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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befüllen eines oben offenen Behälters mit einem schüttfähigen oder einem pulverförmigen Produkt mittels eines in dem Behälter erzeugten Unterdrucks. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befüllen eines oben offenen Behälters mit Kaffeepulver oder mit Milchpulver mittels eines in dem Behälter erzeugten Unterdrucks.
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Ein Befüllen eines Behälters mittels eines in dem Behälter erzeugten Unterdrucks wird im Zusammenhang mit der Anmeldung auch als Vakuumfüllen bezeichnet.
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Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vakuumfüllen oben offener Behälter ist beispielsweise aus
US 3,605,826 bekannt. Die aus
US 3,605,826 bekannte Vorrichtung umfasst einen auf den Behälter aufsetzbaren Füllkopf, eine Ummantelung, die für ein Befüllen den Außenumfang des Behälters umgibt, und eine Dichtungsanordnung, wobei mittels der Dichtungsanordnung zumindest in einer Füllposition des Füllkopfs ein offenes Ende des Behälters gegenüber dem Füllkopf und ein oberes Ende eines zwischen dem Außenumfang des Behälters und der Ummantelung gebildeten Spalts gasdicht abgedichtet ist. An dem Füllkopf sind eine erste und eine zweite, jeweils mit einem Sieb abgedeckte Öffnung vorgesehen, die jeweils über ein als Vakuumventil bezeichnetes Ventil mit einer Einrichtung für eine Druckabsenkung und über ein als Druckventil bezeichnetes Ventil mit einer Einrichtung für eine Druckgaszufuhr verbunden sind. Weiter sind zwei Ventile aufweisende Anschlussleitungen für eine Druckabsenkung bzw. für eine Druckgaszufuhr in dem Spalt vorgesehen. Für ein Befüllen wird dabei zunächst ein Druck in dem Behälter über die erste Öffnung und in dem Spalt über die zugehörige Anschlussleitung gesenkt. Sobald der Druck in dem Behälter einen vorbestimmten Wert erreicht hat, öffnet sich ein Füllventil in einer Produktzufuhrleitung des Füllkopfs über eine vorbestimmte Zeitspanne, und eine erste vorbestimmte Menge des schüttfähigen Produkts wird in den Behälter eingebracht. Dann werden das Füllventil und das Vakuumventil der ersten Öffnung geschlossen und das Vakuumventil an der zweiten Öffnung wird geöffnet. Gleichzeitig wird für eine kurze Zeit das Druckventil an der ersten Öffnung geöffnet, sodass das Sieb an der ersten Öffnung gereinigt wird. Nachdem das Druckventil an der ersten Öffnung wieder geschlossen wurde, erfolgt eine weitere Druckabsenkung in dem Behälter und dem Spalt. Sobald die Druckabsenkung ein bestimmtes Niveau erreicht hat, wird erneut das Füllventil geöffnet. Nachdem eine vorbestimmte Produktmenge eingebracht wurde, wird das Füllventil erneut geschlossen und ebenso das Vakuumventil an der zweiten Öffnung. Das Vakuumventil an der ersten Öffnung und für eine kurze Zeit das Druckventil an der zweiten Öffnung werden geöffnet, sodass das Sieb an der zweiten Öffnung gereinigt wird. Diese Vorgänge werden wiederholt, bis eine gewünschte Füllhöhe in dem Behälter erreicht ist. Dann werden das Füllventil und sämtliche Vakuumventile geschlossen sind. Die Druckventile im Füllkopf und das Ventil in der Anschlussleitung für eine Druckgaszufuhr zu dem Spalt werden geöffnet, um den Unterdruck in und um den Behälter aufzuheben. Anschließend werden der Behälter und die Ummantelung von dem Füllkopf gelöst.
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GB 786 368 A beschreibt ein ähnliches Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit partikelförmigen Material unter Verwendung eines Füllkopfes mit einem Paar separat abgeschirmter Öffnungen, umfassend die Schritte Abziehen von Luft aus dem Behälter durch eine erste abgeschirmte Öffnung, um ein Vakuum innerhalb des Behälters zu erzeugen, Zulassen einer begrenzten Luftzufuhr in den Behälter durch die andere abgeschirmte Öffnung, während weiterhin Luft durch die erste abgeschirmte Öffnung abgezogen wird, um ein Vakuum in dem Behälter aufrechtzuerhalten, Einführen einer Materialmenge in den Behälter, die kleiner ist als die Menge, die zum vollständigen Befüllen des Behälters erforderlich ist, während weiterhin Luft aus dem Behälter abgezogen wird, um die von den Partikeln mitgerissene Luft zu entfernen um die Partikel zu verdichten, Abziehen von Luft aus dem Behälter durch die zweite abgeschirmte Öffnung, kurzzeitiges Zulassen einer begrenzten Luftzufuhr in den Behälter durch die erste abgeschirmte Öffnung, während der Behälter unter Vakuum gehalten wird, dann Einbringen einer zweiten Materialmenge und Wiederholen der oben genannten Schritte, bis eine gewünschte Füllhöhe erreicht ist.
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GB754795 beschreibt ein Verfahren zum Vakuumfüllen eines Behälters, wobei vor dem Einbringen des schüttfähiges Materials in den Behälter ein Inertgas eingebracht wird.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befüllen eines oben offenen Behälters mit einem schüttfähigen Produkt, insbesondere mit Kaffeepulver oder mit Milchpulver, mittels eines in dem Behälter erzeugten Unterdrucks zu schaffen, welche eine schnelle und zuverlässige Prozessführung erlauben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird Verfahren zum Befüllen eines oben offenen Behälters mit einem schüttfähigen Produkt, insbesondere mit Kaffeepulver oder mit Milchpulver, mittels eines auf den Behälter gasdicht aufsetzbaren Füllkopfs mit einem Einfüllkanal und einem Gaskanal geschaffen, wobei der Behälter in einer gasdichten Ummantelung aufgenommen wird, die zumindest in einer Füllposition abdichtend an den Füllkopf und/oder den Behälter anschließt, um einen gasdicht abgeschlossenen Spalt zwischen der Ummantelung und einer Behälteraußenwand zu schaffen, wobei für eine Produktabgabe in dem Behälter und in dem Spalt ein Unterdruck bis zu einem ersten Druckniveau erzeugt wird, wobei nach Abschluss der Produktabgabe eine Gaszufuhr zu dem Behälter zu dem Spalt erfolgt, wobei vor der Gaszufuhr für ein Entgasen des Behälters ein Unterdruck bis zu mit einem unter dem ersten Druckniveau liegenden zweiten Druckniveau erzeugt wird, und wobei bei der Gaszufuhr zumindest dem Behälter ein Inertgas zugeführt wird.
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Die Begriffe „ein“, „einer“ oder dergleichen werden im Zusammenhang mit der Anmeldung lediglich als unbestimmte Artikel und nicht als Zählwörter verwendet. Die Begriffe „erster“, „zweiter“ etc. dienen lediglich einer Unterscheidung und geben keine Reihenfolge an. Ebenso verlangt die Verwendung des Begriffs „erster“ nicht zwingend das Vorhandensein eines zweiten Elements oder Bauteils.
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Als Gaskanal wird im Zusammenhang mit der Anmeldung ein gasdichter Kanal bezeichnet, wobei je nach Ausgestaltung über einen einzigen Gaskanal eine Gasabfuhr aus dem Behälter und dem Spalt und eine Gaszufuhr zu dem Behälter und dem Spalt erfolgt. Der Gaskanal weist zu diesem Zweck eine oder mehrere Anschlussöffnungen auf. In anderen Ausgestaltungen sind zwei Gaskanäle oder mehr als zwei Gaskanäle für eine Gasabfuhr aus dem Behälter und dem Spalt und eine Gaszufuhr zu dem Behälter und dem Spalt vorgesehen. Der Gaskanal für eine Gasabfuhr wird dabei auch als Vakuumkanal bezeichnet.
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Durch ein Anlegen des Unterdrucks bis zu dem zweiten, unter dem ersten Druckniveau liegenden Druckniveau, wird eine in dem Behälter nach dem Füllprozess vorhandene Luft oder ein anderes in dem befüllten Behälter vorhandenes Gas entfernt. Die Erfinder haben festgestellt, dass ein Entgasen vorteilhaft ohne Wechsel einer Anlage an einen Füllvorgang angeschlossen werden kann. Insbesondere kann dabei vorteilhaft genutzt werden, dass sich das Produkt aufgrund des Füllvorgangs in einem aufgelockerten Zustand befindet, sodass in vorteilhaften Ausgestaltungen ein Entgasen in einer Stufe, anstelle von bei herkömmlichen Vorrichtungen zum Entgasen üblichen mehreren mit unterschiedlichen Druckniveaus Stufen möglich ist.
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Insbesondere bei einem Befüllen des Behälters mit Lebensmitteln, chemischen oder pharmazeutischen Produkten, wird bei der Gaszufuhr zumindest dem Behälter ein Inertgas, auch als Schutzgas bezeichnet, beispielsweise Argon, Kohlendioxid, Stickstoff oder ein Mischgas, zugeführt, um in dem Behälter eine Schutzgasatmosphäre zu schaffen. In einer Ausgestaltung wird dabei auch in dem Spalt ein Inertgas zugeführt, sodass bei einem Entfernen der Ummantelung der Behälter von einer Schutzgasatmosphäre umgeben ist. Der Behälter wird in einer Ausgestaltung nach einem Entfernen der Ummantelung zu einer Schließeinrichtung transportiert, wobei zumindest ein Kopfbereich des offenen Behälters in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise in einem Tunnel und/oder in einer Laminarströmung, gehalten wird. In anderen Ausgestaltungen sind der Füllkopf und die Schließeinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse oder in miteinander kommunizierten Gehäusen eingehaust, in welchem/welchen eine Schutzgasatmosphäre herrscht.
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Das Verfahren erlaubt so ein Befüllen des Behälters und einen Gasaustausch in dem befüllten Behälter in einer kompakten Vorrichtung.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach der Gaszufuhr an einem an das freie Ende des Einfüllkanals anschließenden gasdurchlässigen Abschnitt des Einfüllkanals über den Gaskanal und/oder über eine den gasdurchlässigen Abschnitt umgebende Kammer ein Unterdruck angelegt wird, sodass das schüttfähige Produkt an eine Innenwandung des gasdurchlässigen Abschnitts des Einfüllkanals für eine Brückenbildung angesaugt wird.
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Als Brückenbildung wird im Zusammenhang mit der Anmeldung ein Ausbilden einer stabilen gewölbeartigen Struktur im Bereich einer Auslassöffnung des Einfüllkanals aufgrund von Haftkräften zwischen einzelnen Partikeln des Produkts bezeichnet. Durch Anlegen eines Unterdrucks wird nach der Gaszufuhr eine Brückenbildung gezielt verursacht, wobei mittels der Brückenbildung eine Sperrwirkung an dem Füllkopf erzielt wird, sodass auf Füllventile, Klappen oder dergleichen an dem Füllkopf verzichtet werden kann. Ein Anlegen des Unterdrucks erfolgt in einer Ausgestaltung über den für ein Entgasen und Begasen verwendeten Gaskanal, wobei der Unterdruck für einen ausreichend kurzen Zeitraum angelegt wird, sodass ein Ansaugen des Produkts aus dem Behälter zumindest auf ein tolerierbares Maß reduziert wird. In einer alternativen Ausgestaltung ist eine den gasdurchlässigen Abschnitt umgebende Kammer vorgesehen, über welche an dem gasdurchlässigen Abschnitt ein Unterdruck für eine Brückenbildung anlegbar ist. Die Kammer weist in einer Ausgestaltung eine nicht in den Gaskanal mündende Anschlussöffnung für eine Unterdruckquelle auf. Die Kammer wird dabei über die separate Anschlussöffnung entgast oder evakuiert, ohne dass das Produkt aus dem Behälter über eine Behälteröffnung des Gaskanals angesaugt wird.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass vor einer Gaszufuhr ein Druckniveau in dem Behälter und in dem Spalt für ein Setzen des Produkts auf einem konstanten Druckniveau gehalten wird. Dadurch wird erreicht, dass bei einem anschließenden Entgasen die in dem Produkt eingeschlossene Luft nicht nur aus einem Kopfbereich entfernt wird, sondern auch aus tiefer liegenden Bereichen des Behälters.
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In einer Ausgestaltung wird ein die Behälteröffnung aufweisendes Ende des Gaskanals in der Füllposition in den Behälter eingetaucht. Eine Eintauchtiefe bestimmt dabei eine Füllhöhe in dem Behälter.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Befüllen eines oben offenen Behälters mit einem schüttfähigen Produkt, insbesondere mit Kaffeepulver oder mit Milchpulver, geschaffen, umfassend einen Füllkopf mit einem ein freies Ende aufweisenden Einfüllkanal und einem eine Behälteröffnung und eine Anschlussöffnung aufweisenden Gaskanal, und eine in der Füllposition den Behälter aufnehmende, gasdichte Ummantelung, wobei in einer Füllposition über den Gaskanal Gas aus dem Behälter abführbar und Gas dem Behälter zuführbar ist, wobei die Ummantelung zumindest in der Füllposition abdichtend an den Füllkopf und/oder den Behälter anschließt, um einen gasdicht abgeschlossenen Spalt zwischen Ummantelung und Behälteraußenwand zu schaffen, und wobei eine Spalt-Anschlussöffnung vorgesehen ist, wobei über die Spalt-Anschlussöffnung Gas aus dem Spalt abführbar und Gas dem Spalt zuführbar ist, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist, um den Behälter und den Spalt für eine Produktabgabe mit einer Unterdruckquelle derart fluidisch zu verbinden, dass ein Unterdruck bis zu einem ersten Druckniveau in dem Behälter und dem Spalt erzeugbar ist, und um den Behälter und den Spalt nach einer Produktabgabe mit einer Gasquelle derart fluidisch zu verbinden, dass ein Gas dem Behälter und dem Spalt zuführbar ist, und wobei die Steuereinrichtung weiter eingerichtet ist, um nach der Produktabgabe und vor einer Gaszufuhr für ein an die Produktabgabe anschließendes Entgasen den Behälter und den Spalt mit der Unterdruckquelle derart fluidisch zu verbinden, dass ein Unterdruck bis zu einem unter dem ersten Druckniveau liegenden zweiten Druckniveau in dem Behälter und dem Spalt erzeugbar ist.
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Wie oben ausgeführt, werden die Begriffe „ein“, „einer“ oder dergleichen im Zusammenhang mit der Anmeldung lediglich als unbestimmte Artikel und nicht als Zählwörter verwendet. Insbesondere kann in Ausgestaltungen der Vorrichtung mehr als eine Anschlussöffnung an dem Gaskanal vorgesehen sein. Weiter kann in einer Ausgestaltung ein mehrstufiges Entgasen mit unterschiedlichen Druckniveaus vorgesehen sein.
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Bei der Steuereinrichtung handelt es sich in einer Ausgestaltung um eine elektronische und/oder pneumatische Steuereinrichtung, mittels welcher an der Anschlussöffnung des Gaskanals und an der Spalt-Anschlussöffnung vorgesehene Ventile geöffnet oder geschlossen werden können.
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In anderen Ausgestaltungen ist eine mechanische Steuereinrichtung vorgesehen. Die mechanische Steuereinrichtung umfasst in einer Ausgestaltung ein relativ zu dem Füllkopf bewegbares Stellelement, wobei in Abhängigkeit einer Positionierung des Füllkopfs relativ zu dem Stellelement die Anschlussöffnung mit der Unterdruckquelle bzw. mit der Gasquelle fluidisch verbunden oder von dieser getrennt und insbesondere verschlossen. In einer Ausgestaltung ist das Stellelement eine an einem Rundläufer vorgesehene Stellscheibe, wobei der Füllkopf entlang des Umfangs der Stellscheibe bewegt wird. Die Verwendung einer mechanischen Steuereinrichtung erlaubt dabei eine ventilfreie Gestaltung für eine Gasabfuhr und/oder eine Gaszufuhr.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest ein an das freie Ende anschließender Abschnitt des Einfüllkanals gasdurchlässig gestaltet ist. In einer Ausgestaltung umgibt der Gaskanal den gasdurchlässigen Abschnitt, sodass bei Erzeugen eines Unterdrucks in dem Gaskanal das schüttfähige Produkt an eine Innenwandung dieses Abschnitts des Einfüllkanals für eine Brückenbildung ansaugbar ist. Alternativ ist in einer anderen Ausgestaltung eine den gasdurchlässigen Abschnitt umgebende Kammer mit einer Anschlussöffnung für eine Unterdruckquelle vorgesehen, sodass bei Erzeugen eines Unterdrucks in der Kammer das schüttfähige Produkt an eine Innenwandung des gasdurchlässigen Abschnitts des Einfüllkanals für eine Brückenbildung ansaugbar ist. Der Abschnitt ist in einer Ausgestaltung zu diesem Zweck aus einem porösen Material gefertigt. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist lediglich der Abschnitt aus einem gasdurchlässig gestaltet, um eine Beeinträchtigung des Füllvorgangs aufgrund einer Gaszufuhr oder Gasabfuhr über eine Wandung des Einfüllkanals gering zu halten.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an der Behälteröffnung des Gaskanals ein gasdurchlässiges Abschlusselement für eine Produktrückhaltung vorgesehen ist. Beispielsweise ist an der Behälteröffnung ein Gitterelement, ein gelochtes Element oder ein Deckelelement aus einem porösen Material vorgesehen.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein die Behälteröffnung aufweisendes Ende des Gaskanals einen an eine Behälteröffnung abdichtend anschließbaren Kontaktbereich des Füllkopfs überragt und in der Füllposition in den Behälter eintaucht. Eine Eintauchtiefe des Gaskanals bestimmt dabei eine maximale Füllhöhe des Behälters.
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In einer Ausgestaltung ist die Ummantelung relativ zu dem Füllkopf beweglich, wobei die Ummantelung in der Füllposition dem Füllkopf zugestellt wird und abdichtend an diesen anliegt. In anderen Ausgestaltungen ist die Ummantelung einteilig mit dem Füllkopf gestaltet. Die Ummantelung und der Füllkopf sind dabei in einer Ausgestaltung getrennt voneinander gefertigt und gasdicht miteinander verbunden. In anderen Ausgestaltungen sind die Ummantelung und der Füllkopf als integrales Bauteil gefertigt.
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In einer Ausgestaltung ist für ein Entgasen und/oder Begasen des Spalts eine separate Unterdruckquelle bzw. eine separate Gasquelle vorgesehen, wobei der Spalt mit der separaten Unterdruckquelle bzw. der separate Gasquelle mittels der Spalt-Anschlussöffnung fluidisch verbindbar ist. In anderen Ausgestaltungen mündet die Spalt-Anschlussöffnung in dem Gaskanal. Der Spalt und der Behälter sind dabei jeweils mittels des Gaskanals mit einer gemeinsamen Unterdruckquelle bzw. einer gemeinsamen Gasquelle fluidisch verbindbar.
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In einer Ausgestaltung sind zwei Unterdruckquellen vorgesehen, um einen Unterdruck mit einem ersten Druckniveau und einen Unterdruck mit einem zweiten Druckniveau zu erzeugen. In anderen Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass der Gaskanal eine Bypassöffnung zu einer Umgebung aufweist, wobei vorzugsweise die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um für die an die Produktabgabe anschließende Entgasen die Bypassöffnung zu schließen. Durch Schließen der Bypassöffnung kann so mittels der für die Produktabgabe bei einem ersten Druckniveau verwendete Unterdruckquelle ein zweites Druckniveau für ein Entgasen erzeugt werden. Dabei kann auf bewegliche Stellelemente wie Drosseln oder dergleichen verzichtet werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
- 1 eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Befüllen eines oben offenen Behälters mit einem schüttfähigen Produkt;
- 2 eine Startposition eines Verfahrens zum Befüllen eines oben offenen Behälters mit einem schüttfähigen Produkt;
- 3 eine erste Phase des Verfahrens zum Befüllen des oben offenen Behälters, wobei der Behälter in eine Füllposition überführt wird;
- 4 eine zweite Phase des Verfahrens, wobei der Behälter befüllt wird;
- 5 eine dritte Phase des Verfahrens, wobei ein Druckniveau zum Setzen des Produkts konstant gehalten wird;
- 6 eine vierte Phase des Verfahrens, wobei ein Druckniveau zum Entgasen des Produkts weiter abgesenkt wird;
- 7 eine fünfte Phase des Verfahrens, wobei ein Begasen des Behälters mit einem Inertgas erfolgt;
- 8 eine sechste Phase des Verfahrens, wobei eine Brückenbildung an einem Einfüllkanal durch Anlegen eines Unterdrucks erfolgt;
- 9 eine siebte Phase des Verfahrens, wobei der Behälter der Vorrichtung entnommen wird;
- 10 einen Rundläufer mit mehreren Vorrichtungen zum Befüllen von Behältern;
- 11 eine zweite Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Befüllen eines oben offenen Behälters mit einem schüttfähigen Produkt während der sechsten Phase des Verfahrens, und
- 12 ein Detail XII der Vorrichtung gemäß 11.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt eine Ausgestaltung einer Vorrichtung 1 zum Befüllen eines oben offenen Behälters 2 mit einem schüttfähigen Produkt, insbesondere mit Kaffeepulver oder mit Milchpulver.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen Füllkopf 3 mit einem ein freies Ende 300 aufweisenden Einfüllkanal 30 und mit einem Gaskanal 32. Der Gaskanal 32 umfasst einen den Einfüllkanal 30 ringförmig umgebenden Abschnitt, an dessen freien Ende eine Behälteröffnung 320 vorgesehen ist. An der Behälteröffnung 320 ist ein gasdurchlässiges Abschlusselement 326 für eine Produktrückhaltung vorgesehen. Bei dem Abschlusselement 326 handelt es sich beispielsweise um ein Metallgitter oder um ein Bauteil aus einem porösen Material.
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Der dargestellte Gaskanal 32 weist weiter eine erste Anschlussöffnung 321 zur Verbindung mit einer nicht dargestellten Unterdruckquelle und eine zweite Anschlussöffnung 322 zur Verbindung mit einer nicht dargestellten Gasquelle auf. Anstelle der zwei Anschlussöffnungen 321, 322 ist in einer abgewandelten Ausgestaltung nur eine Anschlussöffnung vorgesehen, welche phasenabhängig mit der Unterdruckquelle oder mit der Gasquelle fluidisch verbindbar ist. An dem Gaskanal 32 ist weiter eine Bypassöffnung 323 vorgesehen, mittels welcher der Gaskanal 32 mit einer Umgebung fluidisch verbindbar ist.
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In einer in 1 dargestellten Füllposition schließt der Behälter 2 mittels eines Dichtungselements 4 gasdicht an den Füllkopf 3 an, sodass über den Gaskanal 32 Gas aus dem Behälter 2 abführbar ist. Zu diesem Zweck ist beispielsweise die erste Anschlussöffnung 321 mit einer nicht dargestellten Unterdruckquelle, wie einer Vakuumpumpe verbindbar. Ebenso ist über den Gaskanal 32 Gas dem Behälter 2 zuführbar, wobei hierfür die zweite Anschlussöffnung 322 mit einer nicht dargestellten Gasquelle, insbesondere einem Intergasvorrat, verbindbar ist.
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Für eine Bewegung des Behälters 2 relativ zu dem Füllkopf 3 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Plattform 5 vorgesehen, welche den Behälter 2 von unten abstützt und welche, wie schematisch durch einen Doppelpfeil dargestellt, relativ zu dem Füllkopf 3 bewegbar ist. In Ausgestaltungen ist die Vorrichtung 1 Teil eines 10 dargestellten Rundläufers 8 mit mehreren Positionen 82, wobei die Plattform 5 bei einer Drehung des Rundläufers 8 relativ zu dem Füllkopf 3 angehoben wird, sodass ein oberes offenes Ende des Behälters 2 abdichtend an dem Füllkopf 3 anliegt. In einer anderen Ausgestaltung wird der Füllkopf 3 relativ zu der Plattform 5 abgesenkt, sodass ein oberes offenes Ende des Behälters 2 abdichtend an dem Füllkopf 3 anliegt.
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Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine gasdichte Ummantelung 6, welche in der in 1 dargestellten Füllposition den Behälter 2 aufnimmt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ummantelung 6 einteilig mit dem Füllkopf 3 gestaltet. Die Ummantelung 6 ist dabei als getrenntes Bauteil gefertigt und mit dem Füllkopf 3 gasdicht unlösbar verbunden, beispielsweise mit diesem verlötet, verklebt oder verschweißt, oder mit dem Füllkopf 3 lösbar mittels Dichtungselementen gasdicht verbunden.
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Die dargestellte Ummantelung 6 weist ein offenes untere Ende 60 auf, welche mittels der Plattform 5 gasdicht, beispielsweise mittels einer Dichtung 7, verschließbar ist. Zwischen der Ummantelung 6 und einer Behälteraußenwand wird so ein gasdicht abgeschlossener Spalt 62 geschaffen. In anderen Ausgestaltungen ist die Ummantelung 6 einteilig mit der Plattform 5 gestaltet und mit dem Füllkopf 3 und/oder dem Behälter 2 lösbar gasdicht verbindbar.
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Der Spalt 62 ist mittels einer Spalt-Anschlussöffnung 64 mit dem Gaskanal 32 verbunden, sodass über die Spalt-Anschlussöffnung 64 Gas aus dem Spalt 62 abführbar und Gas dem Spalt 62 zuführbar ist. Die Spalt-Anschlussöffnung 64 ist in anderen Ausgestaltungen an der Plattform 5 und/oder an einem an den Füllkopf 3 anschließenden Deckel der Ummantelung 6 vorgesehen. Die Verbindung des Spalts 62 mit dem Gaskanal 32 erlaubt ein gleichzeitiges Ent- und Begasen eines Innenraums des Behälters 2 und des den Behälter 2 umgebenden Spalts 62 mittels einer gemeinsamen Unterdruckquelle bzw. einer gemeinsamen Gasquelle. In anderen Ausgestaltungen ist für den Spalt 62 eine zusätzliche Unterdruckquelle und/oder eine zusätzliche Gasquelle vorgesehen.
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Für eine phasenweise Verbindung des Gaskanals 32 mit der Unterdruckquelle oder mit der Gasquelle ist eine Steuereinrichtung 9 vorgesehen.
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Dabei ist in einer Ausgestaltung eine elektronische Steuereinrichtung vorgesehen. Eine Verbindung des Gaskanals 32 mit der Unterdruckquelle oder mit der Gasquelle erfolgt dabei mittels der elektronischen Steuereinrichtung, mittels welcher an den Anschlussöffnungen 321, 322 vorgesehene Ventile geöffnet oder geschlossen werden können.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen ist eine mechanische Steuereinrichtung umfassend eine Stellscheibe vorgesehen, wobei die Stellscheibe und der Füllkopf relativ zueinander bewegbar sind. In Abhängigkeit einer Positionierung des Füllkopfs 3 relativ zu der Stellscheibe sind dabei mittels der Stellscheibe die Anschlussöffnungen 321, 322 mit der Unterdruckquelle bzw. mit der Gasquelle verbunden oder von dieser getrennt und insbesondere verschlossen. Die Stellscheibe ist dabei weiter derart gestaltet, dass in Abhängigkeit einer Positionierung der Füllkopfs 3 relativ zu der Stellscheibe die Bypassöffnung 323 für eine fluidische Verbindung des Gaskanals 32 mit der Umgebung geöffnet oder für eine Trennung der Verbindung geschlossen ist. Die Verwendung einer mechanischen Steuereinrichtung erlaubt dabei eine ventilfreie Gestaltung für ein Entgasen und/oder Begasen.
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In der dargestellten Ausgestaltung ist zudem ein an das freie Ende 300 mit der Auslassöffnung anschließender Abschnitt 301 des Einfüllkanals 30 gasdurchlässig gestaltet, sodass bei Erzeugen eines Unterdrucks in dem Gaskanal 32 das schüttfähige Produkt an eine Innenwandung dieses Abschnitts 301 des Einfüllkanals 30 für eine Brückenbildung ansaugbar ist.
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Ein Verfahren zum Befüllen des Behälters 2 mittels der Vorrichtung 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 9 beschrieben.
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2 zeigt eine Startposition des Verfahrens, wobei der Füllkopf 3 oberhalb des Behälters 2 und beabstandet zu diesem angeordnet ist. Eine Verbindung zu der Unterdruckquelle über die erste Anschlussöffnung 321 und eine Verbindung zu der Gasquelle über die zweite Anschlussöffnung 322 sind wie schematisch durch Kreuze dargestellt unterbrochen. Der Gaskanal 32 kann dabei über die Bypassöffnung mit der Umgebung verbunden sein. In anderen Ausgestaltungen ist die Verbindung ebenfalls unterbrochen.
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3 zeigt schematisch eine erste Phase des Verfahrens, wobei der Behälter 2 mittels der Plattform 5 in Richtung des Füllkopfs 3 angehoben und in die Füllposition überführt wird. In der Füllposition wird das offene Ende des Behälters 2 mittels des Füllkopfs 3 gasdicht verschlossen. Der Behälter 2 wird dabei in die Ummantelung 6 eingeführt und das offene untere Ende der Ummantelung 6 wird mittels der Plattform 5 verschlossen. Die Bewegung der Plattform 5 in Richtung eines in einer konstanten Höhe angeordneten Füllkopfs 3 ist dabei vorteilhaft für eine einfache Gestaltung von Gaszuführungen und Gasabführungen. Es sind jedoch auch Gestaltungen denkbar, bei welchen der Füllkopf 3 in Richtung der Plattform 5 abgesenkt wird.
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4 zeigt schematisch eine zweite Phase des Verfahrens, wobei der Behälter 2 befüllt wird. Zu diesem Zweck wird der Gaskanal 32 über die erste Anschlussöffnung 321 mit einer nicht dargestellten Unterdruckquelle verbunden. Mittels der Unterdruckquelle wird dabei über die Behälteröffnung 320 des Gaskanals 32 und über die Spalt-Anschlussöffnung 64 in dem Behälter 2 bzw. in dem Spalt 62 ein Unterdruck erzeugt. Die Verbindung des Gaskanals 32 zu der Umgebung über die Bypassöffnung 323 bleibt dabei geöffnet, sodass sich ein Unterdruck mit einem ersten Druckniveau einstellt. Der Unterdruck bewirkt, dass das schüttfähige Produkt über den Einfüllkanal 30 in den Behälter 2 angesaugt wird. Das gasdurchlässige Abschlusselement 326 an der Behälteröffnung 320 verhindert, dass das Produkt in den Gaskanal 32 gelangt.
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5 zeigt eine dritte Phase des Verfahrens nach Abschluss der Produktfüllung, wobei ein Druckniveau zum Setzen des Produkts in dem Behälter 2 konstant gehalten wird. Die Füllhöhe in dem Behälter 2 ergibt sich aus einer Eintauchtiefe eines die Behälteröffnung 320 aufweisenden freien Endes des Gaskanals 32. Die Anschlussöffnung 321 bleibt dabei in einer Ausgestaltung geöffnet.
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6 zeigt eine vierte Phase des Verfahrens, wobei ein Druckniveau zum Entgasen des in dem Behälter 2 abgefüllten Produkts weiter abgesenkt wird. Zu diesem Zweck wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Bypassöffnung 323 geschlossen, sodass bei einer Verbindung des Gaskanals 32 über die erste Anschlussöffnung 321 mit der Unterdruckquelle ein zweites Druckniveau in den Behälter 2 und in dem den Behälter umgebenden Spalt 62 erzeugt wird, welches unterhalb des ersten Druckniveaus bei der Produktabgabe (vgl. 4) liegt. Durch eine gleichzeitige Druckabsenkung in dem Behälter 2 und in dem um den Behälter 2 liegenden Spalt 62 wird verhindert, dass der Behälter 2 aufgrund eines anliegenden Unterdrucks kollabiert.
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7 zeigt eine fünfte Phase des Verfahrens, wobei ein Begasen des Behälters 2 mit einem Inertgas erfolgt. Zu diesem Zweck wird die erste Anschlussöffnung 321 von der Unterdruckquelle getrennt und die zweite Anschlussöffnung 322 fluidisch mit der Gasquelle verbunden. Da der Spalt 62 über die Spalt-Anschlussöffnung 64 fluidisch mit dem Gaskanal 32 verbunden ist, wird auch der Spalt 62 mit dem Inertgas begast. In anderen Ausgestaltungen wird dem Spalt 62 über eine separate Gasquelle ein anderes Gas als dem Behälter 2 zugeführt.
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8 zeigt eine sechste Phase des Verfahrens, wobei für eine Brückenbildung an einer Auslassöffnung des Einfüllkanal 30 erneut ein Unterdruck angelegt wird. Zu diesem Zweck wird die erste Anschlussöffnung 321 wieder mit der Unterdruckquelle fluidisch verbunden. Aufgrund des angelegten Unterdrucks werden Partikel des in dem Einfüllkanal 30 vorhandenen Produkts an dem gasdurchlässigen Abschnitt 301 des Einfüllkanals 30 angesaugt. Dadurch bildet sich an der Auslassöffnung des Einfüllkanals 30 eine sogenannte Brücke aus, welche eine weitere Produktabgabe bei einer Trennung des Behälters 2 von dem Füllkopf 3 verhindert.
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9 zeigt eine siebte Phase des Verfahrens, wobei der Behälter 2 der Vorrichtung 1 entnommen wird. Hierfür wird die Plattform 5 mit dem darauf aufgesetzten Behälter 2 relativ zu dem Füllkopf 3 abgesenkt. Der Behälter 2 kann anschließend einer nicht dargestellten Schließeinrichtung zugeführt werden.
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Die Vorrichtung 1 ist in vorteilhaften Ausgestaltungen an einer Position eines Rundläufers mit mehreren, jeweils eine Vorrichtung 1 gemäß den 1 bis 9 aufweisenden Positionen.
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10 zeigt schematisch einen Rundläufer 8 in einer Draufsicht. Der Rundläufer 8 weist eine um eine Drehachse A drehende Drehscheibe 80 und mehrere, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 32, gleichmäßig über den Umfang verteilten Positionen 82 auf, wobei an jeder Position 82 eine Vorrichtung 1 gemäß den 1 bis 9 mit jeweils einem Füllkopf 3 vorgesehen ist. Die Drehscheibe 80 kann für eine Bewegung der Positionen 82 taktweise oder stetig um die Drehachse A rotiert werden. Für ein Be- und Entladen sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel Ein- und Auslaufräder 84, 86 vorgesehen, welche synchron mit dem Rundläufer 8 drehen, um jeweils einen Behälter 2 (vgl. 1 bis 9) einer Position 82 zuzuführen oder einen Behälter 2 einer Position 82 zu entnehmen. Es sind jedoch auch andere Einrichtungen zum Be- und Entladen denkbar.
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Ein Rundläufer 8 erlaubt eine kontinuierliche Prozessdurchführung, wobei über den Umfang des Rundläufers 8 verteilt die verschiedenen Prozessschritte des Verfahrens gemäß den 2 bis 9 durchführbar sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zu diesem Zweck sechs Zonen I bis VI an dem Rundläufer 8 vorgesehen.
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In einer ersten Zone I des Rundläufers 8 erfolgt ein Be- oder Entladen des Rundläufers 8 mit Behältern 2, wobei die Behälter 2 wie in den 2 und 9 dargestellt in Richtung des Füllkopfs 3 angehoben oder relativ zu diesem abgesenkt werden. Die Position 82 wird dabei beim Anheben des Behälters 2 in Richtung des Füllkopfs 3 mittels der abdichtend mit der Plattform 5 verbindbaren Ummantelung 6 (vgl. 2 und 3) gegenüber der Umgebung geschlossen.
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Die dem Rundläufer 8 zugeführten Behälter 2 werden nach einem Beladen durch Drehung des Rundläufers 8 transportiert und durchlaufen weitere Zonen, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Zonen II bis VI.
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Dabei werden die Behälter 2 zunächst in der Zone II wie in 4 dargestellt befüllt. Anschließend erfolgt ein Setzen des abgefüllten Produkts in Zone III wie schematisch in 5 dargestellt. In der Zone IV erfolgt ein in 6 dargestelltes Entgasen. In einer daran anschließenden Zone V erfolgt ein in 7 dargestelltes Begasen mit einem Inertgas. Anschließend wird in der Zone VI wie schematisch in 8 dargestellt für eine Brückenbildung an einer Auslassöffnung des Einfüllkanals 30 (vgl. 8) erneut ein Unterdruck angelegt. Schließlich werden die Behälter in der ersten Zone I ausgespurt und beispielsweise einer nicht dargestellten Schließeinrichtung zum Verschließen der Behälter zugeführt.
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Der Rundläufer 8 dient dabei auch als mechanische Steuereinrichtung, wobei an dem Rundläufer 8 eine, in 10 nicht sichtbare, feststehende Stellscheibe vorgesehen ist. Mit der Drehung der Drehscheibe 80 des Rundläufers 8 werden die an den Positionen 82 vorgesehenen Vorrichtungen 1 relativ zu der Stellscheibe bewegt, wobei in Abhängigkeit einer Positionierung des Füllkopfs 3 der jeweiligem Vorrichtung 1 relativ zu der Stellscheibe die Anschlussöffnungen 321, 322 mit der Unterdruckquelle bzw. mit der Gasquelle verbunden sind oder von dieser getrennt sind. Die Stellscheibe ist dabei weiter derart gestaltet, dass in Abhängigkeit einer Position der Füllkopfs 3 relativ zu der Stellscheibe die Bypassöffnung 323 für eine fluidische Verbindung des Gaskanals 32 mit der Umgebung geöffnet oder für eine Trennung der Verbindung geschlossen ist. Die Stellscheibe bewirkt so, dass für ein Befüllen der Behälter in der Zone II ein Unterdruck mit einem ersten Druckniveau in dem Behälter 2 und dem Spalt 62 erzeugt wird, und in der Zone IV für ein Entgasen ein Unterdruck bis zu einem unter dem ersten Druckniveau liegenden zweiten Druckniveau in dem Behälter 2 und dem Spalt 62 erzeugt wird.
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11 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer Vorrichtung 1 zum Befüllen eines oben offenen Behälters 2 mit einem schüttfähigen Produkt während der sechsten Phase des Verfahrens gemäß 8. 12 zeigt ein Detail XII der Vorrichtung gemäß 11. Die in den 11 und 12 dargestellte Vorrichtung 1 ist ähnlich der Vorrichtung 1 gemäß den 1 bis 9 und für baugleiche oder ähnliche Bauteile werden einheitliche Bezugszeichen verwendet. Auf eine erneute Beschreibung bereits beschriebener Bauteile wird verzichtet.
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Wie in 12 erkennbar, ist bei der Ausgestaltung gemäß den 11 und 12 eine den gasdurchlässigen Abschnitt 301 des Einfüllkanals 30 umgebenden gasdichte Kammer 1032 mit einer Anschlussöffnung 1321 für eine nicht dargestellte Unterdruckquelle vorgesehen. Dabei wird in der sechsten Phase des Verfahrens lediglich in der Kammer 1032 ein Unterdruck erzeugt, welcher bewirkt, dass das schüttfähige Produkt an die Innenwandung des gasdurchlässigen Abschnitts 301 des Einfüllkanals 30 für eine Brückenbildung angesaugt wird.
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Wie in 11 dargestellt, bleibt die erste Anschlussöffnung 321 dabei geschlossen und/oder von der Unterdruckquelle getrennt, sodass keine Ansaugung des in dem Behälter 2 vorhandenen Produkts über die Behälteröffnung 320 erfolgt.