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1. WO2005056464 - FÜLLELEMENT FÜR EINE FÜLLMASCHINE SOWIE FÜLLMASCHINE MIT DERARTIGEN FÜLLELEMENTEN

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

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Füllelement für eine Füllmaschine sowie Füllmaschine mit derartigen Füllelementen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 12.

Füllelemente zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter insbesondere auch unter Gegendruck, d.h. z.B. zum Abfüllen von kohlensäurehaltigen Getränken sind in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt.

Bei einem Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern mit einem kohlesäurehaltigen Füllgut, beispielsweise Bier- oder Softdrinks, ist nach Beendigung der eigentlichen Füllphase, d.h. nach dem endgültigen Schließen des Flüssigkeitsventils des jeweiligen Füllelementes eine Entlastung des an dem betreffenden Füllelement noch in Dichtlage befindlichen Behälters auf Umgebungs- oder Atmosphärendruck erforderlich, bevor der Behälter vom Füllelement abgezogen werden kann. Bekannt ist hierbei speziell auch, an der betreffenden Füllmaschine einen für sämtliche Füllelemente gemeinsamen Entlastungskanal vorzusehen, mit dem der betreffende Behälter zum Entlasten über einen Gasweg des Füllelementes gesteuert verbindbar ist. Ein derartiger Entlastungskanal bedeutet aber einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand.

Bekannt ist bei Füllmaschinen auch, vor der eigentlichen Füllphase und beispielsweise vor einem Spülen des jeweiligen Behälters mit einem Inertgas (z.B. C02-Gas) und/oder vor einem Vorspannen des Behälterinnenraumes mit dem unter Druck stehenden Inertgas, den jeweiligen Behälters zu evakuieren, d.h. über einen gesteuerten Gasweg des betreffenden Füllelementes mit einem für sämtliche Füllelemente der Füllmaschine gemeinsamen Vakuumkanal zu verbinden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement für ein Füllen unter Gegendruck aufzuzeigen, welches bei einer hohen Betriebssicherheit eine vereinfachte Konstruktion einer Füllmaschine ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine ist Gegenstand des Patentanspruches 12.

BESTATIGUNGSKOPIE Allen möglichen Ausführungsformen der Erfindung ist gemeinsam, dass die Entlastung des jeweils unter Gegendruck gefüllten Behälters nach Beendigung der Füllphase über einen gesteuerten Gasweg, d.h. über einen Gasweg mit einem Steuerventil in einen Vakuumkanal erfolgt, und zwar ein den Gasstrom beim Entlasten reduzierendes und/oder regelndes Element, beispielsweise über einer Düse und/oder über ein Gewichtsventil und/oder ein federbelastetes Ventil und/oder ein steuerbares bzw. regelbares Gasstromregelventil.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung ein füllrohrloses Füllelement einer

Füllmaschine umlaufender Bauart zum Abfüllen von Getränken, insbesondere kohlesäurehaltigen Getränken unter Gegendruck;

Fig. 2 in einem Druck-Zeit-Diagramm den Verlauf der Entlastung nach

Beendigung des eigentlichen Füllvorgangs (Füllphase), d.h. nach dem endgültigen Schließen des Flüssigkeitsventils;
Fig. 3 und 4 Darstellungen ähnlich Figur 1 , bei zwei weiteren möglichen Ausführungsformen;
Fig. 5 in vergrößerter Detaildarstellung ein in einem Entlastungskanal vorgesehenes Ventil der Ausführungsform der Figur 4.

Das in der Figur 1 allgemein mit 1 bezeichnete Füllelement ist Bestandteil einer Einkammer-Füllmaschine umlaufender Bauart und ist zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente 1 jeweils in gleichmäßigen Winkelabständen um eine vertikale Maschinenachse verteilt am Umfang eines Rotors 2 vorgesehen. Der Rotor 2 besitzt bei der dargestellten Ausführungsform u. a. einen für sämtliche Füllelemente gemeinsamen Ringkessel 3, dessen Innenraum 4 teilweise, d.h. bis zu einem Niveau N niveaugeregelt mit dem -flüssigen Füllgut (Getränk) gefüllt ist, sodass über dem Niveau N des Flüssigkeitsspiegels des Flüssigkeitsraumes 4.1 ein Gasraum 4.2 gebildet ist. Der Flüssigkeitsraum 4.1 ist mit einer nicht dargestellten Versorgungsleitung zum Zuführen des Füllgutes unter Druck und der Gasraum 4.2 mit einer Leitung zum Zuführen des diesen Gasraum einnehmenden Inertgases, z.B. CO2-Gas, unter Vorspanndruck verbunden.

Im Rotor 2 ist weiterhin ein für sämtliche Füllelemente 1 gemeinsamer Ringkanal 5 vorgesehen, der ebenso wie der Ringkessel 3 die vertikale Maschinenachse konzentrisch umschließt, als Vakuumkanal ausgebildet und für diesen Zweck mit einer nicht dargestellten Unterdruck- oder Vakuumquelle verbunden ist.

Jedem Füllelement 1 ist ein Flaschenträger 6 zugeordnet, mit dem die jeweils zu füllende Flasche 7 aufrecht stehend mit ihrer Flaschenmündung 7.1 über eine ringförmige, die Füllelementachse FA konzentrisch umschließende Dichtung 8.1 in Dichtlage gegen eine an der Unterseite eines Füllelementgehäuses 9 vorgesehene, ebenfalls ringförmige Abgabeöffnung 10 gebracht werden kann. Die Dichtung 8.1 ist Bestandteil einer Zentriertulpe 8 des jeweiligen Füllelementes 1 , die bei umlaufender Füllmaschine mittels einer vertikalen Führungsstange 11 und Kurvenrolle 12 kurvengesteuert in Richtung der Füllelementachse FA bewegbar ist.

Im Füllelementgehäuse 9 ist u. a. ein Flüssigkeitskanal 13 ausgebildet, der mit seinem unteren Ende die Abgabeöffnung 10 bildet und mit seinem oberen Ende mit dem Flüssigkeitsraum 4.1 in Verbindung steht. Im Flüssigkeitskanal 13 das Flüssigkeitsventil 14 für das gesteuerte Einleiten und Beenden des Füllgutzuflusses in die jeweilige Flasche 7 während der Füllphase vorgesehen. Das Flüssigkeitsventil 14 besteht im Wesentlichen aus einem Ventilkörper 15, der am unteren Ende eine achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordneten Rückgasrohres 16 vorgesehen ist und mit einem Ventilsitz im Flüssigkeitskanal 13 zusammenwirkt.

Das obere Ende des Rückgasrohres 16, d.h. das obere Ende des in diesem Rohr ausgebildeten Gaskanals 16.1 steht mit dem Gasraum 4.2 in Verbindung. An das untere Ende des Rückgasrohres 16 schließt sich ein Sensorrohr 17 an, welches ebenfalls achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet ist und mit einer vorgegebenen Länge über die Unterseite des Füllelementgehäuses 9 vorsteht sowie in die in Dichtlage mit dem Füllelement 1 gebrachte Flasche 7 hineinreicht. Das Sensorrohr 17 ist u. a. von der ringförmigen Abgabeöffnung 10 umschlossen und bildet mit seinem Kanal die Fortsetzung des Gaskanals 16.1.

Am Füllelementgehäuse 9 sind bezogen auf die vertikale Maschinenachse radial außenliegend zwei individuell steuerbare und pneumatisch betätigbare Steuerzylinder oder Steuerventile 18 und 19 vorgesehen, die beide dem Vakuum- oder Ringkanal 5 zugeordnet sind und von denen das Steuerventil 18 z.B. für ein Vorevakuieren der jeweiligen Flasche 7, für ein Spülen der Flasche 7 mit Inert- gas (C02-Gas) aus dem Gasraum 4.2 und/oder für ein Endevakuieren der Flasche 7 vor dem Vorspannen dieser Flasche mit Inertgas aus dem Gasraum 4.2 geöffnet wird und von denen das Steuerventil 19 im Wesentlichen für die Entlastung der jeweiligen Flasche 7 nach der Füllphase geöffnet wird.

Im Füllelementgehäuse 9 sind weiterhin verschiedene Gaswege ausgebildet, die diese Steuerventile 18 und 19 enthalten, nämlich der Gasweg 20, der das Steuerventil 18 enthält, und der Gasweg 23, der das Steuerventil 19 enthält. Beide Gaswege sind jeweils einerseits mit einem mit dem Ringkanal 5 in Verbindung stehenden Kanal 21 und andererseits mit einem Kanal 22 verbunden, der seinerseits in den Flüssigkeitskanal 13 mündet, und zwar in Strömungsrichtung des Füllgutes nach dem Flüssigkeitsventil 14 und vor der Abgabeöffnung 10. Im Gasweg 23 ist zwischen dem Steuerventil 19 und dem Kanal 21 eine Drossel 24 vorgesehen, sodass letztlich das Steuerventil 18 und die Serienschaltung aus dem Steuerventil 19 und der Drossel 24 parallel zu einander zwischen den beiden Kanälen 21 und 22 vorgesehen sind.

Das Füllen der jeweiligen Flasche 7 mit dem flüssigen Füllgut erfolgt beispielsweise in der Form, dass bei in Dichtlage gegen das Füllelement 1 gebrachter Flasche 7 zunächst durch Öffnen des Steuerventils 18 ein Vorevakuieren des Flaschen-Innenraumes erfolgt, und zwar über die beiden Kanäle 21 und 22 und den geöffneten Gasweg 20. Im Anschluss daran erfolgt dann beispielsweise ein Spülen des Innenraumes der Flasche 7 mit dem Inertgas (C02-Gas) aus dem Gasraum 4.2. Hierfür wird beispielsweise das Steuerventil 18 geschlossen und das Steuerventil 19 geöffnet und ebenso über eine Betätigungseinrichtung 26 das im Rückgasrohr 16 bzw. im dortigen Kanal 16.1 vorgesehene Ventil 25 geöffnet, sodass Inertgas in den Innenraum der Flasche 7 durch das an seinem unteren Ende offene Sensorrohr 17 einströmt und über die Kanäle 21 und 22 und den durch das Steuerventil 19 geöffneten Gasweg 23 in den Vakuum- oder Ringkanal 5 abfließen kann. Auch eine hiervon abweichende Ansteuerung der Steuerventile 18 und 19 für das Spülen des Flaschen-Innenraumes ist denkbar, beispielsweise ein Öffnen des Steuerventils 18.

Nach dem Spülen erfolgt beispielsweise ein nochmaliges Evakuieren des Flaschen-Innenraumes bei geschlossenem Ventil 25 und geöffnetem Steuerventil 18, wobei der Innenraum der Flasche 7 über den hierbei geöffneten Gasweg 20 und die Kanäle 21 und 22 wiederum mit dem Ringkanal 5 in Verbindung steht.

Vor dem eigentlichen Füllvorgang erfolgt dann bei geschlossenen Steuerventilen 18 und 19 ein Vorspannen des Flaschen-Innenraumes mit Inertgas aus dem Gasraum 4.2. Hierfür wird das Ventil 25 durch die Betätigungseinrichtung 26 geöffnet, sodass über das Rückgasrohr 16 und das Sensorrohr 17 Inertgas unter Vorspanndruck in die Flasche 7 einströmt. Sobald der Druck in der Falsche 7 den Vorspanndruck des Gasraumes 4.2 erreicht hat, öffnet bei der dargestellten Ausführungsform das Flüssigkeitsventil 14 selbsttätig, sodass dann über das geöffnete Flüssigkeitsventil 14 und die Abgabeöffnung 10 das Füllgut in die Flasche unter Schwerkraft einströmen kann und das hierbei aus dem Innenraum der Flasche 7 verdrängte Inertgas über das weiterhin geöffnete Ventil 25 in den Gasraum 4.2 zurückströmt.

Der Füllvorgang ist beendet, sobald der Flüssigkeitsspiegel des Füllgutes in der Flasche 7 das untere Ende des Sensorrohrs 17 erreicht hat, d.h. dieses Ende in den Füllgutspiegel eingetaucht ist. Anschließend werden über die Betätigungseinrichtung 26 das Flüssigkeitsventil 14 und das Ventil 25 geschlossen.

Zum Entlasten der Flasche 7 auf Umgebungsdruck oder annähernd auf Umgebungsdruck wird dann das Steuerventil 19 z.B. durch eine Steuerelektronik geöffnet und verbleibt im geöffneten Zustand über eine vorgegebene Entlastungszeit TE, sodass der Druck in der Flasche 7 beispielsweise entsprechend des in der Figur 2 dargestellten Kurvenverlaufes auf einen dem Umgebungsdruck entsprechenden Druck abfallen kann, und zwar durch Entlastung über den geöffneten Gasweg 23 mit der Drossel 24 in den Vakuum- oder Ringkanal 5. Nach Ablauf der Entlastungszeit TE wird das Steuerventil 19 durch die Steuerelektronik wieder geschlossen.

Die Entlastungszeit TE ist einerseits abhängig von Maschinenparametern, wie Strömungsquerschnitt bzw. Strömungswiderstand der Drossel 24, Unterdruck im Vakuum- bzw. Ringkanal 5 usw., sowie andererseits auch abhängig von füllgut-oder flaschenspezifischen Parametern, wie z.B. Vorspanndruck im Gasraum 4.2, Größe oder/und Form der Flaschen 7 usw. In Abhängigkeit von der Art und/oder Größe der Flaschen 7 und von der Art des Füllgutes ist die Entlastungszeit TE vorzugsweise an einem Bedienfeld der Füllmaschine einstellbar, und zwar beispielsweise für sämtliche Füllelemente 1 der Füllmaschine gemeinsam.

Die Einleitung der Entlastung erfolgt für das jeweilige Füllelement 1 beispielsweise nach dem Schließen des Ventils 25 und des Flüssigkeitsventils 14. Das Beenden der Entlastung, d.h. das Schließen des Steuerventils 19 erfolgt z.B. zwangsläufig nach Ablauf der Entlastungszeit TE.

Die Figur 3 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform ein Füllelement 1a, welches sich von dem Füllelement 1 der Figur 1 nur dadurch unterscheidet, dass an dem Kanal 22 ein Drucksensor 27 vorgesehen ist, der den Druck im Kanal 22 misst und ein diesem Druck entsprechendes elektrisches Steuer- oder Messsignal an eine elektronische Entlastungssteuerung 28 liefert, die ihrerseits das Steuerventil 19 während der Entlastung oder Entlastungsphase steuert, und zwar derart, dass nach dem Einleiten der Entlastung durch Öffnen des Steuerventils 19 über den Drucksensor 27 ständig der Druck in dem Kanal 22 und damit in der am Füllelement 1a vorgesehenen Flasche 7 gemessen wird. Sobald dieser Druck den Umgebungs- oder Atmosphärendruck oder aber einen vorgegebenen Soll-Druck erreicht oder annähernd erreicht hat, wird über die Entlastungssteuerung 28 der Steuerelektronik das Steuerventil 19 geschlossen, sodass die Flasche 7 dann durch Absenken des Flaschenträgers 6 vom Füllelement 1 a abgezogen werden kann. Der Sensor 27 und die zugehörige Entlastungssteuerung 28 sind beispielsweise für jedes Füllelement 1a gesondert vorgesehen, wobei es auch möglich ist, dass mehrere Drucksensoren 27 mehrerer Füllelemente 1 a oder aber sämtlicher Füllelemente 1a der Füllmaschine mit einer gemeinsamen Entlastungssteuerung 28 zusammenwirken.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind aber nur ein einziges Füllelement oder aber nur einige wenige Füllelemente der Füllmaschine dem Füllelement 1 a entsprechend mit dem Drucksensor 27 ausgebildet, wobei dann die Entlastungssteuerung 28 aufgrund des von dem jeweiligen Drucksensor 27 während der Entlastungsphase gelieferten Signals die für die Entlastung auf Umgebungsdruck oder Soll-Druck notwendige Entlastungszeit TE ermittelt, mit der dann sämtliche Füllelemente der Füllmaschine bzw. deren Steuerventile 19 während der jeweiligen Entlastung gesteuert werden.

Die Figur 4 und 5 zeigen als weitere mögliche Ausführungsform ein Füllelement 1 b, welches sich von dem Füllelement 1 dadurch unterscheidet, dass in dem gesteuerten Gasweg 23 anstelle der Drossel 24 ein Ventil 29 vorgesehen ist, welches als Drossel oder als den Gasstrom regelndes Element wirkt und z.B. als federbelastetes Gewichtsventil ausgebildet ist. Das Ventil 29 weist in einer im Gasweg 23 ausgebildeten Kammer 30 einen Ventilkörper 31 auf, der mit seinem in der Figur 5 unteren Ende mit einem Ventilsitz 32 zusammenwirkt und der in dem in der Figur 5 dargestellten Zustand den Gasweg 23 verschließt. Durch das Eigengewicht sowie unterstützt durch eine Druckfeder 32 ist der Ventilkörper 31 in diesen Zustand vorgespannt, aus dem der Ventilkörper 31 während der Entlastungsphase bei geöffnetem Steuerventil 19 und bei ausreichend hohem Druck in der Flasche 7 bzw. im Kanal 22 in vertikaler Richtung zum Öffnen angehoben wird. Das Eigengewicht des Ventilkörpers 31 sowie die Kraft der Feder 33 sind so gewählt, dass unter Berücksichtigung des Unterdrucks im Vakuumoder Ringkanal 5 der Ventilkörper 31 nach dem Einleiten der Entlastungsphase, d.h. nach dem Öffnen des Steuerventils 19 solange einen Gasstrom durch das Ventil 29 ermöglicht, bis eine Entlastung der Flasche 7 auf Umgebungsdruck o-der annähernd auf Umgebungsdruck erreicht ist. Mit zunehmender Annäherung an den Umgebungsdruck nimmt der effektive Strömungsquerschnitt des Ventils 29 ab bzw. die Drosselwirkung dieses Ventils nimmt zu, sodass hierdurch der für eine möglichst schonende Entlastung der jeweiligen Flasche 7 angestrebte Verlauf des Druckabfalls während der Entlastungsphase erreicht ist.

Allen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die Entlastung über Drosselmittel oder den Gasfluss regelnde Mittel in den Vakuumkanal, d.h. in den Ringkanal 5 erfolgt, sodass ein eigenständiger Entlastungskanal für die Füllelemente der Füllmaschine nicht erforderlich ist und sich hierdurch eine besonders vereinfachte Ausbildung ergibt, und zwar unter Beibehaltung eines optimalen Druckverlaufs während der Entlastungsphase.

Die Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste

1 , 1a, 1b Füllelement
2 Rotor
3 Ringkessel
4 Kesselinnenraum
4.1 Flüssigkeitsraum des Ringkessels

4.2 Gasraum des Ringkessels

5 Vakuum- oder Ringkanal
6 Flaschenträger
7 Flasche
7.1 Flaschenmündung
8 Zentriertulpe
8.1 Ringdichtung
9 Füllelementgehäuse
10 Abgabeöffnung
11 Führungsstange
12 Kurvenrolle
13 Flüssigkeitskanal
14 Flüssigkeitsventil
15 Ventilkörper
16 Rückgasrohr
16.1 Kanal im Rückgasrohr
17 Sensorrohr
18, 19 Steuerventil
20 Gasweg
21 , 22 Gaskanal
23 Gasweg
24 Drossel
25 Ventil im Rückgasrohr
26 Betätigungseinrichtung
27 Drucksensor
28 Entlastungssteuerung
29 Ventil mit Drosselwirkung
30 Ventilraum
31 Ventilkörper
32 Ventilsitz
33 Druckfeder
FA Füllelementachse