WO2010112143A2 - Filling element for filling containers with a liquid product, filling machine and method for filling containers - Google Patents

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WO2010112143A2
WO2010112143A2 PCT/EP2010/001717 EP2010001717W WO2010112143A2 WO 2010112143 A2 WO2010112143 A2 WO 2010112143A2 EP 2010001717 W EP2010001717 W EP 2010001717W WO 2010112143 A2 WO2010112143 A2 WO 2010112143A2
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valve
container
speed
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Ludwig Clüsserath
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B67C3/04—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus without applying pressure

Definitions

  • the invention relates to a filling element according to the preamble of claim 1, to a filling machine according to the preamble of claim 9 and a method for filling bottles or similar containers according to the preamble of claim 12.
  • Filling elements for use in filling machines, in particular in filling machines of rotating design, in each of which a plurality of filling positions are formed on the circumference of a rotatable around a vertical machine axis rotatable rotor, each consisting of a filling element with an associated container carrier are known in different designs.
  • the filling elements have for the controlled discharge of the liquid contents into the respective container at least one liquid valve with a valve body which can be moved by an actuator between only two positions, namely between an open and a closed position.
  • liquid valves have a corresponding design of the actuating device and three possible switching states of the liquid valve, namely on the closed and fully open state and an additional, partially open state.
  • the respective liquid valve or the valve body are pneumatic or electromagnetic actuators that move the valve body of the liquid valve at high speed between the individual switching positions.
  • the disadvantage here is, inter alia, that there are very sudden and sudden changes in the volume flow of the filling material to be filled in this switching, which leads to pressure surges and very often associated with an undesirable foaming of the liquid product, with the result of a deterioration of the filling capacity (filled containers per unit time) of the filling machine.
  • Also known are methods in which the control of the filling machine in dependence on stored or stored container-specific filling curves, which reproduces the filling level in a container in dependence on the already filled into the container volume of the liquid filling material. Controlled or regulated in this method is not the filling speed, but the relative movement between the lower edge of a Langhellrohres and the respective container such that an undesirable, excessive immersion of the filling tube is avoided in the filling.
  • the object of the invention is to show a filling element which avoids these disadvantages and in particular also makes it possible, with high performance of a filling machine (high number of filled containers per time unit) to adhere to the type of container and / or the contents optimally adapted filling curve, which is defined for example by a container and / or product specific filling curve.
  • the respective filling speed (volume flow of the filling material per unit time) can be set and changed as desired, continuously or steplessly or essentially steplessly.
  • the change in the volume flow is effected, for example, by a stepless or substantially continuous change in the effective opening cross-section of the at least one liquid valve and / or a return gas valve arranged in a return gas path of the filling element, i. by a stepless or substantially stepless movement stroke of a valve body of the liquid valve or the return gas valve.
  • stepless or “essentially stepless” means first of all primarily and preferably continuously in the strict sense of the word, but also a change or adjustment in very small setting or changing steps, the number of setting or changing steps occurring between the two Exemptions "closed” and “open” are possible, is greater than ten and each setting or change steps, a change of the effective flow cross-section of the opened liquid valve or the open return gas valve causes, which corresponds to a maximum of 10% of the opening cross-section of the fully opened liquid valve or return gas valve.
  • the continuous adjustment or change of the liquid valve and / or the at least one return gas valve is effected by an electrically, pneumatically or hydraulically controllable actuating element, which is for example a piezoelectric motion element or actuator or another electrical, hydraulic or pneumatic linear drive ,
  • the filling rate of container or Greeigenschaften can also be dynamically adapted, for example, the container shape and / or contour of the containers used, even to the current, with the already filled contents constantly changing contour or cross-sectional area or surface of the Gregutober Design of the interior of the respective container, and / or to the foaming tendency or to the CO 2 concentration in the product or other Gugutparameter, so that even at high power of a filling machine foaming of the contents and also the associated oxygen uptake in the medium are at least minimized.
  • the control or regulation of the product charge speed is preferably carried out according to an optimized container and / or product specific filling curve, which determines the filling speed as a function of time.
  • filling processes with optimal accelerations and / or delays of the filling material with required changes of the filling speed are possible, in particular continuous adjustment of the volume flow of the filling material continuously or discontinuously with the already filled product volume changing surfaces of the filling material level.
  • the filling process can be designed with a slow filling at moderately increasing filling speed for covering the container bottom with the contents, with a gentle transition to the maximum filling speed in the cylindrical part of the respective container, with a gentle, preferably stepless reduction and / or adjustment of the filling speed in container areas with changing cross section and with a gentle transition to a slow filling phase for accurate compliance with the required filling level or capacity.
  • Fig. 1 in a schematic representation and in section a filling element of a filling system according to the invention
  • FIG. 2 shows a container or bottle-specific filling curve
  • FIG. 3 shows a schematic illustration and in section a filling element of a filling system according to the invention in a further embodiment
  • Fig. 4 in an enlarged partial view of the filling element of a filling system according to the
  • FIG. 5 shows a schematic illustration and in section a filling element of a filling system according to a further embodiment of the invention.
  • 1 is a filling element of a filling system of a filling machine, for example a filling machine of continuous design, which has a multiplicity of identical filling elements 1 for free-jet filling of containers or bottles 2 with a liquid filling material on the circumference of a rotor 3 which is rotatable about a vertical machine axis.
  • Each filling element 1 is associated with a container carrier 4, which forms a filling position 5 together with the filling element 1 and to which the respective bottle 2 is held suspended from a mouth flange 2.1 formed below the mouth of the bottle 2.1, at a distance from the underside of the filling element or at a distance from a local discharge opening. 6
  • the filling element 1 has a housing 7 with a liquid channel 8, in which at the bottom of the filling element 1 for forming the discharge opening 6 is used as a gas barrier element 9 and in its upper part via a line 10 with flow meter 11 to a boiler 12th the filling system or the filling machine is connected. While the boiler 12 is provided in common for all filling elements 1 or filling positions 5 of the filling machine, each filling element 1 is connected via a separate line 10 with its own flow meter 11 to the boiler 12.
  • a liquid valve 13 is provided, specifically for controlled delivery of the respective bottle 2 during the filling process as a free jet 14 inflowing filling material.
  • the liquid valve 13 consists essentially of a valve body 13.1, which cooperates with a valve seat formed by the inner surface of the liquid channel 8 and, inter alia, for opening and closing the liquid valve 13 in a vertical Greelementachse FA is movable up and down.
  • the actuation is effected by a pneumatic actuating device 15 which essentially consists of a cylinder 16 provided on the upper side of the housing 7 and a piston 17 with piston rod 18, which is connected to the valve body 13.1 at its lower end facing away from the piston 17.
  • a piston rod 18 enclosing compression spring 19 By a piston rod 18 enclosing compression spring 19, the actuator 15 and the valve body 13.1 are biased in an open position of the liquid valve 13.
  • a cylinder space 20 is formed within the cylinder 16, which is controlled to move the piston 17 against the action of the compression spring 19 and thus to move the valve body 13 in the closed position in the manner described in more detail below with the pressure of a Gaseous and / or vaporous fluids, for example, can be acted upon with compressed air.
  • the filling element 1 is further formed with a discharge opening 6 enclosing auxiliary or annular space 21 which is connected via a filling element side channel 22 to a common for all filling elements 1 of the filling system and the rotor 3 provided annular channel 23, for example for a CIP cleaning of the filling elements 1 and filling machine.
  • the cylinder chamber 20 is connected via an electrically controlled control valve to a source 26 for the pressurized gaseous or vaporous fluid.
  • a source 26 for the pressurized gaseous or vaporous fluid is connected to control the control and regulating valve 24.
  • an electrical An Kunststoff- or driver stage 25 is controlled by an electronic control unit 27.
  • valve body 13.1 can not only be moved between a fully closed and a fully opened state of the liquid valve 13 by the actuating device 15, but by appropriate control of the pressure in the cylinder chamber 20 the volume flow of the filling material flowing into the respective bottle 2 can be controlled continuously or between the value zero (closed state of the liquid valve 13) and a maximum value (completely opened state of the liquid valve 13).
  • Curve section 28.2 Fast filling at constant or maximum constant filling speed V and with fully opened liquid valve 13; Section 28.3 gentle reduction of the filling speed to a reduced filling speed V by increasing slowly closing the liquid valve 13;
  • Curve section 28.4 Remaining filling with constant or essentially constant, but reduced filling speed V; Curve section 28.5 gentle completion of the filling phase by slowly closing the liquid valve thirteenth
  • control of the respective control and regulating valve 24 and thus also the liquid valve 13 is effected by the control electronics 27 in dependence on the measuring signal of the flow meter 11 and in dependence on the bottle or container specific filling curve 28, which is stored in a main memory of the control electronics 27 and For example, before filling the bottles 2 of a certain bottle type from a database of the machine control is read into the main memory.
  • FIG. 3 shows, in a representation similar to FIG. 1, a filling element 1 a for pressure-filling containers in the form of bottles 2 with the liquid filling material, the respective bottle 2, which in turn is suspended on the container carrier 4, being in sealing position during filling with its bottle mouth 2.1 abuts against the filling element 1a in the region of the discharge opening 6.
  • the filling system is part of a filling machine, such as a filling machine of rotating design, in the a plurality of filling elements 1a is provided on the rotor 3, which is rotatable about the vertical axis of the machine.
  • the liquid-sigen filling material For the pressurized filling of the bottles 2 of the interior of the vessel 12 is partially filled with the liquid-sigen filling material, so that a ingested by the filling liquid space 12.1 and overlying a container filled with a pressurized inert gas, for example CO ⁇ gas headspace 12.2 is formed.
  • a pressurized inert gas for example CO ⁇ gas headspace 12.2
  • the liquid valve 13a which is essentially formed by valve body 13a.1, which interacts with a valve surface formed by the inner surface of the liquid channel 8 and is actuated by an actuating device 15a and the like. between a position closing the liquid valve 13a and a position completely opening this liquid valve in the direction of the Greelementachse FA is movable.
  • the valve body 13a.1 is provided on a return gas pipe 29, which serves as a valve tappet and is controlled by the actuator 15a to be controlled axially in the filler element axis FA.
  • a plurality of gas paths generally designated 30 in FIG. 3 are formed with control valves 31 and 32, via which a chamber 33 communicating with the upper end of the return gas pipe 29 can be connected to ring channels 34 and 35 in a controlled manner , which are provided together for all filling elements 1 a on the rotor 3a.
  • the annular channel 34 is connected to the gas space 12.2 of the boiler 12 and in particular also serves to bias the bottle 2 with inert gas from the gas space 12.2 when filling a bottle 2, ie at the beginning of the respective filling phase.
  • the annular channel 35 is used inter alia for discharging the inert gas, which in the pressure filling from the respective bottle by the inflowing medium is displaced and flows via the return gas channel 29 and serving as a return gas valve control valve 32 into the annular channel 35.
  • the filling rate i. the amount of product that flows per unit time of the bottle 2 during the filling phase controlled or regulated.
  • the control valve 32 is designed so that it not only has a fully open and a fully closed state, but is infinitely adjustable between these two extreme states with respect to the effective opening cross-section and thus with respect to the volume flow.
  • control of the control valve 32 is thus a control or regulation of the filling speed, for example, depending on the optimized bottle or container-specific filling curve 28 possible.
  • the control valve 32 is in turn pneumatically controllable.
  • a cylinder chamber 36 of an actuating element of the control valve 32 via a control and regulating valve 24a.1 with the gaseous or vaporous fluid under pressure, for example, compressed air providing source 26 is connected.
  • the liquid valve 13a is furthermore designed such that it permits stepless control or regulation of the volume flow between the open and the closed state, again by a corresponding adjustment or change in the opening cross section of the partially opened liquid valve 13a.
  • the pneumatically actuatable actuating device 15a consists of a ring piston 37 which is displaceable axially in a cylinder space of the housing 7 and is provided on the return gas pipe 29 and together with the return gas pipe 29 by a compression spring 38 surrounding the return gas pipe 29 is biased in a position opening the liquid valve 13a.
  • the annular piston 37 delimits a cylinder space 39, which can be acted upon by the pressure of the pressure source 26 in a controlled manner via a control and regulating valve 24a.2.
  • the two control valves 24a.1 and 24a.2 are again via control or Driver stages 25a.1 and 25a.2 driven by the control electronics 27, among other things, depending on the signal of the flow meter 11 and in response to a stored example in the main memory 27 control tank or bottle filling curve, for example, depending on the filling curve 28 of Figure 2.
  • the control valve 32 and the liquid valve 13a controlled by the actuating device 15a are, for example, once again part of a closed control loop in which the measuring signal delivered by the flow meter 11 is compared as an actual value with a predetermined actual value represented by the filling curve, for example, and according to corresponding control or regulating criteria a control of the setting of the control valve 32 and / or the liquid valve 13 a is done, for example in the form that a coarse adjustment or regulation of the filling speed with the liquid valve 13 and a fine correction of the filling speed with the return gas valve 32 or vice versa.
  • control valve 32 or the liquid valve 13a such that this valve can occupy only one open or closed state, while the continuous or continuous control and regulation of the filling speed during the respective filling phase e.g. the bottle or container specific filling curve 28 is carried out in accordance with by controlling the liquid valve 13 or the control valve 32.
  • this return gas valve or control valve is used, for example, to set the maximum filling speed in the open state and reduced in the closed state filling speed, the gentle or moderate increase in the filling speed, for example, according to the curve nabêt 28.1 and the gentle drop in the filling speed, for example, corresponding to the curve sections 28.3 and 28.5 are respectively generated by appropriate control of the liquid valve 13a.
  • FIG. 4 shows, in a simplified partial representation and in section, again a filling element 1b, which is part of a filling system for free-jet filling of containers or bottles 2 and differs from the filling element 1 only in that between the piston rod of the actuating element 15 and the valve body 13.1 of the liquid valve 13b an electrically controllable actuator 40, for example in the form of a piezoelectric actuator is provided.
  • the actuating element can be actuated by the control electronics 27 via a driver stage 42, specifically for a stepless translatory movement, ie a movement of the valve body 13.1 in the filling element axis FA as a function of the activation, so that in addition to the pure opening and closing movement can be reached with the actuator 15, also a control or regulation of the filling speed during the respective filling phase is possible, for example, in turn, taking into account one for the bottles 2 optimal container or bottle-dependent filling curve 28.
  • the actuator 15 is only for opening and Closing the liquid valve 13b formed and / or controlled.
  • FIG. 5 shows a filling element 1c which is part of a filling system for pressure filling of the bottles 2.
  • the filling element 1c essentially differs from the filling element 1b only in that the actuating element 15c corresponding in function to the actuating element 15a is designed only to open and close the liquid valve 13c corresponding to the liquid valve 13a, while the control or regulation of the filling speed by a return or the return gas valve 32 corresponding return gas valve 32c takes place, which has an electrically controllable actuator 43, for example in the form of a piezoelectric actuator, which or which is directly controlled by the control electronics 27. Depending on this control, the volume flow of the return gas through the return gas valve 32c and thus during the pressure filling and the filling speed are continuously controlled.
  • the filling speed is infinitely controllable or adjustable, preferably in response to a container or bottle-specific filling curve optimized for the particular container used, preferably taking into account, inter alia, the container shape or contour and preferably also taking into account the already filled in the respective container contents volume and taking into account the respective contents or corresponding Gregutparameter.
  • the stepless control or regulation of the filling speed is achieved by a corresponding adjustment or regulation of the opening state or opening cross-section of the liquid valve 13, 13a-13c and / or at least one return gas valve 32, 32c.

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Abstract

The invention relates to a filling element for filling systems for filling bottles or similar containers with a liquid filling product, comprising a liquid channel for the liquid product in a housing of the filling element, which forms at least one discharge opening for introducing the liquid product into the respective container, and with valve means for the controlled discharging of the liquid product into the respective container.

Description

Füllelement zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, Füllmaschine sowie Verfahren zum Füllen von Behältern Filling element for filling containers with a liquid product, filling machine and method for filling containers
Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 , auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 9 sowie ein Verfahren zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern gemäß Oberbegriff Patentanspruch 12.The invention relates to a filling element according to the preamble of claim 1, to a filling machine according to the preamble of claim 9 and a method for filling bottles or similar containers according to the preamble of claim 12.
Füllelemente zur Verwendung bei Füllmaschinen, insbesondere bei Füllmaschinen umlaufender Bauart, bei denen jeweils am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors eine Vielzahl von Füllpositionen gebildet sind, die jeweils aus einem Füllelement mit einem zugehörigen Behälterträger bestehen, sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Die Füllelemente besitzen zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes in den jeweiligen Behälter zumin- dest ein Flüssigkeitsventil mit einem Ventilkörper, der durch eine Betätigungseinrichtung zwischen lediglich zwei Positionen bewegt werden kann, nämlich zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position. Vereinzelt verfügen Flüssigkeitsventile bei entsprechender Ausbildung der Betätigungseinrichtung auch über drei mögliche Schaltzustände des Flüssigkeitsventils, nämlich über den geschlos- senen und vollständig geöffneten Zustand sowie über einen zusätzlichen, teilweise geöffneten Zustand.Filling elements for use in filling machines, in particular in filling machines of rotating design, in each of which a plurality of filling positions are formed on the circumference of a rotatable around a vertical machine axis rotatable rotor, each consisting of a filling element with an associated container carrier are known in different designs. The filling elements have for the controlled discharge of the liquid contents into the respective container at least one liquid valve with a valve body which can be moved by an actuator between only two positions, namely between an open and a closed position. Occasionally, liquid valves have a corresponding design of the actuating device and three possible switching states of the liquid valve, namely on the closed and fully open state and an additional, partially open state.
Zum Schalten des jeweiligen Flüssigkeitsventils oder des Ventilkörpers dienen pneumatische oder elektromagnetische Betätigungselemente, die den Ventilkörper des Flüssigkeitsventils mit hoher Geschwindigkeit zwischen den einzelnen Schaltpositionen bewegen. Nachteilig hierbei ist u.a., dass es bei diesem Schalten zu sehr plötzlichen und stoßartigen Änderungen des Volumenstroms des abzufüllenden Füllgutes kommt, was zu Druckstößen und damit sehr häufig verbunden zu einem unerwünschten Aufschäumen des flüssigen Füllgut führt, mit der Folge einer Ver- schlechterung der Füllleistung (gefüllte Behälter je Zeiteinheit) der Füllmaschine. Bekannt sind auch Verfahren, bei denen die Steuerung der Füllmaschine in Abhängigkeit von hinterlegten bzw. gespeicherten behälterspezifischen Füllkurven erfolgt, die die Füllhöhe in einem Behälter in Abhängigkeit von dem in den Behälter bereits eingefüllten Volumen des flüssigen Füllgutes wiedergibt. Gesteuert oder geregelt wird bei diesem Verfahren nicht die Füllgeschwindigkeit, sondern die Relativbewegung zwischen der Unterkante eines Langfüllrohres und dem jeweiligen Behälter derart, dass ein unerwünschtes, übermäßiges Eintauchen des Füllrohres in das Füllgut vermieden ist.For switching the respective liquid valve or the valve body are pneumatic or electromagnetic actuators that move the valve body of the liquid valve at high speed between the individual switching positions. The disadvantage here is, inter alia, that there are very sudden and sudden changes in the volume flow of the filling material to be filled in this switching, which leads to pressure surges and very often associated with an undesirable foaming of the liquid product, with the result of a deterioration of the filling capacity ( filled containers per unit time) of the filling machine. Also known are methods in which the control of the filling machine in dependence on stored or stored container-specific filling curves, which reproduces the filling level in a container in dependence on the already filled into the container volume of the liquid filling material. Controlled or regulated in this method is not the filling speed, but the relative movement between the lower edge of a Langfüllrohres and the respective container such that an undesirable, excessive immersion of the filling tube is avoided in the filling.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen, welches diese Nachteile vermeidet und es insbesondere auch ermöglicht, bei hoher Leistung einer Füllmaschine (hohe Anzahl der gefüllten Behälter je Zeiteinheit) einen an die Art der Behälter und/oder des Füllgutes optimal angepassten Füllverlauf einzuhalten, der beispielsweise durch eine behälter- und/oder Füllgut spezifische Füllkurve definiert ist.The object of the invention is to show a filling element which avoids these disadvantages and in particular also makes it possible, with high performance of a filling machine (high number of filled containers per time unit) to adhere to the type of container and / or the contents optimally adapted filling curve, which is defined for example by a container and / or product specific filling curve.
Bei dem erfindungsgemäßen Füllelement ist die jeweilige Füllgeschwindigkeit (Volumenstrom des Füllgutes je Zeiteinheit) beliebig einstellbar und veränderbar, und zwar kontinuierlich oder stufenlos oder im Wesentlichen stufenlos. Die Änderung des Volumenstroms erfolgt dabei beispielsweise durch eine stufenlose oder im We- sentlichen stufenlose Änderung des effektiven Öffnungsquerschnittes des wenigstens einen Flüssigkeitsventils und/oder eines in einem Rückgasweg des Füllelementes angeordneten Rückgasventils, d.h. durch einen stufenlosen oder im Wesentlichen stufenlosen Bewegungshub eines Ventilkörpers des Flüssigkeitsventils oder des Rückgasventils.In the case of the filling element according to the invention, the respective filling speed (volume flow of the filling material per unit time) can be set and changed as desired, continuously or steplessly or essentially steplessly. The change in the volume flow is effected, for example, by a stepless or substantially continuous change in the effective opening cross-section of the at least one liquid valve and / or a return gas valve arranged in a return gas path of the filling element, i. by a stepless or substantially stepless movement stroke of a valve body of the liquid valve or the return gas valve.
„Stufenlos" oder „im Wesentlichen stufenlos" bedeutet im Sinne der Erfindung zunächst primär und bevorzugt stufenlos im strengen Wortsinn, aber auch eine Änderung oder Einstellung in sehr kleinen Einstellungs- oder Änderungsschritten, wobei die Anzahl der Einstellungs- oder Änderungsschritte, die zwischen den beiden Ex- tremen „Geschlossen" und „Geöffnet" möglich sind, größer als Zehn ist und jeder Einstellungs- oder Änderungsschritten eine Änderung des effektiven Strömungsquerschnitts des geöffneten Flüssigkeitsventils bzw. des geöffneten Rückgasventils bewirkt, der maximal 10% des Öffnungsquerschnittes des vollständig geöffneten Flüssigkeitsventils bzw. Rückgasventils entspricht.For the purposes of the invention, "stepless" or "essentially stepless" means first of all primarily and preferably continuously in the strict sense of the word, but also a change or adjustment in very small setting or changing steps, the number of setting or changing steps occurring between the two Exemptions "closed" and "open" are possible, is greater than ten and each setting or change steps, a change of the effective flow cross-section of the opened liquid valve or the open return gas valve causes, which corresponds to a maximum of 10% of the opening cross-section of the fully opened liquid valve or return gas valve.
Bei der Erfindung erfolgt die stufenlose Einstellung oder Änderung des Flüssigkeits- ventils und/oder des wenigstens einen Rückgasventils durch ein elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch ansteuerbares Betätigungselement, welches beispielsweise ein Piezzo-Bewegungselement oder -aktor oder aber ein anderer elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Linearantrieb ist.In the invention, the continuous adjustment or change of the liquid valve and / or the at least one return gas valve is effected by an electrically, pneumatically or hydraulically controllable actuating element, which is for example a piezoelectric motion element or actuator or another electrical, hydraulic or pneumatic linear drive ,
Mit dem erfindungsgemäßen Füllelement sind Füllverfahren möglich, die plötzliche Änderungen des Volumenstroms des abzufüllenden Füllgutes und dadurch bedingten Druckstöße sowie ein hieraus resultierendes unerwünschtes Aufschäumen des Füllgutes vermeiden. Insbesondere kann die Füllgeschwindigkeit an Behälter- oder Füllguteigenschaften auch dynamisch angepasst werden, beispielsweise an die Be- hälterform und/oder Kontur der verwendeten Behälter, auch an die aktuelle, sich mit dem bereits abgefüllten Füllgut ständig ändernde Kontur oder Querschnittsfläche oder Fläche der Füllgutoberfläche des Innenraumes des jeweiligen Behälters, und/oder an die Schaumbildungsneigung bzw. an die CO2-Konzentration im Füllgut oder an andere Füllgutparameter, sodass selbst bei hoher Leistung einer Füllma- schine das Aufschäumen des Füllgutes und auch die damit verbundene Sauerstoffaufnahme im Füllgut zumindest minimiert werden.With the filling element according to the invention, filling methods are possible which avoid sudden changes in the volume flow of the filling material to be filled and consequent pressure surges as well as a resulting undesirable foaming of the filling material. In particular, the filling rate of container or Füllguteigenschaften can also be dynamically adapted, for example, the container shape and / or contour of the containers used, even to the current, with the already filled contents constantly changing contour or cross-sectional area or surface of the Füllgutoberfläche of the interior of the respective container, and / or to the foaming tendency or to the CO 2 concentration in the product or other Füllgutparameter, so that even at high power of a filling machine foaming of the contents and also the associated oxygen uptake in the medium are at least minimized.
Die Steuerung oder Regelung der Füllgutgeschwindigkeit erfolgt bevorzugt nach einer optimierten behälter- und/oder Füllgut spezifischen Füllkurve, die die Füllge- schwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit festlegt. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung sind Füllverfahren mit optimalen Beschleunigungen und/oder Verzögerungen des Füllgutes bei erforderlichen Änderungen der Füllgeschwindigkeit möglich, insbesondere auch eine stufenlosen Anpassung des Volumenstromes des Füllgutes an sich stetig oder auch unstetig mit dem bereits abgefüllten Füllgutvolu- men sich ändernde Oberflächen des Füllgutspiegels.The control or regulation of the product charge speed is preferably carried out according to an optimized container and / or product specific filling curve, which determines the filling speed as a function of time. With the construction according to the invention, filling processes with optimal accelerations and / or delays of the filling material with required changes of the filling speed are possible, in particular continuous adjustment of the volume flow of the filling material continuously or discontinuously with the already filled product volume changing surfaces of the filling material level.
Insbesondere kann das Füllverfahren gestaltet werden mit einem langsamen Anfüllen bei moderat ansteigender Füllgeschwindigkeit zur Bedeckung des Behälterbodens mit dem Füllgut, mit einem schonenden Übergang zur maximalen Füllgeschwindigkeit im zylindrischen Teil des jeweiligen Behälters, mit einer schonenden, vorzugsweise stufenlosen Reduzierung und/oder Anpassung der Füllgeschwindigkeit in Behälterbereichen mit sich verändernden Querschnitt sowie mit einem schonenden Übergang zu einer langsamen Füllphase zur genauen Einhaltung der jeweils erforderlichen Füllhöhe oder Füllmenge.In particular, the filling process can be designed with a slow filling at moderately increasing filling speed for covering the container bottom with the contents, with a gentle transition to the maximum filling speed in the cylindrical part of the respective container, with a gentle, preferably stepless reduction and / or adjustment of the filling speed in container areas with changing cross section and with a gentle transition to a slow filling phase for accurate compliance with the required filling level or capacity.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and from the figures. In this case, all described and / or illustrated features alone or in any combination are fundamentally the subject of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency. Also, the content of the claims is made an integral part of the description.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the figures of exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 in schematischer Darstellung und im Schnitt ein Füllelement eines Füllsystems gemäß der Erfindung;Fig. 1 in a schematic representation and in section a filling element of a filling system according to the invention;
Fig. 2 eine behälter- oder flaschenspezifische Füllkurve; Fig. 3 in schematischer Darstellung und im Schnitt ein Füllelement eines Füllsystems gemäß der Erfindung bei einer weiteren Ausführungsform; Fig. 4 in vergrößerter Teildarstellung das Füllelement eines Füllsystems gemäß derFIG. 2 shows a container or bottle-specific filling curve; FIG. 3 shows a schematic illustration and in section a filling element of a filling system according to the invention in a further embodiment; Fig. 4 in an enlarged partial view of the filling element of a filling system according to the
Erfindung im Bereich eines Piezzo-Aktors;Invention in the field of a piezoelectric actuator;
Fig. 5 in schematischer Darstellung und im Schnitt ein Füllelement eines Füllsys- tems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In der Figur 1 ist 1 ein Füllelement eines Füllsystems einer Füllmaschine, beispielsweise einer Füllmaschine umlaufender Bauart, welche zum Freistrahlfüllen von Behältern bzw. Flaschen 2 mit einem flüssigen Füllgut am Umfang eines um eine vertikalen Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors 3 eine Vielzahl gleichartiger Füllelemente 1 aufweist. Jedem Füllelement 1 ist ein Behälterträger 4 zugeordnet, welches zusammen mit dem Füllelement 1 eine Füllposition 5 bildet und an welchem die jeweilige Flasche 2 an einem unterhalb der Flaschenmündung 2.1 gebildeten Mündungsflansch 2.2 hängend gehalten ist, und zwar mit Abstand von der Unterseite des Füllelementes bzw. mit Abstand von einer dortigen Abgabeöffnung 6.5 shows a schematic illustration and in section a filling element of a filling system according to a further embodiment of the invention. In FIG. 1, 1 is a filling element of a filling system of a filling machine, for example a filling machine of continuous design, which has a multiplicity of identical filling elements 1 for free-jet filling of containers or bottles 2 with a liquid filling material on the circumference of a rotor 3 which is rotatable about a vertical machine axis. Each filling element 1 is associated with a container carrier 4, which forms a filling position 5 together with the filling element 1 and to which the respective bottle 2 is held suspended from a mouth flange 2.1 formed below the mouth of the bottle 2.1, at a distance from the underside of the filling element or at a distance from a local discharge opening. 6
Das Füllelement 1 besitzt ein Gehäuse 7 mit einem Flüssigkeitskanal 8, in den an der Unterseite des Füllelementes 1 zur Bildung der Abgabeöffnung 6 ein als Gassperre dienendes Element 9 eingesetzt ist und der in seinem oberen Bereich über eine Leitung 10 mit Durchflussmesser 11 an einen Kessel 12 des Füllsystems bzw. der Füllmaschine angeschlossen ist. Während der Kessel 12 für sämtliche Füllelemente 1 oder Füllpositionen 5 der Füllmaschine gemeinsam vorgesehen ist, ist jedes Füllelement 1 über eine eigene Leitung 10 mit eigenem Durchflussmesser 11 an den Kessel 12 angeschlossen.The filling element 1 has a housing 7 with a liquid channel 8, in which at the bottom of the filling element 1 for forming the discharge opening 6 is used as a gas barrier element 9 and in its upper part via a line 10 with flow meter 11 to a boiler 12th the filling system or the filling machine is connected. While the boiler 12 is provided in common for all filling elements 1 or filling positions 5 of the filling machine, each filling element 1 is connected via a separate line 10 with its own flow meter 11 to the boiler 12.
Im Flüssigkeitskanal 8 ist ein Flüssigkeitsventil 13 vorgesehen, und zwar zur gesteuerten Abgabe des der jeweiligen Flasche 2 während des Füllprozesses als freier Strahl 14 zufließenden Füllgutes. Das Flüssigkeitsventil 13 besteht im Wesentlichen aus einem Ventilkörper 13.1 , der mit einem von der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 8 gebildeten Ventilsitz zusammenwirkt und u.a. zum Öffnen und Schlie- ßen des Flüssigkeitsventils 13 in einer vertikalen Füllelementachse FA auf- und ab bewegbar ist. Die Betätigung erfolgt durch eine pneumatische Betätigungseinrichtung 15, die im Wesentlichen aus einem an der Oberseite des Gehäuses 7 vorgesehenen Zylinder 16 und einem Kolben 17 mit Kolbenstange 18 besteht, die an ihrem dem Kolben 17 abgewandten unteren Ende mit dem Ventilkörper 13.1 verbun- den ist. Durch eine die Kolbenstange 18 umschließende Druckfeder 19 sind die Betätigungseinrichtung 15 und der Ventilkörper 13.1 in eine geöffnete Stellung des Flüssigkeitsventils 13 vorgespannt. Oberhalb des Kolbens 17 ist innerhalb des Zylinders 16 ein Zylinderraum 20 gebildet, der zum Bewegen des Kolbens 17 gegen die Wirkung der Druckfeder 19 und damit zum Bewegen des Ventilkörpers 13 in Richtung Schließstellung in der nach- stehend noch näher beschriebenen Weise gesteuert mit dem Druck eines gas- und oder dampfförmigen Fluids, beispielsweise mit Druckluft beaufschlagbar ist. An der Unterseite ist das Füllelement 1 weiterhin mit einem die Abgabeöffnung 6 umschließenden Hilfs- oder Ringraum 21 ausgebildet, der über einen füllelementseitigen Kanal 22 an einen für sämtliche Füllelemente 1 des Füllsystems gemeinsamen und am Rotor 3 vorgesehenen Ringkanal 23 angeschlossen ist, und zwar beispielsweise für eine CIP-Reinigung der Füllelemente 1 und Füllmaschine.In the liquid channel 8, a liquid valve 13 is provided, specifically for controlled delivery of the respective bottle 2 during the filling process as a free jet 14 inflowing filling material. The liquid valve 13 consists essentially of a valve body 13.1, which cooperates with a valve seat formed by the inner surface of the liquid channel 8 and, inter alia, for opening and closing the liquid valve 13 in a vertical Füllelementachse FA is movable up and down. The actuation is effected by a pneumatic actuating device 15 which essentially consists of a cylinder 16 provided on the upper side of the housing 7 and a piston 17 with piston rod 18, which is connected to the valve body 13.1 at its lower end facing away from the piston 17. By a piston rod 18 enclosing compression spring 19, the actuator 15 and the valve body 13.1 are biased in an open position of the liquid valve 13. Above the piston 17, a cylinder space 20 is formed within the cylinder 16, which is controlled to move the piston 17 against the action of the compression spring 19 and thus to move the valve body 13 in the closed position in the manner described in more detail below with the pressure of a Gaseous and / or vaporous fluids, for example, can be acted upon with compressed air. At the bottom, the filling element 1 is further formed with a discharge opening 6 enclosing auxiliary or annular space 21 which is connected via a filling element side channel 22 to a common for all filling elements 1 of the filling system and the rotor 3 provided annular channel 23, for example for a CIP cleaning of the filling elements 1 and filling machine.
Der Zylinderraum 20 ist über ein elektrisch angesteuertes Steuer- und Regelventil mit einer Quelle 26 für das unter Druck stehende gas- oder dampfförmige Fluid ver- bunden. Zur Ansteuerung des Steuer- und Regelventils 24 dient eine elektrische Ansteuer- oder Treiberstufe 25, die ihrerseits von einer Steuerelektronik 27 angesteuert wird.The cylinder chamber 20 is connected via an electrically controlled control valve to a source 26 for the pressurized gaseous or vaporous fluid. To control the control and regulating valve 24 is an electrical Ansteuer- or driver stage 25, which in turn is controlled by an electronic control unit 27.
Die Besonderheit des in der Figur 1 wiedergegebenen Füllsystems besteht darin, dass abweichend von bekannten Füllsystemen der Ventilkörper 13.1 durch die Betätigungseinrichtung 15 nicht nur zwischen einem vollständig geschlossenen und einem vollständig geöffneten Zustand des Flüssigkeitsventils 13 bewegbar ist, sondern durch entsprechende Steuerung des Druckes im Zylinderraum 20 der Volumenstrom des der jeweiligen Flasche 2 zufließenden Füllgutes kontinuierlich oder zwischen dem Wert Null (geschlossener Zustand des Flüssigkeitsventils 13) und einem Maximalwert (vollständig geöffneter Zustand des Flüssigkeitsventils 13) gesteuert werden kann. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Steuerung des jeweiligen Füllprozesses bzw. des Volumenstroms oder der Füllgeschwindigkeit, d.h. die Füllgutmenge, die je Zeiteinheit der jeweiligen Flasche zugeführt wird, auch bei einem Freistrahlfüllen nach einem in der Figur 2 mit der Kurve 28 angegebenen Profil (Füllkurve) zu steuern, welches unter Berücksichtigung des Flaschentyps, d.h. insbesondere auch unter Berücksichtigung der Form und/oder Größe der Flasche 2, des aktuellen Füllzustands, des Füllgutes und anderer Füllparameter den optimalen Verlauf der Füllgeschwindigkeit V in Abhängigkeit von der Zeit t wiedergibt, und zwar mit den verschiedenen Kurvenabschnitten 28.1 - 28.5, die folgenden Teilphasen der jeweiligen Füllphase entsprechen: Kurvenabschnitt 28.1 Anfüllen mit schonendem Anstieg der Füllgeschwindigkeit V durch langsames kontinuierliches oder stufenloses öffnen des Flüssigkeitsventils 13;The peculiarity of the filling system shown in FIG. 1 is that, unlike known filling systems, the valve body 13.1 can not only be moved between a fully closed and a fully opened state of the liquid valve 13 by the actuating device 15, but by appropriate control of the pressure in the cylinder chamber 20 the volume flow of the filling material flowing into the respective bottle 2 can be controlled continuously or between the value zero (closed state of the liquid valve 13) and a maximum value (completely opened state of the liquid valve 13). This makes it possible in particular, the control of the respective filling process or the flow rate or the filling rate, ie the amount of product, which is supplied per unit time of the respective bottle, even with a free jet filling according to a specified in the figure 2 with the curve 28 profile (filling curve ), which takes into account the bottle type, ie in particular taking into account the shape and / or size of the bottle 2, the current filling state, the contents and other filling parameters the optimal course of the filling speed V as a function of the time t reproduces, with the various curve sections 28.1 - 28.5, the following phases of the respective filling phase correspond: Curve section 28.1 stuffing with gentle increase of the filling speed V by slow continuous or continuous opening of the liquid valve 13;
Kurvenabschnitt 28.2 Schnellfüllen bei konstanter oder maximaler konstanter Füllgeschwindigkeit V und bei vollständig geöffnetem Flüssigkeitsventil 13; Abschnitt 28.3 schonendes Reduzieren der Füllgeschwindigkeit auf eine reduzierte Füllgeschwindigkeit V durch zunehmendes langsames Schließen des Flüssigkeitsventils 13;Curve section 28.2 Fast filling at constant or maximum constant filling speed V and with fully opened liquid valve 13; Section 28.3 gentle reduction of the filling speed to a reduced filling speed V by increasing slowly closing the liquid valve 13;
Kurvenabschnitt 28.4 Restfüllen mit konstanter oder im Wesentlich konstanter, allerdings reduzierter Füllgeschwindigkeit V; Kurvenabschnitt 28.5 schonendes Abschließen der Füllphase durch langsames Schließen des Flüssigkeitsventils 13.Curve section 28.4 Remaining filling with constant or essentially constant, but reduced filling speed V; Curve section 28.5 gentle completion of the filling phase by slowly closing the liquid valve thirteenth
Die Steuerung des jeweiligen Steuer- und Regelventils 24 und damit auch des Flüssigkeitsventils 13 erfolgt durch die Steuerelektronik 27 in Abhängigkeit von dem Messsignal des Durchflussmessers 11 und in Abhängigkeit von der flaschen- oder behälterspezifischen Füllkurve 28, die in einem Arbeitsspeicher der Steuerelektronik 27 abgelegt ist und beispielsweise vor dem Füllen der Flaschen 2 eines bestimmten Flaschentyps aus einer Datenbank der Maschinensteuerung in den Arbeitsspeicher eingelesen wird.The control of the respective control and regulating valve 24 and thus also the liquid valve 13 is effected by the control electronics 27 in dependence on the measuring signal of the flow meter 11 and in dependence on the bottle or container specific filling curve 28, which is stored in a main memory of the control electronics 27 and For example, before filling the bottles 2 of a certain bottle type from a database of the machine control is read into the main memory.
Die Figur 3 zeigt in einer Darstellung ähnlich Figur 1 ein Füllelement 1 a zum Druckfüllen von Behältern in Form von Flaschen 2 mit dem flüssigen Füllgut, wobei die jeweiligen, an dem Behälterträger 4 wiederum hängend gehaltene Flasche 2 während des Füllens mit ihrer Flaschenmündung 2.1 in Dichtlage gegen das Füllele- ment 1a im Bereich der Abgabeöffnung 6 anliegt. Das Füllsystem ist Bestandteil einer Füllmaschine, beispielsweise einer Füllmaschine umlaufender Bauart, bei der an den um die vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbare Rotor 3 eine Vielzahl von Füllelementen 1a vorgesehen ist.FIG. 3 shows, in a representation similar to FIG. 1, a filling element 1 a for pressure-filling containers in the form of bottles 2 with the liquid filling material, the respective bottle 2, which in turn is suspended on the container carrier 4, being in sealing position during filling with its bottle mouth 2.1 abuts against the filling element 1a in the region of the discharge opening 6. The filling system is part of a filling machine, such as a filling machine of rotating design, in the a plurality of filling elements 1a is provided on the rotor 3, which is rotatable about the vertical axis of the machine.
Im Gehäuse 7 des Füllelementes 1a ist der die Abgabeöffnung 6 aufweisende Flüs- sigkeitskanal 8 ausgebildet, der über die für jedes Füllelement 1a eigenständige Leitung 10 mit Durchflussmesser 11 an den Kessel 12 angeschlossen ist, der wiederum am Rotor 3 für sämtliche Füllelemente 1a gemeinsam vorgesehen ist.In the housing 7 of the filling element 1a of the discharge opening 6 having liquid channel 8 is formed, which is connected via the independent for each filling element 1a line 10 with flow meter 11 to the boiler 12, which in turn is provided on the rotor 3 for all filling elements 1a together ,
Für das Druckfüllen der Flaschen 2 ist der Innenraum des Kessels 12 mit dem flüs- sigen Füllgut teilgefüllt, sodass sich ein von dem Füllgut eingenommener Flüssigkeitsraum 12.1 und darüber liegend ein mit einem unter Druck stehenden Inert-Gas, beispielsweise CO∑-Gas gefüllter Gasraum 12.2 gebildet ist.For the pressurized filling of the bottles 2 of the interior of the vessel 12 is partially filled with the liquid-sigen filling material, so that a ingested by the filling liquid space 12.1 and overlying a container filled with a pressurized inert gas, for example CO Σ gas headspace 12.2 is formed.
Im Flüssigkeitskanal 6 ist das Flüssigkeitsventil 13a vorgesehen, welches im We- sentlichen von Ventilkörper 13a.1 gebildet ist, der mit einer von der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 8 gebildeten Ventilfläche zusammenwirkt und durch eine Betätigungseinrichtung 15a u.a. zwischen einer das Flüssigkeitsventil 13a verschließenden und einer dieses Flüssigkeitsventil vollständig öffnenden Stellung in Richtung der Füllelementachse FA bewegbar ist. Der Ventilkörper 13a.1 ist an einem Rück- gasrohr 29 vorgesehen, welches als Ventilstößel dient und von der Betätigungseinrichtung 15a axial in der Füllelementachse FA gesteuert bewegt wird.Provided in the liquid channel 6 is the liquid valve 13a, which is essentially formed by valve body 13a.1, which interacts with a valve surface formed by the inner surface of the liquid channel 8 and is actuated by an actuating device 15a and the like. between a position closing the liquid valve 13a and a position completely opening this liquid valve in the direction of the Füllelementachse FA is movable. The valve body 13a.1 is provided on a return gas pipe 29, which serves as a valve tappet and is controlled by the actuator 15a to be controlled axially in the filler element axis FA.
Im Inneren des Gehäuses 7 sind mehrere, in der Figur 3 allgemein mit 30 bezeichnete Gaswege mit Steuerventilen 31 und 32 ausgebildet, über die eine mit dem obe- ren Ende des Rückgasrohres 29 in Verbindung stehende Kammer 33 gesteuert mit Ringkanälen 34 und 35 verbunden werden kann, die für sämtliche Füllelemente 1 a am Rotor 3a gemeinsam vorgesehen sind. Der Ringkanal 34 ist mit dem Gasraum 12.2 des Kessels 12 verbunden und dient insbesondere auch dazu, beim Füllen einer Flasche 2, d.h. am Beginn der jeweiligen Füllphase die Flasche 2 mit Inert- Gas aus dem Gasraum 12.2 vorzuspannen. Der Ringkanal 35 dient u.a. zum Abführen des Inert-Gases, welches beim Druckfüllen aus der jeweiligen Flasche durch das zufließende Füllgut verdrängt wird und über den Rückgaskanal 29 und das als Rückgasventil dienende Steuerventil 32 in den Ringkanal 35 strömt.In the interior of the housing 7, a plurality of gas paths generally designated 30 in FIG. 3 are formed with control valves 31 and 32, via which a chamber 33 communicating with the upper end of the return gas pipe 29 can be connected to ring channels 34 and 35 in a controlled manner , which are provided together for all filling elements 1 a on the rotor 3a. The annular channel 34 is connected to the gas space 12.2 of the boiler 12 and in particular also serves to bias the bottle 2 with inert gas from the gas space 12.2 when filling a bottle 2, ie at the beginning of the respective filling phase. The annular channel 35 is used inter alia for discharging the inert gas, which in the pressure filling from the respective bottle by the inflowing medium is displaced and flows via the return gas channel 29 and serving as a return gas valve control valve 32 into the annular channel 35.
Durch gesteuertes Öffnen und Schließen des Steuerventils 32 (Rückgasventil) kann die Füllgeschwindigkeit, d.h. die Füllgutmenge, die je Zeiteinheit der Flasche 2 während der Füllphase zufließt gesteuert oder geregelt werden. Hierfür ist das Steuerventil 32 so ausgebildet, dass es nicht nur einen vollständig geöffneten und einen vollständig geschlossenen Zustand aufweist, sondern zwischen diesen beiden extremen Zuständen hinsichtlich des effektiven Öffnungsquerschnittes und damit hin- sichtlich des Volumenstroms stufenlos einstellbar ist. Durch entsprechende Ansteuerung des Steuerventils 32 ist somit eine Steuerung oder Regelung der Füllgeschwindigkeit beispielsweise in Abhängigkeit von der optimierten flaschen- oder behälterspezifischen Füllkurve 28 möglich.By controlled opening and closing of the control valve 32 (return gas valve), the filling rate, i. the amount of product that flows per unit time of the bottle 2 during the filling phase controlled or regulated. For this purpose, the control valve 32 is designed so that it not only has a fully open and a fully closed state, but is infinitely adjustable between these two extreme states with respect to the effective opening cross-section and thus with respect to the volume flow. By appropriate control of the control valve 32 is thus a control or regulation of the filling speed, for example, depending on the optimized bottle or container-specific filling curve 28 possible.
Das Steuerventil 32 ist wiederum pneumatisch steuerbar. Hierfür ist ein Zylinderraum 36 eines Betätigungselementes des Steuerventils 32 über ein Steuer- und Regelventil 24a.1 mit der das gas- oder dampfförmige Fluid unter Druck, beispielweise Druckluft bereitstellenden Quelle 26 verbunden.The control valve 32 is in turn pneumatically controllable. For this purpose, a cylinder chamber 36 of an actuating element of the control valve 32 via a control and regulating valve 24a.1 with the gaseous or vaporous fluid under pressure, for example, compressed air providing source 26 is connected.
Bei dem Füllelement 1a ist weiterhin auch das Flüssigkeitsventil 13a so ausgebildet, dass es zwischen dem geöffneten und den geschlossenen Zustand eine stufenlose Steuerung oder Regelung des Volumenstromes ermöglicht, und zwar wiederum durch eine entsprechende Einstellung oder Änderung des Öffnungsquerschnittes des teilgeöffneten Flüssigkeitsventil 13a. Hierfür besteht die pneumatisch betätigba- re Betätigungseinrichtung 15a aus einem in einem Zylinderraum des Gehäuses 7 axial, d.h. in Richtung der Füllelementachse FA verschiebbaren Ringkolben 37, der auf dem Rückgasrohr 29 vorgesehen ist und zusammen mit dem Rückgasrohr 29 durch eine das Rückgasrohr 29 umgebende Druckfeder 38 in eine das Flüssigkeitsventil 13a öffnende Stellung vorgespannt ist. An der der Druckfeder 38 abgewand- ten Seite begrenzt der Ringkolben 37 einen Zylinderraum 39, der über ein Steuer- und Regelventil 24a.2 gesteuert mit dem Druck der Druckquelle 26 beaufschlagbar ist. Die beiden Steuerventil 24a.1 und 24a.2 werden wiederum über Steuer- oder Treiberstufen 25a.1 bzw. 25a.2 von der Steuerelektronik 27 angesteuert, und zwar u.a. in Abhängigkeit von dem Signal des Durchflussmessers 11 und in Abhängigkeit von einer z.B. in dem Arbeitsspeicher der Steuerelektronik 27 abgelegten behälter- oder flaschenspezifischen Füllkurve, beispielsweise in Abhängigkeit der Füllkurve 28 der Figur 2.In the case of the filling element 1a, the liquid valve 13a is furthermore designed such that it permits stepless control or regulation of the volume flow between the open and the closed state, again by a corresponding adjustment or change in the opening cross section of the partially opened liquid valve 13a. For this purpose, the pneumatically actuatable actuating device 15a consists of a ring piston 37 which is displaceable axially in a cylinder space of the housing 7 and is provided on the return gas pipe 29 and together with the return gas pipe 29 by a compression spring 38 surrounding the return gas pipe 29 is biased in a position opening the liquid valve 13a. On the side remote from the compression spring 38, the annular piston 37 delimits a cylinder space 39, which can be acted upon by the pressure of the pressure source 26 in a controlled manner via a control and regulating valve 24a.2. The two control valves 24a.1 and 24a.2 are again via control or Driver stages 25a.1 and 25a.2 driven by the control electronics 27, among other things, depending on the signal of the flow meter 11 and in response to a stored example in the main memory 27 control tank or bottle filling curve, for example, depending on the filling curve 28 of Figure 2.
Das Steuerventil 32 und das durch die Betätigungseinrichtung 15a gesteuerte Flüssigkeitsventil 13a sind dabei beispielsweise wiederum Bestandteil eines geschlossenen Regelkreises, in welchem das von dem Durchflussmesser 11 gelieferte Messsignal als Istwert mit einem vorgegebenen, beispielsweise durch die Füllkurve repräsentierten Istwert verglichen und nach entsprechenden Steuer- oder Regelkriterien eine Regelung der Einstellung des Steuerventils 32 und/oder des Flüssigkeitsventils 13a erfolgt, z.B. in der Form, dass mit dem Flüssigkeitsventil 13 jeweils eine Grobeinstellung oder -regelung der Füllgeschwindigkeit und mit dem Rückgas- ventil 32 eine Feinkorrektur der Füllgeschwindigkeit oder aber umgekehrt erfolgen.The control valve 32 and the liquid valve 13a controlled by the actuating device 15a are, for example, once again part of a closed control loop in which the measuring signal delivered by the flow meter 11 is compared as an actual value with a predetermined actual value represented by the filling curve, for example, and according to corresponding control or regulating criteria a control of the setting of the control valve 32 and / or the liquid valve 13 a is done, for example in the form that a coarse adjustment or regulation of the filling speed with the liquid valve 13 and a fine correction of the filling speed with the return gas valve 32 or vice versa.
Grundsätzlich besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, das Steuerventil 32 oder das Flüssigkeitsventil 13a so auszubilden, dass dieses Ventil jeweils nur einen geöffneten oder einen geschlossenen Zustand einnehmen kann, während die stu- fenlose oder kontinuierliche Steuerung und Regelung der Füllgeschwindigkeit während der jeweiligen Füllphase z.B. der flaschen- oder behälterspezifischen Füllkurve 28 entsprechend durch Ansteuerung des Flüssigkeitsventils 13 oder des Steuerventils 32 erfolgt.In principle, it is of course also possible to design the control valve 32 or the liquid valve 13a such that this valve can occupy only one open or closed state, while the continuous or continuous control and regulation of the filling speed during the respective filling phase e.g. the bottle or container specific filling curve 28 is carried out in accordance with by controlling the liquid valve 13 or the control valve 32.
Dann, wenn das Steuerventil 32 lediglich für ein Öffnen und Schließen ausgebildet ist, dient dieses Rückgasventil oder Steuerventil beispielsweise dazu, im geöffnetem Zustand die maximale Füllgeschwindigkeit und im geschlossenen Zustand reduzierte Füllgeschwindigkeit festzulegen, wobei der sanfte bzw. moderate Anstieg der Füllgeschwindigkeit z.B. entsprechend dem Kurve nabschnitt 28.1 sowie der sanfte Abfall der Füllgeschwindigkeit z.B. entsprechend den Kurvenabschnitten 28.3 und 28.5 jeweils durch entsprechende Ansteuerung des Flüssigkeitsventils 13a erzeugt werden. Die Figur 4 zeigt in vereinfachter Teildarstellung und im Schnitt nochmals ein Füllelement 1 b, welches Bestandteil eines Füllsystems zum Freistrahlfüllen von Behältern oder Flaschen 2 ist und sich von dem Füllelement 1 lediglich dadurch unter- scheidet, dass zwischen der Kolbenstange des Betätigungselementes 15 und dem Ventilkörper 13.1 des Flüssigkeitsventil 13b ein elektrisch ansteuerbares Betätigungselement 40, beispielsweise in Form eines Piezzo-Aktors vorgesehen ist. Das Betätigungselement ist über eine Treiberstufe 42 von der Steuerelektronik 27 ansteuerbar, und zwar für eine stufenlose translatorische Bewegung, d.h. eine Bewe- gung des Ventilkörpers 13.1 in der Füllelementachse FA in Abhängigkeit von der Ansteuerung, sodass zusätzlich zu der reinen öffnungs- und Schließbewegung, die mit dem Betätigungselement 15 erreichbar ist, auch eine Steuerung bzw. Regelung der Füllgeschwindigkeit während der jeweiligen Füllphase möglich ist, und zwar beispielsweise wiederum unter Berücksichtigung einer für die Flaschen 2 optimalen behälter- oder flaschenabhängigen Füllkurve 28. Das Betätigungselement 15 ist lediglich für ein Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 13b ausgebildet und/oder angesteuert.Then, when the control valve 32 is designed only for opening and closing, this return gas valve or control valve is used, for example, to set the maximum filling speed in the open state and reduced in the closed state filling speed, the gentle or moderate increase in the filling speed, for example, according to the curve nabschnitt 28.1 and the gentle drop in the filling speed, for example, corresponding to the curve sections 28.3 and 28.5 are respectively generated by appropriate control of the liquid valve 13a. FIG. 4 shows, in a simplified partial representation and in section, again a filling element 1b, which is part of a filling system for free-jet filling of containers or bottles 2 and differs from the filling element 1 only in that between the piston rod of the actuating element 15 and the valve body 13.1 of the liquid valve 13b an electrically controllable actuator 40, for example in the form of a piezoelectric actuator is provided. The actuating element can be actuated by the control electronics 27 via a driver stage 42, specifically for a stepless translatory movement, ie a movement of the valve body 13.1 in the filling element axis FA as a function of the activation, so that in addition to the pure opening and closing movement can be reached with the actuator 15, also a control or regulation of the filling speed during the respective filling phase is possible, for example, in turn, taking into account one for the bottles 2 optimal container or bottle-dependent filling curve 28. The actuator 15 is only for opening and Closing the liquid valve 13b formed and / or controlled.
Die Figur 5 zeigt ein Füllelement 1c, welches Bestandteil eines Füllsystems zum Druckfüllen der Flaschen 2 ist. Von dem Füllelement 1b unterscheidet sich das Füllelement 1c im Wesentlichen nur dadurch, dass das hinsichtlich seiner Funktion dem Betätigungselement 15a entsprechende Betätigungselement 15c lediglich für ein Öffnen und Schließen des dem Flüssigkeitsventil 13a entsprechenden Flüssigkeitsventils 13c ausgebildet ist, während die Steuerung oder Regelung der Füllge- schwindigkeit durch ein dem Steuer- oder Rückgasventil 32 entsprechendes Rückgasventil 32c erfolgt, welches ein elektrisch ansteuerbares Stellglied 43, beispielsweise in Form eines Piezzo-Aktors aufweist, welches bzw. welcher unmittelbar von der Steuerelektronik 27 angesteuert wird. In Abhängigkeit von dieser Ansteuerung sind der Volumenstrom des Rückgases durch das Rückgasventil 32c und damit während des Druckfüllens auch die Füllgeschwindigkeit stufenlos steuerbar. Die Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke verlassen wird. Allen Ausführungen ist gemeinsam, dass während der jeweiligen Füll- phase die Füllgeschwindigkeit stufenlos Steuer- oder regelbar ist, und zwar vorzugsweise in Abhängigkeit von einer für die jeweils verwendeten Behälter optimierten behälter- oder flaschenspezifischen Füllkurve, und zwar vorzugsweise unter Berücksichtigung u.a. der Behälterform oder -kontur sowie bevorzugt auch unter Berücksichtigung des in den jeweiligen Behälter bereits abgefüllten Füllgutvolumens sowie unter Berücksichtigung des jeweiligen Füllgutes oder entsprechender Füllgutparameter. Die stufenlose Steuerung oder Regelung der Füllgeschwindigkeit wird durch eine entsprechende Einstellung oder Regelung des Öffnungszustandes oder Öffnungsquerschnitts des Flüssigkeitsventils 13, 13a - 13c und/oder wenigstens eines Rückgasventils 32, 32c erreicht. FIG. 5 shows a filling element 1c which is part of a filling system for pressure filling of the bottles 2. The filling element 1c essentially differs from the filling element 1b only in that the actuating element 15c corresponding in function to the actuating element 15a is designed only to open and close the liquid valve 13c corresponding to the liquid valve 13a, while the control or regulation of the filling speed by a return or the return gas valve 32 corresponding return gas valve 32c takes place, which has an electrically controllable actuator 43, for example in the form of a piezoelectric actuator, which or which is directly controlled by the control electronics 27. Depending on this control, the volume flow of the return gas through the return gas valve 32c and thus during the pressure filling and the filling speed are continuously controlled. The invention has been described above in various embodiments. It is understood that numerous changes and modifications are possible without thereby departing from the idea underlying the invention. All versions have in common that during the respective filling phase, the filling speed is infinitely controllable or adjustable, preferably in response to a container or bottle-specific filling curve optimized for the particular container used, preferably taking into account, inter alia, the container shape or contour and preferably also taking into account the already filled in the respective container contents volume and taking into account the respective contents or corresponding Füllgutparameter. The stepless control or regulation of the filling speed is achieved by a corresponding adjustment or regulation of the opening state or opening cross-section of the liquid valve 13, 13a-13c and / or at least one return gas valve 32, 32c.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 , 1 a - 1c Füllelement1, 1 a - 1 c filling element
2 Flasche2 bottle
2.1 Flaschenmündung2.1 bottle mouth
2.2 Mündungsflasche2.2 Muzzle bottle
3 Motor3 engine
4 Behälterträger4 container carriers
5 Füllposition5 filling position
6 Abgabeöffnung6 discharge opening
7 Gehäuse7 housing
8 Flüssigkeitskanal8 fluid channel
9 Gassperre9 gas lock
10 Leitung10 line
11 Durchflussmesser, beispielsweise MID-Durchflussmesser11 flowmeters, eg MID flowmeters
12 Kessel12 kettles
12.1 Flüssigkeitsraum12.1 fluid space
12.2 Gasraum12.2 gas space
13, 13a - 13c Flüssigkeitsventil13, 13a - 13c Liquid valve
13.1 Ventilkörper13.1 valve body
14 freier Strahl14 free beam
15, 15a - 15c Betätigungselement15, 15a-15c actuator
16 Zylinder16 cylinders
17 Kolben17 pistons
18 Kolbenstange18 piston rod
19 Druckfeder19 compression spring
20 Zylinderraum20 cylinder space
21 Ringraum21 annulus
22 Kanal22 channel
23 Ringkanal23 ring channel
24, 24a.1 , 24a.2 Steuer- und Regelventil 25 Treiberstufe24, 24a.1, 24a.2 Control valve 25 driver level
26 Quelle für unter Druck stehendes Fluid26 source of pressurized fluid
27 Steuerelement27 control
28 Füllkurve28 filling curve
28.1 - 28.5 Kurvenabschnitt28.1 - 28.5 Curve section
29 Rückgasrohr29 return gas pipe
30 Gasweg30 gas path
31 Steuer- oder Spannventil31 control or tensioning valve
32, 32c Rückgasventil32, 32c return gas valve
33 Kammer33 chamber
34, 35 Ringkammer34, 35 ring chamber
36 Zylinderraum36 cylinder space
37 Kolben37 pistons
38 Druckfeder38 compression spring
39 Zylinderraum39 cylinder space
41 Betätigungselement41 actuator
42 Treiberstufe42 driver stage
43 Stellglied43 actuator
FA Füllelementachse FA filler element axis

Claims

Patentansprüche claims
1. Füllelement für Füllsysteme zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit einem Flüssigkeitskanal (8) für das flüssige Füllgut in einem Gehäuse (7) des Füllelementes (1 , 1a, 1 b, 1c), der (Flüssigkeitskanal) wenigstens eine Abgabeöffnung zum Einleiten des flüssigen Füllgutes in den jeweiligen Behälter (2) bildet, sowie mit Ventilmitteln (13, 13a - 13c; 32, 32c) zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes in den jeweiligen Behälter (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmittel (13, 13a - 13c; 32, 32c) für eine stufenlose Steuerung oder Regelung der Füllgeschwindigkeit, d.h. der während einer Füllphase dem jeweiligen Behälter (2) je Zeiteinheit zufließenden Füllgutmenge ausgebildet sind.1. filling element for filling systems for filling bottles or similar containers (2) with a liquid product, with a liquid channel (8) for the liquid product in a housing (7) of the filling element (1, 1 a, 1 b, 1 c), the (Liquid channel) at least one discharge opening for introducing the liquid filling material into the respective container (2), and with valve means (13, 13a - 13c; 32, 32c) for the controlled delivery of the liquid filling material in the respective container (2), characterized in that the valve means (13, 13a - 13c; 32, 32c) are used for stepless control or regulation of the filling speed, ie are formed during a filling phase the respective container (2) per unit of time inflowing quantity of filling.
2. Füllelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem die Abgabeöffnung (6) aufweisenden Flüssigkeitskanal wenigstens ein Flüssigkeitsventil (13, 13a, 13b) vorgesehen ist, und dass der Strömungs- oder Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitsventils (13, 13a, 13b) zur Steuerung oder Regelung der Füllgeschwindigkeit stufenlos veränderbar ist.2. Filling element according to claim 1, characterized in that in the discharge opening (6) having liquid channel at least one liquid valve (13, 13 a, 13 b) is provided, and that the flow or opening cross-section of the liquid valve (13, 13 a, 13 b) Control or regulation of the filling speed is infinitely variable.
3. Füllelement nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens einen im Gehäuse (7) des Füllelementes (1a, 1c) ausgebildeten Rückgasweg (30) zum Ableiten eines beim Füllen aus dem Behälter (2) durch das zufließende flüssige Füllgut verdrängten Rückgases, wobei der Strömungs- oder Öffnungsquerschnitt von wenigstens einem im Rückgasweg (30) angeordneten Rückgasventil (31 , 31c) zur Steuerung oder Regelung der Füllgeschwindigkeit stufenlos veränderbar ist.3. Filling element according to claim 1 or 2, characterized by at least one in the housing (7) of the filling element (1 a, 1 c) formed return gas path (30) for discharging a when filling from the container (2) displaced by the inflowing liquid contents return gas, wherein the flow or opening cross-section of at least one return gas valve (31, 31c) arranged in the return gas path (30) is infinitely variable for controlling or regulating the filling speed.
4. Füllelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- oder Betätigungseinrichtung (15, 15a, 15b; 36, 43) für das Flüssigkeitsventil (13, 13a, 13b) und/oder für das Rückgasventil (32, 32c) derart ausgebildet ist, dass die stufenlose Änderung des Strömungs- oder Öffnungsquerschnitts einer Verstellung in Stufen überlagert ist. 4. Filling element according to claim 2 or 3, characterized in that a control or actuating device (15, 15a, 15b, 36, 43) for the liquid valve (13, 13a, 13b) and / or for the return gas valve (32, 32c) is formed such that the stepless change of the flow or opening cross-section of an adjustment is superimposed in stages.
5. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung für die stufenlose Änderung wenigstens ein elektrisch oder pneumatisch oder hydraulisch ansteuerbares Betätigungselement (15, 15a 15b, 41) aufweist, beispielsweise in Form eines elektrischen oder hydraulischen Linear-Antriebs- oder eines Piezzo-Aktors oder Bewegungselementes.5. Filling element according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating device for the stepless change at least one electrically or pneumatically or hydraulically controllable actuating element (15, 15a 15b, 41), for example in the form of an electric or hydraulic linear drive or a piezo actuator or movement element.
6. Füllelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung für das Flüssigkeitsventil (13c) und/oder das wenigstens eine Rückgasventil (32, 32c) ein erstes Betätigungselement für einen stufenförmigen Ventilhub sowie wenigstens ein zweites Betätigungselement (41) für einen zweiten, den ersten überlagerten stufenlosen Ventilhub aufweist.6. Filling element according to claim 4 or 5, characterized in that the actuating device for the liquid valve (13c) and / or the at least one return gas valve (32, 32c) a first actuating element for a stepped valve lift and at least one second actuating element (41) for a second, the first superimposed stepless valve lift.
7. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es für ein Freistrahlfüllen der Behälter (2) ausgebildet ist.7. Filling element according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed for a free jet filling of the container (2).
8. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es für ein Füllen der in Dichtlage gegen das Füllelement (21 a, 1 c) anliegenden Behälter (2) ausgebildet ist und hierfür im Bereich der Abgabeöffnung (6) eine Anlage für die Behältermündung (2.1) bildet.8. Filling element according to one of the preceding claims, characterized in that it is for filling the in sealing position against the filling element (21 a, 1 c) adjacent container (2) is formed and for this purpose in the region of the discharge opening (6) a plant for Container mouth (2.1) forms.
9. Füllmaschine zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit mehreren, beispielsweise an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor vorgesehenen Füllelementen (1 , 1a - 1c), dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente (1 , 1a - 1c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.9. filling machine for filling bottles or similar containers (2) with a liquid filling material, with a plurality of, for example, on a rotatably driven about a vertical machine axis rotor filling elements (1, 1a - 1c), characterized in that the filling elements (1, 1a - 1c) are formed according to one of the preceding claims.
10. Füllmaschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch wenigstens eine Steuerelektronik (27) zur Steuerung oder Regelung der Füllgeschwindigkeit in Abhängig von der dem jeweiligen Behälter (2) während der jeweiligen Füllphase zufließenden Füllgutmengen als Istwert und einem Sollwert. 10. Filling machine according to claim 9, characterized by at least one control electronics (27) for controlling or regulating the filling speed as a function of the respective container (2) during the respective filling phase inflowing Füllgutmengen as the actual value and a desired value.
1 1. Füllmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Steuerelektronik (27) für eine Steuerung oder Regelung der jeweiligen Füllgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem Sollwert in Form einer behälter- und/oder füllgutspezifischen Füllkurve (28) ausgebildet ist.1 1. Filling machine according to claim 10, characterized in that the at least one control electronics (27) for controlling or regulating the respective filling speed in response to a desired value in the form of a container and / or filling material-specific filling curve (28) is formed.
12. Verfahren zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems mit wenigstens einem Füllelement (1 , 1a - 1c), dadurch gekennzeichnet, dass während einer jeden Füllphase die Füllgeschwindigkeit, d.h. die je Zeiteinheit dem jeweiligen Behälter (2) zufließende Füllgutmenge durch stufenlose Änderung des Strömungs- oder Öffnungsquerschnittes der geöffneten Ventilmittel (13, 13a - 13c; 32, 32c) gesteuert oder geregelt wird.Method for filling bottles or similar containers (2) with a liquid product using a filling system with at least one filling element (1, 1a-1c), characterized in that during each filling phase the filling speed, i. the quantity of product flowing into the respective container (2) per unit of time is controlled or regulated by stepless change of the flow or opening cross-section of the opened valve means (13, 13a-13c; 32, 32c).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase durch stufenlose Änderung des Strömungs- oder Öffnungsquerschnitts des Flüssigkeitsventils (13, 13a, 13b) und/oder durch stufenlose Änderung des Strömungs- oder Öffnungsquerschnitts wenigstens eines Rückgasventils (32, 32c) in Abhängigkeit von einem Istwert gesteuert oder geregelt wird, welcher der aktuellen Füllgeschwindigkeit und/oder der dem jeweiligen Behälter (2) bereits zugeflossenen Füllgutmenge entspricht.13. The method according to claim 12, characterized in that the filling speed during the filling phase by continuously changing the flow or opening cross-section of the liquid valve (13, 13a, 13b) and / or by continuously changing the flow or opening cross-section of at least one return gas valve (32, 32c) is controlled or regulated as a function of an actual value, which corresponds to the current filling speed and / or the contents of the product already supplied to the respective container (2).
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllgeschwindigkeit zeitabängig gesteuert oder geregelt wird.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the filling speed is controlled or regulated time-dependent.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllgeschwindigkeit in Abhängig von einer behälterspezifischen Füllkurve (28) gesteuert oder geregelt wird. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the filling speed in response to a container-specific filling curve (28) is controlled or regulated.
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