[0001] Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer Füllvorrichtung, eine Füllanordnung
und ein Verfahren zum Befüllen von zylindrischen Behältern, insbesondere Dosen, mit
Fluid.
[0002] Abfüllvorrichtungen und Verfahren zum Befüllen von Behältern sind in vielfältigen
Ausführungsformen bekannt. Bei sauerstoffsensiblen Flüssigkeiten ist dabei zu verhindern,
dass die Flüssigkeit mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft in Kontakt kommt und es
zu unerwünschter Gasbindung, Gasaustausch oder Gaseintrag kommt, was aufgrund von
Oxidationsreaktionen oder vermehrter Keimbelastung eine Qualitätsänderung der Flüssigkeit
zur Folge haben kann. Daher werden Behälter, die mit einer solchen Flüssigkeit befüllt
werden sollen, vor dem eigentlichen Befüllvorgang beispielsweise evakuiert und/oder
der Behälterinnenraum wird mit einem Inertgas usw. gespült, wozu üblicherweise in
den jeweiligen Füllvorrichtungen entsprechend steuerbare zuführende und ableitende
Gaswege ausgebildet sind.
[0003] Um für den Abfüllvorgang den Luftsauerstoff aus dem Behälter zu verdrängen, erfolgt
zuvor üblicherweise ein Spülvorgang mit einem Inertgas, im Falle der Befüllung mit
kohlensäurehaltigen Getränken wie Bier wird üblicherweise Kohlenstoffdioxid als Spülgas
eingesetzt. Hierfür können die Füllvorrichtungen beispielsweise verfahrbare Rohre
und Ventile aufweisen, sodass das Spülrohr in den Behälter eingeführt werden kann,
ehe eine Spülgaszufuhr geöffnet wird.
[0004] Ein anderer Ansatz zur Vermeidung des Kontakts mit Luftsauerstoff ist der Einsatz
von Füllvorrichtungen, die einen ballonartigen, ausdehnbaren Körper aufweisen, der
ein Rohr umhüllend vor dem Füllvorgang in den Behälter eingeführt wird. Durch dieses
Rohr wird ein Expansionsmedium in den ballonartigen Körper eingeleitet, sodass dieser
sich ausdehnt, bis er den Innenraum des Behälters vollständig ausfüllt und dadurch
die Umgebungsluft aus dem Behälter verdrängt. Die dann in den Behälter zugeführte
Flüssigkeit bewirkt, dass das Expansionsmedium wieder über das Rohr aus dem ballonartigen
Körper zurückgedrängt wird. Ein entsprechendes Verfahren und eine Vorrichtung sind
in der
DE 10 2011 100 560 B3 beschrieben.
[0005] Um stets die gleiche Füllmenge in die Behälter einzufüllen, wird im Stand der Technik
zur Befüllung des Behälters mit einem gewünschten Füllvolumen die Füllmenge über die
Füllhöhe bestimmt, die durch die Lage der Öffnung eines Rückluftrohres bzw einer Rückluftbohrung
der Füllvorrichtung eingestellt oder mittels Sensor (Füllstandsonde) und Aktor (Ventil)
und geeigneter Regellogik - üblicherweise elektronisch bzw. elektropneumatisch-eingestellt
wird. Eine weitere Möglichkeit, die gleiche Füllmenge in die Behälter einzufüllen,
bietet die Regellogik mittels Durchflussmengenzählern (meist magnetisch induktiv oder
mittels der Corioliskraft). Bei dieser Regellogik ist das Behältervolumen unwichtig,
da die Flüssigkeitsmenge direkt gemessen wird. Nachteil dieser Messgeräte ist ihr
Preis/ Leistungs-Verhältnis und dass jeweils teure Regelelektronik (SPS) sehr präzise
sein muss und damit teure Aktoren eingesetzt werden müssen.
[0006] Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum messmittellosen Befüllen eines Behälters mit
konstanter Füllhöhe auch bei unterschiedlichen Behälterformen sind aus
DE 10 2014 014 317 A1 bekannt. Das Verfahren sieht vor, dass ein Ventilaufsatz, der in einem Gehäuse ein
Gasventil und ein Flüssigkeitsventil mit Ventilsitzen hat, dicht auf einen Behälter
aufgesetzt wird, und dass ein Verdrängungselement, das längsaxial aus dem Gehäuse
verschiebbar ist, in dem es mit den umgebenden Ventilsitzen einen Ringspalt ausbildet,
in den Behälter eingeführt wird. Durch Öffnen des Flüssigkeitsventils strömt Füllfluid
in den Behälter, bis auch der Ringspalt geflutet ist, bevor das Flüssigkeitsventil
geschlossen wird. Das Verdrängungselement wird aus dem Behälter herausgezogen, wobei
die Flüssigkeitsvolumina aus dem Ringspalt in den Behälter nachlaufen. Diese Volumina
sind genau so groß wie das Volumen des Abschnitts des Verdrängungselements in dem
gefluteten Abschnitt, so dass gleiche Behälter mit gleich hohen Füllständen befüllt
werden.
[0007] Zum Abfüllen von schäumenden Flüssigkeiten wie etwa Bier oder Softdrinks muss zudem
der Behälter mit erhöhtem Druck bespannt werden, um ein Aufschäumen während des Befüllvorgangs
zu verhindern bzw. zu minimieren. Beim sogenannten Druckfüllen liegt der jeweils zu
füllende Behälter abgedichtet an der Füllvorrichtung an, sodass vor der eigentlichen
Füllphase üblicherweise über einen in der Füllvorrichtung ausgebildeten Gasweg mit
einem unter Druck stehenden Spanngas (Inertgas bzw. Kohlenstoffdioxid-Gas) vorgespannt
wird. Dieses wird während des Füllvorgangs durch die in den Behälter einfließende
Flüssigkeit als Rückgas aus dem Behälterinnenraum verdrängt, was ebenfalls über einen
gesteuerten, in der Füllvorrichtung ausgebildeten Gasweg erfolgen kann.
[0008] DE 10 2013113 070 B3 bezieht sich auf eine Füllvorrichtung, die eine hochreine Abfüllung durch optimierte
Trennung eines Reinraumes von einem Bereich mit niedrigeren Reinheitsanforderungen
ermöglicht und durch die verbesserte Abdichtung insbesondere zum Druckfüllen von Dosen
vorgesehen ist. Dies wird durch eine Abdichttulpe erreicht, die, wie üblich, in einer
Füllanordnung die Behälteröffnung und die Abgabeöffnung der Füllvorrichtung einschließt,
nun aber zwei Dichtelemente aufweist, von denen eines den Übergang zwischen der Abdichltulpe
und dem Gehäuse der Füllvorrichtung abdichtet und das zweite, das an dem freien, in
der Füllanordnung dem Behälter zugewandten Ende angeordnet ist, das erste Dichtmittel
radial außerhalb eines Steuermittels außenumfangsseitig umgibt und so den Übergang
zwischen der Abdichttulpe und der Trennstelle zwischen dem Reinraumbereich und dem
anderen Bereich abdichtet.
[0009] Die zur Befüllung von Behältern wie Dosen erforderliche Reduktion von Umgebungsluftsauerstoff
im Behälterinnenraum, die beim Druckfüllen erforderliche Bereitstellung des Spanndrucks
und die Überwachung und Einhaltung der korrekten Füllmenge führen zu einer aufwändigen
Konstruktion der Füllvorrichtung und zu einem fehleranfälligen Befüllverfahren.
[0010] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe dieser Erfindung, die Befüllung
von (im Wesentlichen) zylindrischen Behältern wie Dosen mit einer apparativ einfacher
aufgebauten Vorrichtung und mit reduzierter Sauerstoffaufnahme auch ohne Spülschritt
zu ermöglichen, ohne dass aufwändige Mess- und Regelungstechnik erforderlich ist.
[0011] Diese Aufgabe wird durch eine Verwendung einer Füllvorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst,
[0012] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine apparativ einfacher aufgebaute Vorrichtung
bereitzustellen, die eine Befüllung von zylindrischen Behältern oder zumindest im
Wesentlichen zylindrischen Behältern wie Dosen mit reduzierter Sauerstoffaufnahme
auch ohne Spülschritt und ohne aufwändige Mess- und Regelungstechnik ermöglicht.
[0013] Diese Aufgabe wird durch die Füllanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
2 gelöst.
[0014] Die weitere Aufgabe, ein zuverlässiges und vereinfachtes Verfahren zur Befüllung
von (im Wesentlichen) zylindrischen Behältern wie Dosen bereitzustellen, bei denen
der Verbrauch von Spül- und Spanngasen reduziert ist, wird durch ein Verfahren mit
den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 gelöst.
[0015] Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
[0016] Der Grundgedanke der Erfindung ist die Verwendung einer Füllvorrichtung mit einem
Füllventil, das einen in einem Füllrohr gesteuert geführten Kolben aufweist, zum Befüllen
eines zylindrischen Behälters, dessen konzentrische Behälteröffnung einen Durchmesser
aufweist, der 70 bis 99,5 % des Behälterinnendurchmessers beträgt, wie dies beispielsweise
mit 80 bis 90 % bei den häufigsten Standardgrößen der Getränkedosen der Fall ist.
Erfindungsgemäß weist nun das Füllventil einen Außendurchmesser auf, der an den Durchmesser
der Behälteröffnung angepasst ausgebildet ist, sodass eine Füllspitze des Füllventils
- unter Füllspitze wird hierbei der gesamte Abschnitt des Füllventils verstanden,
der in dem Behälter aufgenommen werden kann - koaxial reibungsfrei durch die Behälteröffnung
in dem Behälter aufgenommen werden kann, wenn eine Relativbewegung zwischen dem Füllventil
und dem Behälter zueinander ausgeführt wird. Hierbei kann es sich um das Einführen
des Füllventils in den Behälter handeln; es kann aber auch der Behälter mittels einer
entsprechend verfahrbaren Behälteraufnahme in Richtung des Füllventils axial verfahren
werden, um das Füllventil im Behälter aufzunehmen, so dass in beiden Fällen der eingeführte
Abschnitt des Füllventils - auch ohne expandierbare Ballonelemente - in dem Behälter
ein Volumen einnimmt, das in Abhängigkeit des Füllventildurchmessers bis zu 99 % des
Behältervolumens ausmacht. Hierdurch kann entweder die im Behälter vorhandene Umgebungsluft
(und damit Sauerstoff) zu bis zu 99 % aus dem Behälter verdrängt werden, so dass auf
Spülgas verzichtet oder der Einsatz zumindest minimiert werden kann. Oder die im Behälter
vorhandene Umgebungsluft wird bei abgedichteter Behälteröffnung beim Einführen des
Füllventils komprimiert, sodass der Druck im Behälter ansteigt und auf Spanngas verzichtet
werden kann; jedenfalls kann die Menge an Spanngas deutlich reduziert werden, da die
Druckerzeugung durch die mechanische Verdrängung mittels des Füllventils erfolgt.
[0017] Eine erfindungsgemäße Füllanordnung besteht entsprechend aus einer Füllvorrichtung
und einem zylindrischen Behälter, dessen konzentrische Behälteröffnung einen Durchmesser
aufweist, der 70 bis 99,5 % des Behälterinnendurchmessers beträgt. Bei solchen Behältern
handelt es sich vorwiegend um Dosen, die aus einem Metall wie Aluminium oder Weißblech
sehr exakt bezüglich ihres Volumens gefertigt werden. Unter zylindrischen Behältern
sollen hierbei auch die dosentypischen Formen verstanden werden, bei denen das obere
Ende zur Befüllöffnung hin leicht konisch verjüngt ist. Zudem sollen unter zylindrischen
Behältern nicht nur der typische Kreisquerschnitt sondern auch davon abweichende Formen,
wie etwa elliptische oder polygonale Querschniltsformen umfasst sein. Wesentlich ist,
dass die Befüllöffnung konzentrisch zur Querschnittsform des Behälters ist und eine
dazu kongruente Form aufweist, deren Abmessungen in etwa 70 bis 99,5 % der Querschnittsabmessungen
des Behälters ausmachen.
[0018] Zur Befüllung solcher vorbestimmter - weil hinsichtlich Form und Volumen bekannter
- Behälter mit einem Fluid wird eine Füllvorrichtung mit einem Füllventil verwendet,
das wie üblich einen in einem Füllrohr steuerbar geführten Kolben aufweist. Erfindungsgemäß
wird dabei das Füllventil so ausgebildet, dass der Außendurchmesser des Füllventils
an den Durchmesser der Behälteröffnung angepasst ausgebildet ist, d. h. geringfügig
kleiner ausfällt, so dass das koaxiale Einführen des Füllventils in den Behälter durch
die Behälteröffnung nahezu spielfrei, beispielsweise mit einem maximalen radialen
Spiel von 1 mm stattfinden kann, das Füllventil aber trotzdem kontakt- und reibungsfrei
ein- und ausgeführt werden kann.
[0019] Das Füllventil wird üblicherweise entsprechend den üblichen Kreisquerschnittsformen
der Behälter wie Dosen ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Weichen
die Form des zu füllenden Behälters und der Behälteröffnung von der Kreisform ab,
so wird die Außenkontur des Füllventils daran angepasst, so dass auch hier das Einführen
des Füllventils in den Behälter an der Behälteröffnung nahezu spielfrei ist.
[0020] Die Füllvorrichtung einer erfindungsgemäßen Füllanordnung ist derart ausgebildet,
dass das Füllventil und der Behälter zueinander relativbewegt werden können, wobei
entsprechend das Füllventil oder eine Behälteraufnahme verfahrbar ist. Die Anordnung
sorgt dabei dafür, dass die Füllspitze des Füllventils koaxial, also zentriert, in
den Behälter durch die Behälteröffnung eingeführt wird Mit den geometrischen Bedingungen
des Behälterdurchmessers, des Öffnungsdurchmessers und des Füllventildurchmessers
wird erreicht, dass durch die eingeführte Füllspitze des Füllventils ein Volumen in
dem Behälter eingenommen werden kann, das im Bereich von 49 bis 99 % des Behältervolumens
liegt und für eine entsprechende Verdrängung oder Verdichtung sorgen kann. Die zum
Einführen vorbestimmte Füllspitze des Füllventils weist also ein Volumen auf, das
in dem Behälter ein Volumen im Bereich von 49 bis 99 % des Behältervolumens einnimmt.
[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Füllanordnung ein Füllventil aufweisen,
das an der Füllspitze um das Füllrohr ein Trennrohr aufweist, das unabhängig von dem
Füllrohr und dem Kolben gesteuert verfahrbar ist. Der Außendurchmesser des Füllventils,
der an den Behälterdurchmesser angepasst ausgebildet ist, wird hierbei durch das Trennrohr
bestimmt. Mit dem separat verfahrbaren Trennrohr kann ein erfindungsgemäßes, besonders
vorteilhaftes Befüllverfahren ausgeführt werden, das nachfolgend beschrieben wird.
[0022] Alternativ dazu kann das Füllrohr als ein kombiniertes Trenn-Füllrohr ausgebildet
sein, dessen Außendurchmesser an den Durchmesser der Behälteröffnung angepasst ausgebildet
ist. Allerdings ist das kombinierte Trenn-Füllrohr dünnwandig und weist im Vergleich
zu einem herkömmlich dimensionierten Füllventil einen vergrößerten Innendurchmesser
auf. Folglich ist der gesteuert geführte Kolben als ein entsprechend aufgeweiteter
Kolben ausgebildet, dessen Durchmesser an den Innendurchmesser des Trenn-Füllrohrs
angepasst ist. Wichtig bei dieser Ausführungsform, mit der ebenfalls ein erfindungsgemäßes
Verfahren durchgeführt werden kann, ist, dass der Kolben zusätzlich zu einer ersten
geöffneten Stellung, in der der Kolben proximal zu einem Dichtsitz des Trenn-Füllrohrs
angeordnet ist, zumindest eine zweite geöffnete Stellung aufweist, in der der Kolben
distal zu dem Dichtsitz des Trenn-Füllrohrs angeordnet ist.
[0023] Insbesondere, wenn mit der Füllanordnung die Befüllung per Druckfüllen erfolgen soll,
kann die Füllanordnung ein Dichtelement aufweisen, das an der Behälteröffnung um das
Füllventil, d. h., je nach Ausführungsform um das Füllrohr, das Trennrohr oder um
das kombinierte Trenn-Füllrohr, angeordnet wird.
[0024] Gegebenenfalls kann die Füllanordnung zusätzlich einen Volumenkompensatoraufsalz
aufweisen, der zwischen dem Dichtelement und der Behälteröffnung um das Füllventil
(Füllrohr, Trennrohr oder kombiniertes Trenn-Füllrohr) angeordnet wird. Um einen ungewollten
Druckanstieg in dem Behälter während des Befüllens zu verhindern, kann die Dichtung
oder kann der Volumenkompensatoraufsalz ein Ventil, bevorzugt ein Rückschlag- oder
Überströmventil, aufweisen.
[0025] Ferner kann das Füllventil an einer zu einem Behälterboden weisenden Stirnseite des
Füllrohres, des Trennrohres oder des kombinierten Trenn-Füllrohrs, je nachdem welches
Füllventil eingesetzt wird, radiale Strömungskanäle aufweisen, um Fluid aus einem
geöffneten Füllventil austreten zu lassen, das den Behälterboden kontaktiert. Ein
derart vollständiges Aufnehmen des Füllventils bis zum Bodenkontakt ist vorteilhaft
für eine maximale Verdrängung/Verdichtung. Zur Kontaktierung kann ferner die Stirnfläche
des Füllventils entsprechend der Kontur des Behälterbodens geformt sein. Allerdings
ist bei Kontaktierung des Behälterbodens auf eine exakte Steuerung der Relativbewegung
zu achten, um zu verhindern, dass der Behälter verformt und damit beschädigt wird.
Da die exakte Behältergeometrie das Füllvolumen bestimmt, ist es besonders wichtig,
dass keine Verformungen am Behälter auftreten, die zu einer Behältervolumenänderung
führen. Daher kann bevorzugt sein, dass das Füllventil an einer zu einem Behälterboden
weisenden Stirnseite des Füllrohres, des Trennrohres oder des kombinierten Trenn-Füllrohrs
einen umlaufenden oder mehrere verteilt angeordnete Abstandshalter aufweist, die elastisch/federnd
ausgeführt sind, und so den Behälterboden kontaktieren können, ohne die Verformung
desselben zu riskieren.
[0026] Besonders bevorzugt kann hierbei eine umlaufende einseitig wirkende Ringdichtung
mit Ventilfunktion wie eine Dichtlippe eingesetzt werden, die nicht nur als federnder
Abstandshalter wirkt, sondern auch in einer Richtung öffnet, um Fluid aus dem Füllventil
in den Behälter strömen zu lassen, umgekehrt aber abdichtet, und so ein Rückströmen
- oder, wenn der Behälterdruck höher als der Fülldruck ist, auch Eindringen von Gas
aus dem Behälter in den Bereich unter der Füllventilöffnung verhindert.
[0027] Nach einer Ausführungsform kann, um die in dem Behälter vorhandene Luft vollständig
zu verdrängen, vorgesehen sein, dass das Füllventil entlang der einführbaren Füllspitze
an zumindest einem Abschnitt oder um einen Abschnitt des Füllrohrs oder des Trennrohrs
(oder des kombinierten Füll-Trennrohres) einen elastisch expandierbaren Körper aufweist.
[0028] Um das koaxiale zentrierte Aufnehmen des Füllventils durch die Behälteröffnung zu
unterstützen, kann ferner das Füllventil an der Füllspitze einen sich zur Stirnseite
hin verjüngenden Zentrierabschnitt aufweisen.
[0029] Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befüllen eines
zylindrischen Behälters, dessen konzentrische Behälteröffnung einen Durchmesser aufweist,
der etwa 70 bis 99,5 %, vorzugsweise 80 bis 90 % des Behälterinnendurchmessers beträgt,
sieht folgende Schritte vor:
- a) Zunächst wird eine Relativbewegung zwischen dem geschlossenen Füllventil und dem
Behälter zueinander durchgeführt, sodass das Füllventil durch die Behälteröffnung
in den Behälter eingeführt wird (oder der Behälter mit seiner Öffnung über das Füllventil
gestreift wird), bis die Füllspitze des Füllventils in dem Behälter aufgenommen ist.
Vorzugsweise wird die Füllspitze möglichst tief aufgenommen, gegebenenfalls bis eine
Stirnfläche des Füllventils den Boden des Behälters kontaktiert, um eine größtmögliche
Verdrängung/ Verdichtung der im Behälter vorhandenen Luft (oder eines anderen Gases)
zu erreichen Zur Kontaktierung kann die Stirnfläche des Füllventils wie oben beschrieben
entsprechend geformt sein oder Abstandshalter etc. aufweisen.
Durch den an die Behälteröffnung angepassten Durchmesser des Füllventils wird aufgrund
des geringen Durchmesserunterschieds zwischen der Behälteröffnung und dem Behälter
ein Großteil des Behältervolumens durch das Füllventil eingenommen und dadurch das
im Behälter vorliegende Gas (Luft) verdrängt. Somit wird auch die im Behälter vorhandene
Menge an Luftsauerstoff in dem verbleibenden Spaltvolumen zwischen Behälterwand und
Füllventil schon allein mechanisch reduziert. Die Verwendung eines Spülgases wie Stickstoff
oder Kohlenstoffdioxid kann daher reduziert werden, gegebenenfalls kann auch vollständig
darauf verzichtet werden.
- b) Zum einströmen Lassen des Fluids in den Behälter, bzw. in das ringförmige Spaltvolumen,
wird das Füllventil durch Überführung des Kolbens in eine geöffnete Stellung geöffnet
und eine Aufwärtsbewegung des Füllrohrs mit dem Kolben in geöffneter Stellung durchgeführt.
Gegebenenfalls kann bei einem den Boden kontaktierenden Füllventil hierbei vorgesehen
sein, dass in der Stirnfläche des Füllventils, genauer gesagt des Füllrohres, Kanäle
eingebracht sind, die das Einströmen des Fluids nach Öffnen des Ventils auch schon
dann gestatten, wenn die Stirnfläche des Füllventils noch den Boden des Behälters
kontaktiert, bevor das geöffnete Füllventil aufwärts bewegt wird. Das eingeströmte
Fluid hat nur im Spaltvolumen Kontakt mit dem in dem Behälter vorhandenen Gas. Da
durch die geometrischen Bedingungen der Füllanordnung diese Kontaktfläche sehr klein
ist, ist selbst bei Vorhandensein von Luftsauerstoff die Aufnahme in das Fluid äußerst
gering. Zudem handelt es sich um einen unterschichtigen Befüllvorgang von unten nach
oben, der sich durch minimale Verwirbelungen und Turbulenzen auszeichnet, wodurch
eine weitere Verringerung der möglichen Sauerstoffaufnahme erreicht wird.
- c) Dabei wird eine relative Aufwärtsbewegung des Füllventils innerhalb des Behälters
(je nach Ausführung erfolgt dies durch Bewegung des Füllventils oder des Behälters)
bis zur Behälteröffnung während des Befüllvorgangs nach einem vorbestimmten Steuerungsparameter
abgestimmt, der das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter berücksichtigt, sodass
das Füllvolumen erreicht ist, wenn das Füllventil im Bereich der Behälteröffnung ankommt.
- d) Das Füllventil wird geschlossen, wenn das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter
erreicht ist.
- e) Das geschlossene Füllventil wird zurückgezogen, um das Verfahren an einem nächsten
Behälter ausführen zu können.
[0030] Grundsätzlich können Befüllverfahren darin unterschieden werden, ob in Schritt a)
das Gas aus dem Behälter verdrängt wird, wenn die Behälteröffnung um das Füllventil
nicht abgedichtet ist, oder im Behälter komprimiert wird, wenn die Behälteröffnung
um das Füllventil abgedichtet wird.
[0031] Alternativ zu der direkten oder über Abstandhalter bzw. die bevorzugt eingesetzte
Ringdichtung indirekte Kontaktierung des Bodens durch das Füllvontli bei vollständiger
Aufnahme in den Behälter kann vorgesehen sein, dass das Füllventil bis zu einer vorbestimmten
Distanz zu dem Boden des Behälters aufgenommen wird, die sicherstellt, dass der Behälterboden
nicht durch Kontakt mit dem Füllventil verformt wird.
[0032] Die beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf einer Anpassung
des Follventildurchmessers an den Befüllöffnungsdurchmesser eines Behälters mit kleiner
Differenz zwischen Behälterdurchmesser und Öffnungsdurchmesser beruhen, werden noch
verbessert durch eine weitere Ausführungsform, bei der das Füllventil um das Füllrohr
zusätzlich ein Trennrohr aufweist, das unabhängig von dem Füllrohr und dem Kolben
gesteuert verfahren werden kann. Der Außendurchmesser des Füllventils wird hierbei
durch das Trennrohr, das das Füllrohr umgibt, bestimmt und ist entsprechend auf den
Durchmesser der Behälteröffnung abgestimmt. Dadurch wird auch ein Einsatz herkömmlicher
Füllventile durch Nachrüstung eines separat verfahrbaren Trennrohres ermöglicht, indem
durch das Trennrohr der Durchmesser des Füllventils an die Behälteröffnung angepasst
wird. Gegebenenfalls kann hierdurch auch ein Füllventil durch Einsatz entsprechend
unterschiedlicher Trennrohre an unterschiedliche Behälteröffnungen angepasst werden.
[0033] Bei der mit diesem Füllventil durchführbaren Ausführungsform des Verfahren ist vorgesehen,
dass bei dem mit der gesamten Füllspitze in dem Behälter aufgenommenen Füllventil
in Schritt a) ein axialer Spalt von beispielsweise 3 bis 5 mm zwischen dem unteren
Ende des Trennrohrs und dem Behälterboden verbleibt, um nach Öffnung des Füllventils
das Fluid in das ringförmige Spaltvolumen zwischen Behälterwand und Trennrohr einströmen
zu lassen. In dem axialen Spalt kann in einer bevorzugten Ausführungsform die einseitig
wirkende Ringdichtung angeordnet sein. Schritt b) gliedert sich nun in mehrere Unterschritte:
b0) Zur Öffnung des Ventils wird der Kolben in die geöffnete Stellung überführt, so
dass das Fluid in das radiale Spaltvolumen zwischen der Behälterwand und dem Trennrohr
einströmen kann. Fluid strömt solange in das radiale Spaltvolumen ein, bis ein Druckausgleich
zwischen einem voreingestellten Fülldruck und einem vorbestimmbaren Behälterdruck
vorliegt, wodurch eine Füllhöhe in dem radialen Spaltvolumen bestimmt wird.
b1) Es wird eine relative Aufwärtsbewegung des Füllrohrs mit dem Kolben in geöffneter
Stellung innerhalb des Trennrohres durchgeführt, das dabei in seiner vollständig eingeführten
Position belassen wird, in der es den axialen Spalt zum Boden aufweist. Mit der Aufwärtsbewegung
des Füllrohrs mit dem Kolben in geöffneter Stellung wird das Trennrohr mit Fluid gefüllt.
b2) In einer vorbestimmten Höhe, die zwischen Behälterboden und Behälteröffnung liegt,
wird die Aufwärtsbewegung des Füllrohrs beendet und der Kolben in Schließstellung
überführt.
c) Auch hierbei wird die Aufwärtsbewegung des Füllventils, bzw. des Füllrohrs mit
Kolben, innerhalb des Behälters bis zur Behälteröffnung nach einem vorbestimmten Steuerungsparameter
abgestimmt, der das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter berücksichtigt.
d1) Wenn das radiale Spaltvolumen vollständig gefüllt ist und in Schritt b2) die vorbestimmte
Höhe in einem Bereich der Behälteröffnung liegt und der Behälter vollständig gefüllt
ist, erfolgt das Zurückziehen des Trennrohres, und daraufhin in Schritt e) das Zurückziehen
des geschlossenen Füllventils mit Trennrohr, um einen nächsten Behälter zur Befüllung
zuführen zu können.
[0034] Für den Fall, dass in Schritt b0) die in dem radialen Spaltvolumen erreichbare Füllhöhe
kleiner als eine durch den Behälter in dem radialen Spaltvolumen vorgegebene maximale
Füllhöhe (vollständige Füllung des Spaltvolumens) ist, umfasst das Verfahren zudem
die Schritte:
a1) nach Schritt b2) und vor d1) Durchführen einer relativen Abwärtsbewegung des Füllrohrs
mit dem Kolben in Schließstellung, wobei das in dem Trennrohr bis zur vorbestimmten
Höhe vorliegende Fluidvolumen durch den axialen Spalt in das radiale Spaltvolumen
gedrückt wird und dort die Füllhöhe ansteigt.
Gegebenenfalls können die Schritte b0) bis a1) wiederholt werden, bis in Schritt a1)
das Spaltvolumen vollständig bis zur maximalen Füllhöhe gefüllt ist.
c1) Dann wird mit dem Füllrohr mit dem Kolben in geöffneter Stellung eine relative
Aufwärtsbewegung innerhalb des Trennrohres bis zu der vorbestimmten Höhe durchgeführt,
die dann in einem Bereich der Behälteröffnung liegt, wobei erneut das Trennrohr mit
Fluid gefüllt wird. Allerdings kann das Trennrohr auch konzertiert mit dem Füllventil
relativ aufwärtsbewegt werden, sobald das radiale Spaltvolumen vollständig gefüllt
ist. Die Öffnung des Trennrohrs sollte dabei aber immer unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
bleiben.
d1) nach Schließen des Füllventils im Bereich der Behälteröffnung entsprechend Schritt
b2) folgt das Zurückziehen des Trennrohrs, wobei das im Trennrohr vorliegende Fluid
im Behälter verbleibt.
[0035] Vorzugsweise kann in einem Verfahrensschritt vor dem eigentlichen Befüllvorgang zur
vollständigen Füllung des radialen Spaltvolumens in einem einzigen Schritt a1) eine
erste Höhe in einem ersten Schritt b) in Abhängigkeit der in Schritt b0) erreichbaren
Füllhöhe, die mit dem voreingestellten Fülldruck und dem vorbestimmbaren Behälterdruck
ebenfalls vorbekannt ist, in dem radialen Spaltvolumen festgelegt und damit vorbestimmt
werden, so dass das Volumen, das in dem Trennrohr durch das Füllrohr in der ersten
vorbestimmten Höhe begrenzt wird, einer Volumendifferenz des Spaltvolumens zwischen
der maximalen Füllhöhe und der erreichbaren Füllhöhe entspricht.
[0036] Außer der minimierten Kontaktfläche und der damit verbundenen verringerten Sauerstoffaufnahme
und der mechanischen Verdrängung des im Behälter vorhandenen Gases bei Einführung
des Füllventils wird durch das Trennrohr vor allem der unterschichtige Befüllvorgang
verbessert, so dass quasi laminare Strömungsverhältnisse erreicht werden können Da
der Fluidspiegel im Spaltvolumen dadurch ohne Verwirbelungen äußerst ruhig ansteigt,
wird die Sauerstoffaufnahme an der Kontaktfläche weiter vermindert.
[0037] Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann der vorbestimmte Steuerungsparameter
in Schritt c) eine voreingestellte Füllzeit sein, die sich aus einem vorbestimmten
Füllvolumen in dem Behälter und einem eingestellten Füllvolumenstrom der Füllvorrichtung
ergibt. Das vorbestimmte Füllvolumen entspricht im Falle Dosen einem Nennvolumen,
da Dosen anders als Flaschen sehr exakt gefertigt werden. Damit erfolgt das Schließen
des Füllventils in Schritt d) nach der vorbestimmten Füllzeit. Zur Steuerung des Befüllvorgangs
kann die Füllzeit somit vor dem Befüllvorgang vorbestimmt und in einem Verfahrensschritt
zur Einrichtung der Füllvorrichtung in deren Steuerungsvorrichtung eingegeben werden.
Ebenso wird die vorbestimmte Höhe, in der die Aufwärtsbewegung des Füllventils bzw.
des Füllrohrs beendet wird und der Kolben in Schließstellung überführt wird, zur Steuerung
des Befüllvorgangs verwendet und entsprechend in die Steuerungsvorrichtung eingegeben.
[0038] Vorteilhaft kann damit das erfindungsgemäße Verfahren, das die erfindungsgemäßen
Füllanordnungen verwendet, quasi messmittellos durchgeführt werden - es sind keine
der im Stand der Technik erforderlichen Messgeräte oder Messmittel erforderlich. Auf
die Einstellung und Überwachung des gewünschten Füllvolumens mittels eines Steuerungsinstruments
wie eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers oder mittels einer Füllhöhenbestimmung
kann verzichtet werden.
[0039] Mit einer Weiterbildung des Verfahrens zum Druckfüllen können auch schäumende bzw.
kohlensäurehaltige Fluide wie Bier oder Softdrinks abgefüllt werden. Dazu ist vorgesehen,
dass
a0) zu einem Zeitpunkt vor oder während Schritt a), also ebenfalls vor dem eigentlichen
Befüllvorgang ein Abdichten der Behälteröffnung um das Füllventil zur Einrichtung
der Füllvorrichtung für das vorgesehene Befüllverfahren erfolgt, etwa, indem ein ringförmiges
Dichtelement, beispielsweise eine Abdichttulpe aufgesetzt wird, die den Übergang zwischen
Füllventil und Behälter an der Behälteröffnung abdichtet. Dabei bestimmt der Zeitpunkt
des Abdichtens vor oder während des Einführens des Füllventils den Druck, der nach
vollständigem Einführen des Füllventils in dem abgedichteten Behälter vorliegt. Der
gewünschte Druck kann basierend auf den geometrischen Größen des Füllventils und des
Behälters eingestellt werden, wozu näherungsweise das Boyle-Mariotte-Gesetz, dass
der Druck idealer Gase bei gleichbleibender Temperatur und gleichbleibender Stoffmenge
umgekehrt proportional zum Volumen ist, verwendet werden kann: p*V = const. Aus den
gegebenen geometrischen Größen wie dem Volumen des leeren Behälters und dem Differenzvolumen,
das durch das Volumen des bis zu einer jeweiligen Höhe eingedrungenen Abschnitts des
Füllventils bestimmt wird, kann für einen vorgegebenen Druck die entsprechende Höhe
der Eindringtiefe des Füllventils bestimmt werden.
[0040] In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
dass zur Einrichtung der Füllvorrichtung beim Abdichten der Behälteröffnung um das
Füllventil ein Volumenkompensatoraufsalz zwischen der Behälteröffnung und dem Dichtelement
abdichtend eingesetzt wird. Der Volumenkompensatoraufsalz ist derart ausgebildet,
dass ein Volumen eines Ringspalts, der in dem Volumenkompensatoraufsatz zwischen dessen
Wand und dem Füllventil gebildet wird, einem verdrängten Volumen entspricht, das durch
einen Teil des Füllventils verursacht wird, der beim Schließen des Füllventils in
Schritt d) noch innerhalb des Behälters vorliegt. Das in dem Behälter vorliegende
Volumen entspricht in diesem Fall der Differenz zwischen dem vorbestimmten Füllvolumen
und dem verdrängten Volumen. Damit nun nach dem Zurückziehen des geschlossenen Füllventils
in Schritt e) im Behälter das vorbestimmte Füllvolumen vorliegt, wird das bei Füllung
des Behälters gemäß den Schritten b) und c) in den Ringspalt des Volumenkompensatoraufsatzes
eingeströmte Fluidvolumen, das dem verdrängten Volumen entspricht, beim Zurückziehen
des geschlossenen Füllventils in Schritt e) in den Behälter nachlaufen gelassen.
[0041] Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Dichtelement, oder, falls eingesetzt,
der Volumenkompensatoraufsalz ein Rückschlag- oder Überströmventil aufweist. Dadurch
wird verhindert, dass der Druck in dem Behälter einen für den Füllvorgang vorbestimmten
Höchstdruck überschreitet. Durch einen niedrigen Überdruck beim Druckfüllen, der konstant
gehalten wird, kommt es in Zusammenwirken mit der reduzierten Kontaktfläche und der
turbulenzarmen Befüllung zu einem weiter verringerten Sauerstoffeintrag. Insbesondere
bei der Variante des Füllverfahrens, das die Füllvorrichtung mit Trennrohr um das
Füllrohr verwendet, kann so der Druck auch bei dem "Pumpschritt", wenn das im Trennrohr
unterhalb des geschlossenen Füllrohres vorliegende Fluidvolumen durch die relative
Abwärtsbewegung des geschlossenen Füllrohres in den Ringspalt gedrückt wird, konstant
gehalten werden. Ferner wird bei der Verdrängung des im Spaltvolumen noch vorliegenden
Gases durch das Rückschlag- oder Überstromventil durch dieses Nachdrücken bzw. Pumpen
dafür gesorgt, dass die Sauerstoffaufnahme minimal bleibt bzw. weiter reduziert wird,
wobei durch dieses Nachdrücken zudem ein sehr schneller quasi "laminarer" unterschichtiger
Füllvorgang erzielt wird.
[0042] In einer alternativen Ausführung des Verfahrens wird ein Füllventil mit einem kombinierten
Trenn-Füllrohr eingesetzt, das bei gleichem Außendurchmesser, der an den Durchmesser
der Behälteröffnung angepasst ausgebildet ist, einen größeren Innendurchmesser als
obige Füllrohre aufweist und damit dünnwandig ist. Der zugehörige gesteuert geführte
Kolben hat einen Durchmesser, der an den vergrößerten Innendurchmesser des Trenn-Füllrohrs
angepasst ist, d. h. ebenfalls vergrößert ist. Zudem ist die Kolbenführung in dem
Trenn-Füllrohr derart ausgebildet, dass der Kolben zusätzlich zu der geöffneten Stellung,
in der der Kolben zum einströmen Lassen des Fluids proximal zu einem Dichtsitz des
Trenn-Füllrohrs angeordnet ist, zumindest eine zweite geöffnete Stellung aufweist,
in der der Kolben distal zu dem Dichtsitz des Trenn-Füllrohrs angeordnet ist, so dass
innerhalb des Trenn-Füllrohrs ein Verdrängungsvolumen bereitgestellt werden kann,
welches das in das Spaltvolumen eingeströmte Fluidvolumen zum vorbestimmten Füllvolumen
ergänzt.
[0043] Auch bei diesem Verfahren ist in Schritt c) der vorbestimmte Steuerungsparameter
eine Füllzeit, die mit den Bewegungen des Füllventils abgestimmt ist. Diese Ausführungsform
weist die folgenden Schritte auf:
b0) Nach dem vollständigen Einführen des Füllventils in Schritt a) wird der Kolben
in die erste geöffnete Stellung des Füllventils zum einströmen Lassen des Fluids in
das radiale Spaltvolumen zwischen der Behälterwand und dem Trenn-Füllrohr überführt,
und
b1.1) eine Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs mit dem Kolben in geöffneter Stellung
durchgeführt, wobei das Fluid weiter in das radiale Spaltvolumen einströmt, bis in
dem radialen Spaltvolumen eine von dem voreingestellten Fülldruck und einem vorbestimmbaren
Behälterdruck abhängige Füllhöhe erreicht ist, die vor dem Befüllvorgang vorbestimmt
wird.
b2) In einer zweiten vorbestimmten Höhe wird die Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs
beendet und der Kolben wird in Schließstellung überführt. Die zweite vorbestimmte
Höhe wird auch hier vor dem eigentlichen Befüllvorgang in Abhängigkeit der in b1.1)
erreichbaren Füllhöhe in dem radialen Spaltvolumens festgelegt, sodass ein Volumen,
das unter dem Trenn-Füllrohr in der zweiten vorbestimmten Höhe begrenzt wird, einer
Volumendifferenz des Spaltvolumens zwischen der maximale Füllhöhe und der in b1.1)
erreichbaren Füllhöhe entspricht.
a1): Erneut wird das Trenn-Füllrohr mit dem Kolben in Schließstellung vollständig
eingeführt, wobei durch dieses Nachdrücken bzw. Pumpen das im Spaltvolumen vorliegende
Gas komprimiert und durch das Überdruckventil verdrängt wird, so dass auch hier die
Sauerstoffaufnahme minimal bleibt bzw. weiter reduziert wird.
[0044] Nach erneutem Durchführen von Schritt b0) erfolgt in Schritt c1) das Überführen des
Trenn-Füllrohrs in eine Position, in der ein axialer Spalt von 3 bis 5 mm zwischen
dem unteren Ende des Trenn-Füllrohrs und dem Behälterboden verbleibt. Das Trenn-Füllrohr
bleibt in dieser Position, während der Kolben in die zweite geöffnete Stellung des
Füllventils, die im Bereich der Behälteröffnung liegt, überführt und dabei das Trenn-Füllrohr
mit dem vorgesehenen Verdrängungsvolumen an Fluid gefüllt wird. Mit dem Zurückziehen
des Trenn-Füllrohres (Schritt d1)) geht der Kolben in die Schließstellung über und
das Fluid geht aus dem Verdrängungsvolumen des Trenn-Füllrohrs in den Behälter über,
sodass der Behälter vollständig gefüllt ist, und in Schritt e) das geschlossene Füllventil
zur Befüllung eines nächsten Behälters zurückgezogen wird.
[0045] Zwar kann durch die obigen Maßnahmen eine Sauerstoffaufnahme aus der Luft deutlich
und in vielen Fällen ausreichend verringert werden, es kann aber für besonders sauerstoffsensible
Fluide eine weitere Reduktion des Sauerstoffkontakts erforderlich sein. Um auch hier
auf einen Spülschritt verzichten zu können, ist in einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens vorgesehen, dass das Füllventil einen elastisch expandierbaren Körper
an zumindest einem oder um einen Abschnitt aufweist, der in Schritt a) vollständig
in den Behälter eingeführt ist Beispielsweise kann ein Ballonkörper das Füllrohr,
Trennrohr oder Füll-Trennrohr in dem entsprechenden Bereich radial umgebend angeordnet
sein. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte:
a1) Nachdem in Schritt a) das geschlossene Füllventil durch die Behälteröffnung in
den Behälter vollständig eingeführt wurde, wird der elastisch expandierbare Körper
expandieren gelassen. Dies kann aktiv durch Einleitung eines Gases in den elastisch
expandierbaren Körper erfolgen; in Fällen, in denen der Behälter ausreichend außendruckfest
und auch aus druckfesterem Material als der elastisch expandierbare Körper ist, kann
nach dem vollständigen Einführen des Füllventils, wobei Luft verdrängt wurde, nach
Abdichten des Behälters durch Zurückziehen des Füllventils, bzw. des Füllrohres mit
dem Kolben in Schließstellung in dem Trennrohr, ein Unterdruck im Behälter geschaffen
werden, der zur Expansion des elastisch expandierbaren Körpers führt. Die Expansion
wird fortgesetzt, bis der elastisch expandierbare Körper
a2) an den Innenflächen des Behälters und, falls eingesetzt, an der Innenfläche des
Volumenkompensatoraufsatzes anliegt, wobei die gesamte Luft aus dem Behälter durch
das Ventil gedrückt wird.
b1) Es folgt das Überführen des Kolbens in die geöffnete Stellung des Füllventils
zum einströmen Lassen des Fluids, wobei der elastisch expandierbare Körper a) komprimiert
wird, bis er b) wieder an dem Füllventil anliegt und das radiale Spaltvolumen zwischen
der Behälterwand und dem Füllventil und, falls eingesetzt, der Ringspalt zwischen
dem Volumenkompensatoraufsatzes und dem Füllventil gefüllt ist.
b2) Anschließend wird eine Aufwärtsbewegung des Füllrohrs mit dem Kolben in geöffneter
Stellung bis zu einer vorbestimmten Höhe in einem Bereich der Behälteröffnung durchgeführt.
[0046] Im Falle eines Füllventils, bei dem der elastisch expandierbare Körper an dem oder
um das Trennrohr angeordnet ist, wird während Schritt b2) das Trennrohr in der vollständig
eingeführten Position während der Aufwärtsbewegung des Füllrohrs mit dem Kolben in
geöffneter Stellung belassen, wobei das Trennrohr mit Fluid gefüllt wird. In dem Folgeschritt
d1) wird das Füllventil geschlossen bzw. der Kolben in die Schließstellung überführt,
wenn in Schritt b2) die vorbestimmte Höhe im Bereich der Behälteröffnung erreicht
ist, sodass die Summe der Volumina innerhalb des Trennrohrs und des Spalts zwischen
Behälter und Trennrohr und gegebenenfalls des Volumenkompensatoraufsatzes das vorbestimmte
Füllvolumen ergeben, sodass durch das Zurückziehen (d2) des Trennrohres das Fluidvolumen
aus dem Trennrohr in den Behälter übergeht, und, falls eingesetzt, das Volumen aus
dem Volumenkompensatoraufsatz bei Öffnen der Dichtung in den Behälter nachläuft, so
dass der Behälter vollständig gefüllt ist, wenn in Schritt e) das geschlossene Füllventil
zurückgezogen wird.
[0047] Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren
Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung
unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Gegenstände
oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben
Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung
einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigen:
- Fig,1
- Seitenschnittansichten einer erfindungsgemäßen Füllanordnung mit einem Füllventil
aus Füllrohr und Kolben gemäß den Schritten a) bis e) einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
- Fig. 2
- Seitenschnittansichten einer alternativen Füllanordnung mit einer Füllvorrichtung,
die zusätzlich ein Trennrohr aufweist, gemäß den Schritten a), b1) und b2) einer alternativen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- Fig. 3
- eine Seitenschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Füllanordnung aus Fig.
2, bei der die Befüllöffnung an dem Füllventil während eines Schritts a0) einer alternativen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens abgedichtet wird,
- Fig. 4
- eine Seitenschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Füllanordnung aus Fig.
2, bei der ein Volumankompensatoreinsatz zwischen dichtelement und Befüllöffnung angeordnet
ist, während eines Schritts b2) einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
- Fig. 5
- Seitenschnittansichten der Füllanordnung aus Fig. 3 entsprechend den Schritten b2),
a1) und b1) als eine Fortsetzung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß Fig. 2,
- Flg. 6
- Seitenschnittansichten einer weiteren erfindungsgemäßen Füllanordnung mit einem Füllventil
aus dem dünnwandigen kombinierten Trenn-Füllrohr und einem breiteren Kolben mit größerem
Hubweg und zwei geöffneten Stellungen gemäß den Schritten a) bis d1) einer alternativen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- Fig. 7
- Seitenschnittansichten einer weiteren erfindungsgemäßen Füllanordnung entsprechend
Fig 4, zusätzlich mit einem das Trennrohr umgebenden elastisch expandierbaren Körper
gemäß den Schritten a) bis d1) einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
- Fig. 8
- schematische Seitenschnittansichten einer Füllanordnung entsprechend Fig. 1 gemäß
den Schritten 0) bis e) einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
Verlauf der Füllhöhe,
- Fig. 9
- schematische Seitenschnittansichten einer Füllanordnung entsprechend Fig. 2 und 5
gemäß den Schritten 0) bis e) einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens mit Verlauf der Füllhöhe,
- Fig.10
- eine Seitenschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Füllanordnung mit einem
Ventil in dem Dichtelement und einer einseitig wirkenden Ringdichtung an der Stirnseite
des Füllventils, um beim Druckfüllen Rückfließen aus dem Ringspalt zu vermeiden,
- Fig. 11
- eine schematische Seitenschnittansicht einer Füllanordnung mit einem Zentrierabschnitt
am Füllventil.
[0048] Die Erfindung bezieht sich auf die Befüllung von zylindrischen Behältern - wie etwa
Dosen - mittels einer speziellen Füllanordnung. Dabei wird ausgenutzt, dass Dosen,
die neben Flaschen und Kartons die wichtigste Verpackung für Getränke, vor allem für
kohlensäurehaltige Getränke wie Bier oder Softdrinks darstellen, eine äußerst exakt
gefertigte zylindrische Form mit einer koaxialen Befüllöffnung aufweisen, die nur
geringfügig kleiner ist als der Behälterdurchmesser. Die häufigsten Dosenvolumina
in Europa sind 0,33 l und 0,5 l, es gibt aber auch Dosen mit einem Volumen von 0,15
l, 0,2 l und 0,25 l sowie von 1 l und 5 l. Erfindungsgemäß können aber auch Behälter
mit anderen Volumina befüllt werden, solange das Behältervolumen bekannt ist.
[0049] In den Figuren sind jeweils Abfolgen der Füllanordnung in verschiedenen Verfahrensschritten
gezeigt; Bezugszeichen sind daher nicht in jeder Abbildung der Füllanordnung vergeben.
Die Zuordnung zu den unbezeichneten Komponenten und Gegenständen ist jedoch aufgrund
der Äquivalenz der Darstellungen ohne weiteres gegeben.
[0050] Fig,1 zeigt eine einfachste Ausführungsform des Verfahrens und einer dazu geeigneten
Füllanordnung, die aus dem Füllventil 1 und dem Behälter 2 besteht. Dabei handelt
es sich hier um eine Dose, deren im Wesentlichen zylindrische Form am oberen Ende
zur koaxialen Befüllöffnung 21 hin etwas verjüngt ist. Die Verjüngung dient in erster
Linie für die Aufnahme des hier nicht dargestellten Deckels, der nach erfolgtem Befüllvorgang
aufgesetzt und durch (mehrfache) Bördelung mit dem Dosenrand verbunden wird. Das erfindungsgemäße
Verfahren nutzt diese Differenz zwischen Behälter(innen)durchmesser d
Dl und dem Durchmesser d
Do der Behälteröffnung 21, der zwischen 70 und 99,5 %, üblicherweise zwischen 80 bis
90 % des Behälterinnendurchmessers d
Dl beträgt.
[0051] Das verfahrbare Füllventil 1, das in der einfachsten Ausführungsform aus Füllrohr
11 und steuerbar geführtem Kolben 10 besteht, weist einen Außendurchmesser d
Fa auf, der an den Durchmesser d
Do der Behälteröffnung 21 so angepasst ist, dass das Füllventil 1 zwar kontakt- und
reibungsfrei aber auch möglichst spielfrei durch die Behälteröffnung 21 in den Behälter
2 eingeführt werden kann. Das Verfahren, das schematisch vereinfacht auch in Fig.
8 dargestellt ist, sieht vor, dass der Behälter 2 (in Schritt 0) so in Bezug auf das.
Füllventil 1 angeordnet wird, dass ein koaxiales zentrisches Einführen des Füllventlis
1 durch die Behälteröffnung 21 in den Behälter 2 ermöglicht wird - dies kann durch
axiales Bewegen des Füllventils oder des Behälters, beispielsweise über eine entsprechend
verfahrbare Behälteraufnahme (nicht dargestellt) erfolgen. Vor dem Einführen ist das
Behältervolumen V
D mit Umgebungsluft (gegebenenfalls aber auch einem anderen Gas) bei einem Ausgangsdruck
p
o (z. B. Umgebungsdruck) gefüllt.
[0052] In Schritt a0) in Flg. 8 wird durch den Blockpfeil angezeigt, dass das Füllventil
1 in den Behälter 2 eingeführt wird, wodurch der Druck p im Behälter ansteigt, wenn
die Behälteröffnung 21 abgedichtet ist. Aber auch ohne Abdichtung kann es zu einem
(vorübergehenden) Druckanstieg kommen, wenn die Luft nur langsam durch die Befüllöffnung
21 um das Füllventil 1 entweichen kann.
[0053] Schritt a) zeigt in Fig. 1 und Fig. 8 das vollständig in den Behälter 2 eingeführte
Füllventil 1. Die in den Behälter 2 eingedrungene Füllspitze des Füllventils 1 mit
dem Volumen V
F führt dabei entweder zur Druckerhöhung im verbleibenden Spaltvolumen ΔV, wenn die
Befüllöffnung 21 abgedichtet ist, oder zu einer Verdrängung eines Großteils des Gasvolumens
aus dem Behälter, sodass die im Spaltvolumen ΔV (Differenz zwischen Behältervolumen
V
D und eingeführtem Füllventilvolumen V
F) vorhandene Gas- bzw. Luft- und damit Sauerstoffmenge deutlich reduziert ist
[0054] Wie ferner in
Fig.1 zu sehen ist, hat der Behälter 2 einen geformten Boden 22. Damit das Füllventil 1
vollständig eingefahren werden kann, ohne den Boden 22 zu verformen, ist das Füllrohr
11 am stirnseitigen Ende, das den Dichtsitz 13 für den Kolben 10 aufweist, entsprechend
der Form des Bodens 22 geformt.
[0055] Im Verfahrensschritt b) wird das Ventil 1 durch Überführen des Kolbens 10 in eine
geöffnete Stellung gebracht, sodass Fluid in den Behälter 2 einströmt, während gleichzeitig
das geöffnete Füllventil 1 aufwärts bewegt wird. In
Flg. 8 wird Schritt b) in zwei Darstellungen gezeigt, wobei einmal durch den Blockpfeil
die Öffnung des Füllventils 1 dargestellt ist, das nur knapp von dem Behälterboden
abgehoben ist oder in der Stirnfläche Kanäle aufweist - sodass Fluid in das Spaltvolumen
ΔV eindringen kann. In der zweiten Darstellung des Schrittes b) zeigt der Blockpfeil
die Aufwärtsbewegung des geöffneten Füllventils 1 an, wobei die Geschwindigkeit der
Aufwärtsbewegung mit der Einströmgeschwindigkeit des Fluids abgestimmt ist, sodass
die Stirnfläche des Ventils 1 mit der Ventilöffnung immer unterhalb des Fluidspiegels
im Spaltvolumen ΔV liegt.
[0056] Es wird deutlich, dass die Kontaktfläche des Fluids im Spaltvolumen ΔV lediglich
ein Kreisring mit der Ringbreite s (Differenz des halben Behälterinnendurchmessers
d
Dl und des halben Füllventilaußendurchmessers d
Fa) ist. Durch diese unterschichtige Befüllung, bei der der Fluidspiegel im Spaltvolumen
ΔV oberhalb der Stirnfläche des Füllventils 1 liegt, kommt das Fluid nur an der kreisringförmigen
Kontaktfläche mit dem im Behälter 2 vorliegenden Gas in Kontakt. Der Kreisring der
Ringbreite s stellt eine äußerst kleine Kontaktfläche dar, wodurch die Aufnahme von
Gas (insbesondere Luftsauerstoff) in das Fluid sehr gering ist. Der unterschichtige
Füllvorgang wird durch Aufwärtsbewegung des Füllrohrs 11 mit dem Kolben 10 in geöffneter
Stellung fortgesetzt, wobei kaum Turbulenzen entstehen und so der Gaseintrag über
die Kontaktfläche weiter verringert wird. Die reduzierte Kontaktfläche führt mit dem
verringerten Luftvolumen und dem unterschichtigen Füllvorgang zu einer deutlich verringerten
Sauerstoffaufnahme in dem Fluid.
[0057] Schritt c), dargestellt in Flg. 1, zeigt das geöffnete Füllventil 1 in einer Höhe
der Behälteröffnung 21, bis zu weicher die Aufwärtsbewegung des Füllventils 1 innerhalb
des Behälters 2 bezüglich des Füllvorgangs bzw. der Füllmenge oder der Füllgeschwindigkeit
abgestimmt wird. Hierzu wird ein vorbestimmter Steuerungsparameter verwendet, der
das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter 2 berücksichtigt. Da Dosen bezüglich
ihres Volumens sehr exakt gefertigt werden, entspricht das vorbestimmte Füllvolumen
dem Nennvolumen. In dem in
Fig. 1 und
8 gezeigten Verfahren kann der Steuerungsparameter in Schritt c) eine voreingestellte
Füllzeit sein, die sich aus einem vorbestimmten Füllvolumen in dem Behälter 2 und
einem eingestellten Füllvolumenstrom der Füllvorrichtung ergibt. Vorteilhaft ist hierbei
somit keine aufwändige Sensorik erforderlich.
[0058] Nach der vorbestimmten Füllzeit, während der die Aufwärtsbewegung des geöffneten
Füllventils 1 mit dem unlerschichtigen Einströmvorgang statlfindet, erfolgt das Schließen
des Füllventils 1 in einem Schritt d), wie durch den Blockpfeil in der entsprechenden
Darstellung in
Fig. 8 angedeutet ist, wobei das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter 2 erreicht ist.
Schließlich wird in Schritt e) das geschlossene Füllventil 1 zurückgezogen, so dass
ein nächster Behälter 2 dem Befüllvorgang unterzogen werden kann.
[0059] Fig.11 zeigt ein Füllventil 1 mit einem konisch verjüngten Zentrierabschnitt 19 an der Füllspitze,
durch den das koaxial zentrierte Einführen des Füllventils 1 durch die Behälteröffnung
21 in den Behälter 2 unterstützt wird.
[0060] Figuren 2 bis 5 und Fig. 9,10 zeigen Verfahrensschritte mit einer bevorzugten Füllanordnung, bei der das Füllventil
1 zusätzlich noch ein Trennrohr 12 aufweist, das direkt und koaxial um das Füllrohr
11 angeordnet ist und unabhängig davon gesteuert verfahrbar ist.
Fig. 2 zeigt die Füllanordnung ohne Abdichtung und
Fig. 5 mit Abdichtung. Die jeweils dargestellten Verfahrensschritte sind aber für beide
Varianten anwendbar.
[0061] Bezeichnete Verfahrensschritte, die dem in Zusammenhang mit dem in
Fig. 1 und 9 beschriebenen Verfahren entsprechen, werden gegebenenfalls nicht erneut beschrieben.
Auch das Verfahren, das mit der Füllvorrichtung mit Trennrohr 12 ausgeführt wird,
zeichnet sich durch die reduzierte Kontaktfläche, ein verringertes Luftvolumen und
den unterschichtigen Füllvorgang aus, die zu einer deutlich verringerten Sauerstoffaufnahme
in dem Fluid führen.
[0062] So wird auch hier in Schritt a) das Füllventil 1 vollständig durch die Behälteröffnung
21 in den Behälter 2 eingeführt. Allerdings verbleibt dabei zwischen dem unteren Ende
des Trennrohrs 12 und dem Behälterboden 22 ein axialer Spalt A, um Fluid in das Spaltvolumen
ΔV, das zwischen der Behälterwand 20 und dem Trennrohr 12 gebildet wird, einströmen
zu lassen, wenn, wie in
Fig. 9 im Schritt b0) durch den Blockpfeil im Kolben dargestellt ist, der Kolben 10 in eine
geöffnete Stellung des Füllventils 1 überführt wurde.
[0063] Das Füllverfahren, das ein Füllventil 1 mit Trennrohr 12 nutzt, kann, wie mit Fig.
2 gezeigt, ohne Abdichtung der Behälteröffnung 21 durchgeführt werden, sodass Gas
bzw. Luft entweichen kann.
[0064] Insbesondere jedoch kann in der Variante mit dem Trennrohr 12 auch ein Druckfüllvorgang
durchgeführt werden, bei dem die Behälteröffnung 21 um das Füllventil 1 abgedichtet
wird, wie in
Fig. 3, 4, 5 und 10 dargestellt ist.
[0065] In Schritt b0) wird der Kolben 10 in eine geöffnete Stellung des Füllventils 1 überführt
und das Fluid durch den axialen Spalt A in das radiale Spaltvolumen ΔV zwischen der
Behälterwand 20 und dem Trennrohr 12 einströmen gelassen. Das Fluid strömt in das
radiale Spaltvolumen ΔV ein, bis ein Druckausgleich zwischen dem in der Füllvorrichtung
voreingestellten Fülldruck und dem Behälterdruck p vorliegt, wodurch die Füllhöhe
h in dem radialen Spaltvolumen ΔV bestimmt wird. Der Behälterdruck p kann vorbestimmt
werden und hängt davon ab, ob die Behälteröffnung abgedichtet ist oder nicht, und
ob ein Rückschlag- oder Überströmventil vorhanden ist.
[0066] So steigt der Fluidspiegel im Spaltvolumen ΔV im Behälter 2 bei geöffnetem Füllventil
1 nicht weiter an, wenn ein Druckausgleich zwischen Druck im Behälter 2 und Fülldruck
erreicht ist.
[0067] Um nun das Spaltvolumen vollständig bis zur Füllhöhe h
max zu füllen, wird vorzugsweise ein Pumpschritt durchgeführt (gegebenenfalls können
aber auch mehrere der nachfolgend beschriebenen Pumpschritte durchgeführt werden).
[0068] Bei der nun folgenden Aufwärtsbewegung des Füllrohrs 11 mit dem Kolben 10 in geöffneter
Stellung innerhalb des Trennrohrs 12 wird, wie in Schritt b1) durch den Blockpfeil
oberhalb des Kolbens angezeigt wird, das Trennrohr 12 in seiner vollständig eingeführten
Position belassen, sodass sich das Trennrohr 12 mit Fluid füllt.
[0069] Weiter ist in
Fig. 2 und
Fig. 9 gezeigt, dass in Schritt b2) die Aufwärtsbewegung des Füllrohrs 11 mit dem Kolben
10 in der geöffneten Stellung in einer vorbestimmten Höhe H beendet wird und der Kolben
10 in Schließstellung überführt wird. Diese Höhe H wird in Abhängigkeit der Füllhöhe
h in dem radialen Spaltvolumen ΔV vorbestimmt, die mit dem voreingestellten Fülldruck
und dem vorbestimmbaren Behälterdruck p in Schritt b0) erreicht wird: Die Höhe H lässt
sich aus dem Volumen berechnen, das in dem Trennrohr 12 durch das Füllrohr 11 in der
Höhe H begrenzt wird und das der Volumendifferenz des Spaltvolumens ΔV zwischen der
maximale Füllhöhe h
max und der erreichbaren Füllhöhe h entsprechen soll.
[0070] Das Fluidvolumen, das nach Schritt b2) bis zur vorbestimmten Höhe H im Trennrohr
12 vorliegt, wird in Schritt a1)
(Flg. 5 und 9) durch vollständiges Einführen des Füllrohrs 11 mit dem Kolben 10 in Schließstellung
aus dem Trennrohr 12 durch den axialen Spalt A in das radiale Spaltvolumen ΔV gedrückt.
Der Fluidspiegel dort steigt entsprechend - vorzugsweise bis zur maximalen Füllhöhe,
wobei das restliche vorhandene Gas vollständig aus dem Behälter verdrängt wird. Ist
die vollständige Füllung des Spaltvolumens ΔV nicht mit einem Pumpschritt zu erreichen,
muss gegebenenfalls die Schrittfolge b0)-b1)-b2)-a1)-b0)... wiederholt werden, bis
in einem Schritt a1) das Spaltvolumen ΔV vollständig bis in einen Bereich der Behälteröffnung
21 gefüllt ist.
[0071] In dem in
Fig. 9 skizzierten Schritt c1) wird dann das Füllrohr 11 mit dem Kolben in geöffneter Stellung
innerhalb des Trennrohres 12 bis in einem Bereich der Behälteröffnung 21 aufwärts
bewegt, wobei sich das gesamte Trennrohrvolumen mit Fluid füllt. Die Aufwärtsbewegung(en)
des Füllventils 1 innerhalb des Behälters 2 bis zur Behälteröffnung 21 erfolgt hier
ebenfalls zeitgesteuert, da alle Volumina (Füllvolumen, Spaltrrolumen, Differenzvolumen,
Volumen im Trennrohr etc.) vorbestimmt oder vorbestimmbar sind. Nach c1) wird in Schritt
d1) der Kolben 10 in Schließstellung überführt und das Trennrohr 12 zurückgezogen,
wobei die zuvor im Trennrohr 12 bis zum Ventil anstehende Fluldsäule im Behälter 2
verbleibt, der somit vollständig gefüllt ist, sodass das Füllventil 1 in Schritt e)
zurückgezogen wird.
[0072] Zur Ausführung eines Druckfüllverfahrens mit dem durch das Trennrohr 12 ermöglichten
Nachdrücken wird der Behälter 2 an dem Füllventil 1 abgedichtet, wie
in Fig. 3 oder 4 dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt einen Verfahrensschritt a0) während des Einführens des Füllventils 1 in den
Behälter 2 zu einem Zeitpunkt, an dem die Dichtung 14 aufgesetzt wird. Durch den Zeitpunkt
des Aufsetzens der Dichtung 14 bzw. die Eindringtiefe des Füllventils 1 in den Behälter
2 zu diesem Zeitpunkt wird der Druck p bestimmt, der in dem abgedichteten Behälter
2 vorliegt, wenn das Füllventil 1 gemäß Schritt a) vollständig eingeführt ist. In
Abhängigkeit des gewünschten Druckes p kann die Abdichtung 14 auch vor dem Einführen
des Füllventils 1 auf den Behälter 2 aufgesetzt werden, wobei ein maximaler Druck,
der vom Behältervolumen V
D und dem Volumen V
F des vollständig eingeführten Abschnitts des Füllventils 1 nach dem vollständigen
Einführen des Füllventils 1 durch Kompression der im Behältervolumen Vo vorliegenden
Gasmenge erzielt wird. Zum Druckfüllen, um Aufschäumen kohlensäurehaltiger Fluide
beim Füllen zu verhindern, kann im Behälter 2 so beispielsweise ein Spandruck von
3 bar eingestellt werden, wenn ein Fülldruck von 2 bar vorgesehen ist.
[0073] Gerade in einem solchen Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn, wie in
Fig.10 angedeutet, an der Stirnseite des Trennrohres 12 im axialen Spalt A eine umlaufende,
einseitig wirkende Ringdichtung 18 wie beispielsweise eine Dichtlippe, eingesetzt
wird, die verhindert, dass Fluid oder Gas aus dem Spaltvolumen ΔV in das Trennrohr
12 zurückströmt. Austritt von Fluid durch den axialen Spalt A wird gestattet, und
kann insbesondere durch einen oder mehrere der oben beschriebenen Pumpschritte erfolgen.
[0074] Fig. 4 zeigt die zusätzliche Anordnung eines Volumenkompensatoraufsatzes 15, der beim Abdichten
der Behälteröffnung 21 um das Füllventil 1 zwischen der Behälteröffnung 21 und dem
Dichtelement 14 abdichtend eingesetzt wird. Der Volumenkompensatoraufsatz 15 kommt
vorzugsweise bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Einsatz, die zusätzlich
einen elastisch expandierbaren Körper aufweist, und die später im Zusammenhang mit
Fig. 7 noch ausführlich beschrieben wird.
[0075] Damit ein für den jeweiligen Füllvorgang vorbestimmter Höchstdruck in dem Behälter
2 nicht Überschritten wird, kann in dem Dichtelement 14 (siehe
Fig. 5 und 6) bzw. in dem Volumenkompensatoraufsalz 15 (siehe Fig. 7) ein Überdruckventil 16 angeordnet
sein, das, wie gezeigt, in eine Gasableitung 16' münden kann, aber nicht muss.
[0076] Mit dem Überdruckventil 16 wird beim "Nachdrücken" in Schritt a1), wobei das Fluidvolumen,
das nach Schritt b2) bis zur vorbestimmten Höhe H im Trennrohr 12 vorliegt, durch
vollständiges Einführen des Füllrohrs 11 mit dem Kolben 10 in Schließstellung aus
dem Trennrohr 12 durch den axialen Spalt A in das radiale Spaltvolumen ΔV gedrückt
wird, verhindert, dass der Druck p im Behälter 2 den vorbestimmten Höchstdruck überschreitet.
Zudem wird durch die Konstanthaltung des Drucks im Behälter 2 ein vermehrter Gaseintrag
vermieden, wie er ansonsten bei ansteigendem Druck stattfinden würde.
[0077] Fig. 6 zeigt in acht Darstellungen eine Ausführungsform, des Verfahrens, das ein alternatives
Füllventil 1 mit einem kombinierten Trenn-Füllrohr 112 einsetzt. Der Unterschied zu
dem Füllventil 1 aus
Fig. 1 besteht darin, dass das Trenn-Füllrohr 112 bei gleichem Außendurchmesser d
Fa, der an den Durchmesser d
Do der Behälteröffnung 21 angepasst ausgebildet ist, einen größeren Innendurchmesser
d
Fl aufweist und folglich deutlich dünnwandiger als das Füllrohr 11 aus
Fig.1 ist. Folglich hat der zugehörige gesteuert geführte Kolben 100 einen entsprechend
größeren Durchmesser d
Kl der an den Innendurchmesser d
Fi des Trenn-Füllrohrs 112 angepasst ist. Ein weiterer Unterschied zu dem Füllventil
1 aus Flg.1 liegt in einem deutlich vergrößerten Hubweg des Kolbens 100 in dem Trenn-Füll-rohr112:
Zusätzlich zu der (ersten) geöffneten Stellung, in der der Kolben 100 wie der in FIg.1
proximal zu einem Dichtsitz 13 des Trenn-Füllrohrs 112 angeordnet ist, kann der dicke
Kolben 100 im Trenn-Füllrohr 112 in eine zweite geöffnete Stellung verfahren werden,
in der der Kolben 100 distal zu dem Dichtsitz 13 des Trenn-Füllrohrs 112 angeordnet
ist. In dieser zweiten geöffneten Stellung begrenzt der Kolben 100 ein Verdrängungsvolumen
V
V innerhalb des Trenn-Füllrohres 112, das mit dem Spaltvolumen ΔV das vorbestimmte
Füllvolumen des Behälters 2 ergibt.
[0078] Auch in der in
Fig. 6 gezeigten Verfahrensvariante wird in Schritt a) das Füllventil 1 voll-ständig in
den Behälter 2 eingeführt, bis die Stirnfläche des Füllventils 1 den Behälterboden
22 kontaktiert. Die dargestellte Variante zeigt ein Druckfüllen, wobei die Behälteröffnung
21 um das Füllventil 1 abgedichtet ist. Die Einstellung des Drucks erfolgt wie oben
beschrieben. Das Verfahren kann aber auch ohne Abdichtung durchgeführt werden.
[0079] Das mit dieser Füllanordnung mit dem Trenn-Füllrohr 112 durchführbare Druckfüll-Verfahren
kombiniert die Verfahrensschritte der obig beschriebenen Verfahren, wobei in Schritt
b0) das Füllventil 1 geöffnet wird, indem der Kolben 100 in die erste geöffnete Stellung
des Füllventils 1 bewegt wird, sodass Fluid in das radiale Spaltvolumen ΔV zwischen
der Behälterwand 20 und dem Trenn-Füllrohr 112 einströmen kann. Als nächstes wird
im Schritt b1.1) eine Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs 112 mit dem Kolben 100
in geöffneter Stellung durchgeführt, wobei auch hier ein unterschichtiger Befüllvorgang
erzielt wird, indem der Fluidspiegel (nicht dargestellt) im Spaltvolumen ΔV während
des Füllvorgangs in der Aufwärtsbewegung oberhalb der Stirnseite des Füllventils 1
liegt. Ebenfalls werden die weiteren Vorteile der obigen Beispiele mit dieser Ausführungsform
realisiert.
[0080] So wird in Schritt b2) in einer vorbestimmten Höhe H die Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs
112 mit dem Kolben 100 in der ersten geöffneten Stellung gestoppt und der Kolben 100
in Schließstellung überführt. Auch ohne separates Trennrohr 12 kann im Schritt a1)
durch erneutes vollständiges Einführen des Trenn-Füllrohrs 112 mit dem Kolben 100
in Schließstellung ein Nachdrücken bzw. Pumpschritt durchgeführt werden, mit dem das
Niveau des Fluidspiegels im Spaltvolumen ΔV angehoben wird, wobei der Druck im Behälter
2 aufgrund des Überdruckventils 16 konstant bleibt. Sodann erfolgt erneut Schritt
b0) - ob Schritte b1.1), b2) und a1) wiederholt werden, hängt von den geometrischen
Bedingungen und der vorbestimmten Höhe H ab - ehe in Schritt c1) das Trenn-Füllrohr
112 in eine Position überführt wird, in der wie bei dem Trennrohr 12 ein axialer Spalt
A zwischen dem unteren Ende des Trenn-Füllrohrs 112 und dem Behälterboden 22 verbleibt,
ehe der Kolben 100 in seine zweite geöffnete Stellung bewegt wird, wobei sich das
Trenn-Füllrohr 112 mit Fluid füllt. Die Position des Kolbens 100 in der zweiten geöffneten
Stellung wird so gewählt, dass das Verdrängungsvolumen Vv innerhalb des Trenn-Füllrohres
112 das Spaltvolumens ΔV zum vorbestimmten Füllvolumen ergänzt, sodass in Schritt
d1) das Trenn-Füllrohr 112 zurückgezogen wird, bis der Kolben 100 in Schließstellung
kommt, sodass das Fluid aus dem Trenn-Füllrohr 112 in den Behälter 2 übergeht, und
dieser vollständig gefüllt ist. Es folgt der nicht dargestellte Schritt e), in dem
das Füllventil 1 zurückgezogen wird. Auch dieses Verfahren nutzt die bekannten geometrischen
Parameter und kann zeitgesteuert mit einem abgestimmten Bewegungsablauf durchgeführt
werden.
[0081] Eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer
ebenfalls erfindungsgemäßen Füllanordnung ist in
Fig. 7 gezeigt. Hierbei kommt ein Füllventil 1 mit Trennrohr 12 zum Einsatz, das von einem
elastisch expandierbaren Körper 17 umgeben ist, der sich entlang des gesamten in den
Behälter 2 (samt Volumenkompensatoraufsatz 15 in dieser Ausführungsform) eingeführten
Abschnitts des Trennrohrs 12 erstreckt. Selbstverständlich sind hierbei auch abweichende
Anordnungen denkbar. So können beispielsweise auch mehrere elastisch expandierbare
Körper umfänglich und/oder axial verteilt um und an dem Füllventil 1 angeordnet sein.
Auch ist eine Anordnung eines elastisch expandierbaren Körpers an einem der beschriebenen
Füllventil ohne Trennrohr 1 denkbar. Und bei einer Variante ohne Volumenkompensatoraufsatz
15 erstreckt sich der elastisch expandierbare Körper entsprechend nur entlang des
gesamten in den Behälter 2 eingeführten Abschnitts des Trennrohrs 12. Art, Anzahl
und Anordnung des oder der elastisch expandierbaren Körper richtet sich danach, dass
dieser, nachdem in Schritt a) das geschlossene Füllventil 1 vollständig in den dabei
abgedichteten Behälter 2 eingeführt wurde, in Schritt a1) expandieren gelassen wird,
so dass er in Schritt a2) an den Innenflächen des Behälters 2 und, wie im dargestellten
Beispiel, an der Innenfläche des Volumenkompensatoraufsatzes 15 zur Anlage kommt und
dabei nahezu vollständig die im Behälter 2 zuvor vorhandene Umgebungsluft (oder ein
anderes Gas) durch das in dem Volumenkompensatoraufsatz 15 vorliegende Überdruckventil
16 drückt. Die Expansion des elastisch expandierbaren Körpers 17 kann durch Zufuhr
eines Expansionsfluides, welches ein Gas sein kann, bewirkt werden, es ist aber auch
denkbar, dass nach dem vollständigen Einführen des Füllventils 1, wodurch Gas aus
dem Behälter verdrängt wurde, das Füllrohr 11 mit dem Kolben 10 in Schließstellung
aufwärts bewegt wird, wodurch im Behälter 2 ein Unterdruck entsteht, der zur Expansion
des elastisch expandierbaren Körpers 17 führt. Letzteres ist aber nur bei Behältern
mit ausreichender Außendruckfestigkeit möglich; denn üblicherweise haben Getränkedosen
zwar eine hohe Innendruckfestigkeit, die Außendruckfestigkeit ungefüllter Dosen ist
allerdings nicht sehr hoch - leere Dosen können relativ einfach zusammengedrückt werden.
Folglich kann die Expansion durch Zufuhr eines Expansionsfluids bevorzugt sein.
[0082] In den nächsten b-Schritten erfolgt zunächst das Überführen des Kolbens 100 in die
geöffnete Stellung des Füllvenlils 1, sodass Fluid in das radiale Spaltvolumen ΔV
zwischen der Behälterwand 20 und dem Füllventil 1 einströmt, wodurch der elastisch
expandierbare Körper 17 in Schritt b1a) komprimiert wird, bis er wieder an dem Trennrohr
12 anliegt (Schritt b1b). Sind das Spaltvolumen A V und der Ringspalt zwischen dem
Volumenkompensatoraufsatz 15 und dem Füllventil 1 gefüllt, wird im (nicht dargestellten)
Schritt b2) eine Aufwärtsbewegung des Füllrohrs 11 mit dem Kolben 10 in geöffneter
Stellung bis zu einer vorbestimmten Höhe H in einem Bereich der Behälteröffnung 21
durchgeführt, wobei das Trennrohr 12 in der vollständig eingefahrenen Position, in
der der axiale Spalt A verbleibt, so dass sich das Trennrohr 12 mit Fluid füllt. Das
Füllventil 1 wird in Schritt d1) geschlossen, wenn in Schritt b2) die vorbestimmte
Höhe H im Bereich der Behäitaröffnung 21 erreicht ist. In Schritt d2) folgt das Zurückziehen
des Trennrohres 12, das hier vorteilhaft gleichzeitig die Dichtung 14 öffnet, die
mit dem Trennrohr 12 verbunden ist. Sodann wird das geschlossene Füllventil 1 im nicht
dargestellten Schritt e) aus dem vollständig befüllten Behälter 2 zurückgezogen.
[0083] Der Vofumenkompensatoraufsatz 15, der auch in Fig. 4 gezeigt ist, stellt mit dem
Ringspalt 15', der zwischen der Innenwand des Volumenkompensatoraufsatzes 15 und dem
Trennrohr 12 gebildet wird, ein Volumen bereit, das einem verdrängten Volumen entspricht,
das durch den Teil des Füllventils 1 verursacht wird, der beim Schließen des Füllventils
1 in Schritt d1) innerhalb des Behälters 2 vorliegt, wobei es sich vorliegend um das
Trennrohr 12 handelt. Auf diese Weise kann das Fluid, das in den Schritten b) und
c) bei Füllung des Behälters 2, zuerst des Spaltvolumens ΔV bis in den Ringspalt 15'
des Volumenkompensatoraufsatzes 15 eingeströmt ist, beim Öffnen der Dichtung 14 durch
das Zurückverfahren des Trennrohres 12 in Schritt d2) in den Behälter 2 nachlaufen,
sodass in dem Behälter 2 das vorbestimmte Füllvolumen vortiegt.
[0084] Es wird offensichtlich, dass, basierend auf dem Grundgedanken der Erfindung, eine
Vielzahl verschiedener Ausführungsformen des Verfahrens denkbar sind, von denen hier
einige beispielhaft ausgeführt sind und die den durch die Ansprüche definierten Schutzumfang
nicht einschränken sollen.
[0085] Jegliche Modifikation, die die Grundgedanken der Erfindung nutzt, soll umfasst sein:
Erfindungsgemäß erfolgt die Füllmengenbestimmung durch die bekannten Geometrien (Volumen)
des Behälters (Dose) und des Füllventils, das zugleich ein Verdrängungselement darstellt.
Für das Füllventil sind verschiedene Ausführungen denkbar. Ein erfindungsgemäßes Füllventil
(mit oder ohne Trennrohr, Expansionskörper...) ist mit seinem Außendurchmesser auf
den Durchmesser des zu füllenden Behälters abgestimmt, der nur eine geringe Differenz
zum Behälterdurchmesser aufweist. Somit können gegenüber dem Stand der Technik teure
Messgeräte wie MID-Sensoren entfallen. Auch auf die Steuerung der Befüllung per Füllhöhe,
die durch Lage der Öffnung eines Rückluftrohrs oder einer Rückluftbohrung oder mittels
Sensor, Aktor und geeigneter Regellogik eingestellt wird, kann verzichtet werden.
[0086] Mit den geometrischen Bedingungen der Füllanordnung - die Größe der ringförmigen
Fläche zwischen Behälterwand und Füllventil ist abhängig von Behälterdurchmesser und
Behälteröffnungsdurchmesser und kann daher auch sehr klein sein - erfolgt die Kontaktflächenreduktion,
die eine verringerte Gasaufnahme in das abgefüllte Fluid zur Folge hat Während im
Stand der Technik die im Behälter vorliegende Umgebungsluft durch Kohlenstoffdioxid
ausgespült wird, was einen sehr hohen Kohlenstoffdioxidverbrauch bedingt, wird die
Sauerstoffmenge erfindungsgemäß schon durch die mechanische Verdrängung der Luft aus
dem Behälter infolge der geometrischen Bedingungen auch bei Ausführungsformen ohne
expandierbaren Körper deutlich reduziert. Durch den unterschichtigen Füllvorgang um
das Trenn- bzw. Füllrohr entstehen weniger bis keine Verwirbelung von eingefülltem
Fluid und Restgas im Behälter, wodurch die Sauerstoffaufnahme weiter minimiert wird.
In der Variante mit dem Pumpschritt bzw. "Nachdrücken" wird mit der Überführung des
Fluid In das Spaltvolumen weiter Restgas (und damit Sauerstoff) durch das Überdruckventil
aus dem Behälter entfernt, sodass auch hier keine Sauerstoffaufnahme erfolgt. Zudem
kann durch dieses "Nachdrücken" ein sehr schneller, in seiner Ausprägung fast laminarer
Füllvorgang erzielt werden.
[0087] Weiter kann der zum Druckfüllen erforderliche Druck (Gegendruck, Sättigungsdruck,
Fülldruck), der im Stand der Technik durch komprimiertes Gas, meist Kohlenstoffdioxid
oder Stickstoff erzeugt wird, mechanisch durch das Abdichten der Befüllöffnung während
des Einführens des Füllventlis bereitgestellt werden, so dass Spanngas und entsprechende
Vorrichtungen zum Zuführen entfallen können. Der gewünschte Druck ist dabei einfach
durch Bestimmung der erforderlichen Einführtiefe bei gegebenen geometrischen Bedingungen
einstellbar.
[0088] Zudem wird eine rückluftrohrlose Druckfüllung ermöglicht, wodurch die separate Steuerung,
Reinigung und Wartung der Rückluftrohre bzw. Rütckluftleitungen entfällt, was im Stand
der Technik noch erforderlich ist: Dort wird üblicherweise das Ein-Kammer-Prinzip
zur Füllung angewendet. Der zu füllende Behälter und ein Vorratsbehälter auf der Füllvorrichtung
(Ringkessel) bilden während dem eigentlichen Füllvorgang eine Kammer. Die in den zu
füllenden Behälter einfließende Flüssigkeit verdrängt das dort vorhandene Gas in den
Vorratsbehälter. Es existieren auch Mehrkammerlösungen, die sich bislang aber nicht
durchgesetzt haben, da die einzelnen Kammern nur dann richtig getrennt werden können,
wenn ein Füllgutverlust akzeptiert wird. Eine echte Trennung der Kammern geht nur
apparativ aufwändig mit einem Ballonelement bzw. undurchlässiger Membran.
[0089] In Summe kann mit der Erfindung bei der Befüllung von Behältern wie Dosen sowohl
auf Massmittel zur Überwachung der Füllmenge sowie auf Spül- oder Spanngas verzichtet
werden, wobei die verwendete Füllvorrichtung denkbar einfach konstruiert und kaum
fehleranfällig ist. Aber auch wenn die Erfindung vorzugsweise ohne Spül- und Spanngas
auskommt, ist die Durchführung solcher Schritte in erfindungsgemäßen Verfahren nicht
ausgeschlossen.
[0090] Bei dieser Erfindung werden bekannte Größen, die sich vor, während und nach dem Füllvorgang
nicht ändern, genutzt. Entscheidend ist, dass diese Größen nicht verändert oder geregelt
werden können. Der Umgebungsdruck, das Dosenvolumen und das Verdrängungsvolumen des
Füllvontils bleiben bestehen und können nicht geregell werden. Diese Größen werden
zu beliebiger Zeit ermittelt (gemessen oder errechnet) und zu einem anderen Zeitpunkt
zur Druck- und (Füll-)Volumenbestimmung während dem Füllvorgang genutzt. Diese Größen
werden außerdem so eingesetzt, dass sich während des Füllvorgangs zu einem vorbestimmten
Zeitpunkt ein Solldruck und/oder ein Sollvolumen allein durch ein relatives Verfahren
der einzelnen Teile (Füllventil, Dichtung, Trennrohr...) entlang einer Achse in Bezug
auf den Behälter einstellen lässt.
BEZUGSZEICHENLISTE
[0091]
- 1
- Füllventil
- 10
- Kolben
- 11
- Füllrohr
- 12
- Trennrohr
- 13
- Dichtsitz/Anlagefläche
- 14
- Dichtelement
- 15
- Volumenkompensatoraufsatz
- 16
- Ventil
- 16'
- Gasableitung
- 17
- elastisch expandierbarer Körper
- 18
- einseitig wirkende Ringdichtung, Dichtlippe
- 19
- Zentrierabschnitt
- 100
- breiter Kolben
- 112
- kombiniertes Trenn-Füllrohr
- 2
- zylindrischer Behälter, Dose
- 20
- Behälterwand
- 21
- Behälteröffnung
- 22
- Behälterboden
- dFa
- Außendurchmesser Füllvorrichtung
- dFl
- Innendurchmesser Füllrohr
- dK
- Kolbendurchmesser
- dDi
- Behälterinnendurchmesser
- dDo
- Innendurchmesser Behälteröffnung
- A
- axialer Spalt
- H
- vorbestimmte Höhe
- h, hmax
- Füllhöhe im Spaltvolumen, maximale s Spaltbreite im Spallvolumen
- VD
- Behältervolumen
- Vv
- Verdrängungsvolumen
- VF
- eingeführtes Füllventilvolumen
- AV
- radiales Spaltvolumen
- p0
- Umgebungsdruck
- p
- Behälterdruck
1. Verwendung einer Füllvorrichtung mit einem Füllventil (1), das einen in einem Füllrohr
(11,112) steuerbar geführten Kolben (10,100) aufweist, zum Befüllen eines zylindrischen
Behälters (2), dessen konzentrische Behälteröffnung (21) einen Durchmesser (dDo) aufweist, der 70 bis 99,5 % des Behälterinnendurchmessers (dDl) beträgt,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Füllventil (1) einen Außendurchmesser (dFa) aufweist, der an den Durchmesser (dDo) der Behälteröffnung (21) angepasst ist, sodass eine Füllspitze des Füllventils (1)
reibungsfrei durch die Behälteröffnung (21) in den Behälter (2) aufgenommen wird,
wenn eine Relativbewegung zwischen dem Füllventil (1) und dem Behälter (2) zueinander
ausgeführt wird, wobei die eingeführte Füllspitze des Füllventils (1) in dem Behälter
(2) ein Volumen (VF) einnimmt, das in einem Bereich von 49 bis 99 % des Behältervolumens (VD) liegt.
2. Füllanordnung aus einer Füllvorrichtung und einem vorbestimmten zylindrischen Behälter
(2), dessen konzentrische Behälteröffnung (21) einen Durchmesser (dDo) aufweist, der 70 bis 99,5 % des Behälterinnendurchmessers (dDl) beträgt, wobei die Füllvorrichtung ein Füllventil (1) aufweist, das einen in einem
Füllrohr (11,112) steuerbar geführten Kolben (10,100) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Füllventil (1) einen Außendurchmesser (dFa) aufweist, der an den Durchmesser (dDo) der Behälteröffnung (21) angepasst ausgebildet ist, und
die Füllvorrichtung eine Relativbewegung zwischen dem Füllventil (1) und dem Behälter
(2) bereitstellt, wobei eine Füllspitze des Füllventils (1) koaxial in den Behälter
(2) durch die Behälteröffnung (21) einführbar ist,
wobei die zum Einführen vorbestimmte Füllspitze des Füllventils (1) ein Volumen (VF) aufweist, das in dem Behälter (2) ein Volumen im Bereich von 49 bis 99 % des Behältervolumens
(Vp) einnimmt.
3. Füllanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Füllventil (1) an der Füllspitze um das Füllrohr (11) ein Trennrohr (12) aufweist,
das unabhängig von dem Füllrohr (11) und dem Kolben (10) gesteuert verfahrbar ist.
4. Füllanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Füllrohr (11) als ein kombiniertes Trenn-Füllrohr (112) ausgebildet ist, dessen
Außendurchmesser (dFa) an den Durchmesser (dDo) der Behälteröffnung (21) angepasst ausgebildet ist, wobei das kombinierte Trenn-Füllrohr
(112) dünnwandig ist und einen vergrößerten Innendurchmesser (dFl) aufweist, und wobei der gesteuert geführte Kolben (10) als ein aufgeweiteter Kolben
(100) ausgebildet ist, dessen Durchmesser (dK) an den Innendurchmesser (dFl) des Trenn-Füllrohrs (112) angepasst ist und der zusätzlich zu einer ersten geöffneten
Stellung, in der der Kolben (100) proximal zu einem Dichtsitz (13) des Trenn-Füllrohrs
(112) angeordnet ist, zumindest eine zweite geöffnete Stellung aufweist, in der der
Kolben (100) distal zu dem Dichtsitz (13) des Trenn-Füllrohrs (112) angeordnet ist.
5. Füllanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Füllanordnung ein Dichtelement (14) aufweist, das an der Behälteröffnung (21)
um das Füllventil (1) angeordnet ist.
6. Füllanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Füllanordnung einen Volumenkompensatoraufsatz (15) aufweist, der zwischen dem
Dichtelement (14) und der Behälteröffnung (21) um das Füllventil (1) angeordnet ist,
wobei bevorzugt das Dichtelement (14) oder der Volumenkompensatoraufsatz (15) ein
Ventil, bevorzugt ein Rückschlag- oder Überströmventil, aufweisen.
7. Füllanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Füllventil (1) an einer zu einem Behälterboden (22) weisenden Stirnseite des Füllrohres
(11), des Trennrohres (12) oder des kombinierten Trenn-Füllrohrs (112) radiale Strömungskanäle
oder Abstandshalter, bevorzugt elastische oder federnde Abstandshalter und/oder eine
einseitig wirkende Ringdichtung (18) aufweist.
8. Füllanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Füllventil (1) entlang der Füllspitze an zumindest einem Abschnitt oder um einen
Abschnitt des Füllrohrs (11) oder des Trennrohrs (12) einen elastisch expandierbaren
Körper (17) aufweist,
und/oder
dass das Füllventil (1) an der Füllspitze einen sich zur Stirnseite hin verjüngenden
Zentrierabschnitt (19) aufweist.
9. Verfahren zum Befüllen eines zylindrischen Behälters (2) mit einem Fluid unter Verwendung
einer Füllanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 8,
umfassend die Schritte
a) Durchführen einer Relativbewegung zwischen dem geschlossenen Füllventil (1) und
dem Behälter (2), wobei die Füllspitze des Füllventils (1) durch die Behälteröffnung
(21) in dem Behälter (2) aufgenommen wird, wobei in dem Behälter (2) zuvor vorhandenes
Gas entsprechend einem Volumen (VF) der aufgenommenen Füll-spitze des Füllventils (1) aus dem Behälter (2) verdrängt
oder im Behälter (2) komprimiert wird,
b) Öffnen des Füllventils (1) und einströmen Lassen des Fluids in den Behälter (2),
c) Abstimmen einer relativen Aufwärtsbewegung des Füllventils (1) innerhalb des Behälters
(2) bis zur Behälteröffnung (21) nach einem vorbestimmten Steuerungsparameter, der
das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter (2) berücksichtigt,
d) Schließen des Füllventils (1), wenn das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter
(2) erreicht ist, und
e) Entfernen des geschlossenen Füllventils (1) aus dem Behälter (2).
10. Verfahren nach Anspruch 9,
wobei in Schritt a) das Gas aus dem Behälter (2) verdrängt wird, wenn die Behälteröffnung
(21) um das Füllventil (1) nicht abgedichtet ist, und im Behälter (2) komprimiert
wird, wenn die Behälteröffnung (21) um das Füllventil (1) abgedichtet ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10.
wobei in Schritt a) das Füllventil (1) bis zu einer vorbestimmten Distanz zu einem
Boden (22) des Behälters (2) oder vollständig in den Behälter (2) aufgenommen wird,
bis die Stirnfläche des Füllventils (1) den Boden (22) direkt oder indirekt über den
Abstandshalter kontaktiert.
12. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Füllventil (1) um
das Füllrohr (11) ein Trennrohr (12) aufweist,
wobei in Schritt a) das Füllventil (1), das das Trennrohr (12) aufweist, mit der Füllspitze
in dem Behälter (2) aufgenommen wird und zwischen dem unteren Ende des Trennrohrs
(12) und dem Behälterboden (22) ein axialer Spalt (A) verbleibt,
umfassend die Schritte
b0) Überführen des Kolbens (10) in eine geöffnete Stellung des Füllventils (1) zum
einströmen Lassen des Fluids durch den axialen Spalt (A) in ein radiales Spaltvolumen
(ΔV) zwischen der Behälterwand (20) und dem Trennrohr (12), wobei das Fluid in das
radiale Spaltvolumen (ΔV) einströmt, bis ein Druckausgleich zwischen einem voreingestellten
Fülldruck und einem vorbestimmbaren Behälterdruck (p) vorliegt, wodurch eine Füllhöhe
(h) in dem radialen Spaltvolumen (ΔV) bestimmt wird,
b1) Durchführen einer relativen Aufwärtsbewegung des Füllrohrs (11) mit dem Kolben
(10) in geöffneter Stellung innerhalb des Trennrohrs (12), das in seiner Position
relativ zum Behälterboden (22) verbleibt, wobei das Trennrohr (12) mit Fluid gefüllt
wird,
b2) in einer vorbestimmten Höhe (H) Beenden der relativen Aufwärtsbewegung des Füllrohrs
(11) und Überführen des Kolbens (10) in Schließstellung,
d1) Zurückziehen des Trennrohres (12), wenn in Schritt b2) die vorbestimmte Höhe (H)
in einem Bereich der Behälteröffnung (21) liegt und der Behälter (2) vollständig gefüllt
ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die in dem radialen Spaltvolumen (ΔV) erreichbare
Füllhöhe (h) kleiner als eine durch den Behälter (2) in dem radialen Spaltvolumen
(ΔV) vorgegebene maximale Füllhöhe (h
max) ist,
umfassend die Schritte
a1) Durchführen einer relativen Abwärtsbewegung des Füllrohrs (11) mit dem Kolben
(10) in Schließstellung nach Schritt b2) und vor d1), wobei das in dem Trennrohr (12)
bis zur vorbestimmten Höhe (H) vorliegende Fluidvolumen durch den axialen Spalt (A)
in das radiale Spaltvolumen (ΔV) gedrückt wird,
und gegebenenfalls Wiederholen der Schritte b0) bis a1), bis in Schritt a1) das Spaltvolumen
(ΔV) vollständig bis zur maximalen Füllhöhe (hmax) gefüllt ist,
c1) Aufwärtsbewegen des Füllrohrs (11) mit dem Kolben (10) in geöffneter Stellung
innerhalb des Trennrohres (12) bis zu der vorbestimmten Höhe (H), die in einem Bereich
der Behälteröffnung (21) liegt, wobei das Trennrohr (12) mit Fluid gefüllt wird,
d1) nach Schritt b2) Zurückziehen des Trennrohrs (12), wobei das im Trennrohr (12)
vorliegende Fluid im Behälter (2) verbleibt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei vor Durchführung des Befüllvorgangs zur Füllung
des radialen Spaltvolumens (ΔV) in einem einzigen Schritt a1) das Festlegen einer
ersten vorbestimmten Höhe (H1) in einem ersten Schritt b) in Abhängigkeit der mit dem voreingestellten Fülldruck
und dem vorbestimmbaren Behälterdruck (p) in Schritt b0) erreichbaren Füllhöhe (h)
in dem radialen Spaltvolumen (ΔV) erfolgt, so-dass ein Volumen, das in dem Trennrohr
(12) durch das Füllrohr (11) in der ersten vorbestimmten Höhe (H) begrenzt wird, einer
Volumendifferenz des Spaltvolumens (ΔV) zwischen der maximale Füllhöhe (hmax) und der erreichbaren Füllhöhe (h) entspricht.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei
der vorbestimmte Steuerungsparameter eine voreingestellte Füllzeit ist, die sich aus
einem vorbestimmten Füllvolumen in dem Behälter (2) und einem eingestellten Füll-volumenstrom
der Füllvorrichtung ergibt, wobei das Schließen des Füllventils (1) in Schritt d)
nach der vorbestimmten Füllzeit erfolgt.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
umfassend den Schritt
a0) zu einem Zeitpunkt vor oder während Schritt a) Abdichten der Behälteröffnung (21)
um das Füllventil (1) mit einem Dichtelement (14), wobei der Zeitpunkt des Abdichtens
einen Druck (p) bestimmt, der nach vollständigem Einführen des Füllventils (1) in
dem abgedichteten Behälter (2) vorliegt.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
wobei
die Füllvorrichtung einen Volumenkompensatoraufsatz (15) aufweist, der vor dem Befüllvorgang
beim Abdichten der Behälteröffnung (21) um das Füllventil (1) zwischen der Behälteröffnung
(21) und dem Dichtelement (14) angeordnet wird, wobei ein Volumen eines Ringspalts
(15'), der zwischen dem Volumenkompensatoraufsatz (15) und dem Füllventil (1) gebildet
wird, einem verdrängten Volumen entspricht, das durch einen Teil des Füllventils (1)
verursacht wird, der beim Schließen des Füllventils (1) in Schritt d) innerhalb des
Behälters (2) vorliegt, sodass das Fluid, das bei Füllung des Behälters (2) in den
Schritten b) und c) bis in den Ringspalt (15') eingeströmt ist, beim Zurückziehen
des geschlossenen Füllventils (1) in Schritt e) in den Behälter (2) nachläuft, sodass
in dem Behälter (2) das vorbestimmte Füllvolumen vorliegt,
und/oder wobei
durch Anordnung eines Rückschlag- oder Überstromventils (16) in dem Dichtelement (14)
oder in dem Volumenkompensatoraufsatz (15) verhindert wird, dass der Druck (p) in
dem Behälter (2) einen für den Füllvorgang vorbestimmten Höchstdruck überschreitet.
18. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Füllventil (1)
ein kombiniertes Trenn-Füllrohr (112) und einen gesteuert geführten Kolben (100) aufweist,
dessen Durchmesser (d
K) an den vergrößerten Innendurchmesser (d
Fl) des Trenn-Füllrohrs (112) angepasst ist und der zusätzlich zu einer ersten geöffneten
Stellung, in der der Kolben (100) proximal zu einem Dichtsitz (13) des Trenn-Füllrohrs
(112) angeordnet ist, zumindest eine zweite geöffnete Stellung, in der der Kolben
(100) distal zu dem Dichtsitz (13) des Trenn-Füllrohrs (112) angeordnet ist, aufweist,
umfassend die Schritte
b0) Überführen des Kolbens (100) in die erste geöffnete Stellung des Füllventils (1)
zum einströmen Lassen des Fluids in ein radiales Spaltvolumen (ΔV) zwischen der Behälterwand
(20) und dem Trenn-Füllrohr (112), und
b1.1) Durchführen einer Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs (112) mit dem Kolben
(100) in geöffneter Stellung, wobei das Fluid weiter in das radiale Spaltvolumen (ΔV)
einströmt, bis in dem radialen Spaltvolumen (ΔV) eine vorbestimmbare, von dem voreingestellten
Fülldruck und einem vorbestimmbaren Behälterdruck (p) abhängige Füllhöhe erreicht
ist,
b2) in einer zweiten vorbestimmten Höhe (H2) Beenden der Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs (112) und Überführen des Kolbens
(100) in Schließstellung, wobei die zweite vorbestimmte Höhe (H2) in Abhängigkeit der in b1.1) erreichbaren Füllhöhe in dem radialen Spaltvolumen
(ΔV) vor dem Befüllvorgang festgelegt wird, sodass ein Volumen, das unter dem Trenn-Füllrohr
(112) in der zweiten vorbestimmten Höhe (H2) begrenzt wird, einer Volumendifferenz des Spaltvolumens (ΔV) zwischen der maximalen
Füllhöhe (hmax) und der in b1.1) erreichbaren Füllhöhe (h) entspricht,
a1) vollständig Einführen des Trenn-Füllrohrs (112) mit dem Kolben (100) in Schließstellung,
und nach erneutem Durchführen von Schritt b0),
c1) Überführen des Trenn-Füllrohrs (112) in eine Position, in der ein axialer Spalt
(A) zwischen dem unteren Ende des Trenn-Füllrohrs (112) und dem Behälterboden (22)
verbleibt, und Uberführen des Kolbens (100) in die zweite geöffnete Stellung des Füllventils
(1), wobei das Trenn-Füllrohr (112) mit Fluid gefüllt wird,
d1) wenn in Schritt c1) die zweite geöffnete Stellung erreicht ist, Zurückziehen des
Trenn-Füllrohres (112) bis der Kolben (100) in Schließstellung ist, wobei das Fluid
aus dem Trenn-Füllrohr (112) in den Behälter (2) übergeht, sodass dieser vollständig
gefüllt ist.
19. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Füllventil (1)
einen elastisch expandierbaren Körper (17) aufweist, der in Schritt a) vollständig
in dem Behälter (2) aufgenommen ist,
umfassend die Schritte
a1) nach dem vollständiges Einführen des geschlossenen Füllventils (1) durch die Behälteröffnung
(21) in den Behälter (2) in Schritt a) expandieren Lassen des elastisch expandierbaren
Körpers (17), bis dieser
a2) an den Innenflächen des Behälters (2) und, falls eingesetzt, an der Innenfläche
des Volumenkompensatoraufsatzes (15) anliegt,
b1) Überführen des Kolbens (100) in die geöffnete Stellung des Füllventils (1) zum
einströmen Lassen des Fluids, wobei der elastisch expandierbare Körper (17) in Schritt
b1a) komprimiert wird, bis er in Schritt b1b) an dem Füllventil (1) anliegt und das
radiale Spaltvolumen zwischen der Behälterwand (20) und dem Füllventil (1) und, falls
eingesetzt, der Ringspalt zwischen dem Volumenkompensatoraufsatz (15) und dem Füllventil
(1) gefüllt ist,
b2) Durchführen einer Aufwärtsbewegung des Füllrohrs (11) mit dem Kolben (10) in geöffneter
Stellung bis zu einer vorbestimmten Höhe (H) in einem Bereich der Behälteröffnung
(21).
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der elastisch expandierbare Körper (17) an dem oder
um das Trennrohr (12) angeordnet ist,
umfassend die Schritte
während Schritt b2) Belassen des Trennrohrs (12) in der vollständig eingeführten Position
während der Aufwärtsbewegung des Füllrohrs (11) mit dem Kolben (10) in geöffneter
Stellung, wobei das Trennrohr (12) mit Fluid gefüllt wird,
d1) Schließen des Füllventils (1), wenn in Schritt b2) die vorbestimmte Höhe (H) in
dem Bereich der Behälteröffnung (21) erreicht ist und der Behälter (2)vollständig
gefüllt ist,
d2) Zurückziehen des Trennrohres (12) und
e) Zurückziehen des geschlossenen Füllventils (1).