DE3842578A1 - Fuellmaschine zum abfuellen von fluessigkeiten in gefaesse - Google Patents
Fuellmaschine zum abfuellen von fluessigkeiten in gefaesseInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllmaschine zum
Abfüllen von Flüssigkeiten in Gefäße, insbesondere zum
Abfüllen von Getränken in Flaschen, Dosen und dgl., mit
einer definierten Füllmenge und/oder -höhe, bestehend aus
einer Vielzahl von am Füllmaschinenrotor angeordneten
Füllventilen mit einem gegen die Gefäße gerichteten
Füllstutzen mit Flüssigkeitsaustrittskanal.
Füllmaschinen dieser Art sind vorzugsweise als
Rundläufermaschinen ausgebildet und besitzen an ihrem
rotierenden Füllmaschinenkessel eine Vielzahl von
nebeneinander angeordneten Füllventilen, denen die
Gefäßmündungen zugeführt werden. Die Füllventile selbst
arbeiten mechanisch, d. h. sie werden durch von außen
betätigbare Steuerelemente geöffnet und geschlossen. Der
Ventilkörper selbst öffnet bei einem Gleichdruck zwischen
dem Innenraum des Gefäßes und des Füllmaschinenkessels.
Diese Arbeitsweise wird bei den klassischen
Vorevakuierungsfüllern mit Rückgasrohr und/oder Füllrohr
verwendet, wobei die Flüssigkeit nach Evakuieren der
Flasche und Vorspannen ihres Innenraumes auf den im
Füllmaschinenkessel herrschenden Druck durch automatisches
Öffnen des Füllventils befüllt wird. Sobald die abzu
füllende Flüssigkeit in der Flasche die Öffnungsbohrung
des Rückgasrohres erreicht, wird diese durch den
Flüssigkeitsspiegel automatisch geschlossen, so daß ein
weiterer Gasaustausch durch diese Rückluft- bzw.
Rückgasbohrung nicht mehr stattfinden kann. Damit ist der
Füllvorgang beendet. Anschließend erfolgt die Entlastung
des in der Flasche anstehenden Überdrucks gegenüber der
Atmosphäre, wobei besondere Kanäle vorgesehen sind, die den
Raum der Flasche oberhalb des Flüssigkeitsspiegels mit der
Außenluft in Verbindung setzen. Derartige Füllmaschinen
bzw. Füllventile haben sich in einem sehr starken Maße
durchgesetzt. Sie sind beispielsweise bekannt durch die
DE-OS 27 27 723 und die DE-OS 27 27 724. Neben diesen
Füllmaschinen sind weitere Füllmaschinen bekannt geworden,
deren Füllelemente mit einem aus dem Füllelementkörper nach
unten in das angepreßte, zu füllende Gefäß ragenden
Füllrohr und einem im Bereich des Füllrohres angebrachten
Schaltorgan ausgestattet sind. Dieses dient zum Steuern
des im Inneren des Füllelementes angeordneten Flüssigkeits
ventils in Schließstellung bei Erreichen einer bestimmten
Füllhöhe im Gefäß. Dabei ist das Schaltorgan ein an der
Außenseite des Füllrohres angebrachter, gegenüber dem Füll
rohr elektrisch isolierter elektrischer Leiter. Hierbei
dient die aufsteigende Flüssigkeit als Leitelement und
schließt somit einen Kontakt zur Ansteuerung des
zugeordneten Ventilschließelements. Die Flüssigkeit ist
dabei als galvanischer Leiter anzusehen. Insbesondere bei
der Abfüllung von verschiedenartigen Flüssigkeiten bestehen
unterschiedliche Leitfähigkeitsmerkmale, die demzufolge
auch eine erhebliche Beeinflussung des betreffenden
Schließvorganges ausüben. Andererseits sind insbesondere
bei schäumenden Flüssigkeiten bereits im Schaumbereich
entsprechende Leitfunktionen möglich, so daß die
vorgenannte Methode mit erheblichen Mängeln behaftet ist,
die nur durch erhebliche technische Anstrengungen und
entsprechend komplizierte Ventilausgestaltungen ausgeräumt
werden können. Derartige Füllventile sind beispielsweise
aus der DE-OS 30 01 099 bekannt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine
Füllmaschine bzw. ein Füllventil der vorgenannten Art
derart auszubilden, daß die Ansteuerung des eigentlichen
Ventilkörpers unabhängig von der Leitfähigkeit der
abzufüllenden Flüssigkeit ausgeführt werden kann und
physikalische Bedingungen auszunutzen, die eine besonders
exakte Ermittlung des Flüssigkeitsspiegels und eine
eindeutige Trennung zwischen Medium Luft und Flüssigkeit
zulassen. Dabei soll gleichzeitig eine wesentliche
Vereinfachung der erforderlichen Schaltelemente gegeben
sein.
Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einer
Füllmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß
der Flüssigkeitsaustrittskanal eine definierte
Durchflußöffnung mit definierter Strömung aufweist und
innerhalb dieser Durchflußöffnung und/oder des
Flüssigkeitskanals ein überhitztes Widerstandselement
angeordnet ist, welches von der Flüssigkeit beeinflußbar
ist und durch Ansteuerung eines Mikroprozessors und/oder
Steuergerätes die abzufüllende Flüssigkeitsmenge und/oder
Höhe bestimmt.
In eigenständiger Ausbildung der Erfindung wird ferner
vorgeschlagen, daß die definierte Durchflußöffnung als eine
sich vom normalen Flüssigkeitsaustrittskanal abhebende
Öffnung ausgebildet ist und mit einem die Durchflußmenge
ermittelnden Widerstandselement ausgestattet ist.
Als besonders zweckmäßig wird dabei in ebenfalls
selbständiger Ausbildung der Erfindung bei einer
Füllmaschine der bekannten Art das Ansteuersignal einem
Mikroprozessor zugeleitet, welcher in Abhängigkeit von den
vorbestimmbaren Beeinflussungsgrößen das Schließen des
Flüssigkeitsventils durch Ansteuerung einer
Schließvorrichtung bestimmt.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergehen aus den
weiteren Ansprüchen.
Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung ist die eingangs
gestellte Aufgabe in besonders vorteilhafter Weise erfüllt.
Durch die während des Befüllungsprozesses innerhalb des
Behälters und/oder des Füllstutzens herrschende Temperatur
der Umgebungsluft und der abzufüllenden Flüssigkeit kann
die betreffende Wärmeleitfähigkeit exakt gemessen werden,
wobei selbst die hohen Strömungsgeschwindigkeiten der
Vorspannluft keinen Einfluß auf das anschließende
Meßergebnis auslösen können. Das innerhalb der
Strömungswege angeordnete überhitzte Widerstandselement
kann dabei in beliebiger Weise auf die entsprechenden
Temperaturdifferenzen eingestellt werden, so daß ein
ausreichender Spielraum vorhanden ist, der jedwede
Fehlschaltungen ausschließt.
Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert, wobei das Ausführungsbeispiel eine zweckmäßige
Ausführungsform der Erfindung darstellt und sich auch auf
Gegendruckfüllmaschinen mit oder ohne Füllrohr bezieht. Es
sind jedoch im Rahmen des Offenbarten auch Füllmaschinen
geeignet, die ohne Gegendruck arbeiten.
In der Zeichnung ist das Füllelement der Füllmaschine
vereinfacht dargestellt. Es besteht vorzugsweise aus einem
in axialer Richtung auf- und abbewegbaren Ventilkörper 1,
welcher aufgrund des im Kessel 2 anstehenden Überdrucks in
geschlossener Position gehalten ist. Unterhalb des
Ventilkörpers 1 befindet sich ein Flüssigkeitsaustritts
gehäuse 3 mit dem eigentlichen Flüssigkeitsaustritts
kanal 3′ und einer daran angepreßten Zentriertulpe 4 zum
Abdichten der unter das Füllelement gefahrenen zu
befüllenden Flasche 5. Das Gehäuse 3 ist mit dem Kessel 2
verbunden und weist einen Rohransatz 6 zur Zentrierung des
Ventilkörpers 1 auf. Von diesem Gehäuse 3 führt eine
Evakuierungsleitung 7 sowie eine Entlastungsleitung 8 zu
den zugeordneten Ventilen 9, 10, die von außen ansteuerbar
sind. Ferner nimmt dieses Gehäuse im unteren Bereich das
eigentliche Rückgasrohr 11 auf, welches durch das Gehäuse 3
mit der sich daran anschließenden Vorspannleitung 12
verbunden ist. Ein verlängertes Rückgasrohr 11 kann eine
Verdickung mit einem Abweisschirm aufweisen, welcher dazu
vorgesehen ist, die einfließende Flüssigkeit in nahezu
laminarer Strömung der Flascheninnenwand zuzuleiten. Das
Rückgasrohr 11 endet mit der Anschnittöffnung 14.
Sobald eine Flasche 5 unter das eigentliche Füllelement
verfahren worden und mittels Zentriertulpe 4 abgedichtet
unterhalb des Füllventils gehalten ist, wird zunächst eine
Evakuierung der in der Flasche vorhandenen Umgebungsluft
durch Zuschalten des Ventils 9 durch die Evakuierungs
leitung 7 veranlaßt, wobei die Evakuierung im Anschluß an
die Leitung 7 durch das Rückgasrohr 11 vorgenommen werden
kann. Nach Abschluß dieses Verfahrensschrittes erfolgt die
eigentliche Vorspannung des Flaschenraumes durch Öffnen des
nicht dargestellten Vorspannventils, so daß der Druck durch
die Vorspannleitung 12 und das Rückgasrohr 11 sich
innerhalb des Flaschenhohlraumes 13 aufbauen kann. Sobald
Gleichdruck zwischen Flascheninnenraum und
Füllmaschinenkessel 2 herrscht, öffnet eine nicht weiter
dargestellte Druckfeder selbsttätig das Flüssigkeitsventil
durch Anheben des Ventilkörpers 1 innerhalb eines
vorbestimmten Hubweges. Die Flüssigkeit kann nun mit
geringer Anfangsgeschwindigkeit oder auch gleich mit voller
Befüllungsgeschwindigkeit in die Flasche eingeleitet
werden. Dabei wird die Flüssigkeit durch den Flüssig
keitsaustrittskanal 3′ durch eine definierte Ausfluß
öffnung 15 gleicher Strömung geleitet. Die exakte Füllhöhe
wird dann durch die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit
zwischen der in dem Behälter und/oder Füllstutzen
herrschenden Temperatur der Umgebungsluft und der
abzufüllenden Flüssigkeit bestimmt. Zu diesem Zwecke ist
ein überhitztes Widerstandselement 16 und/oder ein
thermisch ansprechender Widerstand innerhalb des von der
Flüssigkeit duchströmten Raumes der Ausflußöffnung 15
angeordnet. Dieses überhitzte Widerstandselement 16 kann am
Innen- und/oder Außenmantel der Auslaßöffnung 15
beziehungsweise an einem gesonderten nicht dargestellten
Sensorträger angeordnet sein. Das Widerstandselement 16 ist
beispielsweise ein elektrischer Widerstandsdraht von
äußerst geringer Länge und einem entsprechend geringen
Durchmesser, der sich im Flüssigkeitsaustrittskanal 3′ bzw.
in der Auslaßöffnung 15 befindet. Die erforderliche
elektrische Versorgungsleitung 17 ist in dem Gehäuse 3
integriert. Der Widerstandsdraht ist dabei zweckmäßig
parallel zur Flüssigkeitsoberfläche orientiert. Sein
Ohmscher Widerstand ist erheblich größer als der Widerstand
der Zuleitungen. Seine Joulsche Wärme wird durch Wärme
leitung an das umgebende Fluid abgegeben. Solange sich
der Draht in Luft bzw. Schaum befindet, ist die Abkühlung
des Drahtes durch Wärmeleitung infolge natürlicher
Konvektion gering. Die Drahtabkühlung wird sprunghaft
größer, wenn die Flüssigkeitsoberfläche den Draht erreicht.
Die dann erfolgende Änderung des Drahtwiderstandes infolge
der plötzlichen Verringerung der Drahttemperatur liefert
das gewünschte Spannungssignal mit äußerst steiler Flanke,
welches zur Bemessung der Flüssigkeitsmenge oder der
Abfüllzeit und der notwendigen Ansteuerung des Füllventils
im schließenden Sinne verwertet wird. Durch die Wahl eines
genügend hohen Schwellwertes für die Schaltung selbst wird
verhindert, daß eine vorzeitige Schaltung, z.B. durch
Flüssigkeitsspritzer oder dgl., ausgelöst wird.
Anstelle des in der Durchflußöffnung 15 bzw. dem
Austrittskanal 3′ angeordneten Widerstandselements 16 kann
auch ein von der aufsteigenden Flüssigkeit berührter,
thermisch ansprechender Schichtwiderstand 18 vorgesehen
sein. Die Erfindung sieht ferner vor, daß der durch die
Flüssigkeit aktivierte überhitzte Widerstandsdraht bzw. das
überhitzte Widerstandselement 16, 18 durch Ansteuerung
eines Mikroprozessors und/oder anderen Steuergerätes die
abzufüllende Flüssigkeitsmenge und damit die Füllhöhe in
der Flasche bestimmt. Diese Füllmengen bzw. -höhenfaktoren
können durch Einwirken auf den Mikroprozessor in beliebiger
Weise verändert werden. Zur besseren Strömungsmessung kann
die definierte Durchflußöffnung 15 als eine sich vom
normalen Flüssigkeitsaustrittskanal 3′ abhebende Öffnung
ausgebildet sein und mit einem die Durchflußmenge
ermittelnden Widerstandselement 16, 18 ausgestattet sein.
Das in beiden Fällen anstehende Signal wird dann einem
Mikroprozessor zugeleitet, welcher in Abhängigkeit von den
vorbestimmbaren Beeinflussungsgrößen das Schließen des
Flüssigkeitsventils nach Ansteuerung einer nicht weiter
dargestellten Schließvorrichtung bestimmt. Es ist aber auch
denkbar, das Ansteuerungssignal einem korrekturfähigen
Zeitglied zuzuleiten, welches dann ebenfalls durch
Ansteuerung einer Schließvorrichtung die weitere
Flüssigkeitszufuhr stoppt.
Um im Falle unterschiedlicher Temperaturen dennoch exakte
Meßergebnisse aufrechterhalten zu können, ist ferner
vorgesehen, daß die Temperatur der abzufüllenden
Flüssigkeit kontrolliert und bei deren Änderung eine
automatische Änderung des thermischen Widerstandes erfolgt,
so daß bei jeweils unterschiedlichen Füllflüssigkeits
temperaturen gleichbleibende Signale des thermischen
Widerstandes anstehen und entsprechend in dem
Mikroprozessor bzw. dem korrekturfähigen Zeitglied
verwertet werden können.
Die bei allen Elementen erforderlichen elektrischen
Leitungen sind dabei in den zugeordneten Bauelementen
integriert und führen von hier aus zu einem nicht weiter
dargestellten Mikroprozessor, der die betreffenden
Schaltvorgänge auslöst, wobei der Mikroprozessor
selbstführende unterschiedliche Eigenschaften des Füllgutes
ausgelegt sein kann. Das gleiche gilt für das entsprechend
eingesetzte korrekturfähige Zeitglied.
Claims (6)
1. Füllmaschine zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Gefäße,
insbesondere zum Abfüllen von Getränken in Flaschen,
Dosen und dgl. mit einer definierten Füllmenge und/oder
-höhe, bestehend aus einer Vielzahl von am
Füllmaschinenrotor angeordneten Füllventilen mit einem
gegen die Gefäße gerichteten Füllstutzen mit
Flüssigkeitsaustrittskanal, dadurch gekennzeichnet, daß
der Flüssigkeitsaustrittskanal eine Durchflußöffnung mit
definierter Strömung aufweist und innerhalb dieser
Durchflußöffnung und/oder des Flüssigkeitskanals ein
überhitztes Widerstandselement angeordnet ist, welches
von der Flüssigkeit beeinflußbar ist und durch
Ansteuerung eines Mikroprozessors und/oder Steuergerätes
die abzufüllende Flüssigkeitsmenge und/oder Höhe
bestimmt.
2. Füllmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die definierte Durchflußöffnung als eine sich vom
normalen Flüssigkeitsaustrittskanal abhebende Öffnung
ausgebildet und mit einem die Durchflußmenge
ermittelnden Widerstandselement ausgestattet ist.
3. Füllmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ansteuersignal einem Mikroprozessor zugeleitet
wird, welcher in Abhängigkeit von den vorbestimmbaren
Beeinflussungsgrößen das Schließen des Flüssigkeits
ventils durch Ansteuerung einer Schließvorrichtung
bestimmt.
4. Füllmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ansteuersignal einem korrekturfähigen Zeitglied
zugeleitet wird.
5. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur der abzufüllenden
Flüssigkeit kontrolliert und bei deren Änderung eine
automatische Änderung des thermischen Widerstandes
erfolgt, so daß bei jeweils unterschiedlichen
Füllflüssigkeitstemperaturen gleichbleibende Signale des
thermischen Widerstandes anstehen.
6. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der Durchflußöffnung
mindestens zwei höhenmäßig auf Abstand zueinander
angeordnete thermisch ansprechende Elemente und/oder
überhitzte Widerstandselemente angeordnet sind, deren
jeweiliges Signal in Abhängigkeit von der gewünschten
Füllhöhe aktivierbar ist.
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