EP3194326B1 - Füllventil - Google Patents

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EP3194326B1
EP3194326B1 EP15763372.8A EP15763372A EP3194326B1 EP 3194326 B1 EP3194326 B1 EP 3194326B1 EP 15763372 A EP15763372 A EP 15763372A EP 3194326 B1 EP3194326 B1 EP 3194326B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
seat
filling
sealing
sealing seat
Prior art date
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Active
Application number
EP15763372.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3194326A1 (de
Inventor
Ludwig Clüsserath
Max Stolz
Manfred Härtel
Dieter-Rudolf Krulitsch
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
Publication of EP3194326A1 publication Critical patent/EP3194326A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3194326B1 publication Critical patent/EP3194326B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • B67C3/2608—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks comprising anti-dripping means
    • 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
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/281—Profiled valve bodies for smoothing the flow at the outlet of the filling nozzle

Definitions

  • the present invention relates to a filling valve for filling liquid-containing products, such as juices, still products, soft drinks, but may also contain pieces and long fruit fibers. It is currently known to use filling valves having a valve stem axially movable in the valve stem, wherein between the valve seat and the valve stem, an axial portion is formed, in which the product flows toward a located at the outlet end second sealing seat.
  • Such a filling valve according to the preamble of claim 1 was characterized by the US 5,137,187 presented.
  • This document describes a filling valve, in which two sealing elements are provided, which are arranged at a distance from each other on a valve lifter.
  • the valve stem When closing the filling valve, the valve stem is moved, wherein initially the upper sealing element comes in sealing position with its associated sealing surface while the lower sealing element has not yet reached its associated sealing surface.
  • the complete closing of the filling valve and the lower sealing element can reach its associated sealing surface, the upper sealing element is movably mounted on the valve stem.
  • a disadvantage of this arrangement is that the upper sealing element must be easily movable but also liquid-tight on the valve lifter, which exact fits and thus requires an expensive mechanical processing and beyond is also very susceptible to wear.
  • An alternative known filling valve also has a first sealing seat disposed in the axial portion upstream of the second sealing seat.
  • the first sealing seat and the second sealing seat are arranged and designed such that after closing the first sealing seat at the second sealing seat at the outlet end still a gap of 0.5 - 1.5 mm remains open, which acts as a gas barrier. If the first and second sealing seat were to be completely closed at the same time, the product would be splashed onto the mouth of the bottle and into the environment immediately during the closing process.
  • the gap on the second sealing seat which is often formed by a diameter-extended sealing area on the valve lifter and a circumferential shoulder on the valve seat, is in conflict with the overlying annular gap of the axial section formed between the valve lifter and the valve seat.
  • the gap on the second valve seat loses its effect or function as a gas barrier and the product located in the axial section above the annular gap and below the first sealing seat runs out.
  • the width of the annular gap and the size of the gap at the second sealing seat are additionally dependent on the viscosity and the surface tension of the products.
  • the problem here is the combined or alternating processing of high-viscosity or low-viscosity products, such as water, ice tea and peach juice with fruit, in a filling device. If, for example, the system functions perfectly in the case of highly viscous beverages, the beverage flows through the gas barrier, ie, over the gap of the second sealing seat, when low-viscosity products are to be filled.
  • the filling valve has at least one valve stem, which is arranged axially movable in a valve seat, wherein between the valve seat and valve stem, an axial portion is formed, in which the product flows to a second sealing seat, which is formed at an outlet end of the filling valve.
  • the second sealing seat is thus no longer left open a gap, but it is also closed, but in time after the first sealing seat, possibly in its own movement section. This ensures that after the closing of the first sealing seat of the filling process is completed and that in addition, the product located in the annular gap of the axial portion product is firmly trapped there first a gap on the second sealing seat remains so small that this as Gas barrier acts and counteracts gas entry. Finally, with the closing of the second sealing seat, which takes place only at a later time, no product is anymore splashed onto the underlying bottle or into the surroundings, even if this has a very low viscosity.
  • the advantage of the invention is that due to the temporally subsequent closing of the second sealing seat in the axial section - preferably in the annular gap - located between the valve seat and valve lifter product can not leak, and also no gas can rise in it.
  • the filling function of the filling valve is thus independent of the viscosity of the product within the usual ranges of viscosity in beverages.
  • valve stem is thus initially moved only to the extent that only the first sealing seat is closed and in the second sealing seat remains a gap, which acts as a gas barrier after reaching the capacity of a container to be filled. This means that the filling valve terminates the filling process without any spraying of filling material.
  • the filling valve according to the invention allows that the filling jet can be optimally designed for lowest turbulence and low foaming as well as high bulk performance and the processing of large particles.
  • the cumbersome consideration for a functioning gas lock is eliminated.
  • products with very different viscosities are manageable.
  • first sealing seat such that it allows a further axial movement of the valve stem in the closing direction.
  • the first sealing seat according to the invention thus has at least one highly elastic sealing element which can be deformed to such a degree after closing the first sealing seat, that it participates in the axial movement of the valve stem, without losing the sealing effect in interaction with the other sealing element of the first sealing seat.
  • Such a design of the first sealing seat is technically easy to implement because it requires no moving parts on the first sealing seat, because the further axial movement of the valve stem is based solely on the flexibility or deformability of the first sealing seat on the highly elastic properties of one or both sealing elements.
  • the sealing elements of the first sealing seat is arranged axially displaceably on the valve tappet or on the valve seat.
  • the axial displaceability makes it possible for the corresponding axially displaceable sealing element to join in the further axial movement of the valve stem after closing the first sealing seat, without losing the sealing effect in cooperation with the other sealing element.
  • the axially displaceable sealing element of the first sealing seat may be preferably held on an axially movable support, which is mounted axially movable either on the valve stem or on the valve seat.
  • the carrier may be formed by a metal sleeve, for example, which can be easily slidably provided on the valve stem or the valve seat.
  • the bellows also form the spring means, which defines a rest position for the wearer.
  • the sealing elements of the first sealing seat are formed by an elastic ring seal and a shoulder against which rests the ring seal.
  • the ring seal is preferably formed in this case on the valve stem and the shoulder is a, preferably significant, change in diameter at the valve seat.
  • it may be arranged on the valve seat and the annular seal on the valve stem and the shoulder on the valve stem.
  • the ring seal preferably includes an annular sealing lip which extends transversely to the direction of movement of the valve stem.
  • a sealing lip has due to their geometry and with appropriate thickness of the annular gap in the axial section between the valve stem and valve seat sufficient deformability to allow for concern with the shoulder further axial movement of the valve stem to close the second sealing seat.
  • the first sealing seat after its closing allows a further axial actuation of the valve stem in the closing direction of at least 1 mm. This makes it possible to set the time between the closing of the first sealing seat and the closing of the second sealing seat within wide limits.
  • the further axial actuating travel of the valve stem after closing the first sealing seat is 1.0-2.5 mm, preferably 1.5-2.5 mm.
  • This further axial actuation travel can be realized well by controlling the filling device in cooperation with an actuating mechanism for the valve tappet.
  • the time delay between the closing of the first sealing seat and the closing of the second sealing seat is realized in that the valve stem is simply moved in a sequence of movements.
  • the operation of the valve stem is realized by closing the first sealing seat and the subsequent further operation until closing of the second sealing seat by two separate controlled movements that the movement speed can be different in both processes.
  • the axial movement of the valve lifter can be held even after closing the first sealing seat for a short moment.
  • the radially outwardly extending highly elastic sealing lip 27 of the annular seal 26 can rest with its outer edge against the shoulder 28 of the valve seat 12 in the closed position of the first sealing seat 24.
  • Fig. 1a shows the position of the valve stem 14 during the filling of a product.
  • the sealing lip 27 of the annular seal 26 of the first sealing seat 24 is spaced from the shoulder 28 of the valve seat 12, as well as the teardrop-shaped thickening 32 at the lower end of the valve stem 14 of the sealing edge 34 of the second sealing seat 30.
  • the product feed 22 supplied product can thus without hindrance to the first sealing seat 24 and past the second sealing seat 30 in a below the filling valve 10 standing container (not shown) flow.
  • Fig. 1b shows the first phase when stopping the filling process.
  • the valve stem 14 in the valve seat 12 By a downward movement of the valve stem 14 in the valve seat 12, the valve stem has been moved down so far that now the sealing lip 27 of the ring seal 26 of the first sealing seat 24 rests against the shoulder 28 of the valve seat 12. This closes the first sealing seat 24, while the second sealing seat 30 is still open a gap.
  • the remaining gap between the teardrop-shaped thickening 32 of the valve stem 14 and the sealing edge 34 of the valve seat 34 preferably has a size of 0.5 - 11 ⁇ 2 mm. This gap acts as a gas barrier, as a result of which gas can not penetrate into the annular gap 36 located above the second sealing seat 30. Premature emptying of the axial region or annular gap 36 is thus excluded.
  • valve stem 14 is further moved down until the teardrop-shaped thickening 32 abuts against the sealing edge 34 of the second sealing seat, that is, the second sealing seat 30 closes.
  • Fig. 1c shown.
  • the axial section or annular gap 36 is closed at the top by the closed first sealing seat 24 and at the bottom by the second sealing seat 30th
  • the elastic sealing lip 27 deforms so much that they, as in Fig. 1c is shown no longer extends radially outward, but is bent plate-shaped according to the further axial movement of the valve stem 14 after closing the first sealing seat 24.
  • the filling valve shown in the embodiment allows for the non-spilling filling of products of liquid-containing products containing solids as well as products of different viscosity.
  • the opening of the second sealing seat for a new filling process is reversed. First, the second sealing seat 30 and only when the corresponding axial movement of the valve stem, the deformation of the sealing lip 27 in Fig. 1 is omitted, it lifts off from the shoulder 28 of the first sealing seat 24, so that the first sealing seat 24 is opened only after the opening of the second sealing seat 30.
  • the time delay can also be adjusted again by controlling the filling device by means of movement control of the valve tappet.
  • Fig. 2 shows one too Fig. 1 largely identical view of a second non-inventive embodiment in which identical or functionally identical parts are provided with identical reference numerals.
  • first sealing seat 42 of the filling valve 40 off Fig. 2 designed differently than the first sealing seat 24 from Fig. 1 ,
  • the first sealing seat 42 of the filling valve 40 from Fig. 2 has on the valve seat 14 a to the embodiment of Fig. 1 identical shoulder 28 as a sealing surface.
  • an annular sealing element 43 is arranged with an axially displaceable support 44 on the valve stem 14.
  • Carrier 44 is held axially movably on valve tappet 14 via an upper bellows 46 and a lower bellows 47 and is tightly connected to corresponding upper and lower portions of valve tappet 14 and thus sealed against the product.
  • the two bellows 46, 47 are made in one piece, as shown in the FIG. 2 is shown.
  • the carrier 44 carries on its outer circumference a seal 48, for example an O-ring seal or a flat gasket, which rests against the shoulder 28 of the first sealing seat 42 when closing the first sealing seat 42.
  • Fig. 2a the filling valve 40 is shown in the open position, that is, both the first sealing seat 42 and the second sealing seat 30 are open.
  • Fig. 2b the valve tappet 14 moves down so that first the seal 48 of the carrier 44 of the annular sealing element 43 of the first sealing seat 42 comes to lie sealingly against the shoulder 28 of the first sealing seat 42 formed on the valve seat 12.
  • a gap of about 1 mm is still present, which acts as a gas barrier and a splashing of product on an underlying bottle or in the Environment counteracts.
  • the valve tappet 14 is then moved further downwards so that now the teardrop-shaped widening 32 of the second sealing seat 30 comes to rest on its sealing edge 34, whereby the second sealing seat 30 also closes.

Landscapes

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

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Füllventil zum Abfüllen von Flüssigkeit enthaltenden Produkten, z.B. von Säften, stillen Produkten, Softdrinks, die jedoch auch Stückchen und lange Fruchtfasern enthalten können.
    Es ist derzeit bekannt, Füllventile zu verwenden, die einen in einem Ventilsitz axial bewegbaren Ventilstößel aufweisen, wobei zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilstößel ein axialer Abschnitt gebildet ist, in welchem das Produkt in Richtung auf einen am Auslassende befindlichen zweiten Dichtsitz fließt.
  • Ein derartiges Füllventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wurde durch die US 5,137,187 vorgestellt. Diese Schrift stellt ein Füllventil vor, bei welchem zwei Dichtelemente vorgesehen sind, welche mit Abstand zueinander auf einem Ventilstößel angeordnet sind. Beim Schließen des Füllventils wird der Ventilstößel bewegt, wobei zunächst das obere Dichtelement in Dichtlage mit einer ihm zugeordneten Dichtfläche kommt während das untere Dichtelement die ihm zugeordnete Dichtfläche noch nicht erreicht hat. Damit zum vollständigen Schließen des Füllventils auch das untere Dichtelement die ihm zugeordnete Dichtfläche erreichen kann, ist das obere Dichtelement beweglich auf dem Ventilstößel gelagert. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass das obere Dichtelement leicht beweglich aber gleichzeitig auch flüssigkeitsdicht auf dem Ventilstößel gelagert werden muss, was genaue Passungen und somit eine teure mechanische Bearbeitung erfordert und darüber hinaus auch sehr verschleißanfällig ist.
  • Ein alternatives bekanntes Füllventil hat ebenfalls einen ersten Dichtsitz, welcher in dem axialen Abschnitt stromaufwärts des zweiten Dichtsitzes angeordnet ist. Der erste Dichtsitz und der zweite Dichtsitz sind dabei derart angeordnet und ausgebildet, dass nach dem Schließen des ersten Dichtsitzes beim zweiten Dichtsitz am Auslassende noch ein Spalt von 0,5 - 1,5 mm offen bleibt, welcher als Gassperre wirkt. Würden erster und zweiter Dichtsitz gleichzeitig vollständig geschlossen werden, so käme es unmittelbar beim Schließvorgang zu einem Verspritzen des Produkts auf die Flaschenmündung und in die Umgebung.
    Der Spalt am zweiten Dichtsitz, der oft durch einen im durchmessererweiterten Dichtbereich an dem Ventilstößel und eine umlaufende Schulter am Ventilsitz gebildet wird, steht jedoch in einem Konfliktverhältnis mit dem darüber liegenden Ringspalt des axialen Abschnittes, der zwischen dem Ventilstößel und dem Ventilsitz gebildet ist. Es wird eine recht große Weite in diesem Ringspalt angestrebt, um es zu ermöglichen, auch Flüssigkeiten mit großen Partikeln abzufüllen. Überschreitet man dabei gewisse Grenzen, so verliert der Spalt am zweiten Ventilsitz seine Wirkung oder Funktion als Gassperre und das im axialen Abschnitt oberhalb des Ringspalts und unterhalb des ersten Dichtsitzes befindliche Produkt läuft aus.
    Die Weite des Ringspaltes und die Größe des Spaltes am zweiten Dichtsitz sind zusätzlich noch abhängig von der Viskosität und der Oberflächenspannung der Produkte. Problematisch ist hierbei die kombinierte oder wechselweise Verarbeitung von hochviskosen oder niedrigviskosen Produkten, wie z.B. Wasser, Eistee und Pfirsichsaft mit Frucht, in einer Füllvorrichtung. Funktioniert so z.B. das System bei hochviskosen Getränken einwandfrei, so läuft bei demselben Füllventil das Getränk über die Gassperre, d.h. über den Spalt des zweiten Dichtsitzes aus, wenn niedrigviskose Produkte abgefüllt werden sollen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Füllventil zu schaffen, das zum einen in der Lage ist, Produkte mit Feststoffpartikeln, wie z.B. Fruchtstücken zu verarbeiten als auch in der Lage ist, Produkte mit unterschiedlicher Viskosität zu verarbeiten.
    Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Füllventil mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
    Erfindungsgemäß hat das Füllventil wenigstens einen Ventilstößel, der in einem Ventilsitz axial bewegbar angeordnet ist, wobei zwischen Ventilsitz und Ventilstößel ein axialer Abschnitt gebildet ist, in welchem das Produkt zu einem zweiten Dichtsitz fließt, welcher an einem Auslassende des Füllventils ausgebildet ist. Der axiale Abschnitt ist vorzugsweise als Ringspalt ausgebildet, kann jedoch auch durch einen seitlichen Kanal parallel zur Füllventilachse gebildet sein. In dem Füllventil ist weiterhin ein erster Dichtsitz in dem axialen Abschnitt in Fließrichtung vor dem zweiten Dichtsitz angeordnet, wobei der erste Dichtsitz vorzugsweise elastische Dichtelemente aufweist. Erfindungsgemäß sind der erste Dichtsitz und zweite Dichtsitz derart an dem Ventilstößel angeordnet, dass der erst Dichtsitz bei einer Schließbewegung des Ventilstößels vor dem zweiten Dichtsitz schließt, wobei der erste Dichtsitz nach dem Schließen eine weitere axiale Bewegung des Ventilstößels in Schließrichtung bis zum Schließen des zweiten Dichtsitzes zulässt. Die Schließbewegung des Ventilstößels führt somit zum zeitversetzten vollständigen Schließen beider Dichtsitze.
    Gemäß der Erfindung wird somit der zweite Dichtsitz nicht mehr einen Spalt offen gelassen, sondern er wird ebenfalls geschlossen, allerdings zeitlich nach dem ersten Dichtsitz, eventuell in einem eigenen Bewegungsabschnitt. Hierdurch wird erreicht, dass nach dem Schließens des ersten Dichtsitzes der Füllvorgang beendet wird und dass zusätzlich das, in dem Ringspalt des axialen Abschnitts befindliche Produkt fest dort eingeschlossen ist, da zuerst ein Spalt am zweiten Dichtsitz verbleibt, der so klein ist, dass dieser als Gassperre wirkt und einem Gaseintritt entgegenwirkt. Mit dem erst zeitlich versetzt erfolgenden Schließen des zweiten Dichtsitzes wird schließlich kein Produkt mehr auf die darunter stehende Flasche oder in die Umgebung verspritzt, auch wenn dieses eine sehr geringe Viskosität hat.
    Des Weiteren besteht der Vorteil der Erfindung darin, dass aufgrund des zeitlich nachfolgenden Schließens des zweiten Dichtsitzes das in dem axialen Abschnitt - vorzugsweise in dem Ringspalt - zwischen Ventilsitz und Ventilstößel befindliche Produkt nicht auslaufen kann, und auch kein Gas darin aufsteigen kann. Die Füllfunktion des Füllventils ist damit unabhängig von der Viskosität des Produktes innerhalb der bei Getränken üblichen Viskositätsbereiche.
  • Erfindungsgemäß wird somit nach Erreichen der Füllmenge eines abzufüllenden Behälters der Ventilstößel zunächst nur soweit bewegt, dass lediglich der erste Dichtsitz geschlossen wird und im zweiten Dichtsitz ein Spalt verbleibt, welcher als Gassperre wirkt. Dies bedeutet, dass das Füllventil den Füllvorgang ohne ein Verspritzen von Füllgut beendet.
  • Einen kurzen Moment später, d.h. vorzugsweise 30-300 Millisekunden später, wird durch eine weitere Hubbewegung des Ventilstößels auch der zweite Dichtsitz dicht verschlossen, wobei der Zeitraum zwischen dem Schließen des ersten Dichtsitzes und des zweiten Dichtsitzes so kurz bemessen ist, dass kein Gas in den Ringspalt des axialen Abschnitts bzw. Ringspalts aufsteigen kann. Eine vorzeitige Entleerung des im Ringspalt befindlichen Produktes ist dabei selbst bei niedriger Viskosität ausgeschlossen. Der weitere Hub des Ventilstößels nach dem Schließen des ersten Dichtsitzes beträgt vorzugsweise weniger als 2,5 mm und kann durch einen entsprechend konstruierten ersten Dichtsitz realisiert werden.
  • Der axiale Abschnitt zwischen dem ersten Dichtsitz und dem zweiten Dichtsitz bildet vorzugsweise einen Ringspalt, der groß genug ist, damit Produkte mit Feststoffteilen, wie z.B. Fruchtstücken als auch Produkte mit hoher Viskosität ungehindert fließen können. Aufgrund der definierten Steuerung des zweiten Dichtsitzes ist jetzt die oben beschriebene Viskositäts-Abhängigkeit zwischen Ringspalt und dem Spalt am zweiten Dichtsitz nicht mehr gegeben, da der zweite Dichtsitz, wenn auch zeitversetzt, komplett schließt.
  • Das erfindungsgemäße Füllventil lässt zu, dass der Füllstrahl optimal auf geringste Turbulenzen und geringste Schaumbildung sowie auch hohe Schüttleistung und die Verarbeitung von großen Partikeln ausgelegt werden kann. Die hinderliche Rücksichtnahme auf eine funktionierende Gassperre entfällt. So sind Produkte mit sehr unterschiedlichen Viskositäten handhabbar.
  • Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, den ersten Dichtsitz derart auszubilden, dass er eine weitere axiale Bewegung des Ventilstößels in Schließrichtung erlaubt.
  • Der erste Dichtsitz weist erfindungsgemäß somit wenigstens ein hochelastisches Dichtelement auf, welches sich nach dem Schließen des ersten Dichtsitzes soweit verformen lässt, dass es die axiale Bewegung des Ventilstößels mitmacht, ohne die Dichtwirkung in Wechselwirkung mit dem anderen Dichtelement des ersten Dichtsitzes zu verlieren. Eine derartige Ausbildung des ersten Dichtsitzes ist technisch einfach zu realisieren, da sie keine beweglichen Teile an dem ersten Dichtsitz erfordert, denn die weitere Axialbewegung des Ventilstößels basiert allein auf der Flexibilität bzw. Deformierbarkeit des ersten Dichtsitzes, auf den hochelastischen Eigenschaften eines oder beider Dichtelemente.
  • Eine weitere nicht erfindungsgemäße Ausführungsform erfordert, dass wenigstens eines der Dichtelemente des ersten Dichtsitzes axial verschiebbar an dem Ventilstößel bzw. an dem Ventilsitz angeordnet ist. Die axiale Verschiebbarkeit ermöglicht es, dass das entsprechende axial verschiebbare Dichtelement nach dem Schließen des ersten Dichtsitzes die weitere axiale Bewegung des Ventilstößels mitmacht, ohne die Dichtwirkung in Zusammenwirken mit dem anderen Dichtelement zu verlieren. So kann z.B. das axial verschiebbare Dichtelement des ersten Dichtsitzes vorzugsweise an einem axial bewegbaren Träger gehalten sein, der entweder an dem Ventilstößel oder an dem Ventilsitz axial bewegbar gelagert ist. Der Träger kann z.B. durch eine Metallhülse gebildet sein, die leicht gleitend an dem Ventilstößel oder dem Ventilsitz vorgesehen werden kann.
    Vorzugsweise wird der Träger bzw. das axial bewegbare Dichtelement durch eine Federeinrichtung in einer axialen Ruheposition gehalten, so dass die weitere Bewegung des Ventilstößels nach dem Schließen des ersten Dichtsitzes dadurch realisiert wird, dass der Träger gegen die Kraft der Federeinrichtung aus seiner axialen Ruheposition herausgedrückt wird. Beim Öffnen des Füllventils, d.h. bei einer Betätigung des Ventilstößels vom Auslassende weg, öffnet dann zuerst der zweite Dichtsitz und anschließend der erste Dichtsitz, wobei zwischen diesen beiden Vorgängen der Träger wieder in seine Ruheposition zurückkehrt. Eine derartige Vorrichtung ist sehr zuverlässig und behält ihre Funktionsfähigkeit auch nach oftmaliger Betätigung des Ventilstößels.
    Vorzugsweise ist der Träger zum Ventilstößel oder Ventilsitz mit Faltenbälgen abgedichtet, so dass kein Produkt zwischen den Träger und den Ventilstößel bzw. den Ventilsitz gelangen kann, an welchem der Träger gelagert ist.
  • Vorzugsweise bilden in diesem Fall die Faltenbälge auch die Federeinrichtung, welche für den Träger eine Ruheposition definiert.
  • Vorzugsweise sind die Dichtelemente des ersten Dichtsitzes durch eine elastische Ringdichtung und eine Schulter gebildet, gegen welche die Ringdichtung anliegt. Der Einfachheit halber ist die Ringdichtung in diesem Fall vorzugsweise an dem Ventilstößel ausgebildet und die Schulter ist eine, vorzugsweise deutliche, Durchmesseränderung am Ventilsitz. Es kann jedoch auch die Ringdichtung an dem Ventilsitz angeordnet sein und die Schulter an dem Ventilstößel.
  • Die Ringdichtung enthält vorzugsweise eine ringförmige Dichtlippe, die sich quer zur Bewegungsrichtung des Ventilstößels erstreckt. Eine derartige Dichtlippe hat aufgrund ihrer Geometrie und bei entsprechender Stärke des Ringspaltes im axialen Abschnitt zwischen Ventilstößel und Ventilsitz eine ausreichende Deformierbarkeit, um nach dem Anliegen an der Schulter eine weitere axiale Bewegung des Ventilstößels bis zum Schließen des zweiten Dichtsitzes zu ermöglichen.
  • Vorzugsweise erlaubt der erste Dichtsitz nach seinem Schließen eine weitere axiale Betätigung des Ventilstößels in Schließrichtung von wenigstens 1 mm. Dies ermöglicht es, den Zeitpunkt zwischen dem Schließen des ersten Dichtsitzes und dem Schließen des zweiten Dichtsitzes in weiten Grenzen einzustellen.
  • Vorzugsweise beträgt der weitere axiale Betätigungsweg des Ventilstößels nach dem Schließen des ersten Dichtsitzes 1,0 - 2,5 mm, vorzugsweise 1,5 - 2,5 mm. Dieser weitere axiale Betätigungsweg ist gut durch eine Steuerung der Füllvorrichtung in Zusammenarbeit mit einem Betätigungsmechanismus für den Ventilstößel realisierbar.
  • Prinzipiell ist es möglich, dass die zeitliche Verzögerung zwischen dem Schließen des ersten Dichtsitzes und dem Schließen des zweiten Dichtsitzes dadurch realisiert wird, dass der Ventilstößel einfach in einem Bewegungsablauf weiterbewegt wird. Aus Gründen einer Beschleunigung des Füllvorgangs und aus Gründen einer besseren Steuerung der Vorgänge ist es jedoch vorzuziehen, dass die Betätigung des Ventilstößels bis zum Schließen des ersten Dichtsitzes und die anschließende weitere Betätigung bis zum Schließen des zweiten Dichtsitzes durch zwei separate gesteuerte Bewegungsvorgänge realisiert wird, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit in beiden Vorgängen unterschiedlich sein kann. Die axiale Bewegung des Ventilstößels kann auch nach dem Schließen des ersten Dichtsitzes für einen kurzen Augenblick innegehalten werden.
  • Es ist klargestellt, dass eine Füllvorrichtung mit wenigstens einem, vorzugsweise mehreren der oben genannten Füllventile noch einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Ventilstößels, eine Steuerung als auch eine Produktzufuhr mit den entsprechenden Produktbehältern und Produktleitungen und die notwendigen Ventile und Steuerelemente aufweist. Da diese an sich bekannt sind, werden sie in der vorliegenden Patentanmeldung nicht weiter beschrieben. Selbstverständlich umfasst die Erfindung auch eine Füllvorrichtung mit wenigstens einem, vorzugsweise einer Vielzahl der oben beschriebenen Füllventile.
    Die oben angesprochenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in beliebiger Weise miteinander kombinierbar.
    Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der schematischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
    • Fig. 1a - 1c
    eine erfindungsgemäße Füllvorrichtung zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten, und
    Fig. 2
    einen senkrechten Schnitt durch eine zweite nicht erfindungsgemäße Ausführungsform zu den gleichen Bestätigungszeitpunkten wie die Ausführungsform der Fig. 1.
    Das in Fig. 1 dargestellte Füllventil 10 enthält einen Ventilsitz 12, in welchem ein Ventilstößel 14 axial beweglich geführt ist. Der Ventilstößel 14 verfügt hierfür an seinem oberen Ende über einen Ventilkopf 16, an welchem der Ventilstößel 14 in dem Ventilsitz 12 nicht nur axial geführt sondern auch mittels eines nicht dargestellten Bewegungsmechanismus für eine axiale Bewegung gegriffen wird. In dem Bereich der Lagerung des Ventilstößels im Bereich des Ventilkopfes 16 ist vorzugsweise noch eine Federeinrichtung 18 angeordnet, die den Ventilstößel 14 im dem Ventilsitz in eine Ruheposition, d.h. in der Regel in Schließrichtung vorspannt. Gegriffen wird der Ventilkopf 16 durch den nicht dargestellten Bewegungsmechanismus mittels Betätigungselementen 20 im Bereich des Ventilkopfes 16. In dem Längenbereich zwischen dem Ventilsitz 12 und dem Ventilstößel 14 ist ein Produktzufuhrraum 22 ausgebildet, dem durch eine nicht dargestellte Produktzufuhr ein Flüssigkeit enthaltendes Produkt zugeführt wird. Am unteren Ende des Produktzufuhrraums 22 ist ein erster Dichtsitz 24 angeordnet. Dessen Dichtelemente sind durch eine an dem Ventilstößel 14 angeordnete Ringdichtung 26 mit einer radial erstreckenden Dichtlippe 27 und eine an dem Ventilsitz 12 angeordnete Schulter 28 gebildet. Am unteren Ende des Ventilstößels 14 ist ein zweiter Dichtsitz 30 ausgebildet, dessen Dichtelemente durch eine durchmesservergrößerte tropfenförmige Verdickung 32 des Ventilstößels 14 und einer Dichtkante 34 am unteren Ende des Ventilsitzes 12 gebildet sind. Zwischen dem ersten Dichtsitz 24 und dem zweiten Dichtsitz 30 ist zwischen dem Ventilsitz 12 und dem Ventilstößel 14 ein axialer Abschnitt 36 in Form eines Ringspaltes gebildet, in welchem sich das dem Produktzufuhrraum 22 zugeführte Produkt in Richtung auf den zweiten Dichtsitz 30, d.h. zum unteren Auslass des Füllventiles 10 bewegt.
  • Die sich radial nach außen erstreckende hoch elastische Dichtlippe 27 der Ringdichtung 26 kann mit ihrer Außenkante an der Schulter 28 des Ventilsitzes 12 in Schließstellung des ersten Dichtsitzes 24 anliegen.
  • Die Funktionsweise des Füllventiles beim Beenden einer Füllung wird nachfolgend anhand der Figuren a-c beschrieben.
  • Fig. 1a zeigt die Stellung des Ventilstößels 14 während des Befüllens eines Produktes. Hierbei ist die Dichtlippe 27 der Ringdichtung 26 des ersten Dichtsitzes 24 von der Schulter 28 des Ventilsitzes 12 beabstandet, ebenso wie die tropfenförmige Verdickung 32 am unteren Ende des Ventilstößels 14 von der Dichtkante 34 des zweiten Dichtsitzes 30. Das der Produktzufuhr 22 zugeführte Produkt kann somit ohne Behinderung am ersten Dichtsitz 24 und am zweiten Dichtsitz 30 vorbei in einen unter dem Füllventil 10 stehenden Behälter (nicht dargestellt) fließen.
  • Fig. 1b zeigt die erste Phase beim Stoppen des Füllvorgangs. Durch eine Abwärtsbewegung des Ventilstößels 14 im Ventilsitz 12 wurde der Ventilstößel soweit nach unten bewegt, dass nun die Dichtlippe 27 der Ringdichtung 26 des ersten Dichtsitzes 24 an der Schulter 28 des Ventilsitzes 12 anliegt. Hiermit schließt der erste Dichtsitz 24, während der zweite Dichtsitz 30 noch einen Spalt geöffnet ist. Der verbleibende Spalt zwischen der tropfenförmigen Verdickung 32 des Ventilstößels 14 und der Dichtkante 34 des Ventilsitzes 34 hat vorzugsweise eine Größe von 0,5 - 1½ mm. Dieser Spalt wirkt als Gassperre, wodurch kein Gas in den über dem zweiten Dichtsitz 30 liegenden Ringspalt 36 eindringen kann. Eine vorzeitige Entleerung des axialen Bereichs bzw. Ringspaltes 36 ist damit ausgeschlossen. Nun wird der Ventilstößel 14 weiter nach unten bewegt, bis die tropfenförmige Verdickung 32 an der Dichtkante 34 des zweiten Dichtsitzes anliegt, d.h. der zweite Dichtsitz 30 schließt. Dies ist in Fig. 1c dargestellt. Nun ist der axiale Abschnitt bzw. Ringspalt 36 nach oben hin durch den geschlossenen ersten Dichtsitz 24 abgeschlossen und nach unten hin durch den zweiten Dichtsitz 30.
    Bei der weiteren axialen Bewegung des Ventilstößels 14 nach unten zum Schließen des zweiten Dichtsitzes 30 deformiert sich die elastische Dichtlippe 27 so stark, dass diese sich, wie in Fig. 1c gezeigt ist, nicht mehr radial nach außen erstreckt, sondern entsprechend der weiteren axialen Bewegung des Ventilstößels 14 nach dem Schließen des ersten Dichtsitzes 24 tellerförmig gebogen ist. Aufgrund der hohen Elastizität der Dichtlippe 27 liegt diese jedoch weiterhin dichtend an der Schulter 28 des Ventilsitzes 12 an, so dass der erste Dichtsitz 24 auch nach der weiteren axialen Verschiebung des Ventilstößels 14 zum Schließen des zweiten Dichtsitzes 30 seine Dichtwirkung beibehält.
    Das in der Ausführungsform gezeigte Füllventil erlaubt ein verspritzungsfreies Füllen von Produkten von Flüssigkeit enthaltenden Produkten, die Feststoffe enthalten, als auch von Produkten mit unterschiedlicher Viskosität.
    Das Öffnen des zweiten Dichtsitzes für einen neuen Füllvorgang verläuft umgekehrt. Zuerst öffnet der zweite Dichtsitz 30 und erst wenn bei entsprechender axialer Bewegung des Ventilstößels die Deformation der Dichtlippe 27 in Fig. 1 wegfällt, hebt sich diese von der Schulter 28 des ersten Dichtsitzes 24 ab, so dass der erste Dichtsitz 24 erst nach dem Öffnen des zweiten Dichtsitzes 30 geöffnet wird. Die zeitliche Verzögerung lässt sich ebenfalls wieder durch die Steuerung der Füllvorrichtung mittels Bewegungssteuerung des Ventilstößels einstellen.
  • Fig. 2 zeigt eine zu Fig. 1 weitgehend identische Ansicht einer zweiten nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der identische oder funktionsgleiche Teile mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zu Fig. 1 ist der erste Dichtsitz 42 des Füllventils 40 aus Fig. 2 anders ausgestaltet als der erste Dichtsitz 24 aus Fig. 1.
  • Auch der erste Dichtsitz 42 des Füllventils 40 aus Fig. 2 hat am Ventilsitz 14 eine zur Ausführungsform der Fig. 1 identische Schulter 28 als Dichtfläche. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist jedoch an dem Ventilstößel 14 ein Ringdichtungselement 43 mit einem axial verschiebbaren Träger 44 angeordnet. Der Träger 44 ist über einen oberen Faltenbalg 46 und einen unteren Faltenbalg 47 zum einen axial bewegbar am Ventilstößel 14 gehalten und zum anderen mit entsprechenden oberen und unteren Abschnitten des Ventilstößels 14 dicht verbunden und somit gegen das Produkt abgedichtet. Vorteilhaft sind die beiden Faltenbälge 46, 47 einstückig ausgeführt, wie dies in der Figur 2 dargestellt ist. Der Träger 44 trägt an seinem Außenumfang eine Dichtung 48, beispielsweise eine O-Ring-Dichtung oder eine Flachdichtung, welche beim Schließen des ersten Dichtsitzes 42 an der Schulter 28 des ersten Dichtsitzes 42 anliegt.
  • Der Ablauf beim Beenden einer Befüllung ist analog zu Fig. 1 dargestellt. In Fig. 2a ist das Füllventil 40 in Öffnungsstellung dargestellt, d.h. sowohl der erste Dichtsitz 42 als auch der zweite Dichtsitz 30 sind geöffnet. Beim Schließen (Fig. 2b) fährt der Ventilstößel 14 nach unten, so dass zuerst die Dichtung 48 des Trägers 44 des Ringdichtungselementes 43 des ersten Dichtsitzes 42 an der am Ventilsitz 12 ausgebildeten Schulter 28 des ersten Dichtsitzes 42 dichtend zu liegen kommt. Zu diesem Zeitpunkt ist jedoch zwischen der tropfenförmigen Verdickung 32 am unteren Ende des Ventilstößels 14 und der Dichtkante 34 des zweiten Dichtsitzes 30 noch ein Spalt von etwa 1 mm vorhanden, der als Gassperre wirkt und einem Verspritzen von Produkt auf eine darunter stehende Flasche oder in die Umgebung entgegenwirkt. Im zweiten Vorgang wird dann der Ventilstößel 14 weiter nach unten bewegt, so dass nun die tropfenförmige Erweiterung 32 des zweiten Dichtsitzes 30 an dessen Dichtkante 34 zu liegen kommt, womit auch der zweite Dichtsitz 30 schließt.
  • In einer anderen Weise wird beim Öffnen des Füllventils 40 in Fig. 2 zuerst der zweite Dichtsitz 30 geöffnet und bei weiterer axialer Bewegung des Ventilstiftes 14 in Öffnungsstellung bewegt sich das Ringdichtungselement 43 wieder in seine Ruheposition zwischen dem oberen Faltenbalg 46 und dem unteren Faltenbalg 47 (Fig. 2b), wonach bei weiterer Aufwärtsbewegung des Ventilstößels 14 sich die O-Ring-Dichtung 48 von der Schulter 28 löst, womit auch der erste Dichtsitz 42 öffnet und ein neuer Befüllungsvorgang beginnen kann.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche variiert werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Füllventil (erste Ausführungsform)
    12
    Ventilsitz
    14
    Ventilstößel
    16
    Ventilkopf
    18
    Federeinrichtung
    20
    Betätigungselemente
    22
    Produktzufuhrraum
    24
    erster Dichtsitz
    26
    Ringdichtung
    27
    Dichtlippe
    28
    Schulter
    30
    zweiter Dichtsitz
    32
    tropfenförmige Verdickung
    34
    Dichtkante
    36
    axialer Abschnitt/Ringspalt
    40
    Füllventil (zweite Ausführungsform)
    42
    erster Dichtsitz (zweite Ausführungsform)
    43
    Ringdichtungselement
    44
    Träger
    46
    oberer Faltenbalg
    47
    unterer Faltenbalg
    48
    Dichtung

Claims (7)

  1. Füllventil (10) einer Füllvorrichtung zum Abfüllen von Flüssigkeit enthaltenden Produkten, umfassend wenigstens einen Ventilstößel (14), der in einem Ventilsitz (12) axial bewegbar angeordnet ist, wobei zwischen Ventilsitz und Ventilstößel ein axialer Abschnitt (36) gebildet ist, in welchem das Produkt zu einem zweiten Dichtsitz (30) fließt, welcher an einem Auslassende des Füllventils ausgebildet ist, in welchem Füllventil weiterhin ein mit dem axialen Abschnitt verbundener erster Dichtsitz (24) in Fließrichtung vor dem zweiten Dichtsitz (30) angeordnet ist, welcher erste Dichtsitz miteinander in Wechselwirkung tretende Dichtelemente (26, 27, 28) aufweist, wobei der erste Dichtsitz und zweite Dichtsitz derart an dem Ventilstößel angeordnet sind, dass der erste Dichtsitz bei einer Schließbewegung des Ventilstößels vor dem zweiten Dichtsitz schließt, wobei der erste Dichtsitz nach dem Schließen eine weitere axiale Bewegung des Ventilstößels in Schließrichtung bis zum Schließen des zweiten Dichtsitzes zulässt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Dichtelemente (27) elastisch ist und in Betätigungsrichtung eine Deformierung in der Größe der weiteren axialen Bewegung des Ventilstößels (14) zulässt.
  2. Füllventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (26, 28) durch eine elastische Ringdichtung und eine Schulter gebildet sind, gegen welche die Ringdichtung anliegt.
  3. Füllventil (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdichtung (26, 27) an dem Ventilstößel (14) und die Schulter an dem Ventilsitz (12) angeordnet sind.
  4. Füllventil (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdichtung (26) eine ringförmige Dichtlippe (27) enthält, die sich quer zur Bewegungsrichtung des Ventilstößels (14) erstreckt.
  5. Füllventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtsitz (24) einen weiteren axialen Betätigungsweg des Ventilstößels (14) in Schließrichtung von wenigstens 1 mm nach seinem Schließen ermöglicht.
  6. Füllventil (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere axiale Betätigungsweg 1,0 bis 2,5 mm, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 mm beträgt.
  7. Füllvorrichtung, enthaltend wenigstens ein Füllventil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, welche Füllvorrichtung einen Bewegungsmechanismus für den Ventilstößel (14), eine Steuerung für den Bewegungsmechanismus und eine Produktzufuhr zu dem Füllventil enthält.
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