichtung wirkt, zugleich aber auch einen Außendurchmesser aufweist, der gleich oder im Wesentlichen gleich dem maximalen Außendurchmesser des Ventilkörpers 18 ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Flüssigkeitskanal 8 so geformt, dass er einen oberen, im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Kanalabschnitt 8.1 aufweist, in den auch der Produktleitungsabschnitt 9 mündet. Weiterhin ist der Flüssigkeitskanal 8 so geformt, dass sich -bezogen auf die Füllelementachse FA axial nach unten- an den Kanalabschnitt 8.1 ein ebenfalls im Wesentlichen kreiszylinderförmiger Kanalabschnitt 8.2 anschließt, wobei dieser Kanalabschnitt 8.2 einen gegenüber dem Kanalabschnitt 8.1 reduzierten Querschnitt aufweist. Wiederum unten schließt sich eine, die Kegelfläche 19 aufweisender, sich in Richtung zur Unterseite des Füllelementes 1 trichterartig verengender Kanalabschnitt 8.3 und daran anschließend eine die Abgabeöffnung 6 aufweisender, einen kreiszylinderförmigen Querschnitt aufweisenden Kanalabschnitt 8.4. an.
Sämtliche Kanalabschnitte 8.1 - 8.4 sind vorzugsweise achsgleich miteinander sowie achsgleich mit der Achse FA angeordnet. Im geschlossenen Zustand des Füllelementes 16 ist der Ventilkörper 18 in den Kanalabschnitten 8.3 und 8.4 aufgenommen. Im vollständig geöffneten Zustand des Flüssigkeitsventils 16 ist der Ventilkörper 18 im Flüssigkeitskanalabschnitt 8.2 bei voller Spaltbreite des Öffnungsspaltes 21 aufgenommen.
Um ein eventuell im Flüssigkeitskanal 8 vorhandenes gas- und/oder dampfförmiges Medium, welches beispielsweise ein im Flüssigkeitskanal 8 verbliebener Rest eines Reinigungs- und/oder Desinfektionsmediums und/oder im Flüssigkeitskanal 8 verbliebene und/oder während des Füllens in den Flüssigkeitskanal 8 gelangte Umgebungsluft ist, aus dem Füllelement 1 abzuführen und dadurch ein Aufsteigen von Luft- und/oder Gas- und/oder Dampfblasen im Produktkanal 10 und in die Kessel - -
12 bzw. 14 sowie die damit verbundenen Nachteile einer eventuellen Verkeimung des Produktes und/die Beeinträchtigung der Messgenauigkeit des Durchflussmessers 15 zu vermeiden, ist der Flüssigkeitskanal 8 mit einem Entlüftungssystem ausgebildet.
Dieses Entlüftungssystem umfasst u.a. den im Füllelementgehäuse 7 ausgebildeten Entlüftungskanal 23, der über eine Öffnung 24 an der der Abgabeöffnung 6 entfernt liegenden Oberseite, d.h. auf dem höchsten Niveau des Flüssigkeitskanals 8 in diesen mündet. Der Entlüftungskanal 23 steht mit einem Kanal 25 in Verbindung, wobei der Kanal 25 an einen nicht näher dargestellten, für sämtliche Füllelemente 1 der Füllmaschine gemeinsamen, am Rotor 3 vorgesehenen Sammel- oder Ringkanal oder an einen Vakuumkanal angeschlossen ist.
Der Entlüftungskanal 23 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er ausgehend von der Öffnung 24 in einem Abschnitt 23.1 zunächst nach oben und anschließend wieder nach unten verläuft, bevor er in den Kanal 25 einmündet. Durch den Verlauf des Abschnittes 23.1 wird eine Gasfalle gebildet, in der sich im Flüssigkeitskanal 8 vorhandene gas- und/oder dampfförmige Bestandteile für das Abführen über den Entlüftungskanal 23 sammeln können.
Um diesen Effekt zu verstärken, ist die obere Begrenzungswandung des Flüssigkeitskanals 8 an der Innenseite konvex ausgeführt, sodass dort oberhalb des Flüssigkeitskanalabschnittes 8.1 und oberhalb der Öffnung, an der der Produktleitungsabschnitten 9 in den Flüssigkeitskanal 8 mündet, eine domartige Erweiterung bzw. ein domartiger Flüssigkeitskanalabschnitt 8.5 gebildet ist, in welchem sich gas- und/oder dampfförmige Bestandteile sammeln können und in den der Entlüftungskanal 23 mit seiner Öffnung 24 mündet.
Im Füllelementgehäuse 7 ist ein weiterer Kanal 26 ausgebildet, der über eine Öffnung 27 in den Flüssigkeitskanalabschnitt 8.3 mündet, und zwar in Strömungsrichtung des flüssigen Füllgutes oberhalb des an der Kegelfläche 1 9 gebildeten Ventilsitzes, gegen den der Ventilkörper 18 bzw. dessen Dichtung bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 16 anliegt. Der Kanal 26 mündet ebenfalls in den Kanal 25. - -
Bevorzugt ist die Entlüftung mittels wenigstens eines Ventils (Entlüftungsventil) gesteuert oder geregelt, welches dann z.B. für jedes Füllelement 1 des Füllsystems oder der Füllmaschine eigenständig beispielsweise im Kanal 25 oder aber für eine Gruppe von mehreren Füllelementen 1 oder für sämtliche Füllelemente 1 der Füllmaschine gemeinsam vorgesehen ist.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Entlüftungskanal 23 in einen Füllgut- Heißumlauf welcher auch die Kanäle 25 und 26 einschließt, und/oder bei einer eventuell vorgesehenen CIP-Reinigung und/oder -Desinfektion in einen Umlauf für das entsprechende Reinigungs- und/oder Desinfektionsmedium einzubeziehen, und zwar wiederum zusammen mit den Kanälen 25 und 26.
Wie eingangs ausgeführt, erfolgt das Entlüften des jeweiligen Füllelementes 1 über den Entlüftungskanal 23 insbesondere vor jedem Produktionsstart, und zwar in der Weise, dass das Flüssigkeitsventil 16 geschlossen und die zur Entlüftung dienenden Gaswege bzw. Kanäle 23 und 25 geöffnet werden. Im Anschluss wird das Füllgut in die Kessel 12 und 14 eingebracht und über die Produktleitung 10 in den Flüssigkeitskanal 8 der Füllelemente 1 geleitet, wobei eventuell in dem jeweiligen Flüssigkeitskanal 8 vorhandene Gas- und/oder Luftreste über das von dem Entlüftungskanal 23 gebildete Entlüftungssystem abgeleitet werden, sodass das jeweilige Füllelement 1 vollständig mit dem Füllgut gefüllt ist. Auch während einer laufenden Produktion kann dann beispielsweise durch manuellen Eingriff oder aber automatisch z.B. in vorgegebenen Zeitintervallen vorzugsweise bei jeweils geschlossenem Flüssigkeitsventil eine Entlüftung der Füllelemente 1 erfolgen.
Die Figur 3 zeigt in vereinfachter Teildarstellung ein Füllelement 1 a, welches für ein Druckfüllen von Flaschen 2a mit einem flüssigen Füllgut bestimmt ist und welches die hierfür notwendige und dem Fachmann bekannte Bauweise aufweist, und zwar im Wesentlichen bestehend aus dem Füllelementgehäuse 7a, in welchem ein Flüssigkeitskanal 8a (Ventilkammer) ausgebildet ist. Im oberen Bereich ist der Flüssigkeitskanal 8 an eine Produktleitung 10a zum Zuführen des unter einem Fülldruck stehenden Füllgutes angeschlossen. Im unteren Bereich bildet der Flüssigkeitskanal 8a an der Unterseite des Füllelementgehäuses 7a eine Abgabeöffnung 6a gegen die die jeweilige Flasche 2a zumindest während des - -
Füllens mit ihrer Flaschenöffnung oder -mündung 2a.1 über eine an einer Zentriertulpe 28 ausgebildete Dichtung 29 angepresst, d.h. in Dichtlage anliegt. Im Flüssigkeitskanal 8a ist das Flüssigkeitsventil 16a vorgesehen, welches den mit einem Ventilsitz an der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 8a zusammenwirkenden Ventilkörper 18a umfasst, der durch eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventil 16a in Richtung der Füllelementachse FA um einen vorgegebenen Hub auf- und abbewegbar ist.
Das Füllelement 1 bzw. dessen Flüssigkeitskanal 8a sind wiederum mit einem Entlüftungssystem zum Abführen von gas- und/oder dampfförmigen Bestandteilen ausgeführt. Das Entlüftungssystem umfasst bei dieser Ausführungsform einen Entlüftungskanal 30, der über eine Öffnung 31 in den Flüssigkeitskanal 8a mündet, und zwar wiederum am höchsten Bereich des Flüssigkeitskanals 8a und oberhalb der Öffnung, an der der Produktkanal 10a in den Flüssigkeitskanal 8a mündet. Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich die Öffnung 31 im Bereich einer Dichtung 32, die den Flüssigkeitskanal 8a an seiner Oberseite abdichtet. Der Entlüftungskanal 30 ist beispielsweise wiederum mit einem für sämtliche Füllelemente der Füllmaschine gemeinsamen, am Rotor 3a vorgesehenen Sammeloder Ringkanal, beispielsweise mit einem Vakuumkanal verbunden. Weiterhin ist das Entlüftungssystem gesteuert oder geregelt, und zwar unter Verwendung wenigstens eines Ventils (Entlüftungsventils), welches für jedes Füllelement 1 a gesondert oder aber für sämtliche Füllelemente oder jeweils eine Gruppe mehrerer Füllelemente gemeinsam vorgesehen ist. Weiterhin kann auch der Entlüftungskanal 30 in den Umlauf für ein Reinigungs- und/oder Desinfektionsmedium bei der CIP-Reinigung und/oder Desinfektion einbezogen werden.
Besonders vorteilhaft ist die vorgestellte Erfindung dann ausgebildet, wenn der Produktleitungsabschnitt 9 und/oder das Dosierventil 1 1 und/oder der Kessel für die erste Komponente 12 und/oder das Dosierventil 13 und/oder der Durchflussmesser 15 und/oder weitere Komponenten so ausgebildet und/oder angeordnet sind, das Gasblasen, die in diesen Komponenten eventuell vorhanden sind, oder die diese Komponenten eventuell durchströmen, störungsfrei durch diese Komponenten hindurch bis in den Kessel für die erste Komponente 12 aufsteigen können. Dazu ist - - es erforderlich zu verhindern, dass solche Gasblasen an Wandungen, Hinterschneidungen oder Verbindungsstellen der Komponenten usw. anhaften. Zur Vermeidung des Anhaftens ist beispielsweise vorgesehen, dass alle Strömungswege eine hinreichende Steigung gegenüber der Horizontalen aufweisen. Weiterhin ist vorgesehen, dass die geometrischen Abmessungen oder Eigenschaften der Komponenten so gewählt sind, dass Hinterschneidungen, raue Oberflächen und Vorsprünge usw. vollständig vermieden sind.
Die Erfindung wurde vorstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
- -
Bezugszeichenliste
1 , 1 a Füllelement
2, 2a Flasche
2.1 , 2a.1 Flaschenöffnung
3 Rotor
4 Flaschen- oder Behälterträger
5 Füllposition
6 Abgabeöffnung
7, 7a Füllelementgehäuse
8, 8a Flüssigkeitskanal im Füllelementgehäuse 7
8.1 - 8.5 Flüssigkeitskanalabschnitt
9 Produktleitungsabschnitt
10, 10a Produktleitung
1 1 Dosierventil
12 Kessel für erste Komponente
13 Dosierventil
14 Ringkanal oder Ringkessel für zweite Komponente
15 Durchflussmesser
16, 16a Flüssigkeitsventil
17 Ventilstößel
18, 18a Ventilkörper
19 Kegelfläche
20 Betätigungselement für Ventilstößel 17 und Ventilkörper 18 21 Öffnungsspalt
22 balgartiges Element
23 Entlüftungskanal
23.1 Kanalabschnitt
24 Öffnung
25, 26 Kanal
27 Öffnung
28 Zentriertulpe
29 Dichtung
30 Entlüftungskanal _ _ Öffnung Füllgutstrahl
Füllelementachse

Claims

Patentansprüche
1 . Füllelement zum Füllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit wenigstens einem in einem Füllelementgehäuse (7, 7a) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (8, 8a), in welchem in Strömungsrichtung des Füllgutes vor einer Abgabeöffnung (6, 6a) wenigstens ein durch eine Betätigungseinrichtung (20) betätigbares Flüssigkeitsventil (16, 16a) vorgesehen ist, und zwar zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllguts über die Abgabeöffnung (6, 6a) in den jeweiligen Behälter (2), dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Flüssigkeitskanal (8, 8a) mit einem Entlüftungssystem (23, 24; 30) ausgebildet ist.
2. Füllelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungssystem von wenigstens einem in den Flüssigkeitskanal (8, 8a) mündenden und beispielsweise als Gasfalle (23.1 ) ausgebildeten Entlüftungskanal (23, 30) und/oder von wenigstens einem an wenigstens einen Entlüftungskanal (23) angeschlossenen, von wenigstens einem Abschnitt (8.5) des Flüssigkeitskanals (8) gebildeten oder mit dem Flüssigkeitskanal (8) in Verbindung stehenden und an wenigstens einen Entlüftungskanal (23) angeschlossenen Sammelraum gebildet ist.
3. Füllelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungssystem (23, 30) an einem Bereich des Flüssigkeitskanals (8, 8a) vorgesehen ist, der bezogen auf eine vertikale Achse (FA) oberhalb einer Einmündung eines Produktkanals (9, 10, 10a) für das Zuführen des Füllgutes in den Flüssigkeitskanal (8) und/oder an einem Bereich des Flüssigkeitskanals (8, 8a) vorgesehen ist, der in Bezug auf eine vertikale Achse (FA) das höchste Niveau aufweist.
4. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungssystem oder der wenigstens eine Entlüftungskanal (23, 30) mit einem Kanal (25) verbunden ist, der Teil eines Heißumlaufs und/oder eines für eine CIP-Reinigung und/oder Desinfektion verwendeten Kanal- oder Leitungssystems des Füllelementes (1 , a) ist.
5. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der wenigstens eine Entlüftungskanal (23) mit einem Kanal (26) in Verbindung steht, der in den Flüssigkeitskanal (8) im Bereich eines Ventilsitzes eines Ventilkörpers (18) des wenigstens eines Flüssigkeitsventils (16) mündet, und zwar in Strömungsrichtung des flüssigen Füllgutes vor oder unmittelbar vor diesem Ventilsitz.
6. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Füllelement für ein Freistrahlfüllen oder für ein Druckfüllen.
7. Verfahren zum Entlüftung der Füllelemente (1 , 1 a) eines eine Vielzahl solcher Elemente aufweisenden Füllsystems zum Füllen von Behältern (2, 2a) mit einem flüssigen Füllgut, wobei jedes Füllelement (1 , 1 a) wenigstens einen in einem Füllelementgehäuse (7, 7a) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (8, 8a) aufweist, in welchem in Strömungsrichtung des Füllgutes vor einer Abgabeöffnung (6, 6a) wenigstens ein durch eine Betätigungseinrichtung (20) betätigbares Flüssigkeitsventil (16, 16a) vorgesehen ist, und zwar zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes über die wenigstens eine Abgabeöffnung (6, 6a) in den jeweiligen am Füllelement (1 , 1 a) angeordneten Behälter (2), und mit wenigstens einem für die Füllelemente (1 , 1a) gemeinsamen und mit diesen verbundenen Kessel (12, 14) für das Füllgut, dadurch gekennzeichnet, dass für das Entlüften das Füllgut aus dem Kessel (12, 14) in die Flüssigkeitskanäle (8, 8a) der Füllelemente (1 , 1 a) bei geschlossenen Flüssigkeitsventilen (16) eingeleitet und hierbei eine Entlüftung des jeweiligen Flüssigkeitskanals (8, 8a) über das geöffnete Entlüftungssystem und/oder über die wenigstens eine geöffnete Entlüftungsleitung (23, 30) erfolgt, und zwar dadurch, dass im jeweiligen Flüssigkeitskanal (8, 8a) vorhandener Dampf und/oder vorhandenes Gas und/oder vorhandene Luft durch das den Flüssigkeitskanal (8, 8a) zufließende Füllgut verdrängt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entlüften das Lüftungssystem und/oder der wenigstens eine, dieses System bildende Entlüftungskanal (23, 30) verschlossen, vorzugsweise durch ein Ventil verschlossen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüften des wenigstens einen Flüssigkeitskanals an einem Bereich oder Abschnitt (8.5, 32) des Flüssigkeitskanals (8, 8a) erfolgt, der sich bezogen auf eine vertikale Achse (FA) oberhalb eines Bereichs befindet, an welchem das flüssige Füllgut dem Flüssigkeitskanal (8, 8a) zugeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüften dann beendet wird, wenn der Flüssigkeitskanal (8, 8a) vollständig mit dem Füllgut gefüllt ist.
1 1 . Füllsystem oder Füllmaschine zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut und mit mehreren beispielsweise an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor (3) vorgesehenen Füllelementen (1 , 1 a), dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente nach einem der Ansprüche 1 - 6 ausgebildet sind.
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