Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie aus der
Insbesondere bei Getränken ist allein schon aus hygienischen Gründen ein tropffreies Abfüllen des betreffenden Füllgutes gewünscht, um Verschmutzungen und damit verbundene Risiken auch hinsichtlich einer Verkeimung zuverlässig zu vermeiden. Um ein tropffreies Abfüllen zu erreichen, ist es bekannt (
Beim Füllen von Behältern mit einem Füllgut, welches feste Bestandteile enthält, beispielsweise Fruchtstücke und/oder Fruchtfasern (auch als Pulpe bezeichnet) in einer eher flüssigen Phase, z.B. Fruchtsaft, besteht das Problem, dass sich die festen Bestandteile innerhalb der verwendeten Gassperre anlagern und/oder verklumpen und es dadurch zu Verstopfungen und Beeinträchtigungen der Funktion des Füllelementes bzw. der mit diesem erzielten Füllgeschwindigkeit (in die Behälter eingebrachte Füllgutmenge je Zeiteinheit) kommt. Um derartige Beeinträchtigungen zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, den Ventilkörper des Füllelementes stempelartig derart auszubilden, dass er beim Schließen in die das Füllgut führenden Öffnungen bzw. Bohrungen oder Füllgutkanäle der Gassperre eintaucht und dabei evtl. anhaftende feste Bestandteil durchtrennt oder abschert, sodass diese sich nicht weiter anlagern können, sondern mit dem Füllgut beim Füllen ausgetragen werden (
Das Zwischendokument
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen, welches bei hoher Betriebssicherheit insbesondere auch bei Verarbeitung eines Füllgutes mit festen Bestandteilen ein unerwünschtes Nachtropfen bei geschlossenem Flüssigkeitsventil vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllelement entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
"Behälter" sind im Sinne der Erfindung insbesondere Dosen, Flaschen, Tuben, Pouches, jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, aber auch andere Packmittel, die zum Abfüllen von flüssigen oder viskosen Produkten für ein Druckfüllen oder für ein druckloses Füllen geeignet sind.
Der Ausdruck "im Wesentlichen" bzw. "etwa" bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen von jeweils exakten Werten um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Unter "Freistrahlfüllen" ist im Sinne der Erfindung ein Verfahren zu verstehen, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter in einem freien Füllstrahl zuströmt, wobei der Behälter mit seiner Behältermündung oder -öffnung nicht am Füllelement anlegt, sondern von dem Füllelement bzw. von einem dortigen Füllgutauslass beabstandet ist. Wesentliches Merkmal dieses Verfahrens ist auch, dass die aus dem Behälter während des Füllprozesses vom flüssigen Füllgut verdrängte Luft nicht in das Füllelement bzw. in einen dort ausgebildeten, Gas führenden Bereich oder Kanal gelangt, sondern frei in die Umgebung strömt.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Das in den
Das Füllelement 1 umfasst ein mehrteiliges Füllelementgehäuse 2, in welchem u.a. eine Ventil- oder Füllgutkammer 3 ausgebildet ist, die in ihrem oberen Bereich mit einem Anschluss 4 zum Zuführen des flüssigen Füllgutes versehen und mit diesem Anschluss mit einem das Füllgut bereitstellenden, nicht dargestellten Kessel verbunden ist. Im Detail besteht das Gehäuse 2 aus einem oberen, deckelartigen Gehäuseteil 2.1, aus einem ringförmigen Gehäuseteil 2.2 und einem unteren Gehäuseteil 2.3, die in Richtung einer Füllelementachse FA aneinander anschließen und u.a. den Füllgutraum 3 nach außen begrenzen. Das untere Gehäuseteil 2.3 ist an dem dem Gehäuseteil 2.1 gegenüber liegenden Boden des Füllgutraumes 3 mit einem Vorsprung 5 versehen, der bei dem Füllelement 1 eine die vertikale Füllelementachse FA konzentrisch umschließende kreiszylinderförmige Mantel- oder Umfangsfläche aufweist. An der Umfangsfläche des Vorsprunges 5 sind um die Füllelementachse FA verteilt mehrere Ventilöffnungen 6 vorgesehen. Die Achsen A6 der Ventilöffnungen können waagerecht angeordnet sein, sie können aber auch jeweils einen Winkel von 90° abweichenden Winkel mit der Füllelementachse FA einschließen. Dabei der Winkel der Füllelementachse A6 mit der Füllelementachse FA sowohl kleiner, als auch größer als 90° sein.
Jede Ventilöffnung 6 mündet in einen eigenständigen Füllgutkanal 7, der sich in Richtung der Füllelementachse FA in einer Verlängerung 8 des Gehäuseteils 2.3 nach unten erstreckt und an der Unterseite des Gehäuses 2 bzw. der zapfenartigen Verlängerung 8 an jeweils einer Abgabeöffnung 7.1 mündet. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Flüssigkeitskanäle 7 so ausgeführt, dass sie einen sich in Richtung zur jeweiligen Abgabeöffnung hin leicht verengenden Querschnitt aufweisen. Es versteht sich aber von selbst, dass diesbezüglich auch konstante Querschnitte oder aber auch sich erweiternde Querschnitte ausführbar sind.
In der Füllgutkammer 3 ist ein Schließ- oder Ventilkörper 9 angeordnet, der bei der dargestellten Ausführungsform kreisringförmig, die Füllelementachse FA konzentrisch umschließend ausgebildet ist und am unteren Ende eines achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordneten und durch eine Betätigungseinrichtung axial bewegbaren Ventilstößel 11 befestigt ist. Der Ventilkörper 9 bildet zusammen mit den Ventilöffnungen 6 bzw. mit der diese Ventilöffnungen umschließenden Umfangsfläche des Vorsprungs 5 ein Flüssigkeitsventil 12 des Füllelementes 1, welches zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in den betreffenden Behälter (über die Abgabeöffnungen 7.1) durch axiales Anheben des Ventilkörpers 9 aus der in den
Wie die Figuren auch zeigen, ist der Ventilkörper 9 an seinem unteren, dem Gehäuseteil 2.3 zugewandten Rand 9.1 messerschneidenartig ausgeführt, sodass Feststoffe, die sich beim Schließen des Flüssigkeitsventils 12 zufällig im Bereich der jeweiligen Ventilöffnung 6 befinden, mit diesem Rand 9.1 durchtrennt bzw. abgeschert werden. Auch die Ventilöffnungen 6 bilden insbesondere mit dem unteren Bereich ihres Öffnungsrandes besonders stark ausgeprägte Schneidkanten zum Abscheren von Feststoffen. Durch wenigstens eine nicht dargestellte zusätzliche Dichtung ist bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 12 nicht nur eine hydraulisch dichte Trennung zwischen der Füllgutkammer 3 und jeder Ventilöffnung 6, sondern auch eine dichte hydraulische Trennung zwischen den Ventilöffnungen 6 bzw. zwischen den Flüssigkeitskanälen 7 erreicht. Hierdurch ist es möglich, die Flüssigkeitskanäle 7 so auszuführen, dass diese in ihrer Gesamtheit als Gassperre wirken, welche bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 12 ein Nachtropfen von Füllgut aus den Ventilöffnungen 6 und den Flüssigkeitskanälen 7 verhindert.
Durch seine Ausbildung als Ring kann der Ventilkörper 9 zum Schließen des Flüssigkeitsventils 12 auf den Vorsprung 5 aufgesetzt werden, ohne dass Füllgut oder aber im Füllgut vorhandene Feststoffe zwischen Flächen des Ventilkörpers 9 und dem Vorsprung 5 verpresst werden, womit ein aus hygienischen Gründen, insbesondere auch aus Gründen einer möglichst keimfreien Abfüllung eines Füllgutes unerwünschtes Anhaften und/oder Verklumpen von Feststoffen im Bereich des Flüssigkeitsventils 12 vermieden ist. Zur Verbindung des Ventilstößels 11 mit dem ringartigen Ventilkörper 9 ist an der Oberseite dieses Ventilkörpers ein Steg 13 vorgesehen. Weiterhin ist der Durchtritt des Ventilstößels 11 durch das obere Gehäuseteil 2.1 durch eine Balgdichtung 14 abgedichtet.
Der besondere Vorteil des Füllelementes 1 besteht u.a. darin, dass der Ventilkörper 9 beim Schließen in Richtung der Füllelementachse FA bewegt wird, d.h. in einer Achsrichtung, die quer zur Achse A6 der Ventilöffnungen 6 und damit auch quer zur Strömungsrichtung des Füllgutes beim Eintritt in die Ventilöffnungen, d.h. beim Durchströmen des Flüssigkeitsventils 12 orientiert ist. Hierdurch wird beim Schließen des Flüssigkeitsventils 12 keinerlei Pumpwirkung durch den sich in die Schließstellung bewegenden Ventilkörper 9 auf das Füllgut ausgeübt.
Das in den
Der Formgebung des Vorsprungs 5a entsprechend ist der mit den Ventilöffnungen 6 zusammenwirkende und zusammen mit diesen das Flüssigkeitsventil 12a bildende Ventilkörper 9a als kegelförmiger Ring ausgebildet, der im Schließzustand des Flüssigkeitsventils 12a (
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ringförmig ausgebildeter Ventilkörpers 9a liegt darin, dass diese bereits dann durch das Füllgut in ausreichendem Maße umspült werden, wenn das Füllventil zur Füllgutabgabe vollständig geöffnet ist, so dass eine separate Reinigungsstellung bzw. ein separater Reinigungshub zur Reinigung des Ventilkörpers vollständig entfallen kann.
Es versteht sich von selbst, dass die gute Reinigbarkeit des Ventilkörpers 9a sowohl bei der kegelstumpfförmigen, als auch bei der zylinderförmigen Ausgestaltung gegeben ist.
Bei dem Füllelement 1a ist beim Schließen des Flüssigkeitsventils 12a ebenfalls eine durch den Ventilkörper 9a auf das Füllgut ausgeübte Pumpwirkung, die zu einem Verspritzen oder Überschäumen des Füllgutes führen könnte, vermieden, da die Schließbewegung des Ventilkörpers 9a wiederum quer zur Achse A6 der Ventilöffnungen 6 und damit zur Strömungsrichtung des Füllgutes im Bereich dieser Ventilöffnungen bzw. des Flüssigkeitsventils 12a orientiert ist. Feste Füllgutbestandteile, die sich beim Schließen des Flüssigkeitsventils 12a zufällig im Bereich des Flüssigkeitsventils 12a bzw. im Bereich der Ventilöffnungen 6 befinden, werden wiederum zwischen dem unteren Rand 9a.1 und dem Füllungsrand der jeweiligen Ventilöffnung 6 durchtrennt.
Wie insbesondere der
Durch die Kegelform des Vorsprunges 5a und des Ventilkörpers 9a wird es möglich, diese Bauteile mit größeren Toleranzen zu fertigen, womit eine erhebliche Reduzierung der Herstellungskosten erreicht werden kann. Dabei wird das dichte Verschließen der Ventilöffnungen 6 durch die Kegelform besonders sicher erreicht.
Die Kegelform des Vorsprunges 5a und des Ventilkörpers 9a ist auch dann von großem Vorteil, wenn - beispielsweise bei der Abfüllung von heißen Füllgütern - mit der Erwärmung und somit auch mit Wärmeausdehnungen der Bauteile des Füllventils zu rechnen ist. Bedingt durch die Kegelform kann es im Vergleich zur Zylinderform bei Temperaturschwankungen oder aber auch bei Temperaturunterschieden zwischen Ventilkörper 9a und Vorsprung 5a nicht zu einem Verklemmen kommen. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Winkel der Kegelform so gewählt wird, dass ein Verklemmen auch von daher sicher vermieden ist.
Bei den Füllelementen 1 und 1a sind die Ventilöffnungen 6 jeweils so vorgesehen, dass sie an der Umfangsfläche des Vorsprunges 5 bzw. 5a auf gleicher Höhe münden, d.h. mit ihren Achsen auf einer gedachten, die Füllelementachse FA konzentrisch umschließenden Kreislinie befinden. Um bei vorgegebenem Durchmesser des Vorsprunges 5 bzw. 5a die Anzahl der Ventilöffnungen 6 und damit auch die Anzahl der Füllgutkanäle 7 zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, die Ventilöffnungen 6 so anzuordnen und/oder auszubilden, dass sie in unterschiedlichem axialen Abstand von der freien Oberseite des jeweiligen Vorsprunges 5 bzw. 5a an dessen Mantelfläche münden, wie dies in der
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Ventilkörper 9 bzw. 9a zumindest an mit dem Vorsprung 5 bzw. 5a zusammenwirkenden Bereichen elastisch ausgebildet, beispielsweise dadurch, dass er an solchen Bereichen, die nicht zum Verschließen der Ventilöffnungen 6 und 6a dienen, geschlitzt ist, d.h. mit entlang einer Mantellinie verlaufenden, vom unteren Rand 9.1 bzw. 9a.1 ausgehenden, aber vor dem oberen Rand enden Schlitzen versehen ist, oder der Ventilkörper 9 bzw. 9a ist an seinen mit dem Vorsprung 5 bzw. 5a zusammenwirkenden Bereichen zumindest teilweise aus einem elastischen Material, beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt. Diese elastische Ausbildung trägt nicht nur zur Schaffung eines hydraulisch dichten Verschließens des Flüssigkeitsventils 12 bzw. 12a bei, sondern vermeidet auch Probleme, die durch die thermische Ausdehnung bedingt ist, und zwar dadurch dass dann, wenn sich insbesondere der Durchmesser des Vorsprungs 5 bzw. 5a durch Erhitzen (z.B. bei einem Heißabfüllen eine Füllgutes in Behälter) vergrößert, sich der Ventilkörper 9, 9a zur Anpassung entsprechend elastisch verformen kann.
Durch die ringförmige Ausbildung der Ventilkörper 9 und 9a werden diese nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils 12 bzw. 12a vollständig, d.h. auch an der Ringinnenfläche von dem Füllgut frei umspült, sodass evtl. anhaftende Restbestandteile von dem Ventilkörper 9 bzw. 9a gelöst und mit dem Füllgut mitgeführt werden.
Die
Die Erfindung wurde vorstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen im Rahmen des durch den unabhängigen Anspruchs definierten Schutzumfangs sowie Abwandlungen möglich sind.
So ist beispielsweise für ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der kleinste längenmäßige Abstand zwischen den am nächsten zu einander liegenden Punkten der Bohrungen von zwei benachbarten Ventilöffnungen 6, 6a,17 größer ist, als die Länge der größten regelmäßig zu erwartenden Faser. Durch diese Vorgehensweise wird eine Anlagerung von Fasern am Vorsprung 5, 5a oder an den Ventilöffnungen 6, 6a, 17 sicher vermieden, da auf diese Weise verhindert wird, dass eine Faser mit ihren Enden in unterschiedliche Ventilöffnungen 6, 6a, 17 ragt und somit nicht ohne besondere Reinigungsmaßnahmen abgespült werden kann.
Für ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper 9, 9a, zumindest an den, mit dem Vorsprung 5, 5a zusammen wirkenden Bereichen elastisch ausgebildet ist. Dieses kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass er an,solchen Bereichen, die nicht zum Verschließen der Ventilöffnungen 6, 6a, 17 dienen geschlitzt ist, d.h. mit entlang einer Mantellinie verlaufenden, vom unteren Rand 9.1, 9.a1 ausgehenden, aber vor dem oberen Rand endenden Schlitzen versehen ist, wodurch eine elastische Verformung ermöglicht wird. Alternativ kann der Ventilkörper 9, 9a an den, mit dem Vorsprung 5, 5a zusammen wirkenden Bereichen zumindest teilweise aus einem elastischen Material, beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt sein.
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