WO2016005258A1

WO2016005258A1 - Füllelement sowie füllmaschine

Info

Publication number: WO2016005258A1
Application number: PCT/EP2015/065067
Authority: WO
Inventors: Dieter-Rudolf Krulitsch
Original assignee: Khs Gmbh
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2016-01-14
Also published as: DE102014109615A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Füllelement zum Abfüllen von zähflüssigem oder Feststoffe enthaltendem Füllgut in einen Behälter (2), mit wenigstens einer Abgabeöffnung (3) zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in den jeweiligen Behälter (2) und mit einem Füllgutzulauf (4), über den das abzufüllende Füllgut dem Füllelement zugeführt wird. Dabei ist zwischen dem Füllgutzulauf (4) und der Abgabeöffnung (3) zumindest ein erster und ein zweiter Füllgutaufnahmeraum (5, 6) vorgesehen, wobei der erste Füllgutaufnahmeraum (5) fluidisch mit dem Füllgutzulauf (4) und der zweite Füllgutaufnahmeraum (6) fluidisch mit der Abgabeöffnung (3) verbunden ist, wobei der erste Füllgutaufnahmeraum (5) mit dem zweiten Füllgutaufnahmeraum (6) über ein erstes Flüssigkeitsventil (7) verbunden ist, wobei der zweite Füllgutaufnahmeraum (6) über ein zweites Flüssigkeitsventil (8) mit der Abgabeöffnung (3) verbunden ist und wobei eine Einrichtung (9) zum Verändern der Volumina des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums (5, 6) vorgesehen ist, mittels der die Volumina des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums (5, 6) gleichzeitig und gegensinnig veränderbar sind.

Description

Füllelement sowie Füllmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement zum Füllen von Behältern gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 , auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 10 und ein Verfahren zum Füllen von Behältern gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 1 .

Füllmaschinen zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Zur Abfüllung von viskosen bzw. zähflüssigen Füllgütern, d.h. solchen Füllgütern, die nicht allein aufgrund der Wirkung der Gravitationskraft abgefüllt werden können, oder Füllgütern, die Feststoffe, beispielsweise Fruchtstücke, Pulpe oder Fasern enthalten, ist es bekannt, so genannte Kolbenfüller zum Abfüllen des Füllguts zu verwenden. Bei derartigen Kolbenfüllern wird das abzufüllende Füllgut durch einen in einem Zylinder abgedichtet geführten Kolben in diesen Zylinder angesaugt, dadurch in seinem Volumen bestimmt und anschließend aus dem Zylinder in den zu befüllenden Behälter durch Rückbewegen des Kolbens ausgetrieben. Um eine Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Zylinder zu erreichen, ist bei derartigen Kolbenfüllern eine Schiebedichtung vorgesehen.

Aus der Druckschrift US 4,648,421A ist eine Fülleinrichtung mit einer Ventileinrichtung zur Steuerung eines Flüssigkeitsstroms bekannt. Die Fülleinrichtung weist ein Paar von Faltenbälgen auf, mittels denen die Abfüllung des Füllguts bewirkt wird.

Die Druckschrift JPH08143001 A offenbart eine Füllvorrichtung mit einer Pumpeneinheit. Die Pumpeinheit weist ein Paar von Faltenbälgen auf, mittels denen die Förderung des Füllguts erfolgt. Nachteilig am bekannten Stand der Technik ist, dass mittels Kolbenfüllern eine aus hygienischen Gesichtspunkten optimierte Abfüllung nicht möglich ist, da derartige Kolbenfüller Flächen oder Bauteile aufweisen, die zumindest indirekt durch das Verschieben des Kolbens ständig mit der„schmutzigen" Umgebung und mit dem abzuführenden Füllgut in Berührung kommen. Ein weiterer Nachteil derartiger Kolbenfüller besteht darin, dass zur Reinigung diese Kolbenfüller nahezu vollständig demontiert werden müssen, um auch die Schiebedichtung reinigen zu können. Zuletzt müssen die Kolbenfüller aufgrund der für die Schiebedichtungen erforderlichen Passgenauigkeit mit einer sehr geringen Toleranz gefertigt werden und sind somit entsprechend teuer.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Füllelement aufzuzeigen, das eine in Bezug auf hygienische Gesichtspunkte optimierte Abfüllung ermöglicht, leicht zu reinigen und darüber hinaus kostengünstig herzustellen ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 10 und Patentanspruch 1 1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem Füllgut.

Die Erfindung betrifft zunächst ein Füllelement zum Abfüllen von zähflüssigem oder Feststoffe enthaltendem Füllgut in einen Behälter. Das Füllelement umfasst wenigstens eine Abgabeöffnung zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in den jeweiligen Behälter und einen Füllgutzulauf, über den das abzufüllende Füllgut dem Füllelement zugeführt wird. Zwischen dem Füllgutzulauf und der Abgabeöffnung sind zumindest ein erster und ein zweiter Füllgutaufnahmeraum vorgesehen. Der erste Füllgutaufnahmeraum ist dabei fluidisch mit dem Füllgutzulauf und der zweite Füllgutaufnahmeraum mit der Abgabeöffnung verbunden. Der erste Füllgutaufnahmeraum ist mit dem zweiten Füllgutaufnahmeraum über ein erstes Flüssigkeitsventil und der zweite Füllgutaufnahmeraum über ein zweites Flüssigkeitsventil mit der Abgabeöffnung verbunden. Ferner ist eine Einrichtung zum Verändern der Volumina bzw. der Innenvolumina des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums vorgesehen, mittels der die Volumina des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums gleichzeitig und gegensinnig veränderbar sind. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Veränderung der Volumina des ersten und/oder zweiten Füllgutaufnahmeraumes durch elastische Verformung des jeweiligen Füllgutaufnahmeraumes bewirkt wird. Insgesamt wird erreicht, dass der erste Füllgutaufnahmeraum als Ansaugvolumen fungiert, d.h. Füllgut von einem Füllgutkessel den ersten Füllgutaufnahmeraum angesaugt wird, und der zweite Füllgutaufnahmeraum als Abfüllvolumen dient, d.h. bei entsprechender Verkleinerung des Innenvolumens des zweiten Füllgutaufnahmeraums das darin enthaltene Füllgut in den Behälter abgefüllt wird. Damit kann auf technisch einfache Weise eine hygienische Abfüllung von viskosen oder Feststoffe enthaltenden Füllgütern erreicht werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung zum Verändern der Volumina des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums eine Hubeinrichtung. Die Hubeinrichtung ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie sowohl mit dem ersten Füllgutaufnahmeraum als auch mit dem zweiten Füllgutaufnahmeraum gekoppelt ist. Vorzugsweise greift die Hubeinrichtung an einer Schnittstelle zwischen dem ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraum an. Dadurch ist beim Betätigen der Hubeinrichtung eine gleichzeitige und gegensinnige Veränderung des Innenvolumens der Füllgutaufnahmeräume möglich.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Hubeinrichtung zur Verschiebung der Position des ersten Flüssigkeitsventils ausgebildet. Vorzugsweise erfolgt die Verschiebung der Position des ersten Flüssigkeitsventils entlang der Hochachse des Füllelements. Mittels des zwischen dem ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraum angeordneten ersten Flüssigkeitsventils ist die Fluidverbindung zwischen diesen Füllgutaufnahmeräumen gesteuert verbindbar bzw. trennbar. Durch eine geeignete Ansteuerung des ersten Flüssigkeitsventils ist es bei der Verschiebung der Position dieses ersten Flüssigkeitsventils durch die Hubeinrichtung möglich, entweder gezielt eine Überführung des im ersten Füllgutaufnahmeraum befindlichen Füllguts in den zweiten Füllgutaufnahmeraum durch Verkleinern des Volumens des ersten Füllgutaufnahmeraums bzw. Vergrößern des Volumens des zweiten Füllgutaufnahmeraums zu bewirken oder alternativ ein Austreiben des im zweiten Füllgutaufnahmeraum befindlichen Füllguts durch Verkleinern des Volumens des zweiten Füllgutaufnahmeraums bei geschlossenem ersten Flüssigkeitsventil. Das erste Flüssigkeitsventil kann beispielsweise in einem Zwischenstück angeordnet sein, und zwar insbesondere in einem Kanal des Zwischenstücks, mittels dem der erste Füllgutaufnahmeraum mit dem zweiten Füllgutaufnahmeraum verbindbar ist. Vorzugsweise wird der erste und zweite Füllgutaufnahmeraum durch jeweils einen Faltenbalg gebildet. Faltenbälge zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Streckbarkeit bzw. Stauchbarkeit aus und können daher in hohem Maße in ihrem Innenvolumen verändert werden. Durch die Verwendung von zumindest zwei Faltenbälgen, wobei ein erster Faltenbalg einen Ansaugraum bzw. ein Ansaugvolumen bildet und ein zweiter Faltenbalg einen Abfüllraum bzw. ein Abfüllvolumen bildet, wird erreicht, dass das Füllgut ohne Verwendung jeglicher Schiebedichtungen in den Behälter abgefüllt werden kann.

Anstatt aus Faltenbälgen können die Füllgutaufnahmeräume alternativ auch anderen geeigneten, elastisch verformbaren Elementen gebildet werden. Beispielsweise aus ballonförmigen Membranen oder Folien, Rollmembranen oder ähnlichen Elementen oder Bauteilen.

Vorzugsweise werden die Füllgutaufnahmeräume aus Faltenbälgen gebildet, da sich bei diesen leichter eine Kennlinie der Veränderung des Innenvolumens in Abhängigkeit von ihrer Verformung ermitteln lässt.

Vorzugsweise ist ein den ersten Füllgutaufnahmeraum bildender erster Faltenbalg zwischen dem Füllgutzulauf und dem mittels der Hubeinrichtung positionsveränderlichen ersten Flüssigkeitsventil vorgesehen. Dieser erste Faltenbalg bildet beispielsweise einen oberen Faltenbalg, der oberhalb des zweiten Füllgutaufnahmeraums angeordnet ist. Der erste Faltenbalg bildet ferner beispielsweise den Ansaugraum bzw. das Ansaugvolumen, mittels dem bei Vergrößerung des Innenvolumens des ersten Faltenbalgs bei geschlossenem erstem Flüssigkeitsventil das Füllgut über den Füllgutzulauf in den Innenraum des ersten Faltenbalgs eingesaugt wird. Weiterhin vorzugsweise ist ein den zweiten Fullgutaufnahnneraunn bildender zweiter Faltenbalg zwischen dem mittels der Hubeinrichtung positionsveränderlichen ersten Flüssigkeitsventil und dem zweiten Flüssigkeitsventil vorgesehen. Dieser zweite Faltenbalg ist vorzugsweise unterhalb des ersten Faltenbalgs angeordnet. Der zweite Faltenbalg bildet den Abfüllraum bzw. das Abfüllvolumen, aus dem das Füllgut über das geöffnete zweite Flüssigkeitsventil in den Behälter ausgebracht wird. In anderen Worten ist eine Kaskade von mindestens zwei hintereinander geschalteten, mittels eines Flüssigkeitsventils fluidisch verbundenen Faltenbälgen vorgesehen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Flüssigkeitsventil derart vorgesehen, dass durch eine Positionsveränderung des ersten Flüssigkeitsventils gleichzeitig eine Stauchung eines der Faltenbälge und eine Streckung des zumindest einen weiteren Faltenbalgs erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass mit einer einzigen Hubbewegung der Hubeinrichtung (Arbeitshub) gleichzeitig ein Ausbringen des Füllgutes aus dem zweiten Faltenbalg in den Behälter (Reduzierung des Innenvolumens des zweiten Faltenbalgs) und ein Einsaugen von Füllgut in den ersten Faltenbalg (Vergrößerung des Innenvolumens des ersten Faltenbalgs) erzielbar ist. Bei der entgegengesetzten Hubbewegung der Hubeinrichtung (Rückhub) wird anschließend das im ersten Faltenbalg befindliche Füllgut in den zweiten Faltenbalg überführt, und zwar bei geöffnetem ersten Flüssigkeitsventil und geschlossenem zweiten Flüssigkeitsventil.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Einrichtung zum Verändern der Volumina des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums durch eine Kurvensteuerung, durch einen Linearantrieb, durch einen Servomotor oder durch einen Pneumatikzylinder bewegt. Vorzugsweise ist die Einrichtung derart verstellbar, dass die Volumenänderung der Füllgutaufnahmeräume verändert werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine verstellbare Steuerkurve oder eine geeignete Ansteuerung des Linearantriebs, des Servomotor oder des Pneumatikzylinders erfolgen. Das erste und/oder zweite Flüssigkeitsventil kann beispielsweise durch ein Membranventil, durch ein Schlauchquetschventil oder ein Rückschlagventil gebildet werden. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Füllmaschine zum Füllen von Behältern mit einem Füllgut mit mehreren an einem umlaufenden Transportelement, beispielsweise an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufenden Rotor vorgesehenen Füllelementen. Die Füllelemente der Füllmaschine sind dabei wie zuvor beschrieben ausgebildet.

Gemäß einem letzten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem zähflüssigen oder Feststoffe enthaltenden Füllgut mittels eines Füllelements, das wenigstens eine Abgabeöffnung zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in den jeweiligen Behälter und einen Füllgutzulauf, über den das abzufüllende Füllgut dem Füllelement zugeführt wird, aufweist. Zwischen dem Füllgutzulauf und der Abgabeöffnung ist zumindest ein erster und ein zweiter Füllgutaufnahmeraum vorgesehen, wobei der erste Füllgutaufnahmeraum fluidisch mit dem Füllgutzulauf, der zweite Füllgutaufnahmeraum fluidisch mit der Abgabeöffnung und der erste Füllgutaufnahmeraum mit dem zweiten Füllgutaufnahmeraum über ein erstes Flüssigkeitsventil verbunden sind und wobei der zweite Füllgutaufnahmeraum über ein zweites Flüssigkeitsventil mit der Abgabeöffnung verbunden ist.

Das Füllverfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:

a Füllen des ersten Füllgutaufnahmeraums mit einem Füllgutvolumen wobei das erste Flüssigkeitsventil geschlossen ist;

b Überführen des Füllgutvolumens aus dem ersten Füllgutaufnahmeraum in den zweiten Füllgutaufnahmeraum bei geöffnetem ersten Flüssigkeitsventil durch Verkleinern des Volumens des ersten Füllgutaufnahmeraums und gleichzeitiger Vergrößerung des Volumens des zweiten Füllgutaufnahmeraums;

c Schließen des ersten Flüssigkeitsventils und Öffnen des zweiten Flüssigkeitsventils; d. Abfüllen des Füllguts in den Behälter durch Verkleinern des Volumens des zweiten Füllgutaufnahmeraums und gleichzeitigem Vergrößern des Volumens des ersten Füllgutaufnahmeraums. Bevorzugt erfolgt während des Abfüllens des Füllguts in den Behälter durch Verkleinern des Volumens des zweiten Füllgutaufnahmeraums durch das gleichzeitige Vergrößern des Volumens des ersten Füllgutaufnahmeraums ein Ansaugen eines Füllgutvolumens über den Füllgutzulauf in den ersten Füllgutaufnahmeraum. Dadurch kann während der Abfüllphase, d.h. bei der Entleerung des zweiten Füllgutaufnahmeraums, gleichzeitig der erste Füllgutaufnahmeraum mit Füllgut angefüllt werden, das im nächsten Zyklus an den zweiten Füllgutaufnahmeraum übergeleitet wird.

Behälter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Dosen, Flaschen, Tuben,

Pouches, jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, aber auch andere Packmittel, die zum Abfüllen von flüssigen oder viskosen Produkten geeignet sind.

Der Ausdruck „im Wesentlichen" bzw. „etwa" bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.

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. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und im Teilschnitt beispielhaft ein Füllelement in einer ersten Stellung (Stellung am Ende des Ansaugvorgangs); und

Fig. 2 in vereinfachter Darstellung und im Teilschnitt beispielhaft ein Füllelement in einer zweiten Stellung (Stellung zu Beginn des Behälterfüllvorgangs).

Dargestellt ist in den Figuren 1 und 2 jeweils die Füllposition einer Füllmaschine zum Füllen von Behältern 2 mit einem zähflüssigen oder Feststoffe, beispielsweise Fruchtstücke, Pulpe oder Fasern enthaltenden Füllgut. Die Füllposition umfasst u.a. ein Füllelement 1 , welches beispielsweise zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotors angeordnet ist. Unter den Füllelementen 1 ist am Rotor eine Standfläche 15 gebildet, auf der die zu füllenden Behälter 2 mit ihrem Boden aufstehen. Alternativ können die Behälter auch hängend gehalten sein.

Jedes Füllelement 1 umfasst einen Füllgutkanal 1 1 , der das Füllelement 1 beispielsweise entlang seiner Hochachse HA durchzieht. Der Füllgutkanal 1 1 ist an seinem oberen, in den Figuren nicht dargestellten Bereich über einen Füllgutzulauf 4 des Füllelements 1 mit einem für sämtliche Füllelemente gemeinsamen, am Rotor vorgesehenen und das Füllgut bereitstellenden Kessel verbunden. Am unteren Ende ist am Füllelement 1 eine Abgabeöffnung 3 vorgesehen, über die das Füllgut aus dem Füllgutkanal 1 1 austreten und in den Behälter 2 einlaufen kann. Im Verlauf des Füllgutkanals 1 1 , d.h. zwischen dem Füllgutzulauf 4 und der Abgabeöffnung 3 sind ein erster Füllgutaufnahmeraum 5 und ein zweiter Füllgutaufnahmeraum 6 vorgesehen. Ferner ist zwischen dem ersten Füllgutaufnahmeraum 5 und dem zweiten Füllgutaufnahmeraum 6 ein erstes Flüssigkeitsventil 7 vorgesehen, mittels dem die fluidische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraum 5, 6 gesteuert geschlossen bzw. geöffnet werden kann. Ferner ist zwischen dem zweiten Füllgutaufnahmeraum 6 und der Abgabeöffnung 3 ein zweites Flüssigkeitsventil 8 vorgesehen, mittels dem die Abgabe des Füllgutes aus dem zweiten Füllgutaufnahmeraum 6 über die Abgabeöffnung 3 in den Behälter 2 gesteuert werden kann. Vorzugsweise ist das Füllelement 1 mit seiner Hochachse HA vertikal oder im Wesentlichen vertikal ausgerichtet, d.h. der erste Füllgutaufnahmeraum 5 ist oberhalb des zweiten Füllgutaufnahmeraums 6 angeordnet.

Wie in den Figuren erkennbar, sind der erste und zweite Füllgutaufnahmeraum 5, 6 als volumenveränderliche Füllgutaufnahmeräume ausgebildet, d.h., das Volumen des Innenraums der Füllgutaufnahmeräume 5, 6 ist veränderlich. Dadurch kann ein Ansaugen bzw. Auspressen eines zähflüssigen oder einen hohen Feststoffanteil aufweisenden Füllguts in das Füllelement 1 hinein bzw. aus dem Füllelement 1 in den Behälter 2 bewirkt werden.

Der erste und zweite Füllgutaufnahmeraum 5, 6 kann beispielsweise durch Faltenbälge 5a, 6a gebildet werden, d.h. der erste Füllgutaufnahmeraum 5 wird durch einen ersten Faltenbalg 5a und der zweite Füllgutaufnahmeraum 6 durch einen zweiten Faltenbalg 6a gebildet. Auch andere Ausbildungen der Füllgutaufnahmeräume 5, 6 sind denkbar, beispielsweise Füllgutaufnahmeräume mit elastisch verformbaren, d.h. dehnbaren bzw. komprimierbaren Wandungen. An dem Rotor der Füllmaschine ist beispielsweise ein Gestell 12 vorgesehen, an dem der erste Faltenbalg 5a oberseitig und der zweite Faltenbalg 6a unterseitig in geeigneter Weise fixiert ist. Ferner ist vorzugsweise ein Zwischenstück 13 vorgesehen, an dem oberseitig das weitere freie Ende des ersten Faltenbalgs 5a und unterseitig das weitere freie Ende des zweiten Faltenbalgs 6a fixiert ist. Ferner ist im Bereich des Zwischenstücks 13 ein Kanal 13.1 vorgesehen, über den der erste Füllgutaufnahmeraum 5 mit dem zweiten Füllgutaufnahmeraum 6 verbindbar ist. In dem Kanal 13.1 ist beispielsweise das erste Flüssigkeitsventil 7 vorgesehen, mittels dem der Kanal 13.1 geöffnet bzw. verschlossen werden kann. Des Weiteren ist eine Hubeinrichtung 9 vorgesehen, mittels der eine Veränderung der Volumina der ersten und zweiten Füllgutaufnahmeräume 5, 6 bewirkt werden kann. Wie in den Figuren 1 und 2 erkennbar ist die Hubeinrichtung 9 mit dem Zwischenstück 13 verbunden und zur Positionsveränderung dieses Zwischenstücks 13 ausgebildet. Insbesondere kann mittels der Hubeinrichtung 9 das Zwischenstück 13 entlang der Hochachse HA des Füllelements 1 verschoben werden. Dadurch wird eine gleichzeitige und gegensinnige Volumenänderung des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums 5, 6 bewirkt, d.h. durch eine Positionsveränderung (im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Positionsveränderung des Zwischenstücks 13 nach unten) des Zwischenstücks 13 wird beispielsweise eine Vergrößerung des Volumens des ersten Füllgutaufnahmeraums 5 und gleichzeitig eine Verkleinerung des Volumens des zweiten Flüssigkeitsaufnahmeraums 6 bewirkt. In umgekehrter Richtung (d.h. bei Positionsveränderung des Zwischenstücks 13 nach oben) wird eine Verkleinerung des ersten Füllgutaufnahmeraums 5 bei gleichzeitiger Vergrößerung des zweiten Füllgutaufnahmeraums 6 bewirkt.

Die das Zwischenstück 13 bewegende Hubeinrichtung 9 kann beispielsweise, wie in Figuren 1 und 2 gezeigt, durch eine Kurvensteuerung 10 bewirkt werden. Dazu ist das Zwischenstück 13 verschiebbar an einer Führung 12.1 gehalten. Durch Anlage einer mit dem Zwischenstück 13 verbundenen Rolle 12.2 an einer Steuerkurve lässt sich beim Umlauf des Rotors der Füllmaschine das Zwischenstück 13 auf und ab bewegen, um einen nachfolgend detaillierter beschriebenen Abfüllvorgang zu bewirken. Auch andere Mittel zur Positionsveränderung des Zwischenstücks 13 sind denkbar, beispielsweise Linearantriebe, Servomotoren, pneumatische Zylinder etc.

Im Auslassbereich des Füllelements 1 ist ein Auslassstück 14 vorgesehen, das einen Kanal 14.1 aufweist und am freien Ende des Kanals 14.1 die Abgabeöffnung 3 ausbildet. Der Kanal 14.1 des Auslassstücks 14 ist dabei fluidisch mit dem zweiten Füllgutaufnahmeraum verbindbar, und zwar gesteuert durch das zweite Flüssigkeitsventil 8, das im Bereich des Kanals 14.1 des Auslassstücks 14 vorgesehen ist. Das zweite Flüssigkeitsventil 8 kann dabei derart angesteuert werden, dass der Kanal 14.1 verschlossen ist, d.h. kein Füllgut über den Kanal 14.1 und die Abgabeöffnung 3 in den Behälter 2 austreten kann, bzw. dass der Kanal 14.1 für ein Austreten des Füllguts an der Abgabeöffnung 3 geöffnet ist. Nachfolgend wird ein Verfahren zum Befüllen des Behälters 2 mittels des zuvor aufgezeigten Füllelements 1 beschrieben. Zu Beginn eines Füllvorgangs, bei dem das Füllelement 1 vollkommen entleert ist (beispielsweise nach einem Reinigungsvorgang des Füllelements 1 ), muss zunächst in einem Ansaugschritt Füllgut aus dem Kessel über die Füllgutleitung 4.1 und den Füllgutzulauf 4 dem Füllelement 1 bzw. dem ersten Füllgutaufnahmeraum 5 des Füllelements 1 zugeführt werden. Für diesen Ansaugschritt wird das Zwischenstück 13 mittels der Hubeinrichtung 9 in eine obere Stellung verfahren, so dass das Innenvolumen des ersten Füllgutaufnahmeraums reduziert ist. Anschließend wird bei geschlossenem erstem Flüssigkeitsventil 7 das Zwischenstück 13 mittels der Hubeinrichtung 9 in eine untere Stellung verfahren, so dass durch die Volumenvergrößerung des ersten Füllgutaufnahmeraums 5 abzufüllendes Füllgut in den ersten Füllgutaufnahmeraum 5 eingesaugt wird. Nach Beendigung dieses Ansaugschritts erfolgt ein Überführen des im ersten Füllgutaufnahmeraum 5 vorhandenen Füllguts in den zweiten Füllgutaufnahmeraum 6, wobei das erste Flüssigkeitsventil 7 geöffnet und bei geschlossenem zweiten Flüssigkeitsventil 8 das Zwischenstück 13 mittels der Hubeinrichtung 9 in eine obere Positionsverfahren wird, so dass durch die Volumenvergrößerung des zweiten Füllgutaufnahmeraums 6 das im ersten Füllgutaufnahmeraum 5 befindliche Füllgut in den zweiten Füllgutaufnahmeraum 6 überführt wird.

Nach Beendigung dieser Schritte sind nunmehr beide Füllgutaufnahmeräume 5, 6 mit Füllgut gefüllt, so dass der eigentliche Abfüllvorgang beginnen kann. Nachdem Überführen des Füllguts in den zweiten Füllgutaufnahmeraum 6 befindet sich das Zwischenstück 13 in einer oberen Position. In dieser Position wird nun das erste Flüssigkeitsventil 7 geschlossen und das zweite Flüssigkeitsventil 8 geöffnet. Anschließend wird das Zwischenstück 13 mittels der Hubeinrichtung 9 in eine untere Position verfahren, so dass durch die Verringerung des Innenvolumens des zweiten Füllgutaufnahmeraums 6 ein Austreiben des darin befindlichen Füllguts über die Abgabeöffnung 3 in den Behälter 2 erfolgt. Durch die Positionsveränderung des Zwischenstücks 13 und die dadurch bewirkte Volumenreduzierung des zweiten Fullgutaufnahnneraunns 6 erfolgt gleichzeitig eine Volumenvergrößerung des ersten Füllgutaufnahmeraums 5, so dass gleichzeitig mit dem Austreiben des Füllguts aus dem zweiten Füllgutaufnahmeraum 6 in den Behälter 2 ein Ansaugen von Füllgut aus der Füllgutleitung 4.1 in den ersten Füllgutaufnahmeraum 5 erfolgt. Durch einen Rückhub des Zwischenstücks 13 kann das in den ersten Füllgutaufnahmeraum 5 angesaugte Füllgut in den zweiten Füllgutaufnahmeraum 6 überführt werden. Dazu wird das erste Flüssigkeitsventil 7 geöffnet, das zweite Flüssigkeitsventil 8 geschlossen und das Zwischenstück 13 aus einer unteren Position (Figur 1 ) in eine obere Position (Figur 2) mittels der Hubeinrichtung 9 verfahren. Dadurch wird das zuvor in den ersten Füllgutaufnahmeraum 5 eingesaugte Füllgut in den zweiten Füllgutaufnahmeraum 6 übertragen. Anschließend kann nach erneutem Schließen des ersten Flüssigkeitsventils 7 und Öffnen des zweiten Flüssigkeitsventils 8, wie in Figur 2 gezeigt, das im zweiten Füllgutaufnahmeraum 6 befindliche Füllgut in den Behälter 2 ausgetrieben werden.

Die Hubbewegung der Hubeinrichtung 9 bzw. die Volumina der ersten und zweiten Füllgutaufnahmeräume 5, 6 können derart bemessen sein, dass der Behälter 2 mittels einer einzigen Hubbewegung der Hubeinrichtung 9 auf einen Sollfüllstand befüllt wird. Für den Fall, dass eine Befüllung des Behälters 2 mit einer einzigen Hubbewegung nicht möglich ist, können auch mehrere Zyklen von Hubbewegungen nacheinander durchgeführt werden, um den Behälter 2 zu befüllen. Mittels der Positionsveränderung des Zwischenstücks 13 ergeben sich Volumenänderungen der Füllgutaufnahmeräume 5, 6, die genau bestimmbar und auch mit hoher Genauigkeit reproduzierbar sind. Dadurch lässt sich eine exakte Abfüllung eines definierten Füllgutvolumens in den Behälter 2 erreichen. Wie zuvor beschrieben, können die Füllgutaufnahmeräume 5, 6 durch Faltenbälge 5a, 6a gebildet sein. Diese Faltenbälge können beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet sein. Es versteht sich, dass auch andere Materialien verwendet werden können, beispielsweise Faltenbälge aus Kautschuk.

Die Flüssigkeitsventile 7, 8 können durch jedwede für den oben genannten Zweck geeigneten Ventilen gebildet werden, insbesondere durch Membranventile, Schlauchquetschventile oder Rückschlagventile.

Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste

1 Füllelement

2 Behälter

3 Abgabeöffnung

4 Füllgutzulauf

4.1 Füllgutleitung

5 erster Füllgutaufnahmeraum

5a erster Faltenbalg

6 zweiter Füllgutaufnahmeraum

6a zweiter Faltenbalg

7 erstes Flüssigkeitsventil

8 zweites Flüssigkeitsventil

9 Hubeinrichtung

10 Kurvensteuerung

1 1 Füllgutkanal

12 Gestell

12.1 Führung

12.2 Rolle

13 Zwischenstück

13.1 Kanal

14 Auslassstück

14.1 Kanal

15 Standfläche

HA Hochachse

Claims

Patentansprüche

1 . Füllelement zum Abfüllen von zähflüssigem oder Feststoffe enthaltendem Füllgut in einen Behälter (2), mit wenigstens einer Abgabeöffnung (3) zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in den jeweiligen Behälter (2) und mit einem Füllgutzulauf (4), über den das abzufüllende Füllgut dem Füllelement zugeführt wird, wobei zwischen dem Füllgutzulauf (4) und der Abgabeöffnung (3) zumindest ein erster und ein zweiter Füllgutaufnahmeraum (5, 6) vorgesehen ist, wobei der erste Füllgutaufnahmeraum (5) fluidisch mit dem Füllgutzulauf (4) und der zweite Füllgutaufnahmeraum (6) fluidisch mit der Abgabeöffnung (3) verbunden ist, wobei der erste Füllgutaufnahmeraum (5) mit dem zweiten Füllgutaufnahmeraum (6) über ein erstes Flüssigkeitsventil (7) verbunden ist, wobei der zweite Füllgutaufnahmeraum (6) über ein zweites Flüssigkeitsventil (8) mit der Abgabeöffnung (3) verbunden ist und wobei eine Einrichtung (9) zum Verändern der Volumina des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums (5, 6) vorgesehen ist, mittels der die Volumina des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums (5, 6) gleichzeitig und gegensinnig veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Flüssigkeitsventil (7, 8) durch ein Membranventil oder durch ein Schlauchquetschventil gebildet wird.

2. Füllelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Volumina des ersten und/oder des zweiten Füllgutaufnahmeraums (5, 6) durch eine elastische Verformung des jeweiligen Füllgutaufnahmeraums (5, 6) erfolgt.

3. Füllelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verändern der Volumina des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums (5, 6) eine Hubeinrichtung (9) ist.

4. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (9) zur Verschiebung der Position des ersten Flüssigkeitsventils (7), insbesondere entlang der Hochachse (HA) des Füllelements, ausgebildet ist.

5. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Füllgutaufnahmeraum (5, 6) durch jeweils einen Faltenbalg (5a, 6a) gebildet wird.

6. Füllelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein den ersten Füllgutaufnahmeraum (5) bildender erster Faltenbalg (5a) zwischen dem Füllgutzulauf (4) und dem mittels der Hubeinrichtung (9) positionsveränderlichen ersten Flüssigkeitsventil (7) vorgesehen ist.

7. Füllelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein den zweiten Füllgutaufnahmeraum (6) bildender zweiter Faltenbalg (6a) zwischen dem mittels der Hubeinrichtung (9) positionsveränderlichen ersten Flüssigkeitsventil (7) und dem zweiten Flüssigkeitsventil (8) vorgesehen ist.

8. Füllelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Flüssigkeitsventil (7) derart vorgesehen ist, dass durch eine Positionsveränderung des ersten Flüssigkeitsventils (7) gleichzeitig eine Stauchung eines der Faltenbälge (5a, 6a) und eine Streckung des zumindest einen weiteren Faltenbalgs (6a, 5a) erfolgt.

9. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verändern der Volumina des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums (5, 6) durch eine Kurvensteuerung (10), durch einen Linearantrieb durch einen Servomotor oder durch einen Pneumatikzylinder bewegt wird. 10. Füllmaschine zum Füllen von Behältern (2) mit einem zähflüssigen oder Feststoffe enthaltenden Füllgut mit mehreren an einem umlaufenden Transportelement, beispielsweise an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufenden Rotor vorgesehenen Füllelementen (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.

I .Verfahren zum Füllen von Behältern (2) mit einem zähflüssigen oder Feststoffe enthaltenden Füllgut mittels eines Füllelements (1 ), das wenigstens eine Abgabeöffnung (3) zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in den jeweiligen Behälter (2) und einen Füllgutzulauf (4), über den das abzufüllende Füllgut dem Füllelement (1 ) zugeführt wird, aufweist, wobei zwischen dem Füllgutzulauf (4) und der Abgabeöffnung (3) zumindest ein erster und ein zweiter Füllgutaufnahmeraum (5, 6) vorgesehen ist, wobei der erste Füllgutaufnahmeraum (5) fluidisch mit dem Füllgutzulauf (4), der zweite Füllgutaufnahmeraum (6) fluidisch mit der Abgabeöffnung (3) und der erste Füllgutaufnahmeraum (5) mit dem zweiten Füllgutaufnahmeraum (6) über ein erstes Flüssigkeitsventil (7) verbunden sind und wobei der zweite Füllgutaufnahmeraum (6) über ein zweites Flüssigkeitsventil (8) mit der Abgabeöffnung (3) verbunden ist, wobei das erste und/oder zweite Flüssigkeitsventil (7, 8) durch ein Membranventil oder durch ein Schlauchquetschventil gebildet wird,

wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a. Füllen des ersten Füllgutaufnahmeraums (5) mit einem Füllgutvolumen, wobei das erste Flüssigkeitsventil (7) geschlossen ist;

b. Überführen des Füllgutvolumens aus dem ersten Füllgutaufnahmeraum (5) in den zweiten Füllgutaufnahmeraum (6) bei geöffnetem ersten Flüssigkeitsventil (7) durch Verkleinern des Volumens des ersten Füllgutaufnahmeraums (5) und gleichzeitiger Vergrößerung des Volumens des zweiten Füllgutaufnahmeraums (6);

c. Schließen des ersten Flüssigkeitsventils (7) und Öffnen des zweiten

Flüssigkeitsventils (8);

d. Abfüllen des Füllguts in den Behälter (2) durch Verkleinern des Volumens des zweiten Füllgutaufnahmeraums (6) und gleichzeitigem Vergrößern des Volumens des ersten Füllgutaufnahmeraums (5).

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Füllgutaufnahmeraunn (5, 6) jeweils durch ein elastisch verformbares Element gebildet wird, wobei die Volumenveränderung des Innenraums des elastischen Elementes durch eine elastische Verformung des Elementes erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass des sich bei dem elastisch verformbaren Element um einen Faltenbalg (5a, 6a) handelt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenänderung des ersten und zweiten Füllgutaufnahmeraums (5, 6) durch eine Hubeinrichtung (9) bewirkt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die

Hubeinrichtung (9) die Position des ersten Flüssigkeitsventils (7) verändert wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Positionsveränderung des ersten Flüssigkeitsventils (7) gleichzeitig eine Stauchung eines der Faltenbälge (5a, 6a) und eine Streckung des

zumindest einen weiteren Faltenbalgs (6a, 5a) erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abfüllens des Füllguts in den Behälter (2) durch Verkleinern des Volumens des zweiten Füllgutaufnahmeraums (6) durch das gleichzeitige

Vergrößern des Volumens des ersten Füllgutaufnahmeraums (5) ein Ansaugen eines Füllgutvolumens über den Füllgutzulauf (4) in den ersten

Füllgutaufnahmeraum (5) erfolgt.