EP0953542B1 - Füllventil für eine Abfüllanlage - Google Patents

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EP0953542B1
EP0953542B1 EP99105206A EP99105206A EP0953542B1 EP 0953542 B1 EP0953542 B1 EP 0953542B1 EP 99105206 A EP99105206 A EP 99105206A EP 99105206 A EP99105206 A EP 99105206A EP 0953542 B1 EP0953542 B1 EP 0953542B1
Authority
EP
European Patent Office
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gas
filling
valve
channel
pressure
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99105206A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0953542A2 (de
EP0953542A3 (de
Inventor
Ludwig Clüsserath
Dieter-Rudolf Krulitsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KHS GmbH
Original Assignee
KHS MASCHINEN und ANLAGENBAUAG
KHS Maschinen und Anlagenbau AG
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Publication date
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Publication of EP0953542A3 publication Critical patent/EP0953542A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0953542B1 publication Critical patent/EP0953542B1/de
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Definitions

  • the invention relates to a single-chamber filling system according to the preamble of claim 1.
  • Filling systems of this type are in different designs known.
  • the DE-U-9 321 223 describes such a filling system.
  • the object of the invention is to demonstrate a filling system which is simplified constructive training a level adjustment via Trinox in particular reliably enabled.
  • the span gas valve or its valve body also forms the Trinox valve. This results in a simplified and particularly reliable Education.
  • an element reducing the gas flow for example provided in the form of a throttle or nozzle.
  • This will in conjunction with the Special design of the gas valve ensures that the Trinox pressure in the filled Container (bottle) largely independent of fluctuations in gas pressure in the Trinox channel is.
  • 1 is a ring bowl of a mechanical single-chamber filling system, or a mechanical single-chamber filling machine of all-round design.
  • the ring bowl 1 is in a known manner part of the revolving around the vertical machine axis Rotors of the filling machine.
  • the interior 2 of the Filling kettle 1 filled with the liquid filling material up to a predetermined level N see above that in the ring bowl 1 or in the bowl interior 2 one of the liquid filling material occupied liquid space 2 'and above the level N a gas space 2 " result of an inert gas, for example a CO 2 gas with a predetermined Filling pressure picks up.
  • an inert gas for example a CO 2 gas with a predetermined Filling pressure picks up.
  • a liquid channel 9 is formed in the housing 6 and extends above through a passage 10 communicates with the liquid space 2 'and on the underside of the housing 6 an annular discharge opening concentrically enclosing a return gas pipe 11 12 forms for the liquid filling material.
  • a return gas pipe 11 12 forms for the liquid filling material.
  • valve body 14 forming the filling or liquid valve 13 arranged, which in Figure 1 in its lower, the liquid valve 13 blocking Position is shown to open the liquid valve 13 in the direction of Valve axis VA moved up and moved down to close again is controlled in a known manner by a mechanical control element 15, the pinion 15 'with control knobs, not shown, one with the rotor circumferential control curve cooperates and via a control curve 15 "on the Shaft 14 'acts.
  • a gas and Trinox valve 18 is located in the area of the mouth 17 in the gas channel 16 provided, which in the illustrated embodiment is essentially one Valve needle 19 is formed, which extends through the mouth 17 into the interior of the Gas channels 16 stretched in and with their lower, free end with one there formed valve seat 16 'cooperates.
  • valve needle 19 is in the direction of the axis VA and thus in the axial direction of the gas channel 16 from which the gas channel 16 is blocked Position to open the span gas and Trinox valve 18 can be raised, controlled through the mechanical control element 15.
  • the valve needle 19 is still through it Dead weight, possibly also supported by a spring, not shown, in your that Tension gas and Trinox valve 18 biased locking position as follows is explained in more detail.
  • channels 20 and 21 formed, of which the channel 20 at one end to the bottom of the Ring bowl 1 provided and common to all filling elements 3 Vacuum channel 22 is connected, which in turn with a not shown Vacuum or vacuum source is connected.
  • the other end of the channel 20 is on an input of a mechanical control valve device 23 connected for each filling element 3 is provided separately on its housing 6.
  • the control valve device 23 of a rotary slide valve is formed, which by means of a control lever 23 'by a not shown stationary control curve is controllable.
  • a throttle 24 and a are in series in the channel 20 Valve 25 arranged.
  • the latter acts on the one hand as a check valve in such a way that it only opens and in for a gas flow towards the vacuum channel 22 blocks in the opposite direction.
  • the valve 25 also acts as Pressure relief valve, which closes when the pressure in channel 20 at the the side of the valve 25 facing away from the vacuum channel 22 below a lower one Pressure threshold (relief pressure) falls.
  • the pressure threshold is adjustable.
  • the channel 21 is connected at one end to a Trinox channel 26 which is connected to the bottom of the ring bowl 1 as a common for all filling elements 3 Ring channel is formed.
  • the other end of the channel 21 stands with a second one Input of the control valve 23 in connection.
  • the Trinox channel 26 contains in a manner known per se Inert gas, for example C02 gas, with a gas pressure that is above the filling pressure in the Gas space 2 "is located, i.e. a pressure is regulated in the Trinox channel 26, for example, by approximately 1.0-2.0 bar is above the filling pressure in the gas space 2 ".
  • a third channel 28 is provided, which has one end with the Liquid channel 9 in the flow direction after the liquid valve 13 in connection stands and with its other end with a third connection of the control valve 23 connected is. In the control valve 23 is still a leading to the atmosphere Relief channel 29 is provided.
  • the control valve 23 has e.g. at least four switch positions, namely a first Switch position in which all channels 20, 21 and 28 on control valve 23 are closed are, a second switching position in which the channel 20 is connected to the channel 28 and the channel 21 is closed and a third switching position in which the channel 20 closed on the control valve 23 and the channel 21 is connected to the channel 28. In a fourth switching position of the control valve, the channels 20 and 21 are closed, but the channel 28 is connected to the channel 29 via the control valve.
  • FIG. 2 shows a filling system which differs from the Filling system of Figure 1 essentially differs only in that instead of Vacuum channel a return gas channel 31 is provided, which in turn on the bottom of the ring bowl 1 as a ring channel common to all filling elements 3 is trained. Furthermore, in the embodiment of FIG. 2, the valve 25 is in the channel 20 omitted.
  • a filling method is, for example, with the following Process steps possible:
  • the filling valve 13 When the filling valve 13 is closed, it is in the sealing position with the filling element 3 located bottle 4 by connecting the channel 28 to the channel 20 via the Control valve 23 of the interior of the bottle 4 evacuated to approximately 90% vacuum.
  • the channel 28 is reconnected to the channel 20 via the control valve 23, whereby the bottle is evacuated again to approx. 90% vacuum.
  • the filling valve 13 is closed mechanically. As stated above, a pressure is regulated in the Trinox channel 26, which is approximately 1.0-2.0 bar above the filling pressure in the gas space 2 ".
  • the span gas and Trinox valve 18 is now due to the pressure in the channel 16 in its open position.
  • the channels 21 and 28 are via the control valve 23 connected so that from the Trinox channel 26 a limited by the nozzle 27 Gas flow can flow into the bottle 4 or in the bottle neck 1.
  • In the bottle 4 there is an overpressure above the filling level there, which results from the Filling pressure in the ring bowl 1, from the weight or closing force of the valve needle 19th (Pressure threshold of the span gas and Trinox valve 18) and from the via the nozzle 27 incoming gas flow.
  • This Trinox pressure in bottle 4 is through appropriate dimensioning of the cross section of the nozzle 27 and the closing force the valve needle 19 set so that in the bottle 4 above the end 11 ' standing contents over the gas channel 16 gently and without any noteworthy Alarm, especially without significant foam and splash formation in the interior 2 of the ring bowl 1 is pushed back. Because of the 27th limited gas flow arises between the end 11 'and the product level in the Bottle 4 is a constant and reproducible gas gap. This allows Achieve filling level accuracies that are far above those of known filling systems.
  • Trinox channel 26 is fed with CO2, then through the gas flow flowing into the interior 2 via the gas channel 16 Atmosphere in the gas space 2 "constantly enriched with CO2.
  • the valve 25 (by appropriate selection of Spring force) the pre-relief pressure required in the bottle neck is set.
  • the at the Pre-relief of gases escaping from bottle 4 are via the vacuum channel 22 dissipated.
  • the pressure is reduced from the filling pressure to the pre-relief pressure gentle, by throttling the gas flow through the nozzle or throttle 24th
  • the gas expanding in the gas channel 16 can between the above-mentioned gas gap the end 11 'and the level in the bottle 4 without any noteworthy
  • the surface of the product is disturbed via the bottle neck and channels 28 and 20 flow out.
  • the filling material in the bottle 4 is disturbed by this in the gas channel 16 Expanding gas does not take place, in contrast to known ones Filling systems in which the end 11 'of the gas pipe 11 in the filling material at the end of the filling is immersed.
  • the Pre-relief pressure set so that gas bubbles from the drink quickly and without a foam formation disturbing the filling process rises on the surface.
  • the channel 28 is connected to the channel 29 via the control valve 23.
  • the channels 20 and 21 are closed on the control valve 23.
  • Via a nozzle provided in the channel 29 30 then the residual pressure is released to atmospheric pressure. Because of the previous one With these residual loads, pre-relief does not result in any significant spray losses.
  • Valve 25 can be set so that it is only slightly above atmospheric pressure (e.g. about 0.5 bar). In this case, the residual relief can be dispensed with.
  • the bottle 4 is only evacuated once, i.e. at first Evacuation and rinsing the bottle is dispensed with.
  • the system is especially suitable for bottling bottom and top-fermented beers 6.0g CO2 / Ltr., From wheat beers to 9.0gr CO2 / Ltr. and oxygen sensitive Soft drinks.
  • the one contains predetermined or regulated CO2 pressure, which for example the corresponds to half the filling pressure.
  • This partial prestressing creates in the respective Bottle 4 is an atmosphere with a high proportion of CO2.
  • This CO2 atmosphere improved if CO2 is also used in the subsequent Trinox step, whereby the proportion of CO2 in the atmosphere in the gas space 2 "and ultimately also the proportion of CO2 in the pre-relief channel 31 can be improved.
  • the regulated pressure relief takes place in the method with the system of FIG. 2 not via valve 25 into vacuum channel 22, but via that in channel 20 provided nozzle 24 in the return gas or pre-relief channel 31, in which, as above executed, the predetermined pre-relief pressure is set or adjusted, and with the filling valve 13 closed and with the control valve 23 connected Channels 28 and 20.
  • the Pre-relief pressure as well as the pressure change (by appropriate dimensioning the nozzle 24) optimally adjusted to the product to be filled, so that it is too no disturbances caused by the contents (foam formation, release of CO2 etc.) comes.
  • FIG. 3 shows again the enlarged end of the upper end of the shaft 14 ' and the span gas and Trinox valve 18 formed there with the valve needle 19.
  • the valve needle 19 is provided in the upper end of the shaft 14 ' Disc 32 floating freely, i.e. slidable in the direction of the vertical axis VA intended.
  • the disc 32 is used in a known manner in cooperation with the Control element 15 or its control curve 15 "for closing the liquid valve 13.
  • the valve needle 19 can thus be depressurized be lifted inside the bottle 4 attached to the filling element 3, whereby the lower end of the valve needle 19 the valve seat formed in the gas channel 16 16 'releases and thereby opens the span gas and Trinox valve 18.
  • the here at Opening necessary pressure or pressure threshold result from the Mass weight of the valve needle 19. This opening pressure can also by a spring, not shown, can be increased or adjusted if necessary.
  • the special feature is the double function of the valve needle 19 both as Tension gas as well as Tronix valve needle.
  • the span gas and Trinox valve 18 results in Connection to the nozzle 27 provided in the channel 21 also regulates the Trinox pressure in the bottle neck of the bottle 4 attached to the filling element 3, in particular also in the form that pressure fluctuations in the Trinox channel 26 hardly occur affect the Trinox pressure in the bottle neck, i.e. the pressure in the bottle 4 is after opening the Trinox channel essentially as described above depending on the closing force or the pressure threshold of the clamping gas and Trinox valve 18 and the dimensioning of the nozzle 27 or from the latter Nozzle flowing into the bottle neck.
  • the nozzle 27 and the closing force of the span gas or Trinox valve 18, i.e. the weight of the closing needle 19 are so set that the Trinox pressure formed in the bottle is just sufficient to Push excess product gently back into the interior 2.
  • the pressure of the Pre-relief in the vacuum channel 22 can be set so low that a subsequent residual relief is no longer necessary.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Einkammerfüllsystem gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Füllsysteme dieser Art sind in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. Insbesondere ist in der DE-U-9 321 223 ein solches Füllsystem beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllsystem aufzuzeigen, welches bei vereinfachter konstruktiver Ausbildung eine Füllhöheneinstellung über Trinox in besonders zuverlässiger Weise ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllsystem entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Bei der Erfindung bildet das Spanngas-Ventil bzw. dessen Ventilkörper zugleich das Trinox-Ventil. Hierdurch ergibt sich eine vereinfachte und besonders betriebssichere Ausbildung.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im ersten Gasweg, über den der Innenraum des Behälters nach dem Füllende und nach dem Schließen des Füll- oder Flüssigkeitsventil mit dem Trinox-Druck beaufschlagt wird, um die Füllhöhe einzustellen und überschüssiges Füllgut durch das Rückgasrohr in den Flüssigkeitsraum bzw. Kessel zurückzudrücken, ein den Gasfluß reduzierendes Element, beispielsweise in Form einer Drossel oder Düse vorgesehen. Hierdurch wird in Verbindung mit der speziellen Ausbildung des Spanngasventils erreicht, daß der Trinox-Druck im gefüllten Behälter (Flasche) weitestgehend unabhängig von Schwankungen des Gasdruckes im Trinox-Kanal ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
in vereinfachter Darstellung und im Vertikalschnitt eines der Füllelemente einer Füllmaschine umlaufender Bauart bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2
eine Darstellung wie Figur 1, jedoch bei einer weiteren, möglichen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3
in vergrößerter Teildarstellung das Spanngas- und Trinox-Ventil.
In den Figuren ist 1 ein Ringkessels eines mechanischen Einkammer-Füllsystems, bzw. einer mechanischen Einkammer-Füllmaschine umlaufender Bauart. Der Ringkessel 1 ist in bekannter Weise Bestandteil des um die vertikale Maschinenachse umlaufenden Rotors der Füllmaschine. Beim Betrieb der Füllmaschine ist der Innenraum 2 des Füllkessels 1 bis zu einem vorgegebenen Niveau N mit dem flüssigen Füllgut gefüllt, so daß sich im Ringkessel 1 bzw. im Kessel-Innenraum 2 ein vom flüssigen Füllgut eingenommener Flüssigkeitsraum 2' und oberhalb des Niveaus N ein Gasraum 2" ergeben, der ein Inertgas, beispielsweise ein C02-Gas mit einem vorgegebenen Fülldruck aufnimmt.
An der Unterseite des Ringkessels 2 sind in gleichmäßigen Winkelabständen um die Maschinenachse verteilt Füllelemente 3 vorgesehen, die jeweils mit einem nicht dargestellten Flaschenträger eine Füllstelle bilden, und zwar zum Füllen der Flaschen 4, die hierfür mit ihrer Flaschenmündung 5 durch den jeweiligen Flaschenträger in Dichtlage gegen das Füllelement 3 bzw. gegen eine an der Unterseite des Gehäuses 6 des Füllelementes 3 im Bereich einer Zentriereinrichtung 7 gebildeten Ringdichtung 8 angepreßt sind.
Im Gehäuse 6 ist ein Flüssigkeitskanal 9 ausgebildet, der oben über einen Durchlaß 10 mit dem Flüssigkeitsraum 2' in Verbindung steht und an der Unterseite des Gehäuses 6 eine ein Rückgasrohr 11 konzentrisch umschließende kreisringförmige Abgabeöffnung 12 für das flüssige Füllgut bildet. Bei in Dichtlage mit dem Füllelement 3 befindlicher Flasche 4 steht deren Innenraum somit nach außen hin abgedichtet über die Abgabeöffnung 12 mit dem unteren Ende des Flüssigkeitskanals 9 in Verbindung. Im Flüssigkeitskanal 9 ist ein das Füll- oder Flüssigkeitsventil 13 bildender Ventilkörper 14 angeordnet, der in der Figur 1 in seiner unteren, das Flüssigkeitsventil 13 sperrenden Stellung dargestellt ist, sich zum Öffnen des Flüssigkeitsventils 13 in Richtung der Ventilachse VA nach oben bewegt und zum erneuten Schließen nach unten bewegt wird, und zwar in bekannter Weise gesteuert durch ein mechanisches Steuerelement 15, dessen Ritzel 15' mit nicht dargestellten Steuernoppen einer mit dem Rotor nicht umlaufenden Steuerkurve zusammenwirkt und der über eine Steuerkurve 15" auf den Schaft 14' einwirkt.
Der Innenraum des Gasrohres 11, welches mit einer vorgegebenen Länge über die Unterseite des Füllelementes 3 vorsteht und am unteren Ende 11' offen ist, setzt sich in einem im Schaft 14' des Ventilkörpers 14 gebildeten Kanal fort, so daß ein Gaskanal 16 gebildet ist, der sich teilweise im Gasrohr 11 und teilweise im Schaft 14' erstreckt und vom unteren Gasrohrende 11' bis in den Gasraum 2" reicht, und zwar mit einer dortigen Mündung 17, die im Gasraum 2" deutlich über dem Niveau N liegt. Im Bereich der Mündung 17 ist im Gaskanal 16 ein Spanngas- und Trinox-Ventil 18 vorgesehen, welches bei der dargestellten Ausführungsform im wesentlichen von einer Ventilnadel 19 gebildet ist, die sich durch die Mündung 17 in das Innere des Gaskanales 16 hineinerstreckt und mit ihrem unteren, freien Ende mit einem dort gebildeten Ventilsitz 16' zusammenwirkt. Die Ventilnadel 19 ist in Richtung der Achse VA und damit in Achsrichtung des Gaskanales 16 aus der den Gaskanal 16 sperrenden Stellung zum Öffnen des Spanngas- und Trinox-Ventils 18 anhebbar, und zwar gesteuert durch das mechanische Steuerelement 15. Die Ventilnadel 19 ist weiterhin durch ihr Eigengewicht, ggf. auch noch unterstützt durch eine nicht dargestellte Feder in ihre das Spanngas- und Trinox-Ventil 18 sperrende Stellung vorgespannt, wie dies nachstehend noch näher erläutert wird.
In dem Füllelement 3 und dabei teilweise im Gehäuse 6 sind u.a. die Kanäle 20 und 21 ausgebildet, von denen der Kanal 20 mit einem Ende an einen an der Unterseite des Ringkessels 1 vorgesehenen und für sämtliche Füllelemente 3 gemeinsamen Vakuumkanal 22 angeschlossen ist, der seinerseits mit einer nicht dargestellten Vakuum- oder Unterdruckquelle verbunden ist. Das andere Ende des Kanales 20 ist an einen Eingang einer mechanische Steuer-Ventileinrichtung 23 angeschlossen, die für jedes Füllelement 3 gesondert an dessen Gehäuse 6 vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Steuer-Ventileinrichtung 23 von einem Drehschieberventil gebildet ist, welches mittels eines Steuer-Hebels 23' durch eine nicht dargestellte stationäre Steuerkurve steuerbar ist. Im Kanal 20 sind in Serie eine Drossel 24 sowie ein Ventil 25 angeordnet. Letzteres wirkt einerseits als Rückschlagventil in der Weise, daß es nur für einen Gasstrom in Richtung zum Vakuumkanals 22 öffnet und in entgegengesetzter Richtung sperrt. Weiterhin wirkt das Ventil 25 zugleich auch als Druckbegrenzungsventil, welches dann schließt, wenn der Druck im Kanal 20 an der dem Vakuumkanal 22 abgewandten Seite des Ventils 25 unter einen unteren Druckschwellwert (Entlastungsdruck) fällt. Der Druckschwellwert ist einstellbar.
Der Kanal 21 ist mit seinem einen Ende mit einem Trinox-Kanal 26 verbunden, der an der Unterseite des Ringkessels 1 als ein für sämtliche Füllelemente 3 gemeinsamer Ringkanal ausgebildet ist. Das andere Ende des Kanals 21 steht mit einem zweiten Eingang des Steuerventils 23 in Verbindung. Im Kanal 21 ist weiterhin eine zweite Drossel 27 verbunden. Der Trinox-Kanal 26 enthält in an sich bekannter Weise ein Inertgas, beispielsweise C02-Gas, mit einem Gasdruck, der über dem Fülldruck im Gasraum 2" liegt, d.h. im Trinoxkanal 26 ist z.B. ein Druck eingeregelt, der um ca. 1,0-2,0 bar über dem Fülldruck im Gasraum 2" liegt.
Weiterhin ist ein dritter Kanal 28 vorgesehen, der mit seinem einen Ende mit dem Flüssigkeitskanal 9 in Strömungsrichtung nach dem Flüssigkeitsventil 13 in Verbindung steht und mit seinem anderen Ende mit einem dritten Anschluß des Steuerventils 23 verbunden ist. In dem Steuerventil 23 ist weiterhin ein an die Atmosphäre führende Entlastungskanal 29 vorgesehen.
Das Steuerventil 23 besitzt z.B. wenigstens vier Schaltstellungen, und zwar eine erste Schaltstellung, in der sämtliche Kanäle 20, 21 und 28 am Steuerventil 23 verschlossen sind, eine zweite Schaltstellung in der der Kanal 20 mit dem Kanal 28 verbunden ist und der Kanal 21 verschlossen ist sowie eine dritte Schaltstellung, in der der Kanal 20 am Steuerventil 23 verschlossen und der Kanal 21 mit dem Kanal 28 verbunden ist. In einer vierten Schaltstellung des Steuerventils sind die Kanäle 20 und 21 verschlossen, aber der Kanal 28 über das Steuerventil mit dem Kanal 29 verbunden.
Die Figur 2 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllsystem, welches sich vom Füllsystem der Figur 1 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß anstelle des Vakuum-Kanals ein Rückgaskanal 31 vorgesehen ist, der wiederum an der Unterseite des Ringkessels 1 als ein für sämtliche Füllelemente 3 gemeinsamer Ringkanal ausgebildet ist. Weiterhin ist bei der Ausführung der Figur 2 das Ventil 25 im Kanal 20 entfallen.
Mit dem System der Figur 1 ist ein Füllverfahren beispielsweise mit folgenden Verfahrensschritten möglich:
Flasche 4 evakuieren
Bei geschlossenem Füllventil 13 wird die in Dichtlage mit dem Füllelement 3 befindliche Flasche 4 durch Verbinden des Kanales 28 mit dem Kanal 20 über das Steuerventil 23 der Innenraum der Flasche 4 auf ca. 90% Vakuum evakuiert.
Flasche 4 mit CO2 Zwischenspülen
Bei geschlossenem Füllventil 13 und bei die Kanäle 20, 21 und 28 sperrendem Steuerventil 23 wird das Spanngas- und Trinox-Ventil 18 mechanisch geöffnet, und zwar gesteuert über das Ritzel 15'. In die Flasche 4 wird dadurch CO2 aus dem Gasraum 2" über den Gaskanal 16 eingeleitet.
Nochmaliges Evakuieren der Flasche 4
Bei geschlossenem Füllventil 13 und geschlossenem Spanngas- und Trinox-Ventil 18 wird über das Steuerventil 23 der Kanal 28 erneut mit dem Kanal 20 verbunden, wodurch ein erneutes Evakuieren der Flasche auf ca. 90% Vakuum erfolgt.
Vorspannen der Flasche 4
Bei geschlossenem Füllventil 13 und durch das Steuerventil 23 geschlossenen Kanälen 20, 21 und 28 erfolgt ein erneutes mechanisches Öffnen des Spanngas- und Trinox-Ventiles 18, und zwar gesteuert über das Ritzel 15', wobei der Innenraum der Flasche 4 auf dem Fülldruck vorgespannt wird.
Füllen der Flasche 4
Sobald ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum der Flasche 4 und dem Ringkessel bzw. den dortigen Gasraum 2" erfolgt ist, öffnet das Flüssigkeitsventil 13 aufgrund der Feder-Vorspannung des Ventilkörpers 14 selbsttätig. Das Spanngas- und Trinox-Ventil 18 ist weiterhin mechanisch geöffnet. Die Kanäle 20, 21 und 28 sind durch das Steuerventil 23 gesperrt.
Füllende
Sobald der Füllgutspiegel in der Flasche 4 das untere Ende 11' des Rückgasrohres 11 übersteigt, wird der Abfluß des vom Füllgut aus dem Innenraum der Flasche 4 verdrängten Gases über den Gaskanal 16 in den Gasraum 2" unterbrochen. Hiermit wird das weitere Zufließen des Füllgutes aus dem Flüssigkeitsraum 2' verhindert. Das Spanngas- und Trinox-Ventil 18 befindet sich weiterhin in der geöffneten Stellung. Die Kanäle 20, 21 und 28 sind am Steuerventil 23 gesperrt.
Füllventil mechanisch schließen und Trinox öffnen
Das Füllventil 13 wird mechanisch geschlossen.
Wie oben ausgeführt, ist im Trinox-Kanal 26 ein Druck eingeregelt, der um ca. 1,0 - 2,0 bar über dem Fülldruck im Gasraum 2" liegt.
Das Spanngas- und Trinox-Ventil 18 befindet sich nun auf grund des Druckes im Kanal 16 in seiner geöffneten Stellung. Die Kanäle 21 und 28 sind über das Steuerventil 23 verbunden, so daß aus dem Trinox-Kanal 26 ein durch die Düse 27 begrenzter Gasstrom in die Flasche 4 bzw. in den Flaschenhals 1 fließen kann. In der Flasche 4 stellt sich oberhalb des dortigen Füllgutpegels ein Überdruck ein, der sich aus dem Fülldruck im Ringkessel 1, aus der Gewichts- oder Schließkraft der Ventilnadel 19 (Druck-Schwellwert des Spanngas- und Trinox-Ventils 18) und aus dem über die Düse 27 zufließenden Gasstrom ableitet. Dieser Trinox-Druck in der Flasche 4 ist durch entsprechende Dimensionierung des Querschnittes der Düse 27 und der Schließkraft der Ventilnadel 19 so eingestellt, daß das in der Flasche 4 oberhalb des Endes 11' stehende Füllgut über den Gaskanal 16 schonend und ohne nennenswerte Beunruhigung, insbesondere auch ohne nennenswerte Schaum- und Spritzerbildung in den Innenraum 2 des Ringkessels 1 zurückgedrückt wird. Wegen des über die Düse 27 begrenzten Gasstromes entsteht zwischen dem Ende 11' und dem Füllgutspiegel in der Flasche 4 ein konstanter und reproduzierbarer Gasspalt. Hierdurch lassen sich Füllhöhengenauigkeiten erreichen, die weit über denen bekannter Füllsysteme liegen.
Wird der Trinox-Kanal 26, wie vorstehend beschrieben, mit CO2 gespeißt, so wird durch den über den Gaskanal 16 dem Innenraum 2 zufließenden Gasstrom die Atmosphäre im Gasraum 2" ständig mit CO2 angereichert.
Druckgeregelte Vorentlastung
Bei geschlossenem Füllventil 13, bei geschlossenem Spanngas- und Trinox-Ventil 18 und bei über das Steuerventil 23 verbundenen Kanälen 20 und 28 erfolgt eine druckgeregelte Vorentlastung. Hierfür ist am Ventil 25 (durch entsprechende Wahl der Federkraft) der im Flaschenhals gewünschte Vorentlastungsdruck eingestellt. Die bei der Vorentlastung aus der Flasche 4 entweichenden Gase werden über den Vakuumkanal 22 abgeführt. Der Druckabbau vom Fülldruck auf den Vorentlastungsdruck erfolgt schonend, und zwar durch die Drosselung des Gasstromes über die Düse oder Drossel 24.
Das im Gaskanal 16 expandierende Gas kann über den erwähnten Gasspalt zwischen dem Ende 11' und dem Füllgutspiegel in der Flasche 4 ohne nennenswerte Beunruhigung der Füllgutoberfläche über den Flaschenhals und die Kanäle 28 und 20 abströmen. Eine Beunruhigung des Füllgutes in der Flasche 4 durch dieses im Gaskanal 16 expandierende Gas erfolgt somit nicht, und zwar im Gegensatz zu bekannten Füllsystemen, bei denen am Füllende das Ende 11' des Gasrohres 11 im Füllgut eingetaucht ist. In Abhängigkeit von dem jeweils abzufüllenden Füllgut ist der Vorentlastungsdruck so eingestellt, daß Gasblasen aus dem Getränk schnell und ohne eine den Füllprozeß störende Schaumbildung an der Oberfläche aufsteigen.
Restentlasten auf Atmosphärendruck
Bei geschlossenem Füllventil 13 und geschlossenem Spanngas- und Trinox-Ventil 18 wird über das Steuerventil 23 der Kanal 28 mit dem Kanal 29 verbunden. Die Kanäle 20 und 21 sind am Steuerventil 23 geschlossen. Über eine im Kanal 29 vorgesehene Düse 30 erfolgt dann das Restentlasten auf Atmosphärendruck. Wegen der vorausgegangenen Vorentlastung entstehen bei diesen Restentlasten keine nennenswerte Abspritzverluste.
Bei bestimmten Füllgutarten, beispielsweise bei Bier, kann der Vorentlastungsdruck am Ventil 25 so eingestellt werden, daß er nur geringfügig über dem Atmosphärendruck liegt (z.B. etwa 0,5 Bar). In diesem Fall kann auf die Restentlastung verzichtet werden.
Eine weitere Modifikation des vorstehend beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß beispielsweise nur eine einmalige Evakuierung der Flasche 4 erfolgt, d.h. auf die erste Evakuierung und das Zwischenspülen der Flasche verzichtet wird.
Das mit der Ausführungsform der Figur 1 mögliche, vorstehend beschriebene Füllverfahren (Einkammer-Füllprinzip mit oder ohne Vorevakuierung, mit druckgeregelter Vorentlastung in den Vakuumkanal 22, mit Höhenkorrektur durch Trinox und Restentlastung in die Atmosphäre) eignet sich insbesondere zum Abfüllen von Wein, Cooler-Getränke, Schaumwein, Sekt und Perlwein sowie CO2-haltiger Spirituosen-Mischgetränke.
In der Ausführungsform mit doppelter Vorevakuierung (sauerstoffarme Abfüllung) eignet sich das System vor allem auch zum Abfüllen von unter- und obergärigen Bieren bis 6,0gr CO2/Ltr., von Weizenbieren bis 9,0gr CO2/Ltr. und sauerstoffempfindlichen Softdrinks.
Mit dem in der Figur 2 wiedergegebenen System ist beispielsweise ein Verfahren möglich, welches sich von dem vorstehend beschriebenen Verfahren dadurch unterscheidet, daß die Verfahrensschritte "Flasche 4 evakuieren" sowie "Flasche 4 mit CO2 Zwischenspülen" entfallen. Weiterhin ist bei dem mit dem System der Figur 2 möglichen Verfahren dem Verfahrensschritt "Vorspannen der Flasche 4" folgender Verfahrensschritt vorgeschaltet:
Teilvorspannen der Flasche 4 aus dem Vorentlastungs-Kanal 31
Bei geschlossenem Füllventil 13 und bei über das Steuerventil 23 verbundenen Kanälen 20 und 28 erfolgt vor dem endgültigen Vorspannen der Flasche 4 aus dem Gasraum 2" ein Teilvorspannen aus dem Rückgas- oder Vorentlastungskanal 31, der einen vorgegebenen bzw. eingeregelten CO2-Druck enthält, welcher beispielsweise den halben Fülldruck entspricht. Durch dieses Teilvorspannen entsteht in der jeweiligen Flasche 4 eine Atmosphäre mit hohem CO2-Anteil. Diese CO2-Atmosphäre verbessert sich, wenn in dem später folgenden Trinox-Schritt ebenfalls CO2 zum Einsatz kommt, wodurch der Anteil an CO2 in der Atmosphäre im Gasraum 2" und damit letztlich auch der Anteil an CO2 im Vorentlastungskanal 31 verbessert werden.
Durch das Teilvorspannen auf ein mittleres Druckniveau wird ein übermäßiges Zerstäuben von Flüssigkeitspartikel beim anschließenden Vorspannen aus dem Ringkessel vermieden. Diese zerstäubten Partikel bilden unter Umständen Entbindungskeime für das im Füllgut gebundene CO2, was zu einer unkontrollierten Schaumbildung bei der späteren Entlastung führen könnte.
Die Verfahrensschritte Vorspannen der Flasche aus dem Gasraum 2", Füllen, Füllende, Füllventil mechanisch schließen und Trinox öffnen entsprechen dem vorstehend beschriebenen Verfahren.
Die geregelte Druckentlastung erfolgt bei dem Verfahren mit dem System der Figur 2 nicht über das Ventil 25 in den Vakuumkanal 22, sondern über die im Kanal 20 vorgesehene Düse 24 in den Rückgas- oder Vorentlastungskanal 31, in dem, wie oben ausgeführt, der vorgegebene Vorentlastungsdruck eingestellt bzw. eingeregelt ist, und zwar bei geschlossenem Füllventil 13 und bei über das Steuerventil 23 verbundenen Kanälen 28 und 20. Auch bei dieser druckgeregelten Vorentlastung sind der Vorentlastungsdruck sowie die Durckänderung (durch entsprechende Dimensionierung der Düse 24) auf das jeweils abzufüllende Füllgut optimal eingestellt, so daß es zu keinen durch das Füllgut bedingten Störungen (Schaumbildung, Freisetzen von CO2 usw.) kommt.
Die Figur 3 zeigt nochmals in vergrößerter Darstellung das obere Ende des Schaftes 14' und das dort gebildete Spanngas- und Trinox-Ventil 18 mit der Ventilnadel 19. Wie dargestellt, ist die Ventilnadel 19 in der am oberen Ende des Schaftes 14' vorgesehenen Scheibe 32 frei schwimmend, d.h. in Richtung der vertikalen Achse VA verschiebbar vorgesehen. Die Scheibe 32 dient in bekannter Weise im Zusammenwirken mit dem Steuerelement 15 bzw. dessen Steuerkurve 15" zum Schließen des Flüssigkeitsventils 13. Bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 13 kann somit die Ventilnadel 19 vom Druck im Inneren der an das Füllelement 3 angesetzten Flasche 4 angehoben werden, wodurch das untere Ende der Ventilnadel 19 den im Gaskanal 16 gebildeten Ventilsitz 16' freigibt und dadurch das Spanngas- und Trinox-Ventil 18 öffnet. Der hierbei zum Öffnen notwendige Druck oder Druck-Schwellwert ergeben sich aus dem Massengewicht der Ventilnadel 19. Dieser Öffnungsdruck kann auch zusätzlich durch eine nicht dargestellte Feder erhöht bzw. eingestellt werden, sofern dies notwendig ist.
Die Besonderheit besteht somit in der Doppelfunktion der Ventilnadel 19 sowohl als Spanngas- als auch als Tronix-Ventilnadel.
Beim Spülen und/oder Vorspannen aus dem Gasraum 2" wird die Nadel 19 durch das Steuerelement 15 bzw. durch die an diesem Steuerelement gebildeten Steuerkurve 15" mechanisch zum Öffnen des Spanngas- und Trinox-Ventils 18 angehoben.
Mit der beschriebenen Ausbildung des Spanngas- und Trinox-Ventils 18 ergibt sich in Verbindung mit der im Kanal 21 vorgesehenen Düse 27 auch eine Regelung des Trinox-Druckes im Flaschenhals der am Füllelement 3 angesetzten Flasche 4, insbesondere auch in der Form, daß sich Druckschwankungen im Trinox-Kanal 26 kaum noch auf dem Trinox-Druck im Flaschenhals auswirken, d.h. der Druck in der Flasche 4 ist nach dem Öffnen des Trinox-Kanals in der oben beschriebenen Weise im wesentlichen abhängig von der Schließkraft bzw. dem Druck-Schwellwert des Spanngas- und Trinoxventils 18 und von der Dimensionierung der Düse 27 bzw. von dem über diese Düse in den Flaschenhals einströmenden Gasstrom. Die Düse 27 und die Schließkraft des Spanngas- oder Trinoxventils 18, d.h. das Gewicht der Schließnadel 19 werden so eingestellt, daß der in der Flasche gebildete Trinox-Druck gerade ausreicht, um überschüssiges Produkt schonend in den Innenraum 2 zurückzuschieben.
Durch die Vorentlastung und möglicherweise auch Restentlastung in den Vakuumkanal 22 werden auch mikrobiologische Probleme vermieden, die sich bei einer Entlastung in die Atmosphäre in unmittelbarer Nähe des jeweiligen Füllelementes 3 durch zersteubtes Füllgut können ergeben. Speziell auch bei der Abfüllung von Bier kann der Druck der Vorentlastung in den Vakuumkanal 22 so niedrig eingestellt werden, daß eine nachfolgende Restentlastung nicht mehr notwendig ist.
Bezugszeichenliste
1
Ringkessel
2
Kesselinnenraum
2'
Flüssigkeitsraum
2"
Gasraum
3
Füllelement
4
Flasche
5
Flaschenmündung
6
Gehäuse
7
Zentrierelement
8
Ringdichtung
9
Flüssigkeitskanal
10
Durchlaß
11
Rückgasrohr
11'
Ende
12
Abgabeöffnung
13
Füll- oder Flüssigkeitsventil
14
Ventilkörper
14'
Ventilkörperschaft
15
Steuerelement
15'
Ritzel
15"
Steuerkurve
16
Gaskanal
16'
Ventilsitz
17
Mündung
18
Spanngas- und Trinoxventil
19
Ventilnadel
20, 21
Kanal
22
Vakuumkanal
23
Steuerventil
24
Drossel
25
Rückschlag- und Druckregelventil
26
Trinox-Kanal
27
Drossel
28, 29
Kanal
30
Drossel
31
Rückgas- oder Vorentlastungskanal
32
Scheibe

Claims (14)

  1. Einkammer System zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (4) mit einem flüssigen Füllgut das einen kessel 2 mit wenigstens einem Füllelement (3) mit einem Gehäuse (6) ein Flüssigkeitskanal (9) gebildet ist, der eine Abgabeöffnung bildet und mit einem von dem Füllgut eingenommenen Flüssigkeitsraum eines Kessels (2) in Verbindung steht, der über dem Füllgut einen Gasraum (2'') mit einer unter einem ersten Gasdruck (Fülldruck) stehenden Atmosphäre enthält, mit einem Flüssigkeitsventil (13) welches in einer Füllphase zum Füllen des jeweiligen, mit einer Behältermündung (5) am Füllelement (3) angesetzten Behälters (4) öffnet und am Ende der Füllphase wieder geschlossen wird, mit einem Rückgasrohr (14), welches mit seinem unteren, offenen Ende (11') über die Unterseite des Füllelementes (3) vorsteht und zumindest teilweise von der Abgabeöffnung (12) des Flüssigkeitskanals (9) umschlossen ist, mit einem von dem unteren Ende (11') des Rückgasrohres (11) bis in den Gasraum (2") reichenden Gaskanal (16), mit einem an diesem Gaskanal vorgesehenen, gesteuerten Spanngasventil (18) mit einem Ventilkörper (19), der in einer Schließstellung den Gaskanal zum Gasraum (2) sperrt und in einer geöffneten Stellung den Gaskanal (16) zum Gasraum (2") öffnet, sowie mit zumindest teilweise im Gehäuse (6) des Füllelementes (3) ausgebildeten Gaswegen (20, 21, 28), die über ein Steuerventil (23) steuerbar sind, gekennzeichnet durch einen zweiten Gaskanal (26) zur Aufnahme eines Gases, vorzugsweise eines Inertgases, mit einem zweiten Gasdruck, der größer ist als der erste Gasdruck, wobei der zweite Gaskanal (26) über das Steuerventil (23) und einen ersten Gasweg (21, 28) mit dem Innenraum des an das Füllelement (3) angesetzten Behälters (4) verbindbar ist und wobei das Spanngäs-Ventil (18) derart ausgebildet ist, daß dessen Ventilkörper (19) selbsttätig dann öffnet, wenn der Gasdruck im ersten Gaskanal (16) einen vorgegebenen Druck-Schwellwert übersteigt, der größer ist als der erste Gasdruck, aber kleiner als der zweite Gasdruck.
  2. Füllsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gasweg (21, 28) in einen Bereich des Flüssigkeitskanals (9) mündet, der in Strömungsrichtung des Füllgutes unterhalb des Flüssigkeitsventils (13) liegt.
  3. Füllsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Gasweg (20, 28) wenigstens ein den Druck reduzierendes Element, beispielsweise wenigstens eine Düse oder Drossel (27) vorgesehen ist.
  4. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spanngas-Ventil (18) oder dessen Ventilkörper (19) durch ein mechanisches Steuerelement (15) betätigbar sind, welches beispielsweise mit einer ortsfesten Steuerkurve oder ortsfesten Steuernocken zusammenwirkt.
  5. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch die Ausbildung als Füllmaschine umlaufender Bauart mit einer Vielzahl von an einem Rotor oder Ringkessel (1) vorgesehenen Füllelement (3).
  6. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (23) ein mechanisch betätigbares Ventil ist, welches beispielsweise mit einer ortsfesten Steuerkurve oder mit ortsfesten Steuernocken zusammenwirkt.
  7. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper des Spanngas-Ventils (18) eine im Gaskanal (16) axial verschiebbare Ventilnadel (19) ist, die mit einem im Gaskanal (16) gebildeten Ventilsitz (16') zusammenwirkt.
  8. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck-Schwellwert durch das Eigengewicht des Ventilkörpers (19) bestimmt oder eingestellt ist.
  9. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck-Schwellwert durch Federmittel, die den Ventilkörper (19) in seine Schließstellung vorspannen, zumindest teilweise bestimmt ist.
  10. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen zweiten Gasweg (21 ), über den in einer zweiten Stellung des Steuerventils (23) der Innenraum des an das Füllelement (3) angesetzten Behälters (4) über die Behältermündung (5) mit einem weiteren Kanal (22, 31) verbindbar ist.
  11. Füllsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Gasweg (20) wenigstens eine zweite Drossel oder Düse (24) vorgesehen ist.
  12. Füllsystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Gasweg (20) ein Druck-Regel-Ventil (25) vorgesehen ist, welches bei Unterschreiten eines zweiten -Druck-Schwellwertes (z.B. Vorentlastungsdruck) den zweiten Gasweg (20) sperrt.
  13. Füllsystem nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kanal (22) ein mit einer Unterdruckquelle verbundener oder verbindbarer Vakuumkanal ist.
  14. Füllsystem nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine weitere Kanal (31) ein Rückgas- oder Vorentlastungskanal ist, und zwar zur Aufnahme des beim Füllen der Behälter (4) aus diesen verdrängten Gases mit einem vorgegebenen dritten Gasdruck, der kleiner ist als der erste Gasdruck.
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