EP3016902B1 - Füllelement sowie füllmaschine - Google Patents

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EP3016902B1
EP3016902B1 EP14736701.5A EP14736701A EP3016902B1 EP 3016902 B1 EP3016902 B1 EP 3016902B1 EP 14736701 A EP14736701 A EP 14736701A EP 3016902 B1 EP3016902 B1 EP 3016902B1
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EP
European Patent Office
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filling
section
valve
liquid
closure diaphragm
Prior art date
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Active
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EP14736701.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3016902A1 (de
Inventor
Bernd Bruch
Andreas Fahldieck
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KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
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Publication of EP3016902A1 publication Critical patent/EP3016902A1/de
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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
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B67C3/002—Cleaning of filling devices using cups or dummies to be placed under the filling heads
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    • B67C3/281—Profiled valve bodies for smoothing the flow at the outlet of the filling nozzle
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    • B67C3/22—Details
    • B67C2003/228—Aseptic features

Definitions

  • the invention relates to a filling element according to the preamble of claim 1 and to a filling system or a filling machine according to the preamble of claim 14.
  • Containers with a liquid filling material are known in different designs, such as a filling element according to the preamble of claim 1 of the WO 2011/067794 A1 .
  • the discharge of the filling material to the container controlling liquid valves are basically formed by a arranged in the liquid channel of the filling element valve element in the form of a valve body which is movable for opening and closing by an actuator, for example via a valve lifter and in the closed state of the Liquid valve abuts against a valve seat formed in the liquid passage and is spaced from the valve seat in the open state of the liquid valve.
  • the object of the invention is to show an element which is characterized by a comparison with known filling elements simplified construction, in particular also with regard to the liquid valve.
  • a filling element according to the patent claim 1 is formed.
  • a filling machine is the subject of patent claim 14.
  • valve element controlled to open and close the liquid valve is not a valve body, but a closing membrane made of an elastic material, for example of an elastic plastic, for example of PTFE, and preferably a hollow body or funnel-shaped is open at both ends closing membrane, which is arranged on the Golfelementgetude so that it forms the continuation of a formed in a Guelementgephaseuse liquid channel with an open liquid valve, with a narrowing in the flow direction cross-section.
  • Container are in the context of the invention in particular cans, bottles, tubes, pouches, each made of metal, glass and / or plastic, but also other packaging, especially those which are suitable for filling of liquid products.
  • 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 jet, the container with its container mouth or opening being spaced from the filling element or from a filling product outlet or a filling agent discharge opening located there is.
  • a filling element is part of a filling machine and is used for free jet filling of containers 2, which are exemplified as bottles, with a liquid product.
  • the filling element 1 is provided together with a plurality of similar filling elements on the circumference of a vertical machine axis MA rotatably driven rotor 3 of the filling machine, on which a common for all filling elements 1, central product container, for example, a common ring vessel 4 is arranged over the liquid filling material is provided for filling in the container 2.
  • the ring bowl 4 is at least partially filled with the liquid filling material.
  • Each filling element 1 is associated with a container carrier 5, which forms a filling position 6 together with the filling element 1 and on which in the illustrated embodiment, the container 2 with a provided below the container opening flange (neck ring) are suspended.
  • the filling element 1 includes, inter alia, a Greelementgephinuse 7, in which a liquid channel 8 is formed for the contents, which is connected at its upper end via a product channel 9 with the ring bowl 4.
  • a flow meter 10 is provided, for example, designed as a magneto-inductive flowmeter (MID) is.
  • MID magneto-inductive flowmeter
  • the liquid valve 11 has a controlled valve or closing element in the form of a closing membrane 14, the funnel-like formed of a product-compatible elastic material, for example an elastomeric plastic, for example PTFE, and which cooperates with a coaxial with the Greetachse FA in the interior of the liquid passage 8 stationarily arranged and flow around the liquid medium rod-shaped valve body 15 cooperates.
  • a controlled valve or closing element in the form of a closing membrane 14
  • the funnel-like formed of a product-compatible elastic material for example an elastomeric plastic, for example PTFE
  • This rod-shaped valve body 15 which is connected in the region of its upper end by a laterally projecting projection 15.1 with the Greelementgetude 7 and held in the liquid channel 8, is formed at the top and at the bottom of each tapered.
  • the lower, conically tapered end forms with its lateral surface a cooperating with the closing membrane 14 valve surface 15.2, against which the closing membrane 14 rests with closed liquid valve 11 with an inner surface.
  • a hollow piston is generally referred to, which serves as an actuating element for the closing diaphragm 14 and a cap or cup-like piston body 17 has.
  • This surrounds the Golfelementgephaseuse 7 and the Greelementachse FA concentric with an annular piston body portion 17.1.
  • Below the lower end of Medelementgephaseuses 7 of the piston body portion 17.1 passes into a bottom portion 17.2, which is provided in the region of the Greelementachse FA with an opening which corresponds to the Browntabgabeö réelle 12.
  • the piston body portion 17. 1 With the piston body portion 17. 1, the piston body 17 is displaceably guided in the direction of the filler element axis FA on the filler element housing 7.
  • each controlled with a pressure medium eg compressed air
  • a pressure medium eg compressed air
  • the funnel-like and open at both ends closing membrane 14 has an upper opening with a larger diameter and an opening edge 14.1, then a section 14.2 with an opening cross-section, which increases with increasing axial distance from the opening edge 14.1 narrows, then a section 14.3 with a constant or substantially constant opening cross-section and then a lower opening with a reduced diameter and with an opening edge 14.4.
  • the axial length of the section 14.2 is greater than the axial length of the section 14.3. That in the closing membrane 14, the axial length of the portion 14.2 is greater than the axial length of the portion 14.3. is not mandatory.
  • the closing membrane 14 With the opening edge 14.1, the closing membrane 14 is tightly clamped on Medelementgephaseuse 7, so that it is arranged with its axis coaxially with the Greelementachse FA and in the open state of the liquid valve 11 forms the continuation of the liquid passage 8. With the section 14.3, the closing membrane 14 is passed through the opening in the bottom section 17.2 and attached to the side facing away from the Greelementgeophuse 7 underside of the bottom portion 17.2 with its opening edge 14.4 in a suitable manner. When the liquid valve 11 is open, the closing membrane 14 forms with its lower opening the Gretabgabeö réelle 12th
  • the opening of the liquid valve 11 is effected by applying the upper control chamber 18, which is also formed between an upper shoulder on the outer surface of the Greelementgeophuses 7 and an inner annular ridge of the piston body 17.
  • the piston body 17 is moved in the Artelementachse FA down and while the closing membrane 14 for opening the liquid valve 11 is moved away from the valve surface 15.2.
  • the closing of the liquid valve 11 takes place by acting on the lower control chamber 19, which is formed between a lower collar and the inner annular web of the piston body 17, with the pressure medium.
  • the piston body 17 is moved upward in the filling element axis FA and thereby the closing diaphragm 14 is pressed against the valve surface 15.2 with elastic deformation with the inner surface of its section 14.2.
  • control of the control chambers 18 and 19 via a not shown process control of the filling elements 1 having filling machine in response to the measurement signals of the flow meter 10th
  • the Fig. 5 shows the filling element 1 in a CIP cleaning and / or disinfection mode.
  • a flushing plate 20 is arranged under each filling element 1 of the filling system, in which a flushing channel 21 opening at the top of this plate at 21.1 is formed.
  • the lower opening edge 14. 4 of the closing membrane 14 is sealed when the liquid valve 11 is open, so that an outwardly closed flow path, for example from the ring bowl 4, is provided for the respective CIP cleaning and / or disinfecting medium through the filling element 1 into the channel 21 results.
  • the Fig. 6 shows in a representation similar Fig. 1 as a further embodiment, a filling system with a filling element 1a, which differs from the filling element 1 essentially only in that instead of the funnel-shaped closing membrane 14 a likewise funnel-like shaped closing membrane 14a is provided, which in turn consists of the elastic material, from the closing membrane 14 differs in that it has a section 14.3 whose axial length is greater than the corresponding length of the section 14.3 of the closing membrane 14 (FIG. FIG. 3 ). Furthermore, in the case of the closing diaphragm 14a, the axial length of the section 14.3 is greater than the axial length of the section 14.2.
  • the section 14.3 is surrounded by a rigid support tube 22, for example made of plastic.
  • the support tube 22 is supported with its lower edge to the top of the bottom portion 17.2 and deforms to close the liquid valve 11, the portion 14.2 of the closing membrane 14a so that it rests sealingly against the valve surface 15.2 the liquid channel 8.
  • the enclosed by the support tube 22 section 14.3 of the closing membrane 14a serves as a beam rectifier or as a beam shaping element for the Medgutstrahl 13th
  • the Fig. 8 shows as a further embodiment, a filling system with a filling element 1b, which differs from the filling element 1a in that at the Golfgutabgabeö réelle 12 is formed by a sieve-like insert gas barrier 23, at the lower opening of the closing membrane 14a. With the gas barrier 23 a dripping of contents after closing the liquid valve 11 is prevented from the enclosed by the support tube 22 interior of the closing membrane 14a.
  • the filling element 1b differs from the filling element 1a in that between the rotor 3 and the annular piston body portion 17.1 a bellows seal 24 as a hygiene protection against ingress of foreign substances (eg also Greetresten) and / or germs in the space between the piston body 17 and the Outer surface of the Greelementgephinuses 7 is provided.
  • foreign substances eg also Cordresten
  • the Fig. 9 shows as a further embodiment, a filling system with a filling element 1c. That in the Fig. 9 shown filling system is used for aseptic filling of products in the container 2.
  • a sterile room 25 is formed below the rotor 3, in which the container 2 are arranged during filling. Within this sterile room 25, only the container carrier 5 are essentially provided.
  • the filling elements 1c and all other elements provided on the rotor 3 are located above the upper side of the rotor 3 or outside the sterile room 25.
  • the filling element 1c differs from the filling element 1 essentially in that a closing membrane 14c is provided instead of the closing membrane 14a that does not have the lower opening edge 14.4 and also the support tube 22.
  • the closing membrane 14c is passed through the opening of the bottom portion 17.2 and held in this bottom portion so that the portion 14.3 projects beyond the bottom of the bottom portion 17.2. At least when the liquid valve 11 is open, the section 14.3 with its lower end forming the dispensing opening 12 extends through an opening 26 in the rotor 3 into the sterile room 25. When opening and closing the liquid valve 11, the closing membrane 14c, and in particular also the section 14.3, is axially moved in the filling element axis FA.
  • a seal 27 is provided, which is fastened on the one hand to the rotor 3 and on the other hand to the section 14.3 is and has sufficient elasticity to follow the movement of the section 14.3 when opening and closing the liquid valve 11 can.
  • the seal 27 is also funnel-like or conical and formed with its upper, the larger cross-section edge with the top of the rotor 3 and with a local, the opening 26 enclosing edge region and with its lower edge with the section 14.3 in connected to the vicinity of the Medgutabgabeö réelle 12.
  • the seal 27, together with the closing membrane 14c can also be designed in one piece as a multiple membrane.
  • the actuating element for opening and closing the respective liquid valve 11 is a hollow piston 16.
  • the actuating element for opening and closing the liquid valves 11 also differently designed actuators can be used.
  • a filling system with a filling element 1d which differs from the filling element 1 essentially only in that as an actuating device for the liquid valve 11 not the coaxial with the Greelementachse FA arranged hollow piston 16, but a relative to the Greelementachse FA radially offset Actuator 28, for example in the form of a pneumatically actuated actuator is used.
  • the actuator 28 which is shown only very schematically in this figure, acts via a connecting element 29 on the funnel-like closing diaphragm 14, in the same manner as described above for the hollow piston 16.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Füllsystem oder eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 14.
  • Füllelemente und Füllmaschinen zum Füllen von Flaschen oder dgl. Behälter mit einem flüssigen Füllgut sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt, so wie ein Füllelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus der WO 2011/067794 A1 . Bei sonstigen bekannten Füllelementen sind die die Abgabe des Füllgutes an die Behälter steuernden Flüssigkeitsventile grundsätzlich von einem im Flüssigkeitskanal des Füllelementes angeordneten Ventilelement in Form eines Ventilkörpers gebildet, der zum Öffnen und Schließen durch eine Betätigungseinrichtung, z.B. über einen Ventilstößel bewegbar ist und im geschlossenen Zustand des Flüssigkeitsventils gegen einen im Flüssigkeitskanal gebildeten Ventilsitz anliegt und im geöffneten Zustand des Flüssigkeitsventils vom Ventilsitz beabstandet ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Element aufzuzeigen, welches sich durch eine gegenüber bekannten Füllelementen vereinfachte Konstruktion, insbesondere auch hinsichtlich des Flüssigkeitsventils auszeichnet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 14.
  • Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Füllelementes besteht darin, dass das zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils gesteuert bewegte Ventilelement kein Ventilkörper, sondern eine Schließmembrane aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise aus einem elastischen Kunststoff, z.B. aus PTFE ist, und dabei bevorzugt eine hohlkörper- oder trichterartig geformte beidendig offene Schließmembrane ist, die am Füllelementgehäuse so angeordnet ist, dass sie bei geöffnetem Flüssigkeitsventil die Fortsetzung eines in einem Füllelementgehäuse ausgebildeten Flüssigkeitskanals bildet, und zwar mit einem sich in Strömungsrichtung verengendem Querschnitt.
  • "Behälter" sind im Sinne der Erfindung insbesondere Dosen, Flaschen, Tuben, Pouches, jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, aber auch andere Packmittel, insbesondere auch solche die zum Abfüllen von flüssigen Produkten geeignet sind.
  • Unter Freistrahlfüllen ist im Sinne der Erfindung ein Verfahren zu verstehen, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter in einem freien Füllstrahl zuströmt, wobei der Behälter mit seiner Behältermündung oder -Öffnung von dem Füllelement bzw. von einem dortigen Füllgutauslass oder einer dortigen Füllgutabgabeöffnung beabstandet ist.
  • Der Ausdruck "im Wesentlichen" bzw. "etwa" bzw. "ca." bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom 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.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt ein Füllelement eines Füllsystems oder einer Füllmaschine zum Freistrahlfüllen von Behältern in Form von Flaschen, bei geöffnetem Flüssigkeitsventil;
    • Fig. 2 eine Darstellung wie Fig. 1, jedoch bei geschlossenem Flüssigkeitsventil;
    • Fig. 3 in Einzeldarstellung eine Schließmembrane zusammen mit einem eine Ventilfläche oder einen Ventilsitz für diese Membrane bildenden Ventilkörper;
    • Fig. 4 einen Schnitt entsprechend der Linie I - I der Fig. 1;
    • Fig. 5 das Füllelement der Fig. 1 - 3 in einem Cip-Reinigungsmodus;
    • Fig. 5-10 Darstellungen ähnlich Fig. 1 bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
  • Das in den Fig. 1 bis 4 mit 1 bezeichnete Füllelement ist Bestandteil einer Füllmaschine und dient zum Freistrahlfüllen von Behältern 2, die beispielhaft als Flaschen dargestellt sind, mit einem flüssigen Füllgut. Das Füllelement 1 ist zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotors 3 der Füllmaschine vorgesehen, auf dem auch ein für sämtliche Füllelemente 1 gemeinsamer, zentraler Produktbehälter, beispielsweise ein gemeinsamer Ringkessel 4 angeordnet ist, über den das flüssige Füllgut zum Abfüllen in die Behälter 2 bereitgestellt wird. Während des Füllprozesses ist der Ringkessel 4 mit dem flüssigen Füllgut zumindest teilgefüllt.
  • Jedem Füllelement 1 ist ein Behälterträger 5 zugeordnet, der zusammen mit dem Füllelement 1 eine Füllposition 6 bildet und an dem bei der dargestellten Ausführungsform die Behälter 2 mit einem unterhalb der Behälteröffnung vorgesehenen Flansch (Neckring) hängend gehalten sind.
  • Das Füllelement 1 umfasst u.a. ein Füllelementgehäuse 7, in welchem ein Flüssigkeitskanal 8 für das Füllgut ausgebildet ist, der an seinem oberen Ende über einen Produktkanal 9 mit dem Ringkessel 4 verbunden ist. In dem Produktkanal 9, der bei der dargestellten Ausführungsform mit seiner Achse achsgleich mit einer vertikalen Füllelementachse FA orientiert ist und am Boden des Ringkessels 4 in den Innenraum dieses Kessels mündet, ist ein Durchflussmesser 10 vorgesehen, der beispielsweise als magnetisch induktiver Durchflussmesser (MID) ausgebildet ist. An der Unterseite des Füllelementgehäuses 7 ist ein Flüssigkeitsventil 11 vorgesehen, welches im geöffneten Zustand (Figur 1) eine Abgabe des Füllgutes an einer unteren Füllgutabgabeöffnung 12 freigibt, über die während einer jeden Füllphase das flüssige Füllgut in einem freien Strahl 13 durch die oben liegenden Behälteröffnungen in den Innenraum der Behälter 2 strömt. Im geschlossenen Zustand des Flüssigkeitsventils 11 (Figur 2) ist die Füllgutabgabe über die Füllgutabgabeöffnung 12 gesperrt. Hierfür weist das Flüssigkeitsventil 11 ein gesteuertes Ventil- oder Verschließelement in Form einer Schließmembrane 14 auf, die trichterartig ausgebildet aus einem produktverträglichen elastischen Material, beispielsweise aus einem elastomeren Kunststoff, z.B. PTFE besteht, und die mit einem achsgleich mit der Füllelementachse FA im Inneren des Flüssigkeitskanals 8 stationär angeordneten und von dem flüssigen Füllgut umströmbaren stabförmigen Ventilkörper 15 zusammenwirkt. Dieser stabförmige Ventilkörper 15, der im Bereich seines oberen Endes durch einen seitlich wegstehenden Ansatz 15.1 mit dem Füllelementgehäuse 7 verbunden und im Flüssigkeitskanal 8 gehalten ist, ist am oberen und am unteren Ende jeweils sich verjüngend ausgebildet. Das untere, sich kegelförmig verjüngende Ende bildet mit seiner Mantelfläche eine mit der Schließmembrane 14 zusammenwirkende Ventilfläche 15.2, gegen die die Schließmembrane 14 bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 11 mit einer Innenfläche anliegt.
  • Mit 16 ist allgemein ein Hohlkolben bezeichnet, der als Betätigungselement für die Schließmembrane 14 dient und einen kappen- oder napfartigen Kolbenkörper 17 aufweist. Dieser umschließt mit einem ringförmigen Kolbenkörperabschnitt 17.1 das Füllelementgehäuse 7 und die Füllelementachse FA konzentrisch. Unterhalb des unteren Endes des Füllelementgehäuses 7 geht der Kolbenkörperabschnitt 17.1 in einen Bodenabschnitt 17.2 über, der im Bereich der Füllelementachse FA mit einer Öffnung versehen ist, die der Füllgutabgabeöffnung 12 entspricht. Mit dem Kolbenkörperabschnitt 17.1 ist der Kolbenkörper 17 in Richtung der Füllelementachse FA am Füllelementgehäuse 7 verschiebbar geführt.
  • Zwischen der Außenfläche des Füllelementgehäuses 7 und der Innenfläche des Kolbenkörperabschnitts 17.1 sind in Richtung der Füllelementachse FA gegeneinander versetzt zwei über Dichtungen gegeneinander und auch nach außen hin abgedichtete Steuerkammern 18 und 19 gebildet, die jeweils gesteuert mit einem Druckmedium (z.B. Druckluft) beaufschlagbar sind, so dass der Hohlkolben 16 bzw. dessen Kolbenkörper 17 zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 11 in der Füllelementachse FA gesteuert auf- und ab bewegbar ist.
  • Wie insbesondere auch die Figur 3 zeigt, bildet die trichterartige und beidendig offene Schließmembrane 14 eine obere Öffnung mit einem größeren Durchmesser und einem Öffnungsrand 14.1, daran anschließend einen Abschnitt 14.2 mit einem Öffnungsquerschnitt, der sich mit zunehmendem axialen Abstand vom Öffnungsrand 14.1 verengt, daran anschließend einen Abschnitt 14.3 mit einem gleichbleibenden oder im Wesentlichen gleichbleibenden Öffnungsquerschnitt und daran anschließend eine untere Öffnung mit reduziertem Durchmesser und mit einem Öffnungsrand 14.4. Weiterhin ist bei der Schließmembrane 14 die axiale Länge des Abschnitts 14.2 größer als die axiale Länge des Abschnitts 14.3. Das bei der Schließmembrane 14 die axiale Länge des Abschnitts 14.2 größer ist als die axiale Länge des Abschnitts 14.3. ist jedoch nicht zwingend.
  • Mit dem Öffnungsrand 14.1 ist die Schließmembrane 14 am Füllelementgehäuse 7 dicht eingespannt, so dass sie mit ihrer Achse achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet ist und im geöffneten Zustand des Flüssigkeitsventils 11 die Fortsetzung des Flüssigkeitskanals 8 bildet. Mit dem Abschnitt 14.3 ist die Schließmembrane 14 durch die Öffnung im Bodenabschnitt 17.2 hindurchgeführt und an der dem Füllelementgehäuse 7 abgewandten Unterseite des Bodenabschnitts 17.2 mit ihrem Öffnungsrand 14.4 in geeigneter Weise befestigt. Bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 11 bildet die Schließmembrane 14 mit ihrer unteren Öffnung die Füllgutabgabeöffnung 12.
  • Das Öffnen des Flüssigkeitsventils 11 erfolgt durch Beaufschlagen der oberen Steuerkammer 18, die auch zwischen einem oberen Absatz an der Außenfläche des Füllelementgehäuses 7 und einem innen liegenden ringförmigen Steg des Kolbenkörpers 17 gebildet ist. Hierbei wird der Kolbenkörper 17 in der Füllelementachse FA nach unten bewegt und dabei die Schließmembrane 14 zum Öffnen des Flüssigkeitsventils 11 von der Ventilfläche 15.2 wegbewegt.
  • Das Schließen des Flüssigkeitsventils 11 erfolgt durch Beaufschlagung der unteren Steuerkammer 19, die zwischen einem unteren Bund und dem innen liegenden ringförmigen Steg des Kolbenkörpers 17 gebildet ist, mit dem Druckmedium. Hierbei wird der Kolbenkörper 17 in der Füllelementachse FA nach oben bewegt und dabei die Schließmembrane 14 unter elastischer Verformung mit der Innenfläche ihres Abschnitts 14.2 gegen die Ventilfläche 15.2 angepresst.
  • Die Steuerung der Steuerkammern 18 und 19 erfolgt über eine nicht dargestellte Prozesssteuerung der die Füllelemente 1 aufweisenden Füllmaschine in Abhängigkeit von dem Messsignalen des Durchflussmessers 10.
  • Die Fig. 5 zeigt das Füllelement 1 in einem CIP-Reinigungs- und/oder Desinfektionsmodus. Hierfür ist unter jedem Füllelement 1 des Füllsystems eine Spülplatte 20 angeordnet, in welcher ein an der Oberseite dieser Platte bei 21.1 mündender Spülkanal 21 ausgebildet ist. Gegen den Rand der Mündung 21.1 des Kanals 21 liegt bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 11 der untere Öffnungsrand 14.4 der Schließmembrane 14 abgedichtet an, so dass sich für das jeweilige CIP-Reinigungs- und/oder -Desinfektionsmedium ein nach außen hin geschlossener Strömungsweg z.B. aus dem Ringkessel 4 durch das Füllelement 1 in den Kanal 21 ergibt.
  • Die Fig. 6 zeigt in einer Darstellung ähnlich Fig. 1 als weitere Ausführungsform ein Füllsystem mit einem Füllelement 1a, welches sich von dem Füllelement 1 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass anstelle der trichterartig geformten Schließmembrane 14 eine ebenfalls trichterartig geformte Schließmembrane 14a vorgesehen ist, die wiederum aus dem elastischen Material besteht, sich von der Schließmembrane 14 aber dadurch unterscheidet, dass sie einen Abschnitt 14.3 aufweist, dessen axiale Länge größer ist als die entsprechende Länge des Abschnittes 14.3 der Schließmembrane 14 (Figur 3). Weiterhin ist bei der Schließmembrane 14a die axiale Länge des Abschnitts 14.3 größer als die axiale Länge des Abschnitts 14.2. Der Abschnitt 14.3 ist von einem starren Stützrohr 22, beispielsweise aus Kunststoff umgeben. Das Stützrohr 22 stützt sich mit seinem unteren Rand an die Oberseite des Bodenabschnittes 17.2 ab und verformt zum Schließen des Flüssigkeitsventils 11 den Abschnitt 14.2 der Schließmembrane 14a so, dass dieser gegen die Ventilfläche 15.2 den Flüssigkeitskanal 8 verschließend anliegt. Der von dem Stützrohr 22 umschlossene Abschnitt 14.3 der Schließmembrane 14a dient als Strahl-Gleichrichter oder als Strahlformelement für den Füllgutstrahl 13.
  • Die Fig. 8 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllsystem mit einem Füllelement 1b, welches sich von dem Füllelement 1a dadurch unterscheidet, dass an der Füllgutabgabeöffnung 12 eine von einem siebartigen Einsatz gebildete Gassperre 23 vorgesehen ist, und zwar an der unteren Öffnung der Schließmembrane 14a. Mit der Gassperre 23 wird ein Nachtropfen von Füllgut nach dem Schließen des Flüssigkeitsventils 11 aus dem vom Stützrohr 22 umschlossenen Innenraum der Schließmembrane 14a verhindert. Weiterhin unterscheidet sich das Füllelement 1b vom Füllelement 1a dadurch, dass zwischen dem Rotor 3 und dem ringförmigen Kolbenkörperabschnitt 17.1 eine Faltenbalgdichtung 24 als Hygieneschutz gegen ein Eindringen von Fremdstoffen (z.B. auch Füllgutresten) und/oder von Keimen in den Zwischenraum zwischen dem Kolbenkörper 17 und der Außenfläche des Füllelementgehäuses 7 vorgesehen ist.
  • Die Fig. 9 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllsystem mit einem Füllelement 1c. Das in der Fig. 9 dargestellte Füllsystem dient zum aseptischen Abfüllen von Produkten in die Behälter 2. Hierfür ist unterhalb des Rotors 3 ein Sterilraum 25 gebildet, in welchem die Behälter 2 während des Füllens angeordnet sind. Innerhalb dieses Sterilraumes 25 sind im Wesentlichen nur die Behälterträger 5 vorgesehen. Die Füllelemente 1c sowie alle übrigen, am Rotor 3 vorgesehenen Elemente befinden sich oberhalb der Oberseite des Rotors 3 bzw. außerhalb des Sterilraums 25. Das Füllelement 1c unterscheidet sich von dem Füllelement 1 im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der Schließmembrane 14a eine Schließmembrane 14c vorgesehen ist, die den unteren Öffnungsrand 14.4 sowie auch das Stützrohr 22 nicht aufweist. Mit dem Abschnitt 14.3 ist die Schließmembrane 14c durch die Öffnung des Bodenabschnittes 17.2 hindurchgeführt und in diesem Bodenabschnitt so gehalten, dass der Abschnitt 14.3 über die Unterseite des Bodenabschnittes 17.2 vorsteht. Zumindest bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 11 reicht der Abschnitt 14.3 mit seinem unteren, die Abgabeöffnung 12 bildenden Ende durch eine Öffnung 26 im Rotor 3 in den Sterilraum 25 hinein. Beim Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 11 wird die Schließmembrane 14c und dabei insbesondere auch der Abschnitt 14.3 in der Füllelementachse FA axial bewegt. Zur Abdichtung der Öffnung 26 in dem den Abschnitt 14.3 umgebenden Bereich ist eine Dichtung 27 vorgesehen, die einerseits am Rotor 3 und andererseits am Abschnitt 14.3 befestigt ist und eine ausreichende Elastizität aufweist, um der Bewegung des Abschnittes 14.3 beim Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 11 folgen zu können.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Dichtung 27 ebenfalls trichterartig oder kegelförmig ausgebildet und mit ihrem oberen, den größeren Querschnitt aufweisenden Rand mit der Oberseite des Rotors 3 bzw. mit einem dortigen, die Öffnung 26 umschließenden Randbereich und mit ihrem unteren Rand mit dem Abschnitt 14.3 in der Nähe der Füllgutabgabeöffnung 12 verbunden. Grundsätzlich kann die Dichtung 27 zusammen mit der Schließmembrane 14c auch einstückig als Mehrfachmembrane ausgeführt sein.
  • Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass das Betätigungselement zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Flüssigkeitsventils 11 ein Hohlkolben 16 ist. Selbstverständlich können zum Öffnen und Schließen der Flüssigkeitsventile 11 auch andersartig ausgebildete Betätigungseinrichtungen Verwendung finden.
  • Die Fig. 10 zeigt schließlich als weitere Ausführungsform ein Füllsystem mit einem Füllelement 1d, welches sich von dem Füllelement 1 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass als Betätigungseinrichtung für das Flüssigkeitsventil 11 nicht der achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnete Hohlkolben 16, sondern eine gegenüber der Füllelementachse FA radial versetzte Betätigungseinrichtung 28, beispielsweise in Form einer pneumatisch betätigten Betätigungseinrichtung verwendet ist. Die Betätigungseinrichtung 28, die in dieser Figur nur sehr schematisch dargestellt ist, wirkt über ein Verbindungselement 29 auf die trichterartige Schließmembrane 14 ein, und zwar in gleicher Weise, wie dies vorstehend für den Hohlkolben 16 beschrieben wurde.
  • Allen beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass das das Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 11 bewirkende Ventilelement in besonders einfacher Form von einer Schließmembrane aus einem elastischen Material gebildet ist, und zwar bei den dargestellten Ausführungsformen von der trichterartig geformten Schließmembrane 14, 14a - 14c, die jeweils rotationssymmetrisch zur Füllelementachse FA und vorzugsweise auch so ausgebildet sind, dass sie durch Eigenelastizität ihren dem geöffneten Flüssigkeitsventil 11 entsprechenden Zustand einnimmt.
  • Wesentliche Vorteile des Füllelementes 1, 1a - 1d bestehen u.a. hinsichtlich des Flüssigkeitsventils 11
    in einem sehr vereinfachten Aufbau, auch unter Vermeidung eines kegelförmigen, durch eine Betätigungseinrichtung bewegten Ventilkörpers,
    in einer Reduzierung der benötigten Bauteile,
    in einer wartungsfreien oder zumindest wartungsarmen Konstruktion,
    in reduzierten Herstellungskosten,
    in der Vermeidung von Flächen, an denen sich Füllgutreste mit der Gefahr einer Verkeimung anlagern könnten,
    in der Vermeidung von großen Massen, die beim Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils bewegt werden müssten, insbesondere auch in der Vermeidung eines Ventilkegels und eines Ventilstößels, sowie
    in einer vereinfachten und verbesserten Reinigung und/oder Desinfektion, insbesondere sämtlicher mit dem Füllgut in Berührung kommender Flächen des Füllelementes 1, wie Innenflächen der Produktleitung 9, des Flüssigkeitskanals 8 und des Flüssigkeitsventils 11.
  • Weiterhin sind bei der für den Füllgutfluss optimalen Anordnung des jeweiligen Füllelementes 1 unmittelbar unterhalb des Füllgutkessels 4 und unter Ausbildung eines ausschließlich vertikalen oder im Wesentlichen vertikalen Strömungsweges für das Füllgut im Messbereich des Durchflussmessers 10 bewegliche und/oder starre Elemente vermieden, die die Funktionsweise des Durchflussmessers 10 beeinträchtigen könnten.
  • Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 1, 1a - 1d
    Füllelement
    2
    Behälter
    3
    Rotor
    4
    Ringkessel
    5
    Behälterträger
    6
    Füllposition
    7
    Füllelementgehäuse
    8
    Flüssigkeitskanal
    9
    Produktleitung
    10
    Durchflussmesser
    11
    Flüssigkeitsventil
    12
    Füllgutabgabeöffnung
    13
    Füllgutstrahl
    14, 14a -14c
    Schließmembrane
    14.1, 14.4
    Öffnungsrand der Schließmembrane
    14.2 - 14.3
    Abschnitt der Schließmembrane
    15
    Ventilkörper
    15.1
    Ansatz des Ventilkörpers
    15.2
    Ventilfläche oder Ventilsitz
    16
    Hohlkolben
    17
    Kolbenkörper
    17.1
    ringförmiger Abschnitt
    17.2
    Bodenabschnitt
    18, 19
    Steuerkammer
    20
    Spülplatte
    21
    Spülkanal
    21.1
    Öffnung
    22
    Stützrohr
    23
    Gassperre
    24
    Balgdichtung
    25
    Sterilraum
    26
    Öffnung
    27
    Dichtung
    28
    Betätigungseinrichtung
    29
    Verbindungselement
    FA
    Füllelementachse
    MA
    vertikale Maschinenachse

Claims (16)

  1. Füllelement zum Füllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit einem in einem Füllelementgehäuse (7) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (8), dem das flüssige Füllgut über einen Produktkanal (9) zugeführt wird, mit einem Flüssigkeitsventil (11) zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes an den jeweils zu befüllenden Behälter (2) an wenigstens einer Füllgutabgabeöffnung (12) aus dem Flüssigkeitskanal (8), wobei das Flüssigkeitsventil (11) wenigstens ein Ventilelement aufweist, welches durch eine Betätigungseinrichtung (16, 28) zumindest zwischen einem die Abgabe des Füllgutes sperrenden Zustand, in dem das Ventilelement gegen eine im Flüssigkeitskanal (8) gebildete Ventilfläche (15.2) anliegt, und einem das Flüssigkeitsventil (11) öffnenden Zustand bewegbar ist, in welchem das steuerbare Ventilelement von der Ventilfläche (15.2) beabstandet ist, wobei das steuerbare Ventilelement eine Schließmembrane (14, 14a, 14c) aus einem elastischen Material ist, wobei die Schließmembrane (14, 14a - 14c) als beidendig offener und als in Bezug auf eine Schließmembranachse rotationssymmetrischer Hohlkörper ausgebildet ist, wobei die Ventilfläche (15.2) von der Fläche eines im Flüssigkeitskanal (8) angeordneten Ventilkörpers (15) gebildet ist, wobei der Ventilkörper (15) stabförmig ausgebildet ist und die Ventilfläche (15.2) aufweist, gegen die die Schließmembrane (14, 14a - 14c) bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (11) mit einer Innenfläche durch die Betätigungseinrichtung (16, 28) angepresst anliegt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schließmembrane (14,14a - 14c) trichterartig ausgebildet und so angeordnet ist, dass sie bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (11) die Fortsetzung des Flüssigkeitskanals (8) bildet, die sich in Richtung zur Füllgutabgabeöffnung (12) zumindest auf einem ersten Abschnitt 14.2 der Schließmembrane (14,14a - 14c) trichterartig verengt, und dass der Ventilkörper (15) mit wenigstens einem sich verjüngenden Ende ausgebildet ist und an diesem die Ventilfläche (15.2) aufweist.
  2. Füllelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließmembrane (14, 14a - 14c) wenigstens einen ersten Abschnitt (14.2), dessen Querschnitt in Richtung einer Schließmembranachse abnimmt, daran anschließend wenigstens einen zweiten Abschnitt (14.3) mit einem reduzierten Querschnitt, vorzugsweise mit einem gleichbleibenden oder im Wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt aufweist.
  3. Füllelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die trichterartig geformte Schließmembrane (14, 14a - 14c) mit ihrer Achse achsgleich mit einer Füllelementachse (FA) angeordnet ist.
  4. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (15) mit seiner Ventilfläche (15.2) in das Innere der Schließmembrane (14, 14a - 14b) hineinreicht, beispielsweise in den sich trichterartig verengenden Abschnitt (14.2) der Schließmembrane (14, 14a - 14c).
  5. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließmembrane (14, 14a - 14c) an einer Öffnung mit reduziertem Querschnitt die Abgabeöffnung bildet.
  6. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die trichterartige Schließmembrane an den Flüssigkeitskanal (8) anschließend eine Öffnung mit größerem Querschnitt und dem Flüssigkeitskanal (8) entfernt liegend eine Öffnung mit reduziertem Querschnitt aufweist.
  7. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließmembrane (14, 14a, 14b) an einem Abschnitt, vorzugsweise an dem zweiten Abschnitt (14.3) mit einem Betätigungselement (17.2, 29) der Betätigungseinrichtung (16, 28) verbunden ist.
  8. Füllelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließmembrane (14, 14a - 14c) im Bereich ihres die Füllgutabgabeöffnung bildenden offenen Endes mit dem Betätigungselement (17.2, 29) verbunden ist.
  9. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließmembrane (14a) bei trichterartiger Ausbildung mit dem zweiten Abschnitt (14.3) einen Strahl-Gleichrichter bildet.
  10. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Füllgutabgabeöffnung (12) eine Gassperre (23) vorgesehen ist.
  11. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung von einem Hohlkolben (16) gebildet ist, der mit einem ringförmigen Kolbenkörperabschnitt (17.1) in Richtung der Füllelementachse (FA) axial verschiebbar am Füllelementgehäuse (7) geführt ist und an einem Bodenabschnitt (17.2) eine Öffnung aufweist, die die trichterartige Schließmembrane (14, 14a - 14c) mit einem Abschnitt, vorzugsweise mit dem zweiten Abschnitt (14.3) hineinreicht und in der die trichterartige Schließmembrane (14, 14a - 14c) gehalten ist.
  12. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung gegenüber der Füllelementachse (FA) radial versetzt vorgesehen ist und über das Betätigungselement (29) auf die Schließmembrane (14) einwirkt.
  13. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Freistrahlfüllen von Behältern (2) ausgebildet ist.
  14. Füllmaschine zum Füllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit einem um eine vertikale Maschinenachse (MA) umlaufend antreibbaren Rotor (3) an dem eine Vielzahl von Füllelementen vorgesehen sind, die zusammen mit jeweils einem Behälterträger (5) Füllpositionen bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente (1, 1a - 1d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.
  15. Füllmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente (1, 1a - 1d) über eine Produktleitung (9) jeweils mit einem für sämtliche Füllelemente (1, 1a - 1d) gemeinsamen Füllgutkessel (4) am Rotor (3) verbunden sind, und dass die Achse der Füllgutleitung (9) parallel oder achsgleich mit der Füllelementachse (FA) des jeweiligen Füllelementes angeordnet ist und in der Produktleitung ein Durchflussmesser (10), vorzugsweise ein magnetisch induktiver Durchflussmesser vorgesehen ist.
  16. Füllmaschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung der Füllmaschine mit einem Sterilraum (25) unterhalb des Rotors (3) die Füllelemente (1c) außerhalb des Sterilraumes oberhalb des Rotors (3) angeordnet sind und lediglich die trichterartigen Schließmembranen mit ihren die Füllgutabgabeöffnung (12) bildenden Enden durch Öffnungen (26) in den Sterilraum (25) hineinreichen, und dass der von den Schließmembranen (14c) nicht eingenommene Teil der Öffnungen (26) jeweils durch eine Dichtung (27) abgedichtet ist.
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