EP2593397A1 - Füllelement, verfahren sowie füllsystem zum füllen von behältern - Google Patents

Füllelement, verfahren sowie füllsystem zum füllen von behältern

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EP2593397A1
EP2593397A1 EP11721439.5A EP11721439A EP2593397A1 EP 2593397 A1 EP2593397 A1 EP 2593397A1 EP 11721439 A EP11721439 A EP 11721439A EP 2593397 A1 EP2593397 A1 EP 2593397A1
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EP
European Patent Office
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opening
filling
liquid
valve
gap
Prior art date
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Application number
EP11721439.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2593397B1 (de
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Dieter-Rudolf Krulitsch
Jonathan Lorenz
Manfred Härtel
Andreas Fahldieck
Ludwig Clüsserath
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KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
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Publication date
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Priority to SI201130555T priority patent/SI2593397T1/sl
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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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    • B67C3/22—Details
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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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    • B67C3/02—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
    • B67C2003/2645—Means to avoid overfilling by preventing gas returning from the container into the filling tank via the liquid valve, e.g. mesh screens

Definitions

  • the invention relates to a filling element for free jet filling of containers with a liquid product according to the preamble of claim 1, to a method according to the preamble of claim 8 and to a filling system according to the preamble of claim 12.
  • 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 reach the filling element or into a gas-conducting region or channel formed there, but flows freely into the environment.
  • Opening gap means in the context of the invention, the gap, which is formed with open liquid valve in the region of this valve for the liquid product and from which flows through at least one discharge opening and flowing at the discharge opening as a free jet Gregutstrahl leaking product.
  • Gap width means in the context of the invention, the width, which has the opening gap, preferably the minimum width of the respective opening gap, for example, if the opening gap along its gap profile has a different gap width.
  • Opening time of the liquid valve in the context of the invention means that period of time that is required to fully open the closed liquid valve.
  • Opening speed of the liquid valve in the context of the invention means the time-dependent change of the opening or flow cross-section of the opening gap when opening the liquid valve.
  • 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.
  • the penetration of ambient air into the liquid channel (valve chamber) must be prevented, as this resulting in the filling air bubbles first ascend in the liquid channel and then in the product lines of the filling and finally reach into the, provide the contents boiler of the filling system or the filling machine, namely among other things, with the risk of contamination and / or contamination of the filling material in the product lines and in the boiler and / or with an impairment of the accuracy of existing flowmeter or measuring instruments by rising air bubbles.
  • the opening of the respective liquid valve in known filling elements or filling systems by a corresponding actuator quickly and completely, ie with high opening speed and short opening times in the range between 50 and 100 milliseconds.
  • the invention is based on the finding that the penetration of ambient air into the liquid channel of the filling element and thus the risk of rising air bubbles in the filling material can be avoided in a surprising manner by a substantially increased opening time known filling times.
  • the opening of the liquid valve is carried out in such a way that the opening speed is not constant, but increases with increasing opening, and adapted to the acceleration behavior of pending in the filling element or on the liquid valve Bigutklale, so always a full, the penetration of air bubbles safely avoidable Gugutstrahl is achieved with the shortest possible filling times.
  • This adjustment of the opening speed is, for example, by a corresponding geometric configuration of the liquid valve or the valve body of the liquid valve and / or that portion of the liquid channel receiving this valve body at least at the beginning of opening the liquid valve, and / or by a corresponding training and / or control of a Actuating device for the liquid valve or for the valve body reachable.
  • the term "essentially” means deviations from the exact value by +/- 10%, preferably by +/- 5%, and / or deviations in the form of changes which are insignificant for the function
  • Fig. 3 in an enlarged partial view of the opened liquid valve.
  • 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 (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 (pulp ) and / or fruit pieces contained component.
  • 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 11 (liquid-phase valve) to a boiler 12, which is partially filled during the filling operation with the first, liquid component of the filling material, as well as a metering valve 13 (solid valve) to a Ring channel or ring tank 14 is connected, 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.
  • 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 Grese 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 4mm, preferably with a gap width greater than 8mm, but less than 20mm, preferably formed with a column width between 13mm to 16mm.
  • the filling of the bottles 2 is easily possible with a mixed product consisting of the first component of the boiler 12 and the second component of the annular channel 14.
  • valve tappet 18 is designed such that, starting from the lower free end, it firstly tapers towards this end, preferably conical valve body section 18. 1, then a valve body section 18
  • a valve body section 18 For example, circular cylindrical outer cross section is equal to the largest outer cross section of the valve body portion 18.1, and then to the valve body portion 18.2 then a valve body portion 18.3, the outer diameter increases toward the top and is performed, for example, frusto-conical.
  • All valve body sections 18.1 - 18.3 are arranged coaxially with each other and coaxially with the axis FA.
  • the liquid channel 8 is formed so that it an upper substantially circular cylindrical channel section 8.1, in which also the product line section 9 opens, with respect to the Golfelementachse FA axially downwardly thereafter a likewise substantially circular cylindrical channel section 8.2 with respect to the Channel section 8.1 reduced cross-section, then a conical surface 19 having, in the direction of the bottom of the filling element 1 funnel-like narrowing channel section 8.3 and then a discharge opening 6 having a circular cylindrical cross-section having channel section 8.4. having. All channel sections 8.1 - 8.4 are arranged coaxially with each other and coaxially with the axis FA.
  • the actuating device 20 is designed such that it causes the liquid valve to open at a greatly reduced opening speed or the opening time is greater than 100 ms is, for example, in the range between 100ms and 1000ms, preferably in the range between 400ms and 600ms.
  • the opening speed of the filling element 16 is chosen in any case so that the achieved during opening acceleration of the present in the liquid channel 8 Grillcicle is sufficient, so that the additional flow or opening cross-section, resulting from the increasing opening of the liquid valve 16, each directly and is completely filled with the filling material and this flows through the opening cross-section with sufficient, preventing the ingress of air flow rate.

Landscapes

  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)
  • Basic Packing Technique (AREA)

Abstract

Füllelement (1) zum Freistrahlfüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit wenigstens einem in einem Füllelementgehäuse (7) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (8), in welchem in Strömungsrichtung des Füllgutes vor einer Abgabeöffnung (6) wenigstens ein durch eine Betätigungseinrichtung (20) betätigbares Flüssigkeitsventil (16) vorgesehen ist, und zwar zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes über die wenigstens eine Abgabeöffnung (6) in den jeweiligen, mit einer Behälteröffnung (2.1) mit Abstand unterhalb der Abgabeöffnung (6) angeordneten Behälter (2), wobei das wenigstens eine Flüssigkeitsventil (16) im geöffneten Zustand einen vom Füllgut durchströmbaren Öffnungsspalt (21) frei gibt. Die Spaltbreite des Öffnungsspaltes (21) beträgt wenigstens 4 mm und die Betätigungseinrichtung (20) für das Flüssigkeitsventil (16) ist derart ausgebildet, dass die Öffnungszeit des Flüssigkeitsventils (16) größer als 100 ms ist.

Description

Füllelement, Verfahren sowie Füllsystem zum Füllen von Behältern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement zum Freistrahlfüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 , auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 8 sowie auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 12.
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 einen dort ausgebildeten, Gas führenden Bereich oder Kanal gelangt, sondern frei in die Umgebung strömt.
Öffnungsspalt bedeutet im Sinne der Erfindung der Spalt, der bei geöffnetem Flüssigkeitsventil im Bereich dieses Ventils für das flüssige Füllgut gebildet ist und von dem der wenigstens einen Abgabeöffnung zufließenden und an der Abgabeöffnung als freier Strahl Füllgutstrahl austretenden Füllgut durchströmt wird.
Spaltbreite bedeutet im Sinne der Erfindung die Breite, die der Öffnungsspalt aufweist, vorzugsweise die Mindest-Breite des jeweiligen Öffnungsspaltes, und zwar beispielsweise dann, wenn der Öffnungsspalt entlang seines Spaltverlaufs eine unterschiedliche Spaltbreite besitzt.
Öffnungszeit des Flüssigkeitsventils bedeutet im Sinne der Erfindung diejenige Zeitspanne, die benötigt wird, um das geschlossene Flüssigkeitsventil vollständig zu Öffnen.
Öffnungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsventils bedeutet im Sinne der Erfindung die zeitabhängige Änderung des Öffnungs- oder Strömungsquerschnittes des Öffnungsspaltes beim Öffnen des Flüssigkeitsventils. 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.
Füllelemente bzw. Füllsysteme zum Freistrahlfüllen von Behältern sind bekannt. Eine grundsätzliche Problematik bei derartigen Füllsystemen besteht darin, dass ein Eindringen von Umgebungsluft durch die wenigstens eine Abgabeöffnung in den Flüssigkeitskanal (Ventilraum) des jeweiligen Füllelementes verhindert werden muss.
Das Eindringen von Umgebungsluft in den Flüssigkeitskanal (Ventilraum) muss verhindert werden, da hieraus im Füllgut resultierende Luftblasen zunächst im Flüssigkeitskanal und anschließend auch in den Produktleitungen des Füllgutes aufsteigen und schließlich in den, das Füllgut bereitstellen Kessel des Füllsystems oder der Füllmaschine gelangen, und zwar u.a. mit der Gefahr einer Verkeimung und/oder Verschmutzung des Füllgutes in den Produktleitungen und im Kessel und/oder mit einer Beeinträchtigung der Messgenauigkeit vorhandener Durchflussmesser oder Messgeräte durch aufsteigende Luftblasen. Das Öffnen des jeweiligen Flüssigkeitsventils erfolgt bei bekannten Füllelementen bzw. Füllsystemen durch eine entsprechende Betätigungseinrichtung schnell und vollständig, d.h. mit hoher Öffnungsgeschwindigkeit und mit kurzen Öffnungszeiten im Bereich zwischen 50 und 100 Millisekunden. Nach allgemeiner und gefestigter Auffassung ist ein Eindringen von Luft in den Flüssigkeitskanal des betreffenden Füllelementes nur dann wirksam zu verhindern, wenn die Spaltbreite des Öffnungsspaltes des geöffneten Flüssigkeitsventils möglichst klein gewählt wird, beispielsweise etwa 1 ,0 mm bis 1 ,5 mm beträgt und/oder im Flüssigkeitskanal zusätzlich eine Gassperre vorgesehen oder ausgebildet ist, die eine Vielzahl von Durchlässen mit jeweils möglichst kleinem Strömungsquerschnitt aufweist und das Eindringen von Umgebungsluft und damit die Bildung von im Füllelement und in den Produktleitungen aufsteigenden Luftblasen verhindert. Zum Abfüllen von Produkten, die auch fester Bestandteile enthalten, beispielsweise zum Abfüllen von Fruchtsäften mit Fruchtfleisch und/oder Fruchtfasern (Pulpe) sind die bekannten für Freistrahlfüllen konzipierten Füllelemente (Freistrahl-Füllelemente) sowie auch die bekannten Freistrahlfüllverfahren nicht geeignet, da diese Produkte Spaltmaße oder Spaltbreiten für den Öffnungsspalt des geöffneten Füllelementes größer 3 mm erfordern, was bei bekannten Freistrahl-Füllelementen und - Füllsystemen zwangsläufig zum Eindringen von Luftblasen in den Flüssigkeitskanal und über die Produktkanäle bzw. -leitungen in den Füllgutkessel führen würde. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Freistrahl-Füllelement aufzuzeigen, welches bei geöffnetem Flüssigkeitsventil einen Öffnungsspalt mit einer Spaltbreite aufweist, die auch das Freistrahlfüllen von feste Bestandteile aufweisenden Produkten ermöglicht, und zwar ohne die Gefahr eines Eindringens von Umgebungsluft in den Flüssigkeitskanal des Füllelementes und damit ohne die Gefahr des Aufsteigens von Luftblasen in dem Flüssigkeitskanal des Füllelemente und in den Produktleitungen, und welches die damit verbundenen Nachteile vermeidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Verfahren sowie eine Füllmaschine sind Gegenstand der Patentansprüche 8 bzw. 12.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in überraschender Weise durch eine gegenüber den Öffnungszeiten bekannter Füllelemente wesentlich vergrößerte Öffnungszeit das Eindringen von Umgebungsluft in den Flüssigkeitskanal des Füllelementes und damit die Gefahr von aufsteigenden Luftblasen im Füllgut vermieden werden können.
Durch die relativ lange Öffnungszeit, die wenigstens 100 ms (Millisekunden) beträgt, bzw. durch die hieraus resultierende relativ langsame Öffnungsgeschwindigkeit wird u.a. eine übermäßige Beunruhigung des Füllgutes innerhalb des Flüssigkeitskanals des Füllelementes und damit ein Einschließen von Umgebungsluft im Füllgut vermieden. Weiterhin wird sichergestellt, dass die sich beim Öffnen des Flüssigkeitsventils einstellende Beschleunigung der im Füllelement und in zum Füllelement führenden Produktleitungen anstehenden Füllgutsäule hinreichend groß ist. Die Beschleunigung der anstehenden Füllgutsäule ist dann hinreichend groß, wenn der sich während des Öffnens des Flüssigkeitsventils für das flüssige Füllgut ergebende Strömungsquerschnitt - insbesondere auch im Bereich des beim Öffnen des Flüssigkeitsventils entstehenden Öffnungsspaltes mit der im Vergleich zum Öffnungsspalt bekannter Füllelemente vergrößerten Spaltbreite - sofort und vollständig mit dem Füllgut ausfüllt ist, und das Füllgut den Strömungsquerschnitt mit ausreichender Strömungsgeschwindigkeit durchströmt, sodass keine Chance für ein Eindringen von Umgebungsluft besteht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnungszeit des Flüssigkeitsventils größer als 100 ms aber kleiner als 1000 ms, bevorzugt liegt die Öffnungszeit im Bereich zwischen 400 ms und 600 ms. Die Spaltbreite des Öffnungsspaltes bei vollständig geöffnetem Flüssigkeitsventil ist größer als 4 mm, beispielsweise größer als 8 mm, aber kleiner als 20 mm und beträgt vorzugsweise 13 bis 16 mm. Das erfindungsgemäße Füllelement ist ohne Gassperre ausgeführt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Öffnen des Flüssigkeitsventils in der Weise, dass die Öffnungsgeschwindigkeit nicht konstant ist, sondern mit zunehmenden Öffnen erst ansteigt, und zwar angepasst an das Beschleunigungsverhalten der im Füllelement bzw. am Flüssigkeitsventil anstehenden Füllgutsäule, sodass stets ein voller, das Eindringen von Luftblasen sicher vermeidender Füllgutstrahl bei möglichst kurzen Füllzeiten erzielbar ist. Diese Anpassung der Öffnungsgeschwindigkeit ist beispielsweise durch eine entsprechende geometrische Ausbildung des Flüssigkeitsventils oder des Ventilkörpers des Flüssigkeitsventils und/oder desjenigen Abschnitts des Flüssigkeitskanals, der diesen Ventilkörper zumindest am Beginn des Öffnens des Flüssigkeitsventils aufnimmt, und/oder durch eine entsprechende Ausbildung und/oder Ansteuerung einer Betätigungseinrichtung für das Flüssigkeitsventil bzw. für dessen Ventilkörper erreichbar. 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. 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 und 2 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt ein Füllelement eines Füllsystems bzw. einer Füllmaschine zum Freistrahlfüllen von Behältern in Form von Flaschen mit einem auch feste Bestandteile enthaltenden flüssigen Füllgut bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (Figur 1 ) bzw. bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (Figur 2);
Fig. 3 in vergrößerter Teildarstellung das geöffnete Flüssigkeitsventil.
In den Figuren 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 11 (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 4mm, vorzugsweise mit einer Spaltbreite größer als 8mm, aber kleiner als 20mm, vorzugsweise mit einer Spaltenbreite zwischen 13mm 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.
Wie insbesondere in der Figur 3 im Detail dargestellt, ist der Ventilstößel 18 bei der dargestellten Ausführungsform so ausgeführt, dass er ausgehend von dem unteren freien Ende zunächst einen sich zu diesem Ende hin verjüngenden, vorzugsweise kegelförmigen Ventilkörperabschnitt 18.1 , daran anschließend einen Ventilkörperabschnitt 18.2, dessen beispielsweise kreiszylinderförmiger Außenquerschnitt gleich dem größten Außenquerschnitt des Ventilkörperabschnittes 18.1 ist, und an den Ventilkörperabschnitt 18.2 anschließend einen Ventilkörperabschnitt 18.3 aufweist, dessen Außendurchmesser nach oben hin zunimmt und der beispielsweise kegelstumpfförmigen ausgeführt ist. Sämtliche Ventilkörperabschnitte 18.1 - 18.3 sind achsgleich miteinander sowie achsgleich mit der Achse FA angeordnet.
An dem Ventilkörperabschnitt 18.3 nach oben anschließend ist 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 Ventilkörperabschnittes 18.3 ist, sodass am Ventilstößel 17 sowie auch am Ventilkörper 18 Flächenabschnitte und dabei der Abgabeöffnung 6 abgewandte Flächenabschnitte zumindest so weit vermieden sind, dass beim Öffnen des Flüssigkeitsventils 16 eine Beunruhigung des im Flüssigkeitskanal 8 vorhandenen Füllgutes und insbesondere auch eine „Saugwirkung" in Richtung von der Abgabeöffnung 6 in den Flüssigkeitskanal 8 vermieden sind.
Bei der dargestellten Ausführungsform bildet der Flüssigkeitskanal 8 so geformt, dass er einen oberen im wesentlichen kreiszylinderförmigen Kanalabschnitt 8.1 , in den auch der Produktleitungsabschnitt 9 mündet, daran bezogen auf die Füllelementachse FA axial nach unten anschließend einen ebenfalls im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Kanalabschnitt 8.2 mit einem gegenüber dem Kanalabschnitt 8.1 reduzierten Querschnitt, daran anschließend einen die Kegelfläche 19 aufweisenden, sich in Richtung zur Unterseite des Füllelementes 1 trichterartig verengenden Kanalabschnitt 8.3 und daran anschließend einen die Abgabeöffnung 6 aufweisenden einen kreiszylinderförmigen Querschnitt aufweisenden Kanalabschnitt 8.4. aufweist. Sämtliche Kanalabschnitte 8.1 - 8.4 sind achsgleich miteinander sowie achsgleich mit der Achse FA angeordnet. Im geschlossenen Zustand des Füllelementes 16 ist der Ventilkörperabschnitt 18.1 im Kanalabschnitt 8.4 und der Ventilkörperabschnitt 18.3 weitestgehend im Kanalabschnitt 18.3 aufgenommen. Beim ersten Öffnen des Flüssigkeitsventils 16 bewegen sich die Ventilkörperabschnitte 18.1 und 18.2 zunächst im Flüssigkeitskanalabschnitt 8.4. nach oben. Im vollständig geöffneten Zustand des Flüssigkeitsventils 16 ist der Ventilkörper 18 im Flüssigkeitskanalabschnitt 8.2 bei voller Spaltbreite des Öffnungsspaltes 21 aufgenommen. Um beim Öffnen des Flüssigkeitsventils 16 trotz der großen Spaltbreite des Öffnungsspaltes 21 ein Eindringen von Luftblasen in den Flüssigkeitskanal 8 zu vermeiden, ist die Betätigungseinrichtung 20 so ausgeführt, dass sie ein Öffnen des Flüssigkeitsventils mit stark reduzierter Öffnungsgeschwindigkeit bewirkt bzw. die Öffnungszeit dabei größer als 100 ms ist, beispielsweise im Bereich zwischen 100ms und 1000ms, bevorzugt im Bereich zwischen 400ms und 600ms liegt. Unterstützt wird die durch das relativ langsame Öffnen des Flüssigkeitsventils 16 erzielte Wirkung, nämlich die Vermeidung des Eindringens von Luftblasen in den Flüssigkeitskanal 8 trotz großer Spaltbreite des Spaltes 21 , auch dadurch, dass am Ventilstößel 17 und Ventilkörper 18 in der vorstehend beschriebenen Weise eine Beunruhigung des Füllgutes im Flüssigkeitskanal 8 und/oder eine Saugwirkung beim Öffnen des Flüssigkeitsventils 16 verursachende Flächenbereiche vermieden sind, sowie insbesondere auch dadurch, dass beim Öffnen des Flüssigkeitsventils 16 der Öffnungsspalt erst oder im Wesentlichen erst nach dem Austreten des Ventilkörperabschnittes 18.2 aus dem Flüssigkeitskanalabschnittes 8.4 gebildet wird und sich dann verzögert vergrößert, solange sich der Ventilkörperabschnittes 18.1 noch im Flüssigkeitskanalabschnittes 8.4 befindet. Mit zunehmender Dauer des Öffnungsvorganges wird also allein schon durch die Geometrie des Flüssigkeitsventils 16 dieses zunehmend und verzögert geöffnet, bis schließlich der maximale Öffnungsquerschnitt bzw. die maximale Spaltbreite des zwischen dem Ventilkörper 18 und der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 8 gebildeten Spaltes 21 erreicht ist. Die Öffnungsgeschwindigkeit des Füllelementes 16 ist dabei auf jeden Fall so gewählt, dass die beim Öffnen erzielte Beschleunigung der im Flüssigkeitskanal 8 anstehenden Füllgutsäule ausreichend ist, so dass der zusätzlichen Strömungs- oder Öffnungsquerschnitt, der sich durch das zunehmende Öffnen des Flüssigkeitsventils 16 ergibt, jeweils unmittelbar und vollständig mit dem Füllgut ausgefüllt wird und dieses den Öffnungsquerschnitt mit ausreichender, ein Eindringen von Luft vermeidender Strömungsgeschwindigkeit durchströmt. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Öffnungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsventils 16 durch entsprechende Ansteuerung und/oder Ausbildung der Betätigungseinrichtung 20 zu steuern, und zwar insbesondere wieder in der Weise, dass das Öffnen des Flüssigkeitsventils 16 an das Beschleunigungsverhalten der im Flüssigkeitskanal 8 anstehenden Füllgutsäule angepasst ist, so dass stets ein voller, das Eindringen von Luft oder Luftblasen sicher vermeidender Füllgutstrahl FS bei dennoch möglichst kurzen Füllzeiten erzielbar ist.
In den Figuren ist mit 23 ein für sämtliche Füllelemente 1 der Füllmaschine gemeinsamer Ringkanal am Rotor 3 und mit 24 eine Produktleitung bezeichnet, und zwar für einen Heißrundlauf zum Erhitzen des Füllgutes bzw. zum Halten des Füllgutes im heißen Zustand.
Die Erfindung wurde vorstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste
1 Füllelement
2 Flasche
2.1 Flaschenöffnung
3 Rotor
4 Flaschen- oder Behälterträger
5 Füllposition
6 Abgabeöffnung
7 Füllelementgehäuse
8 Flüssigkeitskanal im Füllelementgehäuse 7
9 Produktleitungsabschnitt
10 Produktleitung
11 Dosierventil
12 Kessel für erste Komponente
13 Dosierventil
14 Ringkanal oder Ringkessel für zweite Komponente
15 Durchflussmesser
16 Flüssigkeitsventil
17 Ventilstößel
18 Ventilkörper
18.1 - 18.3 Ventilkörperabschnitt
19 Kegelfläche
20 Betätigungselement für Ventilstößel 17 und Ventilkörper 18
21 Öffnungsspalt
22 balgartiges Element
23 Ringkanal für Heizumlauf
24 Leitung für Heizumlauf
FS Füllgutstrahl
FA Füllelementachse

Claims

Patentansprüche
1. Füllelement zum Freistrahlfüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit wenigstens einem in einem Füllelementgehäuse (7) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (8), in welchem in Strömungsrichtung des Füllgutes vor einer Abgabeöffnung (6) wenigstens ein durch eine Betätigungseinrichtung (20) betätigbares Flüssigkeitsventil (16) vorgesehen ist, und zwar zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes über die wenigstens eine Abgabeöffnung (6) in den jeweiligen, mit einer Behälteröffnung (2.1) mit Abstand unterhalb der Abgabeöffnung (6) angeordneten Behälter (2), wobei das wenigstens eine Flüssigkeitsventil (16) im geöffneten Zustand einen vom Füllgut durchströmbaren Ventil- oder Öffnungsspalt (21) frei gibt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spaltbreite des Öffnungsspaltes (21) bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (16) wenigstens 4 mm beträgt, und dass die Betätigungseinrichtung (20) für das wenigstens eine Flüssigkeitsventil (16) derart ausgebildet und/oder angesteuert ist, dass die Öffnungszeit des wenigstens einen Flüssigkeitsventils (16) größer als 100ms beträgt.
2. Füllelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite des Öffnungsspaltes größer als 8 mm, aber kleiner als 20 mm ist, vorzugsweise 13 mm bis 16 mm beträgt.
3. Füllelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Öffnungsspalt des wenigstens einen geöffneten Flüssigkeitsventils (16) eine Spaltbreite von wenigstens 4 mm, vorzugsweise eine Spaltbreite größer
8 mm und kleiner 20 mm, bevorzugt eine Spaltbreite im Bereich zwischen 13 und 16 mm aufweist.
4. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungszeit des wenigstens einen Füllelementes (16) größer 100 ms, aber kleiner als 1000 ms ist, vorzugsweise im Bereich zwischen 400 ms und 600 ms liegt.
5. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (18) mit wenigstens einem Ventilkörperabschnitt (18.1) ausgebildet ist, der am Beginn des Öffnens des Flüssigkeitsventils (16) sich in einem Abschnitt (8.4) des Flüssigkeitskanals (8) bewegt, dass die Geometrie des Ventilkörperabschnittes (18.1) und des Flüssigkeitskanalabschnittes (8.4) so gewählt sind, dass sich der zwischen dem Ventilkörperabschnitt (18.1) und der Innenfläche des Flüssigkeitskanalabschnittes (8.4) beim ersten Öffnen des Flüssigkeitsventils (16) bildende Öffnungsspalt (21) mit zunehmendem Öffnen des Flüssigkeitsventils (16) vergrößert, wobei hierfür der Flüssigkeitskanalabschnitt (8.4) einen sich in Richtung der Öffnungsbewegung des Ventilkörpers (18) vergrößernden Innenquerschnitt und/oder der Ventilkörperabschnitt (18.1) einen sich entgegen der Öffnungsbewegung des Ventilkörpers (18) verkleinernden Außenquerschnitt aufweisen.
6. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (18) an einem Ventilstößel (17) vorgesehen oder ausgebildet ist, und dass der Ventilstößel (17) oder ein diesen umschließendes Element (22), beispielsweise ein balgartiges Element (22) einen Außendurchmesser aufweist, der gleich oder etwa gleich dem maximalen Außendurchmesser des Ventilkörpers (18) ist.
7. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (8) in seinem gesamten Bereich ohne ein als Gassperre wirkendes Element ausgeführt ist.
8. Verfahren zum Freistrahlfüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, unter Verwendung wenigstens eines Füllelementes (1) mit wenigstens einem in einem Füllelementgehäuse (7) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (8), in welchem in Strömungsrichtung des Füllgutes vor einer Abgabeöffnung (6) wenigstens ein Flüssigkeitsventil (16) vorgesehen ist, und zwar zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes über die wenigstens eine Abgabeöffnung (6) in den jeweiligen, mit einer Behälteröffnung (2.1) mit Abstand unterhalb der Abgabeöffnung (6) angeordneten Behälter (2), wobei das wenigstens eine Flüssigkeitsventil (16) im geöffneten Zustand einen vom Füllgut durchströmbaren Ventil- oder Öffnungsspalt (21) frei gibt, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungsspalt (21) mit einer Spaltbreite von wenigstens 4 mm geöffnet wird, und dass das Öffnen des wenigstens einen Flüssigkeitsventils (16) mit einer Öffnungszeit größer als 100 ms erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungsspalt (21) mit einer Spaltbreite größer als 8 mm, aber kleiner als 20 mm, vorzugsweise mit einer Spaltbreite von 13 mm bis 16 mm geöffnet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Öffnungsspalt mit einer Spaltbreite von wenigstens 4 mm, vorzugsweise mit einer Spaltbreite größer 8 mm und kleiner 20 mm, bevorzugt mit einer Spaltbreite im Bereich zwischen 13 und 16 mm geöffnet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das Öffnen des wenigstens einen Flüssigkeitsventils (16) mit einer Öffnungszeit größer 100 ms, aber kleiner als 1000 ms, vorzugsweise mit einer Öffnungszeit zwischen 400 ms und 600 ms erfolgt.
12. Füllsystem oder Füllmaschine, insbesondere Füllmaschine umlaufender Bauart mit einer Vielzahl von Füllelementen, beispielsweise aus einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente entsprechend den Ansprüchen 1 - 7 ausgebildet sind.
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