[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
[0002] Füllelemente sind in verschiedenster Ausführung bekannt, insbesondere auch in einer
Ausführung (DE-OS 38 09 852), die sich u.a. zur Verwendung bei einem Verfahren bzw.
bei einer Füllmaschine zum aseptischen bzw. sterilen Abfüllen eines flüssigen Füllgutes
in Behälter, insbesondere in Flaschen eignet. Das bekannte Füllelement ist als solches
mit Füllrohr ausgebildet, welches über die Unterseite des Füllelementes vorsteht.
Der eigentlichen Füllphase, die mit dem Öffnen des Flüssigkeitsventils eingeleitet
wird, zeitlich vorausgehend erfolgt u.a. die Behandlung bzw. die Sterilisation des
jeweiligen Behälters mit einem heißen Sterilisationsmedium, bevorzugt mit Wasserdampf.
Hierfür wird das Füllrohr über eine im Füllelement ausgebildete steuerbare Sterilisationsmedium-Verbindung
mit einer Quelle für das heiße Sterilisationsmedium verbunden, so daß dieses am unteren
Ende des in den Behälter hineinragenden Füllrohres austritt. Für die Qualität der
Sterilisation ist es entscheidend, daß das Ende des Füllrohres, d.h. die von diesem
Ende während der Sterilisation bestimmte Austrittsstelle für das Sterilisationsmedium
so tief im Behälter mit geringem Abstand vom Behälterboden angeordnet ist, daß der
Behälterboden ausreichend mit dem Sterilisationsmedium beaufschlagt ist und sich beispielsweise
entlang des Behälterbodens radial zur Behälterachse bzw. zur Achse des Füllelementes
oder des Füllrohres nach außen und dann vom Behälterboden insbesondere auch entlang
der Innenfläche des Behälterumfangs axial nach oben eine intensive Strömung des Sterilisationsmediums
ergibt und dadurch eine optimale Sterilisation des Behälterinnenraumes auch im unteren
Bereich, d.h. insbesondere an der Innenfläche des Bodens, des Behälterumfangs sowie
in dem zwischen diesen gebildeten Winkel erreicht wird.
[0003] Nachteilig ist bei diesem bekannten Füllelement u.a., daß für das Einführen des für
eine optimale Sterilisation möglichst lang ausgebildeten Füllrohres in den Behälter
- bis zur dichten Anlage (Dichtlage) des Behälters gegen das Füllelement - ein relativ
großer Hub für den auf einem Behälterträger angeordneten Behälter erforderlich ist.
Es wird somit auch eine relativ lange Taktzeit benötigt, bis der Behälter die Dichtlage
erreicht hat und eine Beaufschlagung des Innenraumes des Behälters mit dem Druck des
heißen Sterilisationsmediums möglich ist, wie dies in vielen Fällen für die Erzielung
eines optimalen Ergebnisses für die Sterilisation erforderlich ist.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen, mit dem trotz verkürzter
Hübe und trotz der Möglichkeit einer Verkürzung der Taktzeiten eine optimale Sterilisation
erreichbar ist.
[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem kennzeichnenden Teil
des Patentanspruches 1 ausgebildet.
[0006] Das erfindungsgemäße Füllelement ist ein solches ohne Füllrohr oder ein solches mit
kurzem Füllrohr, so daß zum Ansetzen sowie zum Abziehen des jeweiligen Behälters an
das bzw. von dem Füllelement ein kurzer Hub und damit auch eine kurze Taktzeit ausreichend
sind.
[0007] Beim Ansetzen oder nach dem Ansetzen wird dann, wenn eine Behandlung des jeweiligen
Behälters mit dem Sterilisationsmedium vorgesehen ist, das als Sterilisationsrohr
ausgebildete Rohr aus seiner oberen Hubstellung in seine untere Hubstellung bewegt,
in der das mit wenigstens einer Austrittsöffnung versehene untere Ende dieses Rohres
tief in den Behälter hineinragt, und zwar mit möglichst geringem Abstand vom Behälterboden,
so daß mit einer geringen Menge an Sterilisationsmedium und in einer kurzen Behandlungsdauer
eine optimale Sterilisation des gesamten Behälterinnenraumes möglich ist. Das Sterilisationsrohr
und die mit diesem verbundenen Teile insbesondere auch der für die Bewegung des Rohres
vorgesehenen Betätigungseinrichtung können mit geringer Masse ausgebildet werden.
Es sind daher keine großen Massenbeschleunigungen erforderlich, was insbesondere bei
einer mit hoher Leistung laufenden Füllmaschine von großer Bedeutung ist.
[0008] Durch die das jeweilige Füllelement steuernden Steuerelemente sind insbesondere auch
das Sterilisationsrohr bzw. die zugehörige Betätigungseinrichtung so gesteuert, daß
zumindest während der Füllphase, bevorzugt aber auch bei einer dieser Füllphase evt.
vorausgehenden Vorspannphase, in der der Innenraum des in Dichtlage mit dem Füllelement
befindlichen Behälters auf einen vorgegebenen Druck vorgespannt wird, sich das Sterilisationsrohr
in der oberen Hubstellung derart befindet, daß dieses Rohr bei einem Platzen oder
Brechen evt. defekter Behälter nicht beschädigt wird und vor allem auch so geschützt
ist, daß sich flüssiges Füllgut an das Rohr nicht anlagern kann, was ebenfalls zur
Steigerung der Qualität der Sterilisation beiträgt.
[0009] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Betätigungseinrichtung
so ausgebildet, daß das Sterilisationsrohr durch den Druck des Sterilisationsmediums
in die untere Hubstellung bewegt und dort gehalten wird. Hierdurch wird nicht nur
eine Vereinfachung der Betätigungseinrichtung und der zugehörigen Steuerung erreicht,
sondern hierdurch ist auch sichergestellt, daß sich das Sterilisationsrohr in der
unteren Hubstellung befindet, wenn aus diesem Rohr heißes Sterilisationsmedium austritt.
[0010] Während der Sterilisation tritt das Sterilisationsmedium an dem unteren Ende des
Sterilisationsrohres aus. Es sind aber auch Ausführungen denkbar, bei denen das in
den Behälter z.B. über einen Gaskanal zugeführte Sterilisationsmedium über das untere
Ende des Sterilisationsrohres aus dem Behälter abgeführt wird, wobei es hier dann
beispielsweise auch möglich ist, evt. anfallendes Kondensat oder Kondensatreste mit
dem Sterilisationsmedium über das Sterilisationsrohr abzuführen.
[0011] Weiterhin ist es bei der Erfindung auch möglich, daß Sterilisationsrohr mit einer
Quelle für einen Unterdruck zu verbinden, um so den Behälter über das Sterilisationsrohr
zu evakuieren, bevorzugt auch zum Entfernen von Flüssigkeit bzw. Kondensat. Mit der
Erfindung ist schließlich auch eine Steuerung in der Weise möglich, daß bereits in
der oberen Hubstellung aus dem Sterilisationsrohr heißes Sterilisationsmedium austritt,
womit insbesondere auch vor dem Ansetzen eines Behälters eine Behandlung derjenigen
Teile mit dem Sterilisationsmedium möglich ist, die mit dem Behälter im Bereich der
Behältermündung in Berührung kommen. Auch bei der Erfindung ist das Sterilisationsrohr
soweit in den jeweiligen Behälter eingeführt, daß der Behälterboden ausreichend mit
dem Sterilisationsmedium beaufschlagt wird.
[0012] Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0013] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- in vereinfachter Schnittdarstellung ein füllrohrloses Füllelement einer Gegendruck-Flaschenfüllmaschine
rotierender Bauart, zusammen mit dem Ringkessel der Füllmaschine sowie mit einer an
das Füllelement angesetzten Flasche;
- Fig. 2 - 4
- in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 weitere, mögliche Ausführungen der Erfindung;
- Fig. 5
- in Einzeldarstellung das untere Ende eines Sterilisationsrohres, zusammen mit einem
Ventilkörper.
[0014] In den Figuren ist 1 ein Ringkessel, der an einem ansonsten nicht dargestellten,
um eine vertikale Maschinenachse umlaufenden Rotor der Füllmaschine vorgesehen ist,
welche zum Füllen der Flaschen 2 mit einem kohlensäurehaltigen Getränk, beispielsweise
Bier, unter Gegendruck dient.
[0015] Am Umfang des Rotors bzw. Ringkessels 1 ist eine Vielzahl von Füllstellen gebildet,
von denen jede ein Füllelement 3 und unter diesem einen in vertikaler Richtung auf-
und abbewegbaren Flaschenträger aufweist. Die Füllelemente 3 sind am Umfang des Ringkessels
1 befestigt. Dieser bildet einen die vertikale Maschinenachse ringförmig umschließenden
Innenraum 4, der bis zu einem vorgegebenen Niveau N mit dem Getränk bzw. mit dem flüssigen
Füllgut gefüllt ist, so daß unterhalb des Niveaus N ein von dem flüssigen Füllgut
eingenommener Flüssigkeitsraum 4' und oberhalb des Niveaus ein Gasraum 4'' für ein
unter Druck stehenden Gas, beispielsweise Inert-Gas (z.B. CO2-Gas) gebildet ist.
[0016] Jedes Füllelement besitzt ein Gehäuse 5, in dessen unterem Teil ein Flüssigkeitskanal
6 ausgebildet ist, der mit seinem einen Ende mit dem Füllgutraum 4' in Verbindung
steht und an der Unterseite des Füllelementes 3 bzw. des Gehäuses 5 eine die vertikale
Füllelementachse FA konzentrisch umschließende ringförmige Abgabeöffnung 7 bildet.
Im Flüssigkeitskanal 6 ist das Flüssigkeitsventil 8 vorgesehen, welches in der Fig.
1 in seiner geöffneten Stellung dargestellt ist. Dieses Flüssigkeitsventil besteht
aus einem Ventilkörper 9, der durch nicht näher dargestellte Betätigungsmittel zum
Öffnen und Schließen um einen vorgegebenen Bewegungshub in Richtung der Achse FA bewegbar
ist und im geschlossenen Zustand des Flüssigkeitsventils 8 mit einer Ventilkörperfläche
gegen einen im Flüssigkeitskanal 6 gebildeten Ventilsitz anliegt. Mit 10 sind eine
Zentriertulpe und mit 11 ein die Abgabeöffnung 7 umschließende ringförmige Dichtung
bezeichnet, gegen die die in Dichtlage mit dem Füllelement 3 befindliche Flasche 2
mit ihrer Mündung 2' angepreßt anliegt.
[0017] Unterhalb des Innenraumes 4 ist im Ringkessel 1 ein ringförmiger, für sämtliche Füllelemente
3 gemeinsamer Restgaskanal 12 vorgesehen. Weiterhin ist am Ringkessel 1 oder an dem
diesen Ringkessel aufweisenden Rotor ein für alle Füllelemente 3 ebenfalls gemeinsamer
Versorgungskanal 13 für das Sterilisationsmedium, nämlich für Wasserdampf vorgesehen.
[0018] Jedes Füllelement 3 besitzt ein achsgleich mit der Achse FA angeordnetes Sterilisationsrohr
14, welches an seinem unteren Rohrende 14' offen ist und durch eine achsgleich mit
der Achse FA verlaufende Bohrung des Ventilkörpers 9 durch diesen hindurchgeführt
ist. Der Außendurchmesser des Sterilisationsrohres 14 und der Innendurchmesser der
genannten Bohrung sind so aufeinander abgestellt, daß sich innerhalb des Ventilkörpers
9 bzw. innerhalb einer einstückig mit diesem Ventilkörper hergestellten und sich nach
oben erstreckenden stößelartigen Verlängerung 9' ein Gas- oder Ringkanal 15 ergibt,
der an der Unterseite des Füllelementes 3 offen ist und von dem ringförmigen Abgabekanal
7 konzentrisch umschlossen wird. Durch eine an der Oberseite des Füllelementes 3 vorgesehene
Betätigungseinrichtung 16 ist das Sterilisationsrohr 14 in der Achse FA um einen vorgegebenen
Hub derart verschiebbar, daß das Rohrende 14' in der oberen Hubstellung niveaugleich
oder in etwa niveaugleich mit dem unteren Ende des Ventilkörpers 9 liegt, also in
das Füllelement 3 bzw. in den Ventilkörper 9 eingefahren ist und in der unteren, in
der Fig. 1 dargestellten Hubstellung soweit in die in das Füllelement 3 anliegende
Flasche 2 eingeführt ist, daß sich das Rohrende 14' in unmittelbarer Nähe der Innenfläche
des Bodens 2'' der Flasche 2 befindet, oder zumindest nur soweit vom Boden entfernt
ist, daß auch der Boden ausreichend mit dem Wasserdampf beaufschlagt wird.
[0019] Die Betätigungseinrichtung 16 ist von einem Zylinder 17 gebildet, in welchem ein
Kolben 18 in der Achse FA verschiebbar vorgesehen ist. Am Kolben 18 ist das obere,
offene Ende des Sterilisationsrohres 14 befestigt. Im Kolben 18 ist ein achsgleich
mit der Achse FA verlaufender Kanal 19 vorgesehen, über den das obere, offene Ende
des Sterilisationsrohres 14 mit der diesem Rohr abgewandten Seite des Kolbens 18 verbunden
ist.
[0020] Der dem Sterilisationsrohr 14 abgewandte Raum des Zylinders 17 oberhalb des Kolbens
18 mündet ein Kanal 21, der über ein für jedes Füllelement 3 gesondert vorgesehenes
und individuell steuerbares elektrisches Steuerventil 22 an den Versorgungskanal 13
angeschlossen ist.
[0021] Der unterhalb des Kolbens 18 vorgesehene Teil oder Raum des Zylinders 17 ist über
ein für jedes Füllelement 3 wiederum gesondert vorgesehenes, elektrisch betätigbares
Steuerventil 23 gesteuert mit einem Pneumatik-Druck einer Steuerdruckleitung 45 beaufschlagbar
bzw. zur Atmosphäre hin entlüftbar.
[0022] Weiterhin besitzt jedes Füllelement 3 drei individuell steuerbare Steuerventile 24
- 26, die einen Steuerblock bilden und verschiedene, teilweise im Gehäuse 5 des Füllelementes
und teilweise im Ringkessel 1 ausgebildete Kanäle steuern. Im einzelnen sind die Steuerventile
24 - 26 an folgende Kanäle angeschlossen:
Steuerventil 24:
[0023] Eingangsseitig an einen Verbindungskanal 27, der in einen zum Restgaskanal 12 führenden
Kanal 28 mündet, und
ausgangsseitig an einen Kanal 29, der an der Innenfläche des Zylinders 17 mündet und
bei in der unteren Hubstellung befindlichem Kolben 18 bzw. bei in der unteren Hubstellung
befindlichem Sterilisationsrohr 14 mit dem Kanal 19 in Verbindung steht.
Steuerventil 25:
[0024] Eingangsseitig mit einem an den Gasraum 4'' führenden Kanal 30 und ausgangsseitig
mit einem Kanal 31, der mit dem Gaskanal 15 verbunden ist.
Steuerventil 26:
[0025] Eingangsseitig mit dem Kanal 31 und ausgangsseitig mit dem Kanal 28.
[0026] Die Besonderheit des Füllelementes 3 besteht darin, daß bei in der oberen Hubstellung
befindlichem Sterilisationsrohr 14, bei der über das Steuerventil 23 der Kolben 18
an seiner Unterseite mit dem Steuerdruck beaufschlagt ist, durch Öffnen des Steuerventils
22 ein Dampfaustritt am Rohrende 14' und damit an der Unterseite des Füllelementes
3 möglich ist, um die dortigen Teile bzw. Flächen sowie auch die Flasche 2 beim Ansetzen
im Bereich ihrer Mündung 2' zu sterilisieren.
[0027] Nach dem Ansetzen der Flasche 2 wird das Sterilisationsrohr 14 in die Flasche 2 vollständig
eingefahren, so daß das Rohrende 14' in unmittelbarer Nähe der Innenfläche des Bodens
2''angeordnet ist. Für das Einfahren des Sterilisationsrohres 14 in die Flasche 2
wird der bei geöffnetem Steuerventil 22 auf die obere Fläche des Kolbens 18 einwirkende
Druck des Sterilisationsmediums bzw. Dampfes verwendet, wobei über das Steuerventil
23 eine gezielte bzw. gesteuerte Entlastung des unterhalb des Kolbens 18 gebildeten
Raumes des Zylinders 17 erfolgt. Durch den Querschnitt des Kolbens 18 im Vergleich
zum Querschnitt des Sterilisationsrohres 14 ist gewährleistet, daß das Sterilisationsmedium
einen genügend großen Druck auf die Oberseite des Kolbens 18 ausübt, obwohl dieses
Sterilisationsmedium ständig am unteren Rohrende 14' austritt.
[0028] Da sich das Rohrende 14' unmittelbar über der Innenfläche des Bodens 2'' befindet,
ergibt sich in der Flasche 2 ein Dampfstrom, der vom Rohrende 14' entlang des Bodens
2'' radial nach außen und im Anschluß daran axial nach oben verläuft, so daß sämtliche
Bereiche der Innenfläche der Flasche intensiv mit dem Sterilisationsmedium bzw. Dampf
behandelt werden, der zumindest während eines Teils einer Sterilisationsphase über
den Ringkanal 15 in den Restgaskanal zur Atmosphäre hin abgeführt wird.
[0029] Ein grundsätzlicher Vorteil besteht weiterhin auch darin, daß durch das einziehbare
Sterilisationsrohr 14 trotz einer optimalen Sterilisation für den Flaschenträger 20
nur ein kleiner Hub erforderlich ist und daß darüber hinaus das eingezogene Sterilisationsrohr
14 insbesondere beim Flascheneinlauf sowie beim Flaschenauslauf, aber auch in kritischen
Phasen des Füllvorgangs, beispielsweise während des Vorspannens der Flasche 2 auf
den Fülldruck, im eingezogenen Zustand geschützt ist. Im einzelnen ermöglicht das
Füllelement 3 folgende Arbeitsweise:
1. Ventil-Außenteile Bedämpfen
[0030] Beim Durchgang der Füllelemente 3 durch den zwischen dem Flaschenauslauf und Flascheneinlauf
der Füllmaschine gebildeten Verlustwinkel wird durch Öffnen des jeweiligen Steuerventils
22 bei in der oberen Hubstellung befindlichem Sterilisationsrohr 14 ein Dampfaustritt
am unteren Rohrende 14' bewirkt. Hierbei ist der untere Zylinderraum des Zylinders
17 mit dem Steuerdruck beaufschlagt.
2. Verdrängen der Luft aus der Flasche 2 mittels Dampf
[0031] Unmittelbar nach dem Anpressen der Flasche 2 an das Füllelement 3 wird durch erneutes
Öffnen des Steuerventils 22 ein voller Dampfstrom in den oberen Teil des Zylinders
17 eingeleitet. Gleichzeitig wird der untere Teilraum des Zylinders 17 über das Steuerventil
23 entlüftet, so daß sich das Sterilisationsrohr 14 aus der oberen Hubstellung nach
unten bewegt und zunehmend tiefer in die Flasche 2 eingeführt wird. Durch den am Rohrende
14' austretenden Dampf wird die Luft in der in Dichtlage mit dem Füllelement 3 befindlichen
Flasche 2 zunehmend aus dieser Flasche verdrängt und über den Ringkanal 15 und das
geöffnete Steuerventil 26 an den z.B. unter Atmosphärendruck stehenden Restgaskanal
12 abgeführt. Durch die Dampfströmung erfolgt eine optimale Sterilisation der Flasche
2 an ihren Innenflächen. Auch das Sterilisationsrohr 14 wird in diese Sterilisation
einbezogen, und zwar durch die Dampfströmung innen und außen.
3. Flasche 2 und Füllelement 3 unter Überdruck sterilisieren
[0032] Nach dem vollständigen Verdrängen der Luft aus der Flasche 2 wird das Steuerventil
26 geschlossen, so daß über das weiterhin geöffnete Steuerventil 22 und das Sterilisationsrohr
14 Dampf in die Flasche 2 eingeleitet wird, bis ein Druckausgleich mit dem Druck im
Versorgungskanal 13 erreicht ist.
4. Dampf mit Inert-Gas bzw. CO2 verdrängen
[0033] Nach Ablauf einer vorgegebenen Sterilisationszeit wird das Steuerventil 22 geschlossen.
Gleichzeitig wird über das wieder geöffnete Steuerventil 26 der Dampfüberdruck in
den Restgaskanal 12 abgeleitet. Unmittelbar danach werden die Steuerventile 24 und
25 geöffnet, so daß über die Kanäle 30 und 31 sowie über den Ringkanal 15 Inertgas
aus dem Gasraum 4'' in die Flasche 2 gelangt und hierbei der Restdampf über das Sterilisationsrohr
14, den Kanal 29, den Verbindungskanal 27 und den Kanal 28 zum Restgaskanal 12 verdrängt
wird. Dadurch, daß das Rohrende 14' unmittelbar an der Innenfläche des Bodens 2''
vorgesehen ist, können bei diesem Verdrängen auch Kondensatreste aus der Flasche 2
entfernt werden.
5. Flasche 2 Vorspannen
[0034] Für dieses Vorspannen wird das Ventil 24 geschlossen, so daß über das geöffnete Ventil
25 und die Kanäle 30 und 31 das Vorspannen erfolgen kann. Für das Vorspannen der Flasche
2 ist durch entsprechende Betätigung des Steuerventils 23 das Sterilisationsrohr 14
in seine obere Hubstellung bewegt, so daß dieses Rohr komplett in das Füllelement
3 eingefahren und damit auch gegen Scherben evtl. platzender Glasflaschen geschützt
ist.
[0035] Im Anschluß daran erfolgt dann beispielsweise in den üblichen Verfahrensschritten
das Füllen der Flasche 2 (durch Öffnen des Flüssigkeitsventils 8 sowie das Entlasten
und Abziehen der gefüllten Flasche). Das Füllen umfaßt dabei vorzugsweise mehrere
Phasen, und zwar eine Langsamfüllphase, eine Schnellfüllphase und eine daran anschließende
Langsamfüllphase.
[0036] Während des Füllens befindet sich das Sterilisationsrohr 14 ebenfalls in der oberen
Hubstellung. Da das Füllelement 3 somit keine Elemente aufweist, die während des Füllens
in das Innere der Flasche 2 hineinragen und als füllhöhen-bestimmendes Glied oder
Sonde verwendet werden könnten, ist für jedes Füllelement 3 ein magnetischer induktiver
Durchflußmesser 32 (MID) vorgesehen, der ein der Durchflußmenge, d.h. der jeweiligen
Flasche 2 bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 8 zufließenden Menge entsprechendes Signal
an eine Steuereinrichtung liefert, die dann, wenn die gemessene Menge bzw. Volumengröße
einem vorgegebenen Wert entspricht, ein das Schließen des Flüssigkeitsventil 8 bewirkendes
Signal liefert.
[0037] Bei der beschriebenen Ausbildung der Betätigungseinrichtung 16 ist es möglich, das
Sterilisationsrohr 14 so auszubilden, daß es in seiner unteren Hubstellung mit dem
unteren Rohrende 14' auf den Boden bei 2' aufsteht, und zwar derart, daß gleichzeitig
der Dampfaustritt möglich ist. Hierzu ist das Sterilisationsrohr 14 am Rohrende 14'
bzw. am dortigen Rand beispielsweise mit Einkerbungen oder Ausnehmungen derart versehen,
daß hierdurch am unteren Rohrende Vorsprünge und zwischen diesen zur Rohrinnenseite,
Rohraußenseite und Rohrunterseite hin offene Ausnehmungen gebildet sind. Steht das
Sterilisationsrohr 14 mit dem Rohrende 14' in der unteren Hubstellung auf dem Boden
2'' der Flasche 2 auf, so lassen sich unabhängig von Toleranzen der Flaschen 2 jeweils
im wesentlichen gleiche Verhältnisse bei der Behandlung dieser Flaschen erreichen.
[0038] Änderungen sowie Abwandlungen der vorbeschriebenen Verfahrensweise sind möglich.
So ist es beispielsweise möglich, mit dem über das Sterilisationsrohr 14 zugeleiteten
Dampf lediglich die Luft aus der jeweiligen Flasche 2 zu verdrängen, ohne daß die
Flasche 2 anschließend noch mit dem Dampfdruck des Versorgungskanales 13 beaufschlagt
wird.
[0039] Die CIP-Reinigung der Füllelemente 3 wird bevorzugt so ausgeführt, daß hierbei der
obere Teilraum des Zylinders 17 über dem Kolben 18 mit dem unter Druck stehenden CIP-Medien
beaufschlagt wird, und zwar bei über das Steuerventil 23 entlüftetem unteren Zylinderraum.
Das Sterilisationsrohr 14 ist hierdurch in die untere Hubstellung bewegt und reicht
auf seiner gesamten Länge in die bei der CIP-Reinigung an das Füllelement angesetzten
Spülhülse hinein, so daß das Sterilisationsrohr 14 auf seiner gesamten Länge innen
und außen in die CIP-Reinigung mit einbezogen werden kann.
[0040] Die Fig. 2 zeigt ein Füllelement 3a, welches sich von dem Füllelement 3 im wesentlichen
nur durch die nachfolgend angesprochenen Merkmale unterscheidet, ansonsten aber dem
Füllelement 3 entspricht, so daß für alle dem Füllelement 3 entsprechenden Elemente
in der Fig. 2 wiederum die gleichen Bezugsziffern wie in der Fig. 1 verwendet sind,
was im übrigen auch für die nachfolgend noch beschriebenen Füllelemente 3b und 3c
der Figuren 3 und 4 gilt.
[0041] Das Füllelement 3a unterscheidet sich von dem Füllelement 3 zunächst dadurch, daß
die Betätigungseinrichtung 16a anstelle des Kolbens 18 einen Kolben 18a mit einem
Kanal 19a aufweist, der mit dem oberen Ende des Sterilisationsrohres 14 in Verbindung
steht und lediglich an der Umfangsfläche des Kolbens 18a offen ist, und zwar derart,
daß in der unteren Hubstellung des Sterilisationsrohres 14 der Kanal 19a mit einem
im Zylinder 17 ausgebildeten und an ein weiteres Steuerventil 33 führenden Kanal 34
in Verbindung steht.
[0042] Weiterhin ist beim Füllelement 3a anstelle des Kanales 29 ein Kanal 35 vorgesehen,
der das Ventil 24 ausgangsseitig mit dem Kanal 21 verbindet.
[0043] Anstelle des Verbindungkanales 27 ist schließlich ein Verbindungskanal 36 vorgesehen,
der das Ventil 24 eingangsseitig mit dem Kanal 31 verbindet.
[0044] Ein wesentlicher Unterschied der Arbeitsweise des Füllelementes 3a gegenüber dem
Füllelement 3 besteht darin, daß für die Dampfbehandlung bei geöffneten Steuerventilen
22, 24 und 33 ein Dampfstrom aus dem Versorgungskanal 13 über den Ringkanal 15 in
die Flasche 2 und aus dieser Flasche zurück über das in seiner untersten Hubstellung
befindliche Sterilisationsrohr 14, die Kanäle 19a und 34 und das Steuerventil 33 beispielsweise
in den Restgaskanal 12 oder in einen zusätzlichen Sammelkanal möglich ist.
[0045] Die Fig. 3 zeigt das Füllelement 3b und unterscheidet sich von dem Füllelement 3
im wesentlichen durch die nachfolgend angegebenen Maßnahmen:
[0046] Der Kolben 18b der Betätigungseinrichtung 16b besitzt einen Kanal 19b, der wiederum
in das Sterilisationsrohr 14 mündet, an der Oberseite des Kolbens 18b offen ist und
zwar radial gegenüber der Achse FA versetzt. Anstelle des Kanales 29 ist ein Kanal
37 vorgesehen, der mit dem Steuerventil 24 ausgangsseitig verbunden ist und am oberen
Ende des Zylinders 17 in den oberen Zylinderraum mündet. Beim Füllelement 3b ist weiterhin
der Verbindungskanal 27 entfallen und das Steuerventil 24 eingangsseitig ebenfalls
mit dem Kanal 30 verbunden. Weiterhin ist beim Steuerventil 3b am Kolben eine nach
oben wegstehende Stange 38 vorgesehen die an der Oberseite des Zylinders 17 geführt
ist, also eine zusätzliche Führung auch für das Sterilisationsrohr 14 bildet. Die
Stange 38 besitzt einen axialen Kanal 39, der an der Oberseite der Stange offen ist
und mit einem Ringkanal 40 in Verbindung steht, welcher am Umfang des Kolbens 18b
zwischen einer oberen und einer unteren Dichtung 41 vorgesehen ist. Über die Kanäle
40 und 39 können Druckluft- oder Dampfreste abgeführt werden.
[0047] Schließlich ist bei der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsform noch ein für sämtliche
Füllelemente 3b gemeinsamer Vakuum-Kanal 42 vorgesehen, an den jedes Füllelement 3b
über ein Steuerventil 43 angeschlossen ist, und zwar über den Kanal 21.
[0048] Durch den zusätzlichen Anschluß an den Vakuum-Kanal 42 ist eine Vakuum-Behandlung
der Flasche 2 möglich. Weiterhin ist beim Füllelement 3b ein Spülen der Flasche 2
über das Sterilisationsrohr 14 möglich, wobei dieses Rohr durch den Druck des zum
Spülen verwendeten Inert-Gases bzw. CO₂-Gases, welches aus dem Gasraum 4' über das
geöffnete Steuerventil 24 und den Kanal 37 im oberen Zylinderraum des Zylinders 17
zugeführt wird, in die untere Hubstellung bewegt und dort gehalten wird.
[0049] Fig. 4 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform das Füllelement 3c, welches sich
von dem Füllelement 3 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß zusätzlich zu
dem Versorgungskanal 13 für Dampf auch der Vakuum-Kanal 42 vorgesehen ist, so daß
durch entsprechendes Ansteuern der Steuerventile 22 und 43 der Kanal 21 wahlweise
an den Versorgungkanal 13 oder an den Vakuum-Kanal 42 geschaltet werden kann.
[0050] Der Kanal 21 mündet beim Füllelement 3c nicht in den oberen Zylinderraum des Zylinders
17, sondern in einen in diesen Zylinder ausgebildeten Kanal 44, der bei in der unteren
Hubstellung befindlichem Kolben 18c der Betätigungseinrichtung 16c bzw. Sterilisationsrohr
14 in den im Kolben 18c vorgesehenen Kanal 19c mündet, der mit dem Sterilisationsrohr
14 ständig in Verbindung steht und in der unteren Hubstellung auch mit dem Kanal 29.
Zusätzlich zu dem Steuerventil 23 ist ein Steuerventil 23' vorgesehen, die beide an
die Steuerdruck- bzw. Druckluftleitung 45 angeschlossen sind und von denen das Steuerventil
23' den oberen und das Steuerventil 23 weiterhin den unteren Zylinderraum des Zylinders
17 steuert. Bei dem Füllelement 3c wird somit der Hub des Sterilisationsrohres 14
in beiden Richtungen durch das Steuerdruckmedium (Druckluft) bewirkt. Hierdurch werden
die Zylinderräume der Betätigungseinrichtung 16c völlig freigehalten von solchen Medien,
die auch in die jeweilige Flasche 2 gelangen bzw. zur Behandlung dieser Flasche dienen,
allerdings unter Inkaufnahme des zusätzlichen Steuerventils 23'.
[0051] Mit dem Füllelement 3c sind die oben in Zusammenhang mit dem Füllelement 3 beschriebenen
Verfahrensweisen möglich, zusätzlich aber insbesondere auch unter Verwendung des Vakuums
im Vakuum-Kanal 42 ein Absaugen von Kondensat über das Sterilisationsrohr 14. Für
diesen Zweck befindet sich das Sterilisationsrohr 14 in der unteren Hubstellung, d.h.
über das Steuerventil 23' ist der obere Zylinderraum des Zylinders 17 mit dem Steuerdruck
beaufschlagt und der untere Zylinderraum über das Steuerventil 23 entlüftet. Bei geschlossenen
Steuerventilen 22, 24, 25 und 26 und geöffenten Steuerventilen 43 erfolgt das Absaugen
des Kondensats.
[0052] Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht
sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch
der die Erfindung tragende Gedanke verlassen wird. So ist es grundsätzlich auch möglich,
das Sterilisationsrohr 14 durch eine andere Betätigungseinrichtung, beispielsweise
durch eine Steuerkurve in der Achse FA zu bewegen, wobei die Steuereinrichtung dann
vorzugsweise so ausgebildet ist, daß mittels der Steuerkurve nur eine Bewegung in
einer Richtung erzeugt wird, während die Bewegung in der anderen Richtung durch Federmittel
oder durch einen als Feder wirkenden Luftzylinder oder dergl. Luftfeder bewirkt wird,
und zwar vorzugsweise die Abwärtsbewegung.
[0053] Als weitere mögliche Ausführungsform zeigt Fig. 5 ein Sterilisationsrohr 14a, welches
an seinem unteren Ende 14a' mit einem Kopf bzw. Ventilkörper 46 versehen ist. Dieser
wirkt mit einem beispielsweise von einem O-Ring 47 gebildeten Ventilsitz zusammen,
der am Ventilkörper 9 im Bereich des unteren, offenen Endes des Ringkanale 15 vorgesehen
ist. In der oberen Hubstellung des Sterilisationsrohres 14a liegt der Ventilkörper
46 gegen den O-Ring an und verschließt dadurch den Ringkanal 15. Das Sterilisationsrohr
14a hat somit gleichzeitig die Funktion eines Steuerventils. Hierdurch kann das Steuerventil
26 bei den Füllelementen 3, 3a, 3b und 3c entfallen, wobei dann allerdings der Kanal
28 direkt mit dem Kanal 31 verbunden ist.
[0054] Bei dem Füllelement 3b der Fig. 3 ist die Stange 38 vorzugsweise einstückig mit dem
Sterilisationsrohr 14 von einer Länge eines Rohrprofils gebildet, wobei der Innenraum
dieses Rohrprofils im Bereich des Kolbens 18b verschlossen ist, so daß sich das Sterilisationsrohr
14 und der von diesem Rohr getrennte Kanal 39 ergeben.
[0055] Abweichend von den vorbeschriebenen Ausführungsformen können anstelle der Durchflußmesser
32 auch andere die Füllmenge oder die Füllhöhe bestimmende Elemente verwendet werden,
z.B. Licht- oder Ultraschall-Sensoren, die den Spiegel des flüssigen Füllgutes im
Behälter über einen Rückgasweg oder das Sterilisationsrohr abtasten. Weiterhin kann
das Sterilisationsrohr als die Füllhöhe bestimmendes Element ausgebildet sein, und
zwar vorzugsweise mit einem Licht- oder Ultraschall-Sensor. Schließlich sind auch
Wiegeeinrichtungen für die Flaschen 2, die z.B. Glas- oder Kunststoff-Flaschen sind,
möglich.
[0056] Bei entsprechender Ausbildung kann das erfindungsgemäße Füllelement auch zum Füllen
von Dosen verwendet werden.
Bezugszeichenliste
[0057]
- 1
- Ringkessel
- 2
- Flasche
- 2, 2'
- Mündung
- 2''
- Boden
- 3, 3a, 3b, 3c
- Füllelement
- 4
- Kesselinnenraum
- 4'
- Füllgutraum
- 4''
- Gasraum
- 5
- Gehäuse
- 6
- Flüssigkeitskanal
- 7
- Abgabeöffnung
- 8
- Flüssigkeitsventil
- 9
- Ventilkörper
- 9'
- Verlängerung
- 10
- Zentriertulpe
- 11
- Dichtung
- 12
- Restgaskanal
- 13
- Versorgungskanal
- 14, 14a
- Sterilisationsrohr
- 14', 14a'
- Rohrende
- 15
- Ringkanal
- 16, 16a, 16b, 16c
- Betätigungseinrichtung
- 17
- Zylinder
- 18, 18a, 18b, 18c
- Kolben
- 19, 19a, 19b, 19c
- Kanal
- 21
- Kanal
- 22
- Steuerventil
- 23, 23'
- Steuerventil
- 24 - 26
- Steuerventil
- 27
- Verbindungskanal
- 28 - 31
- Kanal
- 32
- Durchflußmesser
- 33
- Steuerventil
- 34, 35
- Kanal
- 36
- Verbindungskanal
- 37,
- Kanal
- 38
- Stange
- 39
- Kanal
- 40
- Ringkanal
- 41
- Kolbendichtung
- 42
- Vakuum-Kanal
- 43
- Steuerventil
- 44
- Kanal
- 45
- Steuerdruckleitung
- 46
- Ventilkörper
- 47
- O-Ring
1. Füllelement für Füllmaschinen zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen (2)
oder dergl. Behälter, mit einem ein Flüssigkeitsventil (8) aufweisenden und eine Abgabeöffnung
(7) bildenden Flüssigkeitskanal (6), über den dem jeweiligen, an das Füllelement (3,
3a - 3c) angesetzten Behälter (2) in einer Füllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil
(8) das flüssige Füllgut zufließt, mit einem Rohr (14, 14a), welches in den jeweiligen,
an das Füllelement angesetzten Behälter (2) mit einer Rohrlänge hineinragt, sowie
mit einer an eine Quelle (13) für ein Sterilisationsmedium, vorzugsweise für Wasserdampf,
anschließbare Sterilisationsmedium-Verbindung, die mittels erster Steuermittel (22)
steuerbar ist, und zwar für eine Behandlung des Innenraumes des Behälters mit dem
das Rohr (14, 14a) durchströmenden Sterilisationsmedium in einer Sterilisationsphase,
wobei das Rohr (14, 14a) so tief mit wenigstens einer im Bereich des unteren Endes
(14', 14a') der Rohrlänge gebildeten Öffnung im Behälter (2) angeordnet ist, daß auch
der Bereich eines der Behälteröffnung (2') gegenüberliegenden Behälterbodens (2'')
mit dem Sterilisationsmedium beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllelement ein füllrohrloses Füllelement oder ein solches mit kurzem Füllrohr
und das Rohr ein Sterilisationsrohr (14, 14a) sind, welches von einer Betätigungseinrichtung
(16, 16a - 16c) in Richtung der Füllelementachse (FA) zwischen einer unteren Hubstellung,
in der das Sterilisationsrohr (14, 14a) mit der Rohrlänge über die Unterseite des
Füllelementes (3, 3a - 3c) vorsteht und einer oberen Hubstellung bewegbar ist, in
der das Sterilisationsrohr (14, 14a) zumindest mit einem Teil der Rohrlänge in das
Füllelement (3, 3a - 3c) eingezogen ist.
2. Füllelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (14', 14a')
der Rohrlänge bzw. des Sterilisationsrohres (14, 14a) sich in der oberen Hubstellung
im Bereich der Abgabeöffnung (7) und/oder im Bereich eines die Abgabeöffnung (7) umschließenden
Anlage- oder Dichtungselement (11) für die Mündung (2') des Behälters (2) und/oder
im Bereich eines Zentrierelementes (10) für den Behälter (2) befindet.
3. Füllelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabeöffnung
(7) gegenüber der Achse des Sterilisationsrohres (14, 14a) radial versetzt ist, vorzugsweise
das Sterilisationsrohr (14, 14a) bzw. dessen Achse konzentrisch umschließt.
4. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 3, gekennzeichnet durch wenigstens einen
an der Unterseite des Füllelementes offenen und bei an das Füllelement angesetztem
Behälter (2) in den Innenraum dieses Behälters mündenden Gaskanal (15) zum Zuführen
und/oder Abführen des Sterilisationsmediums in den bzw. aus dem an das Füllelement
angesetzten Behälter (2).
5. Füllelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskanal ein Ringkanal
(15) ist, der die Achse des Sterilisationsrohres (14, 14a) oder das Sterilisationsrohr
(14, 14a) ringförmig umschließt und seinerseits von der Abgabeöffnung (7) und/oder
dem Flüssigkeitskanal (6) ringförmig umschlossen ist.
6. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsventil
(8) einen in einer Füllelementachse (FA) um einen vorgegebenen Hub bewegbaren Ventilkörper
(9) aufweist, und daß das Sterilisationsrohr (14, 14a) durch eine Öffnung dieses Ventilkörpers
(9) hindurchgeführt und relativ zum Ventilkörper (9) bewegbar ist.
7. Füllelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (9) am unteren
Ende eines Ventilstößels oder einer stößelartigen Verlängerung (9') vorgesehen ist,
und daß das Sterilisationsrohr (14, 14a) durch eine Öffnung des Ventilkörpers und
des stößelartigen Elementes (9') hindurchgeführt ist, und zwar vorzugsweise derart,
daß zwischen der Außenfläche des Sterilisationsrohres (14, 14a) und der Innenfläche
der Bohrung im Ventilkörper (9) und im Stößel (9') der Gaskanal (15) gebildet ist.
8. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 7, gekennzeichnet durch eine zweite Steuermittel
(43) aufweisende Vakuum-Verbindung, über die das Sterilisationsrohr (14, 14a) an eine
Unterdruckquelle (42) anschließbar ist.
9. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung
(16, 16a - 16c) eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit wenigstens einem Zylinder (17)
und einem in diesem verschiebbaren Kolben (18, 18a - 18c) ist, der im Inneren des
Zylinders (17) wenigstens einen Zylinderraum begrenzt, der für die Hubbewegung des
Sterilisationsrohres (14, 14a) mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, und daß das
Sterilisationsrohr (14, 14a) vom Kolben (18, 18a - 18c) nach unten wegsteht.
10. Füllelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Zylinderraum
über Steuermittel, vorzugsweise über die ersten Steuermittel (22) für eine Bewegung
des Sterilisationsrohres (14, 14a) in die untere Hubstellung mit dem Druck des Sterilisationsmediums
beaufschlagbar ist.
11. Füllelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Zylinderraum
Teil der Sterilisationsmedium-Verbindung ist.
12. Füllelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben (18, 18b) ein
Kanal (19, 19b) ausgebildet ist, der das Innere des Sterilisationsrohres (14, 14a)
mit dem wenigstens einen Zylinderraum verbindet.
13. Füllelement nach einem der Ansprüche 9 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig
vom Kolben (18, 18a - 18c) jeweils ein mit einem Druckmedium beaufschlagbarer Zylinderraum
gebildet ist, und daß wenigstens einer dieser Zylinderräume über wenigstens ein Druckmedium-Steuerventil,
vorzugsweise über ein Druckluft-Steuerventil (23, 23'), für die Hubbewegung des Sterilisationsrohres
(14, 14a) steuerbar ist.
14. Füllelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der untere, der
Unterseite des Füllelementes zugewandte und die Bewegung des Sterilisationsrohres
(14, 14a) in die obere Hubstellung bewirkende Zylinderraum über das Druckmedium-Steuerventil
(23) steuerbar ist.
15. Füllelement nach einem der Ansprüche 9 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung
als Luft- bzw. Gasfeder ausgebildet ist.
16. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben
(18a, 18c) ein Kanal (19a, 19c) gebildet ist, der einerseits mit dem Sterilisationsrohr
(14) in Verbindung steht und in wenigstens einer Hubstellung des Kolbens bzw. des
Sterilisationsrohres (14, 14a) auch mit einem zumindest teilweise im Zylinder (17)
ausgebildeten Kanal (29, 34, 44) in Verbindung steht.
17. Füllelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (19a, 19c) im
Kolben (18a, 18c) an der Umfangsfläche des Kolbens eine Öffnung aufweist, die in der
einen Hubstellung deckungsgleich mit einer Öffnung des zumindest teilweise im Zylinder
(17) ausgebildeten Kanal (29, 34, 44) liegt.
18. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Sterilisationsrohr
(14a) ein Element (46) eines Ventiles bildet, welches in der oberen Hubstellung den
Gaskanal (15) verschließt.
19. Füllelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Sterilisationsrohr (14a)
an seinem unteren Ende (14a') einen Ventilkörper (46) bildet, der in der oberen Hubstellung
des Sterilisationsrohres mit einem Ventilsitz (47) zur Anlage kommt und dadurch den
Gaskanal (15) verschließt.
20. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement
(16, 16a -16c) sowie die Sterilisationsmedium-Verbindung bzw. die dortigen ersten
Steuermittel (22) derart steuerbar sind, daß bereits beim Bewegen des Sterilisationsrohres
(14, 14a) aus der oberen Hubstellung in die untere Hubstellung das Sterilisationsmedium
aus dem Sterilisationsrohr (14, 14a) austritt.
21. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement
(16, 16a -16c) derart gesteuert ist, daß sich das Sterilisationsrohr (14, 14a) während
der Füllphase bzw. bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (8), vorzugsweise auch während
einer der Füllphase vorausgehenden Vorspannphase, in der oberen Hubstellung befindet.
22. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung
des dem jeweiligen Behälter (2) während der Füllphase zufließenden Volumens an Füllgut
im Flüssigkeitskanal (6) oder in einer an diesen Flüssigkeitskanal führenden Füllgut-Verbindung
mindestens ein Durchflußmesser (32) vorgesehen ist.
23. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 22, dadurch gekennzeichnet, daß in der unteren
Hubstellung des Sterilisationsrohres (14, 14a) das untere Ende (14', 14a') dem Behälterboden
(2'') unmittelbar benachbart liegt.