Füllelement für Füllmaschinen zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen oder dgl. Behälter

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement (3), vorzugsweise auf füllrohrloses Füllelement oder ein Füllelement mit kurzem Füllrohr für Füllmaschinen zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen (2) oder dergl. Behälter. Das Füllelement (3) besitzt eine zwischen einer oberen und einer unteren Hubstellung bewegbares Funktionselement (14). Die Bewegung erfolgt mittels des Drucks wenigstens eines Betriebsmediums, mit welchem auch die Behälter (2) in der Füllphase und/oder in wenigstens einer dieser vorausgehenden oder nachfolgenden Behandlungsphase beaufschlagt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß Oberbegriff patentanspruch 1.

[0002] Füllelemente sind in verschiedenter Ausführung bekannt, insbesondere auch in einer Ausführung, bei der ein Funktionselement in Form eines die Füllhöhe bestimmenden Saugrohres durch eine Betätigungseinrichtung in einer vertikalen Füllelementachse zwischen einer oberen Hubstellung und einer unteren Hubstellung bewegbar ist, wobei diese Bewegung gesteuert in Abhängigkeit von dem jeweiligen Arbeitszustand erfolgt, in dem sich das Füllelement gerade befindet.

[0003] Im bekannten Fall ist für jedes Füllelement bzw. für das dortige Funktionselement als Betätigungseinrichtung ein mit einer Kurvenrolle versehenes und mit einer Hubkurve zusammenwirkendes Hubgestänge verwendet.

[0004] Bekannt ist auch ein Füllelement (DE-OS 38 09 852), das 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.

[0005] 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.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen, bei dem ein Funktionselement in besonders einfacher Weise gesteuert in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand des Füllelementes zwischen einer oberen und einer unteren Hubposition bewegbar ist.

[0007] Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.

[0008] Bei der Erfindung erfolgt die Auf- und Abbewegung des Funktionselementes, welches beispielsweise ein die Füllhöhe bestimmendes Element (z.B. eine Sonde) oder ein Sterilisationsrohr ist, durch wenigstes ein gasförmiges Betriebsmedium, mit welchem auch die Behälter beim Füllen beaufschlagt werden. Dieses Betriebsmedium ist beispielsweise ein inertes Druckgas und/oder ein Sterilisationsmedium und/oder ein Vakuum- oder Unterdruck.

[0009] Durch die Verwendung des Betriebsmediums für die Bewegung des Funktionselementes ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, für die Steuerung dieser Hubbewegung gleichzeitig die jenigen Steuermittel zu verwenden, die auch für die gesteuerte Beaufschlagung der Behälter mit dem jeweiligen Betriebsmedium am Füllelement vorgesehen sind. Hierdurch ergibt u.a. sich eine besonders einfache Konstruktion und eine vereinfachte Ansteuerung für die Steuermittel.

[0010] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht unter anderen auch darin, daß zusätzlich zu den beim Füllen verwendeten und benötigten Betriebsmedien keine weiteren Steuer- und Antriebsmedien für die Hubbewegung des Funktionselementes erforderlich sind.

[0011] Das erfindungsgemäße Füllelement ist bevorzugt 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.

[0012] Ist das Funktionselement ein Sterilisationsrohr, so wird dieses dann, wenn eine Behandlung des jeweiligen Behälters mit dem Sterilisationsmedium vorgesehen ist, beim Ansetzen oder nach dem Ansetzen des Behälters 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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. 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.

[0016] Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0017] 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;

Fig. 6 und 7

in ähnlicher Darstellung wie Figur 1 weitere mögliche Ausführungsformen der Erfindung.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] 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.

[0024] 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.

[0025] 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.

[0026] 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:

[0027] 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:

[0028] 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:

[0029] Eingangsseitig mit dem Kanal 31 und ausgangsseitig mit dem Kanal 28.

[0030] 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.

[0031] 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.

[0032] 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.

[0033] 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

[0034] 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

[0035] 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.

[0036] 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

[0037] 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

[0038] 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

[0039] 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.

[0040] 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.

[0041] 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.

[0042] 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.

[0043] 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.

[0044] 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.

[0045] 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.

[0046] 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.

[0047] Weiterhin ist beim Füllelement 3a anstelle des Kanales 29 ein Kanal 35 vorgesehen, der das Ventil 24 ausgangsseitig mit dem Kanal 21 verbindet.

[0048] Anstelle des Verbindungkanales 27 ist schließlich ein Verbindungskanal 36 vorgesehen, der das Ventil 24 eingangsseitig mit dem Kanal 31 verbindet.

[0049] 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.

[0050] Die Fig. 3 zeigt das Füllelement 3b und unterscheidet sich von dem Füllelement 3 im wesentlichen durch die nachfolgend angegebenen Maßnahmen:
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.

[0051] 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.

[0052] 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.

[0053] 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.

[0054] 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'.

[0055] 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.

[0056] 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.

[0057] 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.

[0058] 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.

[0059] Figur 6 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllelement 3d, welches sich von dem Füllelement 3 der Figur 1 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß eine Behandlung der Flaschen 2 mit dem Sterilisationsmedium (Wasserdampf) nicht vorgesehen ist und dem entsprechend anstelle des Sterilisationsrohres 14 eine in Richtung der Füllelementachse FA axial verschiebbare Füllhöhen bestimmende Sonde 48 verwendet ist.

[0060] In der Figur 6 sind diejenigen Elemente, die von ihrer Funktion her Elementen der Figur 1 entsprechen, wiederum mit den gleiche Bezugsziffern wie in der Figur 1 bezeichnet. In diesem Sinne bestitzt das Füllelement 3d ein Gehäuse 5, welches an der Außenfläche des Ringkessels 1 befestigt ist und in welchem unter anderem der Flüssigkeitskanal 6 mit dem vom Ventilkörper 9 gebildeten Flüssigkeitsventil 8 vorgesehen sind.

[0061] Der Ventilkörper 9 besitzt zusätzlich zu der sich nach oben erstreckenden rohr- oder stößelartigen Verlängerung 9' auch eine untere rohrartige Verlängerung 9'', die bei einer mit ihrer Mündung 2' über die Dichtung 11 der Zentriertulpe 10 in Dichtlage mit dem Füllelement 3d befindlichen Flasche 2 mit einer kurzen Länge durch diese Mündung 2' in die Flasche hineinreicht. Zwischen der Außenfläche und der Innenfläche des Ventilkörpers 9 und den Verlängerungen 9' und 9'' ist ein dem Ringkanal entsprechender Ringkanal 49 gebildet, der an dem unteren Ende der Verlängerung 9'' offen ist und oben in einen Raum 50' des Kanales 50 mündet, der ebenso wie die Kanäle 51 - 55 teilweise im Gehäuse 5 und teilweise im Ringkessel 1 ausgebildet sind.

[0062] Weiterhin besitzt das Füllelement 3d drei individuell steuerbare Steuerventile 56, 57 und 58 sowie eine Betätigungseinrichtung 16d, die von einem in einem Zylinder 59 in Richtung der Füllelementachse FA auf- und abbewegbaren Kolben 18d gebildet ist. Mit der Betätigungseinrichtung 16d ist die Sonde 48 zwischen einer in der Figur 6 abgesenkten Arbeitsstellung (unter Hubstellung), in der die Sonde 48 über das untere Ende der Verlängerung 9'' vorsteht und mit ihrer unteren, den aktiven Teil der Sonde bildenden Sondenspitze 48' durch die Mündung 2' in das Innere der Flasche hineinreicht, und einer angehobenen Ruhestellung (obere Hubstellung) bewegbar ist, in der die Sondenspitze 48' von der Verlängerung 9'' aufgenommen und durch diese geschützt ist. Für die Bewegung ist die Sonde 48 im Bereich ihres oberen Endes an der Ober- und Unterseite des Zylinders 49 verschiebbar geführt. Der Kolben 18d ist fest auf der Sonde 48 vorgesehen.

[0063] Die Kanäle 50 - 55 und die Steuerventile 56 - 58 sind, wie folgt, angeschlossen:

Steuerventil 56:

[0064] Eingangsseitig an den mit dem Raum 50' und dem Ringkanal 49 in Verbindung stehenden Kanal 50 und
ausgangsseitig an der Kanal 51, der in den Gasraum 4'' mündet.

Steuerventil 57:

[0065] Eingangsseitig an den Kanal 54, der in einem unterhalb des Kolbens 18d gebildeten Druck- oder Zylinderraum 60 mündet und
ausgangsseitig an den Kanal 52, der mit dem Rückgas- bzw. Restgaskanal 12 in Verbindung steht.

Steuerventil 58:

[0066] Eingangsseitig an den Kanal 50 und
ausgangsseitig an den Kanal 53, der in einen für sämtliche Füllelemente 3d der Füllmaschine gemeinsamen und im Ringkessel 1 vorgesehenen Vakuum-Kanal 61 mündet.

[0067] Über den Kanal 55 besteht weiterhin eine Verbindung zwischen dem Kanal 50 und dem oberhalb des Kolbens 18d gebildeten Druck- oder Zylinderraum 62. Die Einmündungen der Kanäle 54 und 55 in die Druckräume 60 bzw. 62 befinden sich jeweils an der unteren bzw. oberen, diese Druckräume begrenzenden Wandung.

[0068] Im Kolben 18d sind eine die Druckräume 60 und 61 verbindende und mit einer Düse bzw. Drossel 63 versehene Öffnung 64 sowie eine, die Druckräume 60 und 62 ebenfalls verbindende und mit einem Rückschlagventil 65 versehene Öffnung 66 vorgesehen. Das Rückschlagventil 57 ist so ausgebildet, daß es einen Strömungsmittelfluß aus dem Zylinderraum 60 in den Zylinderraum 62 durch die Öffnung 66 zuläßt, einen Strömungsmittelfluß in umgekehrter Richtung aber sperrt.

[0069] Der grundsätzliche Vorteil des Füllelementes 3d besteht darin, daß die Bewegung der Sonde 48 zwischen der oberen Hubstellung und der unteren Hubstellung durch das Behandlungsmedium, nämlich durch das zum Vorspannen verwendete Inert-Gas erfolgt, und zwar gesteuert durch eines der ohnehin beim Füllen der Flaschen 2 notwendigen und damit vorhandenen Steuerventile, nämlich unter Verwendung des Steuerventils 56.

[0070] Im einzelnen ermöglicht das Füllelement 3d folgende Arbeitsweise, wobei in der nachfolgenden Beschreibung jeweils von dem geschlossenen Zustand der Steuerventile 56 - 58 ausgegangen wird, sofern in einem speziellen Verfahrensschritt nicht ausdrücklich auf den geöffneten Zustand eines Steuerventiles hingewiesen ist:

1. Vorevakuieren

[0071] Hierfür wird das Steuerventil 56 geöffnet. Die in Dichtlage mit dem Füllelement 3b angeordnete Flasche 2 wird mittels des Vakuum-Kanals 61 evakuiert. Hierbei stellt sich über den Kanal 55 ein Unterdruck auch im Zylinderraum 62 ein, durch den die Sende 48 in die obere Hubstellung bewegt wird, sofern diese Stellung nicht bereits vorliegt.

2. Zwischenspülen und Teilvorspannen.

[0072] Hierfür wird des Steuerventil 57 geöffnet, so daß Gas aus dem Rückgaskanal 12 über die Kanäle 52 und 54 in den Zylinderraum 60, von dort über das sich öffnende Rückschlagventil 65 auch in den Zylinderraum 62 und aus diesem über den Kanal 55 in den Ringkanal 49 gelangt, aus dem das Gas in die Flasche 2 eintritt. Da beide Druckräume 60 und 62 im wesentlichen mit dem gleichen Druck beaufschlagt sind, der Druck im Zylinderraum 60 aufgrund eines Druckabfalls in den Öffnungen 64 und 66 allenfalls größer ist, verbleiben der Kolben 18b und damit die Sonde 48 in der oberen Hubstellung.

3. Vorspannen und Schnellfüllen.

[0073] Für diesen Verfahrensschritt wird das Steuerventil 56 geöffnet, womit über die Kanäle 50, 51 und 55 der über dem Druck des Rückgaskanales 12 liegende Druck des Gasraumes 4'' im Zylinderraum 62 wirksam wird, wordurch der Kolben 8d und mit ihm die Sonde 48 in die untere Hubstellung bewegt werden.

[0074] Über das geöffnete Steuerventil 56, die Kanäle 50 und 51 sowie den Ringkanal 49 steht der Innenraum der Flasche 2 mit dem Gasraum 4'' in Verbindung, so daß einerseits das Vorspannen der Flaschen 2 mit dem Gas aus dem Gasraum 4'' erfolgt und andererseits (nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils 8) das beim Füllen aus der Flasche 2 verdrängte Gas an dem Gasraum 4'' zurückgeführt wird.

4. Brems- bzw. Langsamfüllen.

[0075] Hierfür wird das Steuerventil 57 geöffnet, so daß über den Ringkanal 49, den Kanal 55, den Zylinderraum 62, die Drossel 63, den Zylinderraum 60, den Kanal 54 und den Kanal 52 eine Verbindung zum Rückgaskanal 12 für das beim Füllen aus der Flasche 2 verdrängte Gas besteht. Die Füllgeschwindigkeit in dieser Langsamfüllphase ist durch die im Kolben 18d vorgesehene Drossel 63 bestimmt.

[0076] In dieser Phase des Füllvorganges ist der Druck im Zylinderraum 62 (Fülldruck) höher als der Druck im Zylinderraum 60 (Rückgasdruck), so daß die Sonde 48 in ihrer unteren Arbeitsstellung verbleibt.

5. Vorentlasten der Flasche

[0077] Nach dem Ansprechen der Sonde 48 wurde durch Schließen des Flüssigkeitventils 8 die eigentliche Füllphase beendet. Für das Vorentlasten bleibt das Steuerventil 57 geöffnet. Der Druck in der Flasche 2 wird dann langsam auf das Druckniveau des Rückgaskanales 12 abgebaut. Am Ende dieses Vorganges kommt es zu einem Druckausgleich zwischen den Druckräumen 60 und 62. Der Kolben 18d und die Sonde 48 verbleiben aber in der unteren Hubstellung.

6. Restentlasten

[0078] Durch kurzzeitiges Öffnen des Steuerventils 58 wird der noch in der Flasche 2 herrschende Überdruck auf Atmosphärendruck abgebaut. Hierfür besteht über den Ringkanal 49 und die Kanäle 50 und 53 eine Verbindung zum Vakuum-Kanal 61. Gleichzeitig wird über dem Kanal 55 auch der Druck in den Druckräumen 60 und 62 abgebaut.

[0079] Beim Abziehen der gefüllten Flasche 2 vom Füllelement 3d wird das Steuerventil 57 nochmals kurzzeitig geöffnet, so daß über die Kanäle 52 und 54 der Zylinderraum 60 mit dem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck des Rückgaskanales 12 beaufschlagt wird und somit der Kolben 18d und die Sonde 48 in ihre obere Hubstellung zurückbewegt werden, d.h. die Sonde wird mit ihrer Sondenspitze 48' aus der Flasche 2 herausbewegt und in die Verlängerung 9'' eingezogen.

[0080] Mit 67 ist eine Feder bezeichnet, die das Gewicht des Kolbens 18d und der Sonde 48 zumindest soweit ausgleicht, daß die Sonde 48 ohne Einwirkung eines Behandlungsmediums auf den Kolben 18d in jeder Hubstellung verbleibt. Zusätzlich hierzu oder anstelle hiervon dient die Feder 67 auch als elektrisches Verbindungs- oder Anschlußelement zwischen der Sonde 48 und einem gehäuseseitigen elektrischen Anschluß oder Leiter.

[0081] Das Füllelement 3d hat den Vorteil, daß für die Bewegung der Sonde 48 keine zusätzlichen Betriebsmedien (z.B. Druckluft, elektrischer Storm) erforderlich sind.

[0082] Für die vorgeschriebene Ausbildung ermöglicht auch eine einfache Reinigung des Füllelementes 3b und dabei insbesondere auch der Betätigungseinrichtung 16d, und zwar mit folgenden Reinigungsmethoden:

1. CIP-Vorlauf über den Rückgaskanal

[0083] In diesem Reinigungsschritt gelangt das flüssige Reinigungsmedium bei geöffnetem Steuerventil 57 aus dem Rückgaskanal 12 über die Kanäle 52 und 54 in den Zylinderraum 60 und von dort über die Drossel 63 sowie vor allem auch über das Rückschlagventil 65 in den Zylinderraum 62, von wo das Reinigungsmedium dann in den CIP-Rücklauf abfließen kann. Der Kolben 16d und die Sonde 48 befinden sich hierbei in der oberen Hubstellung und sind in dieser gehalten, da durch den Druckabfall in den Öffnungen 64 und 66 der Druck im Zylinderraum 60 größer ist als im Zylinderraum 62.

2. CIP-Vorlauf über den Kesselinnenraum 4

[0084] Das flüssige Reinigungsmedium gelangt hier aus dem Kesselinnenraum 4 über das geöffnete Flüssigkeitsventil 8 und eine Spülhülse, die nicht dargestellt ist, sich aber in gleicher Weise wie die Flasche 2 in Dichtlage mit dem Füllelement 3d befindet, in den Ringkanal 49 und von dort über den Kanal 50 und den Kanal 55 in den Zylinderraum 62. Durch den Druck des Reinigungsmediums werden der Kolben 18d und die Sonde 48 in die untere Stellung bewegt und dort gehalten. Das Reinigungsmedium fließt durch die Düse bzw. Drossel 63 in den Zylinderraum 60 und von dort weiter über den Kanal 54 und das geöffnete Steuerventil 57 in den Rückgaskanal 12.

[0085] Durch den CIP-Vorlauf über den Rückgaskanal 12 und über den Kesselinnenraum 4 werden somit beide Druckräume 60 und 62 in den Kreislauf der CIP-Reinigung eingeschlossen. Durch den Wechsel der Fließrichtung, mit der das Reinigungsmedium die Betätigungseinrichtung 16b durchströmt, wird auch erreicht, daß sämtliche Flächen des Zylinders 59 und auch des Kolbens 18d in den Reinigungsvorgang einbezogen sind.

[0086] Figur 7 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Figur 6 ein Füllelement 3e, welches sich von dem Füllelement 3d im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß die Kanäle 52, 53 und 54, die Steuerventile 57 und 58 sowie der Vakuum-Kanal 61 entfallen sind und anstelle des Kanales 53 ein Kanal 68 vorgesehen ist, der den Rückgaskanal 12 ständig mit dem Zylinderraum 60 verbindet, und zwar im Bereich der unteren Stirnfläche des Zylinders 59. Trotz der sehr einfachen Ausbildung und trotz der Verwendung nur eines einzigen Steuerventiles 56 ist neben dem üblichen Vorspannen, Schnellfüllen, Bremsfüllen, Vorentlasten und Restentlasten ein gesteuertes Auf- und Abbewegen der Sone 48 durch die Behandlungsmedien möglich, und zwar in Abhängigkeit von dem Steuerventil 56. Im einzelnen ergibt sich folgende Hubbewegung der Sonde 48 in den einzelenen Füllphasen:

1. Vorspannen:

[0087] Bis zum Anpressen einer Flasche 2 gegen das Füllelement 3e herrscht im Zylinderraum 60 der Druck des Rückgaskanales 12, so daß sich der Kolben 18d und die Sonde 48 in der oberen Hubstellung befindet.

[0088] Unmittelbar nach dem Anpressen einer Flasche 2 wird das Steuerventil 56 geöffnet, so daß zum Vorspannen über die Kanäle 50 und 51 und den Ringkanal 49 eine Verbindung zwischen dem Gasraum 4'' und dem Innenraum der Flasche 2 hergestellt ist. Gleichzeitig wird über dem Kanal 55 der Zylinderraum 62 mit dem im Vergleich zum Druck im Rückgaskanal 12 höheren Druck des Gasraumes 4'' beaufschlagt, so daß sich der Kolben 18d und die Sonde 48 in ihre untere Hubstellung bewegen und die Sonde 48 mit der Sondenspitze 48'' in die Flasche 2 eingeführt wird und dadurch ihre Meßposition einnimmt.

2. Schnellfüllen

[0089] Bei weiterhin geöffnetem Steuerventil 46 und geöffneten Flüssigkeitsventil 8 erfolgt das Schnellfüllen. Da der Zylinderraum 62 weiterhin mit dem Druck des Gasraumes 4'' beaufschlagt ist, verbleibt die Sonde 48 in der unteren Stellung.

3. Bremsfüllen

[0090] Zur Reduzierung der Füllgeschwindigkeit wird das Steuerventil 56 geschlossen, so daß das beim Füllen aus der Flasche 2 verdrängte Gas über den Ringkanal 49, den Kanal 55, den Zylinderraum 62, die Drossel 63, den Zylinderraum 60 und den Kanal 68 in den Rückgaskanal 12 abfließen kann. Da der Druck im Zylinderraum 62 weiterhin höher ist als im Zylinderraum 60 verbleibt die Sonde 48 in der unteren Hubstellung.

4. Vorentlasten

[0091] Nach dem Ansprechen der Sonde 48 wird das Flüssigkeitsventil 8 geschlossen. Unmittelbar nach dem Schließen des Flüssigkeitsventiles 8 baut sich der Druck in der Flasche 2 über die Düse 63 auf das Druckniveau des Rückgaskanales 12 ab.

[0092] Der Druck im Rückgaskanal 12 ist auf einen Überdruck beispielsweise zwischen 0,5 und 1,0 bar eingestellt. Am Ende der Vorentlastung kommt es zu einem Druckausgleich zwischen den Druckräumen 60 und 62. Die Sonde 48 verbleibt in der unteren Hubstellung.

5. Restentlasten

[0093] Diese Restentlastung auf Atmosphärendruck erfolgt durch Abziehen der Flasche 2 vom Füllelement 3e. Hierbei wird der Zylinderraum 62 über den Kanal 55 und den Ringkanal 49 auf Atmosphärendruck entlastet. Der im Zylinderraum 60 weiterhin wirkende Überdruck aus dem Rückgaskanal 12 bewegt den Kolben 18d und mit diesem die Sonde 48 in die obere Hubstellung, so daß die Sonde 48 aus der Flasche 2 heraus in die Verlängerung 9 eingezogen wird.

[0094] Beim Füllelement 3d ist ebenfalls eine Reinigung der Betätigungseinrichtung 16d möglich und zwar:

1. CIP-Vorlauf über den Rückgaskanal 12

[0095] Hierbei gelangt das Reinigungsmedium aus dem Rückgaskanal 12 in den Zylinderraum 60 und von dort teilweise über die Drossel 63 und teilweise über das Rückschlagventil 65 in den Zylinderraum 62, aus dem das Reinigunsmedium über den Kanal 55 und den Ringkanal 49 in eine am Füllelement vorgesehene Spülglocke gelangt, aus der es dann über das geöffnete Flüssigkeitsventil in den Kesselinnenraum 4 abfließt.

[0096] Durch den Durck des Reinigungsmediums werden der Kolben 18d und die Sonde 48 in die obere Hubstellung bewegt.

2. CIP-Vorlauf über den Ringkessel bzw. Kesselinnenraum

[0097] Bei am Füllelement 3e vorgesehener Spülglocke und bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 8 gelangt das Reinigungsmedium aus dem Kesselinnenraum 4 über den Ringkanal 49 und den Kanal 55 in den Zylinderraum 62 und von dort über die Düse 63 in den Zylinderraum 60, aus dem das Reinigungsmedium dann über den Kanal 68 an den Rückgaskanal 12 abfließt. Durch den höheren Druck des Reinigungsmediums im Zylinderraum 62 werden der Kolben 18 und die Sonde 48 nach unten bewegt.

[0098] Durch den Wechsel der Flußrichtung für das Reinigungsmedium und durch die hierdurch bedingte Bewegung des Kolbens 18d ist auch hier wieder sichergestellt, daß sämtliche Fläche des Zylinders 59 und das Kolbens 18d, insbesondere auch die dortigen stirnseitigen Flächen in die Reinigung einbezogen werden.

[0099] Bei entsprechender Ausbildung kann das erfindungsgemäße Füllelement auch zum Füllen von Dosen verwendet werden.

[0100] Sämtliche Steuerventile der Füllelemente 3, 3a - 3d, einschließlich der Flüssigkeitsventile dieser Füllelemente sind bei einer Füllmaschine durch eine zentrale Steuereinrichtung gesteuert.

[0101] Vor Inbetriebnahme einer Füllmaschine mit den Füllelementen 3, 3a - 3d ist gewährleistet, daß der Füllgutraum 4' des Ringkessels 1, das flüssige Füllgut und der Gasraum 4'' das Inert-Gas mit dem erforderlichen Druck sowie auch solche Kanäle und Verbindungen, die während des Betriebes ein Betriebsmedium führen, dieses Betriebsmedium mit dem erforderlichen Druck aufweisen.

Bezugszeichenliste

[0102] 

1

Ringkessel

2

Flasche

2'

Mündung

2''

Boden

3, 3a, 3b

Füllelement

3c, 3b, 3d, 3e

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

Betätigungseinrichtung

16c, 16d

Betätigungseinrichtung

17

Zylinder

18, 18a, 18b

Kolben

18c, 18d

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

48

Sonde

48'

Sondenspitze

49

Ringkanal

50 - 55

Kanal

50'

Raum

56 - 58

Steuerventil

59

Zylinder

60

Zylinderraum

61

Vakuumkanal

62

Zylinderraum

63

Drossel

64

Öffnung

65

Rückschlagventil

66

Öffnung

67

Feder

68

Kanal

Ansprüche

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 - 3e) angesetzten Behälter (2) in einer Füllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (8) das flüssige Füllgut zufließt, mit einem in den Behälter einführbaren Funktionselement (14, 14a, 48) sowie mit einer Betätigungseinrichtung (16, 16a - 16d), mit der das Funktionselement (14, 14a, 48) in Richtung einer Füllelementachse (FA) zwischen einer unteren Hubstellung, in der das Funktionselement (14, 14a, 48) zumindest in der Füllphase mit einer vorgegebenen Länge über die Unterseite des Füllelementes (3, 3a - 3e) vorsteht und in den jeweiligen, an das Füllelement angesetzten Behälter (2) hineinreicht, und einer oberen Hubstellung bewegbar ist, in der das Funktionselement (14, 14a, 48) zumindest mit einem Teil der genannten Länge in das Füllelement (3, 3a - 3e) eingezogen ist, wobei das Füllelement ein füllrohrloses Füllelement oder ein solches mit kurzem Füllrohr ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung (16, 16a - 16d) eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit wenigstens einem Zylinder (17) und einem in diesem verschiebbaren Kolben (18, 18a - 18d) ist, der im Inneren des Zylinders (17) wenigstens einen Zylinderraum begrenzt, der für die Hubbewegung des Funktionselementes (14, 14a, 48) mit dem Druck wenigstens eines Betriebsmediums beaufschlagbar ist, mit welchem auch die Behälter (2) in der Füllphase und/oder in wenigstens einer dieser vorausgehenden oder nachfolgenden Behandlungsphase beaufschlagt werden.

2. Füllelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebsmedium ein Vakuum und/oder ein Druckgas, vorzugsweise ein inertes Druckgas, und/oder ein Sterilisationsmedium, vorzugsweise Wasserdampf ist.

3. Füllelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement ein die Füllhöhe bestimmendes Element, vorzugsweise eine die Füllhöhe bestimmende Sonde (48) ist.

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 Behälterinnenraum mündenden Gaskanal (15, 49) zum Zuführen und/oder Abführen eines Betriebsmediums in bzw. aus dem an das Füllelement angesetzten Behälter (2), sowie durch wengistens eine durch Steuermittel steuerbare Betriebsmedium-Verbindung.

5. Füllelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Zylinderraum Teil wenigstens einer Betriebsmedium-Verbindung ist oder mit wenigstens einer Betriebsmedium-Verbindung in Verbindung steht.

6. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig vom Kolben (18, 18a - 18d) jeweils ein mit einem Betriebsmedium beaufschlagbarer Zylinderraum gebildet ist, und daß wenigstens einer dieser Zylinderräume über wenigstens ein Steuerventil, vorzugsweise über wenigstens ein Durckmedium -oder Betriebsmedium-Steuerventil steuerbar ist.

7. Füllelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der untere, der Unterseite des Füllelementes zugewandte und die Bewegung des Funktionselementes (14, 14a, 48) in die obere Hubstellung bewirkende Zylinderraum über das Druckmedium-Steuerventil (23) steuerbar ist.

8. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (14', 14a', 48') der Länge des Funktionselementes 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) und/oder eines das Funktionselement umschließenden rohr- oder hülsenartigen Elementes (9'') befindet,
wobei beispielsweise die Abgabeöffnung (7) gegenüber der Achse des Funktionselementes (14, 14a, 48) radial versetzt ist, vorzugsweise das Funktionselement (14, 14a, 48) bzw. dessen Achse konzentrisch umschließt.

9. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsventil (8) einen in einer Füllelementachse (FA) um einen vorgegebenen Hub bewegbaren Ventilkörper (9) aufweist, und daß das Funktionselement (14, 14a, 48) durch eine Öffnung dieses Ventilkörpers (9) hindurchgeführt und relativ zum Ventilkörper (9) bewegbar ist,
wobei vorzugsweise der Ventilkörper (9) am unteren Ende eines Ventilstößels oder einer stößelartigen Verlängerung (9') vorgesehen ist und das Funktionselement (14, 14a, 48) durch eine Öffnung des Ventilkörpers und des stößelartigen Elementes (9') hindurchgeführt ist, und zwar vorzugsweise derart, daß zwischen der Außenfläche des Funktionselementes (14, 14a, 48) und der Innenfläche der Bohrung im Ventilkörper (9) und im Stößel (9') der Gaskanal (15) gebildet ist.

10. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement (14a) ein Element (46) eines Ventiles bildet, welches in der oberen Hubstellung den Gaskanal (15) verschließt,
wobei vorzugsweise das Funktionselement (14a) an seinem unteren Ende (14a') einen Ventilkörper (46) bildet, der in der oberen Hubstellung des Funktionselementes mit einem Ventilsitz (47) zur Anlage kommt und dadurch den Gaskanal (15) verschließt.

11. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement ein Sterilisationsrohr (14, 14a) ist, welches in der unteren Hubstellung mit einer Rohrlänge in den Behälter hineinreicht und über eine mittels erster Steuermittel (22) steuerbare Sterilisationsmedium-Verbindung an eine Quelle (13) für das Sterilisationsmedium anschließbar ist, und zwar für eine Behandlung des Innenraumes des Behälters mit dem das Rohr (14, 14a) durchströmenden Sterilisationsmedium in einer Sterilisationsphase, in der das Sterilisationsrohr (14, 14a) in der unteren Hubstellung 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.

12. Füllelement nach Anspruch 11, 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.

13. Füllelement nach Anspruch 11 oder 12, 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.

14. Füllelement nach einem der Ansprüche 11 - 13, 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, und
daß vorzugsweise 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.

15. Füllelement nach einem der Ansprüche 11 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (16, 16a - 16d) und/oder 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,
und/oder 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,
und/oder daß in der unteren Hubstellung des Sterilisationsrohres (14, 14a) das untere Ende (14', 14a') dem Behälterboden (2'') unmittelbar benachbart liegt.

16. Füllelement nach einem der Ansprüche 4 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Vakuum-Verbindung vorgesehen ist, die zweite Steuermittel (43, 58) aufweist und über die der Gaskanal (49) und/oder das Sterilisationsrohr (14, 14a) gesteuert an eine Unterdruckguelle (42, 61) anschließbar sind, und daß der wenigstens eine Zylinderraum durch die zweiten Steuermittel (43, 58) ebenfalls gesteuer mit dem Unterdruck der Unterdruckquelle (42, 61) beaufschlagbar ist.

17. Füllelement nach einem der Ansprüche 4 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Verbindung für ein inertes Druckgas vorgesehen ist, die durch dritte Steuermittel (56, 57) steuerbar ist und über die der Gaskanal (49) gesteuert mit einer Quelle (4'', 12) für das inerte Gas verbindbar ist, und daß der wengistens eine Zylinderraum gesteuert durch die dritten Steuermittel (56, 57) mit dem Druck der Quelle des inerten Gases baufschlagbar ist.

18. Füllelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Steuermittel wenigstens zwei Steuerventile (56, 57) aufweisen, über die der Gaskanal (49) gesteuert mit einem Rückgaskanal (12) oder mit einer Quelle (4'') für ein unter Füll- oder Vorspanndruck stehendes Gas, beispielsweise mit dem Gasraum eines Kessels (1) der Füllmaschine oder mit einem Vorspanngaskanal verbindbar ist.

19. Füllelement nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben (18d) der Betätigungseinrichtung (16d) wenigstens eine Öffnung (64, 66), vorzugsweise wenigstens eine mit einer Düse (63) und/oder mit einem Rückschlagventil (65) versehene Öffnung vorgesehen ist, und daß der wenigstens eine Gasweg die beiden Zylinderräume der Betätigungseinrichtung (16d) einschließt und über die wengistens eine Öffnung (64, 66) verläuft.

20. Füllelement nach einem der Ansprüche 17 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Zylinderräume, vorzugsweise der ein Anheben des Funktionselementes (48) bewirkende Zylinderraum (60) über wengistens ein Steuerventil (57) der dritten Steuermittel mit dem Restgaskanal (12) verbindbar ist, und daß der andere Zylinderraum (62), vorzugsweise der bei Druckbeaufschlagung ein Absenken des Funktionselementes (48) bewirkende Zylinderraum über wengistens ein anderes Steuerventil (56) der dritten Steuermittel mit dem unter Fülldruck oder Vorspanndruck stehenden inerten Gas beaufschlagbar ist.

21. Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 20, gekennzeichnet durch eine an dem Funktionselement (48) angreifende Feder (67), die eine elektrische Verbindung zwischen dem Funktionselement (48) und einem mit dem Funktionselement nicht mitbewegten elektrischen Anschluß oder Leiter bildet.

Zeichnung