DE102009009340A1

DE102009009340A1 - Verfahren zum Druckfüllen von Flaschen oder dergleichen Behältern sowie Füllsystem und Füllmaschine zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE102009009340A1
Application number: DE102009009340A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2010-08-26
Also published as: WO2010094409A3; PL2398731T3; WO2010094409A2; SI2398731T1; US8955560B2; US20110272057A1; EP2398731A2; EP2398731B1

Abstract

Verfahren zum Druckfüllen von Flaschen oder dergleichen Behältern mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines während einer Füllphase in dem jeweiligen Behälter zur Steuerung der Füllhöhe hineinragenden Rückgasrohres.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1, auf ein Füllsystem gemäß Patentanspruch 4 sowie auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 8.
Das Befüllen von Flaschen oder anderen Behältern unter Druck (Druckfüllen) mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere mit einem CO₂-haltigen Füllgut und hierfür geeignete Füllsysteme bzw. Füllmaschinen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bekannt ist insbesondere auch bei derartigen Füllsystemen oder Füllmaschine zur Bestimmung der Füllhöhe, d. h. für ein füllhöhengesteuertes Füllen Rückgasrohre vorzusehen, die jeweils in das Innere des zu füllenden Behälters hineinreichen und über die zumindest am Ende der jeweiligen Füllphase das von dem Füllgut verdrängte Druckgas abgeführt wird, sodass nach dem Eintauchen des Rückgasrohres in den in dem jeweiligen Behälter aufsteigenden Füllgutspiegel das Zufließen des Füllgutes in dem Behälter beendet wird und dann nach dem Schließen des im jeweiligen Füllelement vorgesehenen Flüssigkeitsventils und nach dem Schließen des Rückgaskanals ein Entlasten des gefüllten Behälters eingeleitet werden kann. Derartige Füllsysteme haben sich in der Praxis umfassend bewährt und kommen insbesondere bei Verfahren und Füllsystemen zum Füllen von Behältern unter Druck (Druckfüllen) zum Einsatz. Nachteilig hierbei ist allerdings, dass bei bekannten Füllsystemen sich das jeweilige Rückgasrohr zum Zeitpunkt der Druckentlastung unmittelbar über dem Füllgutspiegel im jeweiligen Behälter, d. h. in einem Abstand von nur etwa 1,5 bis 3 mm oberhalb dieses Füllgutspiegels befindet, und dass sich nach der Beendigung der Füllphase und vor dem Einleiten der Entlastung ein Gasvolumen mit hohem Druck, beispielsweise mit einem Druck zwischen 4 und 5 Bar nicht nur im Kopfraum des Behälters oberhalb des Füllgutspiegels, sondern auch im Rückgasrohr befindet, und zwar als dünne Gassäule. Zum Zeitpunkt der Druckentlastung des Behälterinnenraumes expandiert auch die im Rückgasrohr vorhandene Gassäule und erzeugt dadurch einen an der Öffnung des Rückgasrohres austretenden heftigen Gasstoß oder Druckimpuls, der direkt auf den Füllgut spiegel im Behälter gerichtet ist und insbesondere bei einem zum Aufschäumen neigenden Füllgut, beispielsweise bei einem Füllgut mit einem hohen CO₂-Gehalt ein unerwünschtes heftiges Aufschäumen des Füllgutes bewirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches die vorgenannten Nachteile bei einem Druckfüllen mit einem die Füllhöhe steuernden Rückgasrohr vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Füllsystem sowie eine Füllmaschine zum Durchführen des Verfahrens sind Gegenstand der Patentansprüche 4 bzw. 8.
Bei der Erfindung erfolgt beim Druckfüllen mit dem die Füllhöhe steuernden Rückgasrohr der Einleitung der Druckentlastung ein Anheben des jeweiligen Rückgasrohres, sodass dieses mit seiner Rückgasöffnung in einem ausreichend großen Abstand über dem Niveau des Füllgutspiegels im Behälter angeordnet ist, d. h. in einem Abstand deutlich größer als 3 mm, und damit der beim Entlasten aus der Rückgasöffnung austretende Gasstoß oder Druckimpuls seine Energie weitestgehend in dem Raum oberhalb des Füllgutspiegels verliert und somit nicht zu einem unerwünschten Aufschäumen des Füllgutes führt.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 und 2, die jeweils in vereinfachter Darstellung ein Füllelement eines Füllsystems einer Füllmaschine umlaufender Bauart wiedergeben, näher erläutert.
Das in der 1 allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem ist Bestandteil einer Füllmaschine umlaufender Bauart und besteht im Wesentlichen aus einer Vielzahl von Füllelementen 2, die am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotor 3 in gleichmäßigen Winkelabständen um die Maschinenachse verteilt vorgesehen sind. Die Füllelemente 2 bilden mit ihren Behälterträgern 4 Füllpositionen 5, an die die zu füllenden Behälter oder Flaschen 6 in der dem Fachmann bekannten Weise an einem Behältereinlauf der Füllmaschine übergeben und von denen die gefüllten Flaschen 6 an einem Behälterauslauf der Füllmaschine entnommen werden. Das Füllen der Behälter 6 erfolgt auf dem Winkelbereich der Drehbewegung des Rotors 3 zwischen dem Behältereinlauf und dem Behälterauslauf. Das Füllsystem 1 ist für ein füllhöhengesteuertes Druckfüllen der Behälter 6 ausgebildet, bei dem (Druckfüllen) die Behälter 6 zumindest während einer Vorspannphase, in der die Behälter 6 mit dem Druck eines Inert-Gases beaufschlagt werden, in einer anschließenden Füllphase, in der das füllhöhengesteuerte Einleiten des flüssigen Füllgutes in die Behälter 6 erfolgt, sowie in einer anschließenden Druckentlastungsphase mit ihrem Behältermündungsbereich 6.1 in Dichtlage an dem jeweiligen Füllelement 2 angeordnet.
In Einzelnen umfasst jedes Füllelement 2 ein Gehäuse 7, in welchem in der dem Fachmann bekannten Weise ein Flüssigkeitskanal ausgebildet ist, der einerseits über eine Leitung 8 mit einem Flüssigkeits- oder Füllgutraum 9.1 eines Kessels 9 in Verbindung steht und andererseits an der Unterseite des jeweiligen Füllelementes 2 eine Abgabeöffnung bildet, über die das flüssige Füllgut beim Füllen dem jeweils in Dichtlage am Füllelement 2 angeordneten Behälter 6 zufließt. Der Ringkessel 9 ist für sämtliche Füllelemente 2 der Füllmaschine gemeinsam an dem Rotor 3 vorgesehen. Im Inneren des nur teilgefüllten Ringkessels 9 ist oberhalb des dortigen Flüssigkeitsraumes 9.1 bzw. des Füllgutspiegels ein Gasraum 9.2 gebildet, der druckgesteuert mit dem unter Druck stehenden Inert-Gas, beispielsweise CO₂-Gas gefüllt ist.
Die gesteuerte Abgabe des Füllgutes in dem jeweiligen Behälter 6 erfolgt durch Öffnen und Schließen eines in dem Flüssigkeitskanal angeordneten Flüssigkeitsventils, welches am Beginn des jeweiligen Füllprozesses geöffnet und dann geschlossen wird, wenn der Spiegel des flüssigen Füllgutes in dem jeweiligen Behälter 6 eine vorgegebene Füllhöhe erreicht hat. Im Gehäuse 7 des Füllelementes 2 sind weiterhin verschiedene, durch Steuerventile 10 gesteuerte Gaskanäle vorgesehen, über die beispielsweise vor der eigentlichen Füllphase zumindest das Vorspannen des jeweiligen Behälters 6 mit dem unter Druck stehenden Inert-Gas, beispielsweise mit CO₂-Gas aus dem Gasraum 9.2 des Ringkessels 9 erfolgt sowie nach Beendigung der Füllphase und nach dem Schließen des Flüssigkeitsventils des jeweiligen Füllelementes 2 ein Entlasten des Behälters 6 auf Umgebungsdruck erfolgt, beispielsweise in mehreren Schritten.
Zur Steuerung der Füllhöhe weist jedes Füllelement 2 ein achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnetes, beidendig offenes Rückgasrohr 10 auf, welches beim Füllen mit seiner unteren Länge durch die Behältermündung 6 in das Innere des an der Füllposition 5 befindlichen Behälters 6 hineinreicht und mit seinem oberen Ende über eine Leitung 11 mit einem Rückgasventil an den Gasraum 9.2 des Ringkessels 9 angeschlossen ist, sodass während der Füllphase das aus dem vorgespannten Behälter 6 durch das flüssige Füllgut verdrängte Inert-Gas über das Rückgasrohr 10 und die Leitung 11 in den Gasraum 9.2 des Ringkessels strömen kann, und zwar bei geöffnetem Rückgasventil 12. Das Zufließen des Füllgutes in dem jeweiligen Behälter 6 wird selbstständig dann beendet, sobald der Spiegel des flüssigen Füllgutes im Behälter 6 das untere, offene Ende des Gasrohres 10 erreicht hat bzw. dieses untere Ende in den Füllgutspiegel eingetaucht ist.
Nach dem anschließenden Schließen des Flüssigkeitsventiles des Füllelementes 2 und nach dem Schließen des Rückgasventils 12 erfolgt dann das Entlasten des Behälters 6, wobei zugleich auch eine Entlastung des Gasrohres 10 verbunden mit einem z. B. impulsförmigen Austritt von Inert-Gas am unteren Ende des Gasrohres 10 erfolgt. Um zu verhindern, dass durch das aus dem Gasrohr 10 beim Entlasten austretende Inert-Gas bzw. durch den entsprechenden Inert-Gas-Impuls ein Aufschäumen des Füllgutes, beispielsweise eines zur Schaumbildung neigenden, z. B. einen hohen CO₂-Gehalt aufweisenden Füllgutes (z. B. Bier) erfolgt, ist ein Stellglied oder Betätigungselement 13.1 vorgesehen, welches Teil einer Betätigungseinrichtung 13 ist und mit welchem das axial, d. h. in Richtung der Füllelementachse FA verschiebbare Rückgasrohr 10 nach dem Schließen des Flüssigkeitsventils des Füllelementes 2 und vor dem Entlasten angehoben wird, sodass sich das untere Ende des Gasrohres 10 dann deutlich oberhalb des die Niveaus N_F des Füllgutspiegels innerhalb des jeweiligen Behälters 6 befindet und damit der beim Entlasten aus dem Rückgasrohr 10 austretende Inert-Gas-Impuls nicht zu einem unerwünschten Aufschäumen des Füllgutes führen kann. Dieser durch das Betätigungselement 13.1 erzeugte Entlastungshub ist in der 1 mit H1 angegeben.
Das Betätigungselement 13.1 ist beispielsweise ein pneumatisch ansteuerbares Betätigungselement, z. B. ein pneumatisch ansteuerbarer Hubzylinder, mit dem das Anheben bzw. das axiale Verschieben des Gasrohres 10 um den Entlastungshub H1 möglich ist.
Um die Füllhöhe für sämtliche Füllpositionen 5 einzustellen ist bei dem Füllsystem 1 eine für alle Füllelemente 2 gemeinsames zentrales Füllhöheneinstellelement 14 vorgesehen, das ebenfalls Teil der Betätigungseinrichtung 13 ist und mit dem die axial verschiebbaren Rückgasrohre 10 sämtlicher Füllelemente zentral und gemeinsam axial angehoben und abgesenkt werden können, wie dies in der 1 mit dem Doppelpfeil H2 (Füllhöhen-Einstellhub) angegeben ist. Auf dem Füllhöheneinstellelement 14 sind die für jede Füllposition 5 eingeständig vorgesehenen und individuell ansteuerbaren Betätigungselemente 13.1 angeordnet, sodass der Entlastungshub H1 dem Einstellhub H2 überlagert ist. Die Einstellung der Füllhöhe entsprechend dem Füllhöhen-Einstellhub H2 erfolgt, soweit erforderlich, grundsätzlich einmal am Anfang oder vor Aufnahme des Füllbetriebes.
Die 2 zeigt in einer ähnlichen Darstellung wie 1 eine Füllposition 5 eines Füllsystems 1a einer Füllmaschine umlaufender Bauart, wobei die Füllposition 5 wiederum im Wesentlichen aus dem am Rotor 3 vorgesehenen Füllelement 2 und dem zugehörigen Behälterträger 4 besteht. Dargestellt sind in der 2 der oben bereits erwähnte, im Gehäuse 7 des Füllelementes 2a ausgebildete Flüssigkeitskanal 15, ein in diesem Flüssigkeitskanal angeordneter und das Flüssigkeitsventil bildender Ventilkörper 16, verschiedene im Füllelementgehäuse 7 ausgebildete Gaskanäle oder Gaswege 17, die über Steuerventile 18 gesteuert u. a. mit Ringkanälen 19 und 20 verbindbar sind, die am Rotor für sämtliche Füllelemente 2a gemeinsam vorgesehen sind. Dargestellt ist in der 2 weiterhin das achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnete und beidendig offene Rückgasrohr 10, welches während der Füllphase durch die von dem Flüssigkeitskanal 15 gebildete Abgabeöff nung 15.1 in den Behälter 6 hineinreicht, und zwar durch die Behältermündung 6.1, mit der der Behälter 6 über eine Dichtung an einer Zentriertulpe 21 abgedichtet gegen das Füllelement 2a anliegt.
Das obere Ende des Rückgasrohres 10 ist wiederum über das Rückgasventil 12 und die Leitung 11 mit dem unter Druck stehenden Gasraum 9.2 des Ringkessels 9 verbunden. Über eine Stellglieder aufweisende Betätigungseinrichtung 22 ist das Rückgasrohr 10 axial verschiebbar, und zwar um einen Entlastungshub H1 aus einer unteren Ausgangsstellung während des füllhöhengesteuerten Füllens und einer oberen Entlastungsstellung während der Entlastung des gefüllten Behälters 6 nach dem Schließen des Flüssigkeitsventils 16 und des Rückgasventils 12. Durch das Anheben des Rückgasrohres 10 in die Entlastungsstellung nach der Beendigung der eigentlichen Füllphase und vor dem Entlasten ist wiederum sichergestellt, dass ein aus dem unteren Ende des Gasrohres 10 austretender Inert-Gas-Strom oder -Impuls ein Aufschäumen des flüssigen Füllgutes in dem gefüllten Behälter 6 nicht bewirkt. Durch die Betätigungseinrichtung 22 ist zugleich auch eine Einstellung der Füllhöhe möglich, d. h. eine Verstellung zumindest der Ausgangsstellung des Rückgasrohres 10.
Die Betätigungseinrichtung 22 ist für jedes Füllelement 2a gesondert vorgesehen und ist beispielsweise wiederum eine pneumatische Betätigungseinrichtung. Jede Betätigungseinrichtung 22 besitzt wenigstens ein Betätigungs- oder Hubelement, bevorzugt aber wenigstens zwei Betätigungs- und Hubelemente, von denen dann ein Betätigungs- oder Hubelement den Entlastungshub H1 bewirkt und an jedem Füllelement 2a individuell steuerbar ist, während das andere Betätigungselement zur Einstellung der Füllhöhe die Verstellung zumindest der Ausgangsposition des Entlastungshubes H1 bewirkt und zusammen mit den entsprechenden Betätigungselementen der anderen Füllelemente 2a gemeinsam ansteuerbar ist.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

1, 1a: Füllsystem
2, 2a: Füllelement
3: Rotor
4: Behälterträger
5: Füllposition
6: Behälter
6.1: Behältermündung
7, 7a: Füllelementgehäuse
8: Leitung
9: Ringkessel
9.1: Flüssigkeitsraum im Ringkessel 9
9.2: Gasraum im Ringkessel 9
10: Rückgasrohr
11: Leitung
12: Rückgasventil
13: Betätigungseinrichtung
13.1: Betätigungselement
14: zentrale Füllhöhenverstellung
15: Flüssigkeitskanal im Füllelementgehäuse 7a
15.1: Abgabeöffnung
16: Flüssigkeitsventil
17: Gaskanal oder Gasweg
18: Steuerventil
19, 20: Ringkanal
21: Zentriertulpe
22: Betätigungseinrichtung
H1: axialer Entlastungshub des Rückgasrohres 10
H2: axialer Füllhöhen-Einstellhub des Rückgasrohres 10
MA: Maschinenachse
FA: Füllelementachse
N_F: Niveau des Füllgutspiegels

Claims

Verfahren zum Druckfüllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (6) mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines während einer Füllphase in dem jeweiligen Behälter zur Steuerung der Füllhöhe hineinragenden Rückgasrohres (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Rückgasrohr (10) nach dem Ende des Einleitens des Füllgutes und vor einer Druckentlastung um einen vorgegebenen Hub (H1) über das Niveau (N_F) des Füllgutspiegels im Behälter (6) angehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Füllsystem (1, 1a) mit mehreren Füllelementen (2, 2a) zum Druckfüllen von Behältern (6) das Rückgasrohr (10) jedes Füllelementes (2, 2a) vor der Druckentlastung durch eine individuell betätigbare Betätigungseinrichtung (13, 22) oder durch ein individuell betätigbares Betätigungselement (13.1) um den Hub H1 angehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückgasrohr (10) vor der Druckentlastung um den Hub (H1) aus einer die Füllhöhe bestimmenden Ausgangsstellung in eine Entlastungsstellung angehoben wird, und dass für die Einstellung der Füllhöhe zumindest die Ausgangsstellung durch axiales Bewegen des Rückgasrohres (10) verändert wird.
Füllsystem einer Füllmaschine, insbesondere einer Füllmaschine umlaufender Bauart zum Druckfüllen von Flaschen oder dergleichen Behältern mit einem flüssigen Füllgut, mit mehreren Füllelementen (2, 2a), sowie mit jeweils wenigstens einem Rückgasrohr (10) an jedem Füllelement (2, 2a), welches (Rückgasrohr) zur Bestimmung der Füllhöhe mit einem zumindest eine Rückgasöffnung aufweisenden Ende in den Innenraum des am Füllelement (2, 2a) in Dichtlage angeordneten Behälters (6) hineinreicht, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Füllelement (2, 2a) wenigstens ein Betätigungselement (13.1) oder wenigstens eine Betätigungseinrichtung (13, 22) vorgesehen sind, mit dem bzw. mit der das die Rückgasöffnung aufweisende Ende des jeweiligen Rückgasrohrs (10) um einen vorgegebenen Hub (H1) aus einer unteren die Füllhöhe bestimmenden Ausgangsstellung in eine angehobene Entlastungsstellung bewegbar ist, und zwar nach dem Schließen des Flüssigkeitsventils und vor dem Entlasten des Behälters.
Füllsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtungen (13, 22) zusätzlich auch für eine gemeinsame Höhenverstellung sämtlicher Rückgasrohre (10) oder einer Gruppe von Rückgasrohren (10) zur Einstellung der Füllhöhe ausgebildet sind.
Füllsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtungen (13, 22) jeweils ein für jedes Füllelement (2, 2a) eigenständiges Stellglied oder Betätigungselement (13.1) aufweisen.
Füllsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungselemente (13.1) sämtlicher Füllelemente (2) oder einer Gruppe von Füllelementen (2) an einer zentralen Füllhöhenverstellung (14) vorgesehen sind.
Füllmaschine umlaufender Bauart, mit einem Füllsystem aus mehreren am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotors (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Füllsystem nach einem der Ansprüche 4–7 ausgebildet ist.