WO2018141558A1 - Vorrichtung und verfahren zum abfüllen von flüssigen oder fliessfähigen inhalten in verpackungen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum abfüllen von flüssigen oder fliessfähigen inhalten in verpackungen Download PDF

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WO2018141558A1
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filling
throttle valve
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Richard Heuser
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Definitions

  • the invention relates to a device for filling liquid or flowable contents in packages, comprising: a tank for the contents to be filled, a filling device with a filling valve, wherein the filling valve has a variable flow cross-section and is adjustable between an open position and a fully closed position, a conduit connecting the tank to the charging means, a throttle valve disposed in the conduit between the tank and the charging means, the throttle valve having a variable flow area and adjustable between a first open position and a second open position, and a Control device for controlling the filling valve and the throttle valve.
  • the invention also relates to a method for filling liquid or flowable contents in packages, comprising the following steps:
  • the filling of liquid contents in packaging is a task that arises in the field of packaging technology, for example in food.
  • the liquid or flowable products may be, for example, foods such as milk, fruit juice, sauces or yoghurt.
  • packaging for example Composite packaging with several thin layers of paper, cardboard, plastic or metal can be used.
  • the filling is often carried out by apparatus having a tank for the contents to be filled and a filling device with a filling valve.
  • a pipe connects the tank to the filling device.
  • the tank is located higher than the filling device, so that the line is inclined and the gravity can be used for filling.
  • the filling valve is opened, contents from the filling device can flow into the packages until the filling valve is closed again.
  • the filling valve should be completely closable, so that a good seal is achieved and no contents accidentally from the
  • valves are provided in many known devices, such as throttle valves. Throttle valves are used in particular to set and adjust the flow rate.
  • An important step in the filling of the packaging is to fill the flowable or liquid products as quickly as possible in the packaging in order to achieve a fast timing and thus high volumes can.
  • the filling should be done largely without spattering and foaming in order to meet the hygienic requirements and to avoid contamination on the packaging or the filling machine.
  • the procedure proposed in EP 2 199 249 B1 makes it possible to achieve a clean stall without dripping when closing the filling valve, in practice it has proved disadvantageous for other reasons. Because the complete shut-off of the throttle valve with the filling valve still open leads to air bubbles in the product flow.
  • the invention is therefore based on the object, the aforementioned device and previously described in more detail to design and further develop such that even at high filling speeds, a filling is largely possible without splashing and foaming.
  • the device is a device for filling liquid or flowable contents in packaging.
  • liquid or flowable For the liquid or flowable
  • the device initially comprises a tank for the contents to be filled and a filling device with a filling valve.
  • the tank is preferably arranged at least 10 cm above the filling device.
  • the filling valve has a variable flow cross-section and is adjustable between an open position and a fully closed position. The flow area of the filling valve can thus be reduced to "zero.”
  • the apparatus also comprises a conduit connecting the tank to the filling device and a throttle valve located in the conduit between the tank and the tank
  • the contents to be filled must therefore on their way from the tank to the filling device and the filling valve, a throttle valve
  • the device finally comprises a control device for controlling the filling valve and the throttle valve.
  • the control device is preferably connected to the filling valve and to the throttle valve.
  • control device and / or the
  • Throttling valve are arranged such that the throttle valve is continuously open at least partially during the entire filling period.
  • the filling period refers to the period in which the liquid contents can escape from the filling valve, ie the period between the opening of the filling valve and the closing of the filling valve. According to the invention, no complete shut-off of the throttle valve should take place within this period.
  • the flow cross-section of the throttle valve should therefore be at least partially open during the entire filling period. This can be achieved in different ways: by adjusting / setting up the control device: The control device should be set up in such a way that the throttle valve is not completely closed at any time during the filling period, although this would be mechanically possible ("control technology solution”) and / or
  • the throttle valve should be set up so that a complete closure of the throttle valve is not mechanically possible, for example due to a passage opening ("mechanical solution").
  • An advantage of the throttle valve which is at least partially open during the entire filling period, is that the pressure surge when opening and closing the throttle valve
  • Filling valve is reduced. This reduces the risk of air bubbles due to air intake and / or outgassing and stalls.
  • the pressure surge can relax against the tank, so that a definable state in the product located in front of the filling valve can be adjusted and set exactly the same starting conditions before each filling cycle in the pipe space in front of the filling valve.
  • control device and / or the throttle valve are set up such that the throttle valve is continuously open at least partially even outside the filling period.
  • Flow cross-section of the throttle valve throughout the entire filling period is at least 3 mm 2 , in particular at least 10 mm 2 .
  • Throttle valve is set, can also be filled contents with increased viscosity and / or lumpy components (eg pulp) be ensured that the throttle valve is not a complete interruption of the flow with the associated disadvantages.
  • the outgassing of the contents to be filled can be excluded.
  • a development of the device provides a shut-off valve, which is arranged in the line between the tank and the filling device.
  • a shut-off valve which is arranged in the line between the tank and the filling device.
  • Throttling valve and a shut-off valve is provided in the line, the filling of the packaging can be controlled even more flexible.
  • a stepwise and particularly strong throttling without stall can be achieved by the additional valve.
  • control device and / or the shut-off valve are set up such that the shut-off valve is continuously open at least partially during the entire filling period.
  • the shut-off valve is continuously open at least partially during the entire filling period.
  • control device should be set up in such a way that the shut-off valve is not completely closed at any time during the filling period, although this would be mechanically possible (“control-technical solution”) and / or
  • shut-off valve be set up so that a complete closure of the shut-off valve is not mechanically possible, for example due to a passage opening ("mechanical solution"). It can be provided that the control device and / or the shut-off valve are set up in such a way that the shut-off valve is continuously open at least partially even outside the filling period.
  • the device can be supplemented according to a further embodiment by a flow meter, which is arranged in the line between the tank and the filling device. The flow meter is used to measure the volume flow. The collected data can be used to control the filling valve and other components (eg the throttle valve). In particular, the flow meter allows the filling of different filling volumes on the same filling machine.
  • the flow meter may be, for example, a mechanical
  • Throttling valve and / or the shut-off valve has an actuator for adjusting the flow cross-section.
  • the actuator is used to change the valve position and may, for example, an actuator (eg pneumatic) and a membrane (eg plastic) include.
  • the throttle valve and / or the shut-off valve have a channel whose flow cross section is variable by the actuator, in particular completely shut off.
  • the variability of the cross-sectional area of the flow cross-section can be achieved, for example, by the fact that the geometry of a channel wall is changeable - for example, by a membrane or by another displaceable closure part.
  • the throttle valve and / or the shut-off valve have a passage opening whose flow cross-section through the actuator is not changeable, in particular not completely shut off. This can be achieved in that the passage opening is arranged outside the range of the moving parts of the actuator.
  • the passage opening can therefore be regarded as a "bypass", which bridges the lockable areas of the valve.
  • the filling valve is segmentless or segmented.
  • a segmentless filling valve is understood to mean a valve that forms only a single filling jet, while a segmented filling valve is understood to mean a valve which divides the filling jet into a plurality of partial streams (for example, to change the jet shape).
  • the method comprises the following steps: a) providing a device for filling liquid contents in packages with a filling valve and with a throttle valve, b) opening the filling valve c) increasing the flow cross section of the throttle valve from a first cross-sectional area to a second cross-sectional area, d)
  • the method is characterized in that the throttle valve is continuously opened at least partially during the entire filling period.
  • no complete shut-off of the throttle valve should take place within the filling period.
  • the flow cross-section of the throttle valve should therefore be at least partially open during the entire filling period. This can be achieved, for example, in the two ways already described above
  • Control solution (mechanical solution)
  • mechanical solution The control device and / or the throttle valve are set up such that the throttle valve is continuously open at least partially even outside the filling period.
  • step a) a device according to one of claims 1 to 10 is provided.
  • the device described above is suitable in all the illustrated embodiments in a special way for carrying out the method.
  • steps b) to e) take place in the sequences b-c-d-e. It can therefore be provided that initially an opening of the filling valve takes place (step b), before the flow cross-section of the throttle valve increases (step c) and is reduced again (step d). Only then should the filling valve be closed again (step e).
  • the filling time is divided into several phases with different filling speed: At the beginning of the filling period is filled with low filling speed (flow cross-section of the throttle valve low), later with increased Filling speed filled (flow cross-section of the throttle valve larger) and in the last phase filling time is again filled with low filling speed (flow cross-section of the throttle valve low).
  • Filling speed at the beginning of the filling period has the advantage that the filling jet starts better and smoother and generates less dynamics, in particular less foam, in the packaging.
  • the reduction of the filling speed towards the end of the filling period has the advantage that fewer spatters occur.
  • the method can be supplemented by the following steps: f) enlarging the flow cross-section of the shut-off valve from a first cross-sectional area to a second one
  • step f) takes place before steps b) to e).
  • the opening of the shut-off valve should in particular already take place before the opening of the filling valve. This has the effect that the filling when opening the filling valve directly with that allowed by the throttle valve
  • step g) takes place after step d) and before step e).
  • the flow cross section of the shut-off valve should therefore be reduced before the filling valve is completely closed again. This has a reduction in the filling rate in the last phase of the Filling time result.
  • Another advantage is that a gentle closing and good tearing of the filling jet is achieved.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a device according to the invention in a schematic representation
  • Fig. 4 the time courses of the valve positions at a first
  • Fig. 5 the timing of the valve positions at a second
  • Fig. 6a a valve for a device according to the invention in a first
  • Fig. 6b the valve of Fig. 6a in a second valve position
  • Fig. 7 the time course of the volume flow.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a device 1 according to the invention in a schematic representation.
  • the device 1 initially comprises a tank 2 for the Contents to be filled 3 and a filling device 4 with a filling valve 5.
  • the filling device 4 is arranged above a transport device 6 for packaging 7, so that the exiting through the filling valve 5 contents 3 can be filled approximately vertically in the open top packaging 7.
  • the connection between the tank 2 and the filling device 4 is generated by a line 8 through which the contents 3 can flow (flow direction of the contents 3 in Fig. 1 shown schematically by arrows).
  • the device 1 also includes a
  • Seen flow direction - are arranged one after the other in the order named.
  • the device 1 has a control device 12.
  • Control device 12 is in the preferred embodiment shown in FIG.
  • shut-off valve 11 and connected to the filling device 4 (esp. With the filling valve 5).
  • the connection can be made by wires or wireless.
  • FIG. 2 a second embodiment of a device according to the invention is shown in a schematic representation. Those areas of the device 1 'which have already been described in connection with the device 1 of FIG. 1, are provided in Fig. 2 with corresponding reference numerals. The second embodiment of the device 1 '(FIG. 2) differs from the first embodiment of FIG.
  • FIG. 3 shows the time profiles of the valve positions in a method known from the prior art.
  • the time t is shown on the first, horizontal axis, the filling time being referred to as tF.
  • the flow cross-section S is shown on the second, vertical axis, wherein the step A corresponds to a completely blocked flow cross-section S and wherein the steps B to F correspond to flow cross-sections S of different sizes.
  • the course marked Sio (t) corresponds to the flow cross-section Sio of the throttle valve 10 and the profile marked Ss (t) corresponds to the flow cross-section Ss of FIG. 3
  • step A the filling valve 5 closes completely again (step A), whereby the filling time tF is terminated.
  • the filling valve 5 closes completely again (step A), whereby the filling time tF is terminated.
  • the filling valve 5 closes completely again (step A), whereby the filling time tF is terminated.
  • Throttle valve 10 during the filling process continuously greater than zero.
  • step A the filling valve 5 is initially completely closed (step A), while the flow cross-section S 10 of the throttle valve 10 is partially open (step C).
  • step C the filling valve 5
  • stage E the filling valve 5
  • the throttle valve 10 increases its flow area S 10 (from level C to level D).
  • the throttle valve 10 again reduces its flow cross-section S 10 (from stage D to stage C), but without completely closing it.
  • step A the filling time tF is terminated.
  • the method sequence illustrated in FIG. 4 can be carried out, for example, on a device shown in FIG. 2.
  • Fig. 5 shows the time courses of the valve positions at a second
  • Fig. 5 corresponds to the Sio (t) marked course of the throttle valve 10 and marked with Ss (t) course the filling valve 5.
  • the course marked Sn (t) corresponds to the shut-off valve 11.
  • Flow cross-section Sn of the throttle valve 11 is partially open (step B).
  • Flow cross section Sn (from level B to level F).
  • the filling valve 5 (stage E) also opens.
  • the throttle valve 10 increases its flow area S 10 (from level C to level D).
  • the throttle valve 10 again reduces its flow cross-section S 10 (from stage D to stage C), but without completely closing it.
  • the shut-off valve 11 also reduces its flow cross-section Sn again (from stage F to stage B).
  • the filling valve 5 closes completely again (step A), whereby the filling time tF is terminated.
  • the method sequence illustrated in FIG. 5 can be carried out, for example, on a device 1 shown in FIG.
  • Fig. 6a is a valve for a device according to the invention in a first
  • FIG. 6b shows the valve of Fig. 6a in a second
  • the valve 13 shown in FIG. 6a and in FIG. 6b can be used, for example, as a throttle valve 10 and / or as a shut-off valve 11.
  • the valve 13 comprises a housing 14 with an inlet 15 and with an outlet 16.
  • the housing 14 has on its inside a projection 17 with a sealing surface 18 and a Passage opening 19.
  • the housing 14 has an opening 20 in which a membrane 21 is arranged with a sealing region 22.
  • an actuating unit 23 is connected, in which he is in the valve shown in Fig. 6a and Fig. 6b is a pneumatic actuator unit.
  • In the operating unit 23 may be a
  • Overpressure or a negative pressure can be generated, which can act on the membrane 21 through a pressure port 24.
  • the sealing region 22 of the membrane 21 is lifted off the sealing surface 18 of the projection 17, which can be achieved by a negative pressure in the actuating unit 23.
  • the valve 13 can therefore be traversed in two ways, which are represented by arrows: A partial flow can flow through the passage opening 19 of the projection 17 and a partial flow can flow through a channel 25 extending between the sealing region 22 of the membrane 21 and the sealing surface 18 of the projection 17 forms.
  • the sealing region 22 of the membrane 21 is pressed onto the sealing surface 18 of the projection 17, whereby the channel 25 (not shown in FIG. 6b) is closed or blocked. Even in this position, however, a partial flow can flow through the passage opening 19 of the projection 17, so that the valve 13 - regardless of the position of the diaphragm 21 - is not completely shut off.
  • valve 13 shown in FIG. 6a and in FIG. 6b has a flow cross-section S13 which consists of the (invariable) flow cross-section S19 of FIG
  • the valve 13 is due to the passage opening 19 arranged such that the valve 13 is permanently - and thus also during the entire filling time - at least partially open.
  • the valve 13 shown in Fig. 6a and Fig. 6b represents a constructive or mechanical way of implementing the invention. Alternatively or additionally complete shut-off of the flow can be prevented by control measures.
  • the time course of the volume flow V is shown. It can be, for example, the volume flow V through the filling valve 5 of the device shown in FIG. 2 when using the valve positions shown in FIG.
  • the course of the volume flow V is divided into six time intervals I to VI.
  • the time period I is before the beginning of the filling time tF.
  • the time periods II to V together form the filling time tF.
  • the time period VI lies after the end of the
  • Sio flow cross-section (of the throttle valve 10)
  • Sio (t) time profile of the flow cross-section (of the throttle valve 10)

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Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Vorrichtung (1, 1') zum Abfüllen von flüssigen oderfließfähigen Inhalten (3) in Verpackungen (7), umfassend: einen Tank (2) für dieabzufüllenden Inhalte (3), eine Fülleinrichtung (4) mit einem Füllventil (5), wobei dasFüllventil (5) einen veränderbaren Strömungsquerschnitt (S5) aufweist und zwischen einer geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung verstellbar ist,eine Leitung (8), die den Tank (2) mit der Fülleinrichtung (4) verbindet, einDrosselventil (10), das in der Leitung (8) zwischen dem Tank (2) und derFülleinrichtung (4) angeordnet ist, wobei das Drosselventil (10) einen veränderbarenStrömungsquerschnitt (S10) aufweist und zwischen einer ersten geöffneten Stellung und einer zweiten geöffneten Stellung verstellbar ist, und eine Steuereinrichtung (12) zur Steuerung des Füllventils (5) und des Drosselventils (10). Zur Optimierung derEigenschaften des Füllstrahls wird vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung (12) und/oder das Drosselventil (10) derart eingerichtet sind, dass das Drosselventil (10) während der gesamten Fülldauer (tF) durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist. Dargestellt und beschrieben ist zudem ein Verfahren zum Abfüllen von flüssigen oderfließfähigen Inhalten (3) in Verpackungen (7).

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen
Inhalten in Verpackungen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Inhalten in Verpackungen, umfassend: einen Tank für die abzufüllenden Inhalte, eine Fülleinrichtung mit einem Füllventil, wobei das Füllventil einen veränderbaren Strömungsquerschnitt aufweist und zwischen einer geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung verstellbar ist, eine Leitung, die den Tank mit der Fülleinrichtung verbindet, ein Drosselventil, das in der Leitung zwischen dem Tank und der Fülleinrichtung angeordnet ist, wobei das Drosselventil einen veränderbaren Strömungsquerschnitt aufweist und zwischen einer ersten geöffneten Stellung und einer zweiten geöffneten Stellung verstellbar ist, und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Füllventils und des Drosselventils.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Inhalten in Verpackungen, umfassend die folgenden Schritte: a)
Bereitstellen einer Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Inhalten in Verpackungen mit einem Füllventil und mit einem Drosselventil, b) Öffnen des Füllventils, c)
Vergrößern des Strömungsquerschnitts des Drosselventils von einer ersten
Querschnittsfläche zu einer zweiten Querschnittsfläche, d) Verringern des
Strömungsquerschnitts des Drosselventils von einer zweiten Querschnittsfläche zu einer ersten Querschnittsfläche, und e) Schließen des Füllventils.
Die Abfüllung von flüssigen Inhalten in Verpackungen ist eine Aufgabe, die sich auf dem Gebiet der Verpackungstechnik beispielsweise bei Nahrungsmitteln stellt. Es sind daher zahlreiche Möglichkeiten bekannt, flüssige oder fließfähige Produkte in die dafür vorgesehenen Verpackungen zu füllen. Bei den flüssigen oder fließfähigen Produkten kann es sich beispielsweise um Nahrungsmittel wie etwa Milch, Fruchtsaft, Saucen oder Joghurt handeln. Als Verpackungen können beispielsweise Verbundverpackungen mit mehreren dünnen Lagen aus Papier, Pappe, Kunststoff oder Metall eingesetzt werden.
Die Abfüllung erfolgt häufig durch Vorrichtung, die einen Tank für die abzufüllenden Inhalte und eine Fülleinrichtung mit einem Füllventil aufweisen. Eine Leitung verbindet den Tank mit der Fülleinrichtung. Oftmals ist der Tank höher als die Fülleinrichtung angeordnet, so dass die Leitung schräg verläuft und die Schwerkraft für die Abfüllung genutzt werden kann. Wenn das Füllventil geöffnet ist, können Inhalte aus der Fülleinrichtung in die Verpackungen strömen, bis das Füllventil wieder geschlossen wird. Das Füllventil sollte vollständig verschließbar sein, damit eine gute Abdichtung erreicht wird und keine Inhalte unbeabsichtigt aus der
Fülleinrichtung herausfließen. Insbesondere muss aus hygienischen Gründen sichergestellt sein, dass bei einem Wechsel der zu befüllenden Verpackung keine Inhalte aus der Fülleinrichtung herausfließen und dabei die Füllanlage verunreinigen.
Neben dem Füllventil sind bei vielen bekannten Vorrichtungen weitere Ventile vorgesehen, beispielsweise Drosselventile. Drosselventile dienen insbesondere dazu, die Strömungsgeschwindigkeit einzustellen und anzupassen. Eine derartige
Vorrichtung ist aus der EP 2 199 249 Bl bekannt. Im Hinblick auf das Drosselventil wird dort vorgeschlagen, dass das Drosselventil (dort:„zweite Ventileinrichtung") den Flüssigkeitsstrom während eines Abfüllvorgangs wenigstens zeitweise vollständig unterbricht.
Ein wichtiger Schritt bei der Befüllung der Verpackungen besteht darin, die fließfähigen oder flüssigen Produkte möglichst schnell in die Verpackungen zu füllen, um eine schnelle Taktung und somit hohe Stückzahlen erreichen zu können. Trotz der hohen Strömungsgeschwindigkeit soll die Befüllung jedoch weitgehend ohne Spritzer und Schaumbildung erfolgen, um die hygienischen Anforderungen erfüllen zu können und Verunreinigungen an der Verpackung oder der Abfüllmaschine zu vermeiden. Die in der EP 2 199 249 Bl vorgeschlagene Vorgehensweise ermöglicht zwar beim Schließen des Füllventils einen sauberen Strömungsabriss ohne Nachtropfen, hat sich in der Praxis aber aus anderen Gründen als nachteilig herausgestellt. Denn die vollständige Absperrung des Drosselventils bei noch geöffnetem Füllventil führt zu Lufteinschlüssen im Produktstrom. Dies liegt einerseits darin begründet, dass der aus der Fülleinrichtung ausströmende Produktstrom in dem Abschnitt zwischen dem gesperrten Drosselventil und dem offenen Füllventil einen Unterdruck verursacht, der dazu führt, dass Luft durch das Füllventil in die Vorrichtung eingezogen wird. Die Luft strömt entgegen der Strömungsrichtung des Produktstromes und in die Vorrichtung ein und verursacht daher unerwünschte Lufteinschlüsse in dem Produktstrom. Dies führt zu Strömungsabrissen sowie zu einer verstärkten Bildung von Spritzern beim Einfüllen der Inhalte in die Verpackungen. Durch den Unterdruck wird zudem Luft aus den abzufüllenden Inhalten (z.B. Milch) herausgelöst („ausgasen"), was zu weiteren Lufteinschlüssen führt. Eine Folge sind hygienische Nachteile, beispielsweise die Verschmutzung der Füllanlage. Die hohen hygienischen Anforderungen, die insbesondere bei der sterilen Abfüllung von Lebensmitteln einzuhalten sind, können auf diese Weise kaum erfüllt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte und zuvor näher beschriebene Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass auch bei hohen Abfüllgeschwindigkeiten eine Befüllung weitgehend ohne Spritzer und Schaumbildung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung und/oder das Drosselventil derart eingerichtet sind, dass das Drosselventil während der gesamten Fülldauer
durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist.
Bei der Vorrichtung handelt es sich um eine Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Inhalten in Verpackungen. Bei den flüssigen oder fließfähigen
Inhalten kann es sich beispielsweise um Nahrungsmittel wie etwa Milch, Fruchtsaft, Saucen oder Joghurt handeln. Als Verpackungen können beispielsweise Verbundverpackungen mit mehreren dünnen Lagen aus Papier, Pappe, Kunststoff oder Metall eingesetzt werden. Die Vorrichtung umfasst zunächst einen Tank für die abzufüllenden Inhalte und eine Fülleinrichtung mit einem Füllventil. Vorzugsweise ist der Tank wenigstens 10 cm oberhalb der Fülleinrichtung angeordnet. Das Füllventil weist einen veränderbaren Strömungsquerschnitt auf und ist zwischen einer geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung verstellbar. Der Strömungsquerschnitt des Füllventils kann also„bis auf Null" verringert werden. Die Vorrichtung umfasst zudem eine Leitung, die den Tank mit der Fülleinrichtung verbindet und ein Drosselventil, das in der Leitung zwischen dem Tank und der
Fülleinrichtung angeordnet ist. Die abzufüllenden Inhalte müssen also auf ihrem Weg von dem Tank zu der Fülleinrichtung und dem Füllventil ein Drosselventil
durchströmen. Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselventil das einzige Ventil zwischen dem Tank und dem Füllventil ist oder dass weitere Ventile vorgesehen sind. Das Drosselventil weist einen veränderbaren Strömungsquerschnitt auf und ist zwischen einer ersten geöffneten Stellung und einer zweiten geöffneten Stellung verstellbar. Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselventil nicht vollständig verschließbar ist. Die Vorrichtung umfasst schließlich eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Füllventils und des Drosselventils. Hierzu ist die Steuereinrichtung vorzugsweise mit dem Füllventil und mit dem Drosselventil verbunden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung und/oder das
Drosselventil derart eingerichtet sind, dass das Drosselventil während der gesamten Fülldauer durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist. Die Fülldauer bezeichnet den Zeitraum, in dem die flüssigen Inhalte aus dem Füllventil austreten können, also den Zeitraum zwischen der Öffnung des Füllventils und der Schließung des Füllventils. Gemäß der Erfindung soll innerhalb dieses Zeitraumes keine vollständige Absperrung des Drosselventils erfolgen. Der Strömungsquerschnitt des Drosselventils soll also während der gesamten Fülldauer wenigstens teilweise geöffnet sein. Dies kann auf unterschiedliche Weisen erreicht werden: - durch Anpassung/Einrichtung der Steuereinrichtung: Die Steuereinrichtung soll derart eingerichtet sein, dass das Drosselventil zu keiner Zeit während der Fülldauer vollständig geschlossen wird, obgleich dies mechanisch möglich wäre („steuerungstechnische Lösung"); und/oder
- durch Anpassung/Einrichtung des Drosselventils: Das Drosselventil soll derart eingerichtet sein, das ein vollständiges verschließen des Drosselventils mechanisch nicht möglich ist, beispielsweise aufgrund einer Durchlassöffnung („mechanische Lösung").
Ein Vorteil des während der gesamten Fülldauer wenigstens teilweise geöffneten Drosselventils liegt darin, dass der Druckstoß beim Öffnen und Schließen des
Füllventils verringert wird. Dies verringert die Gefahr von Lufteinschlüssen durch Lufteinzug und/oder Ausgasung sowie von Strömungsabrissen. Zudem kann sich der Druckstoß gegen den Tank entspannen, so dass sich ein definierbarer Zustand in dem sich vor dem Füllventil befindlichen Produkt einstellen kann und sich wiederholgenau gleiche Startbedingungen vor jedem Füllzyklus im Rohrraum vor dem Füllventil einstellen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung und/oder das Drosselventil derart eingerichtet sind, dass das Drosselventil auch außerhalb der Fülldauer durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist.
Nach einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass der
Strömungsquerschnitt des Drosselventils während der gesamten Fülldauer durchgehend wenigstens 3 mm2, insbesondere wenigstens 10 mm2 beträgt. Indem eine Mindestgröße für den durchströmbaren Strömungsquerschnitt des
Drosselventils festgelegt wird, kann auch bei abzufüllenden Inhalten mit einer erhöhten Viskosität und/oder stückigen Bestandteilen (z.B. Fruchtfleisch) sichergestellt werden, dass an dem Drosselventil keine vollständige Unterbrechung der Strömung mit den damit verbundenen Nachteilen erfolgt. Zudem kann das Ausgasen der abzufüllenden Inhalte ausgeschlossen werden.
Eine Weiterbildung der Vorrichtung sieht ein Absperrventil vor, das in der Leitung zwischen dem Tank und der Fülleinrichtung angeordnet ist. Indem neben dem
Drosselventil auch ein Absperrventil in der Leitung vorgesehen ist, kann die Befüllung der Verpackungen noch flexibler gesteuert werden. Zudem kann durch das zusätzliche Ventil eine stufenweise und besonders starke Drosselung ohne Strömungsabriss erzielt werden.
Zu dieser Weiterbildung wird weiter vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung und/oder das Absperrventil derart eingerichtet sind, dass das Absperrventil während der gesamten Fülldauer durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist. Wie bereits für das Drosselventil erläutert wurde, soll gemäß dieser Weiterbildung während der Fülldauer auch keine vollständige Absperrung des Absperrventils erfolgen. Der Strömungsquerschnitt des Absperrventils soll also während der gesamten Fülldauer wenigstens teilweise geöffnet sein. Dies kann auf unterschiedliche Weisen erreicht werden:
- durch Anpassung/Einrichtung der Steuereinrichtung: Die Steuereinrichtung soll derart eingerichtet sein, dass das Absperrventil zu keiner Zeit während der Fülldauer vollständig geschlossen wird, obgleich dies mechanisch möglich wäre („steuerungstechnische Lösung"); und/oder
- durch Anpassung/Einrichtung des Absperrventils: Das Absperrventil soll
derart eingerichtet sein, das ein vollständiges verschließen des Absperrventils mechanisch nicht möglich ist, beispielsweise aufgrund einer Durchlassöffnung („mechanische Lösung"). Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung und/oder das Absperrventil derart eingerichtet sind, dass das Absperrventil auch außerhalb der Fülldauer durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass der
Strömungsquerschnitt des Absperrventils während der gesamten Fülldauer durchgehend wenigstens 1 mm2, insbesondere wenigstens 3 mm2 beträgt. Indem eine Mindestgröße für den durchströmbaren Strömungsquerschnitt des Absperrventils festgelegt wird, kann auch bei abzufüllenden Inhalten mit einer erhöhten Viskosität und/oder stückigen Bestandteilen (z.B. Fruchtfleisch) sichergestellt werden, dass an dem Absperrventil keine vollständige Unterbrechung der Strömung mit den damit verbundenen Nachteilen erfolgt. Die Vorrichtung kann nach einer weiteren Ausgestaltung ergänzt werden durch einen Durchflussmesser, der in der Leitung zwischen dem Tank und der Fülleinrichtung angeordnet ist. Der Durchflussmesser dient dazu, den Volumendurchfluss zu messen. Die erfassten Daten können zur Steuerung des Füllventils und anderer Komponenten (z.B. des Drosselventils) genutzt werden. Insbesondere erlaubt der Durchflussmesser die Abfüllung unterschiedlicher Füllvolumina auf derselben Füllmaschine. Bei dem Durchflussmesser kann es sich beispielsweise um einen mechanischen
Durchflussmesser, einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser oder um einen Massendurchflussmesser (z.B. Coriolis-Massendurchflussmesser = CMD) handeln. Nach einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das
Drosselventil und/oder das Absperrventil einen Stellantrieb zur Einstellung des Strömungsquerschnitts aufweist. Der Stellantrieb dient dazu, die Ventilstellung zu verändern und kann beispielsweise eine Betätigungseinheit (z.B. pneumatisch) und eine Membran (z.B. aus Kunststoff) umfassen. Hierzu wird weiter vorgeschlagen, dass das Drosselventil und/oder das Absperrventil einen Kanal aufweisen, dessen Strömungsquerschnitt durch den Stellantrieb veränderbar, insbesondere vollständig absperrbar ist. Die Veränderbarkeit der Querschnittsfläche des Strömungsquerschnitts kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Geometrie einer Kanalwand veränderbar ist - etwa durch eine Membran oder durch ein anderes verschiebbares Verschlussteil.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Drosselventil und/oder das Absperrventil eine Durchlassöffnung aufweisen, deren Strömungsquerschnitt durch den Stellantrieb nicht veränderbar, insbesondere nicht vollständig absperrbar ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Durchlassöffnung außerhalb der Reichweite der beweglichen Teile des Stellantriebs angeordnet ist. Die Durchlassöffnung kann also als„Bypass" angesehen werden, der die absperrbaren Bereiche des Ventils überbrückt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Füllventil segmentlos oder segmentiert ist. Unter einem segmentlosen Füllventil wird ein Ventil verstanden, dass nur einen einzelnen Füllstrahl formt, während unter einem segmentierten Füllventil ein Ventil verstanden wird, das den Füllstrahl in mehrere Teilströme aufteilt (z.B. um die Strahlform zu verändern). Bei segmentlosen
Füllventilen muss ein besonderes Augenmerk auf ein sauberes Aufstarten und
Schließen (Abreißen) des Füllstrahls gelegt werden, was durch die zuvor
beschriebene Vorrichtung in besonders geeigneter Weise gelingt. Die eingangs beschriebene Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum
Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Inhalten in Verpackungen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Inhalten in Verpackungen mit einem Füllventil und mit einem Drosselventil, b) Öffnen des Füllventils c) Vergrößern des Strömungsquerschnitts des Drosselventils von einer ersten Querschnittsfläche zu einer zweiten Querschnittsfläche, d)
Verringern des Strömungsquerschnitts des Drosselventils von einer zweiten Querschnittsfläche zu einer ersten Querschnittsfläche, und e) Schließen des
Füllventils.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil während der gesamten Fülldauer durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist. Wie bereits zuvor im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurde, soll innerhalb der Fülldauer keine vollständige Absperrung des Drosselventils erfolgen. Dies führt dazu, dass das Drosselventil während der gesamten Fülldauer von abzufüllenden Inhalten durchströmt werden kann und - sofern keine anderen Hindernisse vorliegen - durchströmt wird. Der Strömungsquerschnitt des Drosselventils soll also während der gesamten Fülldauer wenigstens teilweise geöffnet sein. Dies kann beispielsweise auf die beiden bereits zuvor beschriebenen Weisen erreicht werden
(„steuerungstechnische Lösung";„mechanische Lösung"). Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung und/oder das Drosselventil derart eingerichtet sind, dass das Drosselventil auch außerhalb der Fülldauer durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist.
Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in Schritt a) eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bereitgestellt wird. Durch die zuvor beschriebene Einrichtung der Steuereinrichtung und/oder des Drosselventils ist die zuvor beschriebene Vorrichtung in allen dargestellten Ausgestaltungen in besonderer Weise zur Durchführung des Verfahrens geeignet.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schritte b) bis e) in der Reihenfolgen b - c - d - e erfolgen. Es kann also vorgesehen sein, dass zunächst eine Öffnung des Füllventils erfolgt (Schritt b), bevor der Strömungsquerschnitt des Drosselventils vergrößert (Schritt c) und wieder verkleinert wird (Schritt d). Erst danach soll das Füllventil wieder verschlossen werden (Schritt e). Auf diese Weise wird die Fülldauer in mehrere Phasen mit unterschiedlicher Füllgeschwindigkeit eingeteilt: Zu Beginn der Fülldauer wird mit geringer Füllgeschwindigkeit abgefüllt (Strömungsquerschnitt des Drosselventils gering), später wird mit erhöhter Füllgeschwindigkeit abgefüllt (Strömungsquerschnitt des Drosselventils größer) und in der letzten Phase Fülldauer wird wieder mit geringer Füllgeschwindigkeit abgefüllt (Strömungsquerschnitt des Drosselventils gering). Die Verringerung der
Füllgeschwindigkeit zu Beginn der Fülldauer hat den Vorteil, dass der Füllstrahl besser und sanfter aufstartet und weniger Dynamik, insbesondere weniger Schaum, in der Verpackung erzeugt. Die Verringerung der Füllgeschwindigkeit gegen Ende der Fülldauer hat den Vorteil, dass weniger Spritzer entstehen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann das Verfahren ergänzt werden durch die folgenden Schritte: f) Vergrößern des Strömungsquerschnitts des Absperrventils von einer ersten Querschnittsfläche zu einer zweiten
Querschnittsfläche, und g) Verringern des Strömungsquerschnitts des Absperrventils von einer zweiten Querschnittsfläche zu einer ersten Querschnittsfläche, wobei das Absperrventil während der gesamten Fülldauer durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist. Wie bereits zuvor im Zusammenhang mit dem Drosselventil beschrieben wurde, kann auch das Absperrventil wechselnde Strömungsquerschnitte und
Füllgeschwindigkeiten ermöglichen.
Hierzu wird weiter vorgeschlagen, dass Schritt f) vor den Schritten b) bis e) erfolgt. Mit anderen Worten soll das Öffnen des Absperrventils insbesondere bereits vor der Öffnung des Füllventils erfolgen. Dies hat den Effekt, dass die Abfüllung bei Öffnung des Füllventils unmittelbar mit der durch das Drosselventil ermöglichten
Füllgeschwindigkeit erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass
möglicherweise eingeschlossene Luftblasen aufsteigen können und somit eine Entlüftung erreicht wird.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist schließlich vorgesehen, dass Schritt g) nach Schritt d) und vor Schritt e) erfolgt. Der Strömungsquerschnitt des Absperrventils soll also verringert werden, bevor das Füllventil wieder vollständig verschlossen wird. Dies hat eine Verringerung der Abfüllgeschwindigkeit in der letzten Phase der Fülldauer zur Folge. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass ein sanftes Schließen und gutes Abreißen des Füllstrahls erreicht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung,
Fig. 2: eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung,
Fig. 3: die zeitlichen Verläufe der Ventilstellungen bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren,
Fig. 4: die zeitlichen Verläufe der Ventilstellungen bei einer ersten
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 5: die zeitlichen Verläufe der Ventilstellungen bei einer zweiten
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 6a: ein Ventil für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten
Ventilstellung,
Fig. 6b: das Ventil aus Fig. 6a in einer zweiten Ventilstellung, und
Fig. 7: den zeitlichen Verlauf des Volumenstromes. Fig. 1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in schematischer Darstellung. Die Vorrichtung 1 umfasst zunächst einen Tank 2 für die abzufüllenden Inhalte 3 sowie eine Fülleinrichtung 4 mit einem Füllventil 5. Die Fülleinrichtung 4 ist oberhalb einer Transporteinrichtung 6 für Verpackungen 7 angeordnet, so dass die durch das Füllventil 5 austretenden Inhalte 3 etwa senkrecht in die oben offenen Verpackungen 7 eingefüllt werden können. Die Verbindung zwischen dem Tank 2 und der Fülleinrichtung 4 wird durch eine Leitung 8 erzeugt, durch die die Inhalte 3 strömen können (Strömungsrichtung der Inhalte 3 in Fig. 1 schematisch durch Pfeile dargestellt). Die Vorrichtung 1 umfasst zudem einen
Durchflussmesser 9, ein Drosselventil 10 und ein Absperrventil 11, die - in
Strömungsrichtung gesehen - in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind. Zudem weist die Vorrichtung 1 eine Steuereinrichtung 12 auf. Die
Steuereinrichtung 12 ist bei der in Fig. 1 gezeigten und insoweit bevorzugten
Vorrichtung 1 mit dem Durchflussmesser 9, mit dem Drosselventil 10, mit dem
Absperrventil 11 und mit der Füllreinrichtung 4 (insb. mit dessen Füllventil 5) verbunden. Die Verbindung kann durch Leitungen oder kabellos erfolgen.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung dargestellt. Diejenigen Bereiche der Vorrichtung 1', die bereits im Zusammenhang mit der Vorrichtung 1 aus Fig. 1 beschrieben wurden, sind in Fig. 2 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die zweite Ausgestaltung der Vorrichtung 1' (Fig. 2) unterscheidet sich von der ersten Ausgestaltung der
Vorrichtung 1 (Fig. 1) insbesondere dadurch, dass das Absperrventil 11 entfallen ist.
Fig. 3 zeigt die zeitlichen Verläufe der Ventilstellungen bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Auf der ersten, waagerechten Achse ist die Zeit t dargestellt, wobei die Fülldauer als tF bezeichnet wird. Auf der zweiten, senkrechten Achse ist der Strömungsquerschnitt S dargestellt, wobei die Stufe A einem vollständig gesperrten Strömungsquerschnitt S entspricht und wobei die Stufen B bis F unterschiedlich großen Strömungsquerschnitt S entsprechen. In Fig. 3 entspricht der mit Sio(t) gekennzeichnete Verlauf dem Strömungsquerschnitt Sio des Drosselventils 10 und der mit Ss(t) gekennzeichnete Verlauf dem Strömungsquerschnitt Ss des
Füllventils 5. Erkennbar sind zunächst beide Strömungsquerschnitte Ss, Sio vollständig geschlossen (Stufe A), bevor sich bei Beginn der Fülldauer tF das Füllventil 5 öffnet (Stufe E). Im Anschluss daran öffnet sich das Drosselventil 10 (Stufe D). Noch während der Fülldauer tF schließt sich das Drosselventil 10 wieder vollständig (Stufe A).
Anschließend schließt sich auch das Füllventil 5 wieder vollständig (Stufe A), wodurch die Fülldauer tF beendet wird. Bei dem dargestellten Verlauf ist der
Strömungsquerschnitt S10 des Drosselventils 10 während der Fülldauer tF also zeitweise vollständig geschlossen (bei Beginn und beim Ende der Fülldauer tF) . Die in Fig. 3 dargestellten zeitlichen Verläufe entsprechen etwa dem aus der EP 2 199 249 Bl bekannten Verfahren.
In Fig. 4 sind die zeitlichen Verläufe der Ventilstellungen bei einer ersten
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Auch in Fig. 4 entspricht der mit Sio(t) gekennzeichnet Verlauf dem Drosselventil 10 und der mit Ss(t) gekennzeichnete Verlauf dem Füllventil 5. Ein wesentlicher Unterschied zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verlauf der Ventilstellungen (Fig. 3) liegt darin, dass bei dem in Fig. 4 dargestellten Ventilverläufen der Strömungsquerschnitt S10 des Drosselventils 10 während der gesamten Fülldauer tF zu keiner Zeit vollständig geschlossen ist. Mit anderen Worten ist der Strömungsquerschnitt S10 des
Drosselventils 10 während des Abfüllvorgangs durchgehend größer als Null.
Erkennbar ist das Füllventil 5 zunächst vollständig geschlossen (Stufe A), während Strömungsquerschnitt S10 des Drosselventils 10 teilweise geöffnet ist (Stufe C). Bei Beginn der Fülldauer tF öffnet sich das Füllventil 5 (Stufe E). Im Anschluss daran vergrößert das Drosselventil 10 seinen Strömungsquerschnitt S10 (von Stufe C auf Stufe D). Noch während der Fülldauer tF verringert das Drosselventil 10 seinen Strömungsquerschnitt S10 wieder (von Stufe D auf Stufe C), ohne ihn jedoch ganz zu verschließen. Anschließend schließt sich das Füllventil 5 wieder vollständig (Stufe A), wodurch die Fülldauer tF beendet wird. Der in Fig. 4 dargestellte Verfahrensablauf kann beispielsweise auf einer in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung durchgeführt werden. Fig. 5 zeigt die zeitlichen Verläufe der Ventilstellungen bei einer zweiten
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch in Fig. 5 entspricht der mit Sio(t) gekennzeichnet Verlauf dem Drosselventil 10 und der mit Ss(t) gekennzeichnete Verlauf dem Füllventil 5. Zudem entspricht der mit Sn(t) gekennzeichnete Verlauf dem Absperrventil 11. Ein wesentlicher Unterschied zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verlauf der Ventilstellungen (Fig. 3) liegt darin, dass bei dem in Fig. 5 dargestellten Ventilverläufen der Strömungsquerschnitt S10 des Drosselventils 10 während der gesamten Fülldauer tF zu keiner Zeit vollständig geschlossen ist und dass der Strömungsquerschnitt Sn des Absperrventils 11 während der gesamten Fülldauer tF zu keiner Zeit vollständig geschlossen ist. Mit anderen Worten können das Drosselventil 10 und das Absperrventil 11 während des Abfüllvorgangs durchgehend von Inhalten 3 durchströmt werden. Erkennbar ist das Füllventil 5 zunächst vollständig geschlossen (Stufe A), während der Strömungsquerschnitt S10 des Drosselventils 10 teilweise geöffnet ist (Stufe C) und während der
Strömungsquerschnitt Sn des Drosselventils 11 teilweise geöffnet ist (Stufe B).
Bereits vor Beginn der Fülldauer tF vergrößert das Absperrventil 11 seinen
Strömungsquerschnitt Sn (von Stufe B auf Stufe F). Bei Beginn der Fülldauer tF öffnet sich auch das Füllventil 5 (Stufe E). Im Anschluss daran vergrößert das Drosselventil 10 seinen Strömungsquerschnitt S10 (von Stufe C auf Stufe D). Noch während der Fülldauer tF verringert das Drosselventil 10 seinen Strömungsquerschnitt S10 wieder (von Stufe D auf Stufe C), ohne ihn jedoch ganz zu verschließen. Danach - und ebenfalls noch während der Fülldauer tF - verringert auch das Absperrventil 11 seinen Strömungsquerschnitt Sn wieder (von Stufe F auf Stufe B). Anschließend schließt sich das Füllventil 5 wieder vollständig (Stufe A), wodurch die Fülldauer tF beendet wird. Der in Fig. 5 dargestellte Verfahrensablauf kann beispielsweise auf einer in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 durchgeführt werden.
In Fig. 6a ist ein Ventil für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten
Ventilstellung gezeigt. Fig. 6b zeigt das Ventil aus Fig. 6a in einer zweiten
Ventilstellung. Das in Fig. 6a und in Fig. 6b dargestellte Ventil 13 kann beispielsweise als Drosselventil 10 und/oder als Absperrventil 11 eingesetzt werden. Das Ventil 13 umfasst ein Gehäuse 14 mit einem Einlass 15 und mit einem Auslass 16. Das Gehäuse 14 weist an seiner Innenseite einen Vorsprung 17 mit einer Dichtfläche 18 und einer Durchlassöffnung 19 auf. An der gegenüberliegenden Seite des Vorsprungs 17 weist das Gehäuse 14 eine Öffnung 20 auf, in der eine Membran 21 mit einem Dichtbereich 22 angeordnet ist. An die Öffnung 20 des Gehäuses 14 ist eine Betätigungseinheit 23 angeschlossen, bei der er sich bei dem in Fig. 6a und Fig. 6b gezeigten Ventil um eine pneumatische Betätigungseinheit handelt. In der Betätigungseinheit 23 kann ein
Überdruck oder ein Unterdruck erzeugt werden, der durch eine Drucköffnung 24 auf die Membran 21 einwirken kann.
Bei der ersten Ventilstellung (Fig. 6a) ist der Dichtbereich 22 der Membran 21 von der Dichtfläche 18 des Vorsprungs 17 abgehoben, was durch einen Unterdruck in der Betätigungseinheit 23 erreicht werden kann. In der ersten Ventilstellung kann das Ventil 13 daher auf zwei Wegen durchströmt werden, die durch Pfeile dargestellt sind: Eine Teilströmung kann durch die Durchlassöffnung 19 des Vorsprungs 17 strömen und eine Teilströmung kann durch einen Kanal 25 strömen, der sich zwischen dem Dichtbereich 22 der Membran 21 und der Dichtfläche 18 des Vorsprungs 17 bildet. Bei der zweiten Ventilstellung (Fig. 6b) ist der Dichtbereich 22 der Membran 21 hingegen auf die Dichtfläche 18 des Vorsprungs 17 gepresst, wodurch der (in Fig. 6b nicht gezeigte) Kanal 25 geschlossen bzw. gesperrt wird. Auch in dieser Stellung kann jedoch eine Teilströmung durch die Durchlassöffnung 19 des Vorsprungs 17 strömen, so dass das Ventil 13 - unabhängig von der Stellung der Membran 21 - nicht vollständig absperrbar ist.
Das in Fig. 6a und in Fig. 6b dargestellte Ventil 13 weist einen Strömungsquerschnitt S13 auf, der sich aus dem (unveränderlichen) Strömungsquerschnitt S19 der
Durchlassöffnung 19 und dem (veränderlichen und absperrbaren)
Strömungsquerschnitt S25 des Kanals 25 zusammensetzt. Das Ventil 13 ist aufgrund der Durchlassöffnung 19 derart eingerichtet, dass das Ventil 13 permanent - und somit auch während der gesamten Fülldauer - wenigstens teilweise geöffnet ist. Das in Fig. 6a und Fig. 6b gezeigte Ventil 13 stellt eine konstruktive bzw. mechanische Möglichkeit der Umsetzung der Erfindung dar. Alternativ oder zusätzlich kann vollständige Absperrung der Strömung durch steuerungstechnische Maßnahmen verhindert werden.
In Fig. 7 ist schließlich der zeitliche Verlauf des Volumenstromes V dargestellt. Es kann sich beispielsweise um den Volumenstrom V durch das Füllventil 5 der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung bei Anwendung der in Fig. 5 gezeigten Ventilstellungen handeln. Der Verlauf des Volumenstromes V ist in sechs zeitliche Abschnitte I bis VI eingeteilt. Der Zeitabschnitt I liegt vor Beginn der Fülldauer tF. Die Zeitabschnitte II bis V bilden gemeinsam die Fülldauer tF. Der Zeitabschnitt VI liegt nach Ende der
Fülldauer tF. In der nachfolgenden Tabelle sind die Ventilstellungen für jeden dieser Zeitabschnitt angegeben:
Stellung des Stellung des Stellung des
Zeitabschnitt
Absperrventils 11 Drosselventils 10 Füllventils 5
Stufe F (geöffnet, Stufe C (geöffnet,
I Stufe A (geschlossen) ungedrosselt) gedrosselt)
Stufe F (geöffnet, Stufe C (geöffnet,
II Stufe E (geöffnet) ungedrosselt) gedrosselt)
Stufe F (geöffnet, Stufe D (geöffnet,
III Stufe E (geöffnet) ungedrosselt) ungedrosselt)
Stufe F (geöffnet, Stufe C (geöffnet,
IV Stufe E (geöffnet) ungedrosselt) gedrosselt)
Stufe B (geöffnet, Stufe C (geöffnet,
V Stufe E (geöffnet) gedrosselt) gedrosselt)
Stufe B (geöffnet, Stufe C (geöffnet,
VI Stufe A (geschlossen) gedrosselt) gedrosselt) Bezugszeichenliste:
1, V: Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Inhalten
2: Tank
3: Inhalt
4: Fülleinrichtung
5: Füllventil
6: Transporteinrichtung
7: Verpackung
8: Leitung
9: Durchflussmesser
10: Drosselventil
11: Absperrventil
12: Steuereinrichtung
13: Ventil
14: Gehäuse
15: Einlass
16: Auslass
17: Vorsprung
18: Dichtfläche
19: Durchlassöffnung
20: Öffnung
21: Membran
22: Dichtbereich (der Membran 22)
23: Betätigungseinheit
24: Drucköffnung
25: Kanal t: Zeit
tF: Fülldauer
A-F: Stufen (der Ventilstellung) S: Strömungsquerschnitt
S5: Strömungsquerschnitt (des Füllventils 5)
Sio: Strömungsquerschnitt (des Drosselventils 10)
Sn: Strömungsquerschnitt (des Absperrventils 11)
S13: Strömungsquerschnitt (des Ventils 13)
S19: Strömungsquerschnitt (der Durchlassöffnung 19)
S25: Strömungsquerschnitt (des Kanals 25)
Ss(t): Zeitlicher Verlauf des Strömungsquerschnitts (des Füllventils 5)
Sio(t): Zeitlicher Verlauf des Strömungsquerschnitts (des Drosselventils 10)
Sn(t): Zeitlicher Verlauf des Strömungsquerschnitts (des Absperrventils 11)
V: Volumenstrom
I-VI: Zeitabschnitt

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung (1, 1') zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Inhalten (3) in Verpackungen (7), umfassend:
- einen Tank (2) für die abzufüllenden Inhalte (3),
- eine Fülleinrichtung (4) mit einem Füllventil (5),
- wobei das Füllventil (5) einen veränderbaren Strömungsquerschnitt (Ss) aufweist und zwischen einer geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung verstellbar ist,
- eine Leitung (8), die den Tank (2) mit der Fülleinrichtung (4) verbindet,
- ein Drosselventil (10), das in der Leitung (8) zwischen dem Tank (2) und der Fülleinrichtung (4) angeordnet ist,
- wobei das Drosselventil (10) einen veränderbaren Strömungsquerschnitt (Sio) aufweist und zwischen einer ersten geöffneten Stellung und einer zweiten geöffneten Stellung verstellbar ist, und
- eine Steuereinrichtung (12) zur Steuerung des Füllventils (5) und des
Drosselventils (10),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (12) und/oder das Drosselventil (10) derart eingerichtet sind, dass das Drosselventil (10) während der gesamten Fülldauer (tF) durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Strömungsquerschnitt (Sio) des Drosselventils (10) während der gesamten Fülldauer (tF) durchgehend wenigstens 3 mm2, insbesondere wenigstens 10 mm2 beträgt. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
gekennzeichnet durch
ein Absperrventil (11), das in der Leitung (8) zwischen dem Tank (2) und der Fülleinrichtung (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (12) und/oder das Absperrventil (11) derart eingerichtet sind, dass das Absperrventil (11) während der gesamten Fülldauer (tF) durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Strömungsquerschnitt (Sn) des Absperrventils (11) während der gesamten Fülldauer (tF) durchgehend wenigstens 1 mm2, insbesondere wenigstens 3 mm2 beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch
einen Durchflussmesser (9), der in der Leitung (8) zwischen dem Tank (2) und der Fülleinrichtung (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Drosselventil (10) und/oder das Absperrventil (11) einen Stellantrieb (21, 23) zur Einstellung des Strömungsquerschnitts (Sio, Sn) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (10) und/oder das Absperrventil (11) einen Kanal (25) aufweisen, dessen Strömungsquerschnitt (S25) durch den Stellantrieb (21, 23) veränderbar, insbesondere vollständig absperrbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Drosselventil (10) und/oder das Absperrventil (11) eine Durchlassöffnung (19) aufweisen, deren Strömungsquerschnitt (S19) durch den Stellantrieb (21, 23) nicht veränderbar, insbesondere nicht vollständig absperrbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Füllventil (5) segmentlos oder segmentiert ist.
11. Verfahren zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Inhalten (3) in
Verpackungen (7), umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen einer Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Inhalten (3) in Verpackungen (7) mit einem Füllventil (5) und mit einem Drosselventil (10), b) Öffnen des Füllventils (5)
c) Vergrößern des Strömungsquerschnitts (S10) des Drosselventils (10) von einer ersten Querschnittsfläche zu einer zweiten Querschnittsfläche, d) Verringern des Strömungsquerschnitts (S10) des Drosselventils (10) von
einer zweiten Querschnittsfläche zu einer ersten Querschnittsfläche, und e) Schließen des Füllventils (5),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Drosselventil (10) während der gesamten Fülldauer (tF) durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) eine Vorrichtung (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bereitgestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schritte b) bis e) in der Reihenfolgen b - c - d - e erfolgen.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
gekennzeichnet durch
die folgenden Schritte:
f) Vergrößern des Strömungsquerschnitts (Sn) des Absperrventils (11) von einer ersten Querschnittsfläche zu einer zweiten Querschnittsfläche, und g) Verringern des Strömungsquerschnitts (Sn) des Absperrventils (11) von einer zweiten Querschnittsfläche zu einer ersten Querschnittsfläche, wobei das Absperrventil (11) während der gesamten Fülldauer (tF) durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
Schritt f) vor den Schritten b) bis e) erfolgt.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
Schritt g) nach Schritt d) und vor Schritt e) erfolgt.
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