EP3426594A1 - Füllelement mit ringförmiger spülgasaustrittsöffnung - Google Patents

Füllelement mit ringförmiger spülgasaustrittsöffnung

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EP3426594A1
EP3426594A1 EP17708265.8A EP17708265A EP3426594A1 EP 3426594 A1 EP3426594 A1 EP 3426594A1 EP 17708265 A EP17708265 A EP 17708265A EP 3426594 A1 EP3426594 A1 EP 3426594A1
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EP
European Patent Office
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filling
filling element
valve
container
opening
Prior art date
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Application number
EP17708265.8A
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English (en)
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EP3426594B1 (de
Inventor
Ludwig Clüsserath
Dieter-Rudolf Krulitsch
Hans-Martin SCHWARZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
Priority to SI201730597T priority Critical patent/SI3426594T1/sl
Publication of EP3426594A1 publication Critical patent/EP3426594A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3426594B1 publication Critical patent/EP3426594B1/de
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    • 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
    • B67C3/06—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure
    • B67C3/10—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure preliminary filling with inert gases, e.g. carbon dioxide
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    • B67C3/22—Details
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B67C2003/2657—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks specially adapted for filling cans

Definitions

  • the present invention relates to a filling element for filling containers with a liquid, in particular a Freistrahl Stahlllelement, in which the liquid product flows to the container to be filled from the filling valve in a free filling jet or Medgutstrahl, wherein the flow of the filling material by guide elements, such. Ableittrane, swirler or short or long filling tubes is influenced or changed.
  • Such a filling element has an elongated, generally vertically extending Bielementoasa which encloses an axial product channel in which a filling valve is arranged.
  • the filling valve includes an axially adjustable arranged in the product channel valve element with a valve body, which cooperates with a arranged on the Artelementoasa valve seat.
  • Filling element has a discharge opening at the lower end of the product channel.
  • Such a filling element is known from DE 10 2006 017 706 A1. It is an object of the invention, the scope of such a
  • At least one is in the region of the discharge opening
  • the purge gas used here is preferably CO2, which is particularly useful for bottling carbonated beverages.
  • the container can be filled via the rinse outlet opening during filling with a relation to the ambient pressure increased filling pressure (pressure filling) when the container opening is gas-tight at the lower end of the Medelement stresses.
  • the scavenging outlet surrounds the dispensing opening annularly and thus forms a kind of annular gap which surrounds the dispensing opening. In this way, a very homogeneous and complete flushing is achieved especially for containers with a round cross-section.
  • the Spülaustrittsö réelle is inclined downwards and inclined to the central axis of the Greelement analysess, so that a purge gas flow is achieved in the desired manner during the flushing process, such that the purge gas flows in the middle of the container down and at the edges of the container back up where escapes from the container, in particular through a Spül Wegbergerö réelle eg in the ambient air or in a vacuum chamber.
  • this has the outlet opening or the annular gap relative to the central axis of the
  • the purge gas escapes after flushing the container in the ambient air.
  • at least one purge return opening is arranged in the region of the discharge opening, through which the purge gas can escape in a controlled manner. This is particularly advantageous when the purge return opening surrounds the discharge opening in an annular manner, so that the
  • annular flushed purge gas also annular after the
  • the Spül Weg Kunststoffö réelle also surrounds the particular annular Spülaustrittsö réelle also preferably annular, so that a configuration is formed with the discharge opening in the middle, surrounded by the annular Spülaustrittsö réelle, which in turn is surrounded by the annular Spülschreibriosö réelle.
  • the Spülgaszu- and -abbow is also very fast and effective.
  • the Spülaustrittsö réelle is located at the end of an im
  • the purge control valve may be timed by a controller
  • Correlation can be actuated to the filling valve and thus can be used for a defined pre-purging of the container before filling or for a pressure filling of the container under a relation to the ambient pressure increased CO 2 pressure.
  • the purge return opening is preferably also formed at the end of a return gas channel arranged on the filler element body, in which a purge return gas valve is arranged.
  • a purge return gas valve is arranged.
  • the purge control valve and the purge return gas valve are preferably disposed on the filler member, while the control for the respective valves is preferably located centrally in a filling machine having a plurality of the above-mentioned. Has filling elements.
  • the Greelement Archives carries at its lower end a sealing arrangement which is designed to come in gas-tight contact with the container opening of a container to be filled.
  • the container can be kept at a different pressure from the ambient pressure, which allows the pre-wash, pressure filling, pre-relieving and residual relieves in a completely controlled manner, regardless of the ambient pressure.
  • the sealing arrangement is arranged at the lower ring end of a bellows, the upper end of which is gas-tight with the lower end of the bellows
  • Adjusting mechanism for adjusting the ring end arranged in the axial direction. In this way, the sealing arrangement at the ring end by means of
  • Actuator be pressed gas-tight to the container opening.
  • a trouble-free pre-rinsing of the container or pressure filling is made possible without the distance of the filling element itself must be adjusted relative to the container receptacle.
  • the valve element in the filling element, the valve element and thus the
  • Valve body of the filling valve in the usual manner via a control mechanism axially movable relative to the valve seat.
  • the discharge opening Preferably - in the horizontal plane - the discharge opening, the
  • the filling element is a free-jet filling element in which the filling jet downstream of the filling valve is not influenced or impaired by any guiding measures.
  • the invention also relates to a filling machine comprising a plurality of filling elements of the aforementioned type, each having one under each filling element
  • the container holder and / or the filling element are preferably movable in the axial direction to the
  • the filling machine has a central control provided for all filling elements, which for each filling element, the activity of Spül confuseventils for the purge gas supply and preferably also the activity of the
  • Spül Weggasventils for the purge gas return opening in time correlation with the operation of the filling valve controls, thus to realize a defined rinsing and / or pressure filling process, in particular for the filling of CO2-containing drinks.
  • the invention also relates to a method for filling containers with a liquid by means of a filling element of a filling machine, wherein the filling element is preferably designed as a free-jet filling element.
  • a container for producing a gas-tight filling position is brought into gas-tight contact with the sealing arrangement of the filling element and the container is flushed, at least before filling with a purge gas. In this way, the container to be filled, regardless of the ambient pressure and the conditions of
  • Ambient atmosphere are flushed with a desired purge gas, in particular CO 2 and also the filling process can be carried out under pressure, which is also the
  • CO2-containing beverages in the free-jet filling method allows.
  • CO 2 is used as purge gas and the filling of the container takes place under a relation to the ambient pressure increased CO2 gas pressure. It even allows the filling of carbonated beverages, such as beer in the
  • the flushing outlet opening may be, for example, an annular opening or consist of a plurality of, in particular annularly arranged, preferably circular individual openings which surround the dispensing opening.
  • the following expressions are used synonymously: return gas channel - purge back channel; Control valve - purge control valve; Return gas valve - purge return gas valve;
  • each filling element prefferably has its own separate control for the valves connected to the flushing opening and the flushing return opening, so that a central control is not absolutely necessary.
  • Fig. 1 is a vertical longitudinal section through an inventive
  • FIGS. 3 to 13 show the sequence of a filling process with the filling element shown in FIG. 1 for pre-rinsing and pressure-filling a container with a beverage containing CO2.
  • Fig. 1 shows a filling element 10 of a filling machine, which e.g. can be configured as round filling machine.
  • the filler element 10 has an elongated, vertically extending filler body 12 surrounding a central product channel 14.
  • a central valve element 16 is held by a valve control element 18 in the axial direction adjustable.
  • the valve element 16 has a valve body 19, with which it bears against the valve seat 20, which at the lower end of
  • the valve body 19 together with the valve seat 20 forms the filling valve 22. Further up the filling element body 12, a product supply channel 24 is arranged, which of a particular
  • Magnetic inductive flowmeter (MID) 26 is surrounded for
  • the MID may also surround the product channel 14.
  • a discharge opening 28 is arranged, which forms the lower outlet or the lower open end of the product channel 14.
  • These Dispensing opening 28 is surrounded by a Spülaustrittsö réelle 30 in the form of an annular gap, which annular gap obliquely downward to the central axis of the
  • a sealing arrangement 38 is arranged in the form of a ring seal, which is designed to bear against the container opening 40.
  • the container is thus, when it rests with its container opening 40 on the annular seal 38, gas-tight relative to the ambient atmosphere with the discharge opening 28, connected to the Spülaustrittsö réelle 30 and the SpülenburgScienceö réelle 36.
  • the Spülaustrittsö réelle 30 is connected to a purge passage 42 in which a purge control valve 44 is arranged, wherein the purge control valve 44 with a
  • Purge gas supply 46 in particular CO 2 supply is connected.
  • the purge gas supply may be the gas space in a product container of a CO2-containing product.
  • Spül Wegneck Kunststoffö réelle 36 is in turn connected to a return gas channel 48 which is connected via a Speller Weggasventil 50 with a Spülgasab technologicalraum, in particular a vacuum space 52 in order to realize a fast flushing can.
  • the container 34 is arranged on a container receptacle 54 of a filling machine, which has a plurality of filling elements 10 according to FIG. 1.
  • the Golfelement- body 12 is slidably held by an axial actuating mechanism 56 in the axial direction, so that the sealing arrangement or ring seal 38 in
  • FIG. 1 shows the position of the filling element 10 when flushing the container with the purge gas 32, wherein the purge control valve 44 and the return gas valve 50 are opened, so that the purge gas, in particular CO 2 of the purge gas 46 in a Spülgasab technologicalraum, for example, as a vacuum space 52 is formed, can flow, with the indicated in the container 34 with arrows flushing pattern 32 of the Flush gas results, resulting in a very complete flushing of the container and thus at least approximately complete removal of atmospheric gas.
  • Rinsing has the purpose of ensuring that no residual oxygen remains in the container 34 prior to the actual filling operation.
  • Fig. 2 shows the filling element 10 during filling of the container after the container has been rinsed.
  • Control mechanism 18 is raised, so that the filling valve 22 is opened and the container 34 is filled with filling material. The occurring CO2 is over the
  • Purge gas supply chamber 46 passed, leaving it for further use
  • annular seal 38 is preferably arranged at the annular end 23 of the bellows 58, whose upper end 60 with the
  • the filling machine is a round-filling machine with a plurality of arranged at its periphery filling elements of the type mentioned above.
  • Relief space 68, the purge gas supply chamber 46 and the Spülgasab technologicalraum or vacuum space 52 are preferably annular spaces on the outer periphery of
  • Figs. 3-13 show the filling element 10 of Fig. 1 during the pressure filling and pre-rinsing of a container with a CO 2 -containing beverage.
  • Fig. 3 shows the filling element 10 during filling of the container 34 in the container receptacle 54.
  • the ring seal 38 is raised at the lower annular end of the bellows 58, so that the container 34 with his Container opening 40 can be inserted under the lower end of the Medelement stressess 12.
  • the container 34 is arranged in its filling position.
  • the annular seal 38 is pressed down on the container opening 40 via an actuation of the axial adjusting element 56, so that the container 40 is now connected in a gas-tight manner to the filling element 10.
  • the purge control valve 40 is opened, which connects the purge gas 46 with the purge supply port 30 and in the same way is the
  • the container 34 is thereby completely rinsed according to the purge gas flow 32 shown with arrows.
  • the supplied CO 2 runs through a throttle 62.
  • Purge control valve 40 flows to reach a desired biasing pressure.
  • the filling valve 22 can be opened by lifting the valve element 16, the container being filled.
  • the exiting CO 2 flows via the flushing opening 30 and the flushing control valve 44 into the flushing supply space 46, so that the escaping part is recovered for a new flushing operation.
  • Spülgasab Wenner or vacuum space 52 are in particular ring channels, which run in a round-filling machine along the outer circumference and are connected to each of the numerous filling elements 10. This means that access to the feed space 46 always multiple filling elements 10 at the same time and remove CO2, as well as CO2 supply.
  • the filling valve 22 is closed by the
  • Valve element 16 is actuated downward via the control element 18, so that the valve body 19 rests against the valve seat 22. According to FIG. 10, the flushing return opening 36 is now connected via a relief valve 66 to a relief space 68, so that a still existing one
  • Differential pressure can compensate for ambient pressure.
  • Relief valve 66 is opened to dissipate a residual overpressure in the discharge chamber 68.
  • the annular seal 38 can then be raised again via the axial adjusting element 56, so that the container is released and can be removed from its filling position.
  • the purge return port (36) is a single port.
  • Spül Wegneck Wennbuch Kunststoff Kunststoffötechnisch (36) also be formed such that it is composed of a plurality of openings, wherein the individual openings are separated, for example, by webs.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Füllelement (10) zum Befüllen von Behältern mit einer Flüssigkeit, umfassend einen länglichen Füllelementkörper (12), welcher einen axialen Produktkanal (14) umschließt, in welchem ein Ventilelement (16) bewegbar angeordnet ist, welches Ventilelement (16) einen Ventilkörper (19) aufweist, der mit einem an dem Füllelementkörper (12) angeordneten Ventilsitz ein Füllventil (22) bildet, wobei das Füllelement am unteren Ende des Produktkanals (14) eine Abgabeöffnung (28) aufweist. Im Bereich der Abgabeöffnung (28) ist wenigstens eine Spülaustrittsöffnung (30) angeordnet, die über ein Spülsteuerventil (44) mit einer Spülgas-Zufuhr (46) verbunden ist.

Description

FÜLLELEMENT MIT RINGFÖRMIGER SPÜLGASAUSTRITTSÖFFNUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Füllelement zum Befüllen von Behältern mit einer Flüssigkeit, insbesondere ein Freistrahlfüllelement, bei welchem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter ab dem Füllventil in einen freien Füllstrahl oder Füllgutstrahl zuströmt, wobei die Strömung des Füllgutes nicht durch Leitelemente, wie z.B. Ableitschirme, Drallkörper bzw. kurze oder lange Füllrohre beeinflusst oder verändert wird.
Ein derartiges Füllelement hat einen länglichen, in der Regel sich vertikal erstreckenden Füllelementkörper, der einen axialen Produktkanal umschließt, in welchem ein Füllventil angeordnet ist. Das Füllventil enthält ein axial verstellbar in dem Produktkanal angeordnetes Ventilelement mit einem Ventilkörper, welcher mit einem am Füllelementkörper angeordneten Ventilsitz zusammenwirkt. Das
Füllelement hat am unteren Ende des Produktkanals eine Abgabeöffnung. Ein derartiges Füllelement ist aus der DE 10 2006 017 706 A1 bekannt. Es ist Aufgabe der Erfindung, den Anwendungsbereich eines derartigen
Freistrahlfüllelements weiterzuentwickeln, so dass es nicht nur für die drucklose Führung, sondern auch zur Druckbefüllung, z.B. zum Befüllen von CO2-haltigen Getränken geeignet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Freistrahl-Füllelement
erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weiterhin wird die Erfindung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der zugeordneten abhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind ebenfalls in der Beschreibung und in den Zeichnungen offenbart.
Gemäß der Erfindung ist im Bereich der Abgabeöffnung wenigstens eine
Spülaustrittsöffnung angeordnet, die über ein Spülsteuerventil mit einer
Spülgaszufuhr verbunden ist. Als Spülgas wird hier vorzugsweise CO2 verwendet, was insbesondere für das Abfüllen von CO2-haltigen Getränken sinnvoll ist. Durch das Vorspülen mit CO2 wird eine Oxydation der eingefüllten Flüssigkeit,
insbesondere eines Getränks durch Restsauerstoff aus der Umgebungsluft vermieden. Zudem kann über die Spülaustrittsöffnung der Behälter auch während des Befüllens mit einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Fülldruck befüllt werden (Druckbefüllung), wenn die Behälteröffnung gasdicht an dem unteren Ende des Füllelementkörpers anliegt.
Vorzugsweise umgibt die Spülaustrittsöffnung die Abgabeöffnung ringförmig und bildet auf diese Weise eine Art Ringspalt, welcher die Abgabeöffnung umgibt. Auf diese Weise wird insbesondere bei Behältern mit rundem Querschnitt eine sehr homogene und vollständige Spülung erzielt.
Vorzugsweise ist die Spülaustrittsöffnung schräg nach unten und auf die zentrale Achse des Füllelementkörpers geneigt, so dass beim Spülvorgang ein Spülgasfluss in gewünschter Weise erreicht wird, derart, dass das Spülgas in der Mitte des Behälters nach unten strömt und an den Rändern des Behälters wieder nach oben, wo es insbesondere durch eine Spülrückführöffnung aus dem Behälter heraus entweicht z.B. in die Umgebungsluft oder in eine Vakuumkammer. Vorzugsweise hat hierfür die Austrittsöffnung bzw. der Ringspalt relativ zur zentralen Achse des
Füllelementkörpers einen Winkel von 5-25°, d.h. der Austrittswinkel ist relativ zur Achse des Füllelementkörpers recht spitz. Auf diese Weise wird das oben
beschriebene Spülschema erzielt. Prinzipiell ist es möglich, dass das Spülgas nach dem Spülen des Behälters in die Umgebungsluft entweicht. Vorzugsweise ist jedoch im Bereich der Abgabeöffnung wenigstens eine Spülrückführöffnung angeordnet, durch welche das Spülgas in gesteuerter Weise entweichen kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Spülrückführöffnung die Abgabeöffnung ringförmig umgibt, so dass das
vorzugsweise ringförmig eingespülte Spülgas auch ringförmig nach dem
Durchspülen des Behälters wieder aus der Behälteröffnung heraustritt. Auf diese Weise wird ein homogenes Spülmuster in dem Behälter erzielt, welches zu einer vollständigen Spülung des Behälters führt, was eine spätere Oxydation des eingefüllten Getränks durch Restsauerstoff verhindert. Vorzugsweise umgibt die Spülrückführöffnung auch die insbesondere ringförmige Spülaustrittsöffnung ebenfalls vorzugsweise ringförmig, so dass eine Konfiguration gebildet wird mit der Abgabeöffnung in der Mitte, umgeben von der ringförmigen Spülaustrittsöffnung, die wiederum von der ringförmigen Spülrückführöffnung umgeben ist. Auf diese Weise kann ein sehr definiertes und homogenes Spülschema im Behälter erzielt werden. Die Spülgaszu- und -abfuhr ist darüber hinaus sehr schnell und effektiv. Vorzugsweise befindet sich die Spülaustrittsöffnung am Ende eines im
Füllelementkörper angeordneten Spülkanals, in welchem ein Spülsteuerventil angeordnet ist. Das Spülsteuerventil kann durch eine Steuerung in zeitlicher
Korrelation zu dem Füllventil betätigt werden und kann somit für ein definiertes Vorspülen des Behälters vor dem Befüllen bzw. für ein Druckbefüllen des Behälters unter einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten CO2-Druck genutzt werden.
Vorzugsweise ist auch die Spülrückführöffnung am Ende eines am Füllelementkörper angeordneten Rückgaskanals ausgebildet, in welchem ein Spülrückgasventil angeordnet ist. Auf diese Weise kann nicht nur die Spülgaszuführung, sondern auch die Spülgasabführung in zeitlicher Korrelation zur Betätigung des Füllelements gesteuert werden, so dass unterschiedliche Füllverfahrensschritte, wie Spülen, Vorspannen des Behälters mit Spülgas, Druckbefüllen, Vorentlasten und
Restentlasten auf einfache Weise gesteuert werden können. Das Spülsteuerventil und das Spülrückgasventil sind vorzugsweise an dem Füllelement angeordnet, während die Steuerung für die entsprechenden Ventile vorzugsweise zentral in einer Füllmaschine angeordnet ist, die mehrere der o.g. Füllelemente aufweist.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung trägt der Füllelementkörper an seinem unteren Ende eine Dichtanordnung, die dazu konzipiert ist, in gasdichtem Kontakt mit der Behälteröffnung eines zu füllenden Behälters zu kommen. Auf diese Weise kann der Behälter gegenüber dem Umgebungsdruck auf einem abweichenden Druck gehalten werden, was das Vorspülen, Druckfüllen, Vorentlasten und Restentlasten in absolut gesteuerter Weise ermöglicht, unabhängig von dem Umgebungsdruck. Dies ermöglicht auch das Abfüllen von CO2-haltigen Getränken im Freistrahlfüllverfahren. Vorzugsweise ist die Dichtanordnung am unteren Ringende eines Faltenbalges angeordnet, dessen oberes Ende gasdicht mit dem unteren Ende des
Füllelementkörpers verbunden ist, und das Ringende ist an einem axialen
Stellmechanismus zum Verstellen des Ring-Endes in axialer Richtung angeordnet. Auf diese Weise kann die Dichtanordnung an dem Ring-Ende mittels des
Stellmechanismus gasdicht an die Behälteröffnung gedrückt werden. Damit wird ein störungsfreies Vorspülen des Behälters bzw. Druckbefüllen ermöglicht ohne, dass der Abstand des Füllelements selber relativ zur Behälteraufnahme verstellt werden muss.
Vorzugsweise sind bei dem Füllelement das Ventilelement und damit der
Ventilkörper des Füllventils in üblicher Weise über einen Steuermechanismus axial relativ zum Ventilsitz bewegbar.
Vorzugsweise sind - in der horizontalen Ebene - die Abgabeöffnung, die
Spülaustrittsöffnung und ggf. die Spülrückführöffnung innerhalb der Dichtanordnung angeordnet, was es ermöglicht, den Spüldruck in dem Behälter unabhängig vom Umgebungsdruck zu regeln.
Wie oben bereits dargelegt, ist das Füllelement ein Freistrahlfüllelement, bei welchem der Füllstrahl nach dem Füllventil nicht durch irgendwelche Leitmaßnahmen beeinflusst bzw. beeinträchtigt wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Füllmaschine, umfassend mehrere Füllelemente der vorstehend genannten Art mit jeweils einer unter jedem Füllelement
angeordneten Behälterhalterung, die jedoch auch für mehrere Füllelemente gemeinsam sein kann, z.B. als Führungsebene. Die Behälterhalterung und/oder das Füllelement sind dabei vorzugsweise in axialer Richtung bewegbar, um die
Behälteröffnung in Kontakt mit der Dichtanordnung des Füllelements zu bringen. Jedoch kann auch allein die Dichtanordnung relativ zur Behälteröffnung axial verstellbar sein. Auf diese Weise kann ein Spülen und Befüllen des Behälters unter einem vom Umgebungsdruck abweichenden Druck erfolgen. Vorzugsweise weist die Füllmaschine eine für alle Füllelemente vorgesehene zentrale Steuerung auf, die für jedes Füllelement die Tätigkeit des Spülsteuerventils für die Spülgaszuführung und vorzugsweise auch die Tätigkeit des
Spülrückgasventils für die Spülgasrückführöffnung in zeitlicher Korrelation zur Betätigung des Füllventils steuert, um somit einen definierten Spülvorgang und/oder Druckbefüllungsvorgang, insbesondere für das Befüllen von CO2-haltigen Getränken zu realisieren.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einer Flüssigkeit mittels eines Füllelements einer Füllmaschine, wobei das Füllelement vorzugsweise als Freistrahlfüllelement ausgebildet ist. Gemäß dem Verfahren wird ein Behälter zum Herstellen einer gasdichten Füllstellung in gasdichter Anlage mit der Dichtanordnung des Füllelements gebracht und der Behälter wird zumindest vor dem Befüllen mit einem Spülgas gespült. Auf diese Weise kann der zu befüllende Behälter unabhängig vom Umgebungsdruck und den Verhältnissen der
Umgebungsatmosphäre mit einem gewünschten Spülgas, insbesondere CO2 gespült werden und auch der Befüllvorgang kann unter Druck erfolgen, was auch das
Befüllen von CO2-haltigen Getränken im Freistrahlfüllverfahren ermöglicht. Vorzugsweise wird als Spülgas CO2 verwendet und das Befüllen des Behälters erfolgt unter einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten CO2-Gasdruck. Es ermöglicht sogar das Befüllen von CO2-haltigen Getränken, wie Bier im
Freistrahlfüllverfahren. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die o.g. Ausführungsformen der
Erfindung in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können. Es ist weiterhin offensichtlich, dass Merkmale der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert sind, einfach oder mehrfach vorkommen können. So können in jedem Kanal, z.B. im Spülkanal bzw. im Spülrückgaskanal mehrere steuerbare Ventile angeordnet sein.
Die Spülaustrittsöffnung kann z.B. eine Ringöffnung sein oder aus mehreren insbesondere ringförmig angeordneten vorzugsweise kreisrunden Einzelöffnungen bestehen, die die Abgabeöffnung umgeben. Folgende Ausdrücke werden synonym verwendet: Rückgaskanal - Spülrückgaskanal; Steuerventil - Spülsteuerventil; Rückgasventil - Spülrückgasventil;
Es ist ebenso möglich, dass für jedes Füllelement eine eigene separate Steuerung für die mit der Spülaust ttsöffnung und der Spülrückführöffnung verbundenen Ventile vorgesehen ist, so dass eine zentrale Steuerung nicht unbedingt notwendig ist.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der schematischen
Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Füllelement während der Spülphase,
Fig. 2 das Füllelement aus Fig. 1 während der Füllphase, und
Fig. 3 - 13 den Ablauf eines Füllvorgangs mit dem in Fig. 1 gezeigten Füllelement zum Vorspülen und Druckbefüllen eines Behälters mit einem CO2- haltigen Getränk. Fig. 1 zeigt ein Füllelement 10 einer Füllmaschine, welche z.B. als Rundfüllmaschine ausgebildet sein kann. Das Füllelement 10 hat einen länglichen, sich vertikal erstreckenden Füllelementkörper 12, der einen zentralen Produktkanal 14 umgibt. In dem Produktkanal 14, welcher im Zentrum und koaxial zum Füllelementkörper 12 angeordnet ist, ist ein zentrales Ventilelement 16 durch ein Ventilsteuerelement 18 in axialer Richtung verstellbar gehalten. Das Ventilelement 16 hat einen Ventilkörper 19, mit welchem es am Ventilsitz 20 anliegt, der an dem unteren Ende des
Füllelementkörpers 12 angeordnet ist. Der Ventilkörper 19 zusammen mit dem Ventilsitz 20 bildet das Füllventil 22. Weiter oben an dem Füllelementkörper 12 ist ein Produktzufuhrkanal 24 angeordnet, welcher von einem insbesondere
magnetinduktiven Durchflussmesser(MID) 26 umgeben ist, um für
Steuerungszwecke die Menge des zugeführten Produktes für jeden Behälter zu bestimmen. Der MID kann alternativ auch den Produktkanal 14 umgeben. Unterhalb des Füllventils 22 ist eine Abgabeöffnung 28 angeordnet, welche den unteren Ausgang bzw. das untere offene Ende des Produktkanals 14 bildet. Diese Abgabeöffnung 28 ist von einer Spülaustrittsöffnung 30 in Form eines Ringspaltes umgeben, welcher Ringspalt schräg nach unten zur zentralen Achse des
Füllelementkörpers 12 geneigt ist, um so den mit Pfeilen dargestellten Spülstrom 32 in einem unterhalb der Abgabeöffnung 28 angeordneten Behälter 34 zu realisieren. Die Ringspülaust ttsöffnung ist umgeben von einer ringförmigen Spülrückführöffnung 36, die ebenfalls in Form eines Ringspaltes ausgebildet ist, und dazu dient, das durch den Behälter 34 geströmte Spülgas zurückzuführen. Am unteren Ende des Füllelementkörpers 12, genauer gesagt am unteren Ringbereich 23 eines
Faltenbalges 58, dessen oberes Ende 60 mit dem unteren Ende des
Füllelementkörpers gasdicht verbunden ist, ist eine Dichtanordnung 38 in Form einer Ringdichtung angeordnet, welche zur Anlage an die Behälteröffnung 40 konzipiert ist. Der Behälter ist somit, wenn er mit seiner Behälteröffnung 40 an der Ringdichtung 38 anliegt, gasdicht gegenüber der Umgebungsatmosphäre mit der Abgabeöffnung 28, mit der Spülaustrittsöffnung 30 und der Spülrückführöffnung 36 verbunden.
Die Spülaustrittsöffnung 30 ist mit einem Spülkanal 42 verbunden, in welchem ein Spülsteuerventil 44 angeordnet ist, wobei das Spülsteuerventil 44 mit einer
Spülgaszufuhr 46, insbesondere CO2-Zufuhr verbunden ist. Die Spülgaszufuhr kann der Gasraum in einem Produktbehälter eines CO2-haltigen Produkts sein. Die
Spülrückführöffnung 36 ist wiederum mit einem Rückgaskanal 48 verbunden, der über ein Spülrückgasventil 50 mit einem Spülgasabführraum, insbesondere einem Vakuumraum 52 verbunden ist, um einen schnellen Spülvorgang realisieren zu können. Der Behälter 34 ist auf einer Behälteraufnahme 54 einer Füllmaschine angeordnet, die mehrere Füllelemente 10 gemäß Fig. 1 aufweist. Der Füllelement- körper 12 ist über einen axialen Betätigungsmechanismus 56 in axialer Richtung verschiebbar gehalten, so dass die Dichtanordnung bzw. Ringdichtung 38 in
Dichtanlage mit einem auf der Behälteraufnahme 54 stehenden Behälter 34, bzw. dessen Behälteröffnung gebracht werden kann. Fig. 1 zeigt die Stellung des Füllelementes 10 beim Spülen des Behälters mit dem Spülgas 32, wobei das Spülsteuerventil 44 als auch das Rückgasventil 50 geöffnet sind, so dass das Spülgas, insbesondere CO2 von der Spülgaszufuhr 46 in einen Spülgasabführraum, der beispielsweise als Vakuumraum 52 ausgebildet ist, strömen kann, wobei sich das im Behälter 34 mit Pfeilen angedeutete Spülmuster 32 des Spülgases ergibt, was zu einer sehr vollständigen Spülung des Behälters und damit zur zumindest annähernd restlosen Entfernung von Atmosphärengas führt. Das Spülen hat den Zweck, sicherzustellen, dass kein Restsauerstoff in dem Behälter 34 vor dem eigentlichen Füllvorgang verbleibt.
Fig. 2 zeigt das Füllelement 10 beim Befüllen des Behälters, nachdem der Behälter gespült worden ist. Beim Füllen wird das Ventilelement 16 über den
Steuermechanismus 18 angehoben, so dass das Füllventil 22 geöffnet ist und der Behälter 34 mit Füllgut gefüllt wird. Das dabei auftretende CO2 wird über die
Spülaustrittsöffnung 30 und das Spülsteuerventil 44 wieder in den
Spülgaszufuhrraum 46 geleitet, so dass es für eine weitere Verwendung
zurückgeführt wird. Auf diese Weise wird das vorhandene CO2 bestmöglich ausgenutzt. Es ist noch zu erwähnen, dass die Ringdichtung 38 vorzugsweise am Ringende 23 des Faltenbalgs 58 angeordnet ist, dessen oberes Ende 60 mit dem
Füllelementkörper 12 verbunden ist. Über das axiale Stellelement 56 wird somit die Ringdichtung 38 axial in Richtung auf die Behälteröffnung 40 zu bzw. von diesem weg bewegt, um somit den Behälter 34 gasdicht mit der Abgabeöffnung 28, der Spülaustrittsöffnung 30 und der Spülrückführöffnung 36 zu verbinden.
Vorzugsweise ist die Füllmaschine eine Rundfüllmaschine mit einer Vielzahl von an ihrem Umfang angeordneten Füllelementen der oben genannten Art. Der
Entlastungsraum 68, der Spülgaszufuhrraum 46 und der Spülgasabführraum oder Vakuumraum 52 sind vorzugsweise Ringräume am Außenumfang der
Rundfüllmaschine, die eine leichte Ankopplung eines Füllelements gestatten.
Die Fig. 3-13 zeigen das Füllelement 10 aus Fig. 1 während des Druckbefüllens und Vorspülens eines Behälters mit einem CO2-haltigen Getränk.
Fig. 3 zeigt das Füllelement 10 während des Einfüllens des Behälters 34 in die Behälteraufnahme 54. Über das axiale Stellelement 56 ist die Ringdichtung 38 am unteren Ringende des Faltenbalgs 58 angehoben, so dass der Behälter 34 mit seiner Behälteröffnung 40 unter das untere Ende des Füllelementkörpers 12 eingeschoben werden kann.
In Fig. 4 ist der Behälter 34 in seiner Füllposition angeordnet.
In Fig. 5 ist die Ringdichtung 38 über eine Betätigung des axialen Stellelements 56 nach unten auf die Behälteröffnung 40 aufgedrückt, so dass der Behälter 40 nun gasdicht mit dem Füllelement 10 verbunden ist. Gemäß Fig. 6 wird das Spülsteuerventil 40 geöffnet, welches die Spülgaszufuhr 46 mit der Spülzufuhröffnung 30 verbindet und in gleicher weise wird das
Spülrückgasventil 50 geöffnet, um somit die Spülrückführöffnung 36 mit dem
Spülgasabführraum oder Vakuumraum 52 zu verbinden. Der Behälter 34 wird dabei gemäß dem mit Pfeilen dargestellten Spülgasfluss 32 vollständig gespült. Das zugeführte CO2 läuft dabei über eine Drossel 62.
Gemäß Fig. 7 wird nun der Behälter 34 auf einen Vorspannungsdruck gebracht, in dem das Rückgasventil 50 geschlossen wird, so dass das CO2 über das
Spülsteuerventil 40 bis zum Erreichen eines gewünschten Vorspanndruckes einströmt.
Nun kann gemäß Fig. 8 das Füllventil 22 durch Anheben des Ventilelements 16 geöffnet werden, wobei der Behälter gefüllt wird. Hierbei strömt das austretende CO2 über die Spülaust ttsöffnung 30 und das Spülsteuerventil 44 in den Spülzufuhrraum 46, so dass das entweichende für einen neuen Spülvorgang rückgewonnen wird. In diesem Zusammenhang ist zu sagen, dass der Spülzufuhrraum 46 und der
Spülgasabführraum oder Vakuumraum 52 insbesondere Ringkanäle sind, die in einer Rundfüllmaschine am Außenumfang entlang laufen und mit jedem der zahlreichen Füllelemente 10 verbunden sind. Dies bedeutet, dass auf den Zufuhrraum 46 immer mehrere Füllelemente 10 gleichzeitig zugreifen und CO2 entnehmen, als auch CO2 zuführen. Am Füllende wird gemäß Fig. 9 das Füllventil 22 geschlossen, indem das
Ventilelement 16 über das Steuerelement 18 nach unten betätigt wird, so dass der Ventilkörper 19 an dem Ventilsitz 22 anliegt. Gemäß Fig. 10 wird nun die Spülrückführöffnung 36 über ein Entlastungsventil 66 mit einem Entlastungsraum 68 verbunden, so dass sich ein noch bestehender
Differenzdruck zum Umgebungsdruck ausgleichen kann.
In dem Prozessschritt der Fig. 1 1 bleiben alle Steuerventile 44, 50, 66 der
Spülaustrittsöffnung 30 und der Spülrückführöffnung 36 geschlossen, so dass sich das Getränk beruhigen kann. Gemäß Fig. 1 1 wird nun noch einmal das
Entlastungsventil 66 geöffnet, um einen Restüberdruck in den Entlastungsraum 68 abzuführen. Am Ende des Füllvorgangs kann dann die Ringdichtung 38 über das axiale Stellelement 56 wieder angehoben werden, so dass der Behälter freigegeben ist und von seiner Füllposition entfernt werden kann.
Es ist klar, dass die oben beschriebene Ausführungsform in keiner Weise
beschränkend für diese Erfindung ist, sondern diese kann innerhalb des
Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche beliebig variiert werden.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass es sich bei der Spülrückführöffnung (36) um eine einzige Öffnung handelt. Selbstverständlich kann die
Spülrückführöffnung (36) auch derart ausgebildet sein, dass sie sich aus mehreren Öffnungen zusammensetzt, wobei die einzelnen Öffnungen beispielweise durch Stege voneinander getrennt sind.
Bezugszeichenliste
10 Füllelement
12 Füllelementkörper
14 Produktkanal
16 Ventilelement
18 Steuermechanismus
19 Ventilkörper
20 Ventilsitz
22 Füllventil
23 unteres Ringende
24 Produktzufuhrkanal
26 Durchflussmesser
28 Abgabeöffnung
30 Spülaustrittsöffnung
32 Spülgasströmung
34 Behälter
36 Spülrückführöffnung
38 Dichtanordnung - Ringdichtung
40 Behälteröffnung
42 Spülkanal
44 Spülsteuerventil
46 Spülgaszufuhrraum - Gasraum
48 Rückgaskanal
50 Spülrückgasventil
52 Vakuumraum - Spülgasabfuhrraum
54 Behälterhalterung
56 axiales Stellelement
58 Faltenbalg
60 oberes Ende des Faltenbalgs
62 Drossel für Spülgaszufuhr
64 Entlastungsleitung
66 Entlastungsventil
68 Entlastungsraum unter Umgebungsdruck

Claims

Patentansprüche
1 . Füllelement (10) zum Befüllen von Behältern mit einer Flüssigkeit, umfassend einen länglichen Füllelementkörper (12), welcher einen axialen Produktkanal (14) umschließt, in welchem ein Ventilelement (16) bewegbar angeordnet ist, welches
Ventilelement (16) einen Ventilkörper (19) aufweist, der mit einem an dem
Füllelementkörper (12) angeordneten Ventilsitz ein Füllventil (22) bildet, wobei das Füllelement am unteren Ende des Produktkanals (14) eine Abgabeöffnung (28) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Abgabeöffnung (28) wenigstens eine Spülaust ttsöffnung (30) angeordnet ist, die über ein Spülsteuerventil (44) mit einer Spülgas-Zufuhr (46) verbunden ist.
2. Füllelement (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Spülausthttsöffnung (30) die Abgabeöffnung (28) ringförmig umgibt.
3. Füllelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülausthttsöffnung (30) schräg nach unten und auf die zentrale Achse des Füllelementkörpers (12) geneigt ist.
4. Füllelement (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Spülausthttsöffnung (30) relativ zur zentralen Achse des Füllelementkörpers (12) einen Winkel von 5 bis 75 Grad einschließt. 5. Füllelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Bereich der Abgabeöffnung (28) wenigstens eine Spülrückführöffnung (36) angeordnet ist.
6. Füllelement (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Spülrückführöffnung (36) oder die Spülrückführungsöffnungen (36) die
Abgabeöffnung (28) ringförmig umgeben. Füllelement (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass d Spülrückführöffnung (36) oder die Spülrückführöffnungen (36) die
Spülaustrittsöffnung (30) ringförmig umgeben.
Füllelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülaustrittsöffnung (30) am Ende eines am
Füllelementkörper (12) angeordneten Spülkanals (42) ist, in welchem ein Spülsteuerventil (44) angeordnet ist.
Füllelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülrückführöffnung (36) am Ende eines am
Füllelementkörper (12) angeordneten Rückgaskanals (48) ausgebildet ist, welchem ein Spülrückgasventil (50) angeordnet ist.
10. Füllelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Füllelementkörper (12) an seinem unteren Ende eine Dichtanordnung (38) trägt, die dazu konzipiert ist, in gasdichten Kontakt mit der Behälteröffnung (40) eines zu füllenden Behälters (34) zu kommen. 1 1 . Füllelement (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dichtanordnung (38) am unteren Ringende (23) eines Faltenbalgs (58) angeordnet ist, dessen oberes Ende gasdicht mit dem unteren Ende des Füllelementkörpers (12) verbunden ist, und dass das Ringende (23) an einem Stellmechanismus (56) zum Verstellen des Ringendes in axialer Richtung angeordnet ist.
12. Füllelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das das Ventilelement (16) über einen
Steuermechanismus (18) axial relativ zum Ventilsitz (20) bewegbar ist.
13. Füllelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Abgabeöffnung (28), die Spülaustrittsöffnung (30) und gegebenenfalls die Spülrückführöffnung (36) innerhalb der Dichtanordnung (38) angeordnet sind.
14. Füllelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Freistrahl-Füllelement ist. 15. Füllmaschine umfassend mehrere Füllelemente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer unter jedem Füllelement (10) angeordneten Behälterhalterung (54), dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterhalterung und/oder das Füllelement in axialer Richtung bewegbar ist/sind, um die
Behälteröffnung (40) in Kontakt mit der Dichtanordnung (38) zu bringen.
16. Füllmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie für alle
Füllelemente (10) eine zentrale Steuerung aufweist, die für jedes Füllelement
(10) die Tätigkeit eines Spülsteuerventils (44) für die Spülaust ttsöffung (30) und vorzugsweise die Tätigkeit eines Spülrückgasventils (50) für die
Spülrückführöffnung (36) in zeitlicher Korrelation zur Betätigung des
Ventilelements (16) steuert.
17. Verfahren zum Füllen von Behältern mit einer Flüssigkeit mittels eines
Füllelements (10) einer Füllmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter zum Herstellen einer gasdichten Füllstellung in gasdichter Anlage mit der Dichtanordnung (38) des Füllelements gebracht wird, dass der Behälter zumindest vor dem Befüllen mit einem Spülgas (32) gespült wird. 18. Verfahren nach Anspruch 16 zum Befüllen mit CO2-haltigen Flüssigkeiten,
dadurch gekennzeichnet, dass als Spülgas CO2 verwendet wird, und dass das Befüllen des Behälters (34) unter einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten CO2-Gasdruck erfolgt.
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