EP4600200A1 - Füllvorrichtung sowie verfahren zum befüllen von behältern - Google Patents

Füllvorrichtung sowie verfahren zum befüllen von behältern

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Publication number
EP4600200A1
EP4600200A1 EP25156567.7A EP25156567A EP4600200A1 EP 4600200 A1 EP4600200 A1 EP 4600200A1 EP 25156567 A EP25156567 A EP 25156567A EP 4600200 A1 EP4600200 A1 EP 4600200A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filling
switching
valve
filling material
channel
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP25156567.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Max Stolz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
Publication of EP4600200A1 publication Critical patent/EP4600200A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/286—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow rate control, i.e. controlling slow and fast filling phases

Definitions

  • the invention relates to a filling device for filling containers with a liquid filling material, in particular by means of a free-jet filling method.
  • the invention further relates to a method for filling containers with a liquid filling material, in particular using a corresponding filling device.
  • Filling devices for filling containers, such as bottles, with a liquid filling material are known in various designs.
  • Filling devices of this type are generally installed on filling machines, particularly rotary-type filling machines, which have a plurality of treatment stations or positions, which can also be referred to as filling stations or filling positions.
  • a filling element or filling device is provided with a filling valve or liquid valve, through whose discharge opening the liquid filling material is discharged into the container.
  • the filling elements or filling devices are fluidically connected to a storage container or a source of the liquid filling material (e.g., a filling material vessel) via appropriate fluid lines, namely via filling material feeds or filling material lines.
  • the filling material is usually dispensed into the containers by a correspondingly controlled opening and closing of the filling valve.
  • the filling material can be dispensed into the containers using a so-called "free-jet filling" process.
  • free-jet filling or “free-jet filling” refers to a filling process in which the liquid filling material flows from the liquid valve into the container to be filled in a free filling jet or filling material jet. Free-jet filling can be carried out both under pressure and without pressure. In the case of pressureless free-jet filling, the container has ambient pressure inside it, whereby the container mouth or opening is generally not in contact with the filling element, but is spaced apart from the filling element or from a provided discharge opening.
  • Containers are generally filled with a product at a predetermined filling rate.
  • Filling devices and methods are also known in which a changeover valve can be used to set two different filling rates during the filling process, namely while the container is being filled.
  • the changeover valve has a permanently open bypass bore and a switchable bore or switching bore. Switching the changeover valve thus results in two filling rates: one, resulting from the flow through the permanently open bypass bore, with the switching bore closed, and another, resulting from the flow through the bypass bore and the switching bore, with the switching bore open.
  • venting or filling the filling valve occurs by releasing the contents "into the open air” or into a collecting tray. This is disadvantageously associated with contents loss and also carries the risk of contamination or soiling of the filling device and/or container.
  • An object of the invention is to provide a filling device for filling containers with a liquid filling material, in which the filling of the containers is improved and, in particular, is possible with different filling speeds and in a filling material-saving, sustainable manner.
  • the present invention provides a filling device for filling containers with a liquid filling material, in particular for filling containers using a free-jet filling method.
  • the filling device has at least one filling element with a filling valve, wherein the filling valve comprises a filling valve channel and a filling material valve stem which is axially displaceable therein and which can be moved in a controlled manner at least between a closed position, an open position, and an intermediate position.
  • the filling device further has a filling material supply line fluidly connected to the filling element.
  • the filling device comprises a switching device with at least one first and at least one second filling material switching channel for the filling material.
  • a first switching valve is assigned to the first filling material switching channel, and a second switching valve is assigned to the second filling material switching channel.
  • the switching valves are designed to switch the filling material switching channels.
  • the filling valve plunger which is arranged axially displaceably in the filling valve channel, can be moved axially within the filling valve channel by means of controlled lifting/lowering movements to open and close the filling element, i.e., for the controlled discharge of the filling material during the filling process. Due to this axial displacement of the filling valve plunger within the filling valve channel the filling valve plunger is movable at least between its positions, namely the closed position, the open position and the intermediate position.
  • the intermediate position of the filling valve plunger is located between its closed position and the open position and is therefore synonymous with an intermediate position of the filling valve plunger, which it can assume in addition to a position in the closed position and an position in the open position. In the closed position, the filling valve plunger is in particular in a position that completely closes the filling valve channel. In contrast, the filling valve channel is completely open provided the filling valve plunger is in the open position.
  • An annular gap is formed in the intermediate position.
  • the present filling device offers particular advantages in that the two switching valves can be switched by means of the provided switching device, in particular in such a way that both filling material switching channels can be closed and opened individually and independently of one another.
  • the present filling device makes it possible to select or set different, in particular three different, filling speeds or volume flows by appropriately switching the filling material switching channels, for example, a lower first filling speed (compared to a medium second filling speed) for slow filling, a medium second filling speed, and a higher third filling speed (compared to the medium second filling speed) for fast filling.
  • the present filling device does not have permanently open bypass holes on the switching valve.
  • the switching valves and the filling material switching channels in particular all channels and holes in the switching device, can be closed by appropriate switching, thereby completely blocking the flow of the filling material through the switching device and the supply path to the filling element.
  • the filling valve piston can also assume three positions in the present filling device, namely the open position, the closed position and the intermediate position, which ultimately ensures that the containers can be filled in a splash-free and drip-free manner and at the same time so precisely and safely that the desired, specified filling volume is always maintained and fluctuations or losses in the filling volume can be avoided.
  • the opening position of the filling valve plunger is selected and adjusted during the actual filling process.
  • the intermediate position of the filling valve plunger is used to ensure splash-free filling, in particular a splash-free completion and termination of each filling process, and to prevent splashes from spilling over the containers. This ensures that when the filling valve plunger transitions from its open position to the intermediate position, the filling material is gently, evenly, and, in particular, splash- and/or drip-freely expelled from the lower sections of the filling valve channel. Any splashing of the filling material that might be caused by a complete, particularly rapid, closure of the filling valve at the end of the filling process can be effectively prevented with this filling device.
  • the closed position of the filling valve stem is ultimately used in this filling device to completely fill the filling valve channel of the filling valve with filling material before the filling material is delivered to the container.
  • This filling of the filling valve channel ensures that the correct filling volume is always filled and that volume losses or volume fluctuations in the containers are avoided.
  • the switching valves of the switching device are switched so that both filling material switching channels are open. This advantageously has the effect that the air displaced from the filling valve channel by the filling material can escape from the filling valve as quickly as possible, in particular upwards towards the filling material supply line and via this into the filling material vessel.
  • the present filling device offers the following advantages over conventional filling devices known from the prior art: firstly, effective emptying and also fast, effective venting of the Filling valve and the switching device with its switching valves and filling material switching channels is possible, in particular due to the design and configuration of the switching device with the filling material switching channels formed therein. Secondly, with the present filling device, it is additionally and advantageously possible to completely close or interrupt the filling material flow, which not least prevents dripping.
  • the filling valve channel can be completely filled with filling material, thereby completely displacing air or gas before the filling material is dispensed into the container, advantageously without having to discharge filling material "into the open" or into a waste tray, as is disadvantageously the case in the prior art.
  • the first filling material switching channel has a first minimum diameter
  • the second filling material switching channel has a second minimum diameter.
  • the first minimum diameter is different from the second minimum diameter.
  • the minimum diameter of a respective product switching channel is understood here to be the smallest diameter of the respective product switching channel over its extension or longitudinal extension or over its course or longitudinal course.
  • the minimum diameter refers in particular to an inner diameter of the respective product switching channel, namely to a channel diameter or to a diameter of the lumen of the product switching channel.
  • the minimum diameter of a respective product switching channel is thus synonymous with the diameter of the product switching channel at its narrowest point and can also be synonymously referred to as the bottleneck diameter or constriction diameter of the respective product switching channel. This is particularly important in cases in which one or both of the respective product switching channels do not extend with a constant diameter over their entire length.
  • the flow rate of the filling material can also be understood in this case as the volume flow or the filling speed.
  • the first minimum diameter is particularly preferably larger than the second minimum diameter.
  • the first minimum diameter is very particularly preferably in a range from 6 mm to 10 mm, preferably in a range from 7 mm to 9 mm, and particularly preferably approximately 8 mm.
  • the second minimum diameter is very particularly preferably in a range from 4 mm to 8 mm, preferably in a range from 6 mm to 7 mm, and particularly preferably approximately 6.5 mm.
  • the switching device further comprises at least one bypass channel connecting the first and second filling material switching channel, preferably a plurality of bypass channels.
  • the at least one bypass channel has a bypass channel diameter that is larger than the first and/or second minimum diameter of the respective filling material switching channels, wherein the bypass channel diameter is in particular 8 mm or more than 8 mm.
  • the bypass channel diameter and the first minimum diameter it is also possible for the bypass channel diameter and the first minimum diameter to be the same or approximately the same.
  • the switching device is formed by a valve block that includes the product switching channels and the switching valves.
  • This design variant offers the advantage of a particularly compact, space-saving, and hygienic design.
  • the switching device is arranged in the filling material supply line. This proves to be structurally advantageous and is optimal for effectively adjusting or influencing the filling material flow on its way to the filling element.
  • the switching device can also be provided in the immediate vicinity of the filling element or on the filling element.
  • the switching valves are particularly preferably formed by switching valves, each of which can be switched between a closed position and an open position.
  • the respective switching valves advantageously have exactly two switching positions, namely the open position and the closed position. This allows each of the product switching channels to be opened and closed expediently, effectively, and especially quickly, with simple switching operations, namely in the sense of "open/closed.” It is also particularly advantageous that the switching valves can be switched individually and/or independently of one another.
  • each of the two product switching channels can be opened and/or closed independently, allowing a wide variety of paths through the switching device—that is, flow paths for the product—to be easily opened.
  • both product switching channels can be closed simultaneously, blocking all flow paths through the switching device. If the first or second product switching channel is closed while the other is open, a respective flow path is opened by the switching device via the first or second product switching channel. Finally, if both product switching channels are open simultaneously, the flow path runs via both product switching channels.
  • the "flow path” can also be understood here as a flow path or product flow.
  • At least one of the two switching valves is designed as a diaphragm valve.
  • the switching valves are arranged relative to each other with respect to the orientation of their respective diaphragms such that the diaphragm of the first switching valve of the The diaphragm of the second switching valve is facing the diaphragm.
  • the diaphragms of the diaphragm valves can be moved between their respective closed and open positions via corresponding actuating movements, which are carried out by means of controllable actuators provided for this purpose, for example cylinders, in particular working or lifting cylinders.
  • the present filling device preferably also includes a control device, wherein the switching device and the filling valve are communicatively connected to the control device.
  • the switching valves of the switching device as well as the movement of the filling material valve plunger can be controlled by the control device.
  • the present filling device is also equipped with a volume flow meter, in particular a flow meter, such as a magnetic inductive flow meter (MID).
  • a volume flow meter in particular a flow meter, such as a magnetic inductive flow meter (MID).
  • MID magnetic inductive flow meter
  • the volume flow meter is preferably connected upstream of the switching device. This can advantageously be used to perform additional volume control to maintain the filling volume.
  • the switching device is designed such that, in the closed position of the first and second switching valves, a feed path for feeding the filling material to the filling element is completely closed, such that the feed of filling material to the filling element is completely interrupted.
  • the filling valve comprises a filling valve seat, wherein the filling valve stem arranged axially movable in the filling valve channel interacts with the filling valve seat in such a way that an annular gap is formed in the filling valve channel in the intermediate position.
  • the annular gap is delimited by the filling valve seat and the filling valve stem and thus extends over an annular gap width between the filling valve seat and the filling valve stem, in particular between a surface or the seat or sealing surface of the filling valve seat and an outer peripheral surface of the filling valve stem.
  • the intermediate position of the filling valve stem can therefore also be referred to as the annular gap position.
  • the filling valve seat and the filling material valve plunger are preferably coordinated and adapted to one another in terms of their geometry and dimensions in such a way that the annular gap formed by the interaction of the filling valve seat and the filling material valve plunger is dimensioned in the intermediate position of the filling material valve plunger such that the filling material cannot escape from the filling valve via the annular gap.
  • the geometry and dimensions, in particular of the filling material valve plunger, in adaptation to the filling valve seat are determined, for example, by the overall design of the filling device or of a filling machine comprising the filling device, in particular, for example, by the hydrostatic pressure of the filling material on the filling material valve plunger, which pressure can also arise, for example, due to the design.
  • the annular gap preferably has a width or annular gap width of 0.7 to 1.3 mm.
  • the filling valve plunger has, in the region of its end interacting with the filling valve seat, a plurality of sections adjoining one another along a filling valve axis.
  • the filling valve plunger has at least one conical opening section tapering towards a free end of the filling valve plunger, at least one cylindrical annular gap section adjoining the conical end section in the axial direction, and at least one conical closing section adjoining the cylindrical annular gap section in the axial direction.
  • the annular gap is delimited in the intermediate position of the filling valve plunger by the filling valve seat and by the outer surface of the cylindrical annular gap section.
  • the present invention also provides a filling machine with a filling material vessel and a plurality of filling positions, wherein at least one, preferably several, in particular each of the filling positions has at least one filling device as described above.
  • the filling material supply line of the respective filling device is fluidly connected to the filling material vessel.
  • the present invention also relates to a method for filling containers with a liquid filling material using a filling device for filling containers as described above.
  • the method at least one of the two switching valves of the filling device is switched to change the filling rate of the filling material.
  • the container is preferably filled with the filling material first at the first filling speed, then at the second filling speed and subsequently at the third filling speed, wherein the first filling speed is lower than the second filling speed and the second filling speed is lower than the third filling speed.
  • the present method is preferably a free-jet filling method, in which, in particular, the respective container is arranged with its container opening below the filling element and at a distance from it, and the liquid filling material is supplied to the container as a free filling jet during filling.
  • the containers to be filled or filled by means of the present method and using the present filling device are preferably bottles, in particular plastic bottles, such as PET bottles, wherein the liquid filling material to be filled or filled is preferably a beverage.
  • the filling device 1 comprises a filling element 2 and a filling material supply line 10 connected thereto, which is fluidically connected to a filling material vessel (not shown in the figures) and connects to the filling element 2 via a supply path 11 designed to supply the filling material to the filling element 2.
  • the filling element 2 has a filling valve 3 in which a filling valve channel 12 is formed.
  • the filling valve channel 12 forms a liquid or product path for the liquid filling material and is delimited, for example, by a housing 2.1, in particular a multi-part housing, which can also be referred to as a filling element housing.
  • the filling valve channel 12 has a circular cross-section at least in sections and is designed to be rotationally symmetrical to a vertical filling element axis FA at least in sections. At its upper end or region, the filling valve channel 12 is connected to the feed path 11 for feeding the liquid filling material. At its opposite end At its lower end, the filling valve channel 12 opens outwards at a discharge opening of the filling element 2, whereby the liquid filling material can flow into the container to be filled via the discharge opening.
  • the filling device 1 further comprises a switching device 5, arranged in the filling material supply line 10 in the example shown, for varying a filling rate or a volume flow of the filling material. Through corresponding switching or switching processes, which can be performed by means of the switching device 5, the filling material can be supplied to the container at different filling rates.
  • a volume flow meter 14 is also provided, which is also arranged in the filling material supply line 10 and is connected upstream of the switching device 5.
  • the switching device 5 comprises at least one first filling material switching channel SK1, in which a first switching valve 6 is arranged, and at least one second filling material switching channel SK2, in which a second switching valve 7 is arranged.
  • the switching valves 6, 7 are formed by simple switching valves for switching the filling material switching channels SK1, SK2 and are in particular individually and independently switchable between a closed position and an open position. The switching device 5 and the switching valves 6, 7 are described below with reference to the Figures 4 and 5a to 5d described in even more detail.
  • a filling material valve piston 4 is arranged in the filling valve channel 12, which is axially displaceable in the direction of the filling element axis FA and which can be moved up and down in the vertical direction over a predetermined stroke by means of an adjusting device by means of a corresponding lifting/lowering movement HS.
  • the filling material valve piston 4 interacts with a filling valve seat 13 of the filling valve 3, which is formed in the filling element 2, preferably by the housing 2.1, and is arranged at least between a Figure 2 shown closed position, one in Figure 1 shown open position and an intermediate position.
  • the filling valve piston 4 In the closed position (see Figure 2 ) the filling valve piston 4 is lowered or moved downwards to the maximum in the direction of the filling element axis FA and sits sealingly or tightly closing in or on the filling valve seat 13, so that the filling valve channel 12 is tightly closed on the underside and no filling material can escape via the discharge opening of the filling element 2.
  • the open position cf. Figure 1
  • the filling material valve piston 4 is moved completely upwards in the direction of the filling element axis FA, so that the filling valve channel 12 is open at the bottom and the filling material flows out via the discharge opening of the filling element 2.
  • the Figure 2a shows in an enlarged partial view the filling valve plunger 4 in the closed position and interacting with the filling valve seat 13, specifically in a region of its free end 4' interacting with the filling valve seat 13.
  • the filling valve plunger 4 has several sections adjoining one another along the filling valve axis FA. With a conical opening section 4.1 or end section, the filling valve plunger 4 tapers towards the free end 4'. In the axial direction adjoining the conical opening section 4.1 or end section, the filling valve plunger 4 has a cylindrical annular gap section 4.2. In the axial direction opposite the free end 4', the cylindrical annular gap section 4.2 is in turn adjoined by a conical closing section 4.3, which in the Figure 2a shown closed position with its peripheral surface sealingly against the filling valve seat 13.
  • annular gap 15 is formed in the filling valve channel 12, which is formed or limited by the filling valve seat 13 and by a lateral surface of the annular gap section 4.2 of the filling valve plunger 4.
  • the intermediate position of the filling valve plunger 4 is in the Figure 3 illustrated by a partial representation of the filling valve plunger 4 interacting with the filling valve seat 13.
  • the annular gap 15, in particular an annular gap width, is dimensioned such that the filling material cannot escape from the filling valve channel 12 of the filling valve 3 via the annular gap 15.
  • the switching device 5 is formed by a valve block which Filling material switching channels SK1, SK2 and the switching valves 6, 7.
  • bypass channels 8, 9 are also formed in the switching device 5, which, for example, connect the filling material switching channels SK1, SK2.
  • the first filling material switching channel SK1 has a first minimum diameter, which can also be understood as the diameter of the first filling material switching channel SK1 at its narrowest point.
  • the second filling material switching channel SK2 has a second minimum diameter, which in turn can be understood as the diameter of the second filling material switching channel SK2 at its narrowest point.
  • the first minimum diameter of the first filling material switching channel SK1 is greater than the second minimum diameter of the second filling material switching channel SK2, so that the first filling material switching channel SK1 essentially defines a large bore in the switching device 5 designed as a valve block, and the second filling material switching channel SK2 correspondingly defines a small bore in the switching device 5 designed as a valve block.
  • the switching valves 6, 7 are designed as diaphragm valves, for example, and are arranged relative to one another in the switching device 5 with respect to the orientation of their respective diaphragms 6.1, 7.1 such that the diaphragm 6.1 of the first switching valve 6 faces the diaphragm 7.1 of the second switching valve 7, as can be seen from the enlarged view of the Figure 4 is illustrated.
  • the respective membrane 6.1, 7.1 lies sealingly against a respective sealing web 6.3, 7.3 of the diaphragm valves 6, 7 and thereby closes the associated filling material switching channel SK1, SK2.
  • the diaphragm 6.1, 7.1 of the respective diaphragm valve 6, 7 is retracted and spaced from the corresponding sealing bar 6.3, 7.3, so that the respective associated medium switching channel SK1, SK2 is open.
  • the Figures 5a to 5d illustrate different switching states of the switching valves 6, 7.
  • Both switching valves 6, 7 are in the closed position, so that both filling material switching channels SK1, SK2, namely the large and small bores in the switching device 5, as well as the bypass channels 8, 9, are closed.
  • switching state with both switching valves 6, 7 in the closed position (switching state: "closed/closed"), no filling material flows through the switching device 5, and the feed path 11 for feeding the filling material to the filling element 2 is completely closed, in such a way that the supply of filling material to the filling element 2 is completely interrupted.
  • the first switching valve 6 is open and in the open position, whereas the second switching valve 7 is closed and in the closed position.
  • the first product switching channel SK1 is open, so that only the large bore in the switching device 5 provides a flow path for the product, as indicated by the arrows 16 (which indicate the product flow or flow path).
  • switching state switching state: "open/closed"
  • the product is fed via the feed path 11 at a medium speed or medium volume flow, and The container is filled accordingly at a second, medium filling speed.
  • Both switching valves 6, 7 are open and in the open position. This also opens both filling material switching channels SK1, SK2, so that a flow path for the filling material is released via the large and small bores in the switching device 5, as again indicated by the arrows 16 (which indicate the filling material flow or flow path).
  • switching state switching state: "open/open"
  • the filling material is supplied via the supply path 11 at a higher, in particular maximum, speed or with a higher, in particular maximum, volume flow, and the container is filled accordingly at a third, high or maximum filling speed, known as "rapid filling."
  • the present filling device 1 offers particular advantages in that, thanks to the provided switching device 5, the two switching valves 6, 7 can be controlled and switched individually, individually, and independently of one another, in particular via the individually, individually, and independently controllable actuators 6.2, 7.2. This also allows both filling material switching channels SK1, SK2, namely the large and small bores, to be closed and opened individually and independently of one another. If both switching valves 6, 7 are in the closed position, no bore - including none of the bypass channels 8, 9 - is open, so that the feed path 11 is completely closed and the supply of filling material to the filling element 2 is completely interrupted. As described above, the individual switchability of the switching valves 6, 7 also advantageously means that three different filling speeds or volume flows are possible.
  • the filling valve plunger 4 can also assume three positions, namely the open position, the closed position and the intermediate position, three positions are also possible for the filling valve 3, namely open, closed and the annular gap position.
  • the opening position of the filling valve plunger 4 i.e. the "open" position of the filling valve 3, is selected and adjusted during the actual filling process for filling the container when the filling material is introduced or flows in.
  • the opening position of the filling valve piston 4 is combined with the switching state of the changeover valves 6, 7 as in Figure 5d (Switching state: "open/open") is shown again, with the filling material flow indicated by arrows 16. This state can also be referred to as "running empty.”
  • the intermediate position of the filling valve plunger 4, i.e., the "annular gap position" of the filling valve 3, in which the annular gap 15 is formed, is used towards or at the end of the filling process to ensure splash-free filling and to prevent splashes from spilling over the containers.
  • the filling valve plunger 4 and the filling valve seat 13 are coordinated or adapted to one another in terms of their geometry and size so that the annular gap 15 formed by the interaction of the filling valve plunger 4 with the filling valve seat 13 is dimensioned such that as little filling material as possible escapes from the filling valve 3 via the annular gap 15.
  • This filling of the filling valve channel 12 is carried out in particular to expel or remove air from the system and to ensure that The correct filling volume is filled. This prevents volume losses or volume fluctuations in the containers. Such volume losses or volume fluctuations can occur, for example, if the filling valve channel 12 contains air at the start of the actual filling process or the flow of the filling material into the container – for example, due to dripping, splashing, or the like – and is therefore no longer completely full, but partially empty, so that this volume difference is ultimately missing in the container. Venting is therefore necessary.
  • this venting of the filling valve channel 12 or the filling of the filling valve channel 12 with filling material can generally take place before the filling material is dispensed into the container, but also at the beginning of the filling process or filling and/or also as part of starting up the filling device, restarting it or starting filling after a break in operation.
  • both switching valves 8, 7 of the switching device 5 are moved to the open position so that both filling material switching channels SK1, SK2 - and thus the large and small bores of the switching device 5 - are open.
  • This state is in the Figure 7 shown again, with the air flow drawn in, which causes the "venting" and in Figure 7 indicated by the arrows 17.

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

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllvorrichtung (1) zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere mittels eines Freistrahlfüllverfahrens. Die Füllvorrichtung (1) weist mindestens ein Füllelement (2) mit einem Füllventil (3) auf, wobei das Füllventil (3) einen Füllventilkanal (12) und einen darin axial verschiebbaren Füllgutventilstempel (4) aufweist. Der Füllgutventilstempel (4) ist zumindest zwischen einer Schließstellung, einer Öffnungsstellung und einer Zwischenstellung gesteuert bewegbar. Die Füllvorrichtung (1) weist ferner eine fluidisch mit dem Füllelement (2) verbundene Füllgutzuführleitung (10) auf. Erfindungsgemäß umfasst die Füllvorrichtung (1) eine Umschalteinrichtung (5) mit zumindest einem ersten und zumindest einem zweiten Füllgutschaltkanal (SK1, SK2) für das Füllgut, wobei dem ersten Füllgutschaltkanal (SK1) ein erstes Umschaltventil (6) zugeordnet ist und dem zweiten Füllgutschaltkanal (SK2) ein zweites Umschaltventil (7) zugeordnet ist, und wobei die Umschaltventile (6, 7) zum Schalten der Füllgutschaltkanäle (SK1, SK2) ausgebildet sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllvorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere mittels eines Freistrahlfüllverfahrens. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere unter Verwendung einer entsprechenden Füllvorrichtung.
  • Füllvorrichtungen zum Füllen von Behältern, wie zum Beispiel Flaschen, mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere Füllvorrichtungen zum Füllen von Flaschen mit Getränken, sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt.
  • In der Regel werden Füllvorrichtungen der genannten Art an Füllmaschinen, insbesondere Füllmaschinen umlaufender Bauart, vorgesehen, die über eine Vielzahl von Behandlungsstationen bzw. -positionen verfügen, welche auch als Füllstationen oder Füllpositionen verstanden werden können. An jeder Füllstation der Füllmaschine ist ein Füllelement oder Füllorgan mit einem Füllventil bzw. Flüssigkeitsventil vorgesehen, über dessen Abgabeöffnung das flüssige Füllgut in den Behälter abgegeben wird.
  • Bei diesen Füllmaschinen bzw. bei jeder der Füllvorrichtungen sind die Füllelemente oder Füllorgane über entsprechende Flüssigkeitsleitungen, nämlich über Füllgutzuführungen bzw. Füllgutleitungen, fluidisch an einen Vorratsbehälter bzw. an eine Quelle des flüssigen Füllgutes (z.B. an einen Füllgutkessel) angeschlossen. Die Abgabe des Füllgutes in die Behälter erfolgt in der Regel durch entsprechend gesteuertes Öffnen und Schließen des Füllventils. Beispielsweise kann die Abgabe des Füllgutes in die Behälter mittels eines sogenannten "Freistrahlfüllens" durchgeführt werden.
  • Unter "Freistrahlfüllen" oder "Freistrahlbefüllung" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Füllverfahren verstanden, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter ab dem Flüssigkeitsventil in einem freien Füllstrahl oder Füllgutstrahl zuströmt. Freistrahlfüllen kann sowohl drucklos wie auch unter Druck erfolgen. Bei der drucklosen Freistrahlfüllung weist der Behälter in seinem Inneren Umgebungsdruck auf, wobei der Behälter in der Regel mit seiner Behältermündung oder -öffnung nicht am Füllelement anliegt, sondern von dem Füllelement bzw. von einer vorgesehenen Abgabeöffnung beabstandet ist.
  • Das Befüllen von Behältern mit Füllgut erfolgt in der Regel mit einer vorgegebenen Füllgeschwindigkeit. Dabei sind auch Füllvorrichtungen und Füllverfahren bekannt, bei denen mithilfe eines Umschaltventils zwei verschiedene Füllgeschwindigkeiten während des Füllvorganges, nämlich während des unmittelbaren Befüllens des Behälters, eingestellt werden können. Bei derartigen, bekannten Füllvorrichtungen weist das entsprechende Umschaltventil eine stets offene Bypassbohrung sowie eine schaltbare Bohrung bzw. Schaltbohrung auf. Mittels des Schaltens des Umschaltventils ergeben sich somit zwei Füllgeschwindigkeiten, nämlich eine, aus dem Strom durch die stets offene Bypassbohrung resultierende, Füllgeschwindigkeit bei geschlossener Schaltbohrung und eine, aus dem Strom durch die Bypassbohrung und die Schaltbohrung resultierende, weitere Füllgeschwindigkeit bei offener Schaltbohrung.
  • Insbesondere bei Füllverfahren und Füllvorrichtungen zum Freistrahlfüllen ist es üblich und ggf. notwendig, ein Nachtropfen des flüssigen Füllgutes aus der wenigstens einen Abgabeöffnung nach dem Befüllen eines Behälters beim Schließen des Füllgutventils zu verhindern. Bekannt ist hierbei zum Beispiel, dass ein Ringspalt am Auslauf des Füllventils ausgebildet wird, der als eine das Nachtropfen des Füllgutes verhindernde Gassperre wirkt. Entscheidend beim Befüllen von Behältern ist jedoch, dass im Füllventil, insbesondere im Bereich des Auslaufs des Füllventils enthaltene Luft vollständig und sicher aus dem System entfernt und der Auslassbereich mit Füllgut befüllt wird, bevor das Füllventil zur Abgabe des Füllguts in den Behälter geöffnet wird.
  • Bei den herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Füllvorrichtungen erfolgt das Entlüften bzw. das Befüllen des Füllventils dadurch, dass Füllgut "ins Freie" bzw. in eine Auffangwanne abgegeben wird. Dies ist nachteilig mit Füllgutverlusten verbunden und birgt außerdem die Gefahr von Verunreinigungen bzw. Verschmutzungen der Füllvorrichtung und/oder Behälter.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Füllvorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut aufzuzeigen, bei der die Befüllung der Behälter verbessert ist und insbesondere mit unterschiedlichen Füllgeschwindigkeiten sowie in füllgutsparender, nachhaltiger Weise möglich ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Füllvorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere zum Befüllen von Behältern mittels eines Freistrahlfüllverfahrens, zur Verfügung. Die Füllvorrichtung weist mindestens ein Füllelement mit einem Füllventil auf, wobei das Füllventil einen Füllventilkanal und einen darin axial verschiebbaren Füllgutventilstempel umfasst, welcher zumindest zwischen einer Schließstellung, einer Öffnungsstellung und einer Zwischenstellung gesteuert bewegbar ist. Die Füllvorrichtung weist ferner eine fluidisch mit dem Füllelement verbundene Füllgutzuführleitung auf. Erfindungsgemäß umfasst die Füllvorrichtung eine Umschalteinrichtung mit zumindest einem ersten und zumindest einem zweiten Füllgutschaltkanal für das Füllgut. Dabei ist dem ersten Füllgutschaltkanal ein erstes Umschaltventil zugeordnet und dem zweiten Füllgutschaltkanal ist ein zweites Umschaltventil zugeordnet. Die Umschaltventile sind dabei zum Schalten der Füllgutschaltkanäle ausgebildet.
  • Im Verständnis der vorliegenden Erfindung bildet das Füllelement mit einem beispielsweise mehrteiligen Gehäuse bzw. Füllelementgehäuse einen in Form des Füllventilkanals gebildeten Flüssigkeits- oder Produktweg für das flüssige Füllgut aus. Der Füllventilkanal ist insbesondere rotationssymmetrisch zu einer vertikalen Füllelementachse ausgeführt und mit einem oberen Bereich an die Füllgutzuführleitung zum Zuführen des flüssigen Füllgutes angeschlossen. An der Unterseite des Füllelementes bildet der Füllventilkanal eine Abgabeöffnung, aus der während des Füllens, d.h. bei geöffnetem Füllventil ein Füllstrahl des Füllgutes abgegeben wird.
  • Der in dem Füllventilkanal axial verschiebbar angeordnete Füllgutventilstempel kann zum Öffnen und Schließen des Füllelementes, das heißt zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes während des Füllvorganges, mittels gesteuerter Hub-/Senkbewegungen axial in dem Füllventilkanal verschoben werden. Aufgrund dieser in axialer Richtung erfolgenden Verschiebung des Füllgutventilstempels innerhalb des Füllventilkanals ist der Füllgutventilstempel mindestens zwischen seinen Stellungen, nämlich der Schließstellung, der Öffnungsstellung und der Zwischenstellung, bewegbar. Die Zwischenstellung des Füllgutventilstempels befindet sich dabei zwischen dessen Schließstellung und Öffnungsstellung und ist daher gleichbedeutend mit einer intermediären Position des Füllgutventilstempels, die dieser neben einer Position in Schließstellung sowie einer Position in Öffnungsstellung einnehmen kann. In Schließstellung befindet sich der Füllgutventilstempel insbesondere in einer den Füllventilkanal vollständig verschließenden Position. Demgegenüber ist der Füllventilkanal vollständig geöffnet, sofern sich der Füllgutventilstempel in der Öffnungsstellung befindet. In der Zwischenstellung ist ein Ringspalt ausgebildet.
  • Bei der vorliegenden Füllvorrichtung ergeben sich besondere Vorteile dadurch, dass mittels der vorgesehenen Umschalteinrichtung die beiden Umschaltventile schaltbar sind, und zwar insbesondere derart, dass beide Füllgutschaltkanäle individuell und unabhängig voneinander verschlossen und geöffnet werden können. Somit wird bei der vorliegenden Füllvorrichtung ermöglicht, durch entsprechendes Schalten der Füllgutschaltkanäle unterschiedliche, insbesondere drei verschiedene, Füllgeschwindigkeiten bzw. Volumenströme zu wählen bzw. einzustellen, beispielsweise eine (gegenüber einer mittleren zweiten Füllgeschwindigkeit) geringere erste Füllgeschwindigkeit zum Langsamfüllen, eine mittlere zweite Füllgeschwindigkeit sowie eine (gegenüber der mittleren zweiten Füllgeschwindigkeit) höhere dritte Füllgeschwindigkeit zum Schnellfüllen.
  • Gegensätzlich zu dem bekannten Stand der Technik sind bei der vorliegenden Füllvorrichtung keine stets geöffneten Bypassbohrungen am Umschaltventil vorhanden. Hingegen können bei der vorliegenden Füllvorrichtung aufgrund der Ausgestaltung und Konfiguration der Umschalteinrichtung die Umschaltventile und die Füllgutschaltkanäle, insbesondere sämtliche Kanäle und Bohrungen in der Umschalteinrichtung, durch entsprechendes Schalten verschlossen und dadurch der Durchfluss des Füllgutes durch die Umschalteinrichtung und der Zuführweg zum Füllelement vollständig gesperrt werden.
  • In Kombination mit der vorliegenden Umschalteinrichtung kann bei der vorliegenden Füllvorrichtung zusätzlich auch der Füllgutventilstempel drei Stellungen einnehmen, nämlich die Öffnungsstellung, die Schließstellung und die Zwischenstellung, wodurch letztlich bewirkt wird, dass das Befüllen der Behälter insbesondere spritzfrei und tropffrei erfolgen kann und dabei gleichzeitig derart präzise und sicher, dass stets das gewünschte, vorgegebene Füllvolumen eingehalten wird und dabei Schwankungen bzw. Verluste beim Füllvolumen vermieden werden können.
  • Bei der vorliegenden Füllvorrichtung wird während des eigentlichen Füllvorganges die Öffnungsstellung des Füllgutventilstempels gewählt und eingestellt. Die Zwischenstellung des Füllgutventilstempels wird verwendet, um ein spritzfreies Abfüllen, insbesondere ein spritzfreies Fertigstellen und Beenden eines jeden Abfüllvorganges, zu gewährleisten und um zu vermeiden, dass Spritzer über die Behälter gehen. So ist beim Übergang des Füllgutventilstempels von seiner Öffnungsstellung zur Zwischenstellung ein schonendes, gleichmäßiges und insbesondere auch spritz- und/oder tropffreies Verdrängen des Füllgutes aus unteren Abschnitten des Füllventilkanals gewährleistet. Ein durch vollständiges, insbesondere schnelles vollständiges Schließen des Füllventils am Ende des Füllvorganges möglicherweise verursachtes Verspritzen von Füllgut kann mit der vorliegenden Füllvorrichtung effektiv verhindert werden.
  • Die Schließstellung des Füllgutventilstempels wird bei der vorliegenden Füllvorrichtung schließlich verwendet, um den Füllventilkanal des Füllventils vor der Abgabe des Füllguts an den Behälter vollständig mit Füllgut zu befüllen. Dieses Befüllen des Füllventilkanals stellt sicher, dass stets das korrekte Füllvolumen abgefüllt wird und Volumenverluste bzw. Volumenschwankungen in den Behältern vermieden werden. Zum Befüllen des Füllventilkanals in der Schließstellung des Füllgutventilstempels werden die Umschaltventile der Umschalteinrichtung so geschaltet, dass beide Füllgutschaltkanäle offen sind. Dies bewirkt vorteilhaft, dass die durch das Füllgut aus dem Füllventilkanal verdrängte Luft schnellstmöglich aus dem Füllventil entweichen kann, und zwar insbesondere nach oben hin in Richtung zur Füllgutzuführleitung und über diese in den Füllgutkessel.
  • Mit der vorliegenden Füllvorrichtung ergeben sich gegenüber herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Füllvorrichtungen somit die Vorteile, dass, erstens, ein effektives Leerlaufen sowie auch ein schnelles, wirksames Entlüften des Füllventils und der Umschalteinrichtung mit ihren Umschaltventilen und Füllgutschaltkanälen möglich ist, insbesondere aufgrund der Ausgestaltung und Konfiguration der Umschalteinrichtung mit den darin ausgebildeten Füllgutschaltkanälen. Zweitens ist es mit der vorliegenden Füllvorrichtung zusätzlich und zugleich vorteilhaft möglich, den Füllgutstrom vollständig zu schließen bzw. zu unterbrechen, wodurch nicht zuletzt ein Nachtropfen vermieden wird. Und schließlich kann, drittens, der Füllventilkanal vollständig mit Füllgut befüllt und dadurch Luft bzw. Gas vollständig verdrängt werden, bevor das Füllgut in den Behälter abgegeben wird, und zwar vorteilhaft ohne dass hierbei "ins Freie" bzw. in eine Abfallwanne Füllgut abgegeben werden muss, wie dies im Stand der Technik nachteilig der Fall ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante weist der erste Füllgutschaltkanal einen ersten Minimaldurchmesser auf und der zweite Füllgutschaltkanal weist einen zweiten Minimaldurchmesser auf. Dabei ist der erste Minimaldurchmesser vom zweiten Minimaldurchmesser verschieden.
  • Unter dem Minimaldurchmesser eines jeweiligen Füllgutschaltkanals wird vorliegend der kleinste Durchmesser des jeweiligen Füllgutschaltkanals über dessen Erstreckung oder Längserstreckung bzw. über dessen Verlauf oder Längsverlauf verstanden. Der Minimaldurchmesser bezieht sich dabei insbesondere jeweils auf einen Innendurchmesser des jeweiligen Füllgutschaltkanals, nämlich auf einen Kanaldurchmesser bzw. auf einen Durchmesser des Lumens des Füllgutschaltkanals. Der Minimaldurchmesser eines jeweiligen Füllgutschaltkanals ist somit gleichbedeutend mit dem Durchmesser des Füllgutschaltkanals an seiner engsten Stelle und kann synonym auch als Engstellendurchmesser oder Engpassdurchmesser des jeweiligen Füllgutschaltkanals bezeichnet werden. Dies ist insbesondere für solche Fälle bedeutsam, in denen einer oder beide der jeweiligen Füllgutschaltkanäle sich nicht mit konstantem Durchmesser über ihre jeweilige gesamte Länge erstrecken.
  • Aufgrund der unterschiedlichen Minimaldurchmesser der jeweiligen Füllgutschaltkanäle kann durch entsprechendes Schalten der Füllgutschaltkanäle mittels der Umschaltventile die Fließgeschwindigkeit des Füllgutes besonders effektiv geändert bzw. beeinflusst werden.
  • Die Fließgeschwindigkeit des Füllgutes kann vorliegend auch als Volumenstrom oder als Füllgeschwindigkeit verstanden werden. Durch entsprechendes Schalten der Füllgutschaltkanäle wird das Füllgut auf unterschiedlichen "Wegen" durch die Umschalteinrichtung geführt, das heißt das Füllgut passiert verschiedene Schaltkanal-Wege, welche - aufgrund der verschiedenen Minimaldurchmesser der Füllgutschaltkanäle - entsprechend unterschiedliche Kanaldurchmesser aufweisen, wodurch der Volumenstrom bzw. die Füllgeschwindigkeit - je nach Schaltzustand - unterschiedliche Werte einnimmt.
  • Besonders bevorzugt ist der erste Minimaldurchmesser größer als der zweite Minimaldurchmesser. Dabei liegt ganz besonders bevorzugt der erste Minimaldurchmesser in einem Bereich von 6 mm bis 10 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 7 mm bis 9 mm und beträgt besonders bevorzugt rund 8 mm. Der zweite Minimaldurchmesser liegt ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 4 mm bis 8 mm, vorzugsweise in einem Bereich 6 mm bis 7 mm und beträgt besonders bevorzugt rund 6,5 mm.
  • Vorteile ergeben sich bei der vorliegenden Füllvorrichtung weiterhin dadurch, dass die Umschalteinrichtung ferner zumindest einen, den ersten und zweiten Füllgutschaltkanal verbindenden Bypasskanal, vorzugsweise mehrere Bypasskanäle, umfasst.
  • In diesen bevorzugten Ausführungsvarianten mit wenigstens einem Bypasskanal weist der zumindest eine Bypasskanal einen Bypasskanaldurchmesser auf, der größer ist als der erste und/oder der zweite Minimaldurchmesser der jeweiligen Füllgutschaltkanäle, wobei der Bypasskanaldurchmesser insbesondere 8 mm oder mehr als 8 mm beträgt. Grundsätzlich ist es ferner möglich, dass der Bypasskanaldurchmesser und der erste Minimaldurchmesser gleich groß oder annähernd gleich groß sind.
  • Weiterhin vorteilhaft ist die Umschalteinrichtung durch einen Ventilblock gebildet, der die Füllgutschaltkanäle und die Umschaltventile umfasst. Diese Ausführungsvariante bringt den Vorteil einer besonders kompakten, platzsparenden sowie hygienisch einwandfreien Bauweise.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Umschalteinrichtung in der Füllgutzuführleitung angeordnet. Dies erweist sich als konstruktiv günstig und ist optimal für die effektive Einstellung bzw. Beeinflussung des Füllgutstromes auf dem Weg zum Füllelement. Alternativ sind jedoch auch andere Anordnungen denkbar, beispielsweise kann die Umschalteinrichtung auch in direkter räumlicher Nachbarschaft zum Füllelement oder an dem Füllelement vorgesehen sein.
  • Die Umschaltventile sind besonders bevorzugt durch Schaltventile gebildet, die jeweils zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung schaltbar sind. Insbesondere weisen die jeweiligen Umschaltventile dabei vorteilhaft genau zwei Schaltstellungen auf, nämlich die Öffnungsstellung und die Schließstellung. Dadurch kann jeder der Füllgutschaltkanäle mit jeweils einfachen Schaltvorgängen, nämlich im Sinne von "Auf/Zu", zweckmäßig bzw. wirksam und insbesondere schnell geöffnet und geschlossen werden. Besonders vorteilhaft ist dabei ferner vorgesehen, dass die Umschaltventile individuell und/oder unabhängig voneinander schaltbar sind.
  • Damit kann jeder der beiden Füllgutschaltkanäle für sich geöffnet und/oder geschlossen werden, so dass auf einfache Weise verschiedenste Wege durch die Umschalteinrichtung, das heißt, Fließwege für das Füllgut, nämlich Füllgutwege, freigegeben werden können. So können zum Beispiel beide Füllgutschaltkanäle gleichzeitig geschlossen sein, wodurch sämtliche Fließwege durch die Umschalteinrichtung gesperrt sind. In dem Fall, dass der erste oder der zweite Füllgutschaltkanal geschlossen ist, während der jeweils andere offen ist, wird ein jeweiliger Fließweg durch die Umschalteinrichtung über den ersten oder über den zweiten Füllgutschaltkanal freigegeben. Und schließlich verläuft der Fließweg über beide Füllgutschaltkanäle, wenn beide Füllgutschaltkanäle gleichzeitig offen sind. Der "Fließweg" kann vorliegend auch als Durchfluss-Weg oder Füllgutstrom verstanden werden.
  • Besondere Vorteile ergeben sich auch darüber, dass mindestens eines der beiden Umschaltventile, vorzugsweise jedes der beiden Umschaltventile, als Membranventil ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft sind in diesen bevorzugten Ausführungsformen die Umschaltventile bezogen auf die Ausrichtung ihrer jeweiligen Membranen derart relativ zueinander angeordnet, dass die Membran des ersten Umschaltventils der Membran des zweiten Umschaltventils zugewandt ist. Die Membranen der Membranventile können dabei über entsprechende Stellbewegungen, welche mittels dafür vorgesehener steuerbarer Stellantriebe, beispielsweise Zylinder, insbesondere Arbeits- oder Hubzylinder, ausgeführt werden, zwischen ihrer jeweiligen Schließstellung und Öffnungsstellung bewegt werden.
  • Bei der vorliegenden Füllvorrichtung ist ferner vorzugsweise eine Steuereinrichtung vorgesehen, wobei die Umschalteinrichtung und das Füllventil mit der Steuereinrichtung kommunizierend verbunden sind. Insbesondere können etwa die Umschaltventile der Umschalteinrichtung sowie auch die Bewegung des Füllgutventilstempels mittels der Steuereinrichtung gesteuert werden.
  • Besonders bevorzugt ist die vorliegende Füllvorrichtung außerdem mit einem Volumenstrommessgerät, insbesondere mit einem Durchflussmesser, wie zum Beispiel einem magnetisch induktiven Durchflussmesser (MID) ausgestattet. Das Volumenstrommessgerät ist dabei vorzugsweise der Umschalteinrichtung vorgeschaltet. Darüber kann vorteilhaft eine zusätzliche Volumenkontrolle zur Einhaltung des Füllvolumens durchgeführt werden.
  • Die Umschalteinrichtung ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante derart ausgebildet, dass in Schließstellung des ersten und zweiten Umschaltventils ein Zuführweg zur Zuführung des Füllguts zum Füllelement vollständig verschlossen ist, derart, dass die Zuführung von Füllgut zum Füllelement vollständig unterbrochen ist.
  • Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausführungsvariante umfasst das Füllventil einen Füllventilsitz, wobei der in dem Füllventilkanal axial bewegbar angeordnete Füllgutventilstempel derart mit dem Füllventilsitz zusammenwirkt, dass in der Zwischenstellung im Füllventilkanal ein Ringspalt gebildet ist. Darunter ist vorliegend insbesondere zu verstehen, dass der Ringspalt durch den Füllventilsitz und den Füllgutventilstempel begrenzt wird und sich somit über eine Ringspaltbreite zwischen dem Füllventilsitz und dem Füllgutventilstempel erstreckt, insbesondere zwischen einer Fläche bzw. Sitz- oder Dichtfläche des Füllventilsitzes und einer äußeren Umfangsfläche des Füllgutventilstempels. Die Zwischenstellung des Füllgutventilstempels kann daher vorliegend auch als Ringspaltstellung bezeichnet werden.
  • Der Füllventilsitz und der Füllgutventilstempel sind vorzugsweise in Bezug auf ihre Geometrie und Dimensionierung derart aufeinander abgestimmt und aneinander angepasst, dass der durch das Zusammenwirken des Füllventilsitzes und des Füllgutventilstempels gebildete Ringspalt in der Zwischenstellung des Füllgutventilstempels so dimensioniert ist, dass das Füllgut nicht über den Ringspalt aus dem Füllventil austreten kann. Die Geometrie und Dimensionierung insbesondere des Füllgutventilstempels in Anpassung an den Füllventilsitz erfolgt dabei beispielsweise in Abhängigkeit der Gesamtbauweise der Füllvorrichtung bzw. einer die Füllvorrichtung aufweisenden Füllmaschine, insbesondere zum Beispiel in Abhängigkeit eines hydrostatischen Drucks des Füllguts am Füllgutventilstempel, welcher sich beispielsweise auch aufgrund der Bauart ergeben kann. Der Ringspalt hat vorzugsweise eine Breite bzw. Ringspaltbreite von 0,7 bis 1,3 mm.
  • Besonders bevorzugt weist der Füllgutventilstempel im Bereich seines mit dem Füllventilsitz zusammenwirkenden Endes mehrere entlang einer Füllventilachse aneinander anschließende Abschnitte auf. Insbesondere weist der Füllgutventilstempel zumindest einen sich zu einem freien Ende des Füllgutventilstempels hin verjüngenden, konischen Öffnungsabschnitt, zumindest einen sich in axialer Richtung an den konischen Endabschnitt anschließenden zylindrischen Ringspaltabschnitt und wenigstens einen sich in axialer Richtung an den zylindrischen Ringspaltabschnitt anschließenden konischen Schließabschnitt auf. Bei dieser genannten Ausführungsvariante wird der Ringspalt in der Zwischenstellung des Füllgutventilstempels durch den Füllventilsitz und durch die Mantelfläche des zylindrischen Ringspaltabschnitts begrenzt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ebenso eine Füllmaschine mit einem Füllgutkessel und mehreren Füllpositionen zur Verfügung, wobei zumindest eine, vorzugsweise mehrere, insbesondere jede der Füllpositionen zumindest eine Füllvorrichtung aufweist, wie sie voranstehend beschrieben ist. Dabei ist die Füllgutzuführleitung der jeweiligen Füllvorrichtung fluidisch mit dem Füllgutkessel verbunden.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung einer Füllvorrichtung zum Befüllen von Behältern, wie sie oben beschrieben ist. Bei dem Verfahren wird zum Verändern einer Füllgeschwindigkeit des Füllguts mindestens eines der beiden Umschaltventile der Füllvorrichtung geschaltet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens wird zum Befüllen eines Behälters mit einer ersten Füllgeschwindigkeit das zweite Umschaltventil geöffnet und das erste Umschaltventil geschlossen. Zum Befüllen eines Behälters mit einer zweiten Füllgeschwindigkeit wird das erste Umschaltventil geöffnet und das zweite Umschaltventil geschlossen und zum Befüllen eines Behälters mit einer dritten Füllgeschwindigkeit werden beide Umschaltventile geöffnet.
  • Weiterhin bevorzugt wird der Behälter zunächst mit der ersten Füllgeschwindigkeit, dann mit der zweiten Füllgeschwindigkeit und anschließend mit der dritten Füllgeschwindigkeit mit dem Füllgut befüllt, wobei die erste Füllgeschwindigkeit kleiner ist als die zweite Füllgeschwindigkeit und die zweite Füllgeschwindigkeit kleiner ist als die dritte Füllgeschwindigkeit.
  • Je nach Füllprozess kann es alternativ sinnvoll und denkbar sein, dass ein jeweiliger Behälter zunächst mit der ersten Füllgeschwindigkeit, dann mit der dritten Füllgeschwindigkeit und anschließend mit der zweiten Füllgeschwindigkeit mit dem Füllgut befüllt wird. Auf diese Weise kann ein dreistufiger oder dreiphasiger Füllvorgang mit einer anfänglichen langsamen Füllphase, einer anschließenden Schnellfüllphase und einer wiederum daran anschließenden (Ab)Brems- oder Nachfüllphase realisiert werden.
  • Wie oben im Zusammenhang mit der Füllvorrichtung bereits erläutert wurde, ist die Füllgeschwindigkeit vorliegend als Volumenstrom des Füllguts zu verstehen und kann sich beispielsweise auch auf den Durchfluss des Füllguts pro Zeiteinheit bzw. auf die Durchflussmenge pro Zeiteinheit beziehen.
  • Das vorliegende Verfahren ist vorzugsweise ein Freistrahlfüllverfahren, bei dem insbesondere der jeweilige Behälter mit seiner Behälteröffnung unterhalb des Füllelementes und im Abstand vom diesem angeordnet ist und das flüssige Füllgut beim Füllen als freier Füllstrahl dem Behälter zugeführt wird. Die mittels des vorliegenden Verfahrens und unter Verwendung der vorliegenden Füllvorrichtung zu befüllenden bzw. befüllten Behälter sind vorzugweise Flaschen, insbesondere Flaschen aus Kunststoff, wie zum Beispiel PET-Flaschen, wobei das abzufüllende bzw. abgefüllte flüssige Füllgut vorzugsweise ein Getränk ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    schematisch und als Schnitt dargestellt eine Ansicht einer Ausführungsform der Füllvorrichtung in einem Betriebszustand mit geöffnetem Füllventil;
    Fig. 2
    schematisch und als Schnitt dargestellt eine Ansicht der Füllvorrichtung gemäß Figur 1 in einem Betriebszustand mit geschlossenem Füllventil;
    Fig. 2a
    einen vergrößerten Ausschnitt der Figur 2 im Bereich einer Abgabeöffnung des Füllelementes;
    Fig. 3
    grob schematisch und ausschnittsweise den Bereich der Abgabeöffnung des Füllelementes in Zwischenstellung des Füllgutventilstempels;
    Fig. 4
    in schematischer Schnittdarstellung eine Ausführungsform der Umschalteinrichtung;
    Fig. 5a bis 5d
    anhand schematischer Schnittdarstellungen verschiedene Schaltzustände der Umschalteinrichtung;
    Fig. 6
    eine weitere Ansicht der Füllvorrichtung der Figur 1 mit zusätzlich eingezeichnetem Füllgutstrom beim Füllen und
    Fig. 7
    eine weitere Ansicht der Füllvorrichtung der Figur 2 mit zusätzlich eingezeichnetem Luftstrom beim Entlüften des Füllventilkanals.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen eine - als Schnittzeichnung dargestellte - Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Füllvorrichtung 1 zum Befüllen von Behältern, beispielsweise PET-Flaschen, mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere mit einem Getränk. Die dargestellte Füllvorrichtung 1 ist insbesondere Teil einer Füllmaschine, welche ihrerseits beispielsweise wiederum Bestandteil einer Getränkeabfüll- oder Getränkeverarbeitungsanlage sein kann und welche beispielsweise als umlaufend rotierende Füllmaschine ausgebildet ist und eine Vielzahl von umfänglich um einen Maschinenrotor verteilt angeordnete Füllpositionen umfasst, wobei jede der Füllpositionen jeweils eine gezeigte Füllvorrichtung 1 aufweisen kann.
  • Die in den Beispielen der Figuren gezeigte Füllvorrichtung 1 ist insbesondere für ein Freistrahlfüllverfahren ausgebildet, bei dem das flüssige Füllgut als freier Füllstrahl dem Behälter zugeführt wird.
  • Die Füllvorrichtung 1 umfasst ein Füllelement 2 und eine mit diesem verbundene Füllgutzuführleitung 10, welche fluidisch mit einem in den Figuren nicht gezeigten Füllgutkessel verbunden ist und über einen zum Zuführen des Füllguts an das Füllelement 2 ausgebildeten Zuführweg 11 an das Füllelement 2 anschließt. Das Füllelement 2 weist ein Füllventil 3 auf, in dem ein Füllventilkanal 12 ausgebildet ist. Der Füllventilkanal 12 bildet einen Flüssigkeits- oder Produktweg für das flüssige Füllgut und wird beispielsweise mittels eines insbesondere mehrteiligen Gehäuses 2.1 begrenzt, welches auch als Füllelementgehäuse bezeichnet werden kann.
  • Der Füllventilkanal 12 weist bei der dargestellten Ausführungsform zumindest abschnittsweise einen kreisrunden Querschnitt auf und ist zumindest abschnittsweise rotationssymmetrisch zu einer vertikalen Füllelementachse FA ausgeführt. An seinem oberen Ende bzw. Bereich ist der Füllventilkanal 12 an den Zuführweg 11 zum Zuführen des flüssigen Füllgutes angeschlossen. An seinem gegenüberliegenden unteren Ende mündet der Füllventilkanal 12 an einer Abgabeöffnung des Füllelements 2 nach außen, wobei das flüssige Füllgut über die Abgabeöffnung in den zu befüllenden Behälter einströmen kann.
  • Die Füllvorrichtung 1 weist ferner eine, im dargestellten Beispiel in der Füllgutzuführleitung 10 angeordnete Umschalteinrichtung 5 zum Verändern einer Füllgeschwindigkeit bzw. eines Volumenstroms des Füllguts auf. Über entsprechende Schalt- bzw. Umschaltvorgänge, die mittels der Umschalteinrichtung 5 getätigt werden können, kann das Füllgut mit unterschiedlichen Füllgeschwindigkeiten dem Behälter zugeführt werden. Im dem in den Figuren gezeigten Beispiel ist ferner ein ebenfalls in der Füllgutzuführleitung 10 angeordnetes Volumenstrommessgerät 14 vorgesehen, das der Umschalteinrichtung 5 vorgeschaltet ist.
  • Die Umschalteinrichtung 5 umfasst zumindest einen ersten Füllgutschaltkanal SK1, in dem ein erstes Umschaltventil 6 angeordnet ist und zumindest einen zweiten Füllgutschaltkanal SK2, in dem ein zweites Umschaltventil 7 angeordnet ist. Die Umschaltventile 6, 7 sind durch einfache Schaltventile zum Schalten der Füllgutschaltkanäle SK1, SK2 gebildet und sind insbesondere individuell und unabhängig voneinander jeweils zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung schaltbar. Die Umschalteinrichtung 5 und die Umschaltventile 6, 7 werden unterhalb mit Bezug auf die Figuren 4 und 5a bis 5d noch mehr im Detail beschrieben.
  • Bei dem Füllelement 2 der vorliegenden Füllvorrichtung 1 ist in dem Füllventilkanal 12 ein darin in Richtung der Füllelementachse FA axial verschiebbarer Füllgutventilstempel 4 angeordnet, der gesteuert mittels einer Stelleinrichtung durch eine entsprechende Hub-/Senkbewegung HS über einen vorgegebenen Hub in vertikaler Richtung auf und ab bewegt werden kann. Der Füllgutventilstempel 4 wirkt mit einem im Füllelement 2, vorzugsweise durch das Gehäuse 2.1 gebildeten, Füllventilsitz 13 des Füllventils 3 zusammen und ist dabei zumindest zwischen einer in Figur 2 dargestellten Schließstellung, einer in Figur 1 gezeigten Öffnungsstellung sowie einer Zwischenstellung gesteuert bewegbar.
  • In der Schließstellung (vgl. Figur 2) ist der Füllgutventilstempel 4 maximal in Richtung der Füllelementachse FA abgesenkt bzw. nach unten verfahren und sitzt dichtend bzw. dicht schließend in dem bzw. an dem Füllventilsitz 13, so dass der Füllventilkanal 12 unterseitig dicht verschlossen ist und kein Füllgut über die Abgabeöffnung des Füllelementes 2 austreten kann. In der Öffnungsstellung (vgl. Figur 1) ist der Füllgutventilstempel 4 vollständig in Richtung der Füllelementachse FA nach oben verfahren, so dass der Füllventilkanal 12 unterseitig offen ist und das Füllgut über die Abgabeöffnung des Füllelementes 2 ausströmt.
  • Die Figur 2a zeigt in einer vergrößerten Teildarstellung den in Schließstellung befindlichen und mit dem Füllventilsitz 13 zusammenwirkenden Füllgutventilstempel 4, und zwar in einem Bereich seines mit dem Füllventilsitz 13 zusammenwirkenden freien Endes 4'. Der Füllgutventilstempel 4 weist mehrere entlang der Füllventilachse FA aneinander anschließende Abschnitte auf. Mit einem konischen Öffnungsabschnitt 4.1 bzw. Endabschnitt verjüngt sich der Füllgutventilstempel 4 zum freien Ende 4' hin. In axialer Richtung an den konischen Öffnungsabschnitt 4.1 bzw. Endabschnitt anschließend weist der Füllgutventilstempel 4 einen zylindrischen Ringspaltabschnitt 4.2 auf. In axialer Richtung gegenüberliegend zum freien Ende 4' schließt sich an den zylindrischen Ringspaltabschnitt 4.2 wiederum ein konischer Schließabschnitt 4.3 an, der in der in Figur 2a dargestellten Schließstellung mit seiner Umfangsfläche dichtend gegen den Füllventilsitz 13 anliegt.
  • In der Zwischenstellung des Füllgutventilstempels 4 ist im Füllventilkanal 12 ein Ringspalt 15 ausgebildet, der durch den Füllventilsitz 13 und durch eine Mantelfläche des Ringspaltabschnitts 4.2 des Füllgutventilstempels 4 gebildet bzw. begrenzt ist. Die Zwischenstellung des Füllgutventilstempels 4 ist in der Figur 3 anhand einer Teildarstellung des mit dem Füllventilsitz 13 zusammenwirkenden Füllgutventilstempels 4 veranschaulicht. Der Ringspalt 15, insbesondere eine Ringspaltbreite, ist so dimensioniert, dass das Füllgut nicht über den Ringspalt 15 aus dem Füllventilkanal 12 des Füllventils 3 austreten kann.
  • Mit Bezug auf die Figuren 4 und 5a bis 5d sollen nunmehr die Umschalteinrichtung 5 und die Umschaltventile 6, 7 mehr im Detail beschrieben werden. Die Umschalteinrichtung 5 ist in den dargestellten Beispielen durch einen Ventilblock gebildet, der die Füllgutschaltkanäle SK1, SK2 und die Umschaltventile 6, 7 umfasst. Neben den Füllgutschaltkanälen SK1, SK2 sind in der Umschalteinrichtung 5 ferner Bypasskanäle 8, 9 ausgebildet, die beispielsweise die Füllgutschaltkanäle SK1, SK2 verbinden.
  • Der erste Füllgutschaltkanal SK1 weist einen ersten Minimaldurchmesser auf, welcher auch als Durchmesser des ersten Füllgutschaltkanals SK1 an dessen engster Stelle verstanden werden kann. Ebenso weist der zweite Füllgutschaltkanal SK2 einen zweiten Minimaldurchmesser auf, der wiederum als Durchmesser des zweiten Füllgutschaltkanals SK2 an dessen engster Stelle verstanden werden kann. Im Beispiel der Figuren ist der erste Minimaldurchmesser des ersten Füllgutschaltkanals SK1 größer als der zweite Minimaldurchmesser des zweiten Füllgutschaltkanals SK2, so dass der erste Füllgutschaltkanal SK1 im Wesentlichen eine große Bohrung in der als Ventilblock ausgebildeten Umschalteinrichtung 5 definiert und der zweite Füllgutschaltkanal SK2 entsprechend eine kleine Bohrung in der als Ventilblock ausgebildeten Umschalteinrichtung 5 definiert.
  • Die Umschaltventile 6, 7 sind beispielhaft als Membranventile ausgebildet und sind bezogen auf die Ausrichtung ihrer jeweiligen Membranen 6.1, 7.1 derart relativ zueinander in der Umschalteinrichtung 5 angeordnet, dass die Membran 6.1 des ersten Umschaltventils 6 der Membran 7.1 des zweiten Umschaltventils 7 zugewandt ist, wie dies anhand der vergrößerten Ansicht der Figur 4 veranschaulicht wird.
  • Jedes Umschaltventil 6, 7, nämlich jedes Membranventil 6, 7, ist zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung schaltbar, wobei zum Schalten der Membranventile 6, 7 die Membran 6.1, 7.1 des jeweiligen Membranventils 6, 7 mittels eines jeweils vorgesehenen Stellantriebs 6.2, 7.2, beispielsweise mittels eines Zylinders, insbesondere eines Arbeits- oder Hubzylinders, in Richtung einer jeweiligen Stellbewegung S1, S2 bewegt wird. Die Stellantriebe 6.2, 7.2, insbesondere Zylinder, können individuell und unabhängig voneinander angesteuert werden, um die Membranen 6.1, 7.1 mit der jeweiligen Stellbewegung S1, S2 zwischen der Schließ- und Öffnungsstellung zu bewegen. In der Schließstellung (wie in Figur 4 gezeigt) liegt die jeweilige Membran 6.1, 7.1 dichtend gegen einen jeweiligen Dichtsteg 6.3, 7.3 der Membranventile 6, 7 an und verschließt dadurch den zugehörigen Füllgutschaltkanal SK1, SK2. In der Öffnungsstellung ist die Membran 6.1, 7.1 des jeweiligen Membranventils 6, 7 vom entsprechenden Dichtsteg 6.3, 7.3 zurückgezogen und beabstandet, so dass dadurch der jeweils zugehörige Füllgutschaltkanal SK1, SK2 offen ist.
  • Die Figuren 5a bis 5d veranschaulichen verschiedene Schaltzustände der Umschaltventile 6, 7. In der Darstellung der Figur 5a befinden sich beide Umschaltventile 6, 7 in der Schließstellung, so dass beide Füllgutschaltkanäle SK1, SK2, nämlich die große und die kleine Bohrung in der Umschalteinrichtung 5, und auch die Bypasskanäle 8, 9 verschlossen sind. In diesem Schaltzustand mit beiden Umschaltventilen 6, 7 in Schließstellung (Schaltzustand: "zu/zu") fließt kein Füllgut durch die Umschalteinrichtung 5 und der Zuführweg 11 zur Zuführung des Füllguts zum Füllelement 2 ist vollständig verschlossen, und zwar derart, dass die Zuführung von Füllgut zum Füllelement 2 vollständig unterbrochen ist.
  • In der Darstellung der Figur 5b ist das erste Umschaltventil 6 geschlossen und befindet sich in Schließstellung, wohingegen das zweite Umschaltventil 7 geöffnet und somit in Öffnungsstellung befindlich ist. Damit ist nur der zweite Füllgutschaltkanal SK2 offen so dass nur über die kleine Bohrung in der Umschalteinrichtung 5 ein Fließweg bzw. Durchfluss-Weg für das Füllgut freigegeben ist, wie durch die Pfeile 16 (welche den Füllgutstrom bzw. den Fließweg andeuten) gekennzeichnet ist. In diesem Schaltzustand (Schaltzustand: "zu/auf") erfolgt die Zuführung von Füllgut über den Zuführweg 11 mit geringer Geschwindigkeit bzw. mit geringem Volumenstrom, und das Befüllen des Behälters erfolgt entsprechend mit einer ersten, kleineren Füllgeschwindigkeit als "Langsamfüllen".
  • In der Darstellung der Figur 5c ist das erste Umschaltventil 6 geöffnet und befindet sich in Öffnungsstellung, wohingegen das zweite Umschaltventil 7 geschlossen und in Schließstellung befindlich ist. Damit ist nur der erste Füllgutschaltkanal SK1 offen, so dass nur über die große Bohrung in der Umschalteinrichtung 5 ein Fließweg bzw. Durchfluss-Weg für das Füllgut freigegeben ist, wie wiederum durch die Pfeile 16 (welche den Füllgutstrom bzw. Fließweg andeuten) gekennzeichnet ist. In diesem Schaltzustand (Schaltzustand: "auf/zu") erfolgt die Zuführung von Füllgut über den Zuführweg 11 mit mittlerer Geschwindigkeit bzw. mit mittlerem Volumenstrom, und das Befüllen des Behälters erfolgt entsprechend mit einer zweiten, mittleren Füllgeschwindigkeit.
  • In der Darstellung der Figur 5d sind beide Umschaltventile 6, 7 geöffnet und befinden sich in Öffnungsstellung. Damit sind auch beide Füllgutschaltkanäle SK1, SK2 offen, so dass über die große und die kleine Bohrung in der Umschalteinrichtung 5 ein Fließweg bzw. Durchfluss-Weg für das Füllgut freigegeben ist, wie abermals durch die Pfeile 16 (welche den Füllgutstrom bzw. Fließweg andeuten) gekennzeichnet ist. In diesem Schaltzustand (Schaltzustand: "auf/auf") erfolgt die Zuführung von Füllgut über den Zuführweg 11 mit höherer, insbesondere maximaler Geschwindigkeit bzw. mit höherem, insbesondere maximalem Volumenstrom, und das Befüllen des Behälters erfolgt entsprechend mit einer dritten, hohen bzw. maximalen Füllgeschwindigkeit als "Schnellfüllen".
  • Bei der vorliegenden Füllvorrichtung 1 ergeben sich besondere Vorteile dadurch, dass aufgrund der vorgesehenen Umschalteinrichtung 5 die beiden Umschaltventile 6, 7 einzeln, individuell und unabhängig voneinander ansteuerbar und schaltbar sind, insbesondere über die einzeln, individuell und unabhängig voneinander ansteuerbaren Stellantriebe 6.2, 7.2. Dadurch können auch beide Füllgutschaltkanäle SK1, SK2, nämlich die große und kleine Bohrung individuell und unabhängig voneinander verschlossen und geöffnet werden. Sofern beide Umschaltventile 6, 7 in Schließstellung befindlich sind, ist keine Bohrung - auch keiner der Bypasskanäle 8, 9 - offen, so dass in Folge auch der Zuführweg 11 vollständig geschlossen und damit die Zuführung von Füllgut zum Füllelement 2 vollständig unterbrochen ist. Wie oben beschrieben ergibt sich weiterhin vorteilhaft aus der individuellen Schaltbarkeit der Umschaltventile 6, 7, dass drei unterschiedliche Füllgeschwindigkeiten bzw. Volumenströme möglich sind.
  • Da überdies in Kombination mit der vorliegenden Umschalteinrichtung 5 auch zusätzlich der Füllgutventilstempel 4 drei Stellungen einnehmen kann, nämlich die Öffnungsstellung, die Schließstellung und die Zwischenstellung sind auch für das Füllventil 3 drei Positionen möglich, nämlich offen, geschlossen und die Ringspaltposition.
  • Die Öffnungsstellung des Füllgutventilstempels 4, das heißt, die "offene" Position des Füllventils 3 wird während des eigentlichen Füllvorganges zum Füllen des Behälters beim Einbringen bzw. Einströmen des Füllguts gewählt und eingestellt. Mit Bezug auf die Figur 6 ist die Öffnungsstellung des Füllgutventilstempels 4 kombiniert mit dem Schaltzustand der Umschaltventile 6, 7 wie in Figur 5d (Schaltzustand: "auf/auf") noch einmal dargestellt, und zwar mit eingezeichnetem Füllgutstrom, welcher durch die Pfeile 16 angedeutet ist. Dieser Zustand kann auch als "Leerlaufen" bezeichnet werden.
  • Die Zwischenstellung des Füllgutventilstempels 4, das heißt, die "Ringspaltposition" des Füllventils 3, in der der Ringspalt 15 ausgebildet ist, wird gegen Ende bzw. am Ende des Füllvorganges verwendet, um ein spritzfreies Abfüllen zu gewährleisten und um zu vermeiden, dass Spritzer über die Behälter gehen. Wie oben beschrieben, sind der Füllgutventilstempel 4 und der Füllventilsitz 13 in Bezug auf ihre Geometrie und Größe so aufeinander abgestimmt bzw. so aneinander angepasst, dass der in Zusammenwirkung des Füllgutventilstempels 4 mit dem Füllventilsitz 13 gebildete Ringspalt 15 derart dimensioniert ist, dass möglichst kein Füllgut über den Ringspalt 15 aus dem Füllventil 3 austritt.
  • Zugleich ist ein Verspritzen des Füllgutes aufgrund der "Ringspaltposition" effektiv vermieden. Aufgrund der Geometrie des Füllgutventilstempels 4 ist beim Übergang des Füllgutventilstempels 4 von seiner Öffnungsstellung in seine Zwischenstellung - nämlich beim Übergang des Füllventils 3 von der offenen Position zur Ringspaltposition - ein schonendes, gleichmäßiges und insbesondere auch spritz- und/oder tropffreies Verdrängen des Füllgutes aus unteren Abschnitten des Füllventilkanals 12 gewährleistet. Ein Verspritzen von Füllgut beim Schließen des Füllventils 3 wird auf diese Weise nicht verursacht.
  • Die Schließstellung des Füllgutventilstempels 4, das heißt, die "geschlossene" Position des Füllventils 3 wird verwendet, um den Füllventilkanal 12 des Füllventils 3 vor der Abgabe des Füllguts an den Behälter vollständig mit Füllgut zu befüllen.
  • Dieses Befüllen des Füllventilkanals 12 wird insbesondere durchgeführt, um Luft auszutreiben bzw. aus dem System zu bekommen und um sicherzustellen, dass stets das korrekte Füllvolumen abgefüllt wird. Volumenverluste bzw. Volumenschwankungen in den Behältern werden darüber vermieden. Derartige Volumenverluste bzw. Volumenschwankungen können sich beispielsweise ergeben, wenn mit Beginn des tatsächlichen Füllvorganges bzw. Einströmens des Füllguts in den Behälter der Füllventilkanal 12 Luft enthält - zum Beispiel aufgrund eines auftretenden Nachtropfens, Verspritzens dergleichen - und somit nicht mehr ganz voll, sondern teilentleert ist, so dass diese Volumendifferenz schließlich im Behälter fehlt. Ein Entlüften ist daher erforderlich.
  • Beispielsweise kann dieses Entlüften des Füllventilkanals 12 bzw. das Befüllen des Füllventilkanals 12 mit Füllgut grundsätzlich vor der Abgabe des Füllguts in den Behälter erfolgen aber auch zu Beginn des Abfüllprozesses bzw. des Abfüllens und/oder auch im Rahmen eines Anfahrens der Füllvorrichtung, eines Wieder-Hochfahrens oder eines Füllstarts nach Betriebspause.
  • Zum Entlüften des Füllventilkanals 12 bzw. zum Befüllen des Füllventilkanals 12 mit Füllgut in der Schließstellung des Füllgutventilstempels 4, werden beide Umschaltventile 8, 7 der Umschalteinrichtung 5 in Öffnungsstellung gebracht, so dass beide Füllgutschaltkanäle SK1, SK2 - und damit die große und die kleine Bohrung der Umschalteinrichtung 5 - offen sind. Dieser Zustand ist in der Figur 7 noch einmal dargestellt, und zwar mit eingezeichnetem Luftstrom, welcher das "Entlüften" bewirkt und in Figur 7 durch die Pfeile 17 angedeutet ist.
  • Eine Bohrungsführung in der Umschalteinrichtung 5, das heißt, der Verlauf der jeweiligen Füllgutschaltkanäle SK1, SK2 und auch der Bypasskanäle 8, 9 innerhalb der Umschalteinrichtung 5, ist dabei so gewählt, dass die durch das Füllgut aus dem Füllventilkanal 12 verdrängte Luft schnellstmöglich aus dem Füllventil 3 entweichen kann, insbesondere nach oben über den Zuführweg 11 und die Füllgutzuführleitung 10 in den Füllgutkessel.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Füllvorrichtung
    2
    Füllelement
    2.1
    Gehäuse
    3
    Füllventil
    4
    Füllgutventilstempel
    4'
    freies Ende des Füllgutventilstempels
    4.1
    konischer Öffnungsabschnitt des Füllgutventilstempels
    4.2
    zylindrischer Ringspaltabschnitt des Füllgutventilstempels
    4.3
    konischer Schließabschnitt des Füllgutventilstempels
    5
    Umschalteinrichtung
    6, 7
    erstes und zweites Umschaltventil
    6.1, 7.1
    Membran des ersten bzw. zweiten Umschaltventils
    6.2, 7.2
    Stellantrieb des ersten bzw. zweiten Umschaltventils
    6.3, 7.3
    Dichtsteg des ersten bzw. zweiten Umschaltventils
    8, 9
    Bypasskanäle
    0
    Füllgutzuführleitung
    11
    Zuführweg zur Zuführung des Füllguts zum Füllelement
    12
    Füllventilkanal
    13
    Füllventilsitz
    14
    Volumenstrommessgerät bzw. Durchflussmesser
    15
    Ringspalt
    16
    Füllgutstrom
    17
    Luftstrom beim Entlüften
    FA
    Füllelementachse
    HS
    Hub-/Senkbewegung des Füllgutventilstempels
    S1, S2
    Stellbewegung
    SK1
    erster Füllgutschaltkanal
    SK2
    zweiter Füllgutschaltkanal

Claims (18)

  1. Füllvorrichtung (1) zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere mittels eines Freistrahlfüllverfahrens, aufweisend mindestens ein Füllelement (2) mit einem Füllventil (3), wobei das Füllventil (3) einen Füllventilkanal (12) und einen darin axial verschiebbaren Füllgutventilstempel (4) aufweist, der zumindest zwischen einer Schließstellung, einer Öffnungsstellung und einer Zwischenstellung gesteuert bewegbar ist, ferner aufweisend eine fluidisch mit dem Füllelement (2) verbundene Füllgutzuführleitung (10),
    dadurch gekennzeichnet, dass die Füllvorrichtung (1) eine Umschalteinrichtung (5) mit zumindest einem ersten und zumindest einem zweiten Füllgutschaltkanal (SK1, SK2) für das Füllgut umfasst, wobei dem ersten Füllgutschaltkanal (SK1) ein erstes Umschaltventil (6) zugeordnet ist und dem zweiten Füllgutschaltkanal (SK2) ein zweites Umschaltventil (7) zugeordnet ist, und wobei die Umschaltventile (6, 7) zum Schalten der Füllgutschaltkanäle (SK1, SK2) ausgebildet sind.
  2. Füllvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Füllgutschaltkanal (SK1) einen ersten Minimaldurchmesser aufweist und der zweite Füllgutschaltkanal (SK2) einen zweiten Minimaldurchmesser aufweist, wobei der erste Minimaldurchmesser vom zweiten Minimaldurchmesser verschieden ist.
  3. Füllvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Minimaldurchmesser größer ist als der zweite Minimaldurchmesser.
  4. Füllvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Minimaldurchmesser in einem Bereich von 6 mm bis 10 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 7 mm bis 9 mm liegt und besonders bevorzugt 8 mm beträgt.
  5. Füllvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Minimaldurchmesser in einem Bereich von 4 mm bis 8 mm, vorzugsweise in einem Bereich 6 mm bis 7 mm liegt und besonders bevorzugt 6,5 mm beträgt.
  6. Füllvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (5) ferner zumindest einen, den ersten und zweiten Füllgutschaltkanal (Sk1, SK2) verbindenden Bypasskanal (8, 9), vorzugsweise mehrere Bypasskanäle (8, 9), umfasst.
  7. Füllvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Bypasskanal (8, 9) einen Bypasskanaldurchmesser aufweist, der größer ist als der erste und/oder der zweite Minimaldurchmesser und insbesondere mindestens 8 mm beträgt.
  8. Füllvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (5) durch einen Ventilblock gebildet ist, der die Füllgutschaltkanäle (SK1, SK2) und die Umschaltventile (6, 7) umfasst.
  9. Füllvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (5) in der Füllgutzuführleitung (10) angeordnet ist.
  10. Füllvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltventile (6, 7) durch Schaltventile gebildet sind, die jeweils zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung schaltbar sind und die insbesondere individuell und/oder unabhängig voneinander schaltbar sind.
  11. Füllvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, wobei die Umschalteinrichtung (5) und das Füllventil (3) mit der Steuereinrichtung kommunizierend verbunden sind.
  12. Füllvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (5) derart ausgebildet ist, dass in Schließstellung des ersten und zweiten Umschaltventils (6, 7) ein Zuführweg (11) zur Zuführung des Füllguts zum Füllelement (2) vollständig verschlossen ist, derart, dass die Zuführung von Füllgut zum Füllelement (2) vollständig unterbrochen ist.
  13. Füllvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllventil (3) einen Füllventilsitz (13) umfasst und dass der in dem Füllventilkanal (12) axial bewegbar angeordnete Füllgutventilstempel (4) derart mit dem Füllventilsitz (13) zusammenwirkt, dass in der Zwischenstellung im Füllventilkanal (12) ein Ringspalt (15) gebildet ist.
  14. Füllvorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgutventilstempel (4) im Bereich seines mit dem Füllventilsitz (13) zusammenwirkenden Endes mehrere entlang einer Füllventilachse (FA) aneinander anschließende Abschnitte aufweist, wobei der Füllgutventilstempel (4) insbesondere zumindest einen sich zu einem freien Ende (4') des Füllgutventilstempels (4) hin verjüngenden, konischen Öffnungsabschnitt (4.1), zumindest einen sich in axialer Richtung an den konischen Endabschnitt (4.1) anschließenden zylindrischen Ringspaltabschnitt (4.2) und wenigstens einen sich in axialer Richtung an den zylindrischen Ringspaltabschnitt (4.2) anschließenden konischen Schließabschnitt (4.3) aufweist.
  15. Füllmaschine mit einem Füllgutkessel und mehreren Füllpositionen, wobei zumindest eine, vorzugsweise mehrere, insbesondere jede der Füllpositionen zumindest eine Füllvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei die Füllgutzuführleitung (10) der jeweiligen Füllvorrichtung (1) fluidisch mit dem Füllgutkessel verbunden ist.
  16. Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung einer Füllvorrichtung (1) zum Befüllen von Behältern nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei zum Verändern einer Füllgeschwindigkeit des Füllguts mindestens eines der beiden Umschaltventile (6, 7) der Füllvorrichtung (1) geschaltet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zum Befüllen eines Behälters mit einer ersten Füllgeschwindigkeit das zweite Umschaltventil (7) geöffnet und das erste Umschaltventil (6) geschlossen wird, zum Befüllen eines Behälters mit einer zweiten Füllgeschwindigkeit das erste Umschaltventil (6) geöffnet und das zweite Umschaltventil (7) geschlossen wird und zum Befüllen eines Behälters mit einer dritten Füllgeschwindigkeit beide Umschaltventile (6, 7) geöffnet werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter zunächst mit der ersten Füllgeschwindigkeit, dann mit der zweiten Füllgeschwindigkeit und anschließend mit der dritten Füllgeschwindigkeit mit dem Füllgut befüllt wird, wobei die erste Füllgeschwindigkeit kleiner ist als die zweite Füllgeschwindigkeit und die zweite Füllgeschwindigkeit kleiner ist als die dritte Füllgeschwindigkeit.
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