WO2005019090A1 - Gegendruck-füllvorrichtung und verfahren zum gegendruckfüllen - Google Patents

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filling
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PCT/EP2004/008919
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Thomas Ricker
Thomas Weber
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Krones Ag
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    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/281—Profiled valve bodies for smoothing the flow at the outlet of the filling nozzle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B67C3/2608—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks comprising anti-dripping means
    • B67C3/2611—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks comprising anti-dripping means to prevent dripping from sources other than the filling product, e.g. deflectors for vapours condensed on the outer surface of the filling device

Definitions

  • the invention relates to a back pressure filling device according to the preamble of claim 1 and a method for back pressure filling according to the preamble of claim 11.
  • a filling device known from DE 4 312 367 A can be switched between a filling mode under atmospheric pressure (for still drinks) and a counter-pressure filling mode (for impregnated drinks, for example drinks containing CO 2 ).
  • a filling mode under atmospheric pressure for still drinks
  • a counter-pressure filling mode for impregnated drinks, for example drinks containing CO 2 .
  • a filling mode under atmospheric pressure either a long tube is inserted into the filler neck, which is inserted through the bottle mouth, which is not sealed when filling, to the bottom of the bottle, or a full-jet cone is used as a closing element to fill unsealed beverage cans with a free full jet , The cone is adjusted between a filling and a closed position by an actuator.
  • the bottle mouth is sealed in a centering bell and at the same time a hollow short tube that extends the closing cone is inserted up to just below the bottle neck.
  • the impregnated beverage is filled in a jet with an annular cross-section on the outside along the short tube and on the inside along the bottle neck, the short tube carrying an end-side cone for bringing the beverage to the bottle wall.
  • rinsing is carried out, if necessary, and a superatmospheric pressure preload is generated until the closing element is finally opened and the jet begins to flow.
  • the filling ends as soon as that defined by means of a dosing chamber Beverage volume has entered and the locking cone has been closed.
  • the back gas under pressure from the bottle is discharged through the short pipe.
  • the back pressure mode manifests the knowledge practiced so far when filling impregnated drinks, e.g. Because of the tendency to froth, the impregnated beverage is guided under an overpressure along a flow guiding element which engages in the bottle and, as it were, leads the return gas out of the core of the hollow jet. In contrast, filling with a free full jet and without the jet guiding element engaging in the bottle has not been considered at all in impregnated beverages.
  • a directed full jet of a non-impregnated beverage is generated by cooperating conical surfaces in the filler neck and on the closing element.
  • the invention has for its object a back pressure filling device of the type mentioned and a Specifying methods for counterpressure filling of bottles with impregnated beverages, in which a high filling rate can be achieved with little expenditure on equipment.
  • the sealing arrangement provides the seal required to pretension the interior of the bottle for the filling process, e.g. a preload pressure or counter pressure of approx. 3 to 4 bar is generated. Since the free full jet passes through the bottle neck without contact and is directed towards the bottom of the bottle, the return gas can easily pass the full jet to the fluid channel, which allows the return gas to flow from the outside of the filler neck in a pressure-controlled manner without disturbing the inflow of the full jet.
  • the filling process runs very harmoniously against the pressure cushion of the tension gas above.
  • the filling process is expediently ended by means of a voluraetric measuring device or a mass flow measuring device as soon as the desired filling level has been reached or a desired filling volume has been filled.
  • the free full jet is allowed to run in contactlessly through the bottle neck to the bottle bottom, the return gas being discharged in a controlled manner predominantly on the outside along the full jet, without the largely laminar one Disrupt full jet.
  • Flow path from the filling supports to the bottle bottom is under the pre-tensioning pressure, which is only reduced after the filling has been completed. In this way, an extraordinarily high filling rate can also be achieved for heavily impregnated beverages.
  • the counter-pressure filling device can of course be used at any time to fill non-impregnated beverages with the full jet into unsealed bottles, even without any significant conversion measures. Incidentally, this is a significant advantage of the counterpressure filling device according to the invention, because time-consuming and labor-intensive changes are largely eliminated if a non-impregnated beverage has to be filled instead of an impregnated beverage, and vice versa.
  • the cross section of the free full jet should be between approximately 35% and 70%, preferably approximately 45% to 50%, of the inner cross section of the bottle neck. In this way, on the one hand, a contact with the inside wall of the bottle neck that disturbs the jet can be reliably ruled out, and, on the other hand, a sufficiently large cross section is kept free for discharging the return gas.
  • the full jet can also be round in a round bottle neck, this does not preclude choosing a different cross-sectional shape for the full jet.
  • the sealing arrangement is expediently arranged in a centering bell for the bottle mouth which is concentric with the filler neck.
  • the centering bell ensures that the bottle neck and bottle mouth are exactly on the outlet of the filler neck are aligned and the full jet does not contact the inside wall of the bottle neck.
  • a closing sealing element on the full jet cone creates a reliable hermetic seal in the closed position, e.g. an o-ring.
  • the centering bell has a retaining ring for the sealing arrangement, which is detachably attached to the housing. If, for example, a change is made to filling a non-impregnated beverage, the retaining ring or the centering bell with the sealing arrangement can be removed quickly and conveniently.
  • the ring seal is also clamped between the retaining ring and a support ring, which has a passage larger than the outlet opening of the filler neck, so that it does not obstruct the full jet.
  • the support ring can be used to limit an annular chamber around the mouth of the filler neck, which communicates with the fluid channel in order to discharge the return gas without problems.
  • the fluid channel leads to a pressure control system with at least one control valve.
  • This control valve precisely controls the back pressure in the bottle.
  • the full jet cone is coupled within a filling chamber to a linear actuator via a shaft at least maintains the closed position and may be used to end the filling process or to start the filling process, if the back pressure control should not be used for this purpose. If necessary, the full jet cone is acted upon by a closing spring in the closing direction.
  • Pressurizing surfaces can be provided on the full jet cone and can be coordinated with one another in such a way that at least the start of the filling process can be precisely controlled by the pressure control.
  • the free full jet is aligned at least approximately coaxially to the bottle neck axis so that it maintains the same distance from the inside wall of the bottle neck on all sides and is fanned out evenly and centrally on all sides of the bottle base ,
  • the full jet should also be formed with a cross section that is between approximately 35 and 70% of the inner cross section of the false neck, preferably approximately 45 to 50%.
  • the full jet is formed by means of at least one cone section in the filler neck and by the full jet cone in its filling position.
  • FIG. 1 is a schematic partial sectional view of a back pressure filling device, before a filling process for a carbonated beverage
  • FIG. 2 shows the back pressure filling device according to FIG. 1 during a filling process
  • FIG. 3 shows the filling device according to FIG. 1 before a filling process for a non-impregnated beverage in a first embodiment
  • FIG. 4 shows the filling device according to FIG. 1 during a filling process for a non-impregnated beverage in a second embodiment.
  • counter pressure filling device G is prepared for a counter pressure filling mode in order to fill bottles F in a metered manner with an impregnated drink B held in a container 27 under pressure.
  • An impregnated drink is to be understood here as a drink that is mixed with CO 2 , 0 2 , N 2 or a similar gas or mixed gas, typically beer.
  • the counter-pressure filling device G can, however, also be conveniently and quickly switched to filling non-impregnated beverages, such as still mineral water, milk or the like, without counter-pressure.
  • Each bottle F to be filled has a bottle neck 1 with an overhead, here circular bottle mouth 2 and a bottle bottom 3, which, for example, centrally is bombed.
  • the inside diameter D of the bottle neck 1 and the bottle mouth 2 is, for example, 21 mm.
  • the bottle F is gripped by a holding and pressing device 4, for example on the bottle neck 1 under a support ring, and raised from a position shown in FIG. 1 below a housing 5.
  • a filling chamber 6 is formed in the housing 5, in which a closing element V is arranged such that it can be moved vertically.
  • the filling chamber 6 has at least one lower cone section 7, which is transferred into the actual filler neck 8 opening on the underside of the housing 5.
  • a centering bell is releasably attached concentrically to the mouth of the filler neck 8.
  • the centering bell consists of a support ring 9 which bears against the housing 5 and is possibly sealed on the housing and which delimits an annular chamber K around the mouth of the filler neck 8, and a retaining ring 10 which is detachable
  • the sealing arrangement 11 is, for example, a profiled sealing ring made of elastomeric material with an inner opening larger than the mouth of the filler pipe.
  • the support ring 9 also has a through opening which is larger than the mouth of the filler neck 8.
  • the closing element V is designed as a full jet cone 12, which cooperates with the cone section 7 and carries a u-side seal 16, for example an O-ring.
  • the full-jet cone 12 is coupled to a linear actuator 14 via a shaft 13 and, if appropriate, can be acted upon by an opening spring.
  • From the filling chamber 6 leads a feed channel 15 to the pressure container 27.
  • the filling channel 15, in the embodiment shown, passes through a volumetric measuring device M, via which, for example, the linear actuator 14 is actuated to close as soon as the predetermined dose has been filled.
  • a fluid channel 17 runs in the housing 5 to the annular chamber K, the mouth of the fluid channel 17 in the annular chamber K being placed outside the mouth of the filler neck 8.
  • the fluid channel 17 leads to a control device S with at least one control valve 18 to 22.
  • the control system is also connected to a purge gas, relief or return gas channel 23 and to a separate biasing channel 24.
  • the control valve 18 is used to set a fast Einkam-er filling mode, and alternatively also as a bias valve via the fluid channel 17 into the bottle F brought in FIG. 2 by the pressing device 4 into sealing contact with the sealing arrangement 11.
  • the control valve 19 is used to control a slow single-chamber filling mode, and alternatively also as a preload valve.
  • the control valve 20 is a purge gas, relief, or clean gas valve.
  • the control valve 21 is used to control a fast multi-chamber filling mode.
  • the control valve 22 is finally used to set a slow multi-chamber filling mode.
  • the bottle F is filled with the impregnated beverage B from the pressure container 27 via the filling line 15 and the filling chamber 6 under back pressure.
  • the raised full jet cone 12 with the cone section 7 generates a straight and free full jet which emerges from the mouth of the filler neck 8 coaxially to the bottle axis and passes through the centering bell and the bottle mouth 2 and the bottle neck 1 without contact and directly to Bottom 3 is directed.
  • the free full jet ST has an outer diameter d which, compared to the example inner diameter D of the bottle neck 1 of approximately 21 mm, is between approximately 14 and 15 mm.
  • the cross section of the full jet ST which is round here, corresponds to between approximately 35% and 70%, preferably between approximately 45% and 50%, of the internal cross section of the bottle neck 1 and the bottle mouth 2.
  • a flow path W for return gas E is kept clear, which enters the annular chamber K and then flows out through the fluid passage 17 via the opened control valves 21, 22 into the purge gas, relief or return gas channel 23 , a back pressure of, for example, 3 to 4 bar being maintained in the bottle F.
  • the filling process is ended by actuating the linear actuator 14 and adjusting the full-jet cone 12 to the closed position.
  • the filling process is initiated in that after the bottle mouth 2 is pressed against the sealing arrangement 11 via the fluid channel 17 by opening the biasing valve 18, 19, the counterpressure of 3 to 4 bar in the bottle F is built up from the biasing channel 24.
  • the closing element V has a closing pressure application area which can be acted upon by the filling pressure of the beverage B, and an opening pressure application area which can be acted on by the prestressing pressure in the annular chamber K.
  • the opening pressure area is larger than the closing pressure area, for example because of the shaft 13.
  • the full jet cone 12 is raised and the full jet begins to flow.
  • the bottle can be rinsed via the fluid channel 17 before a filling process are, as can be done by opening the valve 20 after completion of the filling process.
  • the fluid passage 17 can be used to clean the counter-pressure filling device, in which case a cover cap is then installed instead of the retaining ring 10.
  • the linear actuator can force open after a period of time sufficient for the pretension.
  • the counterpressure filling device G according to FIGS. 1 and 2 is to be switched over for filling non-impregnated beverages, then only the centering bell needs to be removed, i.e. the retaining ring 10 with the support ring 9 and the sealing arrangement 11. Furthermore, in addition or instead, the pressing device 4 can be changed over to a different stroke path or to a different end position, because then no sealing contact at the bottle mouth 2 is required for filling with the full jet ST. If desired, however, a non-impregnated beverage can be filled without conversion with sealing contact and back pressure.
  • FIG. 3 shows how the filling device G according to FIG. 1 is switched to the filling of a non-impregnated drink.
  • the upper end position of the holding and pressing device 4 is set so that the bottle mouth 2 in its filling position with a small distance of z. B. is about 5 mm below the retaining ring 10 of the centering bell.
  • This height position is indicated by the dash-dotted line 25.
  • This is achieved, for example, by snapping a slotted, elastic spacer sleeve 26 onto the piston rod of the Lifting cylinder 28.
  • the spacer sleeve 26 acts as a stop for the pneumatically raised lifting cylinder 28, after which it is released by the lowering curve 29 which acts only in the inlet and outlet area of the filling machine.
  • the bottle mouth 2 thus has no contact with the sealing arrangement 11 during the actual filling process, but is in communication with the atmosphere.
  • the air displaced when the full jet ST enters the bottle 3 therefore escapes directly into the environment.
  • FIG. 4 shows a further possibility of how the filling device G according to FIG. 1 is to be switched over to the filling of a non-impregnated beverage.
  • the centering bell consisting of support ring 9, retaining ring 10 and sealing arrangement 11 has been completely removed after loosening the fastening screws or a suitable quick-release fastener, so that the filler neck 8 is exposed.
  • the upper end position of the lifting cylinder 28 with the holding device 4 is fixed in such a way that the bottle mouth 2 in the filling position is a few mm away from the underside of the Has housing 5.
  • This can e.g. B. by the use of appropriate spacers 26 or by a corresponding design of the upper end position of the lifting cylinder 8.
  • the centering bell is used, the stroke is sufficient to press the bottle mouth 2 against the sealing arrangement 11 with sufficient pressure. In this case too, a simple, quick changeover is possible by removing or inserting the centering bells.

Abstract

Bei einer Gegendruck-Füllvorrichtung (G) zum Füllen von Flaschen (F) mit imprägnierten Getränken (B) aus einem mit einem Schliesselement (V) zusammenwirkenden Füllstutzen (8) und einer Dichtanordnung (11) für die Flaschenmündung (2) ist das Schliesselement (V) ein Vollstrahl-Kegel (12) zum Erzeugen eines berührungslos durch den Flaschenhals (1) bis auf den Flaschenboden (3) gerichteten Vollstrahls (ST) des imprägnierten Getränks, dessen Querschnitt einen vorbestimmten Anteil des Innenquerschnitts des Flaschenhalses entspricht und mit dem Flaschenhals einen Rückgasweg (W) begrenzt, und mündet ausserhalb des Füllstutzens und innerhalb der Dichtanordnung ein Fluidkanal (17) zumindest für Rückgas (E). Beim Füllen wird aus dem imprägnierten Getränk ein freier Vollstrahl (ST) gebildet und berührungslos durch den Flaschenhals (1) bis auf den Flaschenboden (3) gerichtet, während das Rückgas (E) aussen zwischen dem Vollstrahl und dem Flaschenhals und ausserhalb des Füllstutzens (8) abgeführt wird.

Description

Gegendruck-Füll orrichtung und Verfahren zum Gegendruckfüllen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Gegendruck-Füllvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Gegendruckfüllen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Eine aus DE 4 312 367 A bekannte Füllvorrichtung lässt sich zwischen einem Füllmodus unter Atmosphärendruck (für stille Getränke) und einem Gegendruck-Füllmodus (für imprägnierte, z.B. C02-haltige Getränke) umstellen. Zum Füllen unter Atmosphärendruck wird entweder in den Füllstutzen ein Langrohr eingesetzt, das durch die beim Füllen nicht abgedichtete Flaschenmündung bis nahe zum Flaschenboden eingeführt wird, oder es wird mit einem Vollstrahl-Kegel als Schließelement gearbeitet, um nicht abgedichtete Getränkedosen mit einem freien Vollstrahl zu füllen. Der Kegel wird durch einen Aktuator zwischen einer Füll- und einer Schließstellung verstellt. Zum Gegendruckfüllen wird die Flaschenmündung in einer Zentrierglocke abgedichtet und gleichzeitig ein den Schließkegel verlängerndes, hohles Kurzrohr bis knapp unterhalt des Flaschenhalses eingeführt. Das imprägnierte Getränk wird in einem Strahl mit kreisringförmigem Querschnitt außen entlang des Kurzrohres und innen entlang des Flaschenhalses eingefüllt, wobei das Kurzrohr einen endseitigen Kegel zum Heranführen des Getränks an die Flaschenwandung trägt. Vor dem Beginn des Füllens wird gegebenenfalls gespült und eine überatmosphärische Druckvorspannung erzeugt, bis das Schließelement schließlich geöffnet wird und der Strahl zu strömen beginnt. Das Befullen endet, sobald das mittels einer Dosierkammer definierte Getränkevolumen eingelaufen und der Schließkegel geschlossen worden ist. Das unter Gegendruck stehende Rückgas aus der Flasche wird durch das Kurzrohr abgeführt.
Der Gegendruckmodus manifestiert die bisher beim Abfüllen imprägnierter Getränke durchgehend praktizierte Kenntnis, u.a. wegen der Neigung zum Aufschäumen das imprägnierte Getränk unter Oberdruck entlang eines in die Flasche eingreifenden Strömungsleitelements zu führen und das Rückgas sozusagen im Kern des hohlen Strahls herauszuführen. Hingegen wurde bisher ein Füllen mit einem freien Vollstrahl und ohne in die Flasche eingreifendes Strahlführelement bei imprägnierten Getränken überhaupt nicht in Betracht gezogen. Bei einem aus EP 0 559 513 A bekannten Abfüllstutzen wird durch zusammenarbeitende Konusflächen im Füllstutzen und am Schließelement ein gerichteter Vollstrahl aus einem nicht imprägnierten Getränk erzeugt. Bei einer aus WO 00/58198 bekannten Vollstrahl-Füllvorrichtung für nicht imprägnierte Getränke sind unterhalb des Auslasses des Füllstutzens keine Abdichteinrichtungen vorgesehen. Ein zur Außenseite der Mündung des Füllstutzens führender Fluidkanal dient zur Reinigung der FüllVorrichtung.
Bisher wurde beim Füllen von Flaschen mit imprägnierten Getränken stets davon ausgegangen, dass ein freier Vollstrahl für diese Getränketypen vollständig ungeeignet wäre, obwohl der Vollstrahl eine wünschenswert hohe Füllrate ermöglicht. Ein Grund für dieses Vorurteil liegt in der Neigung imprägnierter Getränke zum Aufschäumen und im Problem der Abfuhr des verdrängten oder freigesetzten Rückgases.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gegendruck- FüllVorrichtung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Gegendruckfüllen von Flaschen mit imprägnierten Getränken anzugeben, bei denen mit apparativ geringem Aufwand eine hohe Füllrate erzielbar ist.
Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Verfahrensanspruchs 11 gelöst.
Da der Vollstrahl-Kegel mit dem Füllstutzen einen Vollstrahl aus dem imprägnierten Getränk bildet, der berührungslos durch den Flaschenhals bis auf den Flaschenboden gerichtet ist, wird mit apparativ geringem Aufwand eine sehr hohe Füllrate auch für imprägnierte Getränke erzielt. Die Dichtanordnung sorgt für die zum Vorspannen des Innenraums der Flasche für den Füllvorgang erforderliche Abdichtung, wobei z.B. ein Vorspanndruck bzw. Gegendruck von ca. 3 bis 4 bar erzeugt wird. Da der freie Vollstrahl den Flaschenhals berührungslos durchsetzt und auf den Flaschenboden gerichtet ist, kann das Rückgas problemlos am Vollstrahl vorbei zum Fluidkanal gelangen, der das Rückgas von außerhalb des Füllstutzens druckgesteuert abströmen lässt, ohne das Einlaufen des Vollstrahls zu stören. Da der Vollstrahl direkt auf den Flaschenboden auftrifft und gleichmäßig aufgefächert wird, läuft der Füllvorgang sehr harmonisch gegen das Druckkissen des darüberliegenden Spanngases ab. Der Füllvorgang wird zweckmäßig mittels einer voluraetrischen Messvorrichtung oder einer Masse-Durchfluss-Messvorrichtung beendet-, sobald der gewünschte Füllstand erreicht oder ein gewünschtes Füllvolumen eingefüllt ist.
Verfahrensgemäß wird der freie Vollstrahl berührungslos durch den Flaschenhals bis zum Flaschenboden einlaufen gelassen, wobei das Rückgas vorwiegend außen entlang des Vollstrahls gesteuert abgeführt wird, ohne den weitgehend laminaren Vollstrahl zu stören. Es kommt zu keiner nennenswerten
Aufschäumwirkung, da das imprägnierte Getränk entlang seines
Strömungspfades vom Füllstützen bis zum Flaschenboden unter dem Vorspanndruck steht, der erst nach Beendigung der Füllung abgebaut wird. Auf diese Weise lässt sich auch für stark imprägnierte Getränke eine außerordentlich hohe Füllrate erzielen.
Es liegt auf der Hand, dass die Gegendruck-Füllvorrichtung natürlich auch ohne nennenswerte Umbaumaßnahmen jederzeit zum Abfüllen nicht imprägnierter Getränke mit dem Vollstrahl in nicht abgedichtete Flaschen nutzbar ist. Dies ist im übrigen ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Gegendruck- Füllvorrichtung, weil zeit- und arbeitsintensive Umstellungen weitgehend entfallen, wenn anstelle eines imprägnierten Getränks ein nicht imprägniertes Getränk abgefüllt werden muss, und umgekehrt.
Der Querschnitt des freien Vollstrahls sollte zwischen etwa 35 % und 70 %, vorzugsweise etwa 45 % bis 50 %, des Innenquerschnitts des Flaschenhalses betragen. Auf diese Weise lässt sich einerseits ein den Strahl störender Kontakt mit der Innenwand des Flaschenhalses sicher ausschließen, und wird andererseits ein genügend großer Querschnitt zum Abführen des Rückgases freigehalten. Obwohl bei einem runden Flaschenhals der Vollstrahl zweckmäßig ebenfal-ls rund sein kann, schließt dies nicht aus, eine andere Querschnittsform für den Vollstrahl zu wählen.
Die Dichtanordnung wird zweckmäßig in einer zum Füllstutzen konzentrischen Zentrierglocke für die Flaschenmündung angeordnet. Die Zentrierglocke stellt sicher, dass der Flaschenhals und die Flaschenmündung exakt auf den Auslass des Füllstutzens ausgerichtet sind und der Vollstrahl die Innenwand des Flaschenhalses nicht kontaktiert.
Ein Schließdichtelement am Vollstrahl-Kegel stellt in der Schließposition eine zuverlässige hermetische Abdichtung her, z.B. ein O-Ring.
Montagetechnisch günstig weist die Zentrierglocke einen Haltering für die Dichtanordnung auf, der lösbar am Gehäuse angebracht ist. Wird beispielsweise zum Abfüllen eines nicht imprägnierten Getränks umgestellt, dann kann der Haltering bzw. die Zentrierglocke mit der Dichtanordnung rasch und bequem entfernt werden.
Montagetechnisch günstig wird ferner die Ringdichtung zwischen dem Haltering und einem Stützring eingespannt, der einen Durchgang größer als die Auslassδffnung des Füllstutzens aufweist, damit er den Vollstrahl nicht behindert. Ferner lässt sich der Stützring nutzen, um um die Mündung des Füllstutzens eine Ringkammer zu begrenzen, die mit dem Fluidkanal kommuniziert, um das Rückgas problemlos abzuführen.
Um eine einwandfreie Dichtung zu erzielen, empfiehlt es sich, zwischen dem Stützring und dem Gehäuse ebenfalls eine Dichtung vorzusehen.
Der Fluidkanal führt zu einem Drucksteuersystem mit zumindest einem Steuerventil . Dieses Steuerventil steuert exakt den Gegendruck in der Flasche.
Der Vollstrahl-Kegel ist innerhalb einer Füllkammer über einen Schaft mit einem Linear-Aktuator gekoppelt, der zumindest die Schließstellung hält und gegebenenfalls zum Beenden des Füllvorgangs oder zum Anlassen des Füllvorgangs benutzt wird, falls nicht die Gegendrucksteuerung für diesen Zweck benutzt werden sollte. Gegebenenfalls wird der Vollstrahl-Kegel durch eine Schließfeder in Schließrichtung beaufschlagt .
Am Vollstrahl-Kegel können Druckbeaufschlagungsflächen vorgesehen und so aufeinander abgestimmt sein, dass zumindest der Beginn des Füllvorgangs durch die Drucksteuerung genau gesteuert werden kann.
Bei der Durchführung des Füllverfahrens ist es wichtig, dass der freie Vollstrahl zumindest in etwa koaxial zur Flaschenhalsachse ausgerichtet wird, so dass er im wesentlichen nach allen Seiten den gleichen Abstand zur Innenwand des Flaschenhalses einhält und auch am Flaschenboden zentral nach allen Seiten und gleichmäßig aufgefächert wird.
Verfahrensgemäß soll ferner der Vollstrahl mit einem Querschnitt gebildet werden, der zwischen etwa 35 und 70 % des Innenquerschnittes des Falschenhalses beträgt, vorzugsweise etwa 45 bis 50 %.
Um eine saubere laminare Strömung im Vollstrahl und so wenig Randablösungen wie möglich zu erzeugen, wird der Vollstrahl mittels wenigstens eines Konusabschnitts im Füllstutzen und durch den Vollstrahl-Kegel in dessen Füllposition gebildet.
Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Gegendruck-FüllVorrichtung, vor einem Füllvorgang für ein karbonisiertes Getränk,
Fig. 2 die Gegendruck-Füllvorrichtung nach Fig. 1 während eines Füllvorgangs,
Fig. 3 die Füllvorrichtung nach Fig. 1 vor einem Füllvorgang für ein nicht imprägniertes Getränk in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 4 die Füllvorrichtung nach Fig. l während eines Füllvorgangs für ein nicht imprägniertes Getränk in einer zweiten Ausführungsform.
Eine in den Fig. 1 und 2, teilweise im Schnitt, angedeutete Gegendruck-Füllvorrichtung G ist für einen Gegendruck- Füllmodus vorbereitet, um Flaschen F dosiert mit einem imprägnierten, in einem Behälter 27 unter Druck bereitgehaltenen Getränk B zu füllen. Unter einem imprägnierten Getränk ist hier ein Getränk zu verstehen, das mit C02, 02, N2 oder einem ähnlichen Gas oder Mischgas versetzt ist, typischerweise Bier.
Die Gegendruck-Füllvorrichtung G lässt sich jedoch bequem und rasch auch umstellen auf das Abfüllen nicht imprägnierter Getränke wie beispielsweise stilles Mineralwasser, Milch oder dergleichen, ohne Gegendruck.
Jede zu befüllende Flasche F weist einen Flaschenhals 1 mit einer obenliegenden, hier kreisringförmigen Flaschenmündung 2 und einem Flaschenboden 3 auf, der, beispielsweise zentral bombiert ist. Der Innendurchmesser D des Flaschenhalses 1 und der Flaschenmündung 2 beträgt beispielsweise 21 mm.
Zum Befullen wird die Flasche F von einer Halte- und Andrückvorrichtung 4, beispielsweise am Flaschenhals 1 unter einem Tragring, ergriffen und aus einer in Fig. 1 gezeigten Lage unterhalb eines Gehäuses 5 angehoben.
Im Gehäuse 5 ist eine Füllkammer 6 ausgebildet, in der ein Schließelement V höhenbeweglich angeordnet ist. Die Füllkammer 6 besitzt wenigstens einen unteren Konusabschnitt 7, der in den eigentlichen, an der Unterseite des Gehäuses 5 mündenden Füllstutzen 8 übergeführt ist. An der Unterseite des Gehäuses 5 ist eine Zentrierglocke konzentrisch zur Mündung des Füllstutzens 8 lösbar angebracht. Die Zentrierglocke besteht aus einem am Gehäuse 5 anliegenden, gegebenenfalls am Gehäuse abgedichteten, Stützring 9, der um die Mündung des Füllstutzens 8 eine Ringkammer K begrenzt, und einem Haltering 10 , der mit lösbaren
Befestigungselementen, z. B. Schrauben eine Dichtanordnung 11 gegen den Stützring 9 spannt. Die Dichtanordnung 11 ist beispielsweise ein profilierter Dichtring aus elastomerem Material mit einer Innenδffnung größer als die Mündung des Füllstut ens . Auch der Stützring 9 besitzt eine Durchgangsöffnung, die größer ist als die Mündung des Füllstutzens 8.
Das Schließelement V ist als Vollstrahl-Kegel 12 ausgebildet, der mit dem Konusabschnitt 7 zusammenarbeitet und eine u fangsseitige Dichtung 16, z.B. einen O-Ring, trägt. Der Vollstrahl-Kegel 12 ist über einen Schaft 13 mit einem Linear-Aktuator 14 gekoppelt, und kann, gegebenenfalls, durch eine Öffnungsfeder beaufschlagt sein. Von der Füllkammer 6 führt ein Zuführkanal 15 zum Druckbehälter 27. Der Füllkanal 15 durchsetzt, bei der gezeigten Ausführungsform, eine volumetrische MessVorrichtung M, über die beispielsweise der Linear-Aktuator 14 zum Schließen angesteuert wird, sobald die vorbestimmte Dosis abgefüllt worden ist. Im Gehäuse 5 verläuft ein Fluidkanal 17 zur Ringkammer K, wobei die Mündung des Fluidkanals 17 in der Ringkammer K außerhalb der Mündung des Füllstutzens 8 platziert ist. Der Fluidkanal 17 führt zu einer Steuervorrichtung S mit wenigstens einem Steuerventil 18 bis 22. Das Steuersystem ist ferner an einen Spülgas-, Entlastungs- oder Rückgaskanal 23 sowie an einen getrennten Vorspannkanal 24 angeschlossen.
Das Steuerventil 18 dient zum Einstellen eines schnellen Einkam er-Füllmodus, und alternativ auch als Vorspannventil über den Fluidkanal 17 in die in Fig. 2 durch die Andrückvorrichtung 4 in einen Dichtkontakt mit der Dichtanordnung 11 gebrachten Flasche F. Das Steuerventil 19 dient zum Einsteuern eines langsamen Einkammer-Füllmodus, und alternativ ebenfalls als Vorspannventil. Das Steuerventil 20 ist ein Spülgas-, Entlastungs-, oder Reingasventil. Das Steuerventil 21 dient zum Einsteuern eines schnellen Mehrkammer- üllmodus. Das Steuerventil 22 dient schließlich zum Einstellen eines langsamen Mehrkammer-Füllmodus .
In Fig. 2 wird die Flasche F mit dem imprägnierten Getränk B aus dem Druckbehälter 27 über die Füllleitung 15 und die Füllkammer 6 unter Gegendruck gefüllt. Beim Füllen erzeugt der angehobene Vollstrahl-Kegel 12 mit dem Konusabschnitt 7 einen geraden und freien Vollstrahl, der aus der Mündung des Füllstutzens 8 koaxial zur Flaschenachse austritt und die Zentrierglocke sowie die Flaschenmündung 2 und den Flaschenhals 1 berührungslos durchsetzt und direkt zum Flaschenboden 3 gerichtet ist. Der freie Vollstrahl ST hat einen Außendurchmesser d, der gegenüber dem beispielsweisen Innendurchmesser D des Flaschenhalses 1 von ca. 21 mm zwischen etwa 14 und 15 mm beträgt. Dies bedeutet, dass der Querschnitt des hier runden Vollstrahls ST zwischen etwa 35 % bis 70 , vorzugsweise zwischen etwa 45 % und 50 %, des Innenquerschnitts des Flaschenhalses 1 und der Flaschenmündung 2 entspricht. Zwischen dem Vollstrahl ST und der Innenwand des Flaschenhalses 1 wird ein Strömungsweg W für Rückgas E freigehalten, das in die Ringkammer K eintritt und dann durch den Fluiddurchgang 17 über die geöffneten Steuerventile 21, 22 in den Spülgas-, Entlastungs-, oder Rückgaskanal 23 abströmt, wobei ein Gegendruck von beispielsweise 3 bis 4 bar in der Flasche F aufrecht gehalten wird. Der Füllvorgang wird beendet, indem der Linear-Aktuator 14 betätigt wird und den Vollstrahl-Kegel 12 in die Schließposition verstellt.
Der Füllvorgang wird eingeleitet, indem nach Andrücken der Flaschenmündung 2 an die Dichtanordnung 11 über den Fluidkanal 17 durch Öffnen des Vorspannventils 18, 19 aus dem Vorspannkanal 24 der Gegendruck von 3 bis 4 bar in der Flasche F aufgebaut wird. Das Schließelement V hat eine durch den Fülldruck des Getränks B beaufschlagbare Schließdruckbeaufschlagungsflache, und eine durch den Vorspanndruck in der Ringkammer K beaufschlagbare Öffnungsdruckbeaufschlagungsflache. Die
Öffnungsdruckbeaufschlagungsflache ist, beispielsweise wegen des Schafts 13, größer als die Schließdruckbeaufschlagungs- flache. Sobald der Vorspanndruck den Schließdruck überwindet, wird der Vollstrahl-Kegel 12 angehoben und beginnt der Vollstrahl zu fließen. Vor einem Füllvorgang kann, falls erforderlich, die Flasche über den Fluidkanal 17 gespült werden, wie auch nach Abschluss des Füllvorgangs eine Entlastung durch öffnen des Ventils 20 erfolgen kann. Ferner kann der Fluiddurchgang 17 zum Reinigen der Gegendruck- Füllvorrichtung benutzt werden, wobei dann anstelle des Halteringes 10 eine Abdeckkappe montiert wird. Außerdem kann anstelle der automatischen Öffnung über die Druckbeaufschlagungsflächen am Vollstrahlkegel eine Zwangsöffnung durch den Linear-Aktuator nach Ablauf einer für die Vorspannung ausreichenden Zeitspanne erfolgen.
Soll die Gegendruck-Füllvorrichtung G nach der Fig. 1 und 2 zum Abfüllen nicht imprägnierter Getränke umgestellt werden, dann braucht nur die Zentrierglocke abgebaut zu werden, d.h. der Haltering 10 mit dem Stützring 9 und der Dichtanordnung 11. Ferner kann zusätzlich oder statt dessen die Andrückvorrichtung 4 auf einen anderen Hubweg oder zu einer anderen Endposition umgestellt werden, weil dann zum Abfüllen mit dem Vollstrahl ST kein Dichtkontakt an der Flaschenmündung 2 erforderlich ist. Falls gewünscht, kann jedoch auch ein nicht imprägniertes Getränk ohne Umrüstung mit Dichtkontakt und Gegendruck abgefüllt werden.
In Fig. 3 ist gezeigt, wie die Füllvorrichtung G nach Fig. 1 auf die Abfüllung eines nicht imprägnierten Getränks umgestellt ist. Hierzu ist die obere Endposition der Halte- und Andrückvorrichtung 4 so eingestellt, dass die Flaschenmündung 2 in ihrer Füllposition mit einem kleinen Abstand von z. B. ca. 5 mm unter dem Haltering 10 der Zentrierglocke steht. Diese Höhenposition ist durch die strichpunktierte Linie 25 angedeutet. Erreicht wird dies beispielsweise durch aufschnappen einer geschlitzten, elastischen Distanzhülse 26 auf die Kolbenstange des Hubzylinders 28. Die Distanzhülse 26 wirkt als Anschlag für den pneumatisch angehobenen Hubzylinder 28, nach dem dieser durch die nur im Ein- und Auslaufbereich der Füllmaschine wirkende Absenkkurve 29 freigegeben ist.
Die Flaschenmündung 2 hat somit während des eigentlichen Füllvorgangs keinen Kontakt mit der Dichtanordnung 11, sondern steht mit der Atmosphäre in Verbindung. Die beim Eintreten des Vollstrahls ST in die Flasche 3 verdrängte Luft entweicht daher unmittelbar in die Umgebung.
Da bei der vorbeschriebenen Einstellung der Füllvorrichtung G die Flaschenmündung 2 zu keiner Zeit in die Zentrierglocke eindringt, kann auf eine Hubbewegung der Flaschen F auch ganz verzichtet werden. Es ist lediglich dafür zu sorgen, dass die untere Endposition des Hubzylinders 28 mit der Halte- und Andrückvorrichtung 4 konstruktiv so ausgelegt ist, dass die Flaschenmündung 2 das Niveau 25 einnimmt, wenn der Hubzylinder 28 vollständig entlüftet ist. In diesem Falle ist bei einer Umstellung der Füllvorrichtung G von Gegendruckfüllen auf atmosphärisches Füllen lediglich eine Entlüftung aller Hubzylinder 28 erforderlich.
In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit gezeigt, wie die Füllvorrichtung G nach Fig. 1 auf die Abfüllung eines nicht imprägnierten Getränks umzustellen ist. Hier i-st die aus Stützring 9, Haltering 10 und Dichtanordnung 11 bestehende Zentrierglocke nach Lösen der Befestigungsschrauben oder eines geeigneten Schnellverschlusses vollständig entfernt worden, so dass der Füllstutzen 8 freiliegt. Die obere Endposition des Hubzylinders 28 mit der Haltevorrichtung 4 ist derart festgelegt, dass die Flaschenmündung 2 in der Füllposition einige mm Abstand von der Unterseite des Gehäuses 5 aufweist. Dies kann z. B. durch den Einsatz entsprechender Distanzhülsen 26 oder durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung der oberen Endposition des Hubzylinders 8 bewerkstelligt werden. Hierbei ist lediglich zu beachten, dass bei eingesetzten Zentrierglocken der Hub ausreicht, um die Flaschenmündung 2 mit ausreichendem Druck an die Dichtanordnung 11 anzupressen. Auch in diesem Falle ist somit eine einfache, schnelle Umstellung durch Abnehmen bzw. Einsetzen der Zentrierglocken möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Gegendruck-Füllvorrichtung (G) zum Füllen von Flaschen (F) mit imprägnierten Getränken (B) aus einem mit einem verstellbaren Schließelement (V) zusammenwirkenden Füllstutzen (8) , mit einer Dichtanordnung (11) zwischen dem Füllstutzen (8) und der von einer Andrückvorrichtung (4) mit ihrer Flaschenmündung (2) zumindest beim Vorspannen und beim Füllen in Dichtkontakt bringbaren Flasche (V) , dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (V) ein in jeder Position oberhalb der Flaschenmündung (2) positionierter Vollstrahl-Kegel (12) ist, der in der Füllposition mit dem Füllstutzen (8) einen berührungslos durch den Flaschenhals (1) bis auf den Flaschenboden (3) gerichteten Vollstrahl (ST) des imprägnierten Getränks (B) erzeugt, dessen Querschnitt einem vorbestimmten Anteil des Innenquerschnitts des Flaschenhalses (2) entspricht und im Flaschenhals (2) einen Rückgasweg (W) begrenzt, und dass ein Fluidkanal (17) zumindest für Rückgas (E) außerhalb des Füllstutzens (8) und innerhalb der Dichtanordnung (11) mündet.
2. Gegendruck-Füllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Vollstrahls (ST) zwischen 35 % und 70 %, vorzugsweise zwischen etwa 45 % und 50 %, des Innenquerschnitts des Flaschenhalses (2) entspricht, und dass, vorzugsweise, der Vollstrahl (ST) einen runden Querschnitt besitzt und zumindest in etwa koaxial zur Flaschenhalsachse gerichtet ist.
3. Gegendruck-Füllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtanordnung (11) in einer zum Füllstutzen (8) konzentrischen Zentrierglocke für die Flaschenmündung (2) angeordnet ist.
4. Gegendruck-Füllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollstrahl-Kegel (12) zur Zusammenarbeit mit einem Konusabschnitt (7) des Füllstutzens (8) ein Schließdichtelement (16) trägt, vorzugsweise einen O-Ring.
5. Gegendruck-FüllVorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierglocke einen an einem den Füllstutzen (8) enthaltenden Gehäuse (5) lösbar befestigten Haltering (10) für die als Ringdichtung ausgebildete Dichtanordnung (11) aufweist.
6. Gegendruck-Füllvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdichtung zwischen dem Haltering (10) und einem, vorzugsweise vom Haltering (10) getrennten, Stützring (9) eingespannt ist, und dass der Stützring (9) einen Durchgang größer als die Auslassöffnung des Füllstutzens (8) aufweist und mit dem Gehäuse (5) eine Ringkammer (K) begrenzt, in der wenigstens eine Mündung des Fluidkanals (17) angeordnet ist.
7. Gegendruck-Füllvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stützring (9) und dem Gehäuse (5) eine Dichtung vorgesehen ist.
8. Gegendruck-Füllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (17) zu einem Steuersystem (S) mit zumindest einem Steuerventil (18 bis 22) führt.
9. Gegendruck-Füllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollstrahl-Kegel (12) innerhalb einer Füllkammer (6) über einen Schaft (13) mit einem Linear-Aktuator (14) gekoppelt und, gegebenenfalls, durch eine, vorzugsweise in ihrer Vorspannung einstellbare, Feder beaufschlagt ist.
10. Gegendruck-Füllvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollstrahl-Kegel (12) mit seinem Schaft (13) in der Füllkammer (6) eine mit dem Druck des imprägnierten Getränks (B) in Schließrichtung beaufschlagbare Schließdruckfläche und der Ringkammer (K) zugeordnet eine mit einem Aufsteuerdruck beaufschlagbare Öffnungsdruckfläche aufweist, wobei, vorzugsweise, die Öffnungsdruckfläche größer ist als die Schließdruckfläche .
11. Verfahren zum Gegendruckfüllen von Flaschen (F) mit imprägnierten Getränken (B) , bei dem eine Flasche (F) mit ihrer Flaschenhalsmündung (2) in Dichtkontakt unter einem Füllstutzen (8) gehalten und Rückgas (E) aus der Flasche abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem imprägnierten Getränk (B) ein freier Vollstrahl (ST) gebildet und der Vollstrahl berührungslos 'durch den Flaschenhals (1) bis auf den Flaschenboden (3) gerichtet wird, und dass das Rückgas (E) außen zwischen dem Vollstrahl (ST) und dem Flaschenhals (1) und außerhalb des FüllStutzens (8) abgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Vollstrahl (ST) zumindest in etwa koaxial zur Flaschenhalsachse ausgerichtet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollstrahl (ST) mit einem zwischen etwa 35 % bis etwa 70 %, vorzugsweise etwa 45 % bis etwa 50 %, des freien Innenquerschnitts des Flaschenhalses betragenden Querschnitt und, vorzugsweise, einer Querschnittsform entsprechend der Querschnittsform des Flaschenhalses und der Flaschenmündung (2) gebildet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollstrahl (ST) mittels eines mit einem Konusabschnitt (7) des Füllstutzens (8) zusammenwirkenden Vollstrahl-Kegels (12) gebildet wird, und dass der Vollstrahl-Kegel (12) gesteuert zwischen Öffnungs- und Schließpositionen relativ zum Konusabschnitt (7) verstellt wird.
15. Füllvorrichtung (G) zum Füllen von Flaschen (F) mit Getränken aus einem mit einem verstellbaren Verschließelement (V) zusammenwirkenden Füllstützen (8) , wobei das Schließelement (V) ein in jeder Position oberhalb der Flaschenmündung (2) positionierter Vollstrahl-Kegel (12) ist, der in der Füllposition mit dem Füllstutzen (8) einen berührungslos durch den Flaschenhals (1) bis auf den Flaschenboden (3) gerichteten Vollstrahl (ST) des Getränks erzeugt, dessen Querschnitt kleiner ist als der Innenquerschnitt des Flaschenhalses (2) , dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Mündung des Füllstutzens (8) ein Fluidkanal (17) für Rückgas (E) mündet und dass die Füllvorrichtung (G) zwischen einer Gegendruck-Abfüllung, bei der die Flaschenmündung (2) mit einer den Füllstutzen (8) und den Fluidkanal (17) umschließenden Dichtanordnung (11) in Kontakt bringbar ist, und einer Atmosphärendruck- Abfüllung, bei der die Flaschenmündung (3) keinen Kontakt mit der Dichtanordnung (11) aufweist, umstellbar ist.
16. Füllvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umstellung durch Abnehmen bzw. Befestigen der Dichtanordnung (11) und/oder Verstellen des Hubs einer Haltevorrichtung (4) für die Flaschen (F) durchführbar ist.
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