EP3031774B1

EP3031774B1 - Füllventil zum befüllen eines behälters mit einem füllprodukt

Info

Publication number: EP3031774B1
Application number: EP15198375.6A
Authority: EP
Inventors: Christian Brey; Anton Huber
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2018-07-18
Anticipated expiration: 2035-12-08
Also published as: CN105668490B; SI3031774T1; EP3031774A1; CN105668490A; DE102014118094A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Füllventil zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt, das zur Abfüllung mehrerer Produktarten, insbesondere hoch- und niedrigviskoser Füllprodukte, geeignet ist.

Stand der Technik

Füllventile, die in Abfüllanlagen zur Abfüllung von Getränken oder anderen flüssigen Lebensmitteln verwendet werden, sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Diese Füllventile weisen üblicherweise einen Ventilsitz und einen dazu komplementären und in dem Ventilsitz aufgenommenen Ventilkegel auf. Ist der Ventilkegel in dem Ventilsitz aufgenommen, so bilden der Ventilkegel und der Ventilsitz eine Ringdichtung aus und das Ventil ist geschlossen, so dass das Füllprodukt nicht durch das Ventil hindurch strömen kann. Wird der Ventilkegel aus dem Ventilsitz herausgehoben, so ist das Ventil geöffnet und das Füllprodukt kann durch den sich zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkegel ausbildenden Ringspalt strömen. In einer besonders bevorzugten Ausführung können durch eine Variation des Hubes des Ventilkegels gegenüber dem Ventilsitz bei einer entsprechenden geometrischen Ausbildung des Ventilsitzes und des Ventilkegels die Dimensionen des Ringspalts variiert werden, so dass auch der das Ventil durchfließende Volumenstrom variiert werden kann und auf diese Weise die Abfüllgeschwindigkeit eingestellt werden kann. In den herkömmlichen Füllventilen ist es auch bekannt, den Ventilkegel lediglich zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position hin und her zu schalten.
Die Füllventile sind für bestimmte Füllprodukte oder Produktgruppen ausgelegt. Es ist anspruchsvoll, Füllprodukte unterschiedlicher Beschaffenheit, etwa unterschiedlicher Viskosität, mit ein und demselben Füllventil exakt abzufüllen, da die geometrische Ausbildung des Ringspalts sowie der Öffnungs- und Schließcharakter des Ventils auf eine bestimmte Viskosität beziehungsweise einen bestimmten Viskositätsbereich der jeweiligen Füllprodukts hin optimiert ist.
Dies gilt insbesondere auch für die Reduzierung, Verhinderung oder Kontrolle des Nachlaufs des Füllventils nach dem Schließen. Um eine exakte Abfüllung eines gewünschten Füllvolumens in einen zu befüllenden Behälter zu erreichen, ist nämlich nicht nur ausschlaggebend, während des eigentlichen Füllvorgangs ein exaktes Füllvolumen abzufüllen, sondern es ist ebenso wichtig, auch nach dem Schließen des Füllventils einen Nachlauf des Füllprodukts genau zu kontrollieren, um ein für alle befüllten Behälter konsistentes Füllergebnis zu erreichen. Ist der Nachlauf, also das nach dem Schließen des Füllventils noch auslaufende Füllprodukt, nicht für jeden Füllvorgang gleich, so resultieren unterschiedliche Füllvolumina in den Behältern. Weiterhin kann sich ein nicht genau kontrollierter Nachlauf auch dahingehend negativ auf das Füllergebnis auswirken, als dass Füllprodukt unkontrolliert auf die Außenseite des befüllten Behälters oder eines noch zu befüllenden Behälters oder aber auf Komponenten der Abfüllvorrichtung tropfen kann. Hierzu ist beispielsweise für bestimmte Füllprodukte ein Sieb als Gassperre in dem Produktauslauf vorgesehen, um das Nachtropfen beim Schließen des Ventils zu verhindern. Für andere Füllprodukte ist ein solches Sieb oftmals nicht erforderlich. Ob mit oder ohne Sieb, nicht immer kann ein Nachtropfen zuverlässig verhindert oder kontrolliert werden. Das soll im Folgenden genauer dargelegt werden:
Das Füllprodukt kann solange aus dem Füllventil auslaufen, bis der Ventilkegel dichtend gegen den Ventilsitz anliegt. Dadurch bleibt auch während des Schließens des Füllventils der Bereich unterhalb der durch den Ventilsitz und den darin aufgenommenen Ventilkegel ausgebildeten Ringdichtung bis zum eigentlichen Füllproduktauslauf mit dem Füllproduktvolumen gefüllt. Je nach Viskosität und Oberflächenspannung des Füllprodukts sowie je nach Geometrie des unterhalb der Ringdichtung vorliegenden Volumens wird das Füllprodukt in diesem Bereich gehalten, bis Umgebungsluft oder das in der Füllanlage vorliegende Gas nachströmt. Findet dieses Nachströmen des Gases statt, so findet eine schlagartige Entleerung des Füllproduktvolumens in den darunter liegenden Bereich statt.
Dieser Nachlauf kann durch das Vorsehen eines Siebs als Gassperre kontrolliert werden, um ein Nachströmen von Gas und das damit verbundene schlagartige Entleeren des Füllproduktvolumens unterhalb des Füllventils zu vermeiden. Die Rückhaltekraft wird hierbei von der Oberflächenspannung des Füllprodukts erzeugt. Somit wird im Idealfall ein Nachtropfen des Füllprodukts verhindert. Es kann aber aufgrund einer Temperaturerhöhung bei einem Stillstand der Produktion dazu kommen, dass sich das Füllproduktvolumen ausdehnt. Durch diese Volumenänderung des Füllprodukts kommt es dann unweigerlich zum Tropfen, da das Sieb das Füllprodukt nicht mehr vollständig zurückhalten kann. Damit ist unter anderem eine Verunreinigung der darunter angeordneten Behälter beziehungsweise der Flaschenmündungen verbunden. Außerdem ist das Abfüllen von Faser- oder stark pulpehaltigen Füllprodukten bei Anwendung eines Siebs schwierig oder sogar unmöglich.
Ein Füllventil, das zur Abfüllung von zwei verschiedenen Sorten von Füllprodukt in einen Behälter vorgesehen ist und dazu zwei Produktausläufe aufweist, geht aus der DE 10 2011 007 684 A1 hervor.
Die EP 0 262 258 A1 und EP 0 450 377 A1 beschreiben je eine Vorrichtung zum Füllen von Behältern. Die WO 2011/154220 A1 beschreibt ein nachtropfarmes Füllventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 für eine Abfüllmaschine, insbesondere zur Verwendung mit dickflüssigen Flüssigkeiten.

Darstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Füllventil zum Befüllen eines Behälters mit flüssigem Füllprodukt anzugeben, das einen verbesserten Aufbau bereitstellt.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Füllventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Entsprechend wird ein Füllventil zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt vorgeschlagen, mit einer Produktauslauföffnung zum Ausgeben eines Füllprodukts in einen zu befüllenden Behälter und mit einem in einem ersten Ventilsitz dichtend aufnehmbaren Ventilkegel zum Schalten des Füllproduktstroms durch Bewegen des Ventilkegels in den ersten Ventilsitz in Richtung des auf die Produktauslauföffnung zu gerichteten Füllproduktstroms. Erfindungsgemäß ist ein zweiter Ventilsitz zum dichtenden Aufnehmen des Ventilkegels zum Schalten des Füllproduktstroms durch Bewegen des Ventilkegels in den Ventilsitz entgegen der Richtung des Füllproduktstroms vorgesehen.
Dies hat zur Folge, dass durch die zur Strömungsrichtung entgegengesetzte Schließrichtung des Ventilkegels eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Schließbewegung erfolgt, wodurch beim Schließvorgang, spätestens kurz vor der Beaufschlagung des Ventilkegels mit dem Ventilsitz, ein Unterdruck im Bereich zwischen Produktauslauföffnung und erstem Ventilsitz erzeugt werden kann. Damit wird das sich unterhalb des Ventilsitzes beziehungsweise des Bereiches der Ringdichtung vorliegende Füllprodukt zurückgesaugt. Ein Nachtropfen, insbesondere bei hochviskosen Füllprodukten, wird durch eben dieses Zurücksaugen am Ende des Füllvorgangs reduziert oder gar ganz verhindert. Das Füllprodukt kann sich je nach Rücksaugvolumen zwischen den Füllvorgängen sogar etwas ausdehnen, ohne dass sich ein Tropfen an der Produktauslauföffnung bildet.
Durch die Schließbewegung des Ventilkegels in Flussrichtung des Füllprodukts wird ein Schließen des Füllventils bevorzugt für niedrigviskose Füllprodukte erreicht. Der erste Ventilsitz ist bevorzugt nahe der Produktauslauföffnung angeordnet, so dass ein Auslaufen niedrigviskoser Füllprodukte, welche ohnehin schwallartig auslaufen, sichergestellt werden kann.
Aufgrund dieser beiden Ausbildungen ist das Füllventil dazu geeignet, verschiedene Produktsorten, insbesondere niedrigviskose und hochviskose Füllprodukte, abzufüllen. Mit dem gegen den ersten Ventilsitz vorwärts - also in Produktlaufrichtung - schließendem Ventilkegel kann die Tropfenbildung vorzugsweise bei niedrigviskosen Füllprodukten gering gehalten werden. Hochviskose Füllprodukte werden vorzugsweise mit rückwärts - also gegen den Strom des Füllprodukts - gegen den zweiten Ventilsitz schließendem Ventilkegel gefüllt. Gegenüber herkömmlichen Füllventilen verkompliziert sich der Aufbau des kombinierten Füllventils nicht oder nur unerheblich, wodurch die oben dargelegte Kombination mit einfachen konstruktiven Mitteln, kostengünstig und wartungsarm realisiert wird.
Durch das Zurücksaugen und die damit verringerte Tropfneigung auch bei hochviskosen Füllprodukten kann erreicht werden, dass auf ein Sieb beziehungsweise auf eine Gassperre zum Verhindern des Nachtropfens verzichtet werden kann. Dies ermöglicht es, mit dem vorgeschlagenen Füllventil auch faser- und pulpehaltige Füllprodukte abzufüllen.
Damit ergibt sich ein Füllventil, welches besonders vielfältig einsetzbar ist und mittels welchem eine große Bandbreite an Füllprodukten bei guter Qualität des Füllvorgangs - besonders bezüglich der Tropfneigung - abfüllbar ist, nämlich von niedrigviskosen Füllprodukten über hochviskose Füllprodukte bis hin zu faser- und pulpehaltigen Füllprodukten.
Bevorzugt ist der Ventilkegel zwischen dem ersten Ventilsitz und dem zweiten Ventilsitz bewegbar angeordnet. Dabei ist besonders bevorzugt der Ventilkegel zwischen drei Arbeitspositionen bewegbar vorgesehen. Die drei Arbeitspositionen werden als erste Schließposition, zweite Schließposition und Füllposition bezeichnet. In der ersten Schließposition ist der Ventilkegel in dem ersten Ventilsitz dichtend aufgenommen, das heißt der Ventilkegel steht so mit dem ersten Ventilsitz in Kontakt, dass er mit diesem eine Ringdichtung ausbildet, der Strömungsweg geschlossen ist und kein Füllprodukt durch die Produktauslaufhülse zur Produktauslauföffnung fließen kann. In der zweiten Schließposition ist der Ventilkegel in dem zweiten Ventilsitz aufgenommen, das heißt der Ventilkegel steht so mit dem zweiten Ventilsitz in Kontakt, dass er mit diesem eine Ringdichtung ausbildet, der Strömungsweg geschlossen ist und kein Füllprodukt zur Produktauslauföffnung fließen kann. Der erste Ventilsitz liegt bevorzugt näher an der Produktauslauföffnung, als der zweite Ventilsitz.
Die dritte Arbeitsposition ist die Füllposition, in der der Strömungsweg zwischen Ventilkegel und Produktauslaufhülse geöffnet ist, durch welchen das Füllprodukt somit in den zu befüllenden Behälter fließen kann. Vorzugsweise liegt die Füllposition, entlang des Hubwegs des Ventilkegels gesehen, zwischen den beiden Schließpositionen. Andererseits ist die Reihenfolge der drei Arbeitspositionen in der allgemeinen Form des Ventils offen und kann geeignet gewählt werden.
Zur Ausbildung der Ringdichtungen weist der Ventilkegel an seiner dem ersten Ventilsitz zugewendeten Oberfläche bevorzugt eine zum ersten Ventilsitz komplementäre Kontur zur Ausbildung auf und an seiner dem zweiten Ventilsitz zugewendeten Oberfläche eine zum zweiten Ventilsitz komplementäre Kontur. Dabei ist besonders bevorzugt die zum ersten Ventilsitz und/oder die zum zweiten Ventilsitz komplementäre Kontur durch einen Dichtkörper ausgebildet, bevorzugt durch einen Dichtkörper aus einem Elastomer oder Thermoplast.
Die Produktauslauföffnung kann je nach Füllprodukt beziehungsweise Produktkombination in verschiedenen Querschnitten ausgeführt sein.
Der Ventilkegel ist bevorzugt verschiebbar in einer Produktauslaufhülse aufgenommen, wobei sich zwischen der Produktauslaufhülse und dem Ventilkegel ein Ringspalt ausbildet, welcher den Strömungskanal ausbildet, durch welchen das Füllprodukt zur Produktauslauföffnung fließt. Vorzugsweise sind die Produktauslaufhülse und der Ventilkegel im weitesten Sinne zylindrisch ausgebildet. Es sei an dieser Stelle explizit darauf hingewiesen, dass die Produktauslaufhülse nicht einstückig oder einteilig vorgesehen sein muss. Dies gilt analog auch für andere Komponenten des Ventils.
Die Tropfneigung beziehungsweise Produktansammlung am Ventilkegel ist bei niedrigviskosen Füllprodukten tendenziell geringer als bei hochviskosen Füllprodukten, da niedrigviskose Flüssigkeiten schwallartig aus dem Füllventil austreten. Aus diesem Grund kann für solche Füllprodukte das Schließen in Vorwärtsrichtung, das heißt in Strömungsrichtung, und außerdem näher an der Produktauslauföffnung erfolgen. Indem gleichzeitig auch ein Schließen des Ventilkegels entgegen der Strömungsrichtung zum Schalten von Füllvorgängen für hochviskose Füllprodukte vorgesehen ist, ist ein einfacher und eleganter Aufbau des Füllventils möglich.
Neben dem Saugeffekt, der sich aufgrund der Rückwärtsbewegung des Ventilkegels relativ zur Produktauslauföffnung ergibt, weist das Füllventil vorzugsweise eine zusätzliche Saugeinrichtung auf, durch die beim Schließvorgang in die erste Schließposition und/oder die zweite Schließposition ein weiterer beziehungsweise stärkerer Unterdruck erzeugt wird. Ob der durch die Schließbewegung induzierte Unterdruck genügt, um eine Tropfenbildung zu verhindern, hängt von den verwendeten Füllprodukten, der Zeit, in der im Produktzyklus kein Füllprodukt zugeführt wird, und anderen Parametern, insbesondere auch geometrischen Details des Ventils sowie den verwendeten Materialien beziehungsweise der Oberflächenbeschaffenheit der produktberührten Oberflächen ab. Um das Füllventil in dieser Hinsicht noch universeller einsetzbar zu machen, kann eine zusätzliche Saugeinrichtung vorgesehen sein. Diese kann aktiv oder passiv ausgelegt sein. Beispielsweise kann ein Saugkanal vorgesehen sein, durch den das Füllprodukt und/oder die Atmosphäre in dem Füllventil oder Teilen davon vor dem und/oder bei dem und/oder nach dem Schließzeitpunkt angesaugt wird.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt das Ansaugen mittels der Saugeinrichtung passiv, derart, dass die Saugeinrichtung einen zylindrischen Abschnitt am Ventilkegel und einen hohlzylindrischen Abschnitt an der Produktauslaufhülse aufweist. Es versteht sich, dass die Bezeichnungen "zylindrisch" und "hohlzylindrisch" allgemein zu verstehen sind und sich nicht auf kreiszylindrische Geometrien beschränken. Der zylindrische Abschnitt am Ventilkegel, der auch als Saugabschnitt bezeichnet wird, und der hohlzylindrische Abschnitt an der Produktauslaufhülse sind so relativ zueinander vorgesehen, dass der zylindrische Abschnitt beim Schließvorgang in den hohlzylindrischen Abschnitt einfährt und entsprechend eine Kolbenwirkung auf das darunterliegende Füllprodukt ausübt. Dadurch entsteht ein recht erheblicher Unterdruck in der Produktauslaufhülse oder Teilen davon. Dieser Effekt kommt dann ganz besonders zum Tragen, wenn es sich bei der Schließrichtung um jene Schließrichtung handelt, die entgegen der Strömungsrichtung des Füllprodukts gerichtet ist; das heißt, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel fährt der zylindrische Abschnitt am Ventilkegel während des Schließvorgangs in die erste Schließposition in den hohlzylindrischen Abschnitt an der Produktauslaufhülse ein. Wichtig hierbei ist, dass sich der zylindrische Abschnitt zu Beginn des Schließvorgangs vollständig oder wenigstens teilweise außerhalb des hohlzylindrischen Abschnitts befindet oder die Radien beider Abschnitte so vorgesehen sind, dass zu Beginn des Schließvorgangs ein großer Strömungsquerschnitt vorhanden ist, der sich während des Schließvorgangs allmählich verkleinert und optimaler Weise am Ende des Schließvorgangs im Wesentlichen Null beträgt. In diesem Sinne findet eine gerichtete Verzögerung des Schließvorgangs statt.
Bevorzugt ist der Ventilkegel zur Variation des aus der Produktauslauföffnung strömenden Füllproduktstroms stufenlos in seiner Position zwischen dem ersten Ventilsitz und dem zweiten Ventilsitz positionierbar. Eine solche stufenlose Verstellbarkeit ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Ventilkegel und die Produktauslaufhülse so relativ zueinander gestaltet sind, dass sich mit der Verschiebung des Ventilkegels nicht nur ein Schließen und Öffnen des Strömungswegs bewirken lässt, sondern außerdem der Querschnitt des Strömungswegs verstellbar ist. Dadurch lässt sich die Fließgeschwindigkeit des Füllprodukts einstellen. Darüber hinaus kann zum gleichen Zweck der Querschnitt der Produktauslaufhülse veränderbar vorgesehen sein.
Vorzugsweise wird der Ventilkegel pneumatisch und/oder elektrisch und/oder mechanisch angetrieben. Wichtig ist, dass der Antrieb zuverlässig und wartungsarm funktioniert. Gegebenenfalls kann eine Rückstellfeder vorgesehen sein, wodurch der aktive Antrieb nur in eine Richtung erfolgt, während die Rückstellung des Ventils in eine Ausgangsposition automatisch mittels der Feder durchgeführt wird.
Vorzugsweise ist im Strömungsweg kein Sieb vorgesehen. Dadurch, dass kein Sieb mehr benötigt wird, können auch faser- oder stark pulpehaltige Füllprodukte abgefüllt werden.
Die oben dargelegten Füllventile und ihre Abwandlungen erlauben das Abfüllen verschiedener Produkttypen, insbesondere hochviskoser und niedrigviskoser Füllprodukte. Vorzugsweise werden niedrigviskose Füllprodukte mit dem vorwärts schließenden Ventilkegel gefüllt, da die Tropfenbildung beziehungsweise Produktansammlung am Ventilkegel gering gehalten werden kann. Hochviskose Füllprodukte werden vorzugsweise mit dem rückwärts schließenden Ventilkegel gefüllt. Ein Nachtropfen hochviskoser Füllprodukte kann durch das Zurücksaugen am Ende des Füllvorgangs verhindert werden. Das Füllprodukt kann sich zwischen den Füllvorgängen sogar etwas ausdehnen, ohne dass sich Tropfen an der Produktauslauföffnung bilden. Dadurch, dass auf ein Sieb verzichtet werden kann, kann der Produktraum hygienischer und somit wartungsärmer und reinigungsfreundlicher gestaltet werden. Es können auch faser- und stark pulpehaltige Füllprodukte abgefüllt werden.
Das mit den beschriebenen Ventilen abfüllbare Füllprodukt umfasst sowohl niedrig- als auch hochviskose und pastöse Flüssigkeiten, außerdem mehrphasige Flüssigkeiten und solche mit Partikeln. Getränke aller Art sind ebenso einbezogen wie Joghurt, Konfitüre, Gelee und andere flüssige Lebensmittel.

Kurze Beschreibung der Figuren

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1: einen Querschnitt durch einen unteren Bereich eines Füllventils in einem vorwärts geschlossenen Zustand,
Figur 2: das Füllventil der Figur 1 in einem Füllzustand, und
Figur 3: das Füllventil der Figur 1 in einem rückwärts geschlossenen Zustand.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
Das in der Figur 1 dargestellte Füllventil ist im Querschnitt gezeigt und weist ein Bodenstück 1 des Füllventils, eine Produktauslaufhülse 2 und einen Ventilkegel 3 auf. Der im weitesten Sinne zylindrische Ventilkegel 3 befindet sich in einem Hohlraum der Produktauslaufhülse 2 und bildet mit dieser einen Ringspalt 4 aus, durch den das Füllprodukt bei geöffneter Ventilstellung zur Produktauslauföffnung 5 fließt. Der Ringspalt 4 bildet somit den Strömungsweg für das Füllprodukt durch das Füllventil aus.
Im Bereich der Produktauslauföffnung 5, also seinem unteren Bereich, weist der Ventilkegel 3 eine Dichtkontur 6 auf, die im geschlossenen Zustand in einer entsprechenden komplementären Kontur eines unteren Ventilsitzes 7 aufgenommen ist, die gemeinsam auf diese Weise eine Ringdichtung ausbilden, so dass kein Füllprodukt durch den Ringspalt 4 zu der Produktauslauföffnung 5 fließen kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Ringdichtung metallisch ausgebildet und die entsprechende metallische Kontur des Ventilkegels 3 ist direkt in dem metallischen Ventilsitz 7 aufgenommen.
Die Abdichtung des Füllventils erfolgt in diesem Fall in "Vorwärtsrichtung", das heißt der Ventilkegel 3 senkt sich in den unteren Ventilsitz 7 entlang der Strömungsrichtung des Füllprodukts. Mit anderen Worten bewegt sich zum Abdichten des Füllventils am unteren Ventilsitz 7 der Ventilkegel 3 in Richtung des Produktstroms, um einen ersten geschlossenen Zustand einzunehmen.
Aus Figur 3 ist zu erkennen, dass das Füllventil noch einen zweiten geschlossenen Zustand einnehmen kann. In diesem zweiten Schließzustand ist der Ventilkegel 3 mit einer an seinem oberen Bereich vorgesehenen Dichtscheibe 9 aus einem Elastomer dichtend in einem oberen Ventilsitz 8 aufgenommen. Der obere Ventilsitz 8 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in dem Bodenstück 1 eingeformt.
Dichtscheibe 9 und oberer Ventilsitz 8 wirken in einer Richtung entgegengesetzt zum Produktstrom zusammen, das heißt der Schließzustand am oberen Ventilsitz 8 ist erreicht, wenn der Ventilkegel 3 bis zur Beaufschlagung der Dichtscheibe 9 gegen den oberen Ventilsitz 8 zurückbewegt ist. Auf diese Weise wird eine Ringdichtung zwischen der ein Elastomer aufweisenden Dichtscheibe 9 dem metallischen Ventilsitz 8 bereitgestellt, mittels welcher die Abdichtung stattfindet. Mit anderen Worten erfolgt in diesem Fall die Abdichtung in "Rückwärtsrichtung", also schließt der Ventilkegel 3 entgegen der Richtung des Produktstroms.
Das in den Figuren 1 und 3 dargestellte Füllventil kombiniert somit ein vorwärts schließendes Ventil und ein rückwärts schließenden Ventil, wobei sich das Ventil in der Figur 1 in einer ersten Schließposition befindet, während sich das Ventil in der Figur 3 in einer zweiten Schließposition befindet.
Der Antrieb des Ventilkegels 3 ist in den Figuren 1 bis 3 nicht explizit dargestellt, kann aber beispielsweise pneumatisch, elektrisch oder auf andere Weise ausgeführt sein. Die Verstellung der Position des Ventilkegels 3 kann stufenlos, stufenförmig oder nur zwischen einer geöffneten und geschlossenen Positionen erfolgen. Darüber hinaus kann der Querschnitt der Produktauslaufhülse 2 selbst veränderbar vorgesehen sein oder die Produktauslaufhülse 2 ist austauschbar, um unterschiedliche Dimensionen des zwischen dem Ventilkegel 3 und der Produktauslaufhülse 2 ausgebildeten Ringspalts 4 vorzugeben.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Antrieb eine Rückstellfeder (nicht gezeigt), welche den Ventilkegel 3 im nicht angetriebenen Zustand in eine geöffnete Position zurückführt. Dabei ist ein Antrieb (nicht gezeigt) vorhanden, der den Ventilkegel 3 in zwei entgegengesetzte Richtungen, also in Richtung der beiden Ventilsitze 7, 8 bewegen kann. Alternativ ist es möglich, dass die Rückstellfeder den Ventilkegel 3 in den oberen Ventilsitz 8 dichtend zurückführt. Weiterhin ist alternativ möglich, dass die Rückstellfeder den Ventilkegel 3 in den unteren Ventilsitz 7 dichtend zurückführt.
Aus den Figuren ist ersichtlich, dass der Ventilkegel 3 nicht einteilig ausgebildet sein muss. Dies gilt ebenso für die Produktauslaufhülse 2, die, wie im vorliegenden Fall, einen Teil (den unteren Bereich) des Bodenstücks 1 mitumfasst.
Der Ringspalt 4 weist einen oberen Abschnitt 10 auf, der über eine bestimmte Strecke einen ungefähr konstanten Querschnitt hat. In diesen oberen Abschnitt 10 des Ringspalts 4 fährt bei der Rückwärtsbewegung, das heißt während des Schließvorgangs in die zweite Schließposition, ein entsprechender Abschnitt 11 des Ventilkegels 3, der als Saugabschnitt bezeichnet wird, ein. Die Bezeichnung "Saugabschnitt" wird verwendet, weil, indem dieser in den oberen Abschnitt 10 des Ringspalts 4 einfährt, ein Unterdruck im unteren Bereich des Ringspalts 4, das heißt in dem Bereich, welcher der Produktauslauföffnung 5 zugewandt ist, erzeugt wird. Damit wird beim Schließen des Füllventils in die zweite Schließposition das sich unterhalb der durch die elastomere Dichtscheibe 9 und den oberen Ventilsitz 8 gebildeten Ventilsitzes noch im Ringspalt 4 vorliegende Füllprodukt nach oben gesaugt. Dadurch kann die Tropfneigung des Ventils beim Schließen in Rückwärtsrichtung erheblich vermindert werden.
Dieser Effekt lässt sich je nach Viskosität und Oberflächenspannung des abgefüllten Füllprodukts durch eine entsprechende Anpassung des Querschnitts und Querschnittverlaufs des Ringspalts 4 optimieren, der wiederum über eine entsprechend über die Auswahl der Produktauslaufhülse 2 variiert werden kann.
Das in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Füllventil realisiert somit eine Kombination aus dem rückwärts schließendem Füllventil, etwa für hochviskose Füllprodukte, und dem vorwärts schließenden Füllventil, etwa für niedrigviskose Füllprodukte. Das Füllventil verzichtet auf ein Sieb, da die dem Abfüllen hochviskoser Füllprodukte inhärente Tropfneigung durch den beim Rückwärtsschließen erzeugten Unterdruck verringert werden kann. Somit können durch das vorgeschlagene Füllventil auch faser- oder stark pulpehaltige Füllprodukte abgefüllt werden.
Damit ergibt sich ein Füllventil, welches besonders vielfältig einsetzbar ist und mittels welchem eine große Bandbreite an Füllprodukten abfüllbar ist-von niedrigviskosen Füllprodukten über hochviskose Füllprodukte bis hin zu faser- und pulpehaltigen Füllprodukten.
Der Ventilkegel 3 kann in die oben genannten zwei Schließpositionen, das heißt in den oberen Ventilsitz 8 und den unteren Ventilsitz 7, gefahren werden. Der Teil des Bodenstücks 1, der den oberen Ventilsitz 8 ausbildet, gehört noch zur Produktauslaufhülse 2. Die Abdichtung in den beiden Ventilsitzen 7, 8 kann mit verschiedenen Werkstoffkombinationen ausgeführt werden, beispielsweise metallisch, mittels Elastomeren und/oder mittels Thermoplasten und/oder Kombinationen davon. Die beiden Ventilsitze 7, 8 können selbstverständlich mit unterschiedlichen Materialien und unterschiedlichen Geometrien ausgeführt sein, wodurch das Ventil gegebenenfalls noch universeller einsetzbar ist.
Folgende Füllphasen sind in den Figuren 1 bis 3 dargestellt: In Figur 1 ist der Ventilkegel 3 vorwärts geschlossen. Der Ventilkegel 3 befindet sich in diesem Fall in der unteren Position und ist in dem unteren Ventilsitz 7 dichtend aufgenommen. Die Abdichtung erfolgt über den unteren Ventilsitz 7, der in der oder anschließend an die Produktauslaufhülse 2 vorgesehen ist.
Die Figur 2 zeigt den Ventilkegel 3 in Füllstellung. Darin befindet sich der Ventilkegel 3 in einer mittleren Position. Das Füllprodukt fließt außen am Ventilkegel 3 vorbei und entsprechend durch den zwischen dem Ventilkegel 3 und der Produktauslaufhülse 2 ausgebildeten Ringspalt 4 hindurch.
In Figur 3 befindet sich der Ventilkegel 3 in einer rückwärts geschlossenen Position. Die Abdichtung erfolgt über den oberen Ventilsitz 8. Durch den Rückwärtshub am Ende des Füllvorgangs wird das Füllprodukt um ein definiertes Volumen leicht zurückgesaugt. Dieses Zurücksaugen wird erzielt, indem im Ringspalt 4 zwischen Produktauslauföffnung 5 und oberem Ventilsitz 8 ein Unterdruck beziehungsweise Vakuum erzeugt wird. Dieser Unterdruck wird dadurch erzeugt, dass der Saugabschnitt 11 des Ventilkegels 3, bevor er komplett rückwärts geschlossen ist, in den definierten oberen Abschnitt 10 des Ringspalts 4 einfährt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann durch die Wechselwirkung des oberen Ventilsitzes 8 beziehungsweise des Ringspalts 4 mit dem Ventilkegel 3 auch je nach Hubposition des Ventilkegels 3 ein unterschiedlicher Querschnitt des Ringspalts 4 erreicht werden. Damit ergibt sich, dass durch eine Variation der Hubposition des Ventilkegels 3 eine Variation des Füllproduktstroms in den zu befüllenden Behälter erreicht werden kann. Dies ist besonders von Bedeutung für die Abfüllung niedrigviskoser Füllprodukte mit vorwärtsschließendem Ventil, da hier der Füllproduktstrom besonders effektiv durch die Variation der Hubposition des Ventilkegels 3 variiert werden kann. Für die Variation der Hubposition des Ventilkegels 3 eignet sich daher ein entsprechender Antrieb wie beispielsweise ein über einen Schrittmotor angesteuerter Antrieb besonders, um hier bestimmte Hubpositionen zur Erreichung eines vorgegebenen Füllproduktstroms reproduzierbar anfahren zu können.

Bezugszeichenliste

1: Bodenstück
2: Produktauslaufhülse
3: Ventilkegel
4: Ringspalt
5: Produktauslauföffnung
6: Dichtkontur
7: Unterer Ventilsitz
8: Oberer Ventilsitz
9: Dichtscheibe
10: oberer Abschnitt des Ringspalts
11: Saugabschnitt
12: Rückstellfeder

Claims

Füllventil zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt, mit einer Produktauslauföffnung (5) zum Ausgeben eines Füllprodukts in einen zu befüllenden Behälter und mit einem in einem ersten Ventilsitz (7) dichtend aufnehmbaren Ventilkegel (3) zum Schalten des Füllproduktstroms durch Bewegen des Ventilkegels (3) in den ersten Ventilsitz (7) in Richtung des auf die Produktauslauföffnung (5) zu gerichteten Füllproduktstroms,
gekennzeichnet durch
einen zweiten Ventilsitz (8) zum dichtenden Aufnehmen des Ventilkegels (3) zum Schalten des Füllproduktstroms durch Bewegen des Ventilkegels (3) in den Ventilsitz (8) entgegen der Richtung des Füllproduktstroms, wobei kein Füllprodukt zur Produktauslauföffnung (5) fließen kann, wenn der Ventilkegel (3) in dem zweiten Ventilsitz (8) dichtend aufgenommen ist.
Füllventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (3) zwischen dem ersten Ventilsitz (7) und dem zweiten Ventilsitz (8) bewegbar angeordnet ist.
Füllventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (3) an seiner dem ersten Ventilsitz (7) zugewendeten Oberfläche eine zum ersten Ventilsitz (7) komplementäre Kontur zur Ausbildung einer ersten Ringdichtung aufweist und an seiner dem zweiten Ventilsitz (8) zugewendeten Oberfläche eine zum zweiten Ventilsitz (8) komplementäre Kontur zur Ausbildung einer zweiten Ringdichtung aufweist.
Füllventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zum ersten Ventilsitz (7) und/oder die zum zweiten Ventilsitz (8) komplementäre Kontur durch einen Dichtkörper (9) ausgebildet ist, bevorzugt durch einen Dichtkörper (9) aus einem Elastomer oder Thermoplast.
Füllventil gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilsitz (7) einen geringeren Abstand von der Produktauslauföffnung (5) aufweist, als der zweite Ventilsitz (8).
Füllventil gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugeinrichtung (10, 11) vorgesehen ist, welche beim Bewegen des Ventilkegels (3) in den ersten Ventilsitz (7) und/oder in den zweiten Ventilsitz (8) einen Unterdruck zumindest zwischen dem jeweiligen Ventilsitz (7, 8) und der Produktauslauföffnung (5) erzeugt.
Füllventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (3) zur Variation des aus der Produktauslauföffnung (5) strömenden Füllproduktstroms stufenlos in seiner Position zwischen dem ersten Ventilsitz (7) und dem zweiten Ventilsitz (8) positionierbar ist.
Füllventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (3) pneumatisch und/oder elektrisch und/oder mechanisch angetrieben ist.
Füllventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (3) in einer Produktauslaufhülse (2) angeordnet ist, welche zur Einstellung unterschiedlicher Fließgeschwindigkeiten des Füllprodukts in ihrem Querschnitt variierbar und/oder austauschbar ist.