WO2020094307A1 - Füllelement, füllsystem und verfahren zum füllen von behältern - Google Patents

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WO2020094307A1
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filling
gas
container
valve
liquid
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PCT/EP2019/077017
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Ludwig Clüsserath
Dieter-Rudolf Krulitsch
Andreas Lohner
Bernd Bruch
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Khs Gmbh
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    • B67C3/286—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow rate control, i.e. controlling slow and fast filling phases

Definitions

  • the invention relates to a filling element for filling containers and a
  • DE 38 07 046 A1 describes a method for filling carbonated liquids into vessels. During a filling phase following the vessel prestressing, the liquid under a filling pressure is introduced into a respective vessel in a sealing position with a filling element, and from it the return gas displaced by the incoming liquid is at least temporarily removed via a return gas path
  • a disadvantage of the known filling elements is that liquid residues often stick to gas channels, in particular also to those which introduce a flushing gas or a biasing gas into the container. If the purge gas and / or the prestressing gas now flows into the container to be filled under high pressure, then the still adhering one
  • Pressure relief phase During the pressure relief phase, the CO2 release germs lead to excessive foaming. This effect can be compensated for by a longer calming phase, but this leads to corresponding performance losses, which is usually undesirable.
  • the present invention is based on the object of providing improved filling elements and filling systems and an improved method for filling containers which, in particular, reduce or eliminate the C02 release germs caused by liquid residues on gas channels and / or more precisely comply with a desired filling quantity or Allow filling level in the container.
  • a filling element is proposed for filling containers with a liquid filling material.
  • the filling element is particularly intended for use in container handling machines in the beverage industry, with outputs of, for example, more than 5000 or even more than 50,000 containers per hour.
  • the containers can be bottles, cans or cups, for example.
  • the liquid filling material is in particular drinks, primarily drinks containing CO 2, but the filling element is also suitable for filling containers with other liquids.
  • the filling element has a liquid channel through which the filling material provided in a filling material boiler can flow. There is at least one in the liquid channel
  • Liquid valve arranged. When the liquid valve is open, the filling material is discharged into the respective container via a discharge opening following the liquid valve in the direction of flow of the filling material.
  • the filling element has a gas channel with a gas valve and one
  • the gas channel is in particular a purge and / or pretension and / or return gas channel. Flushing gas is fed into the container before the container is filled in order to remove the last impurities from the container, while biasing gas during pressure filling immediately before the container is filled into the container is passed so that the liquid filling material is filled against the pressure of this biasing gas in the container.
  • the purge gas and bias gas can be the same gas, in particular CO2.
  • the return gas channel is used to guide the biasing gas displaced from the liquid filling material out of the container. The return gas is therefore usually identical to the bias gas, so it is
  • Purging, biasing and return gas can be conducted from a single gas channel, but it can also be distributed over separate gas channels.
  • the gas valve is used to open or close the gas channel depending on whether a gas flow is desired or not.
  • the gas opening is like this
  • the gas valve has at least one closed switching state and one open switching state as well as a partially open switching state.
  • the flow rate of the gas can thus advantageously be regulated. If, for example, gas, in particular flushing or biasing gas, is passed through the gas valve with the gas valve partially open, the flow rate of the gas is reduced compared to the open switching state of the gas valve. Depending on the opening of the gas valve and the resulting flow rate, this leads to one of the following effects: With a greatly reduced flow rate, the gas flow is too weak to entrain residues adhering to the gas channel. However, the gas flow contributes to the fact that the product residues adhering to the gas duct are dried off in a short time. Only gas with a higher one emerges from the gas channel during drying
  • Gas duct adhering residues are entrained, but not atomized - the case that only gas with a higher gas moisture emerges from the gas duct works as well and, as a rule, due to the lack of filling product residues in the escaping gas, even better, if a little more slowly.
  • the gas with the residues can be discharged from the gas channel when there is no container on the filling element. This is the case, for example, if the filling element is arranged on a transport element and is in
  • the reduction in the flow velocity of the gas in the gas channel thus offers various options for removing gas residues from the gas channel and that
  • the biasing gas now also referred to as return gas, is passed out of the container via the gas channel with the gas valve partially open.
  • the flow rate of the escaping gas is thus reduced in comparison to a fully open gas valve, and consequently the filling rate is also reduced Container with liquid contents reduced.
  • the reduced filling speed in turn makes it much easier to achieve a desired filling quantity or filling height in the container.
  • the gas valve is advantageously designed such that it has at least one further partially open switching state, with a flow resistance that is smaller and / or greater than a flow resistance of the partially open switching state.
  • the gas valve particularly preferably consists of the combination of the valve needle and the outer wall of the gas channel.
  • the valve needle has areas with different outside diameters, the outer wall of the gas channel having a area with a reduced inside diameter.
  • Valve needle relative to the outer wall of the gas channel, the regions of the valve needle having different outer diameters are brought into operative connection with the reduced inner diameter, as a result of which different sizes are obtained
  • Switching states with the most suitable flow resistance selected For example, a greater flow resistance is required to slowly dry the gas channel of product residues than to slowly fill the container with the liquid product.
  • a plurality of partially open ones can also be advantageous
  • the gas channel is at least partially, in particular in the region of the gas opening, designed as a hollow probe for measuring the current fill level of the container, or else for determining the maximum fill level of the container, as is generally known to the person skilled in the art. There is therefore no need for a separate device for measuring or determining the fill level of the container.
  • the gas valve has a valve tube with a sealing seat and a valve needle with a sealing surface that is movable in relation to the valve tube.
  • the sealing surface lies on the sealing seat in the closed switching state and thus closes the gas valve, while the sealing surface is removed from the sealing seat in the open switching state and thus releases a flow area.
  • a closing direction is defined as the direction in which the valve needle moves from the open switching state to the closed switching state with respect to the valve tube.
  • Closing direction behind the sealing seat has narrowed portion, wherein in particular a diameter of the throttle element is smaller than a diameter of the narrowed portion.
  • a gap in particular an annular gap, is then formed between the throttle element and the constriction, through which the gas can flow when the gas valve is at least partially open.
  • this results in a wider or narrower annular gap and consequently a lower or greater flow resistance.
  • a shaft is arranged between the sealing surface of the valve needle and the throttle element, which has a diameter that is smaller than the diameter of the throttle element, and the valve tube has a, in particular annular or lateral, groove behind the constriction in the closing direction .
  • valve needle can be moved further against the closing direction, so that the throttle element is in front of the sealing seat in the closing direction and opens a very wide gap, with a
  • a filling system in particular a rotating type filling machine, is proposed.
  • a filling system is used, for example, as a container handling machine in the beverage industry.
  • the filling system comprises a large number of filling elements on a transport element, for example on a rotating rotor.
  • the filling system takes over containers that have been manufactured and / or cleaned, for example, by further container treatment machines, at an infeed star and transports them further with the transport element.
  • Each container is assigned one of the filling elements arranged on the transport element, which fills the containers.
  • the filled containers are then delivered to an outlet star and passed to yet another container treatment machine, which then seals the containers, for example.
  • the filling elements are designed according to the preceding description, in particular they therefore comprise a gas channel with a gas valve, which has a closed switching state, an open switching state and a partially open switching state.
  • a gas valve which has a closed switching state, an open switching state and a partially open switching state.
  • Liquid product container provided by means of a filling element is proposed.
  • Such a method can include purging the container with purging gas, in particular CO2.
  • the purging gas is introduced into the container via a gas channel and extracted again by a vacuum device.
  • the gas can be introduced and drawn off simultaneously or in succession.
  • the method can include pretensioning the container with pretensioning gas, in particular likewise CO2.
  • the bias gas is a
  • a gas valve of a gas channel of the filling element is opened so that the flushing or prestressing gas is conducted into the container via the gas channel and a gas opening.
  • a liquid valve of a liquid channel of the filling element is opened, so that the liquid filling material flows out of the filling material boiler via the liquid channel and a discharge opening into the container.
  • Liquid valve automatically as soon as a pressure equalization between the product tank and the container to be filled has been achieved.
  • the method is implemented by means of a filling element according to the
  • the gas channel is dried by at least partially opening the gas valve and flushing or
  • Biasing gas flows through the gas channel, so that filling material residues in the gas channel are reduced when compared to a fully open gas valve
  • Flow rate of the purge or bias gas are dried and / or pushed out of the gas channel. Is the flow rate of the flushing or
  • the gas valve when the gas channel dries, the gas valve is first partially opened and, after a predetermined time, opened further, in particular completely. With the partially open gas valve, a large part of the contents in the gas duct is dried as described above. The complete opening of the gas valve now accelerates the drying of the few remaining product residues. These are now entrained with the purge or biasing gas and atomize when they exit the
  • the drying of the gas channel is advantageously carried out when there is no container on the filling element, in particular when the filling element is in
  • the container is not influenced at all by the drying of the gas duct.
  • Pushed-out filling material residues can also be easily collected since they are not atomized when they exit the gas duct, so that there is no contamination of the filling system with filling material residues.
  • the drying of the gas channel is carried out immediately before the purging and / or pretensioning of the container or represents a first partial step of purging and / or pretensioning the container. Since purging or biasing gas is advantageously used for drying the gas channel so that the process steps that require purge or biasing gas are bundled. If the drying of the gas channel also represents a first sub-step of rinsing and / or pretensioning the container, the time lost for drying is kept particularly low.
  • a liquid valve of a liquid channel of the filling element is opened in the container, so that the liquid filling material flows out of the filling material boiler via the liquid channel and a discharge opening into the container. Furthermore, a gas valve of a gas channel of the filling element is opened, so that the biasing gas displaced by the liquid filling material can emerge from the container via the gas channel.
  • the method is carried out by means of a filling element as described above. Furthermore, the gas valve is at least only partially opened when filling the container, so that the
  • Flow rate of the bias gas and thus the filling speed of the liquid product are reduced compared to a fully open gas valve. Due to the reduced filling speed of the liquid filling material, the point in time at which the desired filling quantity or filling level is or is reached can be determined more precisely and more simply, and thus also the point in time at which the liquid valve is closed and thus the filling is ended, more precisely and more simply establish.
  • the gas valve initially widens when the container is filled
  • Filling speed are carried out, which has a positive effect on the time required for filling.
  • the reduced filling speed of the liquid filling material is only required at the end of the filling of the container, so that the gas valve is only partially opened at the end of the filling of the container.
  • the filling speed is reduced can already be determined, for example, by a predetermined one
  • the gas channel is dried by at least partially opening the gas valve and purging or biasing gas flowing through the gas channel, so that residues in the gas channel are present at a reduced purging or flow rate compared to a fully open gas valve Biasing gas dried and / or pushed out of the gas channel. This is particularly advantageous if a common gas channel and thus a
  • Fig. 3 shows an example of a longitudinal section through a further embodiment of a gas valve according to the invention.
  • Figures 1 a - 1 e each show examples of longitudinal sections through
  • Filling element 1 according to the invention at different times of a filling process.
  • the filling element 1 is arranged on a transport element 2 of a filling system 3, of which only a section is shown here.
  • a container 4 is preferably connected to the filling element 1 according to the invention for the time of the filling process and is to be filled with a liquid filling material 5 which is provided in a filling material boiler 6.
  • the container 4 is shown as a bottle, but the filling element 1 and the associated filling method are also suitable for other containers, such as cans or cups, with minor, customary modifications.
  • any liquid that can be filled into container 4 can be used as the liquid filling material 5, in particular, however, the filling element 1 and the filling method are designed for filling the containers 4 with beverages, primarily beverages containing CO 2.
  • the filling element 1 has a liquid channel 7, which is connected to the filling vessel 6 and comprises a liquid valve 8 and a discharge opening 9 following the liquid valve 8 in the flow direction of the filling material 5.
  • the discharge opening 9 faces the container 4, so that the liquid filling material 5 can be filled into the container 4 when the liquid valve 8 is open.
  • the filling element 1 comprises a gas channel 10 which, in the exemplary embodiment shown here, is designed both for guiding purge and bias gas and for guiding return gas.
  • Return gas is to be understood as the biasing gas that comes out of the container 4 when it is filled with liquid filling material 5
  • Container 4 is displaced and flows out of it.
  • two or three different gas channels 10 are provided, each of which conducts only one or two of the gases.
  • the following explanations can be applied analogously to this case.
  • the gas channel 10 has a gas opening 11 which in the exemplary embodiment shown extends into a container interior 12 of the container 4. But there are also
  • Embodiments are conceivable in which the gas opening 11 is located outside the container 4, i.e. does not reach into the container 4, but faces the container 4.
  • the following explanations can be applied analogously or with mostly only minor adjustments.
  • the gas channel 10 comprises a gas valve 13, which is closed
  • Switching state, an open switching state and according to the invention at least one partially open switching state at least one partially open switching state.
  • the gas valve 13 even has three different partially open switching states which differ in their flow resistance and are optimized for each process step.
  • the transport element 2 first takes over the container 4 from an inlet star (not shown here).
  • the container 4 is then filled with the 1st connected.
  • the filling element 1 seals with the container 4, but this is not absolutely necessary depending on the filling method.
  • the liquid valve 8 and the gas valve 13 are closed.
  • a vacuum device 14 generates a vacuum, so that gases still in the container 4 flow out of the container 4.
  • Figure 1 b shows the subsequent purging of the container 4 with purge gas, usually with CO2.
  • the gas valve 13 is only partially opened, so that the flushing gas dries residues in the gas channel 10.
  • the vacuum device 14 sucks the purging gas flowing into the container 4 again. It is also possible to open the gas valve 13 a little further, so that the purging gas entrains the filling material residues in the gas channel 10, but they reach the container 4 via the gas opening 11 so slowly that they are gently pushed out and do not atomize. Because the purge gas is throttled by the gas valve 13, it is avoided that residues in the gas channel 10 are atomized when they exit the gas channel 10 and cause a large number of C02 release germs in the container 4.
  • the pretensioning with pretensioning gas shown in FIG. 1 c follows, usually with CO2. This is introduced into the container when the gas valve 13 is fully open. A valve 15 leading to the vacuum device 14 is closed, so that the vacuum device 14 does not suck the biasing gas out of the container 4 and a pressure can build up in the container 4. Since the gas channel 10 was already freed from filling material residues at the beginning of the flushing, the prestressing gas can be introduced during the prestressing with the gas valve 13 fully open.
  • the biasing gas should - at least initially - be introduced into the container 4 with the gas valve 13 only partially open in order to suppress the formation of a large number of C02 release germs.
  • the gas channel 10 serves as a return gas channel.
  • the liquid valve 8 is open and the gas valve 13 is initially almost completely open in order to bring about a rapid outflow of the biasing gas from the container 4 and thus a rapid inflow of the liquid filling material 5 into the container 4.
  • the desired filling level or filling quantity of the liquid filling material 5 in the container 4 is almost reached, which is determined, for example, from the duration of the filling or measured with a corresponding sensor, the flow rate of the liquid filling material 5 is reduced. This is shown in Figure 1 e and is achieved in that the gas valve 13 is partially closed again. The flow rate of the gas emerging from the container 4 is thereby reduced, and thus the
  • a corresponding sensor detects that the desired filling level or filling quantity in the container 4 has been reached.
  • the sensor which is not shown here, can be, for example, an optical sensor or a flute probe in the vicinity of the gas opening 11 on the gas channel 10.
  • the so-called Trinox method can also be used, the container 4 being filled until liquid filling material 5 reaches the gas opening 11 of the gas channel 10 and rises in the gas channel 10.
  • a sensor in the gas channel 10 detects the liquid filling 5 rising upwards, which likewise achieves the desired filling level.
  • the liquid valve 8 is closed again.
  • the gas valve 13 is then also closed.
  • the container 4 is relieved via a pressure compensation valve 16, i.e. a pressure compensation with the ambient air is established.
  • the container 4 is then separated from the filling element 1 and transferred to an outlet star of a subsequent container treatment machine.
  • the gas valve 13 is shown in more detail in the various switching states. The detailed representations correspond to the
  • Figure 2a shows the gas valve 13 in the closed switching state.
  • the gas valve 13 has a valve tube 17 and a valve needle 18 that is movable with respect to the valve tube.
  • the valve tube 17 has a sealing seat 19 and the valve needle has a sealing surface 20.
  • the sealing surface 20 lies precisely the sealing seat 19 and thus closes the gas valve 13.
  • the direction in which the valve needle 18 is moved with respect to the valve tube 17 in order to close the gas valve 13 is defined as the closing direction S.
  • Valve tube 17 moves so far against the closing direction S that a throttle element 21 of the valve needle 18 comes to rest in the area of a constriction 22 of the valve tube 17, the constriction 22 being arranged in an area in the closing direction S behind the sealing seat 19. Between the throttle element 21 and and the constriction 22 then only a narrow annular gap remains free, through which the gas can flow.
  • Throttle element 21 and seal seat 19 is formed.
  • a flow resistance which lies between that of Figures 2b and 2d, is shown in Figure 2e and is achieved in that the valve needle 18 is moved further in the closing direction, so that the throttle element 21 past the sealing seat 19 and the constriction 22 in a region of the Valve tube 17 comes to rest, in which the valve tube 17 has a groove 23.
  • this groove 23 is annular or completely circumferential, but it can also be a lateral groove 23, for example.
  • the shaft 24 has a diameter that is smaller than the diameter of the throttle element 21.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a gas valve 13.
  • this gas valve 13 In comparison to the gas valve 13 of FIGS. 2a-2e, this gas valve 13 lacks the groove 23. This makes it more difficult to achieve the mean flow resistance shown in FIG. 2e with the gas valve 13 in question.
  • the present gas valve 13 is simpler and cheaper to manufacture and, in addition to the closed and the open switching state, has the partially open state shown in FIG. 3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement (1 ) zum Füllen von Behältern (4) mit einem flüssigen Füllgut (5), aufweisend einen von dem in einem Füllgutkessel (6) bereit gestellten Füllgut (5) durchströmbaren Flüssigkeitskanal (7) mit wenigstens einem Flüssigkeitsventil (8) im Flüssigkeitskanal (7) und einer in Strömungsrichtung des Füllgutes (5) auf das Flüssigkeitsventil (8) folgenden Abgabeöffnung (9) zum Abgeben des Füllgutes (5) in den jeweiligen Behälter (4) bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (8) und einen Gaskanal (10), insbesondere einen Spül- und/oder Vorspann- und/oder Rückgaskanal, mit einem Gasventil (13) und einer beim Füllen des Behälters (4) in einen Behälterinnenraum (12) des Behälters (4) hineinreichenden und/oder dem Behälter (4) zugewandten Gasöffnung (11 ). Die Vorrichtung (1 ) zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Gasventil (13) zumindest einen geschlossenen Schaltzustand, einen offenen Schaltzustand und einen teilweise offenen Schaltzustand aufweist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Füllsystem (3) mit einer Vielzahl von Füllelementen (1 ) sowie auf Verfahren zum Füllen von Behältern (4), die mittels eines Füllelements (1) gemäß der vorangegangenen Beschreibung durchgeführt werden.

Description

Füllelement, Füllsystem und Verfahren zum Füllen von Behältern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement zum Füllen von Behältern und ein
Füllsystem gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 7. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zum Füllen von Behältern gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 8 und 13.
Gattungsgemäße Füllelemente, Füllsysteme und Verfahren zum Füllen von Behältern sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. So wird beispielsweise in der DE 38 07 046 A1 ein Verfahren zum Abfüllen von kohlensäurehaltigen Flüssigkeiten in Gefäße beschrieben. Während einer auf die Gefäßvorspannung folgenden Füllphase erfolgt der Einlauf der unter einem Fülldruck stehenden Flüssigkeit in ein jeweiliges, in Dichtlage mit einem Füllelement befindliches, Gefäß und aus demselben wird zumindest zeitweise das von der einlaufenden Flüssigkeit verdrängte Rückgas über einen Rückgasweg des
Füllelements abgeführt.
Nachteilig an den bekannten Füllelementen ist, dass häufig Flüssigkeitsrückstände an Gaskanälen, insbesondere auch an denen, die ein Spülgas oder ein Vorspanngas in den Behälter einleiten, haften bleiben. Strömt nun das Spülgas und/oder das Vorspanngas unter hohem Druck in den zu befüllenden Behälter, dann wird die noch anhaftende
Flüssigkeit vom Spül- und/oder Vorspanngas mitgerissen und stark zerstäubt in den Behälter eingetragen. Die vielen kleinsten Flüssigkeits- und Schaumpartikel verteilen sich während der anschließenden Füllung im gesamten Getränk und bilden so genannte CO2- Entbindungskeime. Auf die Füllung folgen eine Beruhigungsphase und eine
Druckentlastungsphase. Während der Druckentlastungsphase führen die CO2- Entbindungskeime zu einer übermäßigen Schaumbildung. Dieser Effekt lässt sich zwar durch eine längere Beruhigungsphase kompensieren, dies führt jedoch zu entsprechenden Leistungseinbußen, was üblicherweise unerwünscht ist.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Füllsysteme ist, dass die an sich erwünschte hohe Geschwindigkeit beim Füllen der Behälter ein genaues Einhalten einer gewünschten Füllmenge bzw. Füllhöhe im Behälter nur mit weiterem hohen technischen Aufwand möglich macht. Trotz der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen bleibt daher das Beheben der genannten Nachteile ein zentrales Ziel der Weiterentwicklung von Füllelementen,
Füllsystemen und Verfahren zum Füllen von Behältern.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, verbesserte Füllelemente und Füllsysteme und ein verbessertes Verfahren zum Füllen von Behältern bereitzustellen, die insbesondere die durch Flüssigkeitsrückstände an Gaskanälen verursachten C02-Entbindungskeime reduzieren bzw. eliminieren und/oder ein genaueres Einhalten einer gewünschten Füllmenge bzw. Füllhöhe im Behälter ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch ein Füllelement und ein Füllsystem gemäß den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Entsprechende Verfahren sind
Gegenstand der nebengeordneten Patentansprüche 8 und 13. Die jeweiligen
Unteransprüche betreffen dabei besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der
Erfindung.
Vorgeschlagen wird ein Füllelement zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut. Das Füllelement ist dabei insbesondere zur Verwendung in Behälterbehandlungs- maschinen in der Getränkeindustrie vorgesehen, mit Leistungen von beispielsweise mehr als 5000 oder gar mehr als 50000 Behältern pro Stunde. Die Behälter können dabei beispielsweise Flaschen, Dosen oder Becher sein. Beim flüssigen Füllgut handelt es sich insbesondere um Getränke, vornehmlich C02-haltige Getränke, das Füllelement eignet sich aber auch zum Füllen von Behältern mit anderen Flüssigkeiten.
Das Füllelement weist einen Flüssigkeitskanal auf, der von dem in einem Füllgutkessel bereit gestellten Füllgut durchströmbar ist. Im Flüssigkeitskanal ist wenigstens ein
Flüssigkeitsventil angeordnet. Bei geöffnetem Flüssigkeitsventil wird das Füllgut über eine in Strömungsrichtung des Füllgutes auf das Flüssigkeitsventil folgende Abgabeöffnung in den jeweiligen Behälter abgegeben.
Weiterhin weist das Füllelement einen Gaskanal mit einem Gasventil und einer
Gasöffnung auf. Bei dem Gaskanal handelt es sich insbesondere um einen Spül- und/oder Vorspann- und/oder Rückgaskanal. Spülgas wird dabei vor dem Füllen des Behälters in den Behälter geleitet um letzte Verunreinigungen aus dem Behälter zu entfernen, während Vorspanngas beim Druckfüllen unmittelbar vor dem Füllen des Behälters in den Behälter geleitet wird, so dass das flüssige Füllgut gegen den Druck dieses Vorspanngases in den Behälter gefüllt wird. Beim Spülgas und Vorspanngas kann es sich dabei um das gleiche Gas, insbesondere um CO2, handeln. Der Rückgaskanal dient dazu, beim Füllen vom flüssigen Füllgut verdrängtes Vorspanngas aus dem Behälter zu leiten. Das Rückgas ist daher in der Regel identisch mit dem Vorspanngas, es handelt sich dabei also
insbesondere auch um CO2. Das Leiten von Spül-, Vorspann- und Rückgas kann von einem einzigen Gaskanal ausgeführt werden, es kann aber auch auf separate Gaskanäle verteilt sein. Das Gasventil dient dazu, den Gaskanal zu öffnen oder zu schließen, je nachdem, ob ein Gasfluss erwünscht ist oder nicht. Die Gasöffnung ist dabei so
ausgebildet, dass sie beim Füllen des Behälters in einen Behälterinnenraum des Behälters hineinreicht und/oder dem Behälter zugewandt ist.
Erfindungsgemäß weist das Gasventil zumindest einen geschlossenen Schaltzustand und einem offenen Schaltzustand sowie einen teilweise offenen Schaltzustand auf. Vorteilhaft ist damit die Strömungsgeschwindigkeit des Gases regelbar. Wird beispielsweise bei teilweise geöffnetem Gasventil Gas, insbesondere Spül- oder Vorspanngas, durch das Gasventil geleitet, dann ist die Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Vergleich zum offenen Schaltzustand des Gasventils reduziert. Je nach Öffnung des Gasventils und der daraus resultierenden Strömungsgeschwindigkeit führt dies zu einem der folgenden Effekte: Bei stark reduzierter Strömungsgeschwindigkeit ist der Gasstrom zu schwach, um im Gaskanal haftende Füllgutreste mitzureißen. Der Gasstrom trägt aber dennoch dazu bei, dass die im Gaskanal haftenden Füllgutreste in kurzer Zeit abgetrocknet werden. Aus dem Gaskanal tritt während des Trocknens also lediglich Gas mit einer höheren
Gasfeuchte aus. Bei einer etwas höheren Strömungsgeschwindigkeit ist der Gasstrom ausreichend stark, um im Gaskanal haftende Füllgutreste mitzureißen, aber immer noch so schwach, dass die Füllgutreste beim Austritt aus der Gasöffnung nicht oder nur sehr wenig zerstäubt werden.
Es ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, den Gaskanal von den in diesem haftenden Füllgutresten zu befreien. Detailliert erläutert wird hier beispielhaft der Fall, dass im
Gaskanal haftende Füllgutreste mitgerissen, aber nicht zerstäubt werden - der Fall, dass lediglich Gas mit einer höheren Gasfeuchte aus dem Gaskanal austritt, funktioniert ebenso und durch das Fehlen der Füllgutreste im austretenden Gas in der Regel noch besser, wenn auch etwas langsamer. Zunächst ist es möglich, das aus dem Gaskanal austretende Gas und die mit diesem mitgerissenen Füllgutreste in einen leeren und noch zu füllenden Behälter einzuleiten.
Dies kann insbesondere vor bzw. zu Beginn des Spülens und/oder Vorspannens des Behälters erfolgen. Da die Füllgutreste nicht zerstäubt werden, ist die Anzahl der in den Behälter eingetragenen Füllgutreste im Vergleich zu zerstäubten Füllgutresten stark reduziert, was auch zu einer viel geringeren Anzahl an C02-Entbindungskeimen führt und damit eine übermäßige Schaumbildung unterbindet.
Des Weiteren ist es möglich, das aus dem Gaskanal austretende Gas und die mit diesem mitgerissenen Füllgutreste in einen schon befüllten Behälter einzuleiten. Weder feuchtes Gas noch unzerstäubte Füllgutreste wirken sich dabei negativ auf das schon im Behälter befindliche Füllgut aus.
Schließlich kann das Gas mit den Füllgutresten dann aus dem Gaskanal ausgeleitet werden, wenn sich kein Behälter am Füllelement befindet. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Füllelement an einem Transportelement angeordnet ist und sich in
Drehrichtung des Transportelements zwischen einem Auslaufstern und einem Einlaufstern eines Füllsystems befindet. In diesem Bereich hat der gefüllte Behälter das Füllelement bereits verlassen und der nächste zu füllende Behälter ist noch nicht an das Füllelement herangeführt worden. Da sich kein Behälter am Füllelement befindet, hat das Ausleiten des Gases mit den Füllgutresten in diesem Bereich keine negativen Auswirkungen auf den Behälter. Dadurch, dass die Füllgutreste nicht zerstäubt werden, können sie zudem in einem begrenzten Bereich aufgefangen werden - werden hingegen zerstäubte
Füllgutreste in dieser Weise ausgeleitet droht eine Verunreinigung des gesamten
Füllsystems.
Die Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Gaskanal bietet also verschiedene Möglichkeiten, den Gaskanal von Füllgutresten zu befreien und dem
Problem mit den C02-Entbindungskeimen entgegenzu wirken.
Darüber hinaus ergibt sich ein Vorteil, wenn beim Füllen des Behälters mit dem flüssigen Füllgut das Vorspanngas, nun auch als Rückgas bezeichnet, über den Gaskanal bei teilweise geöffnetem Gasventil aus dem Behälter geleitet wird. Die
Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Gases ist damit im Vergleich zu einem vollständig geöffneten Gasventil reduziert und folglich ist auch die Füllgeschwindigkeit des Behälters mit flüssigem Füllgut reduziert. Durch die reduzierte Füllgeschwindigkeit lässt sich wiederum eine gewünschte Füllmenge bzw. Füllhöhe im Behälter viel leichter erzielen.
Vorteilhafterweise ist das Gasventil so ausgebildet, dass es zumindest einen weiteren teilweise offenen Schaltzustand aufweist, mit einem Strömungswiderstand, der kleiner und/oder größer als ein Strömungswiderstand des teilweise offenen Schaltzustands ist. Besonders bevorzugt besteht das Gasventil aus der Kombination der Ventilnadel und der Außenwandung des Gaskanals. Die Ventilnadel weist Bereiche mit unterschiedlichen Außendurchmessern auf, wobei die Außenwandung des Gaskanals einen Bereich mit einem reduzierten Innendurchmesser aufweist. Durch eine Flöhenbewegung der
Ventilnadel relativ zur Außenwandung des Gaskanals werden die, unterschiedliche Außendurchmesser aufweisende Bereiche der Ventilnadel in Wirkverbindung mit dem reduzierten Innendurchmesser gebracht, wodurch unterschiedlich große
Strömungsquerschnitte freigegeben werden.
Für die einzelnen Verfahrensschritte beim Füllen des Behälters werden dabei die
Schaltzustände mit dem am besten passenden Strömungswiderstand gewählt. So wird zum Beispiel zum langsamen Trocknen des Gaskanals von Füllgutresten ein größerer Strömungswiderstand benötigt als zum langsamen Befüllen des Behälters mit dem flüssigen Füllgut. Vorteilhaft kann auch eine Mehrzahl an teilweise offenen
Schaltzuständen oder ein kontinuierlich zwischen dem geschlossenen und dem offenen Schaltzustand verstellbares Gasventil sein.
Von Vorteil ist es, wenn der Gaskanal zumindest teilweise, insbesondere im Bereich der Gasöffnung, als Hohlsonde ausgebildet ist, zur Messung der aktuellen Füllhöhe des Behälters, oder aber auch zur Festlegung der maximalen Füllhöhe des Behälters, wie dies dem Fachmann allgemein bekannt ist. Es ist somit keine gesonderte Einrichtung zur Messung oder Festlegung der Füllhöhe des Behälters notwendig.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist das Gasventil ein Ventilrohr mit einem Dichtungssitz und eine in Bezug auf das Ventilrohr bewegliche Ventilnadel mit einer Dichtfläche auf. Dabei liegt die Dichtfläche im geschlossenen Schaltzustand auf dem Dichtungssitz auf und schließt damit das Gasventil, während die Dichtfläche im offenen Schaltzustand vom Dichtungssitz entfernt ist und damit einen Strömungsbereich freigibt. Ferner ist eine Schließrichtung definiert ist als Richtung, in der sich die Ventilnadel in Bezug auf das Ventilrohr vom offenen Schaltzustand in den geschlossenen Schaltzustand bewegt. Ein Gasventil mit Ventilrohr und Ventilnadel lässt sich dabei besonders einfach steuern, kann den Gasfluss präzise begrenzen und ist robust und langlebig.
Vorteilhaft ist es, wenn die Ventilnadel ein in Schließrichtung hinter der Dichtfläche angeordnetes Drosselelement aufweist und das Ventilrohr eine in einem Bereich in
Schließrichtung hinter dem Dichtungssitz angeordnete Engstelle aufweist, wobei insbesondere ein Durchmesser des Drosselelements kleiner ist als ein Durchmesser der Engstelle. Zwischen Drosselelement und Engstelle ist dann ein Spalt, insbesondere ein Ringspalt, ausgebildet, durch den das Gas strömen kann, wenn das Gasventil zumindest teilweise geöffnet ist. Je nachdem, welche Durchmesser das Drosselelement und die Engstelle aufweisen, ergibt sich damit ein weiterer oder schmalerer Ringspalt und folglich ein geringerer oder größerer Strömungswiderstand. Mit Hilfe des Drosselelements und einem entsprechend geformten Ventilrohr lassen sich also verschiedene
Strömungswiderstände und damit verschiedene Schaltzustände des Gasventils einfach verwirklichen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist zwischen der Dichtfläche der Ventilnadel und dem Drosselelement ein Schaft angeordnet, der einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser des Drosselelements ist, und das Ventilrohr weist in Schließrichtung hinter der Engstelle eine, insbesondere ringförmige oder seitliche, Nut auf. Wird die Ventilnadel vom geschlossenen Schaltzustand entgegen der Schließrichtung bewegt, dann lässt sie sich in eine Position bewegen, bei der sich der Schaft im Bereich der Engstelle und das Drosselelement im Bereich der Nut befindet, wodurch ein relativ breiter Spalt freigegeben wird. Bei weiterem Bewegen der Ventilnadel entgegen der Schließrichtung kommt das Drosselelement in den Bereich der Engstelle, wodurch der freigegebene Spalt relativ eng ist und einen dementsprechend hohen
Strömungswiderstand bedingt. Schließlich kann die Ventilnadel noch weiter entgegen der Schließrichtung bewegt werden, so dass sich das Drosselelement in Schließrichtung vor dem Dichtungssitz befindet und einen sehr breiten Spalt freigibt, mit einem
dementsprechend geringen Strömungswiderstand. Mit dem Gasventil dieser
Ausführungsvariante lassen sich also verschiedene Schaltzustände des Gasventils sehr einfach verwirklichen und schalten. Weiterhin wird ein Füllsystem, insbesondere eine Füllmaschine umlaufender Bauart, vorgeschlagen. Ein solches Füllsystem kommt beispielsweise als Behälterbehandlungs- maschine in der Getränkeindustrie zum Einsatz. Das Füllsystem umfasst eine Vielzahl von Füllelementen an einem Transportelement, beispielsweise an einem umlaufenden Rotor.
In einer Ausführungsvariante übernimmt das Füllsystem Behälter, die beispielsweise von weiteren Behälterbehandlungsmaschinen hergestellt und/oder gereinigt wurden, an einem Einlaufstern und transportiert sie mit dem Transportelement weiter. Jedem Behälter ist dabei eines der am Transportelement angeordneten Füllelemente zugeordnet, das die Behälter befüllt. Die befüllten Behälter werden sodann an einem Auslaufstern abgegeben und zu einer nochmals weiteren Behälterbehandlungsmaschine geleitet, die dann beispielsweise die Behälter verschließt.
Erfindungsgemäß sind die Füllelemente gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet, insbesondere umfassen sie also einen Gaskanal mit einem Gasventil, das einen geschlossenen Schaltzustand, einen offenen Schaltzustand und einen teilweise offenen Schaltzustand aufweist. Mittels des teilweise offenen Schaltzustands lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Gaskanal so weit reduzieren, dass im Gaskanal haftende Füllgutreste entweder getrocknet oder sanft aus dem Gaskanal ausgeschoben werden können. Wird darüber hinaus der Gaskanal zum Ausleiten von Vorspanngas beim Befüllen des Behälters verwendet, kann die Strömungsgeschwindigkeit des
Vorspanngases und damit die Füllgeschwindigkeit des Behälters so reduziert werden, dass ein genaues Erreichen einer gewünschten Füllmenge bzw. Füllhöhe im Behälter vereinfacht wird. Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorangegangenen Beschreibung.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem aus einem
Füllgutkessel bereit gestellten flüssigen Füllgut mittels eines Füllelements vorgeschlagen. Ein derartiges Verfahren kann das Spülen des Behälters mit Spülgas, insbesondere CO2, umfassen. Dabei wird das Spülgas über einen Gaskanal in den Behälter eingeleitet und von einer Unterdruckeinrichtung wieder abgesaugt. Das Einleiten und Absaugen des Gases kann dabei gleichzeitig oder auch nacheinander erfolgen. Alternativ oder zusätzlich zum Spülen kann das Verfahren ein Vorspannen des Behälters mit Vorspanngas, insbesondere ebenfalls CO2, umfassen. Dabei wird das Vorspanngas über einen
Gaskanal unter erhöhtem Druck in den Behälter eingeleitet, so dass sich ein Überdruck im Behälter aufbaut, gegen den dann das flüssige Füllgut eingefüllt werden kann. Zum Spülen und/oder Vorspannen des Behälters wird dabei ein Gasventil eines Gaskanals des Füllelements geöffnet, so dass das Spül- bzw. Vorspanngas über den Gaskanal und eine Gasöffnung in den Behälter geleitet wird. Zum anschließenden Füllen des Behälters wird ein Flüssigkeitsventil eines Flüssigkeitskanals des Füllelements geöffnet, so dass das flüssige Füllgut aus dem Füllgutkessel über den Flüssigkeitskanal und eine Abgabeöffnung in den Behälter strömt. Besonders vorteilhaft öffnet das
Flüssigkeitsventil automatisch, sobald ein Druckausgleich zwischen dem Füllgutkessel und dem zu befüllenden Behälter erreicht wurde.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren mittels eines Füllelements gemäß der
vorangegangenen Beschreibung durchgeführt. Weiterhin wird der Gaskanal getrocknet, indem das Gasventil zumindest zeitweise teilweise geöffnet wird und Spül- oder
Vorspanngas den Gaskanal durchströmt, so dass im Gaskanal befindliche Füllgutreste bei einer im Vergleich zu einem vollständig geöffneten Gasventil reduzierten
Strömungsgeschwindigkeit des Spül- oder Vorspanngases getrocknet und/oder aus dem Gaskanal geschoben werden. Ist die Strömungsgeschwindigkeit des Spül- oder
Vorspanngases klein genug, dann werden die Füllgutreste nicht vom Spül- oder
Vorspanngas mitgerissen und einfach vom vorbeiströmenden Gas getrocknet. Bei einer etwas größeren Strömungsgeschwindigkeit, die aber noch kleiner ist als die
Strömungsgeschwindigkeit bei vollständig geöffnetem Gasventil, werden die Füllgutreste vom Spül- oder Vorspanngas mitgerissen, jedoch an der Gasöffnung sanft aus dem
Gaskanal ausgeschoben und insbesondere nicht zerstäubt. Das Problem der zerstäubten Füllgutreste, insbesondere, dass sie im Behälter C02-Entbindungskeime bilden, wird damit behoben.
Vorteilhafterweise wird das Gasventil beim Trocknen des Gaskanals zuerst teilweise geöffnet und nach einer vorbestimmten Zeit weiter, insbesondere vollständig, geöffnet. Mit dem teilweise geöffneten Gasventil wird ein Großteil der Füllgutreste im Gaskanal wie oben beschrieben getrocknet. Das vollständige Öffnen des Gasventils beschleunigt nun das Trocknen der wenigen übrig gebliebenen Füllgutreste. Diese werden nun zwar mit dem Spül- oder Vorspanngas mitgerissen und zerstäuben beim Austritt aus dem
Gaskanal, durch die geringe Menge der übrig gebliebenen Füllgutreste führt dies aber auch nur zu einer geringen Anzahl an entstehenden C02-Entbindungskeimen. Von Vorteil ist es, wenn das Trocknen des Gaskanals nach Beendigung des Füllens des Behälters durchgeführt wird, wobei sich die Gasöffnung noch im Behälter oder direkt über dem Behälter befindet. Das aus der Gasöffnung austretende Gas wird also in den Behälter eingeleitet und eventuell mitgerissene, aber nicht zerstäubte, Füllgutreste gelangen auch in den Behälter, wo sie keine negativen Auswirkungen auf das im Behälter befindliche Füllgut haben.
Vorteilhafterweise wird das Trocknen des Gaskanals dann durchgeführt, wenn sich kein Behälter am Füllelement befindet, insbesondere, wenn sich das Füllelement in
Drehrichtung eines Transportelements, an dem das Füllelement angeordnet ist, zwischen einem Auslaufstern und einem Einlaufstern eines das Füllelement aufweisenden
Füllsystems befindet. Bei dieser Ausführungsvariante wird der Behälter vom Trocknen des Gaskanals überhaupt nicht beeinflusst. Ausgeschobene Füllgutreste können darüber hinaus, da sie beim Austritt aus dem Gaskanal nicht zerstäubt werden, leicht aufgefangen werden, so dass keine Verunreinigung des Füllsystems mit Füllgutresten erfolgt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante wird das Trocknen des Gaskanals unmittelbar vor dem Spülen und/oder Vorspannen des Behälters durchgeführt oder stellt einen ersten Teilschritt des Spülens und/oder Vorspannens des Behälters dar. Da zum Trocknen des Gaskanals vorteilhafterweise Spül- oder Vorspanngas verwendet wird, sind damit die Verfahrensschritte, die Spül- oder Vorspanngas benötigen, gebündelt. Wenn das Trocknen des Gaskanals zudem schon einen ersten Teilschritt des Spülens und/oder Vorspannens des Behälters darstellt, wird der Zeitverlust, der für das Trocknen anfällt, besonders gering gehalten.
Schließlich wird ein weiteres Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem aus einem Füllgutkessel bereit gestellten flüssigen Füllgut mittels eines Füllelements vorgeschlagen. Dabei wird der Behälter mit einem Vorspanngas vorgespannt und zum Füllen des
Behälters wird ein Flüssigkeitsventil eines Flüssigkeitskanals des Füllelements geöffnet, so dass das flüssige Füllgut aus dem Füllgutkessel über den Flüssigkeitskanal und eine Abgabeöffnung in den Behälter strömt. Weiterhin wird ein Gasventil eines Gaskanals des Füllelements geöffnet, so dass das vom flüssigen Füllgut verdrängte Vorspanngas über den Gaskanal aus dem Behälter austreten kann. Erfindungsgemäß wird das Verfahren mittels eines Füllelements gemäß der vorangegangenen Beschreibung durchgeführt. Weiterhin wird das Gasventil beim Füllen des Behälters zumindest zeitweise nur teilweise geöffnet, so dass die
Strömungsgeschwindigkeit des Vorspanngases und damit die Einfüllgeschwindigkeit des flüssigen Füllguts im Vergleich zu einem vollständig geöffneten Gasventil reduziert sind. Durch die reduzierte Einfüllgeschwindigkeit des flüssigen Füllguts lässt sich der Zeitpunkt, zu dem die gewünschte Füllmenge bzw. Füllhöhe erreicht wird oder ist, genauer und einfacher bestimmen und damit auch der Zeitpunkt, zu dem das Flüssigkeitsventil geschlossen und damit das Füllen beendet wird, genauer und einfacher festlegen.
Vorteilhafterweise wird das Gasventil beim Füllen des Behälters zunächst weit,
insbesondere vollständig, geöffnet und nach einer vorbestimmten Zeit oder bei Erreichen einer bestimmten Füllhöhe oder Füllmenge des Behälters nur noch teilweise geöffnet. So kann zunächst das Füllen des Behälters mit einer hohen bzw. der maximalen
Einfüllgeschwindigkeit durchgeführt werden, was sich positiv auf die zum Füllen benötigte Zeit auswirkt. Die reduzierte Einfüllgeschwindigkeit des flüssigen Füllguts wird erst zum Ende des Füllens des Behälters benötigt, so dass das Gasventil auch erst zum Ende des Füllens des Behälters nur noch teilweise geöffnet wird. Wann die Einfüllgeschwindigkeit reduziert wird, lässt sich dabei beispielsweise durch eine vorbestimmte bereits
verstrichene Einfüllzeit oder durch das Erreichen einer bestimmten Füllhöhe oder
Füllmenge festlegen. Auf das schnelle Füllen des Behälters folgt also die langsamere aber dafür präzisere Phase.
Von Vorteil ist es auch, wenn der Gaskanal getrocknet wird, indem das Gasventil zumindest zeitweise teilweise geöffnet wird und Spül- oder Vorspanngas den Gaskanal durchströmt, so dass im Gaskanal befindliche Füllgutreste bei einer im Vergleich zu einem vollständig geöffneten Gasventil reduzierten Strömungsgeschwindigkeit des Spül- oder Vorspanngases getrocknet und/oder aus dem Gaskanal geschoben werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein gemeinsamer Gaskanal und damit ein
gemeinsames Gasventil für das Spül-, Vorspann- und Rückgas genutzt werden. Das Gasventil kann dann sowohl eine reduzierte Strömungsgeschwindigkeit zum Trocknen des Gaskanals als auch eine reduzierte Einfüllgeschwindigkeit zum Füllen des Behälters bereitstellen, jeweils mit den oben genannten Vorteilen. 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 Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 a - 1 e beispielhaft Längsschnitte durch ein erfindungsgemäßes Füllelement,
Fig. 2a - 2e beispielhaft schematische Längsschnitte durch ein erfindungsgemäßes
Gasventil und
Fig. 3 beispielhaft einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasventils.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
Die Figuren 1 a - 1 e zeigen jeweils beispielhaft Längsschnitte durch ein
erfindungsgemäßes Füllelement 1 zu verschiedenen Zeitpunkten eines Füllvorgangs. Das Füllelement 1 ist dabei an einem Transportelement 2 eines Füllsystems 3 angeordnet, von dem hier nur ein Ausschnitt gezeigt ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Füllelement 1 ist vorzugsweise für die Zeit des Füllvorgangs ein Behälter 4 verbunden, der mit einem flüssigen Füllgut 5, das in einem Füllgutkessel 6 bereit gestellt ist, gefüllt werden soll. In den Figuren 1 a— 1 e ist der Behälter 4 als Flasche dargestellt, das Füllelement 1 und das zugehörige Füllverfahren sind jedoch mit geringen, fachüblichen Modifikationen auch für andere Behälter wie beispielsweise Dosen oder Becher geeignet. Als flüssiges Füllgut 5 kommt prinzipiell jede in Behälter 4 abfüllbare Flüssigkeit in Frage, insbesondere sind das Füllelement 1 und das Füllverfahren jedoch für das Befüllen der Behälter 4 mit Getränken, vornehmlich C02-haltigen Getränken, ausgebildet.
Das Füllelement 1 weist einen Flüssigkeitskanal 7 auf, der mit dem Füllgutkessel 6 verbunden ist und ein Flüssigkeitsventil 8 sowie eine in Strömungsrichtung des Füllgutes 5 auf das Flüssigkeitsventil 8 folgende Abgabeöffnung 9 umfasst. Die Abgabeöffnung 9 ist dabei dem Behälter 4 zugewandt, so dass bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 8 das flüssige Füllgut 5 in den Behälter 4 gefüllt werden kann.
Weiterhin umfasst das Füllelement 1 einen Gaskanal 10, der in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl für das Leiten von Spül- und Vorspanngas als auch für das Leiten von Rückgas ausgebildet ist. Unter Rückgas ist dabei das Vorspanngas zu verstehen, das beim Füllen des Behälters 4 mit flüssigem Füllgut 5 wieder aus dem
Behälter 4 verdrängt wird und aus diesem herausströmt. Prinzipiell ist es denkbar, dass anstatt des einen Gaskanals 10 zwei oder drei verschiedene Gaskanäle 10 vorgesehen sind, die jeweils nur eines oder zwei der Gase leiten. Die folgenden Ausführungen lassen sich analog auf diesen Fall anwenden.
Der Gaskanal 10 weist eine Gasöffnung 11 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel in einen Behälterinnenraum 12 des Behälters 4 hineinreicht. Es sind aber auch
Ausführungsbeispiele denkbar, bei denen die Gasöffnung 11 sich außerhalb des Behälters 4 befindet, d.h. nicht in den Behälter 4 hineinreicht, aber dem Behälter 4 zugewandt ist. Auch auf diesen Fall lassen sich die folgenden Ausführungen analog oder mit meist nur geringen Anpassungen anwenden.
Weiterhin umfasst der Gaskanal 10 ein Gasventil 13, das einen geschlossenen
Schaltzustand, einen offenen Schaltzustand und erfindungsgemäß mindestens einen teilweise offenen Schaltzustand aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Gasventil 13 sogar drei verschiedene teilweise offene Schaltzustände auf, die sich in ihrem Strömungswiderstand unterscheiden und für jeden Verfahrensschritt optimiert sind.
Bei einem Füllvorgang übernimmt zunächst das Transportelement 2 den Behälter 4 von einem hier nicht gezeigten Einlassstern. Der Behälter 4 wird dann mit dem Füllelement 1 verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dichtet dabei das Füllelement 1 mit dem Behälter 4 ab, dies ist jedoch je nach Füllverfahren nicht unbedingt notwendig.
Zu Beginn des Füllverfahrens sind, wie in Figur 1 a gezeigt, das Flüssigkeitsventil 8 und das Gasventil 13 geschlossen. Eine Unterdruckeinrichtung 14 erzeugt ein Vakuum, so dass noch im Behälter 4 befindliche Gase aus dem Behälter 4 strömen.
Figur 1 b zeigt das darauffolgende Spülen des Behälters 4 mit Spülgas, üblicherweise mit CO2. Dazu wird das Gasventil 13 nur teilweise geöffnet, so dass das Spülgas noch im Gaskanal 10 befindliche Füllgutreste trocknet. Die Unterdruckeinrichtung 14 saugt dabei das in den Behälter 4 strömende Spülgas wieder ab. Es ist auch möglich, das Gasventil 13 etwas weiter zu öffnen, so dass das Spülgas die im Gaskanal 10 befindlichen Füllgutreste mitreißt, diese aber so langsam über die Gasöffnung 11 in den Behälter 4 gelangen, dass sie sanft ausgeschoben werden und dabei nicht zerstäuben. Dadurch, dass das Spülgas vom Gasventil 13 gedrosselt wird, wird also vermieden, dass noch im Gaskanal 10 befindliche Füllgutreste beim Austritt aus dem Gaskanal 10 zerstäubt werden und im Behälter 4 eine große Anzahl an C02-Entbindungskeimen verursachen.
Im Anschluss an das Spülen mit Spülgas folgt das in Figur 1 c gezeigte Vorspannen mit Vorspanngas, üblicherweise mit CO2. Dieses wird bei vollständig geöffnetem Gasventil 13 in den Behälter eingeleitet. Ein zur Unterdruckeinrichtung 14 führendes Ventil 15 wird dabei geschlossen, so dass die Unterdruckeinrichtung 14 das Vorspanngas nicht aus dem Behälter 4 absaugt und sich im Behälter 4 ein Druck aufbauen kann. Da der Gaskanal 10 schon zu Beginn des Spülens von Füllgutresten befreit wurde, kann das Vorspanngas beim Vorspannen gleich mit vollständig geöffnetem Gasventil 13 eingeleitet werden. Sollte für das Vorspanngas ein eigener Gaskanal 10 vorgesehen und dieser mit Füllgutresten verunreinigt sein, dann sollte das Vorspanngas - zumindest anfangs - mit nur teilweise geöffnetem Gasventil 13 in den Behälter 4 eingeleitet werden, um die Bildung einer Vielzahl an C02-Entbindungskeimen zu unterdrücken.
Gegen den Druck des Vorspanngases wird nun, wie in Figur 1d gezeigt, das flüssige Füllgut 5 in den Behälter 4 eingeleitet. Der Gaskanal 10 dient dabei als Rückgaskanal.
Das Flüssigkeitsventil 8 ist geöffnet und das Gasventil 13 ist zunächst fast vollständig geöffnet, um ein schnelles Ausströmen des Vorspanngases aus dem Behälter 4 und damit ein schnelles Einströmen des flüssigen Füllguts 5 in den Behälter 4 zu bewirken. Wenn die gewünschte Füllhöhe bzw. Füllmenge des flüssigen Füllguts 5 im Behälter 4 fast erreicht ist, was beispielsweise aus der Dauer der Füllung bestimmt oder mit einem entsprechenden Sensor gemessen wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Füllguts 5 reduziert. Dies ist in Figur 1 e gezeigt und wird dadurch erreicht, dass das Gasventil 13 wieder teilweise geschlossen wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Behälter 4 austretenden Gases wird dadurch reduziert und damit auch die
Strömungsgeschwindigkeit des in den Behälter 4 einströmenden flüssigen Füllguts 5.
Durch das langsamer einströmende flüssige Füllgut 5 ist es einfacher, die gewünschte Füllhöhe bzw. Füllmenge im Behälter 4 zu erreichen. Das Erreichen der gewünschten Füllhöhe bzw. Füllmenge im Behälter 4 wird dabei von einem entsprechenden Sensor festgestellt. Bei dem Sensor, der hier nicht dargestellt ist, kann es sich beispielsweise um einen optischen Sensor oder um eine Flohlsonde in der Nähe der Gasöffnung 11 am Gaskanal 10 handeln. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch das sogenannte Trinox- Verfahren angewendet werden, wobei der Behälter 4 so lange gefüllt wird, bis flüssiges Füllgut 5 die Gasöffnung 11 des Gaskanals 10 erreicht und im Gaskanal 10 nach oben steigt. Ein Sensor im Gaskanal 10 erkennt dann das nach oben steigende flüssige Füllgut 5, womit ebenfalls die gewünschte Füllhöhe erreicht ist.
Ist die gewünschte Füllhöhe bzw. Füllmenge erreicht, dann wird das Flüssigkeitsventil 8 wieder geschlossen. Das Gasventil 13 wird sodann ebenfalls geschlossen. Über ein Druckausgleichsventil 16 wird der Behälter 4 entlastet, d.h., es wird ein Druckausgleich mit der Umgebungsluft hergestellt.
Der Behälter 4 wird sodann von dem Füllelement 1 getrennt und an einem Auslaufstern einer folgenden Behälterbehandlungsmaschine übergeben.
In den Figuren 2a - 2e wird das Gasventil 13 in den verschiedenen Schaltzuständen detaillierter dargestellt. Dabei korrespondieren die Detaildarstellungen mit den
Verfahrensdarstellungen der Figuren 1a - 1 e mit demselben Buchstaben.
Figur 2a zeigt das Gasventil 13 im geschlossenen Schaltzustand. Das Gasventil 13 weist ein Ventilrohr 17 und eine in Bezug auf das Ventilrohr bewegliche Ventilnadel 18 auf. Das Ventilrohr 17 hat einen Dichtungssitz 19 und die Ventilnadel eine Dichtfläche 20. Im geschlossenen Schaltzustand des Gasventils 13 liegt die Dichtfläche 20 passgenau auf dem Dichtungssitz 19 und schließt damit das Gasventil 13. Die Richtung, in der die Ventilnadel 18 in Bezug auf das Ventilrohr 17 bewegt wird um das Gasventil 13 zu schließen, wird als Schließrichtung S definiert.
Um vom geschlossenen Schaltzustand der Figur 2a in den teilweise geöffneten
Schaltzustand der Figur 2b zu gelangen wird die Ventilnadel 18 in Bezug auf das
Ventilrohr 17 entgegen der Schließrichtung S so weit bewegt, dass ein Drosselelement 21 der Ventilnadel 18 im Bereich einer Engstelle 22 des Ventilrohrs 17 zu liegen kommt, wobei die Engstelle 22 in einem Bereich in Schließrichtung S hinter dem Dichtungssitz 19 angeordnet ist. Zwischen dem Drosselelement 21 und und der Engstelle 22 bleibt dann lediglich ein schmaler Ringspalt frei, durch den das Gas strömen kann.
Zum vollständigen Öffnen des Gasventils 13, wie es in Figur 2c gezeigt wird, wird das Drosselelement 21 an der Engstelle 22 und am Dichtungssitz 19 vorbei entgegen der Schließrichtung S bewegt, so dass zwischen Ventilrohr 17 und Ventilnadel 18 stets genügend Raum für das hindurchströmende Gas ist.
Noch fast vollständig geöffnet ist das Gasventil 13 in Figur 2d, wo die Ventilnadel 18 ein kleines Stück in Schließrichtung S bewegt wurde, so dass das Drosselelement 21 in die Nähe des Dichtungssitzes 19 gelangt und ein relativ breiter Ringspalt zwischen
Drosselelement 21 und Dichtungssitz 19 gebildet wird.
Ein Strömungswiderstand, der zwischen dem der Figuren 2b und 2d liegt, ist in Figur 2e gezeigt und wird dadurch erzielt, dass die Ventilnadel 18 weiter in Schließrichtung bewegt wird, so dass das Drosselelement 21 am Dichtungssitz 19 und der Engstelle 22 vorbei in einem Bereich des Ventilrohrs 17 zu liegen kommt, in dem das Ventilrohr 17 eine Nut 23 aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese Nut 23 ringförmig bzw. vollständig umlaufend ausgebildet, es kann sich aber beispielsweise auch um eine seitliche Nut 23 handeln. Gleichzeitig kommt ein Schaft 24 der Ventilnadel 18, der zwischen Dichtfläche 20 und Drosselelement 21 angeordnet ist, im Bereich der Engstelle 22 zu liegen. Der Schaft 24 hat dabei einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des Drosselelements 21. Somit werden zwischen Drosselelement 21 und Nut 23 sowie zwischen Schaft 24 und Engstelle 22 mittelbreite Ringspalte gebildet, die einen mittleren Strömungswiderstand bedingen. Schließlich zeigt Figur 3 eine weitere Ausführungsform eines Gasventils 13. Im Vergleich zu dem Gasventil 13 der Figuren 2a - 2e fehlt diesem Gasventil 13 die Nut 23. Dadurch ist es schwieriger, mit dem vorliegenden Gasventil 13 den in Figur 2e dargestellten mittleren Strömungswiderstand zu erzielen. Dafür ist das vorliegende Gasventil 13 einfacher und kostengünstiger herzustellen und weist neben dem geschlossenen und dem offenen Schaltzustand den in Figur 3 gezeigten erfindungsgemäßen teilweise offenen
Schaltzustand auf.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass eine Vielzahl von Änderungen oder Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.
Bezugszeichenliste
1 Füllelement
2 Transportelement
3 Füllsystem
4 Behälter
5 flüssiges Füllgut
6 Füllgutkessel
7 Flüssigkeitskanal
8 Flüssigkeitsventil
9 Abgabeöffnung
10 Gaskanal
1 1 Gasöffnung
12 Behälterinnenraum
13 Gasventil
14 Unterdruckeinrichtung
15 Ventil
16 Druckausgleichsventil
17 Ventilrohr
18 Ventilnadel
19 Dichtungssitz
20 Dichtfläche
21 Drosselelement 22 Engstelle
23 Nut
24 Schaft
S Schließrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Füllelement zum Füllen von Behältern (4) mit einem flüssigen Füllgut (5), aufweisend einen von dem in einem Füllgutkessel (6) bereit gestellten Füllgut (5) durchströmbaren Flüssigkeitskanal (7) mit wenigstens einem Flüssigkeitsventil (8) im Flüssigkeitskanal (7) und einer in Strömungsrichtung des Füllgutes (5) auf das Flüssigkeitsventil (8) folgenden Abgabeöffnung (9) zum Abgeben des Füllgutes (5) in den jeweiligen Behälter (4) bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (8) und einen Gaskanal (10), insbesondere einen Spül- und/oder Vorspann- und/oder Rückgaskanal, mit einem Gasventil (13) und einer beim Füllen des Behälters (4) in einen Behälterinnenraum (12) des Behälters (4)
hineinreichenden und/oder dem Behälter (4) zugewandten Gasöffnung (11 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Gasventil (13) zumindest einen geschlossenen Schaltzustand, einen offenen Schaltzustand und einen teilweise offenen Schaltzustand aufweist.
2. Füllelement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasventil (13) zumindest einen weiteren teilweise offenen Schaltzustand aufweist, mit einem Strömungswiderstand, der kleiner und/oder größer als ein Strömungswiderstand des teilweise offenen Schaltzustands ist.
3. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (10) zumindest teilweise, insbesondere im Bereich der Gasöffnung
(11 ), als Flohlsonde zur Messung einer Füllhöhe des Behälters (4) ausgebildet ist.
4. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasventil (13) ein Ventilrohr (17) mit einem Dichtungssitz (19) und eine in Bezug auf das Ventilrohr (17) bewegliche Ventilnadel (18) mit einer Dichtfläche (20) aufweist, wobei im geschlossenen Schaltzustand die Dichtfläche (20) auf dem Dichtungssitz (19) aufliegt und damit das Gasventil (13) schließt, im offenen Schaltzustand die Dichtfläche (20) vom Dichtungssitz (19) entfernt ist und damit einen Strömungsbereich freigibt und eine Schließrichtung (S) definiert ist als Richtung, entlang der die Ventilnadel (18) in Bezug auf das Ventilrohr (17) vom offenen Schaltzustand in den geschlossenen
Schaltzustand bewegt wird.
5. Füllelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (18) ein in Schließrichtung (S) hinter der Dichtfläche (20) angeordnetes Drosselelement (21 ) aufweist, das Ventilrohr (17) eine in einem Bereich in Schließrichtung (S) hinter dem Dichtungssitz (19) angeordnete Engstelle (22) aufweist und insbesondere ein
Durchmesser des Drosselelements (21 ) kleiner ist als ein Durchmesser der Engstelle (22).
6. Füllelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der
Dichtfläche (20) der Ventilnadel (18) und dem Drosselelement (21 ) ein Schaft (24) angeordnet ist, der einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser des
Drosselelements (21 ) ist, und das Ventilrohr (17) in Schließrichtung (S) hinter der
Engstelle (22) eine, insbesondere ringförmige oder seitliche, Nut (23) aufweist.
7. Füllsystem, insbesondere Füllmaschine umlaufender Bauart, mit einer Vielzahl von Füllelementen (1 ) an einem Transportelement (2), beispielsweise an einem umlaufenden Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente (1 ) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.
8. Verfahren zum Füllen von Behältern (4) mit einem aus einem Füllgutkessel (6) bereit gestellten flüssigen Füllgut (5) mittels eines Füllelements (1 ), wobei zum Spülen und/oder Vorspannen des Behälters (4) ein Gasventil (13) eines Gaskanals (10) des Füllelements (1 ) geöffnet wird, so dass Spül- bzw. Vorspanngas über den Gaskanal (10) und eine Gasöffnung (11 ) in den Behälter (4) geleitet wird, und zum Füllen des Behälters (4) ein Flüssigkeitsventil (8) eines Flüssigkeitskanals (7) des Füllelements (1 ) geöffnet wird, so dass das flüssige Füllgut (5) aus dem Füllgutkessel (6) über den Flüssigkeitskanal (7) und eine Abgabeöffnung (9) in den Behälter (4) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels eines Füllelements (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 - 6 durchgeführt wird und der Gaskanal (10) getrocknet wird, indem das Gasventil (13) zumindest zeitweise teilweise geöffnet wird und Spül- oder Vorspanngas den Gaskanal (10) durchströmt, so dass im Gaskanal (10) befindliche Füllgutreste bei einer im Vergleich zu einem vollständig geöffneten Gasventil (13) reduzierten Strömungsgeschwindigkeit des Spül- oder
Vorspanngases getrocknet und/oder aus dem Gaskanal (10) geschoben werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasventil (13) beim Trocknen des Gaskanals (10) zuerst teilweise geöffnet wird und nach einer vorbestimmten Zeit weiter, insbesondere vollständig, geöffnet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen des Gaskanals (10) nach Beendigung des Füllens des Behälters (4)
durchgeführt wird, wobei sich die Gasöffnung (11 ) noch im Behälter (4) oder direkt über dem Behälter (4) befindet.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen des Gaskanals (10) dann durchgeführt wird, wenn sich kein Behälter (4) am Füllelement (1 ) befindet, insbesondere, wenn sich das Füllelement (1 ) in Drehrichtung eines Transportelements (2), an dem das Füllelement (1 ) angeordnet ist, zwischen einem Auslaufstern und einem Einlaufstern eines das Füllelement (1 ) aufweisenden Füllsystems (3) befindet.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen des Gaskanals (10) unmittelbar vor dem Spülen und/oder Vorspannen des Behälters (4) durchgeführt wird oder einen ersten Teilschritt des Spülens und/oder Vorspannens des Behälters (4) darstellt.
13. Verfahren zum Füllen von Behältern (4) mit einem aus einem Füllgutkessel (6) bereit gestellten flüssigen Füllgut (5) mittels eines Füllelements (1 ), wobei der Behälter (4) mit einem Vorspanngas vorgespannt wird und zum Füllen des Behälters (4) ein
Flüssigkeitsventil (8) eines Flüssigkeitskanals (7) des Füllelements (1 ) geöffnet wird, so dass das flüssige Füllgut (5) aus dem Füllgutkessel (6) über den Flüssigkeitskanal (7) und eine Abgabeöffnung (9) in den Behälter (4) strömt und ein Gasventil (13) eines Gaskanals (10) des Füllelements (1 ) geöffnet wird, so dass das vom flüssigen Füllgut (5) verdrängte Vorspanngas über den Gaskanal (10) aus dem Behälter (4) austreten kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels eines Füllelements (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 - 6 durchgeführt wird und das Gasventil (13) beim Füllen des Behälters (4) zumindest zeitweise nur teilweise geöffnet wird, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des Vorspanngases und damit die Einfüllgeschwindigkeit des flüssigen Füllguts (5) im Vergleich zu einem vollständig geöffneten Gasventil (13) reduziert sind.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasventil (13) beim Füllen des Behälters (4) zunächst weit, insbesondere vollständig, geöffnet wird und nach einer vorbestimmten Zeit oder bei Erreichen einer bestimmten Füllhöhe oder Füllmenge des Behälters (4) nur noch teilweise geöffnet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (10) getrocknet wird, indem das Gasventil (13) zumindest zeitweise teilweise geöffnet wird und Spül- oder Vorspanngas den Gaskanal (10) durchströmt, so dass im Gaskanal (10) befindliche Füllgutreste bei einer im Vergleich zu einem vollständig geöffneten Gasventil (13) reduzierten Strömungsgeschwindigkeit des Spül- oder
Vorspanngases getrocknet und/oder aus dem Gaskanal (10) geschoben werden.
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