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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Füllelement
gemäß Oberbegriff
Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine umlaufender Bauart,
die an einem um eine vertikale Achse umlaufend antreibbaren Rotor
oder Kessel eine Vielzahl derartiger Füllelemente aufweist, und zwar
gemäß Oberbegriff
Patentanspruch 9.
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Bekannt
ist speziell eine Füllmaschine
umlaufender Bauart zum Füllen
von Flaschen oder dgl. Behälter
mit einem flüssigen
Füllgut
(insbesondere Getränk,
z.B. Wein), bei der (Füllmaschine)
an einem Kessel des um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren
Rotors Füllelemente
vorgesehen sind. Diese weisen u.a. jeweils ein einen Flüssigkeitskanal
bildendes Füllrohr
und am unteren, freien Füllrohrende
ein von einem Ventilkörper
gebildetes Flüssigkeitsventil
auf, welches bei in den zu füllenden Behälter eingeführtem Füllrohr am
Beginn des Füllvorgangs
geöffnet
und am Ende des Füllvorgangs geschlossen
wird. Die Betätigung
des Ventilkörpers erfolgt über ein
von dem Füllrohr
konzentrisch und mit Abstand umschlossenes Rückluftrohr. Dieses ist an einem
dem Füllrohr
abgewandten unteren Ende des Ventilkörpers offen und für das Öffnen und Schließen des
Flüssigkeitsventils
durch eine Steuereinrichtung axial bewegbar, und zwar derart, dass
bei geschlossenem Flüssigkeitsventil
der Ventilkörper mit
einem eine Ventilfläche
bildenden Dichtungsring gegen einen einen Ventilsitz bildenden Öffnungsrand des
Füllrohres
anliegt. Bei geöffnetem
Flüssigkeitsventil
ist diese Ventilfläche
vom Ventilsitz zur Bildung einer ringförmigen Abgabeöffnung beabstandet, über die
dann das flüssige
Füllgut
in einer schirmartigen Strahlausbildung in das Innere des zu füllenden
und in Dichtlage mit dem Füllelement
befindlichen Behälters
strömt.
Die hierbei aus dem Behälter
verdrängte Luft
gelangt über
den Rückluftkanal
in einen im Kessel gebildeten Gas- oder Luftraum. Das Zufließen des
flüssigen
Füllgutes
in den jeweiligen Behälter wird
bei noch geöffnetem
Flüssigkeitsventil
selbsttätig
dann beendet, wenn der Flüssigkeitsspiegel
der am Ende des Füllens
im Rückluftkanal
aufsteigenden Flüssigkeits-
oder Füllgutsäule das
Niveau oder annähernd
das Niveau des Füllgutspiegels
im Kessel erreicht hat. Nach dem Schließen des Ventils wird der gefüllte Behälter vom
Füllelement
abgezogen. Um zu vermeiden, dass sich hierbei der Rückluftkanal
in den gefüllten
Behälter
entleert, was zu einer Überfüllung des
Behälters
und/oder bei Toleranzen und/oder Abweichungen z.B. in der Formgebung
des Flaschenhalses bei Flaschen zu unterschiedlichen Füllhöhen führen würde, ist
es bei der bekannten Füllmaschine erforderlich,
die Flüssigkeits-
oder Füllgutsäule im Rückluftkanal
durch Unterdruck zurückzuhalten.
Dies bedingt eine relativ aufwendige Konstruktion.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Füllelement aufzuzeigen,
welchen diesen Nachteil vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein
Füllelement
entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine
ist Gegenstand des Patentanspruches 8.
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Eine
Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass bei geschlossenem
Ventil nicht nur der Flüssigkeitskanal,
sondern auch der Rückluftkanal
geschlossen ist, sodass ohne die Verwendung eines Vakuums oder Unterdrucks
ein Entleeren des Rückluftkanals
beim Abnehmen des jeweiligen Behälters vom
Füllelement
vermieden ist. Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht auch
darin, dass beim Öffnen
des Ventils zuerst der Rückluftkanal
und dann die Abgabeöffnung
geöffnet
werden, sodass am Beginn jedes Füllvorgangs
zunächst
das im Rückluftkanal
vorhandene Füllgut
in den zu füllenden
Behälter entleert
wird, bevor das Füllen über die
Abgabeöffnung
erfolgt.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im
Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in
vereinfachter Teildarstellung den Rotor einer Füllmaschine umlaufender Bauart,
zusammen mit einem Füllelement;
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2 das
untere Ende des Füllelementes bei
geschlossenem Flüssigkeitsventil
und geschlossenem Rückluftkanal
bzw. Rückluftrohr;
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3 eine
Darstellung wie 2, jedoch bei geöffnetem
Flüssigkeitsventil
und geöffnetem
Rückluftkanal
bzw. Rückluftrohr;
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4 in
vergrößerter Einzeldarstellung
den Ventilkörper
des Füllelementes,
zusammen mit einer Teillänge
eines Rückluftrohres;
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5 eine
Darstellung ähnlich 3,
jedoch bei einer weiteren Ausführungsform.
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In
den Figuren ist 1 der zur Aufnahme eines flüssigen Füllgutes
dienende Kessel einer Füllmaschine
umlaufender Bauart. Der Kessel 1 ist Bestandteil eines
um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors.
Am Umfang des Kessels 1 sind an dessen Unterseite in vorgegebenen
Winkelabständen
Füllelemente 2 vorgesehen, die
zusammen mit jeweils einem nicht dargestellten Behälter- oder
Flaschenträger
in bei Füllmaschinen bekannter
Weise Füllstationen
bilden, denen die zu füllenden
Flaschen 3 jeweils einzeln an einer Behälteraufgabe zugeführt und
nach dem Füllen
an einer Behälterabgabe
entnommen werden.
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Während des
Betriebes der Füllmaschine
ist der Kessel 1 teilweise, d.h. bis zu einem vorgegebenen
Niveau mit dem flüssigen
Füllgut
gefüllt,
sodass dann im Kessel 1 ein von dem flüssigen Füllgut eingenommener Flüssigkeitsraum 1.1 und
darüber
ein Gas- oder Luftraum 1.2 gebildet
ist.
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Jedes
an der Unterseite des Kessels 1 abnehmbar befestigte Füllelement 2 besitzt
ein rohrartiges Gehäuse 4,
an dessen unteres Ende sich ein Füllrohr 5 anschließt. Das
Gehäuse 4 und
das Füllrohr 5 sind
mit ihren Achsen achsgleich und parallel zu der vertikalen Maschinenachse
angeordnet. Jedes Füllelement 2 besitzt
weiterhin ein einen Rückluftkanal 6 bildendes
Rückluftrohr 7,
welches mit seinem oberen Ende in den Luft- oder Gasraum 1.2. mündet und
von dort bis an das untere Ende des jeweiligen Füllrohres 5 reicht.
Die gemeinsame Achse des Gehäuses 4,
des Füllrohrs 5 und
des Rückluftrohres 7 ist
in den Figuren als Füllelementachse
FA angegeben.
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Innerhalb
des Gehäuses 4 sowie
des Füllrohres 5 ist
ein das Rückluftrohr 7 ringförmig umschließender Flüssigkeitskanal 8 gebildet,
der mit seinem oberen Ende mit dem Flüssigkeitsraum 1.1 in Verbindung
steht und am unteren Ende des Füllrohres 5 ein
Ventil 9 mit einem Ventilkörper 10 aufweist, welches
(Ventil) gesteuert am Beginn des jeweiligen Füllvorgangs zur Freigabe oder
Bildung einer Flüssigkeitsöffnung 11 geöffnet und
am Ende jedes Füllvorgangs
geschlossen werden kann, und zwar bei gleichzeitigem Öffnen und
Verschließen
auch des Rückluftkanals 6,
wie dies nachstehend noch näher beschrieben
wird.
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Der
Ventilkörper 10 ist
am unteren Ende des Rückluftrohres 7 vorgesehen.
Dieses wird zum Öffnen
und Schließen
des Ventils 9 zusammen mit dem Ventilkörper 10 durch eine
an der Oberseite des Kessels 1 vorgesehene Steuereinrichtung 12 in
Abhängigkeit
von der Drehstellung des Rotors mit einem vorgegebenen Bewegungshub
(Doppelpfeil A) axial relativ zu dem mit dem Kessel 1 über das
Gehäuse 4 fest
verbundenen Füllrohr 5 bewegt,
und zwar für
das Öffnen
in vertikaler Richtung nach unten und für das Schließen in vertikaler
Richtung nach oben. Die Steuereinrichtung 12 ist bei der
dargestellten Ausführungsform
eine mechanische Steuereinrichtung, die beim Umlaufen des Rotors
mit nicht umlaufenden Steuernocken oder Steuerrollen zusammenwirkt.
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Die 2 und 3 zeigen
das untere Ende des Füllrohres 5 nochmals
näher im
Detail. Dargestellt ist in diesen Figuren auch ein ringförmiges Abdichtelement 13,
welches auf jedem Füllrohr 5 im
radialen Abstand von dem unteren Füllrohrende höhen verstellbar
vorgesehen ist und gegen welches während des Füllens die jeweilige Flasche 3 mit
dem Rand 3.1 ihrer Flaschenmündung in Dichtlage anliegt,
wobei das jeweilige Füllrohr 5 mit
einer gewissen Teillänge
in die Flasche 3 hineinreicht.
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Der
Ventilkörper 10 besteht
bei der dargestellten Ausführungsform
aus einem unteren Ventilkörperabschnitt 10.1,
der sich zu seinem unteren Ende hin kegelförmig verjüngt und einen Außenquerschnitt
aufweist, der gleich oder größer als
der Außenquerschnitt
des Füllrohres 5 ist.
An den Ventilkörperabschnitt 10.1 schließt sich
in Richtung der Achse FA ein Ventilkörperabschnitt 10.2 an,
dessen Querschnitt gleich oder annähernd gleich dem Innenquerschnitt
des Füllrohres 5 ist.
Am Übergang
zwischen den Ventilkörperabschnitten 10.1 und 10.2 ist
der Ventilkörper 10 mit
einer die Achse FA ringförmig
umschließenden
Ventilfläche 14 versehen,
die bei der dargestellten Ausführungsform
ein Dichtungsring ist und die mit einem von dem unteren Öffnungsrand des
Füllrohres 5 gebildeten
Ventilsitz 15 zusammenwirkt, d.h. bei geschlossenem Ventil 9 gegen
diesen Ventilsitz abgedichtet anliegt. Im Ventilkörperabschnitt 10.2 sind
um die Achse FA versetzt mehrere Öffnungen 16 vorgesehen,
die mit ihren Achsen jeweils radial oder annähernd radial zur Achse FA orientiert
sind, innen mit dem Rückluftkanal 6 in
Verbindung stehen und an der Umfangsfläche des Ventilkörperabschnittes 10.2 offen
sind. Bei der dargestellten Ausführungsform
sind die Öffnungen 16 leicht
kegelförmig
mit einem sich zum Umfang des Ventilkörperabschnittes 10.2 vergrößernden
Querschnitt ausgebildet, und zwar derart, dass jede Öffnung 16 mit dem
unteren Abschnitt ihrer Wandung ausgehend von der Achse FA schräg nach unten
bis an die Ventilfläche 14 verläuft, wie
dies in den 2 und 3 bei 16.1 angedeutet
ist.
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Da
sich die Öffnungen 16 oberhalb
der Ventilfläche 14 befinden,
sind bei geschlossenem Ventil 9 (2) nicht
nur der Flüssigkeitskanal 8,
sondern auch der Rückluftkanal 6 verschlossen.
Bei geöffnetem
Ventil 9 (3) sind der Flüssigkeitskanal 8 über die
zwischen dem Ventilsitz 15 und dem oberen Ende des Ventilkörperabschnitts 10.2 gebildete,
die Achse FA ringförmig
umschließende
Flüssigkeits-
oder Abgabeöffnung 11 sowie über die Öffnungen 16 auch der
Rückluftkanal 6 geöffnet. Wesentlich
ist bei dieser Ausbildung, dass beim Öffnen des Ventils 9,
d.h. beim Absenken des Rückluftrohres 7 aus
der oberen Hubstellung in die untere Hubstellung zunächst die Öffnungen 16 freigegeben
werden und damit der Rückluftkanal 6 geöffnet wird,
während
das untere Ende des Füllrohres 5 noch
durch den Ventilkörperabschnitt 10.2 zumindest
weitestgehend verschlossen ist, und dass erst bei Erreichen der
unteren Hubstellung des Rückluftrohres 7 auch
der Flüssigkeitskanal 8 über die
ringförmige
Abgabeöffnung 11 öffnet.
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Um
das relativ lange Rückluftrohr 7 eindeutig im
Füllrohr 5 zu
führen
und um insbesondere auch ein störungsfreies Öffnen und
Schließen
des Ventils 9 zu ermöglichen,
sind an der Außenfläche des
Rückluftrohres 7 drei
Zentrier- oder Führungsstege 17 vorgesehen,
die gleitend gegen die Innenfläche
des Füllrohres 5 anliegen.
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Die
Arbeitsweise des Füllelementes 2 lässt sich,
wie folgt, beschreiben:
Bei geschlossenem Ventil 9 wird
die jeweils zu füllende
Flasche 3 mit dem Rand 3.1 ihrer Flaschenmündung durch
Anheben mit dem nicht dargestellten Behälterträger in Dichtlage gegen das
Abdichtelement 13 gebracht. Im Anschluss daran wird das
Ventil 9 geöffnet,
wobei zunächst
aus einem vorausgegangenen Füllvorgang
im Rückluftkanal 6 vorhandenes Füllgut über die Öffnungen 16 und
insbesondere über die
schräg
verlaufenden Flächen 16.1 in
die Flasche 3 geleitet wird. Bei der weiteren Öffnungsbewegung des
Ventilkörpers 10 öffnet dann
die ringförmige
Abgabeöffnung 11,
sodass das flüssige
Füllgut
aus dem Kessel über
den Flüssigkeitskanal 8 schirmartig,
d.h. insbesondere an der Innenfläche
der Flaschenwandung entlang in die betreffende Flasche 3 fließt.
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Die
von dem flüssigen
Füllgut
aus der Flasche 3 verdrängte
Luft strömt über die Öffnungen 16 und
den Rückluftkanal 6 in
den Gas- oder Luftraum 1.2, wobei am Ende des Füllvorgangs,
d.h. dann, wenn der Spiegel des flüssigen Füllgutes in der Flasche den
Ventilkörper 10 erreicht
hat, das Füllgut über die Öffnungen 16 auch
in den Rückluftkanal 6 gelangt.
Das Zufließen
des Füllgutes
in die Flasche 3 wird dann beendet, wenn der Flüssigkeitsspiegel
der Füllgutsäule im Rückluftkanal 6 das
Niveau oder etwa das Niveau des Füllgutspiegels im Kessel 1 erreicht
hat.
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Für das endgültige Beenden
des Füllvorgangs
wird das Ventil 9 durch die Hubbewegung des Rückluftrohres 7 nach
oben geschlossen, sodass wieder der in der 2 dargestellte
Zustand erreicht ist. Die befüllte
Flasche kann dann vom Füllelement 2 abgenommen
werden, ohne dass hierbei Füllgut aus
dem Rückluftkanal 6 in
die gefüllte
Flasche nachfließen
kann, da der Rückluftkanal 6 bei
geschlossenem Ventil 9 ebenfalls geschlossen ist.
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Bei
dem nächsten
Füllvorgang
werden beim Öffnen
des Ventils 9 zunächst
die Öffnungen 16 freigegeben,
so dass dann wiederum zunächst
das im Rückluftkanal 6 verbliebene
Füllgut
in die zu füllende Flasche 6 fließt, bevor
das Ventil 9 den Ringspalt bzw. die ringförmige Abgabeöffnung 11 öffnet.
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Die 5 zeigt
als weitere mögliche
Ausführungsform
ein bei dem Füllelement 2 verwendbares Ventil 18 mit
einem Ventilkörper 19.
Dieser besitzt wiederum einen Ventilkörperabschnitt 19.1,
der sich zu dem unteren, freien Ende kegelförmig verjüngt und einen Ventilkörperabschnitt 19.2,
der einen gegenüber
dem Ventilkörperabschnitt 19.1 reduzierten Durchmesser
aufweist und das obere, in das Rückluftrohr 7 übergehende
oder mit diesem verbundene Ende des Ventilkörpers 19 bildet. Der Außendurchmesser
des Ventilkörperabschnittes 19.1 ist
wiederum gleich oder etwas größer als
der Außendurchmesser
des Füllrohres 5.
Der Außendurchmesser des
Ventilkörperabschnittes 19.2 ist
gleich oder annähernd
gleich dem Innendurchmesser des Füllrohres 5.
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Am Übergang
zwischen den Ventilkörperabschnitten 19.1 und 19.2 ist
die von einem Dichtungsring gebildete Ventilfläche 14 vorgesehen.
Weiterhin ist im Ventilkörperabschnitt 19.2 eine
in den Rückluftkanal 6 mündende Öffnung 16 eingebracht..
Abweichend von dem Ventilkörper 10 weist
der Ventilkörper 19 am
Ventilkörperabschnitt 19.2 mehrere
mit dem Flüssigkeitskanal 8 in
Verbindung stehende Abgabeöffnungen 20 auf,
und zwar derart, dass bei geschlossenem Ventil 18 die Abgabeöffnungen 20 geschlossen
sind und bei geöffnetem
Ventil 18 das flüssige
Füllgut über die
Abgabeöffnungen 20 strahlförmig in
den Innenraum der Flasche 3 fließt und, zwar an einem der Öffnung 16 abgewandten
Umfangsbereich des Ventilkörpers 19.
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Auch
diese Ausführung
hat den Vorteil, dass bei geschlossenem Ventil 18 sowohl
der Flüssigkeitskanal 8 als
auch der Rückluftkanal 6 verschlossen sind.
Dadurch, dass die Abgabeöffnungen 20 einen etwas
größeren axialen
Abstand von der Ventilfläche 14 aufweisen
als die Öffnung 16 erfolgt
auch bei dieser Ausführung
beim Öffnen
des Ventils 18 zunächst ein
Entleeren des Rückluftrohres 6,
bevor die Abgabeöffnungen 20 freigegeben
werden.
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Wie
in der 5 dargestellt, ist der Ventilkörper 19 auch bei geöffnetem
Ventil 18 mit einem oberen, dem Rückluftrohr 7 benachbarten
Bereich in dem Füllrohr 5 zentriert,
sodass die Zentrierstege 17 bei dieser Ausführungsform
entfallen können.
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Die
Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es versteht sich, dass Änderungen
sowie Abwandlungen möglich sind,
ohne das dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke
verlassen wird.
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- 1
- Kessel
- 1.1
- Flüssigkeitsraum
- 1.2
- Gas-
oder Luftraum
- 2
- Füllelement
- 3
- Flasche
- 3.1
- Rand
der Flaschenmündung
- 4
- Füllelementgehäuse
- 5
- Füllrohr
- 6
- Rückluftkanal
- 7
- Rückluftrohr
- 8
- Flüssigkeitskanal
- 9
- Ventil
- 10
- Ventilkörper
- 10.1,
10.2
- Ventilkörperabschnitt
- 11
- Flüssigkeits-
oder Abgabeöffnung
- 12
- Betätigungselement
- 13
- Abdichtelement
- 14
- Ventilfläche
- 15
- Ventilsitz
- 16
- Öffnung
- 16.1
- Wandung
- 17
- Zentriersteg
- 18
- Ventil
- 19
- Ventilkörper
- 19.1,
19.2
- Ventilkörperabschnitt
- FA
- vertikale
Füllelementachse
- A
- Hubbewegung
des Rückluftrohres 7 zum Öffnen bzw.
Schließen
des
-
- Ventils 10 bzw. 18