EP3019437B1 - Füllsystem - Google Patents

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Publication number
EP3019437B1
EP3019437B1 EP14734465.9A EP14734465A EP3019437B1 EP 3019437 B1 EP3019437 B1 EP 3019437B1 EP 14734465 A EP14734465 A EP 14734465A EP 3019437 B1 EP3019437 B1 EP 3019437B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
filling
gas
liquid
tappet
Prior art date
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Active
Application number
EP14734465.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3019437A1 (de
Inventor
Dieter-Rudolf Krulitsch
Andreas Fahldieck
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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Filing date
Publication date
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
Priority to SI201430182A priority Critical patent/SI3019437T1/sl
Publication of EP3019437A1 publication Critical patent/EP3019437A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3019437B1 publication Critical patent/EP3019437B1/de
Active legal-status Critical Current
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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
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • 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
    • B67C3/262—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 the liquid rises to a level at which it closes a vent opening
    • 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
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    • B67C3/22—Details
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B67C2003/2602—Details of vent-tubes

Definitions

  • the invention relates to a filling system according to the preamble of claim 1, and as from the generic FR 1 100 155 A known.
  • Another one-chamber filling system is from the EP 0 953 542 B1 known.
  • a disadvantage of this known filling system is that, in principle, it is suitable only for pressure filling of the container arranged in the sealing position on the respective filling element of the filling system.
  • the function of this known filling system requires that the liquid valves of the filling elements are held in the closed state mainly by the pressure inside the Gregutkessels, namely until opening a gas valve in a gas duct, on the one hand in the interior of the sealing in the filler container located on the other hand and in the gas space inside the Gregutkessels opens, a pressure equalization takes place and thereby opens the respective liquid valve.
  • a filling under reduced pressure is not or only partially possible with the known filling system, namely u.a. because of the unavoidable frictional forces acting on opening and closing, in particular on the valve body and / or on the valve tappet.
  • Another disadvantage of the known filling system is that closing springs, but also guiding and / or fastening elements of the filling elements in the product space, i. located in the interior of the product and therefore represent a hygiene risk.
  • the object of the invention is to show a filling system which avoids the aforementioned disadvantages and in particular is suitable both for a pressure filling and for a pressureless filling of containers.
  • a filling system is designed according to the independent claim.
  • a special feature of the filling system according to the invention is that the control of both the liquid valve and the gas valve provided in the gas passage by a common, pneumatically actuated Actuator takes place.
  • This is designed for a two-stage control stroke, in such a way that in a first operating state of the actuating element both the liquid valve and the gas valve are closed, in a second operating state of the actuating element by a first partial stroke while the liquid valve is still closed, the gas valve is open and in a third operating state of the actuating element by a, a further stroke forming second partial stroke while the gas valve is still open and the liquid valve is opened.
  • the second sub-stroke is preferably delayed in the first partial stroke, so that after the first partial stroke sufficient time for biasing the respective container from the gas space of the product via the gas channel connecting the gas chamber with the container interior is available ,
  • the actuating element has a parallel to a vertical Standelementachse or coaxially arranged with this axis ram, which is moved axially in the sub-strokes and an adapter to a valve body of the gas valve and a gas channel at least over a partial length forming and coaxially with the Greelementachse arranged valve plunger of the liquid valve acts.
  • the adapter forms a first control surface, which already comes into abutment against a control section of the valve body of the gas valve at the beginning of the first partial stroke and moves it axially to open the gas valve, preferably moving it axially upwards.
  • the adapter further has a second control surface which comes against a control portion of the valve stem of the liquid valve only at the end of the first partial stroke or in the second partial stroke to the plant and moves the valve stem, preferably moved axially upwards.
  • a third control surface is provided on the adapter, which rests in the first state of the actuating element against the control portion of the valve stem of the liquid valve and holds the liquid valve in the closed position via this plunger.
  • pressure filling is to be understood as meaning, in particular, a filling process in which the container to be filled rests in sealing position against the filling element and before the actual filling phase (opening of the liquid valve) via the gas channel with a pressurized clamping gas (eg inert gas or CO2 gas) is biased from the gas space of the product container, which is then displaced during filling of the product flowing to the container contents increasingly as return gas from the container interior
  • a pressurized clamping gas eg inert gas or CO2 gas
  • container In sealing position with the filling element befindaji container means in the context of the invention that the respective container in the manner known to those skilled with its container mouth tightly pressed against the filling element or to a local seal.
  • Container are in the context of the invention in particular cans and bottles, each made of metal, glass and / or plastic.
  • 1 is designed as a ring vessel Playlist a single-chamber filling system or a single-chamber filling machine rotating design for filling containers 2, which are shown as bottles, with a liquid product.
  • the Gregutkessel 1 is part of a rotatable about a vertical axis of the machine rotor.
  • the product container 1 is partially filled with the contents so that a lower liquid space 1.1 occupied by the product is formed in the interior of the product container 1 and above that a gas space 1.2 which is filled, for example, with an inert gas, e.g. CO2 gas or nitrogen or sterile air is filled.
  • an inert gas e.g. CO2 gas or nitrogen or sterile air
  • filling positions 3 are formed, each having a filling element 4 and a container carrier, not shown in the figures, on which the container 2 with its bottom and with which the container 2 are arranged pressed during filling with their container opening via a ring seal 5 of a centering tulip 6 in sealing position on the filling element 4.
  • Each filling element 4 comprises a flat plate-like filling element housing 7, in which u.a. a liquid channel 8 is formed, which is connected via an opening 9 in the bottom of the Gregutkessels1 with the local liquid space 1.1 and at the bottom of the Greelementgephinuses 7 an enclosed by the ring seal 5 Golfgutabgabeö réelle 10, via which the filling material during filling the respective container. 2 accrues.
  • a liquid valve 11 controlling the delivery of the liquid contents to the respective container 2 is provided.
  • This consists essentially of a valve body 12 which abuts against a formed in the liquid passage 8 valve seat with closed liquid valve 11 and which is provided on a tubular and coaxial with a vertical Greelementachse FA valve tappet 13.
  • the valve body 12 is moved up and down in the filler element axis FA in the manner described in more detail below.
  • a gas channel 14 is formed, which continues in a gas pipe 15 which extends at sealing in the filling element 4 arranged container 2 through the container opening into the headspace of the container 2 and there forms the lower opening of the gas channel 14 at its lower end ,
  • the gas channel 14 opens at its upper end in the gas space 1.2.
  • a gas valve 16 is provided, which is formed by a partially in an upper part length of the gas channel 14 and arranged coaxially with the Greelementachse FA needle-shaped valve body 17 which is raised to open the gas valve 16 relative to the valve stem 13 and to close the gas valve 16 is lowered relative to the valve stem 13, so that a valve surface of the valve body 17 rests against a valve seat formed in the gas channel 14 and thereby the gas valve 16 blocks.
  • the needle-like valve body 17 has a cross-section which is selected such that the gas channel 14 continues to surround this valve body 17 as far as the upper, open end of the valve tappet 13.
  • a pneumatic actuator 18 is provided at the top of the Greete FA arranged plunger 19 and an adapter 20 acts both on the upper end of the valve body 17 and on a local control section 17.1, as well as on the upper end of the valve stem 13 and on a local control section 13.1.
  • the actuating element 18 is controlled by non-illustrated electro-pneumatic control valves for a controlled, two-stage axial movement of the plunger 19 and thus of the adapter 20 formed in the Greelementachse FA and consists of two control chambers forming pneumatic lifting elements, which in the illustrated embodiment as a piston Cylinder assemblies 18.1 and 18.2 are formed.
  • the piston 21 of the piston-cylinder assembly 18.1 is provided directly on the plunger 19, that is, the latter forms the piston rod of this piston-cylinder assembly 18.1.
  • the piston 22 of the upper piston-cylinder assembly 18.2 is provided on a piston rod 23, which is also arranged coaxially with the Greelementachse FA.
  • a plunger 19 surrounding the opening spring 24 is provided, which is received in a chamber of the piston-cylinder assembly 18.1 outside the Gregutkessels 1 and via the adapter 20 causes the opening of the liquid valve 11 and the gas valve 16.
  • a bellows seal 25 seals the passage region of the plunger 19 through the top of the product vessel 1.
  • FIG. 1 shows the filling element 4 and the actuating element 18 in a first operating state, ie in a state in which both the liquid valve 11 and the gas valve 16 are closed and the control chamber 21.1 is acted upon by the control pressure, the closing force exceeding the spring force of the opening spring 24 generated in particular for the liquid valve 11.
  • container 2 is first lifted with the piston-cylinder assembly 18.1 with relieved control chamber 21.1 of the adapter 20 by the action of the opening spring 24 so far that with the adapter 20 of the valve body 17 moves upward and thereby the gas valve 16 is opened.
  • a biasing of the container interior with the inert gas under pressure in the gas space 1.2 at a pressure filling of the container 2 and / or a Pressure equalization between the pressure in the container interior and in the gas space 1.2 done.
  • This first sub-stroke H1 of the actuating element 18 caused by the opening spring 24 is limited by the fact that the upper end of the plunger 19 comes to bear against the piston rod 23 of the piston-cylinder arrangement 18.2.
  • the control chamber 22.1 above the piston 22 with a control pressure (compressed air) is applied.
  • the FIG. 2 shows the filling element 4 and the actuating element 18 in this second operating state in which the liquid valve 11 is still closed and the gas valve 16 is opened.
  • the adapter 20 is designed such that it already acts on the control section 17.1 of the valve body 17 or abuts on the control section 17.1 during the first partial stroke H1 with a first control surface 20.1, while a second control surface 20.2 of the adapter 20 only during the further stroke or second partial stroke H2 engages with the control section 13.1 of the valve tappet 13 and moves this valve tappet 13 with it.
  • the control portion 13.1 plate or flange formed and the adapter engages behind the valve stem 13 at its upper end below this control section 13.1.
  • the arrangement is such that within the first partial stroke H1 the control surface 20.2 moves along the valve tappet 13 upwards without coming into contact with the control section 13.1 and taking it with it.
  • both the liquid valve 11 and the gas valve 13 are closed by the actuating element 18 or by lowering of the adapter 20, by acting on the control chamber 21.1 with the control pressure.
  • the gas valve 16 is thereby closed by the fact that the valve body 17 moves axially downward by gravity.
  • the liquid valve 11 is closed by the fact that the adapter 20 with a third control surface 20.3 comes to rest against the top of the control section 13.1 and the control pressure in the control chamber 21.1 presses the valve body 12 against its valve seat.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1, und wie aus der gattungsgemäßen FR 1 100 155 A bekannt.
  • Ein weiteres Einkammer-Füllsystem ist aus der EP 0 953 542 B1 bekannt. Ein Nachteil dieses bekannten Füllsystems besteht darin, dass es grundsätzlich nur für ein Druckfüllen der in Dichtlage am jeweiligen Füllelement des Füllsystems angeordneten Behälter geeignet ist. Die Funktion dieses bekannten Füllsystems setzt voraus, dass die Flüssigkeitsventile der Füllelemente hauptsächlich durch den Druck im Inneren des Füllgutkessels im geschlossenem Zustand gehalten werden, und zwar solange, bis durch Öffnen eines Gasventils in einem Gaskanal, der einerseits in den Innenraum des in Dichtlage am Füllelement befindlichen Behälter und andererseits in den Gasraum im Inneren des Füllgutkessels mündet, ein Druckausgleich erfolgt und sich dadurch das jeweilige Flüssigkeitsventil öffnet.
  • Auch ein Abfüllen unter reduziertem Druck ist mit dem bekannten Füllsystem nicht oder aber nur bedingt möglich, und zwar u.a. wegen der unvermeidbaren Reibungskräfte, die beim Öffnen und Schließen insbesondere am Ventilkörper und/oder an dessen Ventilstößel wirken. Ein weiterer Nachteil des bekannten Füllsystems besteht darin, dass sich Schließfedern, aber auch Führungs- und/oder Befestigungselemente der Füllelemente im Produktraum, d.h. im Füllgutkesselinnenraum befinden und daher ein Hygienerisiko darstellen.
  • Die WO 2014/183827 A1 ist eine Zwischenveröffentlichung, die ein Füllsystem mit zwei aneinander angeordnete pneumatische Betätigungseinrichtungen offenbart. Obwohl diese Patentanmeldung erst am 20.11.2014 veröffentlicht wurde, beansprucht sie die Priorität vom 14.05.2013 und gilt deshalb lediglich als Stand der Technik nach Art. 54(3) EPÜ.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllsystem aufzuzeigen, welches die vorgenannten Nachteile vermeidet und insbesondere sowohl für ein Druckfüllen als auch für ein druckloses Füllen von Behältern geeignet ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllsystem entsprechend dem unabhängigen Patentanspruch ausgebildet.
  • Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Füllsystems besteht darin, dass die Steuerung sowohl des Flüssigkeitsventils als auch des im Gaskanal vorgesehenen Gasventils durch ein gemeinsames, pneumatisch betätigtes Betätigungselement erfolgt. Dieses ist für einen zweistufigen Steuerhub ausgebildet, und zwar derart, dass in einem ersten Betriebszustand des Betätigungselementes sowohl das Flüssigkeitsventil als auch das Gasventil geschlossen sind, in einem zweiten Betriebszustand des Betätigungselementes durch einen ersten Teilhub bei weiterhin geschlossenem Flüssigkeitsventil das Gasventil geöffnet ist und in einem dritten Betriebszustand des Betätigungselementes durch einen, einen Weiterhub bildenden zweiten Teilhub bei weiterhin geöffneten Gasventil auch das Flüssigkeitsventil geöffnet ist.
  • Dient das erfindungsgemäße Füllsystem zum Druckfüllen von Behältern, so erfolgt der zweite Teilhub vorzugsweise zeitversetzt zum ersten Teilhub, sodass nach dem ersten Teilhub ausreichend Zeit für ein Vorspannen des jeweiligen Behälters aus dem Gasraum des Füllgutkessels über den diesen Gasraum mit dem Behälterinnenraum verbindenden Gaskanal zur Verfügung steht.
  • Erfindungsgemäß weist das Betätigungselement einen parallel zu einer vertikalen Füllelementachse oder achsgleich mit dieser Achse angeordneten Stößel auf, der axial in den Teilhüben bewegt wird und über einen Adapter auf einen Ventilkörper des Gasventils sowie auf einen den Gaskanal zumindest über eine Teillänge bildenden und achsgleich mit der Füllelementachse angeordneten Ventilstößel des Flüssigkeitsventils einwirkt. Der Adapter bildet hierfür eine erste Steuerfläche, die bereits am Beginn des ersten Teilhubes gegen einen Steuerabschnitt des Ventilkörpers des Gasventils zur Anlage kommt und diesen zum Öffnen des Gasventils axial mitbewegt, bevorzugt axial nach oben bewegt. Der Adapter besitzt weiterhin eine zweite Steuerfläche, die gegen einen Steuerabschnitt des Ventilstößels des Flüssigkeitsventils erst am Ende des ersten Teilhubes oder im zweiten Teilhub zur Anlage kommt und den Ventilstößel mitbewegt, vorzugsweise axial nach oben bewegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist am Adapter eine dritte Steuerfläche vorgesehen, die im ersten Zustand des Betätigungselementes gegen den Steuerabschnitt des Ventilstößels des Flüssigkeitsventils anliegt und über diesen Stößel das Flüssigkeitsventil in der Schließstellung hält.
  • Unter "Druckfüllen" ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein Füllverfahren zu verstehen, bei dem der jeweils zu füllende Behälter in Dichtlage gegen das Füllelement anliegt und vor der eigentlichen Füllphase (Öffnen des Flüssigkeitsventils) über den Gaskanal mit einem unter Druck stehenden Spanngas (z.B. Inertgas bzw. CO2-Gas) aus dem Gasraum des Füllgutkessels vorgespannt wird, welches dann während des Füllens von dem dem Behälter zufließenden Füllgut zunehmend als Rückgas aus den Behälterinnenraum verdrängt wird Unter "druckloses Füllen" ist im Sinne der Erfindung allgemein ein Füllverfahren zu verstehen, bei dem der zu füllende Behälter mit seiner Behältermündung ebenfalls in Dichtlage gegen das jeweilige Füllelement anliegt - was aber nicht zwingend ist - und der Behälterinnenraum vor der eigentlichen Füllphase mit dem Gasraum des Füllgutkessels über den Gaskanal verbunden wird, über den dann das während des Füllens das von dem dem Behälter zufließenden Füllgut zunehmend verdrängte Gas als Rückgas in den Gasraum des Füllgutkessel zurück geführt wird, wobei der Druck im Gasraum des Füllgutkessels in etwa gleich dem Atmosphärendruck ist.
  • In Dichtlage mit dem Füllelement befindlicher Behälter bedeutet im Sinne der Erfindung, dass der jeweilige Behälter in der dem Fachmann bekannten Weise mit seiner Behältermündung dicht an das Füllelement bzw. an eine dortige Dichtung angepresst anliegt.
  • "Behälter" sind im Sinne der Erfindung insbesondere Dosen und Flaschen, jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff.
  • 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 einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, es zeigen:
    • Figuren 1 - 3 jeweils in vereinfachter Darstellung und im Vertikalschnitt ein Füllelement eines Füllsystems oder einer Füllmaschine gemäß der Erfindung;
    • Fig. 4 in vergrößerter Einzeldarstellung und im Schnitt ein Betätigungselement des Füllelementes der Figuren 1 - 3;
    • Fig. 5 in vergrößerter Darstellung und im Schnitt einen Adapter oder Steueradapter des Füllelements der Figuren 1 - 3;
    • Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Füllelementes der Figuren 1 - 3 im Bereich des Flüssigkeitsventils und der Füllgutabgabeöffnung.
  • In den Figuren ist 1 ein als Ringkessel ausgebildeter Füllgutkessel eines Einkammer-Füllsystems bzw. einer Einkammer-Füllmaschine umlaufender Bauart zum Füllen von Behältern 2, die als Flaschen dargestellt sind, mit einem flüssigen Füllgut. Der Füllgutkessel 1 ist Bestandteil eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors. Während des Füllbetriebes ist der Füllgutkessel 1 mit dem Füllgut niveaugesteuert teilgefüllt, sodass sich im Innenraum des Füllgutkessels 1 ein unterer, vom Füllgut eingenommener Flüssigkeitsraum 1.1 und darüber ein Gasraum 1.2 ausbilden, der beispielsweise mit einem Inertgas, z.B. CO2-Gas oder Stickstoff oder steriler Luft gefüllt ist.
  • An der Unterseite des Füllgutkessels 1 sind in gleichmäßigen Winkelabständen um die vertikale Maschinenachse versetzt, Füllpositionen 3 gebildet, die jeweils ein Füllelement 4 sowie einen in den Figuren nicht dargestellten Behälterträger aufweisen, auf dem die Behälter 2 mit ihrem Boden aufstehen und mit dem die Behälter 2 während des Füllens mit ihrer Behälteröffnung über eine Ringdichtung 5 einer Zentriertulpe 6 in Dichtlage am Füllelement 4 angepresst angeordnet sind.
  • Jedes Füllelement 4 umfasst ein flaches plattenartiges Füllelementgehäuse 7, in welchem u.a. ein Flüssigkeitskanal 8 ausgebildet ist, der über eine Öffnung 9 im Boden des Füllgutkessels1 mit dem dortigen Flüssigkeitsraum 1.1 in Verbindung steht und an der Unterseite des Füllelementgehäuses 7 eine von der Ringdichtung 5 umschlossene Füllgutabgabeöffnung 10 bildet, über die das Füllgut beim Füllen dem jeweiligen Behälter 2 zufließt. Innerhalb des Flüssigkeitskanals 8 ist ein die Abgabe des flüssigen Füllgutes an den jeweiligen Behälter 2 steuerndes Flüssigkeitsventil 11 vorgesehen. Dieses besteht im Wesentlichen aus einem Ventilkörper 12, der bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 11 gegen einen im Flüssigkeitskanal 8 ausgebildeten Ventilsitz anliegt und der an einem rohrförmigen und achsgleich mit einer vertikalen Füllelementachse FA angeordneten Ventilstößel 13 vorgesehen ist. Zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils wird der Ventilkörper 12 in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise in der Füllelementachse FA auf und ab bewegt.
  • Im Ventilstößel 13 ist ein Gaskanal 14 ausgebildet, der sich in einem Gasrohr 15 fortsetzt, das bei in Dichtlage am Befüllelement 4 angeordnetem Behälter 2 durch die Behälteröffnung in den Kopfraum des Behälters 2 hineinreicht und dort an seinem unteren Ende die untere Öffnung des Gaskanals 14 bildet. Der Gaskanal 14 mündet an seinem oberen Ende in den Gasraum 1.2. Im Gaskanal 14 ist ein Gasventil 16 vorgesehen, welches von einem in einer oberen Teillänge des Gaskanals 14 teilweise aufgenommenen und achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordneten nadelförmigen Ventilkörper 17 gebildet ist, der zum Öffnen des Gasventils 16 relativ zum Ventilstößel 13 angehoben und zum Schließen des Gasventils 16 relativ zum Ventilstößel 13 abgesenkt wird, sodass eine Ventilfläche des Ventilkörpers 17 gegen einen im Gaskanal 14 gebildeten Ventilsitz anliegt und dadurch das Gasventil 16 sperrt. Der nadelartige Ventilkörper 17 besitzt einen Querschnitt, der so gewählt ist, dass sich der Gaskanal 14 diesen Ventilkörper 17 umschließend bis an das obere, offene Ende des Ventilstößels 13 fortsetzt.
  • Zum Steuern des Flüssigkeitsventils 11 sowie auch zum Steuern des Gasventils 16 ist an der Oberseite des Füllgutkessels 11 und außerhalb dieses Kessels ein pneumatisches Betätigungselement 18 vorgesehen, das über einen achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordneten Stößel 19 und einen Adapter 20 sowohl auf das obere Ende des Ventilkörpers 17 bzw. auf einen dortigen Steuerabschnitt 17.1, als auch auf das obere Ende des Ventilstößels 13 bzw. auf einen dortigen Steuerabschnitt 13.1 einwirkt. Das Betätigungselement 18 ist gesteuert durch nicht dargestellte elektro-pneumatische Steuerventile für eine gesteuerte, zweistufige axiale Bewegung des Stößels 19 und damit des Adapters 20 in der Füllelementachse FA ausgebildet und besteht hierfür aus zwei Steuerkammern bildende pneumatischen Hubelementen, die bei der dargestellten Ausführungsform als Kolben-Zylinder-Anordnungen 18.1 und 18.2 ausgebildet sind. Der Kolben 21 der Kolben-Zylinderanordnung 18.1 ist direkt am Stößel 19 vorgesehen, d.h. Letzterer bildet die Kolbenstange dieser Kolben-Zylinder-Anordnung 18.1. Der Kolben 22 der oberen Kolben-Zylinder-Anordnung 18.2 ist an einer Kolbenstange 23 vorgesehen, die ebenfalls achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet ist. Weiterhin ist eine den Stößel 19 umschließende Öffnungsfeder 24 vorgesehen, die in einer Kammer der Kolben-Zylinderanordnung 18.1 außerhalb des Füllgutkessels 1 aufgenommen ist und über den Adapter 20 das Öffnen des Flüssigkeitsventil 11 sowie des Gasventils 16 bewirkt. Eine Faltenbalgdichtung 25 dichtet den Durchtrittsbereich des Stößels 19 durch die Oberseite des Füllgutkessels 1 ab.
  • Die Figur 1 zeigt das Füllelement 4 und das Betätigungselement 18 in einem ersten Betriebszustand, d.h. in einem Zustand, in dem sowohl das Flüssigkeitsventil 11 als auch das Gasventil 16 geschlossen sind und die Steuerkammer 21.1 mit dem Steuerdruck beaufschlagt ist, der eine die Federkraft der Öffnungsfeder 24 übersteigende Schließkraft insbesondere für das Flüssigkeitsventil 11 erzeugt.
  • Zum Füllen des jeweiligen in Dichtlage am Füllelement 4 angeordneten Behälters 2 wird zunächst mit der Kolben-Zylinder-Anordnung 18.1 bei entlasteter Steuerkammer 21.1 der Adapter 20 durch die Wirkung der Öffnungsfeder 24 soweit angehoben, dass mit dem Adapter 20 der Ventilkörper 17 nach oben mitbewegt und dadurch das Gasventil 16 geöffnet wird. Hierdurch kann beispielsweise über den Gaskanal 14 ein Vorspannen des Behälterinnenraumes mit dem im Gasraum 1.2 unter Druck stehenden Inertgas bei einem Druckfüllen der Behälter 2 und/oder aber ein Druckausgleich zwischen dem Druck im Behälterinnenraum und im Gasraum 1.2 erfolgen.
  • Dieser erste durch die Öffnungsfeder 24 bewirkte Teilhub H1 des Betätigungselementes 18 ist dadurch begrenzt, dass das obere Ende des Stößels 19 gegen die Kolbenstange 23 der Kolben-Zylinder-Anordnung 18.2 zur Anlage kommt. Hierfür ist der Steuerraum 22.1 oberhalb des Kolbens 22 mit einem Steuerdruck (Druckluft) beaufschlagt. Die Figur 2 zeigt das Füllelement 4 und das Betätigungselement 18 in diesem zweiten Betriebszustand, in dem das Flüssigkeitsventil 11 weiterhin geschlossen und das Gasventil 16 geöffnet ist.
  • Im Anschluss daran erfolgt in einem Weiterhub H2 des Betätigungselementes 18 auch das Anheben des Ventilstößels 13 durch die Öffnungsfeder 24 und damit das Öffnen des Flüssigkeitsventils 11, und zwar durch Federkraft bei entlüfteten oder drucklosen Steuerkammern 21.1 und 22.1.
  • Mehr im Detail ist der Adapter 20 ist so ausgebildet, dass er bereits beim ersten Teilhub H1 mit einer ersten Steuerfläche 20.1 auf den Steuerabschnitt 17.1 des Ventilkörpers 17 einwirkt bzw. an dem Steuerabschnitt 17.1 anliegt, während eine zweite Steuerfläche 20.2 des Adapters 20 erst beim Weiterhub oder zweiten Teilhub H2 mit dem Steuerabschnitt 13.1 des Ventilstößels 13 in Eingriff kommt und diesen Ventilstößels 13 mitbewegt. Hierfür ist bei der dargestellten Ausführungsform der Steuerabschnitt 13.1 teller- oder flanschartigen ausgebildet und der Adapter hintergreift den Ventilstößel 13 an seinem oberen Ende unterhalb dieses Steuerabschnitts 13.1. Weiterhin ist die Anordnung so getroffen, dass sich innerhalb des ersten Teilhubes H1 die Steuerfläche 20.2 entlang des Ventilstößels 13 nach oben bewegt, ohne gegen den Steuerabschnitt 13.1 zur Anlage zu kommen und diesen mitzunehmen.
  • Beim Füllen wird das aus dem Innenraum des Behälters durch das zufließende Füllgut verdrängte Gas über den geöffneten Gaskanal 14 in den Gasraum 1.2 geleitet. Das in den Kopfraum des Behälters 2 hineinreichende Gasrohr 15, welches das untere, offene Ende des Gaskanals 14 bildet, dient dabei als die Füllhöhe bestimmendes Element, d.h. das Zufließen des Füllgutes aus dem Flüssigkeitsraum 2.1 wird bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 11 dann selbsttätig beendet, wenn der aufsteigende Füllgutspiegel das untere Ende des Gasrohres 15 berührt und das Füllgut im Gasrohr 15 so weit hoch gestiegen ist, dass unter Berücksichtigung der Oberflächenspannung der Gassperre ein Druckausgleich mit dem Gasraum im oberen Bereich des Füllgutkessels hergestellt ist.
  • Anschließend erfolgt ein Schließen sowohl des Flüssigkeitsventils 11 als auch des Gasventils 13 durch das Betätigungselement 18 bzw. durch Absenken des Adapters 20, und zwar durch Beaufschlagung der Steuerkammer 21.1 mit dem Steuerdruck. Das Gasventil 16 wird hierbei dadurch geschlossen, dass der Ventilkörper 17 sich durch Schwerkraft axial nach unten bewegt. Das Flüssigkeitsventil 11 wird dadurch geschlossen, dass der Adapter 20 mit einer dritten Steuerfläche 20.3 gegen die Oberseite des Steuerabschnitts 13.1 zur Anlage kommt und der Steuerdruck in der Steuerkammer 21.1 den Ventilkörper 12 gegen seinen Ventilsitz andrückt.
  • Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Erfindungsumfang zu verlassen. So können anstelle der Kolben-Zylinder-Anordnungen 18.1 und 18.2 auch andere pneumatische Hubelemente verwendet sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Füllgutbehälter oder Ringkessel
    1.1
    Flüssigkeitsraum
    1.2
    Gasraum
    2
    Flasche
    3
    Füllposition
    4
    Füllelement
    5
    Ringdichtung
    6
    Zentriertulpe
    7
    Füllelementgehäuse
    8
    Flüssigkeitskanal
    9
    Öffnung
    10
    Füllgutabgabeöffnung
    11
    Flüssigkeitsventil
    12
    Ventilkörper
    13
    Ventilstößel
    13.1
    oberer, flanschartiger Abschnitt des Stößels 13
    14
    Gaskanal
    15
    Gasrohr
    16
    Gasventil
    17
    nadelartiger Ventilkörper
    18
    Betätigungselement
    18.1, 18.2
    Kolben-Zylinder-Anordnung
    20
    Adapter
    20.1 - 20.3
    Steuerfläche
    20.1, 20.2
    Steuerfläche oder -abschnitt des Adapters 20
    21, 22
    Kolben
    21.1, 22.1, 22.2
    Steuerkammer
    23
    Kolbenstange
    24
    Öffnungsfeder
    25
    Faltenbalgdichtung
    FA
    vertikale Füllelementachse
    H1, H2
    Teilhub

Claims (8)

  1. Füllsystem, insbesondere Einkammer-Füllsystem, zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit einem Füllgutkessel (1), in welchem während des Füllens ein unterer, vom Füllgut eingenommener Flüssigkeitsraum (1.1) und darüber ein Gasraum (1.2) gebildet sind, mit wenigstens einem unterhalb des Füllgutkessels (1) angeordneten Füllelement (4) mit Füllelementgehäuse (7), in welchem ein mit dem Flüssigkeitsraum (1.1) in Verbindung stehender Flüssigkeitskanal (8) ausgebildet ist, der an einer dem Füllgutkessel (1) abgewandten Unterseite des Füllelementgehäuses (7) eine Füllgutabgabeöffnung (10) bildet, mit einem im Flüssigkeitskanal (8) angeordneten Flüssigkeitsventil (11) mit Ventilkörper (12), der an einem achsgleich mit einer Füllelementachse (FA) angeordneten Ventilstößel (13) vorgesehen und zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils sowie für eine gesteuerte Abgabe des Füllgutes in den in Dichtlage am Füllelemente (4) angeordneten Behälter (2) axial bewegbar ist, mit einem im Ventilstößel (13) ausgebildeten Gaskanal (14), der an einem oberen Ende in den Gasraum (1.2) des Füllgutkessels (1) und am unteren Ende in einem Kopfraum des in Dichtlage am Füllelement (4) angeordneten Behälters (4) mündet, mit einem im Gaskanal (14) vorgesehenen Gasventil (16) mit einem zum Öffnen und Schließen des Gasventils (16) bewegbaren Ventilkörper (17), sowie mit einem mit dem Ventilstößel (13) des Flüssigkeitsventils (11) sowie mit dem Ventilkörper (17) des Gasventils (16) zusammenwirkenden Betätigungselement (18), wobei dass das Betätigungselement (18) für einen gesteuerten, wenigstens zweistufigen Hub (H1, H2) ausgebildet ist, und zwar derart, dass bei in einem ersten Betriebszustand befindlichem Betätigungselement (18) sowohl das Flüssigkeitsventil als auch das Gasventil (16) geschlossen sind, dass in einem zweiten Betriebszustand des Betätigungselementes (18) nach einem ersten Teilhub (H1) das Gasventil (16) und in einem dritten Betriebszustand des Betätigungselementes (18) nach einem zweiten, einen Weiterhub bildenden Teilhub (H2) auch das Flüssigkeitsventil (11) geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Betätigungselement (18) ein pneumatisches Betätigungselement ist, das von zwei achsgleich miteinander und auch achsgleich mit der Füllelementachse (FA) angeordneten Hubelementen (18.1, 18.2) gebildet ist, von denen ein erstes Hubelement (18.1) über einen Stößel (19) und einen Adapter (20) auf den Ventilstößel (13) des Flüssigkeitsventils (11) und den Ventilkörper (17) des Gasventils (16) einwirkt und von denen ein zweites Hubelement (18.2) einen Anschlag für die Hubbewegung des ersten Hubelementes (18.1) in der Weise bildet, dass in einem ersten Zustand des zweiten Hubelementes (18.2) der Hub des ersten Hubelementes (18.1) auf den ersten Teilhub (H1) begrenzt ist und in einem zweiten Zustand des zweiten Hubelementes (18.2) der Hub der ersten Hubelementes (18.1) gleich der Summe aus den beiden Teilhüben (H1, H2) ist.
  2. Füllsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (17) des Gasventils zum Öffnen und Schließen in der Füllelementachse (FA) bewegbar ist und mit einer im Gaskanal (16) ausgebildeten Ventilfläche zusammenwirkt.
  3. Füllsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (17) des Gasventils (16) mit einer Teillänge im Gaskanal (14) aufgenommen und mit einem oberen Ende aus dem Gaskanal vorsteht und mit diesem Ende mit dem Betätigungselement (18) zusammenwirkt.
  4. Füllsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubelemente Kolben-Zylinderanordnungen (18.1, 18.2) sind.
  5. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (20) eine erste Steuerfläche (20.1), gegen die der Ventilkörper (17) des Gasventils (16) während des ersten Teilhubs (H1) anliegt, sowie eine zweite Steuerfläche (20.2) aufweist, die gegenüber einem Mitnehmer- oder Steuerabschnitt (13.1) des Ventilstößels (13) bei im ersten Betriebszustand befindlichem Betätigungselement (18) derart axial versetzt ist, dass diese zweite Steuerfläche (20.2) zum axialen Bewegen des Ventilstößels (13) des Flüssigkeitsventils (11) erst im zweiten Teilhub (H2) mit dem Steuerabschnitt (13.1) des Ventilstößels (13) in Eingriff oder zur Anlage kommt.
  6. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine das Flüssigkeitsventil (11) in seinen Schließzustand vorspannende Schließfeder oder durch eine das Flüssigkeitsventil (11) in seinen Öffnungszustand vorspannende Öffnungsfeder (24).
  7. Füllsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsfeder (24) auf den Adapter (20) im Sinne einer axialen Bewegung nach oben einwirkt, und dass der Adapter (20) eine dritte Steuerfläche (20.3) aufweist, die im ersten Betriebszustand des Betätigungselementes (18) gegen den Steuerabschnitt (13.1) des Ventilstößels (13) anliegt.
  8. Füllsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bezogen auf die Füllelementachse (FA) axiale Abstand zwischen der zweiten und dritten Steuerfläche (20.2, 20.3) des Adapters (20) wenigstens der Größe des ersten Teilhubes (H1) zuzüglich der Abmessung oder Dicke, die der zwischen diesen Steuerflächen angeordnete Steuerabschnitt (13.1) in Richtung der Füllelementachse (FA) aufweist.
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