EP3201119B1 - Vorrichtung und verfahren zum messmittellosen befüllen eines behältnisses - Google Patents
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- EP3201119B1 EP3201119B1 EP15807594.5A EP15807594A EP3201119B1 EP 3201119 B1 EP3201119 B1 EP 3201119B1 EP 15807594 A EP15807594 A EP 15807594A EP 3201119 B1 EP3201119 B1 EP 3201119B1
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- B67C3/22—Details
- B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
- B67C2003/2688—Means for filling containers in defined atmospheric conditions
Definitions
- the invention relates to a filling device which operates without measuring means, and to a method for measuring medium-free filling of a container with fluid using the filling device.
- Filling devices and methods for filling containers are known in various embodiments.
- liquids such as wine or even chemicals
- a control instrument usually a magnetic-inductive flow meter (MID sensor) , pre-metered sensor-controlled or filled by means of a piston system in the respective container.
- MID sensor magnetic-inductive flow meter
- the displacement element is not introduced into the container, so that no running after the attachment volume takes place after pulling out of the displacement element.
- the inventive method for measuring medium-free filling of a container with a fluid is carried out according to a first embodiment with a filling device comprising an attachment with a predetermined volume V A.
- the article has a valve cap which has a gas valve and a liquid valve with valve seat in a housing.
- the valve seat surrounds, forming an annular gap, a displacement element which can be displaced longitudinally relative to the housing.
- step c) the extraction of the displacement element from the container, and run after the volume V VA (and only in special cases, the volume V FV ) in the container, the volume V VA or in the special case, the volumes V VA and V FV is as large as the volume V balloon of a portion of the displacement element in the flooded section, so that the same containers are filled with equally high levels.
- the container can be disconnected from the attachment and closed.
- the procedure can be repeated from the beginning.
- the method is therefore "measuring-medium-free", which means in the sense of the invention that a desired amount of fluid is provided only by formation of defined volumes of individual components which, taken together, form the nominal volume V nominal , as will be explained further below.
- this nominal volume V nominal corresponds to the volume of a predetermined nominal height to be filled into the respective container.
- Equal containers here means vessels that are identical except for production-related deviations of the wall and floor thickness.
- a development of the invention may comprise the step a '), after which, after insertion of the displacement element, a balloon-like body, which is slipped over a pipe, by supplying an expansion medium, can be expanded until the container to be filled and in particular the nominal volume V Nenn is lined ,
- Until the container to be filled is lined here means that the balloon-like body lines said volumes such that a gap between the inner wall and the surface of the balloon-like body remains, which the fluid flow, respectively, the air displacement along the balloon-like body during expansion before the filling allowed, even if this creates when expanding to the wall. Gas pockets in the container are thus avoided. It does not have to be provided in any case that a gap between the balloon and container wall remains.
- Fluids can be liquids such as drinks or chemicals;
- “Expansion media” in turn gases such as air or inert gases or liquids, which are suitable to fill the respective balloon-like body.
- the balloon-like body may be collapsed, by releasing a vacuum applied to the container, which has sucked the balloon against the inner wall, or by allowing the expansion medium to escape from the balloon-like body again becomes, happens; while continuing to let the fluid flow into the container.
- the two additional steps allow the process to allow sensitive fluids to be filled, as the air in the reservoir can be squeezed out by inflating the balloon-like body or balloon, leaving little room for air to come into contact with the fluid.
- other fluids such as residual water from a rinsing process or the like, can be removed from the container by the balloon before the actual filling fluid is introduced.
- the liquid valve closes after the fluid that is filled, the container and also the valve has completely filled (passive control).
- the fluid may trigger a valve mechanism when active control is provided.
- the liquid valve may be a pressure valve.
- the liquid valve is closed when a predetermined pressure is reached in the filling fluid circuit
- a passive component such as a pressure relief valve may be connected to a fluid supply line.
- the nominal volume is determined substantially from the nominal height h Nominal up to where the container is to be filled. Important for compliance with the nominal height h nominal at each filling is now that the displacement element protrudes a certain length h balloon into the container and just displaces a thus formed volume accordingly. In order to achieve the nominal volume, it is necessary to replenish the volume displaced by the displacement element in the container. This can be achieved according to the invention by reflecting this volume in the components of the article. In short: The displacement volume of the displacement element in the container corresponds to the residual volumes in the attachment minus the displacement element.
- the void volumes are composed of different volumes of the components of the filling device:
- a volume V B of the container enters the nominal volume V nominal to be reached.
- a volume V A of the essay can be formed.
- a volume V FV can be formed.
- V nominal V B + V A + V FV - V balloon
- the total volume of the various attachment components excluding the container volume corresponds to the volume displaced by the tube including the balloon-like body as a whole within the filling device.
- the volume displaced by the displacer including the balloon-like body within the receptacle is the same size as the residual volumes formed by the attachment components without the displacer.
- the stated volumes within the attachment can also be adapted to the specific container by providing compensation volumes in the valve attachment or in other suitable regions of the filling device.
- compensation volumes in the valve attachment or in other suitable regions of the filling device can be mounted below or above this.
- the nominal volume can thus be matched to any container shape, which makes it possible to fill different container shapes same capacity with the required nominal volume so that always the same filling level is achieved in the different containers.
- the article further comprises a volume compensator which is fluidically coupled to the valve cap, wherein the volume compensator in step a) with its underside placed tightly on the empty or full container can be.
- the volume compensator can also be arranged above the valve cap.
- the volume compensator above the filling valve is basically the same design as below the filling valve. He would then be arranged as an "intermediate piece" between the balloon intake and the filling valve.
- the balloon retainer is then still the topmost point in this case and holds the balloon concentrically in the volume compensator and the fill valve.
- the balloon then still displaces all air from the volume compensator and the filling principle is obtained as in the variant in which the volume compensator sits directly on the vessel.
- the interior of the volume compensator forms a predetermined volume WK, which may be fixed in one embodiment.
- the volume of the volume compensator can be adjusted in a further embodiment by suitable volume change means for different container sizes and thus be variable.
- “Variable” here means that not only a fixed, invariable volume is formed by the different cavities in the filling device, and thus a filling is limited to one possibility, but the respective volumes on the containers to be filled or the immersion depth of the displacement element can be matched.
- the volume compensator can also be multi-part, in particular two-part, and form different volume sizes depending on the choice of the assembled elements.
- the active volume of the respective compensating element can also be variable if the device is to be retrofitted for the filling of different containers.
- a variable displacement can be achieved, for example, by means of sliders, a guide roller or variable / different wall thickness, the contour of a stopper and a matched shape of the balloon-like body.
- This also CO 2 -containing liquids can be filled without it to the so-called "gushing" (foaming due to sudden pressure relief) comes.
- a constant filling level, d. H. a certain filling volume per container can thus be achieved for different containers by specific volumes are formed within the essay.
- the volume to be filled can be adjusted by the volume compensator depending on the container to be filled.
- additional compensation volumes can be provided within the valve cap, which can be formed for example by recesses or grooves in a through hole of the valve cap.
- the invention provides that in step a ') the expanding balloon-like body has a longitudinal web along its circumference. This extends in the longitudinal direction of the balloon-like body, so that in the expanded state of the balloon-like body between the surface of the balloon-like body and an inner surface of the attachment, a gap is formed along the balloon length.
- the balloon-like body with respect to its number of webs could have significantly more webs than the least necessary to fulfill a web to allow less liquid to flow into the bottle or to increase the displacement of air in the container or a liquid.
- grooves or other facilities may be provided for this purpose be.
- this body is on the DE 10 2014 008 234 directed.
- the contribution of the balloon-like body to the volume V balloon is essentially given by its wall thickness.
- the balloon-like body may have a wall thickness of several microns to several millimeters.
- An embodiment of a measuring device-less filling device for carrying out the aforementioned method for achieving a same level in the same containers according to claim 7, inter alia, comprises the following components:
- the filling device has an attachment with a predetermined volume V A , which sits tightly on the container and comprises a valve cap.
- the valve cap itself has in a housing on a gas valve and a liquid valve, each having a valve seat.
- the valve seats surround a displacement element to form an annular gap, wherein the displacement element can be moved longitudinally relative to the housing axially.
- a fluid supply line is further connected, which may be filled with a fluid to be filled.
- the filling device has no volume measuring device in the fluid supply line and has no level height measuring device.
- the aforementioned filling device is thus "without measuring means", which means in the sense of the invention that fluid can be metered only by providing defined volumes of individual components which, taken together, form the nominal volume V nominal , as already explained above.
- this nominal volume V nominal corresponds to the volume of a predetermined nominal height to be filled in the respective container.
- the attachment has a volume compensator with a predetermined volume V VK , which is fluidically coupled to the valve cap and can be placed on the container in a fluid-tight manner.
- the volume compensator can serve as a volume compensation element whose internal volume can be fixed or variable.
- the displacement element may have different suitable embodiments.
- the displacement element can be a tube with a balloon-like body, wherein the balloon-like body can partially or completely envelop the tube.
- the principle according to the invention basically also works without a balloon, so that, for example, it can also be provided that the displacement element is a simple tube.
- the liquid does not have to be withdrawn directly from the container or filled into it by means of a valve, but can be handled in an improved manner via the following inventive design:
- the tube can be arranged on a holding section of the valve attachment and positioned concentrically through a passage opening of the holding portion and further through the passages of the valve seats.
- the tube may protrude in a use arrangement close to a bottom of a given container, so that neither the bottom nor the balloon-like body are damaged.
- the balloon-like body is pulled with its closed end over the free end of the tube and extends through the valve cap into the holding portion in which it is fixed.
- the balloon-like body in the passage opening of the holding portion by means of a clamping body, which is preferably supported via a spring against the upper portion of the holding portion, fluid-tight manner.
- a clamping body which is preferably supported via a spring against the upper portion of the holding portion, fluid-tight manner.
- the tube may extend upwardly through a bore and be inextricably received in a mounting stud, which in turn may be releasably coupled to a fluid source, such as a gas source.
- a further embodiment of the invention may provide that the gas valve and the liquid valve comprise, in addition to the valve seat, an annular closure part, the valve seat and closure part being movable relative to each other and being arranged coaxially with one another. So that the valve attachment or the volume compensator can be placed in a fluid-tight manner on the container, a seal can be provided on the container-side opening of the respective component which is to denser.
- the filling device 10 according to the invention which in Fig. 1 is shown here is used to fill a bottle 1, but can in principle be used for any other container.
- the filling device 10 has an attachment which comprises a valve attachment 2.
- a tube 3 is passed here as a displacement element, over which a balloon 4 is slipped.
- the balloon 4 is designed such that it remains in an expanded state between its surface and an inner wall of the valve cap 2 a gap. In Fig. 1 the balloon 4 is not expanded.
- the tube 3 protrudes from the bottom of the valve cap 2.
- the valve cap 2 is designed so that it sits with its underside close to the bottle 1 (see Fig. 1 ).
- a volume compensator 2 ' is placed tightly on the bottle 1. This is mainly used to compensate for different volumes of different types of containers.
- a method step is shown, in which the container 1 has just been connected fluid-tightly to the valve cap 2, and the balloon 4 is about to be expanded.
- the balloon 4 is fluid-tightly connected to it in an upper end region of the tube 3.
- a ball 16 is pushed onto the tube 3, wherein the balloon 4 is pulled over this ball 16.
- the ball 16 is seated in a passage opening 18 of a holding portion 17, wherein the balloon 4 is clamped between the ball 16 and the upper edge of this passage opening 18.
- a through hole 19 through which the expansion medium flows through the tube 3 in the balloon 4 extends.
- the balloon-like body 4 may be a tube formed of a thermoplastic, elastomeric material, which at its lower end, that is, the end, provides for positioning in the container 1 to be filled or emptied is closed. It thus forms a kind of expanding body, which can be inflated by means of an expansion medium, for example air.
- the tube has in its unexpanded form an inner diameter which corresponds to the outer diameter of the tube 3 in order to displace the smallest possible volume.
- the material composition is chosen in terms of wall thickness and elasticity so that the inflated by inflation hose occupies a balloon shape, which fills the inner volume of the container to be filled 1, respectively the interior of the previously connected components, in particular the volume compensator 2 'and the valve cap 2.
- the balloon 4 When the balloon 4 is expanded, it not only dresses the container 1, but also the interior of the valve cap 2, d. H. he puts himself from the inside to a through hole 11 and and the valve seats 7, 8 at. In this way, the valve cap 2 before filling completely by ambient air or other, already filled fluid in the case of refilling, be released, so that here, the filling fluid does not come into contact with ambient air.
- the valve cap 2 has a liquid valve 5 and a gas valve 6, each with an annular valve seat 7, 8 and corresponding thereto annular closure parts.
- the valve seat 7 is stationary with respect to a container 1 to be filled, wherein the valve seat 8 is designed to be displaceable with respect to a valve longitudinal axis.
- the two closure parts are aligned with one another and surround the tube 3, forming a respective annular gap 7 ', 8'.
- the closure parts of the two valves 5, 6 are arranged in a common support 12, which has been displaceable long enough for the valve longitudinal axis.
- the valve cap 2 can be multi-part and to be divided into different units. The units are surrounded by housing parts 21, 22, 23, 24. In this case, the different units in the housing parts 21, 22, 23, 24 are moved relative to each other along the valve longitudinal axis to open individual valves 5, 6 or both. Further, a liquid supply line 15 (figuratively shown only schematically) connected to the valve cap 2.
- the stopper 13 is made of a flexible material, such as rubber.
- the volume condenser 2 'off Fig. 2 is a substantially cylindrical body having a predefined volume V VK in its interior. This volume serves to receive a portion of a defined filling quantity, which is displaced by the tube 3 required for filling together with the balloon-like body 4 from the container 1 which is actually to be filled. Accordingly, this volume of liquid absorbed in the volume condenser 2 'can follow after pulling out the tube 3.
- the different components now form volumes of different sizes:
- the container 1 encloses a volume V B.
- the inner bore 11 of the valve cap 2 forms a volume V VA .
- the volume V balloon formed by the tube 3, including the balloon-like body 4 must be subtracted from the sum of all other volumes, since this volume displaces fluid within all components, including the container.
- This results in a nominal volume V nominal V B + V VA + V V + V FV VV balloon whose volume size corresponds to the actually filled fluid.
- the sum of the volumes of the various attachment components corresponds to the volume V Bal lon within the filling device displaced by the tube 3 as a whole.
- the nominal volume V Nenn is reached by the nominal height h Nom to be achieved, as in Fig. 1 shown by way of example.
- the displaced by the balloon-like body 4 volume in the container 1 is determined by the length h balloon , as far as the tube 3 projects with the balloon-like body 4 in the container 1.
- the displacement volume of the components projecting in the container 1 corresponds to the residual volumes in the attachment minus the displacement element. It thus results per container 1 always the same level height at (minimum) varying filling.
- the above-mentioned method thus proceeds as follows, for example, wherein the sequence with each embodiment, be it with or without a volume condenser 2 ', is the same: An underside of the attachment is placed in a fluid-tight manner on the respective container 1. After that, the displacement element, ie the tube 3 with the balloon-like body 4 introduced, this being introduced so far that the stopper 13 does not touch a bottom of the container 1 or touches it. Further, the gas valve 6 is opened, so that the expansion medium can penetrate into the balloon-like body 4 and expand it, whereby it removes a large part of the ambient air from the container 1. The balloon-like body 4 rests on the inner wall of the container 1 in such a way that along its length, where there are webs, a gap remains, which provides a fluid or air path.
- the liquid valve 5 is opened. Due to the gap present, fluid can enter it. Meanwhile, the expansion medium is discharged from the balloon-like body 4 again, so that it contracts and rests against the tube 3.
- the remaining volumes, which are formed in the attachment, in particular in the valve cap 2 and a volume compensator 2 ' may be filled with fluid, so that the container 1 except for the portion of the tube 3 together with the balloon-like body 4, in the liquid protrudes, is filled.
- the volume which occupies the tube 3 together with the balloon-like body 4 in its unexpanded state within the container 1 corresponds exactly to the volume which is formed by the abovementioned residual volumes in the attachments, the liquid valve 5, etc.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Abfüllvorrichtung, die ohne Messmittel arbeitet, sowie ein Verfahren zum messmittellosen Befüllen eines Behältnisses mit Fluid unter Verwendung der Abfüllvorrichtung.
- Abfüllvorrichtungen und Verfahren zum Befüllen von Behältnissen sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Bei Flüssigkeiten wie Wein oder auch bei Chemikalien ist es dabei oft zu verhindern, dass die Flüssigkeit der Umgebungsluft ausgesetzt wird und es zu unerwünschter Gasbindung, Gasaustausch oder Gaseintrag kommt, was eine Qualitätsänderung der Flüssigkeit zur Folge haben kann.
- Im Stand der Technik sind dazu Verfahren wie das in der
DE 10 2011 1005 60 B3 offenbarte bekannt, in dem zur Verfahrensausführung eine Vorrichtung zum effektiven gaskontaktlosen Befüllen eines Behältnisses mit einer zum Verzehr bestimmten Flüssigkeit beschrieben wird. Die Durchführung des Verfahrens dort sieht vor, dass in das Behältnis zunächst wenigstens ein ballonartiger, ausdehnbarer Körper eingeführt wird, der an einem Rohr angeordnet ist und dieses Rohr umhüllt. Indem dieser ballonartige Körper nach dem Einführen in das Behältnis expandieren gelassen wird, füllt er den Innenraum des Behältnisses vollständig aus und verdrängt dabei Umgebungsluft aus dem Behältnis. Dann wird Flüssigkeit in das Behältnis einströmen gelassen und zugleich das Expansionsmedium über das Rohr aus dem ballonartigen Körper verdrängt. Nach dem vollständigen Befüllen des Behältnisses wird der ballonartige Körper wieder aus dem Behältnis herausgenommen und für den nächsten Befüllvorgang bereitgestellt. - Um dabei stets die gleiche Füllmenge in die Behältnisse einfüllen zu können, wird bei Verfahren wie dem Vorstehenden , zur Befüllung des Behältnisses mit einem gewünschten Füllvolumen bzw. Nennvolumen die Flüssigkeit mittels eines Steuerungsinstruments, in der Regel eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers (MID- Sensor), sensorgesteuert vordosiert oder mittels eines Kolbensystems in das jeweilige Behältnis eingefüllt.
- Fertigungsbedingt können Behältnisse, wie Flaschen, für die Aufnahme gleicher Volumina vorgesehen sein, dabei aber unterschiedlich dicke Böden oder Wandungen aufweisen, so dass das tatsächliche Fassungsvolumen geringfügig schwankt, bei Glasflaschen üblicher Fassungsvermögen für Wein etc. im Bereich um bis zu 10 ml, was bewirkt, dass das mittels eines MID stets korrekt dosierte Volumen zu unterschiedlichen Füllhöhen führt, was gerade im Bereich des Flaschenhalses optisch sehr deutlich wird - und so etwa das Käuferverhalten beeinflusst. Die
DE 40 38 890 A1 offenbart eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 7 und ein Verfahren mit den folgenden Schritten: - a) dicht Aufsetzen des Aufsatzes mit seiner Unterseite auf ein Behältnis,
- b) einströmen Lassen von Füllfluid in eine Dosierkammer mit dem Nennvolumen des Behältnisses, bis das Nennvolumen mit Füllfluid geflutet ist, und
- c) Öffnen des Flüssigkeitsventils und einströmen Lassen von Füllfluid in das Behältnis, danach Schließen des Flüssigkeitsventils.
- Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der D1 wird das Verdrängungselement allerdings nicht in das Behältnis eingeführt, womit auch kein Nachlaufen des Aufsatzvolumens nach Herausziehen des Verdrängungselements stattfindet.
- Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum Befüllen von Behältnissen zu schaffen, bei dem eine konstante Füllhöhe auch bei unterschiedlichen Behältnisformen erreicht werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Die weitere Aufgabe, eine einfache und zuverlässige Abfüllvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen, wird durch die Abfüllvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst.
- Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Abfüllvorrichtung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum messmittellosen Befüllen eines Behältnisses mit einem Fluid wird nach einer ersten Ausführungsform mit einer Abfüllvorrichtung ausgeführt, die einen Aufsatz mit einem vorbestimmten Volumen VA umfasst. Dabei hat der Aufsatz einen Ventilaufsatz, der in einem Gehäuse ein Gasventil und ein Flüssigkeitsventil mit Ventilsitz aufweist. Der Ventilsitz umgibt unter Ausbildung eines Ringspaltes ein Verdrängungselement, das relativ zu dem Gehäuse längsaxial verschoben werden kann.
- Das Verfahren umfasst erfindungsgemäß die folgenden Schritte:
- a) dicht Aufsetzen des Aufsatzes mit seiner Unterseite auf ein Behältnis, dabei Einführen des Verdrängungselements in das Behältnis.
- b) Öffnen des Flüssigkeitsventils und einströmen Lassen von Füllfluid in ein Nennvolumen VNenn des Behältnisses, das durch das Volumen VA des Aufsatzes und ein Volumen VB des Behältnisses gebildet wird, bis das Nennvolumen VNenn mit Füllfluid geflutet ist, danach Schließen des Flüssigkeitsventils.
- Generell wird dabei sogar auch das Volumen VFV des Flüssigkeitsventils geflutet, aber dieses Volumen wird beim Schließen des Flüsigkeitsventils aus diesem wieder herausgedrückt und ist daher bei der allgemein bekannten Ventilhandhabung nicht zu berücksichtigen, da es nicht nachläuft. Sollte dieses Volumen auf Grund der entsprechenden Ventilgestaltung und Handhabung im Aufsatz verbleiben und nicht beim Schließen Richtung Fluidquelle zurückgedrückt werden, so kann es ebenfalls nachfließen und ist rechnerisch zu berücksichtigen.
- Dann erfolgt in Schritt c) das Herausziehen des Verdrängungselements aus dem Behältnis, und nachlaufen Lassen des Volumens VVA (und nur im Sonderfall auch des Volumens VFV) in das Behältnis, wobei das Volumen VVA oder im Sonderfall die Volumina VVA und VFV genau so groß ist/sind wie das Volumen VBallon eines Abschnitts des Verdrängungselements in dem gefluteten Abschnitt, so dass gleiche Behältnisse mit gleich hohen Füllständen befüllt werden.
- Hiernach kann das Behältnis von dem Aufsatz abgekoppelt und verschlossen werden. Das Verfahren kann von vorne wiederholt werden.
- Das Verfahren ist damit "messmittellos", was im Sinne der Erfindung heißt, dass eine gewünschte Fluidmenge nur durch Bildung von definierten Volumina einzelner Komponenten, die zusammengenommen das Nennvolumen VNenn bilden, bereitgestellt wird, wie im Folgenden noch weiter erläutert wird. Dabei entspricht dieses Nennvolumen VNenn dem in das jeweilige Behältnis einzufüllende Volumen einer vorbestimmten zu erreichenden Nennhöhe.
- "Gleiche Behältnisse" meint hierbei Gefäße, die abgesehen eben von fertigungsbedingten Abweichungen der Wandungs- und Bodendicke identisch sind.
- Eine Weiterbildung der Erfindung kann den Schritt a') umfassen, wonach nach Einführen des Verdrängungselements ein ballonartiger Körper, der über ein Rohr gestülpt ist, durch Zuführen eines Expansionsmediums, expandiert werden kann, bis das zu füllende Behältnis und insbesondere das Nennvolumen VNenn ausgekleidet ist.
- "Bis das zu befüllende Behältnis ausgekleidet ist" meint hierbei, dass der ballonartige Körper die genannten Volumina derart auskleidet, dass ein Spalt zwischen Innenwandung und Oberfläche des ballonartigen Körpers verbleibt, der den Fluidfluss, resp., die Luftverdrängung entlang des ballonartigen Körpers beim Expandieren vor dem Befüllen erlaubt, auch wenn dieser sich beim Expandieren an die Wandung anlegt. Gaseinschlüsse im Behältnis werden so vermieden. Es muss aber nicht in jedem Fall vorgesehen sein, dass ein Spalt zwischen Ballon und Behälterwandung verbleibt.
- "Fluide" können Flüssigkeiten wie Getränke oder Chemikalien sein; "Expansionsmedien" wiederum Gase wie Luft oder auch Inertgase oder Flüssigkeiten sein, die geeignet sind, den jeweiligen ballonartigen Körper zu befüllen.
- Ferner kann in einem weiteren Schritt b') nach Öffnen des Flüssigkeitsventils der ballonartige Körper zusammenfallen gelassen werden, was durch Abbau eines an das Behältnis angelegten Vakuums, das den Ballon an die Innenwand gesaugt hat, oder indem das Expansionsmedium aus dem ballonartigen Körper wieder entweichen gelassen wird, geschieht; dabei weiter das Fluid in das Behältnis einströmen Lassen.
- Durch die beiden zusätzlichen Schritte ermöglicht das Verfahren, dass sensible Flüssigkeiten eingefüllt werden können, da durch das Aufblasen des ballonartigen Körpers oder Ballons die im Behältnis befindliche Luft ausgepresst werden kann und so das Füllfluid nur wenig mit Luft in Kontakt kommt. Ferner können durch den Ballon auch andere Fluide, wie Restwasser aus einem Spülvorgang o. ä. aus dem Behältnis entfernt werden, bevor das eigentliche Füllfluid eingefüllt wird.
- Es seien insbesondere die Patentanmeldungen
DE 10 2014 008 234 sowieDE 10 2012 021 775 A1 explizit mit einbezogen und auf deren Inhalt verwiesen, worin Abfüllvorrichtungen offenbart sind, die mit dem Ballon-Stab-Prinzip befüllt bzw. entleert werden. - In Schritt b) schließt sich das Flüssigkeitsventil, nachdem das Fluid, das eingefüllt wird, das Behältnis und auch das Ventil vollständig gefüllt hat (passive Steuerung). Alternativ kann die Flüssigkeit auch einen Ventilmechanismus auslösen, wenn eine aktive Steuerung vorgesehen ist. Dazu kann das Flüssigkeitsventil ein Druckventil sein. Um zu verhindern, dass zuviel Fluid eingefüllt wird oder ein zu hoher Druck innerhalb der Abfüllvorrichtung entsteht, kann ferner vorgesehen sein, dass in einem Schritt b") das Flüssigkeitsventil bei Erreichen eines vorbestimmten Drucks im Füllfluidkreis geschlossen wird. Hierzu kann in einem geeigneten Abschnitt des Flüssigkeitsventils oder einer Fluidzuleitung eine Drucksensorik eingebaut sein. Auch kann zu diesem Zweck ein passives Bauteil wie ein Überdruckventil an eine Flüssigkeitszuleitung angeschlossen sein.
- Durch die erfindungsgemäße Ausführungsform ist es möglich, eine konstante Nennhöhe hNenn dadurch zu erreichen, dass ein Nennvolumen VNenn behälterspezifisch variiert bzw. angepasst wird. Eine zu erreichende Nennhöhe in jedem Behälter entspricht einem Nennvolumen VNenn, das für jede Behälterform spezifisch ist.
- Das Nennvolumen bestimmt sich im Wesentlichen aus der Nennhöhe hNenn, bis wohin das Behältnis gefüllt werden soll. Wichtig für die Einhaltung der Nennhöhe hNenn bei jeder Befüllung ist nun, dass das Verdrängungselement eine bestimmte Länge hBallon in das Behältnis hineinragt und eben ein dadurch gebildetes Volumen entsprechend verdrängt. Um das Nennvolumen also zu erreichen, ist es notwendig das durch das Verdrängungselement verdrängte Volumen im Behältnis wieder aufzufüllen. Dies kann erfindungsgemäß erreicht werden, indem dieses Volumen sich in den Komponenten des Aufsatzes widerspiegelt. Kurz gesagt: Das Verdrängungsvolumen des Verdrängungselements im Behältnis entspricht den Restvolumina im Aufsatz abzüglich des Verdrängungselements.
- Dabei setzen sich die Leervolumina aus verschiedenen Volumina der Komponenten der Abfüllvorrichtung zusammen:
So geht in das zu erreichende Nennvolumen VNenn ein Volumen VB des Behältnisses ein. Ferner kann im Aufsatz durch eine Durchgangsbohrung und verschiedene Ausnehmungen ein Volumen VA des Aufsatzes gebildet werden. Auch innerhalb des Flüssigkeitsventils kann ein Volumen VFV gebildet werden. Das Verdrängungselement zusammen mit dem ballonartigen Körper in seiner nicht expandierten Form nimmt in dem Behältnis und den restlichen Komponenten der Abfüllanlage ein Volumen VBallon ein, wobei dieses Volumen nicht zu den vorgenannten Volumina zu zählen ist, sondern als Verdrängungsvolumen abzuziehen ist. Wenn der ballonartige Körper dickwandig ist, ergibt sich ein entsprechend größeres Verdrängungsvolumen als bei einem dünnwandigen Material. Es ergibt sich die Formel: -
- Das Gesamtvolumen der verschiedenen Aufsatzkomponenten exklusive des Behältervolumens entspricht dabei dem durch das Rohr inklusive ballonartigem Körper im Gesamten verdrängte Volumen innerhalb der Abfüllvorrichtung. Anders ausgedrückt, hat das Volumen, das durch das Verdrängungselement inklusive ballonartigem Körper innerhalb des Behältnisses verdrängt wird, die gleiche Größe, wie die Restvolumina, die durch die Aufsatzkomponenten ohne dem Verdrängungselement gebildet werden. Bei Herausziehen des Verdrängungselements, und damit ggf. auch des ballonartigen Körpers, kann genau dieses Restvolumen nachrutschen und das Behältnis auffüllen.
- Die genannten Volumina innerhalb des Aufsatzes können ferner behälterspezifisch angepasst werden, indem in dem Ventilaufsatz bzw. in anderen geeigneten Bereichen der Abfüllvorrichtung Ausgleichsvolumina vorgesehen werden. So können mehrere oder auch nur ein Volumenausgleichselement im Füll- bzw. Flüssigkeitsventil unterhalb oder oberhalb dieses angebracht werden. Das Nennvolumen kann somit auf jede Behälterform abgestimmt werden, wodurch ermöglicht wird, unterschiedliche Behältnisformen gleicher Füllmenge mit dem erforderlichen Nennvolumen so zu befüllen, dass stets die gleiche Füllhöhe in den unterschiedlichen Behältnissen erreicht wird.
- Um ein weiteres Volumenausgleichselement behälterspezifisch und einfach im Verfahren zu nutzen, kann vorgesehen sein, dass der Aufsatz ferner einen Volumenkompensator umfasst, der mit dem Ventilaufsatz fluidisch gekoppelt ist, wobei der Volumenkompensator in Schritt a) mit seiner Unterseite auf das leere oder volle Behältnis dicht aufgesetzt werden kann. Generell kann der Volumenkompensator auch oberhalb des Ventilaufsatzes angeordnet sein. Der Volumenkompensator oberhalb des Füllventils ist im Prinzip gleich gestaltet wie unterhalb des Füllventils. Er wäre dann als "Zwischenstück" zwischen Ballonaufnahme und dem Füllventil angeordnet. Die Ballonaufnahme ist in diesem Fall dann immer noch die oberste Stelle und hält den Ballon konzentrisch in dem Volumenkompensator und dem Füllventil. Somit verdrängt der Ballon dann immer noch sämtliche Luft aus dem Volumenkompensator und das Befüllprinzip wird erhalten wie in der Variante, in der der Volumenkompensator auf dem Gefäß direkt sitzt.
-
- Das Volumen des Volumenkompensators kann in einer weiteren Ausführungsform durch geeignete Volumenänderungseinrichtungen für unterschiedliche Behältergrößen eingestellt werden und damit variabel sein. "Variabel" meint hierbei, dass durch die unterschiedlichen Hohlräume in der Abfüllvorrichtung nicht nur ein festes, unveränderliches Volumen gebildet wird, und damit eine Befüllung nur auf eine Möglichkeit beschränkt ist, sondern die jeweiligen Volumina auf die zu befüllenden Behältnisse bzw. die Eintauchtiefe des Verdrängungselements abgestimmt werden können. Dazu kann der Volumenkompensator auch mehrteilig, insbesondere zweiteilig sein und je nach Wahl der zusammengefügten Elemente unterschiedliche Volumengrößen bilden.
- Auch das Aktivvolumen des jeweiligen Ausgleichselements kann veränderlich sein, wenn die Vorrichtung für die Befüllung unterschiedlicher Behältnisse umgerüstet werden soll. Eine variable Verdrängung kann zum Beispiel über Einrichtungen mit Schiebern, einer Führungsrolle bzw. veränderlicher/unterschiedlicher Wandstärke, der Kontur eines Stoppers sowie einer angepassten Form des ballonartigen Körpers erreicht werden. Damit können auch CO2-haltige Flüssigkeiten eingefüllt werden, ohne dass es zu dem so genannten "gushing" (Aufschäumen aufgrund schlagartiger Druckentlastung) kommt.
- Eine konstante Füllstandshöhe, d. h. ein bestimmtes Füllvolumen pro Behälter kann somit für unterschiedliche Behältnisse erreicht werden, indem bestimmte Volumina innerhalb des Aufsatzes gebildet werden. So kann das einzufüllende Volumen durch den Volumenkompensator je nach zu befüllendem Behältnis angepasst werden. Auch können innerhalb des Ventilaufsatzes noch weitere Ausgleichsvolumina vorgesehen sein, die beispielsweise durch Ausnehmungen oder auch Nuten in einer Durchgangsbohrung des Ventilaufsatzes gebildet werden können.
- Die Erfindung sieht in einer weiteren Ausführungsform vor, dass in Schritt a') der expandierende ballonartige Körper entlang seines Umfangs einen Längssteg aufweist. Dieser erstreckt sich in Längsrichtung des ballonartigen Körpers, so dass im expandierten Zustand des ballonartigen Körpers zwischen Oberfläche des ballonartigen Körper und einer Innenfläche des Aufsatzes ein Spalt entlang der Ballonlänge ausgebildet wird. Auch könnte der ballonartige Körper hinsichtlich seiner Stegeanzahl deutlich mehr Stege als der zur Erfüllung mindestens notwendige eine Steg aufweisen, um weniger Flüssigkeit in die Flasche fließen zu lassen bzw. die Verdrängung von in dem Behältnis befindliche Luft oder einer Flüssigkeit zu erhöhen. Auch können dafür Nuten oder andere Einrichtungen vorgesehen sein. Zu den möglichen Ausführungsformen dieses Körpers wird auf die
DE 10 2014 008 234 verwiesen. - Der Beitrag des ballonartigen Körpers zu dem Volumen VBallon ist wesentlich durch seine Wandungsdicke gegeben. Je nachdem, welche Art von Behältnis zu füllen ist oder wie groß das zu füllende Volumen ist, kann der ballonartige Körper eine Wandungsdicke von einigen Mikrometern bis zu mehreren Millimetern haben.
- Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen messmittellosen Abfüllvorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens zur Erreichung eines gleichen Füllstandes bei gleichen Behältnissen gemäß Anspruch 7 weist unter anderem die folgenden Komponenten auf:
Die Abfüllvorrichtung hat einen Aufsatz mit einem vorbestimmten Volumen VA, der dicht auf das Behältnis aufsitzt und einen Ventilaufsatz umfasst. Der Ventilaufsatz selbst weist in einem Gehäuse ein Gasventil und ein Flüssigkeitsventil auf, die jeweils einen Ventilsitz haben. Die Ventilsitze umgeben ein Verdrängungselement unter Ausbildung eines Ringspaltes, wobei das Verdrängungselement relativ zu dem Gehäuse längsaxial verschoben werden kann. Mit dem Flüssigkeitsventil ist ferner eine Fluidzuleitung verbunden, die mit einem zu befüllenden Fluid gefüllt sein kann. Die Abfüllvorrichtung weist in der Fluidzuleitung keine Volumenmessvorrichtung auf und hat keine Füllstandshöhenmessvorrichtung. - Die vorgenannte Abfülleinrichtung ist damit "messmittellos", was im Sinne der Erfindung heißt, dass Fluid nur durch Bereitstellung von definierten Volumina einzelner Komponenten, die zusammengenommen das Nennvolumen VNenn bilden, dosiert werden kann, wie bereits oben erläutert. Dabei entspricht dieses Nennvolumen VNenn dem in dem jeweiligen Behältnis einzufüllende Volumen einer vorbestimmten zu erreichenden Nennhöhe.
- Es kann erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen sein, dass der Aufsatz einen Volumenkompensator mit einem vorbestimmten Volumen VVK hat, der mit dem Ventilaufsatz fluidisch gekoppelt ist und auf das Behältnis fluiddicht aufsetzbar ist. Der Volumenkompensator kann als Volumenausgleichselement dienen, dessen inneres Volumen fest oder variabel sein kann.
- Das Verdrängungselement kann unterschiedliche geeignete Ausführungsformen haben. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung zum Befüllen eines Behältnisses mit einer Flüssigkeit ist vorgesehen, dass das Verdrängungselement ein Rohr mit einem ballonartigen Körper sein kann, wobei der ballonartige Körper das Rohr teilweise oder vollständig umhüllen kann. Das erfindungsgemäße Prinzip funktioniert aber grundsätzlich auch ohne Ballon, so dass bspw. auch vorgesehen sein kann, dass das Verdrängungselement ein einfaches Rohr ist. Damit muss die Flüssigkeit nicht unmittelbar mittels eines Ventil aus dem Behältnis abgezogen bzw. in dieses gefüllt werden, sondern kann über folgende erfindungsgemäße Ausgestaltung auf verbesserte Weise gehandhabt werden: Dazu kann das Rohr an einem Halteabschnitt des Ventilaufsatzes angeordnet sein und sich konzentrisch positioniert durch eine Durchlassöffnung des Halteabschnitts und weiter durch die Durchlässe der Ventilsitze erstrecken. Das Rohr kann in einer Benutzungsanordnung bis nahe an einen Boden eines vorgegebenen Behältnisses ragen, so dass weder der Boden noch der ballonartige Körper beschädigt werden. Der ballonartige Körper ist mit seinem geschlossenen Ende über das freie Ende des Rohres gezogen und erstreckt sich durch den Ventilaufsatz bis in den Halteabschnitt, in dem er festgelegt ist.
- In einer Ausführungsform ist der ballonartige Körper in der Durchlassöffnung des Halteabschnitts mittels eines Klemmkörpers, der bevorzugt über eine Feder gegen den oberen Abschnitt des Halteabschnitts abgestützt ist, fluiddicht befestigt. Durch diese Anordnung sitzt der ballonartige Körper auch dann sicher auf dem Rohr, wenn Druck auf den Ballon wirkt und ihn expandieren oder auffalten lässt. Das Rohr kann sich durch eine Bohrung nach oben erstrecken und in einem Befestigungsstutzen unlösbar aufgenommen sein, das wiederum lösbar mit einer Fluidquelle, etwa einer Gasquelle, gekoppelt sein kann.
- Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass das Gasventil und das Flüssigkeitsventil neben dem Ventilsitz ein ringförmiges Verschlussteil umfassen, wobei Ventilsitz und Verschlussteil relativ zueinander bewegbar und koaxial zueinander angeordnet sind. Damit der Ventilaufsatz bzw. der Volumenkompensator fluiddicht auf das Behältnis aufgesetzt werden kann, kann eine Dichtung an der behälterseitigen Öffnung des der jeweiligen zu dichteren Komponente vorgesehen sein.
- Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung von Ausführungsformen der Erfindung.
- Dabei zeigen:
- Fig. 1
- eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Abfüllvorrichtung, und
- Fig. 2
- eine Längsschnittansicht einer alternativen Abfüllvorrichtung mit einem Volumenkompensator.
- Die erfindungsgemäße Abfüllvorrichtung 10, die in
Fig. 1 dargestellt ist, wird hier zum Befüllen einer Flasche 1 eingesetzt, kann aber grundsätzlich auch für jedes andere Behältnis eingesetzt werden. - Dabei weist die Abfüllvorrichtung 10 einen Aufsatz auf, der einen Ventilaufsatz 2 umfasst. Durch den Ventilaufsatz 2 ist hier als Verdrängungselement ein Rohr 3 hindurchgeführt, über das ein Ballon 4 gestülpt ist. Der Ballon 4 ist dabei so beschaffen, dass er in einem expandierten Zustand zwischen seiner Oberfläche und einer Innenwandung des Ventilaufsatzes 2 ein Spalt verbleibt. In
Fig. 1 ist der Ballon 4 nicht expandiert dargestellt. - Dabei ragt das Rohr 3 unterseitig aus dem Ventilaufsatz 2 heraus. Der Ventilaufsatz 2 ist so beschaffen, dass er mit seiner Unterseite dicht auf der Flasche 1 sitzt (siehe
Fig. 1 ). InFig. 2 ist dargestellt, dass zwischen Flasche 1 und Ventilaufsatz 2 ein Volumenkompensator 2' dicht auf der Flasche 1 aufgesetzt ist. Dies wird vor allem genutzt, um unterschiedliche Volumina unterschiedlicher Behälterarten ausgleichen zu können. In denFig. 1 und2 ist jeweils ein Verfahrensschritt dargestellt, bei dem das Behältnis 1 gerade fluiddicht an den Ventilaufsatz 2 angeschlossen wurde, und der Ballon 4 kurz davor steht, expandiert zu werden. - Der Ballon 4 ist in einem oberen Ende Bereich des Rohrs 3 fluiddicht mit diesem verbunden. Dort ist eine Kugel 16 auf das Rohr 3 aufgeschoben, wobei der Ballon 4 über diese Kugel 16 gezogen ist. Die Kugel 16 sitzt in einer Durchtrittsöffnung 18 eines Halteabschnitts 17, wobei der Ballon 4 zwischen der Kugel 16 und dem oberen Rand dieser Durchtrittsöffnung 18 eingeklemmt ist. Durch die Kugel 16 verläuft eine Durchgangsbohrung 19, durch die das Expansionsmedium durch das Rohr 3 in den Ballon 4 strömt.
- Bei dem ballonartigen Körper 4 kann es sich um einen aus einem thermoplastischen, elastomeren Material gebildeten Schlauch handeln, der an seinem unteren Ende, also dem Ende das zur Positionierung in dem zu befüllenden oder leerenden Behältnis 1 vorgesehen ist, verschlossen ist. Er bildet damit eine Art expandierenden Körper, der mittels eines Expansionsmediums, zum Beispiel Luft, aufgeblasen werden kann. Der Schlauch hat in seiner nicht expandierten Form einen Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser des Rohres 3 entspricht, um ein möglichst kleines Volumen zu verdrängen. Die Materialbeschaffenheit ist hinsichtlich Wandungsstärke und Elastizität so gewählt, dass der durch Aufblasen expandierte Schlauch eine Ballonform einnimmt, die das Innenvolumen des zu befüllenden Behältnisses 1, respektive den Innenraum der davor geschalteten Komponenten, insbesondere des Volumenkompensators 2' und des Ventilaufsatzes 2 ausfüllt.
- Wenn der Ballon 4 expandiert ist, kleidet er nicht nur das Behältnis 1 aus, sondern auch den Innenraum des Ventilaufsatzes 2, d. h. er legt sich von innen an eine Durchgangsbohrung 11 bzw. und der Ventilsitze 7, 8 an. Hierdurch kann auch der Ventilaufsatz 2 vor dem Befüllen vollständig von Umgebungsluft oder anderem, bereits eingefüllten Fluid im Falle eines Umfüllens, befreit werden, so dass auch hier das Füllfluid nicht in Kontakt mit Umgebungsluft kommt.
- Der Ventilaufsatz 2 weist ein Flüssigkeitsventil 5 und ein Gasventil 6 mit jeweils einem ringförmigen Ventilsitz 7, 8 und dazu korrespondierenden ringförmigen Verschlussteilen auf. Der Ventilsitz 7 ist feststehend bezüglich eines zu befüllenden Behältnisses 1 ausgebildet, wobei der Ventilsitz 8 im Bezug zu einer Ventillängsachse verschieblich ausgebildet ist. Die beiden Verschlussteile fluchten miteinander und umgeben das Rohr 3 unter Ausbildung jeweils eines Ringsspalts 7', 8'. Die Verschlussteile der beiden Ventile 5, 6 sind in einem gemeinsamen, längst der Ventillängsachse verschiebbaren Träger 12 angeordnet. Der Ventilaufsatz 2 kann mehrteilig sein und dazu in verschiedene Baueinheiten geteilt werden. Die Baueinheiten sind dabei von Gehäuseteilen 21, 22, 23, 24 umgeben. Dabei können die unterschiedlichen Baueinheiten in den Gehäuseteilen 21, 22, 23, 24 relativ zueinander entlang der Ventillängsachse bewegt werden, um einzelne Ventile 5, 6 oder beide zu öffnen. Ferner ist eine Flüssigkeitszuleitung 15 (figurativ nur schematisch dargestellt) an den Ventilaufsatz 2 angeschlossen.
- Am freien Ende des Rohres 3, aber noch von dem ballonartigen Körper 4 umgeben ist ein Stopper 13, der dazu dient, den empfindlichen Boden 14 des Behältnisses 1 zu schützen, und zu verhindern, dass das freie Ende des Rohres 3 auf diesen Boden 14 prallt. Der Stopper 13 ist aus einem flexiblen Material, wie zum Beispiel Gummi.
- Der Volumenkondensator 2' aus
Fig. 2 ist ein im Wesentlichen zylindrisch aufgebauter Körper, der in seinem Innenraum ein vordefiniertes Volumen VVK aufweist. Dieses Volumen dient dazu, einen Teil einer definierten Füllmenge aufzunehmen, die durch das zur Befüllung erforderliche Rohr 3 samt ballonartigen Körper 4 aus dem eigentlich zu befüllenden Behältnis 1 verdrängt. Entsprechend kann diese in dem Volumenkondensator 2' aufgenommene Flüssigkeitsmenge nach dem Herausziehen des Rohres 3 nachlaufen. - Durch die unterschiedlichen Komponenten werden nun Volumina unterschiedlicher Größe gebildet:
Das Behältnis 1 umschließt ein Volumen VB. Die Innenbohrung 11 des Ventilaufsatzes 2 bildet ein Volumen VVA ab. Ferner wird durch das Flüssigkeitsventil 5 ein Volumen VVF und, falls wie inFig. 2 ein Volumenkondensator 2' Verwendung findet, durch diesen ein Volumen VVK gebildet. Alle diese Volumina sind zu summieren, um ein Gesamtvolumen zu erhalten. - Das durch das Rohr 3 inklusive dem ballonartigen Körper 4 gebildete Volumen VBallon ist von der Summe aller anderen Volumina abzuziehen, da dieses Volumen ja Fluid innerhalb aller Komponenten inklusive Behälter verdrängt. Dadurch ergibt sich ein Nennvolumen VNenn = VB + VVA + VVK + VFV - VBallon, dessen Volumengröße der des tatsächlich einzufüllenden Fluids entspricht. Die Summe der Volumina der verschiedenen Aufsatzkomponenten entspricht dabei dem durch das Rohr 3 im Gesamten verdrängte Volumen VBal lon innerhalb der Abfüllvorrichtung. Das Nennvolumen VNenn wird durch die zu erreichende Nennhöhe hNenn erreicht, wie in
Fig. 1 beispielhaft gezeigt. Das durch den ballonartigen Körper 4 verdrängte Volumen im Behältnis 1 wird durch die Länge hBallon bestimmt, wie weit das Rohr 3 mit dem ballonartigen Körper 4 in das Behältnis 1 hineinragt. Das Verdrängungsvolumen der im Behältnis 1 hineinragenden Komponenten entspricht dabei den Restvolumina im Aufsatz abzüglich des Verdrängungselements. Es ergibt sich damit pro Behältnis 1 stets die gleiche Füllstandshöhe bei (minimal) variierender Füllmenge. - Das vorgenannte Verfahren läuft also beispielhaft wie folgt ab, wobei der Ablauf mit jeder Ausführungsform, sei es mit oder ohne Volumenkondensator 2', gleich ist:
Eine Unterseite des Aufsatzes wird fluiddicht auf das jeweilige Behältnis 1 aufgesetzt. Hiernach wird das Verdrängungselement, d. h. das Rohr 3 mit dem ballonartigen Körper 4 eingeführt, wobei dieses so weit eingeführt wird, dass der Stopper 13 einen Boden des Behältnisses 1 nicht touchiert oder darauf aufsetzt. Ferner wird das Gasventil 6 geöffnet, sodass das Expansionsmedium in den ballonartigen Körper 4 eindringen kann und ihn expandiert, wodurch er einen Großteil der Umgebungsluft aus dem Behältnis 1 entfernt. Der ballonartige Körper 4 liegt dabei an der Innenwandung des Behälters 1 derart an, dass entlang seiner Länge dort, wo Stege sind, ein Spalt verbleibt, der einen Fluid- bzw. Luftpfad bereitstellt. - Sobald der ballonartige Körper 4 das innere Volumen, das durch die einzelnen Hohlräume der Komponenten gebildet wird, ausfüllt, wird das Flüssigkeitsventil 5 geöffnet. Aufgrund des vorliegenden Spalts kann Fluid in diesen eindringen. Währenddessen wird das Expansionsmedium aus dem ballonartigen Körper 4 wieder abgelassen, sodass er sich zusammenzieht und an dem Rohr 3 anliegt. Die verbleibenden Volumina, die sich im Aufsatz, insbesondere im Ventilaufsatz 2 und einem eventuell verwendeten Volumenkompensator 2' entstehen, füllen sich mit Fluid, so dass das Behältnis 1 bis auf den Abschnitt des Rohres 3 zusammen mit dem ballonartigen Körper 4, der in die Flüssigkeit hineinragt, befüllt ist. Dabei entspricht das Volumen, das das Rohr 3 zusammen mit dem ballonartigen Körper 4 in seinem unexpandierten Zustand innerhalb des Behältnis 1 einnimmt, genau dem Volumen, das durch die oben genannten Restvolumina in den Aufsätzen, dem Flüssigkeitsventil 5, etc. gebildet wird.
- Sobald diese Volumina geflutet sind, wird das Flüssigkeitsventil 5 geschlossen und das Rohr 3 herausgezogen. Dabei "rutschen" die vorgenannten fluidgefüllten Volumina nach und fließen in das Behältnis 1. Dabei wird erreicht, dass genau der vorgenannte Abschnitt nun ebenfalls mit Fluid gefüllt und pro Befüllung ein stetes Nennvolumen VNenn und damit eine korrelierende stete Nennhöhe hNenn erreicht werden kann. Die vorgenannte Aussage bezieht sich jedoch nur auf ein und dasselbe Behältnis, nämlich in dem Sinne, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gut wiederholbare Befüllgenauigkeiten erzielt werden können. Bei unterschiedlichen Behältnissen erfolgt erfindungsgemäß aber gerade eine automatische und messmittellose Anpassung, sodass diese mit unterschiedlichen Volumina gefüllt werden, um stets den gleichen Füllstand zu erhalten.
-
- 1
- Behältnis
- 2
- Ventilaufsatz
- 2'
- Volumenkompensator
- 3
- Rohr
- 4
- Ballonartiger Körper; Ballon
- 5
- Flüssigkeitsventil
- 6
- Gasventil
- 7
- Ventilsitz
- 7'
- Ringspalt
- 8
- Ventilsitz
- 8'
- Ringspalt
- 10
- Abfüllvorrichtung
- 11
- Durchgangsbohrung
- 12
- Träger
- 13
- Stopper
- 14
- Boden
- 15
- Fluidzuleitung
- 16
- Kugel
- 17
- Halteabschnitt
- 18
- Durchtrittsöffnung
- 19
- Durchlassbohrung
- 21
- Erster Gehäuseteil
- 22
- Zweiter Gehäuseteil
- 23
- Dritter Gehäuseteil
- 24
- Vierter Gehäuseteil
- VNenn
- Nennvolumen
- VB
- Volumen Behältnis
- VVA
- Volumen Ventilaufsatz
- VFV
- Volumen Flüssigkeitsventil
- VVK
- Volumen Volumenkompensator
- VBallon
- Volumen Rohr inklusive ballonartigem Körper
- hBallon
- Höhe Ballon
- hNenn
- Nennfüllhöhe
Claims (11)
- Verfahren zum messmittellosen Befüllen eines Behältnisses (1) unter Verwendung einer Abfüllvorrichtung (10), die einen Aufsatz mit einem vorbestimmten Volumen umfasst, wobei der Aufsatz- einen Ventilaufsatz (2) aufweist, der in einem Gehäuse (21, 22, 23, 24) ein Gasventil (6) und ein Flüssigkeitsventil (5) mit Ventilsitz (7, 8) aufweist,- wobei der Ventilsitz (7, 8) ein Verdrängungselement, das relativ zu dem Gehäuse längsaxial verschiebbar ist, unter Ausbildung eines Ringspaltes (7', 8') umgibt,umfassend die Schrltte:a) dicht Aufsetzen des Aufsatzes mit seiner Unterseite auf ein Behältnis (1), dabei Einführen des Verdrängungselements in das Behältnis (1)b) Öffnen des Flüssigkeitsventils (5) und einströmen Lassen von Füllfluid in ein Nennvolumen VNenn des Behältnisses, das durch das Volumen VA des Aufsatzes und ein Volumen VB des Behältnisses gebildet wird, bis das Nennvolumen VNenn mit Füllfluid geflutet ist, danach Schließen des Flüssigkeitsventils (5), undc) Herausziehen des Verdrängungselements aus dem Behältnis (1), und nachlaufen Lassen des Volumens VA in das Behältnis (1), wobei das Volumen VA genau so groß ist wie das Volumen VBallon eines Abschnitts des Verdrängungselements in dem gefluteten Abschnitt,so dass gleiche Behältnisse (1) mit gleich hohen Füllständen befüllt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1,
wobei
der Aufsatz ferner einen Volumenkompensator (2') umfasst, der mit dem Ventilaufsatz (2) fluidisch gekoppelt ist,
wobei bevorzugt der Aufsatz in Schritt a) mit der Unterseite des Volumenkompensators (2') auf das Behältnis (1) dicht aufgesetzt wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
umfassend den Schritt:a') nach Einführen des Verdrängungselements expandieren Lassen eines ballonartigen Körpers (4), der über ein Rohr (3) gestülpt ist, bis das zu befüllende Behältnis (1) ausgekleidet ist, wobei das expandieren Lassen des ballonartigen Körpers (4) durch Zuführen eines Expansionsmediums oder durch Anlegen eines Vakuums an dem Behältnis (1) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 3,
umfassend den Schritt:b') nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils (5) weiter einströmen Lassen des Füllfluids und zusammenziehen Lassen des ballonartigen Körpers (4), bevorzugt ausströmen Lassen des Expansionsmediums aus dem ballonartigen Körper (4). - Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 3 oder 4,
wobei der expandierende ballonartige Körper (4) entlang seines Umfangs zumindest einen Längssteg aufweist, der sich in Längsrichtung des ballonartigen Körpers (4) erstreckt, so dass im expandierten Zustand des ballonartigen Körpers (4) zwischen Oberfläche des ballonartigen Körpers (4) und einer Innenfläche des Aufsatzes in Schritt a) zumindest ein längs des ballonartigen Körpers (4) verlaufender Fluid-, bevorzugt Gasströmungspfad ausgebildet wird. - Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5,
umfassend den Schritt:b") Schließen des Flüssigkeitsventils (5) bei Erreichen eines vorbestimmten Drucks im Füllfluidkreis. - Messmittellose Abfüllvorrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6,
mit einem Aufsatz mit einem vorbestimmten Volumen VA, der dicht auf das Behältnis (1) aufsetzbar ist und einen Ventilaufsatz (2) hat, der- ein Gehäuse (21, 22, 23, 24) sowie- ein Gasventil (6) und ein Flüssigkeitsventil (5) aufweist, die jeweils einen Ventilsitz (7, 8) aufweisen und- wobei die Ventilsitze (7, 8) ein Verdrängungselement unter Ausbildung eines Ringspaltes (7', 8') umgeben, das relativ zu dem Gehäuse (21, 22, 23, 24) längsaxial verschiebbar ist,- wobei mit dem Flüssigkeitsventil (5) eine Fluidzuleitung verbunden ist,- und wobeidie Abfüllvorrichtung (10) in der Fluidzuleitung keine Volumenmessvorrichtung aufweist und keine Füllstandshöhenmessvorrichtung hat,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei aufgesetztem Aufsatz das Verdrängungselement in das Behältnis eingeführt wird. - Abfüllvorrichtung (10) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Aufsatz einen Volumenkompensator (2') mit einem vorbestimmten Volumen VVK hat, der mit dem Ventilaufsatz (2) fluidisch gekoppelt ist und auf das Behältnis (1) fluiddicht aufsetzbar ist. - Abfüllvorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verdrängungselement
ein Rohr (3) mit einen ballonförmigen Körper (4) ist, wobei der ballonartige Körper (4) das Rohr (3) zumindest teilweise umhüllt,
wobei das Rohr (3) an einem Halteabschnitt (17) des Ventilaufsalzes (2) angeordnet ist und sich konzentrisch positioniert durch eine Durchlassöffnung (19) des Halteabschnitts (17) und weiter durch Ventilsitze (7, 8) und deren ringförmige Verschlussteile erstreckt und dazu ausgebildet ist, in einer Benutzungsanordnung bis nahe an einen Boden (14) eines vorgegebenen Behältnisses (1) zu ragen, und und wobei der ballonartige Körper (4) mit seinem geschlossenen Ende über das freie Ende des Rohres (3) gezogen ist und sich durch den Ventilaufsatz (2) bis in den Halteabschnitt (17) erstreckt und in diesem festgelegt ist. - Abfüllvorrichtung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der ballonartige Körper (4)- durch einen aus einem thermoplastischen elastomeren Material, bevorzugt einem TPE-Extrudat, gebildeten, einenends verschlossenen Schlauch, gebildet ist, wobei der Verschluss des Schlauches bevorzugt durch ein mit dem Schlauchmaterial verschweißtes in das Schlauchende eingeführtes Endstück, bevorzugt ein zylindrisches Endstück, besonders bevorzugt ein zylindrisches PE-Endstück ausgebildet ist, und wobei der Schlauch zumindest einen Längssteg und/oder zumindest eine Längsnut, bevorzugt zwei oder mehr Längsstege oder-nuten entlang seiner Länge aufweist oder- ein aus einem nicht-elastomeren Material gebildeter, an seinem unteren Ende nicht-offener Körper ist, der zumindest einen Längssteg und/oder zumindest eine Längsnut, bevorzugt zwei oder mehr Längsstege oder-nuten entlang seiner Länge aufweist und/oder- einen schlauchförmigen Abschnitt hat, dessen Innendurchmesser und Länge einem Außendurchmesser eines zur Verwendung in der Abfüllvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9 vorbestimmten Verdrängungselement entspricht, so dass der schlauchförmige Abschnitt spielfrei auf das Verdrängungselement ziehbar ist, und- einen auffaltbaren Abschnitt mit einer Form hat, die dazu ausgebildet ist, in einem aufgefalteten Zustand an einer Innenwandung des Behältnisses (1) anzuliegen. - Abfüllvorrichtung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gasventil (6) und ein Flüssigkeitsventil (5) neben dem Ventilsitz (7, 8) ein ringförmiges Verschlussteil umfassen, wobei Ventilsitz (7, 8) und Verschlussteil relativ zueinander bewegbar und koaxial zueinander angeordnet sind.
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