DE102004015167B3

DE102004015167B3 - Füllelement

Info

Publication number: DE102004015167B3
Application number: DE102004015167A
Authority: DE
Inventors: Dieter-Rudolf Krulitsch
Original assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2004-03-27
Filing date: 2004-03-27
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2024-03-28
Also published as: JP2005280845A; US7353848B2; US20050217753A1; DE502005008079D1; EP1580160A1; EP1580160B1; ATE442340T1; JP4688532B2

Abstract

Ein Füllelement mit einem im Bereich einer Abgabeöffnung für ein flüssiges Füllgut offenen Rohr kann wahlweise für ein Kurzrohrfüllen, bei dem das Rohr als Rückgasrohr dient, oder für ein Freistrahlfüllen verwendet werden, bei dem das Rohr als kurzes Füllrohr dient.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.

Füllelemente zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut sind in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. Bekannt sind hierbei insbesondere auch Kurzrohrfüllelemente zum Füllen (Kurzrohrfüllen) von Flaschen oder dergleichen Behälter unter Normaldruck oder unter Gegendruck, und zwar in der Weise, dass sich der jeweils zu füllende Behälter mit seiner Behältermündung in Dichtlage am Füllelement befindet, d. h. mit der Behältermündung gegen eine die Abgabeöffnung des Füllelementes umschließende Dichtung abgedichtet angedrückt ist. Die Abgabeöffnung umschließt dabei ein über die Unterseite des Füllelementes etwas vorstehendes und dort offenes Rohr, welches beim Füllen in die Behälteröffnung hineinreicht und als Rückgasrohr dient, über welches das beim Füllen durch das zufließende Füllgut verdrängte Gas aus dem Behälter abgeführt wird, und zwar über wenigstens einen von einem Gasventil gesteuerten Gaskanal.

Ein derartiges Füllventil wurde in der DE 22 41 064 A vorgestellt. Bei einem derartigen Füllventil wird die Abgabeöffnung des Füllventils zunächst aus einem Dichtungselement und einem, dieses Dichtungselement durchdringendem Rohr gebildet wird. Konzentrisch zu diesem ersten Rohr ist eine zweites Rohr angeordnet, wobei sich dieses zweite Rohr im Inneren des ersten Rohres befindet, und die Durchmesser beider Rohre derart gewählt sind, dass sie einen ringförmigen Kanal bilden. Die DE 22 41 064 A sieht vor, dass das Füllventil auf verschiedene Weisen mit einer Vakuumquelle und dem Füllgut verbunden werden kann.

Dabei ist vorgesehen, dass sowohl das Ende des ersten Rohres, als auch das Ende des zweiten Rohres entweder mit dem Füllgut oder aber mit der Vakuumquelle verbunden werden können. Diese Vorgehensweise hat zur Folge, dass das Füllgut entweder durch den Innenraum des zweiten Rohres oder aber durch den aus beiden Rohren gebildeten ringförmigen Kanal in den zu füllenden Behälter gelangt.

Bekannt sind auch Füllelemente mit einem kurzen Füllrohr, und zwar insbesondere zum berührungslosen Füllen (Freistrahlfüllen) eines zwar zentriert zum Füllrohr unter dem Füllelement angeordneten, aber mit seiner Mündung vom Füllelement beabstandeten Behälter, wobei bei dieser Füllmethode das flüssige Füllgut als freier Strahl in den Behälter gelangt.

Das Kurzrohrfüllen eignet sich insbesondere zum Abfüllen von Softdrink-Produkten unter Gegendruck oder bei Normaldruck. Das Freistrahlfüllen eignet sich insbesondere zum Abfüllen von biologisch empfindlichen Produkten und erfolgt tropffrei und ohne dass die Mündung des jeweiligen Behälters mit dem Füllelement in Berührung kommt und damit ohne die Gefahr insbesondere einer bakteriellen Kontaminierung.

Weiterhin eignet sich das Freistrahlfüllen bevorzugt auch zum Abfüllen von solchen Produkten, deren Viskosität für eine Kurzrohrfüllung zu hoch ist. Auch hier hat das Freistrahlfüllen den Vorteil, dass dieses tropffrei erfolgt, und zwar ohne dass die Behältermündung das Füllelement berührt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen, welches durch einfaches Umschalten sowohl ein Kurzrohrfüllen, als auch ein Freistrahlfüllen ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

Bei dem erfindungsgemäßen Füllelement dient das Rohr beim Kurzrohrfüllen als Rückgasrohr und beim Freistrahlfüllen als kurzes Füllrohr.

Allein durch eine entsprechende Ansteuerung der Ventile des Füllelementes ist ein Übergang zwischen den beiden Betriebsarten Kurzrohrfüllen und Freistrahlfüllen möglich. Dieses „Umschalten" erfolgt dann für sämtliche Füllelemente einer Füllmaschine gesteuert durch die vorhandene Steuereinrichtung bzw. durch eine entsprechende Programmwahl gemeinsam. Es sind bei diesem Umschalten keine mechanischen und/oder manuellen Arbeiten an der Füllmaschine erforderlich, insbesondere ist es auch nicht erforderlich, Teile ein- und auszubauen oder zu wechseln. Weiterhin erfordert dieses Umschalten auch keinen Eingriff in einen Sterilraum, was insbesondere bei solchen Füllmaschinen oder -anlagen von großer Bedeutung ist, die zum sterilen Abfüllen besonders empfindlicher Produkte in einem Rein- oder Sterilraum angeordnet sind, der bei einem mechanischen Umbau einer Füllmaschine wieder in einen keimfreien Zustand zurückversetzt werden müsste, was eine längere Zeit in Anspruch nimmt und eine entsprechende Unterbrechung der Produktion bedeutet.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, dass sämtliche für die beiden Betriebsarten notwendigen Kanäle und Steuerventile innerhalb des jeweiligen Füllelementes sowohl von der in der üblichen Weise durchgeführten CIP-Reinigung als auch von der in der üblichen Weise durchgeführten Außenreinigung einer Füllmaschine erfasst werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter schematischer Darstellung ein Füllelement gemäß der Erfindung in einem Betriebszustand für ein Kurzrohrfüllen, zusammen mit einem an das Füllelement in Dichtlage angesetzter Flasche sowie mit Teilen der dieses Füllelement aufweisenden Füllmaschine umlaufender Bauart;
2 eine Darstellung ähnlich 1, jedoch bei einem Betriebszustand des Füllelementes für ein Freistrahlfüllen bei vom Füllelement beabstandeter Flasche.
In den Figuren ist 1 allgemein ein Füllelement, welches mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente am Umfang eines in den Figuren schematisch mit 2 bezeichneten und um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotor vorgesehen ist und zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Behälter bzw. Flaschen 3 dient. An dem Rotor 2 ist weiterhin ein Ringkessel 4 vorgesehen, der bis zu einem vorgegebenen Niveau N niveaugesteuert mit dem flüssigen Füllgut gefüllt ist. Weiterhin sind im Rotor 2 bei der dargestellten Ausführungsform mehrere Ringkanäle 5, 6 und 7 ausgebildet, von denen der Ringkanal 5 u.a. mit dem Innenraum des Ringkessels 4 oberhalb des Füllgutspiegels bzw. mit dem dortigen Gasraum 4.1 in Verbindung steht, während die Ringkanäle 6 und 7 als Entlastungs- und Vakuumkanäle dienen.
In dem Gehäuse 8 des Füllelementes 1 ist der übliche Flüssigkeitskanal 9 gebildet, der an seinem oberen Bereich bzw. an einem dortigen Einlass über eine Verbindung 10 in den Flüssigkeitsraum 4.2 des Ringkessels 4 und an der Unterseite des Gehäuses 8 im Bereich einer dortigen Zentriertulpe 11 mit Dichtung an einer von der Dichtung der Zentriertulpe 11 umschlossenen ringförmigen Abgabeöffnung 12 mündet.
Zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes in die jeweils füllende Flasche 3 ist im Flüssigkeitskanal 9 ein erstes Flüssigkeitsventil 13 vorgesehen, welches im wesentlichen aus einem Ventilkörper 14 besteht, der an der Außenfläche eines mit seiner Achse in der vertikalen Füllelementachse FA orientierten Rohres 15 vorgesehen ist. Das beidendig offene und für ein Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 13 in Richtung der Achse FA um einen begrenzten Hub bewegbare Rohr 15 steht mit seinem unteren, offenen Ende geringfügig über die Zentriertulpe 11 vor und reicht mit seinem oberen Ende in eine im Gehäuse 8 ausgebildete Kammer 16. Zwischen dem Flüssigkeitskanal 9 und der Kammer 16 befindet sich ein Betätigungselement 17 für das gesteuerte Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 13. Dieses Betätigungselement besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus einer das Flüssigkeitsventil 13 in die geöffnete Stellung vorspannenden Feder und einem, z.B. pneumatisch betätigbaren Zylinder, mit dem das Flüssigkeitsventil 13 in die geschlossene Stellung bewegt wird. Durch entsprechende Dichtungen sind der Flüssigkeitskanal 9 und auch die Kammer 16 jeweils an dem Durchtritt des Rohres 15 zu diesem Rohr hin abgedichtet.
An der bezogen auf die vertikale Maschinenachse radial außen liegen Seite sind im Gehäuse 8 in vertikaler Richtung übereinander vier pneumatisch betätigbare Steuerventile 18, 19, 20 und 21 vorgesehen, von denen die Ventile 18 – 20 während des Füllprozesses Gaswege steuernde Ventile sind und das Ventil 21 ein zweites Flüssigkeitsventil ist.
Im Inneren des Gehäuses 8 sind weiterhin mehrere Kanäle ausgebildet, und zwar ein Kanal 22, der sich bei der dargestellten Ausführungsform mit einem Abschnitt 22.1 parallel zur Achse FA erstreckt, mit seinem oberen Ende in die Kammer 16 und mit seinem unteren Ende in den Flüssigkeitskanal 9 mündet, und zwar in denjenigen Teil des Flüssigkeitskanals 9, der auch bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 13 noch mit dem Verbindungskanal 10 bzw. dem Ringkessel 4 in Verbindung steht. In dem Kanal 22 befindet sich das zweite Flüssigkeitsventil 21.
Zusätzlich zum Kanal 22 sind im Gehäuse 8 bei der dargestellten Ausführungsform drei Gaskanäle 23, 24 und 25 ausgebildet, die jeweils mit einem der Ringkanäle 5, 6 bzw. 7 verbunden sind. Der mit dem Ringkanal 5 in Verbindung stehende Gaskanal 23 ist mit dem Eingang des Ventils 18, der mit dem Ringkanal 6 in Verbindung stehende Gaskanal 24 mit dem Eingang des Ventils 19 und der mit dem Ringkanal 7 in Verbindung stehende Gaskanal 25 mit dem Eingang des Ventils 20 verbunden. Die Ausgänge dieser Gasventile münden in den sich zwischen der Kammer 16 und dem Flüssigkeitsventil 21 erstreckenden Abschnitt 22.1 des Kanals 22.
Wie die 1 und 2 zeigen, ist mit dem Füllelement 1 wahlweise ein Kurzrohrfüllen ( 1) oder ein Freistrahlfüllen der Flaschen 3 möglich.
Beim Kurzrohrfüllen – dargestellt in 1 – wird die jeweilige Flasche 3 mittels eines an jedem Füllelement 1 vorgesehenen Flaschenträgers 26, der beispielsweise an einem vom Flaschenhals wegstehenden Flansch der Flasche 3 angreift, mit ihrer Flaschenmündung 3.1 (2) in Dichtlage gegen das Füllelement 1 bzw. gegen die Dichtung der Zentriertulpe 11 angepresst. Vor dem eigentlichen Füllen unter Gegendruck erfolgt dann auf jeden Fall zunächst ein Vorspannen der Flasche 3 mit dem Druckgas (Inertgas) aus dem Gasraum 4.1, und zwar bei geöffnetem Ventil 18. Für das eigentliche Füllen wird dann bei weiterhin am Füllelement 1 in Dichtlage befindlicher Flasche 3 das Flüssigkeitsventil 13 geöffnet, so dass über die das Rohr 15 umgebende ringförmige Abgabeöffnung 12 das flüssige Füllgut in die Flasche 3 strömt und das hierbei durch das Füllgut aus der Flasche 3 verdrängte Inertgas über das als Rückgasrohr dienende Rohr 15 in die Kammer 16 und von dort z.B. über das geöffnete Ventil 18, über den Gaskanal 23 und über den Ringkanal 5 in den Gasraum 4.1 des Ringkessels zurückströmt.
Gesteuert durch einen induktiven Durchflussmesser 27 in dem Verbindungskanal 10 wird dann am Ende der eigentlichen Füllphase das Flüssigkeitsventil 13 wieder geschlossen.
Auch andere Füllverfahren und Prozessabläufe z.B. zum Spülen der Flaschen 3 sind bei Dichtlage mit dem Füllelement befindlichen Flaschen 3 und unter Verwendung des Rohres 15 als Rückgasrohr möglich, beispielsweise auch ein Füllen unter Normaldruck.
Die 2 zeigt die Verwendung des Füllelementes 1 bei einem Füllverfahren, bei dem das Rohr 15 nicht als Rückgasrohr, sondern als kurzes Füllrohr verwendet wird, und zwar für das Freistrahlfüllen der Flaschen 3. Die jeweils zu füllende Flasche 3 ist hierbei so an dem Behälterträger 26 gehalten, dass sie sich mit ihrer Flaschenmündung 3.1 mit Abstand unterhalb des Füllelementes 1 befindet, und zwar mit ihrer Flaschenhochachse wiederum achsgleich mit der Achse FA.
Zum Einleiten des Füllvorganges wird bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 13 das zusätzliche Flüssigkeitsventil 21 geöffnet, so dass das flüssige Füllgut aus dem Ringkessel 4 über den Verbindungskanal 10, den Flüssigkeitskanal 9 und den Kanal 22 in die Kammer 16 strömt und von dort über das Rohr 15 als freier Flüssigkeitsstrahl 28 in die bereit stehende Flasche 3. Das während des Füllvorganges aus der Flasche verdrängte Gas entweicht durch die nicht verschlossene Flaschenmündung in den freien Raum.
Auch bei dieser Ausführung erfolgt das Schließen des Flüssigkeitsventils 21 gesteuert durch das Signal des induktiven Durchflussmessers 27.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen oder Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zu Grunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

1: Füllelement
2: Rotor
3: Flasche
3.1: Flaschenmündung
4: Ringkessel
4.1: Gasraum im Ringkessel
4.2: Flüssigkeitsraum im Ringkessel
5, 6, 7: Ringkanal
8: Gehäuse des Füllelementes
9: Flüssigkeitskanal im Füllelement
10: Verbindungskanal
11: Zentriertulpe oder Zentrierstück
12: Abgabeöffnung
13: Flüssigkeitsventil
14: Ventilkörper
15: Rohr
16: Kammer
17: Betätigungselement für Flüssigkeitsventil 13
18, 19, 20: Ventil zur Steuerung eines Gasweges
21: zusätzliches Flüssigkeitsventil
22: Kanal
22.1: Kanalabschnitt
23, 24, 25: Gaskanal
26: Behälterträger
27: induktiver Durchflussmesser
28: Füllgutstrahl
FA: vertikale Füllelementachse
N: Niveau

Claims

Füllelement zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen (3) oder dergleichen Behälter, mit einem in einem Gehäuse (8) des Füllelementes (1) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (9), der mit einem Einlass mit einem Reservoir oder Kessel (4) für das flüssige Füllgut in Verbindung steht und eine Abgabeöffnung (12) zur Abgabe des flüssigen Füllgutes in einen zu füllenden Behälter (3) bildet, mit einem zwischen dem Einlass und der Abgabeöffnung (12) im Flüssigkeitskanal angeordneten ersten Flüssigkeitsventil (13) mit zugehöriger Betätigungseinrichtung (17) zum gesteuerten Öffnen und Schließen des ersten Flüssigkeitsventils (13), mit einem beidendig offenen Rohr (15), welches mit einem ersten offenen Ende im Bereich der Abgabeöffnung (12) vorgesehen ist, mit mehreren im Gehäuse (8) des Füllelementes (1) ausgebildeten Kanälen (22, 23, 24, 25) sowie mit diese Kanäle steuernden Steuerventilen (18, 19, 20, 21), von denen wenigstens eines für ein Füllen des jeweiligen, in Dichtlage mit dem Füllelement angeordneten Behälters (3) einen durch das Rohr (15) führenden Rückgaskanal steuert, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem ersten Flüssigkeitsventil (13) ein als weiteres Flüssigkeitsventil (21) dienendes Steuerventil vorgesehen ist, mit welchem das zweite Ende des Rohres (15) für eine Freistrahlfüllung des jeweiligen, mit seiner Mündung (3.1) vom Füllelement (1) beabstandeten Behälters (3) gesteuert mit dem Reservoir oder Kessel (4) für das flüssige Füllgut verbindbar ist.
Füllelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jenes zusätzliche Flüssigkeitsventil bildende Steuerventil (21) in einem Verbindungskanal (22) zwischen dem zweiten Ende des Rohres (15) und einem zwischen dem Einlass für das Füllgut in das Füllelement und dem ersten Flüssigkeitsventil (13) sich erstreckenden Teil des Flüssigkeitskanals (9) angeordnet ist.
Füllelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (22) mit einem Ende mit dem zweiten Ende des Rohres (15) in Verbindung steht.
Füllelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (22) sowie das Rohr (15) in eine gemeinsame, im Gehäuse (8) ausgebildete Kammer (16) münden.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Gasventil (18, 19, 20) in einer Verbindung zwischen einem Gaskanal (5, 6, 7) und einem mit dem Rohr (15) in Verbindung stehenden Abschnitt (22.1) des Verbindungskanals (22) angeordnet ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (15) an seinem ersten Ende von der Abgabeöffnung (12) ringförmig umschlossen ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (15) über eine an der Abgabeöffnung (12) für die Mündung (3.1) des jeweiligen Behälters (3) gebildete Anlagefläche aus dem Füllelement (1) vorsteht.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Flüssigkeitsventil (13) von einem am Rohr (15) vorgesehenen und mit einer Ventilfläche im Flüssigkeitskanal (9) zusammenwirkenden Ventilkörper (14) gebildet ist, und dass das Rohr (15) zusammen mit dem Ventilkörper (14) zum Öffnen und Schließen des ersten Flüssigkeitsventils (13) durch die Betätigungseinrichtung (17) dieses Ventils über einen begrenzten Hub axial bewegbar ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens drei im Gehäuse (8) ausgebildete Gaskanäle (23, 24, 25) mit jeweils einem diese Kanäle steuernden Gasventil (18, 19, 20).
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle über ihre Steuerventile (18, 19, 20) jeweils mit dem mit einem Ende des Rohres (15) in Verbindung stehenden Abschnitt (22.1) des Verbindungskanals gesteuert verbindbar sind.