EP4008682A1 - Vorrichtung und verfahren zum befüllen eines behälters mit einem füllprodukt - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum befüllen eines behälters mit einem füllprodukt Download PDF

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EP4008682A1
EP4008682A1 EP21211660.2A EP21211660A EP4008682A1 EP 4008682 A1 EP4008682 A1 EP 4008682A1 EP 21211660 A EP21211660 A EP 21211660A EP 4008682 A1 EP4008682 A1 EP 4008682A1
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EP
European Patent Office
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container
filling
swirl chamber
valve body
valve
Prior art date
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Pending
Application number
EP21211660.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
DR. Valentin BECHER
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.)
Krones AG
Original Assignee
Krones AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krones AG filed Critical Krones AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • B67C2003/268—Means for preventing foaming of the liquid by creating a conical shaped flow directed to the container wall at the container neck height by means of a flow channel integral with the filling nozzle

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for treating a container, comprising filling the container with a filling product, preferably a beverage, in a beverage bottling plant.
  • a filling product preferably a beverage
  • Filling elements of different types are known in the filling of fluids in the foodstuffs sector.
  • non-carbonated products such as in the bottling of still water, juice, etc.
  • the liquid is usually filled into the container in a free jet.
  • carbonated products such as beer, sparkling water, soft drinks, etc.
  • the liquid is usually guided into the container along the inner wall of the container in order to reduce outgassing and foaming.
  • the flow of the filling product through the filling element and thus the introduction into a container is usually controlled by a filling valve which comprises a valve cone which sits in a valve receptacle shaped to complement the valve cone.
  • the filling process is started by lifting the valve cone out of the valve seat, and the filling process is ended again by subsequently lowering the valve cone onto the valve seat.
  • the container to be filled can be sealed against the filling element.
  • the container can be pressurized using what is known as the counter-pressure process, so that the CO 2 remains bound in the liquid phase.
  • the container is pressed gas-tight onto the filling element and pre-tensioned with a tensioning gas, for example CO 2 , before the start of filling. After tempering, filling begins.
  • a tensioning gas for example CO 2
  • a swirler takes over the function of opening/closing the valve in addition, the flowing liquid is rotated.
  • the product flows through the annular gap into the pressed-on container via an aerodynamically optimized contour for wall filling.
  • the liquid is driven outwards by the centrifugal forces of the rotation and then flows along the inner wall of the container, which is why this type of filling is also referred to as "wall filling".
  • the gas in the container can escape through a hole in the swirl body and a valve rod connected to it.
  • the annular gap is closed by pressing the swirl body against the outlet contour. The container is then relieved of ambient pressure and separated from the filling element.
  • the filling process can therefore have a series of steps, including the pressure-tight pressing of the container against the filling element, a gas exchange, particularly in the case of oxygen-sensitive filling products, an increase or decrease in pressure in the container, the introduction of the filling product and a relief of the container.
  • the filling elements are usually equipped with sensors to monitor one or more steps of the filling process.
  • the dosing of the filling product into the container can be monitored, for example, by means of a flow meter in the product inlet or an electric rod probe immersed in the container mouth.
  • the container weight cannot be measured with wall filling because the container is pressed against the filling element.
  • Ultrasonic barriers are usually used to provide information as to whether a container is correctly positioned under the filling element. For reasons of cost, these are not installed on the rotating carousel, but are installed stationary at the inlet and, if necessary, at a few additional locations.
  • the sensors set out above monitor the filling of the container either indirectly, for example via the flow of the filling product into the container, or directly by means of an immersing probe. In both cases, however, a defective filling process can only be recognized to a limited extent, since only the step of introducing the filling product into the container is monitored. However, the formation of foam, in particular in the case of carbonated beverages, in the steps of introducing the filling product into the container and depressurizing the container cannot be monitored in this way, or can only be monitored inadequately. With an additional pressure sensor in the filling element, the steps of gas exchange in the container, pressure increase or evacuation as well as relief can be monitored; however, the pressure sensor is mostly an additional sensor, installed in each filling device.
  • the dosing of the filling product into the container cannot be satisfactorily monitored by a pressure sensor, so that a flow meter and/or a filling level probe are also required.
  • the steps of inserting and removing the container are either not monitored or are monitored by additional sensors.
  • the filling process is currently either monitored using a large number of sensors, resulting in high costs, high maintenance, etc., or a compromise is sought in which only the most necessary steps are monitored, again at the expense of reliability and quality goes.
  • One object of the invention is to provide an improved device and an improved method for treating a container, including filling the container with a filling product, in particular improving the reliability of the filling process while at the same time simplifying the mechanical engineering.
  • the device and the method according to the invention serve to treat a container, preferably in a beverage bottling plant. This includes at least the filling of the container with a filling product.
  • beverages for example water, soft drinks, beer, mixed beverages and the like come into consideration as products to be filled.
  • Carbonated beverages are particularly preferably bottled.
  • steps can be useful or necessary, depending on the filling product and/or process. So it is necessary in the context of a counter-pressure or negative pressure process to press the container against a mouth of the filling element and to subject the container to a corresponding negative pressure or positive pressure. Further, steps of purging, cleaning, pressurizing, evacuating, venting, etc. may be part of the filling process, collectively referred to herein as "treating" the container.
  • the device according to the invention which is also referred to herein as "filling element”, comprises a valve body with an outlet for introducing the filling product into the container and a swirl chamber which is in fluid communication with the outlet and is set up to contain the filling product during introduction to spin in the container. Furthermore, the device has a valve cone which is at least partially arranged in the valve body, defines an axial direction and preferably forms at least part of the wall of the swirl chamber. A gas channel penetrates the valve cone in the axial direction.
  • valve cone preferably extends in the axial direction through the valve body, with the wording “extends through” not being understood to mean that the valve cone protrudes beyond the valve body on both sides in the axial direction.
  • the dimension of the valve plug in the axial direction can be smaller than that of the valve body.
  • the valve cone is designed to be displaceable, preferably in the axial direction, for regulating the flow of the filling product through the outlet.
  • the valve cone interacts with a valve seat, for example, which can be part of the valve body.
  • flow control is meant herein a change in flow by displacement of the valve plug, including complete cessation of flow, i.e. zero flow.
  • a binary switching on and off of the flow rate is therefore just as much a part of flow control as a gradual change in the volume flow rate.
  • the adjustability of the valve cone preferably takes place in a translatory manner along the axial direction determined by the valve cone and outlet.
  • the valve cone can be gradually adjustable within a working path.
  • the container mouth is normally located directly below the spout during filling.
  • the container mouth can bear against a mouth section of the valve body.
  • the filling element can also be used as a free jet valve.
  • the device comprises a sensor device with a sensor head, which is set up to detect at least one signal and is arranged in the gas channel.
  • the sensor device is preferably the only sensor of the filling element, ie the invention allows the filling element to have no further sensors, such as a flow meter or a level probe, since the sensor device presented herein is arranged and set up in such a way that not only one but preferably several measured variables can be monitored during the treatment of the container.
  • steps or processes during the filling process that previously could not be monitored or could only be monitored insufficiently, for example relating to the process of positioning and/or pressing the container against the mouth section of the filling element, can be monitored by the sensor device.
  • the sensor head can be positioned at a very short distance from the container mouth, which means that a large sensor field of view can be achieved. This is further supported by the twist of the filling product, which creates a stable "eye" during filling, through which the sensor head can "look” undisturbed.
  • filling element with the valve body can be used both for wall filling and for free jet filling or for products to be filled at atmospheric pressure, the number of filling element variants for different applications is reduced. This reduces the care and maintenance effort and the number of machine variants.
  • Filling systems that are equipped with filling elements of the type described here can be used universally. They can be used to fill a wide variety of different beverages, container formats and materials (PET, glass, can, still, carbonated, etc.).
  • the sensor head preferably has a transmission/reception surface which is set up to emit a transmission signal in the direction of the container and to receive a reception signal caused by the transmission signal.
  • the received signal caused by the transmission signal can be, for example, a reflection of the transmission signal or a signal induced by the transmission signal.
  • the sensor head emits a transmission signal into the container positioned at or below the outlet.
  • the container a gas or fluid located in it, causes or influences, for example, a reflection of the signal, which in turn is detected by the sensor head.
  • the transmission signal is particularly preferably an ultrasonic signal.
  • the sensor device is preferably designed as an ultrasonic reflex sensor or ultrasonic sensor.
  • the gas channel and the container wall form a resonance chamber for the ultrasonic signal.
  • the bottom of the container or the surface of the liquid act as a reflective surface.
  • the sensor device can also use a different measuring principle or measuring method, such as an optical measurement or a measuring method based on radar waves or microwaves.
  • the device preferably has an evaluation device which is in communication with the sensor device and is set up to infer one or more measured variables from the signals detected by the sensor device.
  • the desired measured variable can, for example, be calculated from the detected signals, taken from a functional context or a database, or determined in some other way.
  • Suitable measurement variable(s) are in particular: fill level of the filling product in the container; Gas pressure, composition or concentration in the gas duct and container; foam quantity/height and/or foam quality in the container; container position; Structural condition of the container, i.e. for example whether the container is defective.
  • the communication between the sensor device and the evaluation device can be analogue or digital, wireless or wired.
  • the sensor device and the evaluation device can be realized integrally or by separate electronic components.
  • the evaluation device can be installed together with the sensor head in a single sensor housing.
  • the device preferably also has a filling element control which is in communication with the evaluation device and is set up to control and/or regulate the treatment of the container.
  • the measured variables determined by the sensor device and the evaluation device can thus be used to control or regulate the filling process.
  • the treatment here preferably comprises one or more of the following steps: positioning the container relative to the filling element; pressure-tightly pressing the container against a mouth portion of the valve body; introducing a gas (e.g.
  • compositions "positioning of the container relative to the filling element” and “pressure-tight pressing of the container against a mouth section of the valve body” include not only a movement of the container relative to the filling element, but alternatively or additionally the filling element itself can also be moved to the desired relative position or position between the filling element and the container.
  • overpressure and "underpressure” are primarily to be understood relative to one another, but they can also refer to normal pressure.
  • the evaluation device can be part of the filling element control or can be in communication with such in order to control and/or regulate the filling process. Communication can be analogue or digital, wired or wireless.
  • the evaluation device and filling element control can be implemented centrally or decentrally, as part of Internet-based and/or cloud-based applications, or in some other way, and also access databases if necessary.
  • the evaluation device and filling element control can be implemented with software support by a computing unit, for example.
  • the swirl chamber preferably has an annular shape or, more specifically, the shape of a torus, the cross-sectional contour of which has a rounded shape in the direction of extension and perpendicular to the direction of extension.
  • the swirl chamber preferably extends essentially axially symmetrically around the valve cone.
  • the swirl chamber wall is preferably geometrically essentially continuous and differentiable both along the ring axis of the same and perpendicular thereto.
  • the wording "essentially” indicates on the one hand that corners, for example in the mouth areas of a main inlet and any side inlets described below, cannot always be avoided, and on the other hand that geometric designations such as “continuous, “differentiable”, “ Corner points” etc., are not to be interpreted ideally mathematically. It is important in this regard that the cross-sectional contours of the swirl chamber mentioned do not have a polygonal, for example rectangular, shape.
  • spatial information such as “below”, “below”, “above”, “above” etc. relates to the installation position of the filling element, which is clearly determined by the direction of gravity. In the installed state, the axial direction thereof corresponds at least essentially to the direction of gravity.
  • the valve body does not require swirl bodies, such as guide vanes or swirl channels, or additional flow guides and is therefore very compact, hygienic and tolerant of disperse solid/liquid mixtures that contain, for example, pieces of fruit, slurry, fruit fibers or the like. Furthermore, the size of pieces in the flow is hardly limited due to the absence of swirl bodies.
  • the valve body allows the valve interior to be flushed out completely with a minimal flushing volume, due to the high turbulence that can be achieved in the swirl chamber and a comparatively small surface area.
  • the swirl chamber has essentially no corners in which aroma substances, pieces of fruit and the like could get caught. This also optimizes the flushability.
  • the valve base body is particularly suitable for flexible, container-by-container filling product changes, in particular due to components that can be added.
  • the swirl chamber preferably has the shape of a torus.
  • the term "torus” not only refers to a body of revolution constructed from a circular contour, even if this is preferred, but the contour or surface of revolution can also be elliptical, oval or rounded in some other way, as long as polygonal corners and edges are avoided becomes.
  • Such a rotationally symmetrical structure further supports the formation of a uniform twist and the ability to be rinsed out.
  • the swirl chamber preferably extends essentially axially symmetrically around the valve cone.
  • the valve cone penetrates the swirl chamber centrally, as a result of which the valve cone synergistically forms part of the wall forming the swirl chamber.
  • the basic valve body can be designed to be even more compact, with the functionalities of the valve cone and the swirl chamber being structurally integrated.
  • the valve body preferably has a main inlet which opens tangentially into the swirl chamber and is set up to introduce the filling product or a main component of the filling product into the swirl chamber in such a way that the filling product is caused to swirl in the swirl chamber.
  • tangential does not require a geometrically perfect tangential connection of the main inlet. Rather, it can make structural sense to let the main inlet flow into the swirl chamber at a certain angle. It is important that the inflow direction in this case is essentially lateral and wall-side, i.e. not from above or laterally and centrally, and thus leads directly to a swirl, i.e. ring flow, in the swirl chamber.
  • the lateral main inlet i.e. tangentially into the swirl chamber, also creates space above the swirl chamber. The space is unobstructed and can be used to expand the valve body in a modular way, for example with the sensor device described above, so that the creation of variants or differentiation of the filling element for specific applications can take place late, which saves costs and resources.
  • At least the axial outer wall of the swirl chamber preferably transitions continuously and differentiated into the main inlet in order to optimize swirl formation and the ability to be flushed out.
  • the main inlet in the region of the opening into the swirl chamber preferably has essentially the same cross-sectional contour perpendicular to the direction of extension as the swirl chamber.
  • both contours are circular with essentially the same diameter. In this way, the tangential feed of the filling product transitions optimally into the annular flow within the swirl chamber.
  • the outlet is preferably ring-shaped, with the swirl chamber, which is also ring-shaped, gradually tapering towards the outlet, as a result of which the filling product flows downwards in a spiral movement in the container after exiting the outlet. Rapid and controlled filling can be achieved by means of a targeted acceleration of the filling product in the ring channel between the swirl chamber and the outlet.
  • the swirl chamber preferably has a shape that is axially symmetrical to the axis of the annular outlet.
  • the valve body has a valve seat, wherein the valve cone and the valve seat are set up so that the valve cone in a shut-off position for a complete Closing the outlet is in sealing contact with the valve seat.
  • the integration of flow control and shut-off functions in the valve body allows a reduction in the number of components and a simplification of the product path. This leads to lower pressure losses and contributes to gentler product handling and less foaming during the filling process.
  • the valve cone preferably has a conical outlet contour which tapers towards the outlet and extends at least partially into the swirl chamber. In this way, the design of the valve body is particularly compact.
  • the valve body preferably has one or more secondary inlets that open into the swirl chamber and are set up to introduce one or more additional components of the filling product into the swirl chamber in such a way that they mix with the main component therein. Due to the side inlets, any additional components are admixed directly in the swirl chamber, which ensures that the valve body can be easily flushed out and any flavor carryover is minimized.
  • the filling element is particularly suitable for applications in filling plants that are intended for flexible dosing and an immediate product change.
  • the filling product is made up of several components, a main component such as water or juice and at least one additional component such as syrup, mixed together directly in the swirl chamber of the filling element.
  • a main component such as water or juice
  • at least one additional component such as syrup
  • the additional components of the filling product are introduced into the swirl chamber and introduced together into the container to be filled with swirling.
  • the additional component(s) can be introduced into the swirl chamber in such a way that the main component previously supplied through the main supply is displaced backwards.
  • the displaced volume of the main component is determined, for example, by means of a flow meter, and the volume of the metered component(s) is thus also known and controllable.
  • the main component is completely flushed out of the filling element into the container together with the metered components, with the total filling quantity being able to be determined at the same time using the same flow meter or the sensor device.
  • the filling quantities and also the dosed component quantities can be redetermined. This means that highly flexible and hygienic filling of individualized beverages is possible with essentially no changeover times.
  • the valve body preferably has a valve housing which forms at least part of the wall delimiting the swirl chamber and the outlet, as a result of which the valve body is structurally simplified and particularly reliable.
  • the valve housing can be manufactured in one piece.
  • the valve body is a cast body.
  • At least one of the secondary inlets is preferably formed by openings in the valve housing.
  • the valve body preferably has a membrane made of a deformable material, which forms part of the wall delimiting the swirl chamber, preferably in the upper region.
  • the membrane is connected to the valve housing at an outer contour, which is preferably circular, and at the valve cone at an inner contour, which is preferably also circular.
  • the lateral main inlet i.e. tangentially opening into the swirl chamber, creates space above the swirl chamber, which can be used for mounting the membrane, which seals the swirl chamber in the upper area.
  • the diaphragm is made of a deformable or flexible material, which allows it to follow the axial movement of the valve cone while ensuring a hygienic seal.
  • the operating range of the valve cone also determines the degree of deformability that the diaphragm material has to provide. It is through this functionality that the terms "flexible”, “deformable”, etc. in relation to the membrane are determined.
  • the flexibility of the membrane and the material properties, especially in the case of Teflon also support filling of the filling product with twisting, even with very low filling flows. Any unintended local maximum of the flow rate at the beginning of the filling process, before a uniform flow rate with swirl is established, can be counteracted by adjusting the valve cone or by using a control valve located upstream.
  • the symmetry of the membrane also allows a design with a high number of load cycles, which is usually necessary for filling elements.
  • the membrane preferably has an annular clamping section which is designed for attachment to the valve housing.
  • the device preferably has at least one gas path which opens into the gas channel at the side.
  • a gas supply line to span gas, purge gas and / or the like to be supplied to the gas channel, and a gas discharge line to discharge gas from the container can be provided as gas paths.
  • the one or more gas paths are preferably designed accordingly as a flexible hose, as a result of which they can compensate for the axial movement of the valve cone.
  • One or more of the gas paths preferably open into the gas channel essentially directly below the sensor head. In this way, contamination of the sensor head can be prevented or at least reduced by the synergetic effect of the gas flows in the gas channel.
  • One or more of the gas paths can be led tangentially into the central gas channel. Such a tangential arrangement of the gas paths leads to an effective cleaning of the sensor head in a cleaning operation, for example with water.
  • a method for treating a container comprising filling the container with a filling product, preferably a beverage in a beverage bottling plant, the method having: providing a device according to one of the embodiment variants presented above; introducing the filling product into the swirl chamber of the valve body and causing the filling product to swirl in the swirl chamber; Discharging the swirling filling product from the swirling chamber via the outlet of the valve body into the container, as a result of which the filling product flows along the inner wall of the container into the container; and detecting, by the sensor head of the sensor device, at least one signal propagating from the container through the gas channel.
  • one or more measured variables are preferably inferred from the signals detected by the sensor device, in particular a fill level of the filling product in the container and/or a gas pressure, composition or concentration in the gas channel and container and/or an amount of foam /-height or foam quality in the container and / or a container position and / or a structural condition of the container.
  • the treatment of the container preferably comprises one or more of the following steps: positioning the container relative to the filling member; pressure-tight pressing the container against a mouth portion of the valve body; introducing a gas through the gas channel into the container; withdrawing a gas from the container through the gas channel; creating an overpressure in the container; creating a negative pressure in the container; introducing the fill product into the container; relieving the container; Removing the container from the mouth portion of the valve body.
  • the figure 1 is a schematic cross-sectional view of a device 1 for filling a container 100 with a filling product.
  • the device 1 is also referred to herein as a “filling element” or includes one.
  • beverages for example water, soft drinks, beer, mixed beverages and the like come into consideration as products to be filled.
  • Carbonated beverages are particularly preferably filled through the filling element 1 .
  • the filling element 1 comprises a valve body 10.
  • the figure 2 is a perspective view of the valve body 10.
  • the figure 3 shows the valve body 10 in a cross-sectional view.
  • the valve body 10 has a swirl chamber 11 designed as an annular channel or torus.
  • the valve body 10 also has a in the perspective of figures 1 , 2 and 3 not visible main inlet 12, which opens tangentially or essentially tangentially into the swirl chamber 11.
  • the main inlet 12 is from the embodiment of Figures 4 and 5 out.
  • the swirl chamber 11 tapers to form an annular outlet 13, from which the filling product exits during filling and runs into a container 100 placed below the valve base body 10.
  • spatial information such as “below”, “below”, “above”, “above” etc. relates to the installed position of the filling element 1, which is clearly determined by the direction of gravity. Furthermore, the filling element 1 or its main valve body 10 has a clearly defined axial direction due to the annular outlet 13, which in the installed state corresponds at least essentially to the direction of gravity.
  • the tangential supply of the filling product from the main inlet 12 into the swirl chamber 11 causes it to swirl, whereby the filling product is driven outwards by centrifugal force and, after exiting the valve body 10, continues to flow outwards and flows down the container wall.
  • the narrowing or constriction of the swirl chamber 11 towards the outlet 13 leads on the one hand to a uniform, well-defined swirl over the circumference and is on the other hand a significant determining factor for the flow rate. If the degree of narrowing, in particular the dimensions of the annular gap at the outlet 13, can be adjusted, an integrated flow control can be implemented, possibly right up to the shut-off.
  • the valve base body 10 has a valve cone 14 which has a cylindrical shape tapering towards the outlet 13 .
  • the annular gap adjoining the swirl chamber 11 is formed on the inside at least in sections by the outer peripheral surface of the valve cone 14 .
  • the annular gap is delimited or formed by a valve housing 15 .
  • the valve cone 14 is designed to be displaceable in the axial direction, ie up and down. In this way, the annular gap at the outlet 13 can be enlarged and reduced.
  • the height of the valve cone 14 is adjusted within a working range, ie between a fully open position and a closed position or a position of minimum flow, preferably steplessly. If the inner shape of the valve housing 15 forms a valve seat 16 which is in sealing contact with the valve cone 14 when the filling element 1 is in a closed position, the outlet 13 can be completely closed, thereby realizing a shut-off function.
  • the lateral main inlet 12, i.e. tangentially opening into the swirl chamber 11, also creates space above the swirl chamber 11.
  • the space is unobstructed and can be used for installing a membrane 17, which seals the swirl chamber 11 in the upper area.
  • the membrane 17 has a circular outer contour which is connected directly or indirectly to the valve housing 15 via a fastening means.
  • the diaphragm 17 is fastened to the valve cone 14 radially on the inside.
  • the membrane 17 is made of a flexible material, preferably Teflon, which allows it to follow the axial movement of the valve cone 14 and at the same time ensures that the swirl chamber 11 is sealed hygienically.
  • Teflon preferably Teflon
  • the valve body 10 also has a gas channel 18 which penetrates the valve cone 14 centrally in the axial direction.
  • the gas channel 18 serves to introduce a gas, such as purge gas, span gas and the like, and at the same time acts as a return gas channel in order to divert any gas that is to be discharged during a gas exchange and/or is displaced from the container 100 during filling.
  • a gas such as purge gas, span gas and the like
  • the gas channel 18 can also be implemented as a multi-channel construction, for example a pipe-in-pipe construction, for example in order to create separate inlet and exhaust gas paths.
  • One or more gas paths 18a, 18b open laterally into the gas duct, for example a gas supply line 18a to supply the gas—tension gas, flushing gas, etc.—to the gas duct 18, and a gas discharge line 18b to discharge gas from the container 100.
  • the gas paths 18a, 18b are preferably each designed as a flexible hose, whereby they can compensate for the axial movement of the valve cone 14.
  • the valve cone 14 essentially ends directly below a throttle point, i.e. the narrowest point of the annular gap forming the outlet 13, whereby a defined change from a single-phase gap flow to a wall-film flow in the container 100 is realized.
  • a well-defined, constant tear-off edge of the liquid is formed in this way, specifically at the point with the highest flow rate.
  • the valve seat 16, i.e. the shut-off point is in close proximity to the stall edge, thereby minimizing the surfaces that could lead to dripping.
  • the valve cone 14 is preferably made of Teflon, which improves the drainage behavior due to the low surface energy. If, in addition, the valve housing 15 is made of stainless steel, such a material pairing can ensure complete sealing even at high differential pressures.
  • valve body 10 Apart from the valve cone 14, the valve body 10 requires neither swirl bodies, such as guide vanes or swirl channels, nor additional flow guides and is therefore very hygienic and tolerant of disperse solid/liquid mixtures that contain, for example, pieces of fruit, slurry, fruit fibers or the like. Furthermore, the size of pieces in the flow is hardly limited due to the absence of swirl bodies. For filling large pieces, for example with volumes of 5 ⁇ 5 ⁇ 5 mm or more, the poppet stroke can be flexibly increased during the filling process.
  • the valve body 10 is particularly suitable for the wall filling set out above, in which the filling product runs spirally down the inner wall of the container.
  • a filling element 1 equipped with the valve body 10 can also be used as a free jet valve.
  • the valve body 10 can be used as a hygienic control valve by installing it in a corresponding filling product line with a subsequent calming section and, if necessary, a gas barrier at the outlet. If necessary, the swirl can be removed by a radial instead of tangential main gate 12.
  • valve base body 10 allows the valve interior, in particular the swirl chamber 11 and the outlet 13 adjoining it in the filling direction, to be flushed out completely with a minimal flushing quantity due to the high turbulence that can be achieved in the swirl chamber 11 and a comparatively small surface. For this reason, the valve body 10 for one frequent, for example up to container-by-container, change of the filling product, in particular components that can be added, is particularly suitable. Because of the particularly good flushability, the valve body 10 can also be used in aseptic filling machines.
  • valve body 10 allows a reduction in the number of components and a simplification of the product path. This leads to lower pressure losses and contributes to gentler product handling and less foaming during the filling process.
  • valve body 10 also enables a hygienic integration of the valve cone drive and, if necessary, other control functions in the valve head, i.e. above the swirl chamber 11, for example an integration of gas valves for preloading the containers 100, return gas lines, relief lines, solenoid valves for further separate control functions in the area of the filling element 1, such as raising and lowering the valve, dosing components and the like.
  • a control board can be installed in the valve head to implement decentralized control architectures.
  • the filling element 1 with the valve body 10 can be expanded in a modular manner and can also be used for wall filling as well as for free jet filling or for products to be filled atmospherically, the number of filling element variants for different applications is reduced. This reduces the care and maintenance effort and the number of machine variants.
  • Filling systems that are equipped with filling elements 1 of the type described herein can be used universally. They can be used to fill a wide variety of different beverages, container formats and materials (PET, glass, can, still, carbonated, etc.).
  • the figure 4 12 is a cross-sectional view of a valve body 10 with swirl generation according to another embodiment.
  • a plan view of the valve body 10 is in FIG figure 5 shown.
  • the basic structure and the associated technical functions are similar to the exemplary embodiment figures 1 , 2 and 3 .
  • the valve body 10 according to the Figures 4 and 5 however, has an expanded range of functions compared to the embodiment variants described above.
  • the valve body 10 thus has two further inlets, which are referred to herein as the first and second secondary inlets 12a, 12b.
  • the number of two side feeds 12a, 12b is only an example and can vary depending on the application.
  • the secondary inlets 12a, 12b enable the supply of further components, which are also referred to herein as additional component(s), directly into the swirl chamber 11.
  • additional component(s) which are also referred to herein as additional component(s)
  • the secondary feeds 12a, 12b can each be equipped with a metering valve 19a.
  • the metering valve associated with the secondary inlet 12b is in the perspective of FIG figure 4 not visible, but can be designed like the metering valve 19a.
  • valve body 10 is particularly suitable for an immediate product change.
  • the basic valve body 10 has a modular design in several respects and can thus be functionally expanded and adapted in a simple manner.
  • the membrane 17 has a clamping section 17a which is designed for fastening in the valve housing 15 .
  • the clamping portion 17a is an annular structure which may be integral with the diaphragm 17 or attached thereto as a separate member.
  • the membrane 17 is attached to the valve cone 14 in the radially inner area.
  • a material pairing of Teflon for the valve cone 14 and for the membrane 17 is preferred.
  • the flexibility of the membrane and the nature of the material support filling of the filling product with twisting, even with very low filling flows.
  • any unintentional local maximum of the flow rate at the beginning of a filling process, before an even flow rate with swirl is established, is counteracted.
  • a valve cone 14 made of Teflon which optimizes the drainage behavior due to the low surface energy, uniform, quiet and trouble-free filling with short filling times can be achieved.
  • the modular structure allows different diaphragms 17 and/or valve cones 14 with different flow and filling properties to be used and combined without the entire valve body 10 having to be redesigned.
  • the rest of the valve base body 10, in particular the valve housing 15, can be an unchangeable, standardized component, while the valve properties are simply variable due to the structural unit made up of the valve cone 14 and membrane 17.
  • the size of the swirl chamber 11, the shape of the valve cone 14, in particular its outlet contour, Biasing position and biasing force of the valve cone 14 can be easily modified by the membrane 17 and the like and adapted to the desired application environment.
  • the container 100 has a container mouth 101, which is in contact with the mouth section 15c in the wall filling mode, whereby the filling product flows downwards in a spiral movement along the container wall during filling, caused by the swirl chamber 11 to swirl under the influence of centrifugal force.
  • the tangential main inlet 12 set forth above leaves the top of the valve body 10 unobstructed in a manner that allows one or more modular valve components to be attached.
  • the space in the axis of the container 100 is only filled with gas due to the wall filling of the filling product, so that these central sections of the filling element 1 can be used for a sensor device 20, the structure and function of which is described below with reference to FIG figure 1 is presented.
  • the sensor device 20 has a sensor housing 21 which preferably extends centrally in the extension of the valve cone 14 or the gas channel 18 upwards.
  • the sensor device 20 also has a sensor head 22 with a transmitting/receiving surface 22a.
  • the sensor device 20 is preferably designed as an ultrasonic reflex sensor or ultrasonic sensor.
  • the gas channel 18 and the container wall form a resonance space for the ultrasonic signal.
  • the bottom of the container or the surface of the liquid act as a reflective surface.
  • the sensor device 20 can also implement a different measuring principle or measuring method, such as an optical measurement or a measuring method based on radar waves or microwaves.
  • the sensor head 21 can be positioned at a very short distance from the container mouth 101, as a result of which a large sensor field of view S can be achieved. This is further supported by the twist of the filling product, as a result of which a stable "eye” is formed during filling, through which the sensor head 21 can "look” undisturbed.
  • two options are possible: either use the sensor device 20 directly as a fill level sensor that detects the distance between the liquid surface of the filling product in the container 100 and the sensor head 22, or to additionally install a fill level sensor (not shown in the figures).
  • One, several or all of the gas paths 18a, 18b preferably open into the gas channel 18 essentially directly below the sensor head 22 . In this way, contamination of the transmitting/receiving surface 22a can be prevented or at least reduced by the synergetic effect of the gas flows in the gas channel 18 .
  • One, several or all of the gas paths 18a, 18b can be guided tangentially into the central gas channel 18.
  • Such a tangential arrangement of the gas paths 18a, 18b in front of the transmitting/receiving surface 22a leads to an effective cleaning of the transmitting/receiving surface 22a in a cleaning operation, for example with water.
  • the sensor head 22 only comes into contact with gaseous media, but not with liquids. In the event of the container 100 bursting, the sensor head 22 is well protected from flying fragments, such as broken glass, by being placed in the gas channel 18 .
  • the sensor device 20 allows several or even all steps of the filling process to be monitored.
  • An evaluation device 30 is provided for this purpose, which is in communication with the sensor device 20 and is set up to evaluate the analog or digital detection signals of the sensor device 20 .
  • the detection signals of the sensor device 20 can be used by the evaluation device 30 to infer one or more of the following measured variables: level of the filling product in the container 100; Gas pressure in the gas channel 18 or container 100; Amount/height of foam or foam quality in container 100; container position relative to mouth portion 15c; structural condition of the container 100, i.e. whether the container 100 is intact or damaged.
  • the evaluation device 30 can be part of a filling element control 40 or can be in communication with such in order to control and/or regulate the filling process. Communication can be analogue or digital, wired or wireless.
  • the evaluation device 30 and filling element control 40 can be implemented centrally or decentrally, as part of internet-based and/or cloud-based applications, or in some other way, and also access databases if necessary.
  • the sensor device 20, evaluation device 30 and filling element control 40 can be realized integrally or by separate electronic components.
  • the evaluation device 30, in contrast to the representation of the figure 1 Be installed in the sensor housing 21, and the evaluation device 30 and filling element control 40 can be implemented, for example, with software support by a computing unit.
  • the signal received by the sensor device 20 also changes, which means that steps associated with a change in position or position of the container 100 go hand in hand, can be monitored and controlled accordingly. In this way, for example, the filling process can be started automatically as soon as a container 100 is present and in the correct position.
  • steps of gas exchange, pressure increase or reduction/evacuation can also be monitored by the sensor device 20 and controlled accordingly.
  • any foam formation during the filling and/or emptying of the container 100 can be monitored by the sensor device 20 .
  • the monitoring and control of the dosing of the filling product is possible with all containers 100.
  • the increase in the filling speed can be used as a controlled variable.
  • Container defects such as burst bottles, can also be detected by the sensor device 20 .
  • the scope of application of the sensor device 20 described above is given in the case of a measuring principle that is based on the transmission and detection of ultrasonic waves.
  • the scope of application can also be achieved completely or at least partially by other measurement methods such as optical measurements.
  • steps or processes during the filling process that previously could not be monitored or could only be monitored insufficiently, for example the process of positioning and/or pressing the container 100 against the mouth section 15c of the filling element 1, can be monitored by the sensor device 20.
  • the sensor device 20 for PET bottles as well as for glass bottles, cans or other types of containers, which reduces sensor variants.
  • the necessary communication between the evaluation device 30, the filling element control 40 and/or a higher-level system control can be significantly reduced in the case of decentralized control concepts.
  • the requirement for the permitted transmission delay is also reduced because, for example, the start signal for the filling process no longer has to be transmitted.

Landscapes

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

Abstract

Vorrichtung (1) und Verfahren zum Behandeln eines Behälters (100), umfassend das Befüllen des Behälters (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk in einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung (1) aufweist: einen Ventilgrundkörper (10) mit einem Auslauf (13) zum Einleiten des Füllprodukts in den Behälter (100) und einer Drallkammer (11), die mit dem Auslauf (13) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist, um das Füllprodukt während des Einleitens in den Behälter (100) in Drall zu versetzen; einen Ventilkegel (14), der zumindest teilweise im Ventilkörper (10) angeordnet ist, eine Axialrichtung definiert und den ein Gaskanal (18) in Axialrichtung durchdringt, wobei der Ventilkegel (14) vorzugsweise für eine Durchflussregelung des Füllprodukts durch den Auslauf (13) in Axialrichtung verschiebbar eingerichtet ist; und eine Sensoreinrichtung (20) mit einem Sensorkopf (22), der zur Detektion zumindest eines Signals eingerichtet und im Gaskanal (18) angeordnet ist.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln eines Behälters, umfassend das Befüllen des Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk in einer Getränkeabfüllanlage.
    • Stand der Technik
  • In der Fluidabfüllung im Lebensmittelbereich sind Füllorgane unterschiedlicher Bauart bekannt. Hierbei wird zwischen den grundlegenden Produktarten nicht-karbonisierter (stiller) und karbonisierter (CSD) Flüssigkeiten unterschieden. Im Fall nicht-karbonisierter Produkte, wie beispielsweise bei der Abfüllung von stillem Wasser, Saft usw., wird die Flüssigkeit üblicherweise in einem Freistrahl in den Behälter gefüllt. Im Unterschied dazu wird bei der Abfüllung karbonisierter Produkte, wie beispielsweise Bier, Sprudelwasser, Softdrinks usw., die Flüssigkeit üblicherweise an der Behälterinnenwand entlang in den Behälter geleitet, um ein Ausgasen und Schaumbildung zu vermindern.
  • Der Durchfluss des Füllprodukts durch das Füllorgan und damit das Einleiten in einen Behälter wird zumeist durch ein Füllventil gesteuert, das einen Ventilkegel umfasst, der in einer zum Ventilkegel komplementär geformten Ventilaufnahme sitzt. Durch Anheben des Ventilkegels aus der Ventilaufnahme wird so der Füllvorgang gestartet, und durch anschließendes Absenken des Ventilkegels auf die Ventilaufnahme wird der Füllvorgang wieder beendet.
  • Bei der Abfüllung insbesondere karbonisierter Produkte kann der zu befüllende Behälter gegen das Füllorgan abgedichtet werden. Um ein Ausgasen und Schaumbildung weiter zu vermindern, kann der Behälter im Rahmen des sogenannten Gegendruckverfahrens unter Überdruck gesetzt werden, damit das CO2 in der flüssigen Phase gebunden bleibt. Hierzu wird der Behälter an das Füllorgan gasdicht angepresst und vor dem Füllstart mit einem Spanngas, beispielsweise CO2, vorgespannt. Nach dem Vorspannen beginnt die Abfüllung. Anstatt eines Ventilkegels wie im Fall der Freistrahlabfüllung übernimmt die Funktion des Öffnens/Schließens des Ventils ein Drallkörper, der darüber hinaus die strömende Flüssigkeit in Rotation versetzt. Wird der Drallkörper angehoben, fließt das Produkt über eine strömungstechnisch optimierte Kontur für die Wandabfüllung durch den Ringspalt in den angepressten Behälter. Durch die Fliehkräfte der Rotation wird die Flüssigkeit nach außen getrieben und fließt dann an der Behälterinnenwand entlang, weshalb diese Art der Abfüllung auch als "Wandabfüllung" bezeichnet wird. Gleichzeitig kann das Gas im Behälter über eine Bohrung im Drallkörper und einer daran angebundenen Ventilstange entweichen. Bei Füllende wird der Ringspalt geschlossen, indem der Drallkörper gegen die Auslaufkontur gepresst wird. Anschließend wird der Behälter auf Umgebungsdruck entlastet und vom Füllorgan getrennt.
  • Der Füllvorgang kann demnach eine Reihe von Schritten aufweisen, umfassend das druckdichte Anpressen des Behälters gegen das Füllorgan, einen Gasaustausch insbesondere im Fall sauerstoffempfindlicher Füllprodukte, eine Druckerhöhung oder Druckabsenkung im Behälter, das Einbringen des Füllprodukts sowie eine Entlastung des Behälters.
  • Die Füllorgane sind üblicherweise mit Sensoren ausgestattet, um einen oder mehrere Schritte des Füllvorgangs zu überwachen. So kann die Eindosierung des Füllprodukts in den Behälter beispielsweise mittels eines Durchflussmessers im Produktzulauf oder einer in die Behältermündung eintauchenden elektrischen Stabsonde überwacht werden. Im Unterschied zur Freistrahlabfüllung kann das Behältergewicht bei der Wandabfüllung nicht gemessen werden, da der Behälter an das Füllorgan angepresst wird. Es ist weiterhin bekannt, einen Drucksensor in den Gasweg des Füllorgans zu integrieren, um so den beabsichtigten Über- oder Unterdruck im Behälter zu überwachen. Für die Information, ob ein Behälter ordnungsgemäß unter dem Füllorgan vorhanden ist, werden üblicherweise Ultraschallschranken verwendet, die aus Kostengründen nicht auf dem mitdrehenden Karussell, sondern stationär am Einlauf und gegebenenfalls an einigen zusätzlichen Stellen installiert sind.
  • Die vorstehend dargelegten Sensoren überwachen die Befüllung des Behälters entweder indirekt, beispielsweise über den Durchfluss des Füllprodukts in den Behälter, oder direkt durch eine eintauchende Sonde. In beiden Fällen kann ein mangelhafter Füllvorgang jedoch nur bedingt erkannt werden, da nur der Schritt des Einleitens des Füllprodukts in den Behälter überwacht wird. Die Bildung von Schaum, insbesondere im Fall karbonisierter Getränke, in den Schritten des Einleitens des Füllprodukts in den Behälter sowie Entspannens des Behälters kann so jedoch nicht oder nur unzureichend überwacht werden. Durch einen zusätzlichen Drucksensor im Füllorgan können die Schritte des Gasaustauschs im Behälter, der Druckerhöhung oder Evakuierung sowie der Entlastung überwacht werden; allerdings ist der Drucksensor zumeist ein zusätzlicher Sensor, installiert in jedem Füllorgan. Die Eindosierung des Füllprodukts in den Behälter kann durch einen Drucksensor nicht zufriedenstellend überwacht werden, so dass weiterhin und zusätzlich ein Durchflussmesser und/oder eine Füllhöhensonde erforderlich sind. Die Schritte des Einbringens und Entfernen des Behälters werden entweder nicht oder durch weitere Sensoren überwacht.
  • Zusammenfassend wird der Füllvorgang derzeit entweder durch Anwendung einer Vielzahl von Sensoren überwacht, was zu hohen Kosten, einem hohen Wartungsaufwand usw. führt, oder es wird ein Kompromiss angestrebt, bei dem nur die nötigsten Schritte überwacht werden, was wiederum zu Lasten der Zuverlässigkeit und Qualität geht.
    • Darstellung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zum Behandeln eines Behälters, umfassend das Befüllen des Behälters mit einem Füllprodukt, bereitzustellen, insbesondere die Zuverlässigkeit des Abfüllvorgans bei gleichzeitiger maschinenbaulicher Vereinfachung zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des quasi-nebengeordneten Verfahrensanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
  • Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung dienen dem Behandeln eines Behälters, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage. Darunter fällt zumindest das Befüllen des Behälters mit einem Füllprodukt.
  • Als abzufüllende Produkte kommen insbesondere Getränke, beispielsweise Wasser, Softdrinks, Bier, Mischgetränke und dergleichen in Betracht. Besonders bevorzugt werden karbonisierte Getränke abgefüllt.
  • Neben dem eigentlichen Einleiten des Füllprodukts in den Behälter können je nach Füllprodukt und/oder Prozess weitere Schritte sinnvoll oder erforderlich sein. So ist es im Rahmen eines Gegendruck- oder Unterdruckverfahrens erforderlich, den Behälter gegen eine Mündung des Füllorgans anzupressen und den Behälter mit einem entsprechenden Unterdruck oder Überdruck zu beaufschlagen. Weiterhin können Schritte des Spülens, Reinigens, Vorspannens, Evakuierens, Entlastens usw. Teil des Füllvorgangs sein, die hierin gemeinsam als "Behandlung" des Behälters bezeichnet sind.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung, die hierin auch als "Füllorgan" bezeichnet ist, umfasst einen Ventilgrundkörper mit einem Auslauf zum Einleiten des Füllprodukts in den Behälter und einer Drallkammer, die mit dem Auslauf in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist, um das Füllprodukt während des Einleitens in den Behälter in Drall zu versetzen. Ferner weist die Vorrichtung einen Ventilkegel auf, der zumindest teilweise im Ventilkörper angeordnet ist, eine Axialrichtung definiert und vorzugsweise zumindest einen Teil der Wandung der Drallkammer ausbildet. Ein Gaskanal durchdringt den Ventilkegel in Axialrichtung.
  • Der Ventilkegel erstreckt sich vorzugsweise in Axialrichtung durch den Ventilgrundkörper, wobei die Formulierung "erstreckt sich ... durch" nicht so zu verstehen ist, dass der Ventilkegel den Ventilgrundkörper in Axialrichtung beidseitig überragt. In anderen Worten, die Abmessung des Ventilkegels in Axialrichtung kann kleiner sein als die des Ventilgrundkörpers.
  • Der Ventilkegel ist für eine Durchflussregelung des Füllprodukts durch den Auslauf vorzugsweise in Axialrichtung verschiebbar eingerichtet. Zu diesem Zweck wirkt der Ventilkegel beispielsweise mit einem Ventilsitz zusammen, der Teil des Ventilgrundkörpers sein kann.
  • Unter der Bezeichnung "Durchflussregelung" ist hierin eine Änderung des Durchflusses durch Verstellung des Ventilkegels gemeint, wobei eine vollständige Unterbindung des Durchflusses, d.h. ein Durchfluss von Null umfasst ist. Ein binäres Ein- und Ausschalten des Durchflusses fällt somit ebenso unter die Durchflussregelung wie eine graduelle Änderung des Volumenstroms. Die Verstellbarkeit des Ventilkegels erfolgt vorzugsweise translatorisch entlang der durch den Ventilkegel und Auslauf determinierten Axialrichtung. Der Ventilkegel kann innerhalb eines Arbeitswegs graduell verstellbar sein.
  • Die Behältermündung befindet sich während der Befüllung normalerweise direkt unterhalb des Auslaufs. Die Behältermündung kann zu diesem Zweck an einem Mündungsabschnitt des Ventilgrundkörpers anliegen. Alternativ ist das Füllorgan auch als Freistrahlventil anwendbar.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine Sensoreinrichtung mit einem Sensorkopf, der zur Detektion zumindest eines Signals eingerichtet und im Gaskanal angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung der einzige Sensor des Füllorgans, d.h. die Erfindung erlaubt es, dass das Füllorgan keine weiteren Sensoren, wie beispielsweise einen Durchflussmesser oder eine Füllstandsonde, aufweist, da die hierin dargelegte Sensoreinrichtung so angeordnet und eingerichtet ist, dass nicht nur eine sondern vorzugsweise mehrere Messgrößen während der Behandlung des Behälters überwacht werden können.
  • Die Anwendung einer solchen im Gaskanal des Füllorgans mit Drallkammer platzierten Sensoreinrichtung ermöglicht eine maschinenbauliche Vereinfachung, da bisher verwendete Sensoren, beispielsweise für Durchfluss, Füllstand, Behälterdetektion (Flada) und Druck, ersetzt und gleichzeitig mehrere oder sogar alle Schritte im Füllvorgang mit einem Sensor kontinuierlich überwacht werden können. Dies führt zu einem geringeren Wartungsaufwand, einer verbesserten Zuverlässigkeit und Kostenersparnis aufgrund weniger Sensoren und weniger Varianten.
  • Darüber hinaus können Schritte bzw. Abläufe während des Füllvorgangs, die bisher nicht oder nur unzureichend überwacht werden konnten, beispielsweise betreffend den Vorgang des Positionierens und/oder Anpressens des Behälters gegen den Mündungsabschnitt des Füllorgans, durch die Sensoreinrichtung überwacht werden.
  • Durch einen kompakten Aufbau des Füllorgans kann der Sensorkopf in sehr kurzem Abstand zur Behältermündung positioniert werden, wodurch sich ein großes Sensorsichtfeld erzielen lässt. Dies wird weiter durch den Drall des Füllprodukts unterstützt, wodurch ein stabiles "Auge" beim Abfüllen gebildet wird, durch das der Sensorkopf ungestört "hindurchschauen" kann.
  • Da das Füllorgan mit dem Ventilgrundkörper sowohl für die Wandabfüllung als auch zur Freistrahlfüllung bzw. für atmosphärisch abzufüllende Produkte anwendbar ist, reduziert sich die Vielzahl an Füllorganvarianten für unterschiedliche Anwendungen. Somit reduzieren sich der Pflege- sowie Wartungsaufwand und die Anzahl an Maschinenvarianten. Abfüllanlagen, die mit Füllorganen der hierin beschriebenen Art ausgestattet sind, sind universell einsetzbar. Mit ihnen lässt sich eine große Vielfalt unterschiedlicher Getränke, Behälterformate und -materialien (PET, Glas, Dose, still, karbonisiert usw.) abfüllen.
  • Vorzugsweise weist der Sensorkopf eine Sende-/Empfangsfläche auf, die eingerichtet ist, um ein Sendesignal in Richtung Behälter auszusenden und ein durch das Sendesignal veranlasstes Empfangssignal zu empfangen. Das durch das Sendesignal veranlasste Empfangssignal kann beispielsweise eine Reflexion des Sendesignals oder ein durch das Sendesignal induziertes Signal sein. In anderen Worten, der Sensorkopf sendet gemäß dieser Ausführungsform ein Sendesignal in den am oder unterhalb des Auslaufs positionieren Behälter aus. Der Behälter, ein sich darin befindliches Gas oder Fluid veranlasst oder beeinflusst beispielsweise eine Reflexion des Signals, das wiederum vom Sensorkopf detektiert wird. Aus der Abschwächung, Laufzeitverzögerung, Interferenz usw. kann nun auf Messgrößen geschlossen werden, wie beispielsweise auf den Abstand zum Behälterboden, die Füllhöhe im Behälter, den Schaumgehalt, die Schaumhöhe, Gaszusammensetzung, Gasdruck, strukturelle Beschaffenheit des Behälters und dergleichen.
  • Besonders bevorzugt ist das Sendesignal ein Ultraschallsignal. In anderen Worten, die Sensoreinrichtung ist vorzugsweise als Ultraschallreflextaster bzw. Ultraschallsensor ausgebildet. In diesem Fall bilden der Gaskanal und die Behälterwand einen Resonanzraum für das Ultraschallsignal. Der Behälterboden oder die Flüssigkeitsoberfläche fungieren als Reflexionsflächen. Allerdings kann die Sensoreinrichtung auch ein anderes Messprinzip bzw. Messverfahren anwenden, wie beispielsweise eine optische Messung oder ein auf Radarwellen oder Mikrowellen beruhendes Messverfahren.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung auf, die mit der Sensoreinrichtung in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um aus den von der Sensoreinrichtung detektierten Signalen auf eine oder mehrere Messgrößen zu schließen. Die gewünschte Messgröße kann aus den detektierten Signalen beispielsweise errechnet, aus einem funktionalen Zusammenhang oder einer Datenbank entnommen oder auf andere Weise ermittelt werden. Als geeignete Messgröße(n) kommen insbesondere in Betracht: Füllhöhe des Füllprodukts im Behälter; Gasdruck, - zusammensetzung oder -konzentration im Gaskanal sowie Behälter; Schaummenge/-höhe und/oder Schaumbeschaffenheit im Behälter; Behälterposition; struktureller Zustand des Behälters, d.h. beispielsweise ob der Behälter defekt ist. Die Kommunikation zwischen der Sensoreinrichtung und der Auswerteeinrichtung kann analog oder digital, drahtlos oder drahtgebunden erfolgen. Ferner können die Sensoreinrichtung und die Auswerteeinrichtung integral oder durch getrennte elektronische Komponenten realisiert sein. So kann die Auswerteeinrichtung beispielsweise gemeinsam mit dem Sensorkopf in einem einzigen Sensorgehäuse installiert sein.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner eine Füllorgansteuerung auf, die mit der Auswerteeinrichtung in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um die Behandlung des Behälters zu steuern und/oder zu regeln. Die durch Sensoreinrichtung und Auswerteeinrichtung ermittelten Messgrößen können somit für die Steuerung bzw. Regelung des Füllvorgangs genutzt werden. Die Behandlung umfasst hierbei vorzugsweise einen oder mehrere der folgenden Schritte: Positionieren des Behälters relativ zum Füllorgan; druckdichtes Anpressen des Behälters gegen einen Mündungsabschnitt des Ventilgrundkörpers; Einleiten eines Gases (beispielsweise CO2, Reinluft, Stickstoff usw.) durch den Gaskanal in den Behälter, beispielsweise um den Behälter zu spülen, zu reinigen und/oder vorzuspannen; Abziehen eines Gases durch den Gaskanal aus dem Behälter; Erzeugen eines Überdrucks im Behälter; Erzeugen eines Unterdrucks im Behälter; Einleiten des Füllprodukts in den Behälter; Entlasten des Behälters; Entfernen des Behälters vom Mündungsabschnitt des Ventilgrundkörpers.
  • Die Formulierungen "Positionieren des Behälters relativ zum Füllorgan" und "druckdichtes Anpressen des Behälters gegen einen Mündungsabschnitt des Ventilgrundkörpers" umfassen nicht nur eine Bewegung des Behälters relativ zum Füllorgan, sondern alternativ oder zusätzlich kann auch das Füllorgan selbst bewegt werden, um die gewünschte relative Position bzw. Lage zwischen Füllorgan und Behälter zu erzielen.
  • Die Bezeichnungen "Überdruck" und "Unterdruck" sind in erster Linie relativ zueinander zu verstehen, sie können sich jedoch auch auf den Normaldruck beziehen.
  • Die Auswerteeinrichtung kann Bestandteil der Füllorgansteuerung sein oder mit einer solchen in Kommunikation stehen, um den Abfüllvorgang zu steuern und/oder zu regeln. Die Kommunikation kann analog oder digital, drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Die Auswerteeinrichtung und Füllorgansteuerung können zentral oder dezentral, Bestandteil internetbasierter und/oder cloudbasierter Anwendungen oder auf andere Weise implementiert sein, sowie gegebenenfalls auf Datenbanken zugreifen. Die Auswerteeinrichtung und Füllorgansteuerung können beispielsweise softwaregestützt durch eine Recheneinheit implementiert sein.
  • Vorzugsweise weist die Drallkammer eine Ringform oder spezieller die Form eines Torus auf, deren Querschnittskontur in Erstreckungsrichtung sowie senkrecht zur Erstreckungsrichtung eine rundliche Form hat. Die Drallkammer erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen axialsymmetrisch um den Ventilkegel.
  • In anderen Worten, die Drallkammerwandung ist vorzugsweise sowohl entlang der Ringachse derselben als auch senkrecht dazu geometrisch im Wesentlichen stetig und differenzierbar. Die Formulierung "im Wesentlichen" weist zum einen darauf hin, dass Ecken beispielsweise in den Mündungsbereichen eines Hauptzulaufs sowie etwaigen, weiter unten beschriebenen Nebenzuläufen nicht immer vermeidbar sind, und zum anderen, dass geometrische Bezeichnungen, wie etwa "stetig, "differenzierbar", "Eckpunkte" usw., nicht ideal-mathematisch auszulegen sind. Wichtig ist diesbezüglich, dass die genannten Querschnittskonturen der Drallkammer keine polygonale, etwa rechteckige, Form haben.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass sich räumliche Angaben, wie etwa "unter", "unterhalb", "über", "oberhalb" usw. auf die Einbaulage des Füllorgans beziehen, die durch die Schwerkraftrichtung eindeutig bestimmt ist. Die Axialrichtung desselben stimmt im Einbauzustand zumindest im Wesentlichen mit der Schwerkraftrichtung überein.
  • Der Ventilgrundkörper benötigt gemäß dieser Ausführungsvariante weder Drallkörper, wie etwa Leitflügel oder Drallkanäle, noch zusätzliche Strömungsführungen und ist somit sehr kompakt, hygienisch und tolerant für disperse Fest-/Flüssigkeitsmischungen, die beispielsweise Fruchtstückchen, Slurry, Fruchtfasern oder dergleichen enthalten. Ferner ist die Größe von Stückchen in der Strömung aufgrund des Verzichts auf Drallkörper kaum begrenzt. Der Ventilgrundkörper erlaubt eine vollständige Ausspülung des Ventilinnenraums mit minimaler Spülmenge, aufgrund hoher Turbulenzen, die in der Drallkammer erzielbar sind, und einer vergleichsweise kleinen Oberfläche. Zudem weist die Drallkammer im Wesentlichen keine Ecken auf, in denen sich Aromastoffe, Fruchtstückchen und dergleichen verfangen könnten. Auch dadurch wird die Durchspülbarkeit optimiert. Aus diesen Gründen ist der Ventilgrundkörper für den flexiblen, behälterweisen Füllproduktwechsel, insbesondere durch hinzudosierbare Komponenten, besonders geeignet.
  • Vorzugsweise weist die Drallkammer wie oben erwähnt die Form eines Torus auf. Die Bezeichnung "Torus" bezieht sich hierbei nicht nur auf einen Rotationskörper konstruiert aus einer Kreiskontur, auch wenn dies bevorzugt ist, sondern die Rotationskontur bzw. -fläche kann ebenso elliptisch, oval oder auf andere Weise rundlich sein, solange auf polygonale Ecken und Kanten verzichtet wird. Durch einen solchen rotationssymmetrischen Aufbau werden die Ausbildung eines gleichmäßigen Dralls sowie die Ausspülbarkeit weiter unterstützt.
  • Die Drallkammer erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen axialsymmetrisch um den Ventilkegel. Der Ventilkegel durchdringt die Drallkammer in diesem Fall zentral, wodurch der Ventilkegel synergetisch einen Teil der die Drallkammer bildenden Wandung ausbildet. Auf diese Weise kann der Ventilgrundkörper noch kompakter gestaltet werden, wobei die Funktionalitäten des Ventilkegels und der Drallkammer baulich integriert sind.
  • Vorzugsweise weist der Ventilgrundkörper einen Hauptzulauf auf, der tangential in die Drallkammer mündet und eingerichtet ist, um das Füllprodukt oder eine Hauptkomponente des Füllprodukts so in die Drallkammer einzuleiten, dass das Füllprodukt in der Drallkammer in Drall versetzt wird.
  • Die Bezeichnung "tangential" erfordert hierin keine geometrisch perfekte tangentiale Anbindung des Hauptzulaufs. Vielmehr kann es baulich sinnvoll sein, den Hauptzulauf in einem gewissen Winkel in die Drallkammer einmünden zu lassen. Wichtig ist, dass die Einströmrichtung in diesem Fall im Wesentlichen seitlich und wandseitig, d.h. nicht von oben oder seitlich-zentral, erfolgt und so unmittelbar zu einem Drall, d.h. Ringstrom, in der Drallkammer führt.
  • Durch den tangentialen Einlauf des Füllprodukts aus dem Hauptzulauf in die Drallkammer wird dieses optimal in Drall versetzt, wodurch das Füllprodukt zentrifugalkraftbedingt nach außen getrieben wird und nach Austritt aus dem Auslauf in einer Spiralbewegung an der Behälterwand abwärts strömt. Die Verjüngung bzw. Einschnürung der Drallkammer zum Auslauf hin hat einen Druckabfall und damit eine Verstetigung des Dralls zur Folge. Dies führt zum einen zu einem gleichmäßigen, wohldefinierten Drall über den Umfang hinweg und ist zum anderen ein maßgeblicher Bestimmungsfaktor für die Durchflussmenge. Der seitliche, d.h. tangential in die Drallkammer einmündende Hauptzulauf schafft zudem Platz oberhalb der Drallkammer. Der Raum ist unverbaut und kann genutzt werden, um den Ventilgrundkörper modular zu erweitern, beispielsweise mit der oben dargelegten Sensoreinrichtung, so dass die Variantenbildung bzw. Differenzierung des Füllorgans für konkrete Anwendungen spät erfolgen kann, wodurch sich Kosten und Ressourcen einsparen lassen.
  • Vorzugsweise geht zumindest die axiale Außenwandung der Drallkammer stetig und differenzierbar in den Hauptzulauf über, um die Drallbildung und Ausspülbarkeit zu optimieren. Aus den gleichen Gründen weist der Hauptzulauf im Bereich der Mündung in die Drallkammer vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche Querschnittskontur senkrecht zur Erstreckungsrichtung wie die Drallkammer auf. Vorzugsweise sind beide Konturen kreisförmig mit im Wesentlichen gleichem Durchmesser. Auf diese Weise geht die tangentiale Zuführung des Füllprodukts optimal in den Ringstrom innerhalb der Drallkammer über.
  • Vorzugsweise ist der Auslauf ringförmig, wobei sich die ebenfalls ringförmige Drallkammer allmählich zum Auslauf hin verjüngt, wodurch das Füllprodukt nach Austritt aus dem Auslauf in einer Spiralbewegung im Behälter abwärts strömt. Mittels einer gezielten Beschleunigung des Füllprodukts im Ringkanal zwischen Drallkammer und Auslauf ist ein rasches und kontrolliertes Abfüllen realisierbar. Die Drallkammer hat vorzugsweise eine zur Achse des ringförmigen Auslaufs axialsymmetrische Form.
  • Vorzugsweise weist der Ventilgrundkörper einen Ventilsitz auf, wobei der Ventilkegel und der Ventilsitz so eingerichtet sind, dass der Ventilkegel in einer Absperrstellung für ein vollständiges Verschließen des Auslaufs mit dem Ventilsitz dichtend in Kontakt steht. Die Integration von Durchflussregel- und Absperrfunktion im Ventilgrundkörper erlaubt eine Reduzierung der Bauteile und eine Vereinfachung des Produktweges. Dies führt zu geringeren Druckverlusten und trägt zu einer schonenderen Produktbehandlung sowie einer geringeren Schaumbildung beim Füllvorgang bei.
  • Vorzugsweise weist der Ventilkegel eine kegelförmige Auslaufkontur auf, die sich zum Auslauf hin verjüngt, und erstreckt sich zumindest teilweise in die Drallkammer. Auf diese Weise ist die Bauform des Ventilgrundkörpers besonders kompakt.
  • Vorzugsweise weist der Ventilgrundkörper einen oder mehrere Nebenzuläufe auf, die in die Drallkammer münden und eingerichtet sind, um entsprechend ein oder mehrere Zusatzkomponenten des Füllprodukts so in die Drallkammer einzuleiten, dass sich diese darin mit der Hauptkomponente vermischen. Durch die Nebenzuläufe findet die Zumischung von etwaigen Zusatzkomponenten direkt in der Drallkammer statt, wodurch eine gute Ausspülbarkeit des Ventilgrundkörpers sichergestellt und eine etwaige Aromaverschleppung minimiert wird. Zudem ist das Füllorgan damit für Anwendungen in Abfüllanlagen, die für eine flexible Dosierung und einen sofortigen Produktwechsel vorgesehen sind, besonders geeignet.
  • Das Füllprodukt wird in diesem Fall aus mehreren Komponenten, einer Hauptkomponente wie etwa Wasser oder Saft und zumindest einer Zusatzkomponente wie etwa Sirup, direkt in der Drallkammer des Füllorgans zusammengemischt. Hierbei werden bei der Abfüllung die Zusatzkomponenten des Füllprodukts in die Drallkammer eingebracht und gemeinsam in den zu befüllenden Behälter unter Drall eingeleitet.
  • Das Einleiten der Zusatzkomponente(n) in die Drallkammer kann so erfolgen, dass die zuvor durch die Hauptzufuhr zugeführte Hauptkomponente rückwärts verdrängt wird. Das verdrängte Volumen der Hauptkomponente wird beispielsweise mittels eines Durchflussmessers ermittelt, und damit ist ebenfalls das Volumen der zudosierten Komponente(n) bekannt und steuerbar. Bei der anschließenden Abfüllung des Füllprodukts in den Behälter wird die Hauptkomponente zusammen mit den zudosierten Komponenten vollständig aus dem Füllorgan in den Behälter gespült, wobei gleichzeitig die Gesamtfüllmenge mit demselben Durchflussmesser oder der Sensoreinrichtung ermittelt werden kann. Beim nächsten Abfüllzyklus können die Füllmengen und auch die zudosierten Komponentenmengen neu bestimmt werden. Damit ist eine hochflexible und hygienische Abfüllung individualisierter Getränke im Wesentlichen ohne Umstellzeiten möglich.
  • Vorzugsweise weist der Ventilgrundkörper ein Ventilgehäuse auf, das zumindest einen Teil der die Drallkammer sowie den Auslauf begrenzenden Wandung bildet, wodurch der Ventilgrundkörper baulich vereinfacht und besonders zuverlässig ist. Das Ventilgehäuse kann einstückig gefertigt sein. Vorzugsweise ist das Ventilgehäuse ein Gusskörper.
  • Vorzugsweise wird zumindest einer der Nebenzuläufe durch Öffnungen im Ventilgehäuse gebildet. Durch die Integration der Zufuhr von Dosagekomponenten in das Ventilgehäuse sind keine Schläuche oder zusätzlichen Leitungen erforderlich. Auf diese Weise werden auf baulich einfache und zuverlässige Weise die Ausspülbarkeit des Ventilgrundkörpers optimiert und eine etwaige Aromaverschleppung minimiert.
  • Vorzugsweise weist der Ventilgrundkörper eine Membran aus einem verformbaren Material auf, die einen Teil der die Drallkammer begrenzenden Wandung bildet, vorzugsweise im oberen Bereich. An einer Außenkontur, die vorzugsweise kreisförmig ist, ist die Membran am Ventilgehäuse und an einer Innenkontur, die vorzugsweise ebenfalls kreisförmig ist, am Ventilkegel angebunden. Der seitliche, d.h. tangential in die Drallkammer einmündende Hauptzulauf schafft neben den vorstehend genannten technischen Wirkungen Platz oberhalb der Drallkammer, der zur Montage der Membran, welche die Drallkammer im oberen Bereich abdichtet, genutzt werden kann.
  • Die Membran ist aus einem verformbaren bzw. flexiblen Material gefertigt, wodurch sie der Axialbewegung des Ventilkegels folgen kann und gleichzeitig eine hygienische Abdichtung gewährleistet. Der Arbeitsbereich des Ventilkegels bestimmt zugleich den Grad der Verformbarkeit, den das Material der Membran zu leisten hat. Durch diese Funktionalität sind die Bezeichnungen "flexibel", "verformbar" usw. in Bezug auf die Membran bestimmt. Die Flexibilität der Membran und die Materialbeschaffenheit, insbesondere im Fall von Teflon, unterstützen zudem eine Abfüllung des Füllprodukts unter Drall auch bei sehr geringen Füllströmen. Einem etwaigen unbeabsichtigten lokalen Maximum des Durchflusses zu Beginn des Abfüllvorgangs, bevor sich ein gleichmäßiger Durchfluss unter Drall einstellt, kann durch Verstellung des Ventilkegels bzw. durch ein stromaufwärts gelegenes Regelventil entgegengesteuert werden.
  • Die Symmetrie der Membran erlaubt zudem eine Ausführung mit einer hohen Lastspielzahl, wie sie für Füllorgane zumeist notwendig ist. Vorzugsweise weist die Membran einen ringförmigen Einspannabschnitt auf, der zur Befestigung am Ventilgehäuse eingerichtet ist.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung zumindest einen Gasweg auf, der seitlich in den Gaskanal einmündet. So können beispielsweise eine Gaszuleitung, um Spanngas, Spülgas und/oder dergleichen dem Gaskanal zuzuführen, und eine Gasableitung, um Gas aus dem Behälter abzuleiten, als Gaswege vorgesehen sein. Der eine oder die mehreren Gaswege sind vorzugsweise entsprechend als flexibler Schlauch ausgeführt, wodurch sie die Axialbewegung des Ventilkegels ausgleichen können.
  • Einer oder mehrere der Gaswege münden vorzugsweise im Wesentlichen unmittelbar unterhalb des Sensorkopfs in den Gaskanal ein. Auf diese Weise kann durch synergetische Wirkung der Gasströme im Gaskanal eine Verschmutzung des Sensorkopfs unterbunden oder zumindest vermindert werden.
  • Einer oder mehrere der Gaswege können tangential in den zentralen Gaskanal geführt werden. Eine solche tangentiale Anordnung der Gaswege führt in einem Reinigungsbetrieb, beispielsweise mit Wasser, zu einer effektiven Reinigung des Sensorkopfs.
  • Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Behandeln eines Behälters, umfassend das Befüllen des Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk in einer Getränkeabfüllanlage, gelöst, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer Vorrichtung gemäß einer der vorstehend dargelegten Ausführungsvarianten; Einleiten des Füllprodukts in die Drallkammer des Ventilgrundkörpers und Versetzen des Füllprodukts in der Drallkammer in einen Drall; Ausleiten des unter Drall stehenden Füllprodukts aus der Drallkammer über den Auslauf des Ventilgrundkörpers in den Behälter, wodurch das Füllprodukt an der Behälterinnenwand entlang in den Behälter fließt; und Detektieren zumindest eines Signals, das sich aus dem Behälter durch den Gaskanal fortpflanzt durch den Sensorkopf der Sensoreinrichtung.
  • Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren.
  • So wird aus den oben genannten Gründen aus den von der Sensoreinrichtung detektierten Signalen vorzugsweise auf eine oder mehrere Messgrößen geschlossen, insbesondere auf eine Füllhöhe des Füllprodukts im Behälter und/oder einen Gasdruck, -zusammensetzung oder - konzentration im Gaskanal sowie Behälter und/oder eine Schaummenge/-höhe bzw. Schaumbeschaffenheit im Behälter und/oder eine Behälterposition und/oder einen strukturellen Zustand des Behälters.
  • Vorzugsweise umfasst die Behandlung des Behälters aus den oben genannten Gründen einen oder mehrere der folgenden Schritte: Positionieren des Behälters relativ zum Füllorgan; druckdichtes Anpressen des Behälters gegen einen Mündungsabschnitt des Ventilgrundkörpers; Einleiten eines Gases durch den Gaskanal in den Behälter; Abziehen eines Gases durch den Gaskanal aus dem Behälter; Erzeugen eines Überdrucks im Behälter; Erzeugen eines Unterdrucks im Behälter; Einleiten des Füllprodukts in den Behälter; Entlasten des Behälters; Entfernen des Behälters vom Mündungsabschnitt des Ventilgrundkörpers.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die darin beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Figuren.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    einen schematischen Querschnitt eines Füllorgans mit einer Sensoreinrichtung, einer Auswerteeinrichtung und einer Füllorgansteuerung;
    Figur 2
    eine perspektivische Schnittansicht eines Ventilgrundkörpers des Füllorgans mit Drallkammer, Ventilkegel und Membran;
    Figur 3
    eine Querschnittsansicht des Ventilgrundkörpers der Figur 2;
    Figur 4
    eine Querschnittsansicht eines Ventilgrundkörpers mit Drallkammer, Ventilkegel und Membran gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    Figur 5
    den Ventilgrundkörper der Figur 4 in einer Draufsicht.
    Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanz zu vermeiden.
  • Die Figur 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung 1 zum Befüllen eines Behälters 100 mit einem Füllprodukt. Die Vorrichtung 1 ist hierin auch als "Füllorgan" bezeichnet oder umfasst ein solches. Als abzufüllende Produkte kommen insbesondere Getränke, beispielsweise Wasser, Softdrinks, Bier, Mischgetränke und dergleichen in Betracht. Besonders bevorzugt werden durch das Füllorgan 1 karbonisierte Getränke abgefüllt.
  • Das Füllorgan 1 umfasst einen Ventilgrundkörper 10. Die Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht des Ventilgrundkörpers 10. Die Figur 3 zeigt den Ventilgrundkörper 10 in einer Querschnittsansicht.
  • Der Ventilgrundkörper 10 weist eine als Ringkanal bzw. Torus ausgeführte Drallkammer 11 auf. Der Ventilgrundkörper 10 weist ferner einen in der Perspektive der Figuren 1, 2 und 3 nicht sichtbaren Hauptzulauf 12 auf, der tangential oder im Wesentlichen tangential in die Drallkammer 11 mündet. Der Hauptzulauf 12 geht aus dem Ausführungsbeispiel der Figuren 4 und 5 hervor.
  • Im unteren Bereich des Ventilgrundkörpers 10 verjüngt sich die Drallkammer 11 zu einem ringförmigen Auslauf 13, aus dem das Füllprodukt während der Abfüllung austritt und in einen unterhalb des Ventilgrundkörpers 10 platzierten Behälter 100 einläuft.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass sich räumliche Angaben, wie etwa "unter", "unterhalb", "über", "oberhalb" usw. auf die Einbaulage des Füllorgans 1 beziehen, die durch die Schwerkraftrichtung eindeutig bestimmt ist. Ferner weist das Füllorgan 1 bzw. dessen Ventilgrundkörper 10 durch den ringförmigen Auslauf 13 eine eindeutig definierte Axialrichtung auf, die im Einbauzustand zumindest im Wesentlichen mit der Schwerkraftrichtung übereinstimmt.
  • Durch die tangentiale Zufuhr des Füllprodukts aus dem Hauptzulauf 12 in die Drallkammer 11 wird dieses in Drall versetzt, wodurch das Füllprodukt zentrifugalkraftbedingt nach außen getrieben wird und nach Austritt aus dem Ventilgrundkörper 10 weiter nach außen gelangt und an der Behälterwand abwärts strömt. Die Verjüngung bzw. Einschnürung der Drallkammer 11 zum Auslauf 13 hin führt zum einen zu einem gleichmäßigen, wohldefinierten Drall über den Umfang hinweg und ist zum anderen ein maßgeblicher Bestimmungsfaktor für die Durchflussmenge. Ist der Grad der Verjüngung, insbesondere die Abmessung des Ringspalts am Auslauf 13, einstellbar, lässt sich somit eine integrierte Durchflussregelung gegebenenfalls bis hin zur Absperrung realisieren.
  • Die vorstehend genannte Durchflussregelung lässt sich wie folgt implementieren: Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1, 2 und 3 weist der Ventilgrundkörper 10 zu diesem Zweck einen Ventilkegel 14 auf, der eine zylindrische, sich zum Auslauf 13 hin verjüngende Form hat. Der sich an die Drallkammer 11 anschließende Ringspalt wird innenseitig zumindest abschnittsweise von der Außenumfangsfläche des Ventilkegels 14 gebildet. Außen wird der Ringspalt von einem Ventilgehäuse 15 begrenzt bzw. gebildet. Der Ventilkegel 14 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Axialrichtung, d.h. nach oben und unten, verschiebbar eingerichtet. Auf diese Weise lässt sich der Ringspalt am Auslauf 13 vergrößern und verkleinern. Die Höhenverstellung des Ventilkegels 14 erfolgt innerhalb eines Arbeitsbereichs, d.h. zwischen einer vollständig geöffneten Position und einer geschlossenen Position oder einer Position des minimalen Durchflusses, vorzugsweise stufenlos. Wird durch die Innenform des Ventilgehäuses 15 ein Ventilsitz 16 gebildet, der in einer Schließstellung des Füllorgans 1 mit dem Ventilkegel 14 dichtend in Kontakt steht, kann der Auslauf 13 vollständig verschlossen werden, wodurch eine Absperrfunktion realisiert wird.
  • Der seitliche, d.h. tangential in die Drallkammer 11 einmündende Hauptzulauf 12 schafft neben den vorstehend genannten technischen Wirkungen zudem Platz oberhalb der Drallkammer 11. Der Raum ist unverbaut und kann zur Montage einer Membran 17 genutzt werden, welche die Drallkammer 11 im oberen Bereich abdichtet.
  • Die Membran 17 weist eine kreisförmige Außenkontur auf, die direkt oder indirekt über ein Befestigungsmittel am Ventilgehäuse 15 angebunden ist. Die Membran 17 ist radial innen am Ventilkegel 14 befestigt. Die Membran 17 ist aus einem flexiblen Material, vorzugsweise Teflon, gefertigt, wodurch sie der Axialbewegung des Ventilkegels 14 folgen kann und gleichzeitig eine hygienische Abdichtung der Drallkammer 11 gewährleistet. Die Symmetrie der Membran 17 erlaubt zudem eine Ausführung mit einer hohen Lastspielzahl, wie sie für Füllorgane 1 zumeist notwendig ist.
  • Der Ventilgrundkörper 10 weist ferner einen Gaskanal 18 auf, der den Ventilkegel 14 in Axialrichtung zentral durchdringt. Der Gaskanal 18 dient zum Einleiten eines Gases, wie beispielsweise Spülgas, Spanngas und dergleichen, und fungiert gleichzeitig als Rückgaskanal, um etwaiges Gas, das während eines Gasaustauschs abzuführen ist und/oder während der Befüllung aus dem Behälter 100 verdrängt wird, abzuleiten. Der Gaskanal 18 kann jedoch auch als Mehrkanalkonstruktion, beispielsweise Rohr-in-Rohr-Konstruktion, realisiert sein, etwa um separate Zu- und Abgaswege zu schaffen.
  • In den Gaskanal münden seitlich ein oder mehrere Gaswege 18a, 18b ein, beispielsweise eine Gaszuleitung 18a, um das Gas - Spanngas, Spülgas usw. - dem Gaskanal 18 zuzuführen, und eine Gasableitung 18b, um Gas aus dem Behälter 100 abzuleiten. Die Gaswege 18a, 18b sind vorzugsweise jeweils als flexibler Schlauch ausgeführt, wodurch sie die Axialbewegung des Ventilkegels 14 ausgleichen können.
  • Der Ventilkegel 14 endet im Wesentlichen direkt unterhalb einer Drosselstelle, d.h. der engsten Stelle des den Auslauf 13 bildenden Ringspalts, wodurch ein definierter Wechsel von einer einphasigen Spaltströmung zu einer Wandfilmströmung im Behälter 100 realisiert wird. Es wird so eine wohldefinierte, gleichbleibende Abrisskante der Flüssigkeit gebildet, und zwar an der Stelle mit der höchsten Strömungsgeschwindigkeit. Vorzugsweise befindet sich der Ventilsitz 16, d.h. die Absperrstelle, in unmittelbarer Nähe zur Abrisskante, wodurch die Oberflächen, die zu einem Nachtropfen führen könnten, minimiert werden.
  • Der Ventilkegel 14 ist vorzugsweise aus Teflon gefertigt, wodurch das Ablaufverhalten aufgrund der geringen Oberflächenenergie verbessert wird. Wenn zudem das Ventilgehäuse 15 aus Edelstahl gefertigt ist, kann durch eine solche Materialpaarung eine vollständige Abdichtung auch bei hohen Differenzdrücken sichergestellt werden.
  • Der Ventilgrundkörper 10 benötigt abgesehen vom Ventilkegel 14 weder Drallkörper, wie etwa Leitflügel oder Drallkanälen, noch zusätzliche Strömungsführungen und ist somit sehr hygienisch und tolerant für disperse Fest-/Flüssigkeitsmischungen, die beispielsweise Fruchtstückchen, Slurry, Fruchtfasern oder dergleichen enthalten. Ferner ist die Größe von Stückchen in der Strömung aufgrund des Verzichts auf Drallkörper kaum begrenzt. Zum Abfüllen großer Stückchen, beispielsweise mit Volumina von 5 × 5 × 5 mm oder darüber, kann der Ventilkegelhub während des Füllvorgangs flexibel erhöht werden.
  • Der Ventilgrundkörper 10 ist besonders für die oben dargelegte Wandabfüllung geeignet, bei der das Füllprodukt spiralförmig an der Behälterinnenwand abwärts läuft. Allerdings kann ein mit dem Ventilgrundkörper 10 ausgestattetes Füllorgan 1 auch als Freistrahlventil angewendet werden. In diesem Fall kann der Ventilgrundkörper 10 als hygienisches Regelventil verwendet werden, indem dieses in eine entsprechende Füllproduktleitung mit anschließender Beruhigungsstrecke und gegebenenfalls Gassperre am Auslauf eingebaut wird. Sofern erforderlich, kann der Drall durch einen radialen statt tangentialen Haupteinlauf 12 entfernt werden.
  • Der Ventilgrundkörper 10 erlaubt eine vollständige Ausspülung des Ventilinnenraums, insbesondere der Drallkammer 11 und des sich in Füllrichtung daran anschließenden Auslaufs 13, mit minimaler Spülmenge, aufgrund hoher Turbulenzen, die in der Drallkammer 11 erzielbar sind, und einer vergleichsweise kleinen Oberfläche. Aus diesem Grund ist der Ventilgrundkörper 10 für einen häufigen, beispielsweise bis zu behälterweisen, Wechsel des Füllprodukts, insbesondere hinzudosierbarer Komponenten, besonders geeignet. Aufgrund der besonders guten Ausspülbarkeit ist der Ventilgrundkörper 10 auch in aseptischen Füllmaschinen anwendbar.
  • Die Integration von Regel- und Absperrfunktion im Ventilgrundkörper 10 erlaubt eine Reduzierung der Bauteile und eine Vereinfachung des Produktweges. Dies führt zu geringeren Druckverlusten und trägt zu einer schonenderen Produktbehandlung sowie einer geringeren Schaumbildung beim Füllvorgang bei.
  • Die kompakte Bauform des Ventilgrundkörpers 10 ermöglicht zudem eine hygienische Integration des Ventilkegelantriebs und gegebenenfalls weiterer Steuerungsfunktionen im Ventilkopf, d.h. oberhalb der Drallkammer 11, beispielsweise eine Integration von Gasventilen zum Vorspannen der Behälter 100, Rückgasleitungen, Entlastungsleitungen, Magnetventilen für weitere separate Steuerungsfunktionen im Bereich des Füllorgans 1, wie etwa Ventil heben und senken, Komponenten zudosieren und dergleichen. Ebenso kann beispielsweise eine Steuerungsplatine zur Realisierung dezentraler Steuerungsarchitekturen im Ventilkopf installiert werden.
  • Da das Füllorgan 1 mit dem Ventilgrundkörper 10 modular erweiterbar ist und zudem sowohl für die Wandabfüllung als auch zur Freistrahlfüllung bzw. für atmosphärisch abzufüllende Produkte anwendbar ist, reduziert sich die Vielzahl an Füllorganvarianten für unterschiedliche Anwendungen. Somit reduzieren sich der Pflege- sowie Wartungsaufwand und die Anzahl an Maschinenvarianten. Abfüllanlagen, die mit Füllorganen 1 der hierin beschriebenen Art ausgestattet sind, sind universell einsetzbar. Mit ihnen lässt sich eine große Vielfalt unterschiedlicher Getränke, Behälterformate und -materialien (PET, Glas, Dose, still, karbonisiert usw.) abfüllen.
  • Die Figur 4 ist eine Querschnittsansicht eines Ventilgrundkörpers 10 mit Drallerzeugung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Eine Draufsicht auf den Ventilgrundkörper 10 ist in der Figur 5 gezeigt. Der grundlegende Aufbau und die damit verbundenen technischen Funktionen ähneln dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1, 2 und 3. Der Ventilgrundkörper 10 gemäß den Figuren 4 und 5 hat jedoch einen gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten erweiterten Funktionsumfang.
  • So weist der Ventilgrundkörper 10 zwei weitere Zuläufe auf, die hierin als erster und zweiter Nebenzulauf 12a, 12b bezeichnet sind. Die Anzahl von zwei Nebenzuläufen 12a, 12b ist nur beispielhaft und kann je nach Anwendungszweck variieren.
  • Die Nebenzuläufe 12a, 12b ermöglichen die Zuführung weiterer Komponenten, die hierin auch als Zusatzkomponente(n) bezeichnet sind, direkt in die Drallkammer 11 hinein. Um die Mengen der Zusatzkomponenten dosieren zu können, können die Nebenzuläufe 12a, 12b jeweils mit einem Dosageventil 19a ausgestattet sein. Das dem Nebenzulauf 12b zugehörige Dosageventil ist in der Perspektive der Figur 4 nicht erkennbar, kann jedoch wie das Dosageventil 19a ausgebildet sein.
  • Durch die Nebenzuläufe 12a, 12b findet die Zumischung von Zusatzkomponenten direkt in der Drallkammer 11 statt, wodurch eine gute Ausspülbarkeit des Ventilgrundkörpers 10 sichergestellt und eine etwaige Aromaverschleppung minimiert wird. Durch die Integration der Zufuhr von Dosagekomponenten in das Ventilgehäuse 15 sind keine Schläuche oder zusätzlichen Leitungen erforderlich. Auf diese Weise ist der Ventilgrundkörper 10 besonders für einen Produktsofortwechsel geeignet.
  • Der Ventilgrundkörper 10 ist in mehrerlei Hinsicht modular aufgebaut und kann so auf einfache Weise funktional erweitert und angepasst werden. Die Membran 17 weist einen Einspannabschnitt 17a auf, der zur Befestigung im Ventilgehäuse 15 eingerichtet ist. Der Einspannabschnitt 17a ist ein ringförmiges Gebilde, das einstückiger Bestandteil der Membran 17 oder als separates Element daran befestigt sein kann. Im radial inneren Bereich ist die Membran 17 am Ventilkegel 14 befestigt.
  • Bevorzugt ist eine Materialpaarung aus Teflon für den Ventilkegel 14 und für die Membran 17. Die Flexibilität der Membran und die Materialbeschaffenheit unterstützen eine Abfüllung des Füllprodukts unter Drall auch bei sehr geringen Füllströmen. Zudem wird einem etwaigen unbeabsichtigten lokalen Maximum des Durchflusses zu Beginn eines Abfüllvorgangs, bevor sich ein gleichmäßiger Durchfluss unter Drall einstellt, entgegengesteuert. In Kombination mit einem Ventilkegel 14 aus Teflon, der das Ablaufverhalten aufgrund geringer Oberflächenenergie optimiert, kann so eine gleichmäßige, ruhige und störungsfreie Abfüllung mit kurzen Füllzeiten realisieren werden.
  • Der modulare Aufbau erlaubt, dass verschiedene Membrane 17 und/oder Ventilkegel 14 mit unterschiedlichen Strömungs- und Abfülleigenschaften angewendet und kombiniert werden können, ohne dass der gesamte Ventilgrundkörper 10 neu entworfen werden muss. Der übrige Ventilgrundkörper 10, insbesondere das Ventilgehäuse 15, kann ein unveränderliches, standardisiertes Bauteil sein, während die Ventileigenschaften einfach durch die bauliche Einheit aus Ventilkegel 14 und Membran 17 variabel sind. Auf diese Weise können beispielsweise die Größe der Drallkammer 11, die Form des Ventilkegels 14, insbesondere dessen Auslaufkontur, Vorspannposition und Vorspannkraft des Ventilkegels 14 durch die Membran 17 und dergleichen auf einfache Weise modifiziert und an die gewünschte Anwendungsumgebung angepasst werden.
  • Zurückkommend auf die Figuren 1 und 4 ist darin eine mögliche Anbindung eines flaschenförmigen Behälters 100 an einen Mündungsabschnitt 15c des Ventilgehäuses 15 gezeigt. Der Behälter 100 hat eine Behältermündung 101, die im Modus der Wandabfüllung mit dem Mündungsabschnitt 15c in Kontakt steht, wodurch das Füllprodukt während der Abfüllung, durch die Drallkammer 11 in Drall versetzt, unter Einwirkung der Zentrifugalkraft in einer Spiralbewegung an der Behälterwand abwärts strömt.
  • Der vorstehend dargelegte tangentiale Hauptzulauf 12 belässt die Oberseite des Ventilgrundkörpers 10 auf eine Weise unverbaut, dass ein oder mehrere modulare Ventilkomponenten angebaut werden können. Zudem ist durch die Wandabfüllung des Füllprodukts der Raum in der Achse des Behälters 100 nur mit Gas gefüllt, so dass diese zentralen Abschnitte des Füllorgans 1 für eine Sensoreinrichtung 20 genutzt werden können, deren Aufbau und Funktion im Weiteren mit Bezug auf die Figur 1 dargelegt wird.
  • Die Sensoreinrichtung 20 weist ein Sensorgehäuse 21 auf, das sich vorzugsweise zentral in Verlängerung des Ventilkegels 14 bzw. des Gaskanals 18 nach oben erstreckt. Die Sensoreinrichtung 20 weist ferner einen Sensorkopf 22 mit einer Sende-/Empfangsfläche 22a auf.
  • Die Sensoreinrichtung 20 ist vorzugsweise als Ultraschallreflextaster bzw. Ultraschallsensor ausgebildet. In diesem Fall bilden der Gaskanal 18 und die Behälterwand einen Resonanzraum für das Ultraschallsignal. Der Behälterboden oder die Flüssigkeitsoberfläche fungieren als Reflexionsflächen. Allerdings kann die Sensoreinrichtung 20 auch ein anderes Messprinzip bzw. Messverfahren implementieren, wie beispielsweise eine optische Messung oder ein auf Radarwellen oder Mikrowellen beruhendes Messverfahren.
  • Durch den kompakten Aufbau des Füllorgans 1 kann der Sensorkopf 21 in sehr kurzem Abstand zur Behältermündung 101 positioniert werden, wodurch sich ein großes Sensorsichtfeld S erzielen lässt. Dies wird weiter durch den Drall des Füllprodukts unterstützt, wodurch ein stabiles "Auge" beim Abfüllen gebildet wird, durch das der Sensorkopf 21 ungestört "hindurchschauen" kann. Dadurch ist zweierlei möglich, entweder die Sensoreinrichtung 20 unmittelbar als Füllstandsensor, der die Entfernung der Flüssigkeitsoberfläche des Füllprodukts im Behälter 100 vom Sensorkopf 22 erfasst, anzuwenden oder zusätzlich einen Füllstandsensor (in den Figuren nicht gezeigt) zu installieren.
  • Einer, mehrere oder alle der Gaswege 18a, 18b münden vorzugsweise im Wesentlichen unmittelbar unterhalb des Sensorkopfs 22 in den Gaskanal 18 ein. Auf diese Weise kann durch synergetische Wirkung der Gasströme im Gaskanal 18 eine Verschmutzung der Sende-/Empfangsfläche 22a unterbunden oder zumindest vermindert werden.
  • Einer, mehrere oder alle der Gaswege 18a, 18b können tangential in den zentralen Gaskanal 18 geführt werden. Eine solche tangentiale Anordnung der Gaswege 18a, 18b vor der Sende-/Empfangsfläche 22a führt in einem Reinigungsbetrieb, beispielsweise mit Wasser, zu einer effektiven Reinigung der Sende-/Empfangsfläche 22a. Außerdem kommt der Sensorkopf 22 im normalen Betrieb ohne übermäßiges Überschäumen während der Abfüllung nur mit gasförmigen Medien in Kontakt, nicht jedoch mit Flüssigkeiten. Im Falle eines etwaigen Berstens des Behälters 100 ist der Sensorkopf 22 durch die Platzierung im Gaskanal 18 gut vor herumfliegenden Bruchstücken wie etwa Glasscherben geschützt.
  • Die Sensoreinrichtung 20 erlaubt eine Überwachung mehrerer oder sogar aller Schritte des Abfüllvorgangs. Zu diesem Zweck ist eine Auswerteeinrichtung 30 vorgesehen, die mit der Sensoreinrichtung 20 in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um die analogen oder digitalen Detektionssignale der Sensoreinrichtung 20 auszuwerten. So können die Detektionssignale der Sensoreinrichtung 20 von der Auswerteeinrichtung 30 beispielsweise herangezogen werden, um auf eine oder mehrere der folgenden Messgrößen zu schließen: Füllhöhe des Füllprodukts im Behälter 100; Gasdruck im Gaskanal 18 bzw. Behälter 100; Schaummenge/-höhe bzw. Schaumbeschaffenheit im Behälter 100; Behälterposition relativ zum Mündungsabschnitt 15c; struktureller Zustand des Behälters 100, d.h. ob der Behälter 100 intakt oder beschädigt ist.
  • Die Auswerteeinrichtung 30 kann Bestandteil einer Füllorgansteuerung 40 sein oder mit einer solchen in Kommunikation stehen, um den Abfüllvorgang zu steuern und/oder zu regeln. Die Kommunikation kann analog oder digital, drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Die Auswerteeinrichtung 30 und Füllorgansteuerung 40 können zentral oder dezentral, Bestandteil internetbasierter und/oder cloudbasierter Anwendungen oder auf andere Weise implementiert sein, sowie gegebenenfalls auf Datenbanken zugreifen. Die Sensoreinrichtung 20, Auswerteeinrichtung 30 und Füllorgansteuerung 40 können integral oder durch getrennte elektronische Komponenten realisiert sein. So kann die Auswerteeinrichtung 30 beispielsweise, im Unterschied zur Darstellung der Figur 1, im Sensorgehäuse 21 installiert sein, und die Auswerteeinrichtung 30 und Füllorgansteuerung 40 können beispielsweise softwaregestützt durch eine Recheneinheit implementiert sein.
  • Wenn die Position des Behälters 100 relativ zum Füllorgan 1 verändert wird, etwa während des Einbringens, Anpressens und Entnehmens des Behälters 100, ändert sich auch das von der Sensoreinrichtung 20 empfangene Signal, wodurch Schritte, die mit einer Positions- bzw. Lageänderung des Behälters 100 einhergehen, überwacht und entsprechend gesteuert werden können. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise der Füllvorgang automatisch starten, sobald ein Behälter 100 vorhanden ist und sich an der korrekten Position befindet.
  • Aufgrund der Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit von Gaseigenschaften, wie beispielsweise Zusammensetzung, Druck, Temperatur usw., können ferner Schritte des Gasaustauschs, der Druckerhöhung oder Absenkung/Evakuierung durch die Sensoreinrichtung 20 überwacht und entsprechend gesteuert werden.
  • Ebenso kann eine etwaige Schaumbildung während des Befüllens und/oder Entlastens des Behälters 100 durch die Sensoreinrichtung 20 überwacht werden.
  • Die Überwachung und Regelung der Dosierung des Füllprodukts ist bei allen Behältern 100 möglich. Als Regelgröße kann der Anstieg der Füllgeschwindigkeit verwendet werden.
  • Behälterdefekte, beispielsweise Flaschenplatzer, lassen sich ebenso durch die Sensoreinrichtung 20 erkennen.
  • Der vorstehend beschriebene Anwendungsumfang der Sensoreinrichtung 20 ist im Fall eines Messprinzips, das auf dem Aussenden und Detektieren von Ultraschallwellen beruht, gegeben. Allerdings kann der Anwendungsumfang vollständig oder zumindest teilweise auch durch andere Messverfahren wie beispielsweise optische Messungen erzielt werden.
  • Die Anwendung einer solchen im Gaskanal 18 des Füllorgans 1 mit Drallkammer 11 platzierten Sensoreinrichtung 20 ermöglicht eine maschinenbauliche Vereinfachung, da bisher verwendete Sensoren, beispielsweise für Durchfluss, Füllstand, Behälterdetektion (Flada) und Druck, ersetzt und gleichzeitig mehrere oder sogar alle Schritte im Füllvorgang mit einem einzigen Sensor kontinuierlich überwacht werden können.
  • Darüber hinaus können Schritte bzw. Abläufe während des Füllvorgangs, die bisher nicht oder nur unzureichend überwacht werden konnten, betreffend etwa den Vorgang des Positionierens und/oder Anpressens des Behälters 100 gegen den Mündungsabschnitt 15c des Füllorgans 1, durch die Sensoreinrichtung 20 überwacht werden.
  • Der Einsatz einer einzigen Sensoreinrichtung 20 im Füllorgan 1 führt zu einem geringeren Wartungsaufwand und einer Kostenersparnis aufgrund weniger Sensoren und weniger Varianten.
  • Es ist möglich, die Sensoreinrichtung 20 sowohl für PET-Flaschen als auch für Glasflaschen, Dosen oder andere Behälterarten anzuwenden, wodurch Sensorvarianten reduziert werden.
  • Auch Füllprodukte mit geringen Leitfähigkeiten können im Unterschied zu elektrischen Stabsonden problemlos gemessen werden.
  • Der Einsatz von Durchflussmessern, etwa kostenintensiven Coriolis-Massendurchflussmessern, ist nicht notwendig.
  • Die notwendige Kommunikation zwischen der Auswerteeinrichtung 30, der Füllorgansteuerung 40 und/oder einer übergeordneten Anlagensteuerung kann bei dezentralen Steuerungskonzepten wesentlich reduziert werden. Auch die Anforderung an die erlaubte Übermittlungsverzögerung wird reduziert, da beispielsweise das Startsignal für den Abfüllvorgang nicht mehr übermittelt werden muss.
  • Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
    • Bezuqszeichenliste
    • 1
    Füllorgan/Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt
    10
    Ventilgrundkörper
    11
    Drallkammer
    12
    Hauptzulauf
    12a
    Erster Nebenzulauf
    12b
    Zweiter Nebenzulauf
    13
    Auslauf
    14
    Ventilkegel
    15
    Ventilgehäuse
    15c
    Mündungsabschnitt
    16
    Ventilsitz
    17
    Membran
    17a
    Einspannabschnitt
    18
    Gaskanal
    18a
    Gasweg
    18b
    Gasweg
    19a
    Dosageventil
    20
    Sensoreinrichtung
    21
    Sensorgehäuse
    22
    Sensorkopf
    22a
    Sende-/Empfangsfläche
    30
    Auswerteeinrichtung
    40
    Füllorgansteuerung
    100
    Behälter
    101
    Behältermündung
    S
    Sichtfeld

Claims (15)

  1. Vorrichtung (1) zum Behandeln eines Behälters (100), umfassend das Befüllen des Behälters (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk in einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung (1) aufweist:
    einen Ventilgrundkörper (10) mit einem Auslauf (13) zum Einleiten des Füllprodukts in den Behälter (100) und einer Drallkammer (11), die mit dem Auslauf (13) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist, um das Füllprodukt während des Einleitens in den Behälter (100) in Drall zu versetzen;
    einen Ventilkegel (14), der zumindest teilweise im Ventilkörper (10) angeordnet ist, eine Axialrichtung definiert und den ein Gaskanal (18) in Axialrichtung durchdringt, wobei der Ventilkegel (14) vorzugsweise für eine Durchflussregelung des Füllprodukts durch den Auslauf (13) in Axialrichtung verschiebbar eingerichtet ist; und
    eine Sensoreinrichtung (20) mit einem Sensorkopf (22), der zur Detektion zumindest eines Signals eingerichtet und im Gaskanal (18) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (22) eine Sende-/Empfangsfläche (22a) aufweist, die eingerichtet ist, um ein Sendesignal in Richtung Behälter (100) auszusenden und ein durch das Sendesignal veranlasstes Empfangssignal zu empfangen, wobei das Sendesignal vorzugsweise ein Ultraschallsignal, optisches Signal, eine Radarwelle oder Mikrowelle ist.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine Auswerteeinrichtung (30) aufweist, die mit der Sensoreinrichtung (20) in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um aus den von der Sensoreinrichtung (20) detektierten Signalen auf eine oder mehrere Messgrößen zu schließen, vorzugsweise auf eine Füllhöhe des Füllprodukts im Behälter (100) und/oder einen Gasdruck, -zusammensetzung oder - konzentration im Gaskanal (18) sowie Behälter (100) und/oder eine Schaummenge/-höhe und/oder Schaumbeschaffenheit im Behälter (100) und/oder eine Behälterposition und/oder einen strukturellen Zustand des Behälters (100).
  4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine Füllorgansteuerung (40) aufweist, die mit der Auswerteeinrichtung (30) in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um die Behandlung des Behälters (100) zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Behandlung vorzugsweise einen oder mehrere der folgenden Schritte umfasst: Positionieren des Behälters (100); druckdichtes Anpressen des Behälters (100) gegen einen Mündungsabschnitt (15c) des Ventilgrundkörpers (10); Einleiten eines Gases durch den Gaskanal (18) in den Behälter (100); Abziehen eines Gases durch den Gaskanal (18) aus dem Behälter (100); Erzeugen eines Überdrucks im Behälter (100); Erzeugen eines Unterdrucks im Behälter (100); Einleiten des Füllprodukts in den Behälter (100); Entlasten des Behälters (100); Entfernen des Behälters (100) vom Mündungsabschnitt (15c) des Ventilgrundkörpers (10).
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallkammer (11) eine Ringform, vorzugsweise die Form eines Torus, aufweist, deren Querschnittskontur in Erstreckungsrichtung sowie senkrecht zur Erstreckungsrichtung eine rundliche Form hat, wobei sich die Drallkammer (11) vorzugsweise im Wesentlichen axialsymmetrisch um den Ventilkegel (14) erstreckt.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilgrundkörper (10) einen Hauptzulauf (12) aufweist, der tangential in die Drallkammer (11) mündet und eingerichtet ist, um das Füllprodukt oder eine Hauptkomponente des Füllprodukts so in die Drallkammer (11) einzuleiten, dass das Füllprodukt in der Drallkammer (11) in Drall versetzt wird.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die axiale Außenwandung der Drallkammer (11) stetig und differenzierbar in den Hauptzulauf (12) übergeht, und/oder der Hauptzulauf (12) im Bereich der Mündung in die Drallkammer (11) im Wesentlichen die gleiche Querschnittskontur senkrecht zur Erstreckungsrichtung wie die Drallkammer (11) aufweist.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslauf (13) ringförmig ist und sich die Drallkammer (12) allmählich zum Auslauf (13) hin verjüngt, wodurch das Füllprodukt nach Austritt aus dem Auslauf (13) in einer Spiralbewegung im Behälter (100) abwärts strömt.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilgrundkörper (10) einen Ventilsitz (16) aufweist, wobei der Ventilkegel (14) und der Ventilsitz (16) so eingerichtet sind, dass der Ventilkegel (14) in einer Absperrstellung für ein vollständiges Verschließen des Auslaufs (13) mit dem Ventilsitz (16) dichtend in Kontakt steht.
  10. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilgrundkörper (10) einen oder mehrere Nebenzuläufe (12a, 12b) aufweist, die in die Drallkammer (11) münden und eingerichtet sind, um entsprechend ein oder mehrere Zusatzkomponenten des Füllprodukts so in die Drallkammer (11) einzuleiten, dass sich diese darin mit einer Hauptkomponente des Füllprodukts vermischen.
  11. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilgrundkörper (10) ein Ventilgehäuse (15), das zumindest einen Teil der die Drallkammer (11) sowie den Auslauf (13) begrenzenden Wandung bildet, und eine Membran (17) aus einem verformbaren Material aufweist, die einen weiteren Teil der die Drallkammer (11) begrenzenden Wandung bildet und an einer Außenkontur am Ventilgehäuse (15) angebunden ist.
  12. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest einen Gasweg (18a, 18b), vorzugsweise als flexibler Schlauch ausgeführt, aufweist, der seitlich, vorzugsweise tangential, in den Gaskanal (18) einmünden, wobei der zumindest eine Gasweg (18a, 18b) vorzugsweise unmittelbar unterhalb des Sensorkopfs (22) in den Gaskanal (18) einmündet.
  13. Verfahren zum Behandeln eines Behälters (100), umfassend das Befüllen des Behälters (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk in einer Getränkeabfüllanlage, wobei das Verfahren aufweist:
    Bereitstellen einer Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche;
    Einleiten des Füllprodukts in die Drallkammer (11) des Ventilgrundkörpers (10) und Versetzen des Füllprodukts in der Drallkammer (11) in einen Drall;
    Ausleiten des unter Drall stehenden Füllprodukts aus der Drallkammer (11) über den Auslauf (13) des Ventilgrundkörpers (10) in den Behälter (100), wodurch das Füllprodukt an der Behälterinnenwand entlang in den Behälter (100) fließt; und
    Detektieren zumindest eines Signals, das sich aus dem Behälter (100) durch den Gaskanal (18) fortpflanzt durch den Sensorkopf (22) der Sensoreinrichtung (20).
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus den von der Sensoreinrichtung (20) detektierten Signalen auf eine oder mehrere Messgrößen geschlossen wird, vorzugsweise auf eine Füllhöhe des Füllprodukts im Behälter (100) und/oder einen Gasdruck, -zusammensetzung oder -konzentration im Gaskanal (18) sowie Behälter (100) und/oder eine Schaummenge/-höhe und/oder Schaumbeschaffenheit im Behälter (100) und/oder eine Behälterposition und/oder einen strukturellen Zustand des Behälters (100).
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des Behälters (100) einen oder mehrere der folgenden Schritte umfasst: Positionieren des Behälters (100); druckdichtes Anpressen des Behälters (100) gegen einen Mündungsabschnitt (15c) des Ventilgrundkörpers (10); Einleiten eines Gases durch den Gaskanal (18) in den Behälter (100); Abziehen eines Gases durch den Gaskanal (18) aus dem Behälter (100); Erzeugen eines Überdrucks im Behälter (100); Erzeugen eines Unterdrucks im Behälter (100); Einleiten des Füllprodukts in den Behälter (100); Entlasten des Behälters (100); Entfernen des Behälters (100) vom Mündungsabschnitt (15c) des Ventilgrundkörpers (10).
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