DE4012849A1 - Vorrichtung zum fuellen von behaeltern mit einer fluessigkeit - Google Patents
Vorrichtung zum fuellen von behaeltern mit einer fluessigkeitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Füllvorrichtung zum Füllen von
Behältern mit einer Flüssigkeit, insbesondere zum Füllen groß
volumiger Flaschen mit Getränken, mit einem die abzufüllende
Flüssigkeit bereithaltenden Vorratsbehälter und wenigstens
einem mit dem Vorratsbehälter verbundenen, einen Flüssigkeits
auslaß mit Zentrier- und Abdichtmitteln zum Andocken zu füllen
der Behälter aufweisenden Füllorgan, welches eine dem Flüssig
keitsauslaß zugeordnete Drallkammer mit einer Zulauföffnung,
einer Ablauföffnung und einem die Zulauföffnung mit der Ablauf
öffnung verbindenden Drallraum aufweist.
Füllvorrichtungen zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Behälter
wie Dosen, Flaschen oder dergl. weisen gewöhnlich einen Vor
ratsbehälter auf, in dem die abzufüllende Flüssigkeit bereit
gehalten wird und der über der Flüssigkeit einen Gasraum hat.
Eine Regeleinrichtung sorgt dafür, daß das Flüssigkeitsniveau
im Vorratsbehälter möglichst konstant gehalten wird, um für den
Abfüllvorgang definierte und reproduzierbare Verhältnisse zu
schaffen. Der Vorratsbehälter ist normalerweise als rotierender
Kessel, beispielsweise als Ringkessel, mit zentraler Flüssig
keitszufuhr ausgebildet. Entlang seinem Umfang sind eine Viel
zahl von Füllköpfen mit Zentrier- und Abdichtmitteln zum
Andocken aufeinanderfolgender zu füllender Behälter angebracht,
welche die erforderlichen Flüssigkeitsdurchlässe und -ventile
sowie Luft- und Gasleitungen mit den jeweils zugehörigen Betä
tigungsorganen enthalten. Mit solchen Füllvorrichtungen können
Flüssigkeiten aller Art in Behälter abgefüllt werden. Bevorzugt
eingesetzt sind diese Vorrichtungen zum Abfüllen von Getränken,
und zwar sowohl für stille Getränke, wie stille Wässer, Säfte,
Milch und dergl., als auch besonders für kohlensäurehaltige
Getränke, die unter Gegendruck abgefüllt werden. Die dafür
notwendigen Einrichtungen, wie Spann- und Rückgasleitungen,
sind im Füllkopf integriert. Ein bekannter Füllkopf für eine
Abfüllvorrichtung ist beispielsweise in der DE-OS 30 25 786
beschrieben.
Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist durch die
deutsche Gebrauchsmusterschrift 72 38 305 bekanntgeworden. Der
in der Schrift beschriebene Füllkopf weist eine drallerzeugende
Einrichtung auf, welche der aus einem Vorratsbehälter in einen
zu füllenden Behälter fließenden Flüssigkeit einen Drall um die
Achse der Füllöffnung aufzwingt. Die infolge des Dralls auf die
Flüssigkeit wirkende Fliehkraft bewirkt, daß die Flüssigkeit
beim Auslaufen aus dem Füllkopf an der Behälterwand entlang
strömt und nicht mit dem in den zu füllenden Behälter hinein
ragenden Rückgasrohr in Berührung kommt. Dadurch wird verhin
dert, daß das beim Füllvorgang durch das Rückgasrohr aus dem
Behälter entweichende Gas Flüssigkeit mitreißt. Ein wesentlicher
Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, daß als drallerzeugende
Einrichtung eine Ventilkammer mit einem Ventilkörper zum Öffnen
und Verschließen des Flüssigkeitsauslasses vorgesehen ist, in
der die Flüssigkeit um wirbelbildende Kanten strömen muß, was
die Ausbildung einer sauberen Wandströmung behindert. Außerdem
ist mit dieser Vorrichtung eine volumetrische Dosierung der
abzufüllenden Flüssigkeit nicht möglich. Stattdessen findet
durch das vorgesehene Rückgasrohr eine Füllhöhenbegrenzung
statt, die neben dem mit der Benetzung des Rohrendes bei Errei
chen der vorgegebenen Füllhöhe verbundenen Nachteil den weite
ren Nachteil eines relativ großen Hubes zwischen Füllkopf und
Behälter beim Andocken der Behälter hat, was zur Begrenzung
der Leistungsfähigkeit der Füllvorrichtung beiträgt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine weitere
Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der
Drallraum als ausgehend von der Zulauföffnung wenigstens ange
nähert in 360° stetig um die Achse der Ablauföffnung herum verlau
fender Drallkanal ausgebildet ist, dessen Durchflußquerschnitt
in Abhängigkeit vom Umlaufwinkel (ϕ) um die Achse der Ablauf-
Öffnung bis annähernd auf Null abnimmt. Diese Ausbildung der
Drallkammer mit einem stetig von der Zulauföffnung zur Ablauf-
Öffnung verlaufenden Drallkanal bewirkt eine wirbelfreie Drall
erzeugung und ein störungsfreies Ablaufen der Flüssigkeit in
den zu füllenden Behälter. Dabei hat die Verringerung des Durch
flußquerschnitts den Vorteil, daß der Drallkanal im wesentlichen
bis zum Ende des Flüssigkeitsablaufs mit Flüssigkeit gefüllt
ist. So kann der Druck der auslaufenden Flüssigkeit im ganzen
Drallkanal gleichmäßig wirken, was die rotierende Bewegungskom
ponente beim Ausströmen der Flüssigkeit verstärkt, der Bildung
von Wirbeln im Drallkanal vorbeugt und den der Flüssigkeit
vermittelten Drall stabilisiert. Die Flüssigkeitsströmung wird
also zuverlässig immer an die Behälterwandung angedrückt.
Ausgestaltungen sowie Fortführungen und Weiterbildungen der
Erfindung, denen zum Teil selbständig patentfähige Bedeutung
zukommt, sind in den Unteransprüchen enthalten. Die Merkmale
der Ansprüche 2 bis 4 betreffen einen besonders bevorzugten
geometrischen und konstruktiven Aufbau der Drallkammer. Die als
Erfindung beanspruchte Zuordnung von Zulauföffnung und Ablauf-
Öffnung zueinander und die wendelförmige Ausbildung des Drall
kanals bewirken eine weitgehend rotationssymmetrische Strömung,
die die Drallerzeugung und die Bildung einer Wandströmung im
Behältereinlauf wesentlich fördert. Mit den Merkmalen der
Ansprüche 5 und 6, von denen insbesondere dem Anspruch 6 patent
fähige Bedeutung beizumessen ist, wird erreicht, daß der Drall
kanal während des Auslaufens der Flüssigkeit restlos gefüllt
ist und der von der nachfolgenden Flüssigkeit ausgeübte Druck
in der Drallkammer erhalten bleibt. Das beschleunigt den Flüs
sigkeitsdurchlauf und verhindert die Bildung von Gasblasen. Die
Ansprüche 7 bis 11 enthalten eine bevorzugte Fortführung der
vorliegenden Erfindung. Sie betreffen die Anordnung und Ausbil
dung eines Ablauftrichters im Bereich der Ablauföffnung der
Drallkammer. Der Ablauftrichter leitet die aus dem Drallkanal
austretende Flüssigkeit unter Beibehaltung des Dralls durch die
Ablauföffnung in den zu füllenden Behälter. Er ist so ausgebil
det und angeordnet, daß ein stetiger Übergang vom Drallkanal
zur Ablauföffnung gewährleistet ist und Unterbrechungen oder
Störungen der rotierenden Bewegung der Flüssigkeit beim Ausströ
men verhindert werden. Gleichzeitig ermöglicht der Ablauftrich
ter einen fertigungstechnisch sehr günstigen Aufbau der Drall
kammer. Die Ansprüche 10 und 11 betreffen Maßnahmen zum Beenden
der Drallbewegung nachlaufender Restmengen der Flüssigkeit am
Ausgang des Drallkanals. Dadurch wird das restlose Leerlaufen
der Drallkammer beschleunigt. Anspruch 12 enthält eine besonders
bevorzugte Ausbildung der Vorrichtung nach der Erfindung, bei
der die Drallkammer und ihre Ablauföffnung frei von Einbauten
sind, so daß eine ungestörte Drallerzeugung und ein ungehinder
tes Auslaufen der Flüssigkeit gewährleistet sind. Anspruch 13
betrifft eine weitere bevorzugte Ausbildung der Vorrichtung
nach der Erfindung, die das Abfüllen volumetrisch dosierter
Flüssigkeitsmengen unter Drall gestattet, wobei die Anordnung
auch hier ein störungsfreies, schnelles und restloses Auslaufen
der portionierten Flüssigkeitsmenge gewährleistet. Die Verwen
dung eines in den zu füllenden Behälter eintauchenden Füllrohres
bzw. Rückgasrohres ist bei dieser Vorrichtung nicht erforder
lich, was wegen der mit dem Wegfall eines solchen Füllrohres
verbundenen Hubverringerung beim Andocken eines zu füllenden
Behälters eine Leistungserhöhung der Füllvorrichtung bewirkt.
Insgesamt bietet die Füllvorrichtung nach der Erfindung eine
Reihe von Vorteilen. Sie erlaubt das Abfüllen volumetrisch
dosierter Flüssigkeitsmengen unter Drall, so daß auf ein durch
die Ablauföffnung in den zu füllenden Behälter hineinragendes
Füll- oder Rückgasrohr verzichtet werden kann. Dadurch reduziert
sich der zum Andocken der zu füllenden Behälter erforderliche
Hub, was sowohl eine konstruktive Vereinfachung als auch einen
schnelleren Arbeitszyklus der Füllvorrichtung, also erhöhte
Leistungsfähigkeit, ermöglicht. Die erfindungsgemäß vorgeschla
gene Drallkammer weist keine Ventileinbauten mit beweglichen
Teilen auf und zeichnet sich daher durch einen sehr einfachen
Aufbau aus. Von besonderem Vorteil ist die wirbel- und blasen
freie Drallerzeugung, verbunden mit dem ungehinderten Ablaufen
der in die Behälter einzufüllenden Flüssigkeit. Es wird eine
rotationssymmetrische Strömung erzeugt, die wegen der hohen
Fliehkraft dicht an der Wand des zu füllenden Behälters entlang
läuft. Die starke Wandströmung und das Fehlen von Einbauten in
der Drallkammer und im Auslauftrichter haben den Vorteil, daß
sich in der Flüssigkeit enthaltene Teilchen nicht festsetzen
können. Außerdem ist dadurch sichergestellt, daß das beim Füll
vorgang aus dem zu füllenden Behälter durch das Zentrum der
Drallbewegung entweichende Rückgas keine Flüssigkeit mitreißen
kann. Wegen der hohen erreichbaren Füllgeschwindigkeit ist die
Füllvorrichtung besonders zum Füllen großvolumiger Flaschen und
ähnlicher Behälter geeignet. Die erzwungene Beendigung der
Drallbewegung von nachlaufenden Restmengen der Flüssigkeit im
Einlaufbereich des Ablauftrichters beschleunigt das Leerlaufen
des Füllorgans und trägt damit auch zu seiner erhöhten Leistungs
fähigkeit bei. Von besonderer Bedeutung im Rahmen der Erfindung
ist auch die Anordnung der Drallkammer stromab des Flüssigkeits
auslasses der Dosierkammer des volumetrisch dosierenden Füll
organs. Das ergibt einen in konstruktiver und funktioneller
Hinsicht sehr günstigen Aufbau des dosierenden Füllorgans.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen.
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Füllvorichtung
nach der Erfindung in einer schematischen
Darstellung,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des vertikalen Schnitts
durch die Drallkammer der Fig. 1 (entspricht einem
Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 3) und
Fig. 3 einen horizontalen Schnitt durch die Drallkammer
der Fig. 1 und 2 entlang der Linie III-III
der Fig. 2.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Füllvorrichtung
gemäß der Erfindung in einem Schnitt schematisch darge
stellt. Mit 1 ist ein als Ringkessel ausgebildeter Vorratsbe
hälter bezeichnet, der eine abzufüllende Flüssigkeit 2 und
einen Gasraum 3 mit einem im dargestellten Ausführungsbeispiel
unter einem vorgegebenen Druck stehenden Gas, beispielsweise
CO2, enthält. Rings am Umfang des Vorratsbehälters 1 sind an
dessen Unterseite in regelmäßigen Winkelabständen Füllorgane 4
mit Zentrier- und Abdichtmitteln 6 zum Andocken aufeinanderfol
gender zu füllender Behälter 7 angebracht. Der Vorratsbehälter
1 ist in bekannter Weise über Zuleitungen 8 für die abzufüllen
de Flüssigkeit und Gasleitungen 9 mit einer zentralen, in der
Zeichnung nicht dargestellten Versorgungseinheit verbunden.
Mit bekannten in der Zeichnung nicht dargestellten Mitteln wird
der Flüssigkeitsspiegel im Vorratsbehälter auf einem vorgegebe
nen Niveau gehalten. Ebenso wird der Druck im Gasraum 3 mög
lichst konstant geregelt, um für das Abfüllen der Flüssigkeit
möglichst gleichbleibende Bedingungen zu schaffen. Der Vorrats
behälter 1 läuft um eine nicht gezeigte vertikale Achse um,
wobei aufeinanderfolgende zu füllende Behälter 7 nacheinander
mit Hubtellern 11 oder dergleichen Einrichtungen an die Füllor
gane 4 angedockt, gefüllt und wieder abgegeben werden. Dieser
Vorgang ist bekannt und braucht hier nicht beschrieben zu werden.
Im Boden des Vorratsbehälters 1 sind in Umfangsrichtung neben
einander Öffnungen 12 vorgesehen, an welche sich nach unten
erstreckende Behälteransätze 13 angesetzt sind. Die Behälteran
sätze 13 sind vorzugsweise als zylindrische Rohrstücke ausge
bildet, die die Bodenöffnungen 12 umschließend am Vorratsbehäl
ter angeflanscht sind. Jeder Behälteransatz 13 ragt von oben in
eine Dosierkammer 14 hinein und weist an seinem unteren Ende
einen Flüssigkeitsdurchlaß 16 vom Vorratsbehälter 1 zur Dosier
kammer 14 auf. Vorzugsweise bildet die Dosierkammer mit dem
Behälteransatz eine bauliche Einheit, deren Anbau an den Vor
ratsbehälter keine weiteren Um- oder Einbauten des Vorratsbe
hälters erfordert.
Die Dosierkammer ist an ihrem unteren Ende mit einem Flüssig
keitsauslaß 17 versehen. Der Flüssigkeitsdurchlaß 16 und der
Flüssigkeitsauslaß 17 sind so einander gegenüberliegend ange
ordnet, daß sie wechselweise mittels eines Doppelsitzventils 18
mit einem gemeinsamen Ventilkörper 19 verschließbar sind. Der
Ventilkörper 19 ist aus seiner ersten Schließstellung, in der
der Flüssigkeitsdurchlaß von dem Vorratsbehälter 1 zur Dosier
kammer 14 gesperrt und der Flüssigkeitsauslaß 17 der Dosier
kammer offen ist, in eine zweite Schließstellung bewegbar, in
der der Flüssigkeitsauslaß 17 gesperrt und der Flüssigkeits
durchlaß 18 geöffnet ist.
Der Ventilkörper 19 ist fest an einer Betätigungsstange 21 an
gebracht. Ein Kraftelement in Gestalt einer Zugfeder 22, die
einerseits innen am Behälteransatz 13 und andererseits außen an
der Betätigungsstange 21 befestigt ist, wirkt über die Betäti
gungsstange 21 auf den Ventilkörper 19 so, daß dieser in seine
obere Schließstellung gezogen wird, in welcher er den Flüssig
keitsdurchlaß vom Vorratsbehälter zur Dosierkammer sperrt.
Sobald am Flüssigkeitsauslaß 17 von außen her Atmosphärendruck
anliegt, wenn also kein zu füllender Behälter 7 angedockt oder
ein angedockter Behälter noch nicht vorgespannt ist, wird der
Ventilkörper 19 gegen die Kraft der Zugfeder 22 vom Druck der
Flüssigkeit im Füllorgan in seine untere Schließstellung
gedrückt und dort gehalten, in der er den Flüssigkeitsauslaß
der Dosierkammer 14 sperrt. Dabei wird die Dosierkammer 14 mit
Flüssigkeit gefüllt. Ist ein Behälter 7 angedockt und vorge
spannt, so findet am Flüssigkeitsauslaß 17 der Dosierkammer ein
Druckausgleich statt, und die Feder 22 zieht den Ventilkörper 19
in seine obere Schließstellung, wobei der Flüssigkeitsauslaß 17
zur Einleitung eines Füllvorgangs geöffnet wird. Um den Ventil
körper 19 nach dem Füllen des Behälters 7 gegen den Druck der
Feder 22, die ihn in der oberen Schließstellung am Flüssigkeits
durchlaß 16 festhält, wieder in seine untere Schließstellung am
Flüssigkeitsauslaß 17 zu bewegen, ist ein Schaltorgan 23 vorge
sehen, das mit einem kurvenbetätigten Exzenter 24 entsprechend
auf die Betätigungsstange 21 einwirkt. Als Schaltorgan kann ein
mechanisches Flip-Flop-Element mit zwei stabilen Schaltpositi
onen vorgesehen sein, wie es in der älteren deutschen Patent
anmeldung P 40 10 413.3 der Anmelderin beschrieben ist. Mit
einem solchen Schaltorgan läuft der Schaltvorgang unabhängig
von der Rotationsgeschwindigkeit des Vorratsbehälters 1 immer
mit derselben Schaltgeschwindigkeit ab.
Die Dosierkammer 14 weist einen Dosierraum 26 für die Aufnahme
einer vorgegebenen Menge der abzufüllenden Flüssigkeit und
darüber einen Gasraum 27 auf, welcher den Dosierraum 26 in der
Dosierkammer nach oben begrenzt. Eine Rückgasleitung 28 verbin
det den Dosierraum 26 der Dosierkammer mit dem Gasraum 3 des
Vorratsbehälters. Die Rückgasleitung 28 mündet unterhalb des
Gasraums 27 in der Dosierkammer 14. Der Gasraum 27 ist nach
außen abgeschlossen und enthält somit einen Gaspuffer, der das
Dosiervolumen der Dosierkammer nach oben hin begrenzt. Mit
einem von außen vertikal verstellbaren Verdrängerkörper 29 ist
das Dosiervolumen des Dosierraumes 26 der Dosierkammer 14 ver
änderbar. Zur Höheneinstellung des Verdrängerkörpers 29 ist
eine Betätigungsstange 31 vorgesehen, die außerhalb des Vor
ratsbehälters 1 verläuft und demzufolge keine Umbauten bzw.
Einbauten am Vorratsbehälter erfordert.
Gemäß der Erfindung ist an dem Flüssigkeitsauslaß 17 der
Dosierkammer 14 eine Drallkammer 32 angeschlossen. Diese Drall
kammer 32 besteht aus einem Kammergehäuse 33, welches eine mit
dem Flüssigkeitsauslaß 17 der Dosierkammer verbundene Zulauf-
Öffnung 34, eine Ablauföffnung 36, einen Ablauftrichter 37 und
einen die Zulauföffnung 34 mit der Ablauföffnung 36 über den
Ablauftrichter 37 verbindenden Drallkanal 38 aufweist. Wie
Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung zeigt, ist das Kammer
gehäuse 33 aus einem Kammerunterteil 39 mit einer trichterför
migen Innenfläche 41 mit einem Einlaufkegel 41a und einem Kam
meroberteil 42 zusammengesetzt, welches die Zulauföffnung 34
und eine zentral in der Ablauföffnung 36 mündende Rückgaslei
tung 43 enthält. Die Ablauföffnung 36 ist also als Ringöffnung
ausgebildet, welche die Mündung des Rückgasrohres 43 umgibt.
Die trichterförmige Innenfläche 41 des Kammerunterteils 39 und
das Kammeroberteil 42 schließen zwischen sich den Drallkanal 38
ein.
Wie Fig. 3 zeigt, verläuft der Drallkanal 38, ausgehend von der
Zulauföffnung 34, wendelförmig um die Achse 44 der Ablauföff
nung 36. Die Drallkammer 32 ist so aufgebaut, daß die Zulauföff
nung 34 und die Ablauföffnung 36 radial und axial zueinander
versetzt angeordnet sind, daß die Zulauföffnung 34 aber inner
halb des äußeren Radius R des wendelförmig verlaufenden Drall
kanals 38 liegt. Dadurch ergeben sich ein kompakter Aufbau der
Drallkammer und sehr günstige Strömungsverhältnisse.
Der Drallkanal erstreckt sich gerade einmal im Winkel ϕ von
annähernd 360° um die Achse 44 der Ablauföffnung herum. Den
Boden des Drallkanals bildet der als Einlaufkegel 41a des
Ablauftrichters ausgebildete obere Teil der Innenfläche 41 des
Gehäuseunterteils 39. Der Drallkanal 38 ist also annähernd im
ganzen Umlaufwinkel nach unten zum Ablauftrichter hin offen.
Ausgehend von der Zulauföffnung 34 nimmt seine Höhe h dabei in
Abhängigkeit von dem Umlaufwinkel ϕ entsprechend der durch den
Ablauftrichter 37 ablaufenden Flüssigkeitsmenge ab. Beim Umlauf
winkel ϕ = 0 hat der Drallkanal seine größte Höhe h1. Während
die Flüssigkeit in Richtung der Pfeile 46 in dem Drallkanal
umläuft, fließt ein Teil der Flüssigkeitsmenge mit einer starken
Bewegungskomponente in Umlaufrichtung in Richtung der Pfeile 47
nach unten durch den Ablauftrichter in den Behälter 7 ab. Ent
sprechend dieser Abnahme der umlaufenden Flüssigkeitsmenge ist
die Höhe h2 des Drallkanals gegenüber seiner ursprünglichen
Höhe h1 reduziert. Bis zum Ende des Drallkanals nach etwa 360°
Umlauf hat er unter der Einlauföffnung die Höhe h3 von annähernd
Null. Dieser auf die Menge der beim Umlauf im Drallkanal ab
fließenden Flüssigkeit abgestimmte Höhenreduzierung des Drall
kanals bewirkt, daß er während des Durchlaufs der Flüssigkeit
beim Füllvorgang restlos gefüllt bleibt, daß die Blasen- und
Wirbelbildung verhindert wird und daß der Druck der nachfolgen
den Flüssigkeitsmenge auf die im Drallkanal befindliche Flüssig
keit ununterbrochen erhalten bleibt. Auf diese Weise entsteht
im Ablauftrichter eine rotierende Wandströmung mit hohem Drall,
die beim Auslaufen in den Behälterhals erhalten bleibt. Diese
rotierende Wandströmung 48 umgibt im Behälterhals einen von
Flüssigkeit freien Raum 49, durch den das beim Füllvorgang aus
dem Behälter verdrängte Gas in die Rückgasleitung 43 und zum
Gasraum des Vorratsbehälters entweichen kann.
Um das Leerlaufen des Drallkanals 38 am Ende des Füllvorganges
zu beschleunigen, können an der Oberfläche des Einlaufkegels 41a
Drallwiderstände 51 angeordnet sein. Als Drallwiderstände 51
sind vorzugsweise quer zur Strömungsrichtung etwa radial verlau
fende Kanten vorgesehen. Diese Kanten können aus Leitblechen,
Stegen, Rippen und dergl. oder aus Vertiefungen wie Mulden,
Rinnen, Nuten und dergl. bestehen, die bei einer Abnahme der
Flüssigkeitsmenge in dem Drallkanal 38 gegen Ende des Füllvor
ganges unter ein vorgegebenes Maß die Drallbewegung unterbrechen
und den Flüssigkeitsrest unmittelbar radial in den Ablauf
trichter 37 leiten. Die Drallwiderstände 51 sind so bemessen,
daß sie bei gefülltem Drallkanal 38 für die rotierende Flüssig
keit kein nennenswertes Hindernis darstellen. Die Drallwider
stände können, wie Fig. 3 am Beispiel der gestrichelt einge
zeichneten Leiste 51a zeigt, auch von der exakt radialen Aus
richtung abweichen.
Die das Innere des zu füllenden Behälters 7 mit dem Gasraum des
Vorratsbehälters 1 verbindende Rückgasleitung 43 verläuft durch
das Gehäuseoberteil 42 der Drallkammer 32, durch einen Leitungs
abschnitt 52 im Füllorgan 4, durch ein Druckwechselventil 53
und durch die Behälteröffnung 12 in den Gasraum 3 des Vorrats
behälters ragendes weiteres Rohrstück 54. Mit einem Ventil 56,
das mittels einer Betätigungseinrichtung 57 zu betätigen ist,
kann die Rückgasleitung unterbrochen werden, um einen Druckver
lust im Gasraum 3 des Vorratsbehälters 1 zu verhindern, solange
kein Behälter 7 an das Füllorgan angedockt ist. Mit einem Ent
lastungsventil 58 kann das Behälterinnere nach dem Füllvorgang
von dem dort herrschenden erhöhten Druck auf Atmosphärendruck
gebracht werden.
Über das Druckwechselventil 53, das mit einer Betätigungsein
richtung 59 in üblicher Weise betätigbar ist, kann das Innere
des zu füllenden Behälters 7 wahlweise mit dem Gasraum 3 des
Vorratsbehälters 1 oder einem zusätzlichen Gasraum 61 verbunden
werden, welcher ein Gas unter einem gegenüber dem Gasraum 3
verminderten Druck enthält. Damit kann der Füllvorgang entschei
dend beschleunigt werden, was sich insbesondere bei großvolumi
gen zu füllenden Behältern 7 positiv auswirkt.
Zum Einleiten des Füllvorgangs wird zunächst der zu füllende
Behälter 7, bei dem es sich auch um eine PET-Flasche handeln
kann, vorgespannt, d. h. er wird durch Öffnen des Ventils 56 und
durch Herstellen der Verbindung zum Gasraum 3 des Vorratsbehäl
ters über das Druckwechselventil 53 mit dem Druck des Gasraums
3 beaufschlagt. Dann wird der Flüssigkeitsauslaß 17 der Dosier
kammer durch Umschalten des Ventilkörpers 19 in seine obere
Schließstellung geöffnet, so daß die abgemessene Flüssigkeit
aus der Dosierkammer durch die Drallkammer 32 hindurch in den
Behälter 7 strömen kann, wobei sie im Behälterhals eine eng
anliegende rotierende Wandströmung bildet, durch deren Zentrum
das aus dem Behälter verdrängte Gas in die Rückgasleitung 43
entweichen kann. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt während des
Füllvorganges schaltet das Druckwechselventil 53 um, so daß an
die Rückgasleitung 43 und damit an das Behälterinnere der nied
rigere Druck des zusätzlichen Gasraums 61 gelegt wird. Dadurch
wird das Ausströmen der Flüssigkeit aus der Drallkammer erheb
lich beschleunigt. Sobald der Füllvorgang beendet ist, werden
die Ventile wieder zurückgeschaltet und das Entlastungsventil
58 kurzzeitig geöffnet. Die Flüssigkeit ist jetzt restlos aus
dem Drallkanal 38 und dem Ablauftrichter 37 in den Behälter 7
abgelaufen. Dieser kann dann von dem Füllorgan abgenommen
werden, wofür nur ein geringer Hub des Hubtellers 11 erforder
lich ist.
Claims (13)
1. Füllvorrichtung zum Füllen von Behältern mit einer Flüssig
keit, insbesondere zum Füllen großvolumiger Flaschen mit Ge
tränken, mit einem die abzufüllende Flüssigkeit bereithaltenden
Vorratsbehälter und wenigstens einem mit dem Vorratsbehälter
verbundenen, an den Flüssigkeitsauslaß mit Zentrier- und
Abdichtmitteln zum Andocken zu füllender Behälter aufweisenden
Füllorgan, welches eine dem Flüssigkeitsauslaß zugeordnete
Drallkammer mit einer Zulauföffnung, einer Ablauföffnung und
einen die Zulauföffnung mit der Ablauföffnung verbindenden
Drallraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallraum
als ausgehend von der Zulauföffnung (34) stetig in wenigstens
angenähert 360° um die Achse (44) der Ablauföffnung (36) herum
verlaufender Drallkanal (38) ausgebildet ist, dessen Durchfluß
querschnitt in Abhängigkeit vom Umlaufwinkel (ϕ) um die Achse
der Ablauföffnung bis annähernd auf Null abnimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zulauföffnung (34) und die Ablauföffnung (36) der Drall
kammer (32) axial und radial zueinander versetzt angeordnet
sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der die Zulauföffnung (34) und die Ablauföffnung (36) der
Drallkammer (32) verbindende Drallkanal (38) ausgehend von der
Zulauföffnung wendelförmig um die Achse (44) der Ablauföffnung
verläuft.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zulauföffnung (34) der Drallkammer (32) und der Drall
kanal (38) so zueinander angeordnet sind, daß die senkrechte
Projektion der Zulauföffnung innerhalb des äußeren Radius des
Drallkanals liegt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt des Drallkanals
(38) entsprechend der beim Umlauf um die Achse (44) der Ablauf
offnung (36) ablaufenden Flüssigkeitsmenge abnimmt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Höhe (h) des Drallkanals (38) ausgehend
von der Zulauföffnung (34) der Drallkammer (32) in Abhängigkeit
vom Umlaufwinkel (ϕ) um die Achse (44) der Ablauföffnung (36)
abnimmt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Drallkanal (38) stromab in einen Ablauf
trichter (37) übergeht, der die aus dem Drallkanal auslaufende
Flüssigkeit unter Aufrechterhaltung einer im Drallkanal erzeug
ten, um die Achse der Ablauföffnung (36) rotierenden Drallbewe
gung zur Ablauföffnung der Drallkammer (32) leitet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Einlaufkegel (41a) des Ablauftrichters (37) den Boden des
Drallkanals (38) bildet und daß der Drallkanal wenigstens annä
hernd in seiner ganzen Länge um die Achse (44) der Ablauföffnung
(36) herum zum oberen Einlauf des Ablauftrichters hin offen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die radial äußere Begrenzungswand des
Drallkanals (38) etwa im Abstand des größten Radius des Ablauf
trichters (37) im wesentlichen konzentrisch um die Achse (44)
der Ablauföffnung der Drallkammer (32) verläuft.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Ablauftrichter (37) wenigstens ein
die Drallbewegung ablaufender Restmengen der auslaufenden Flüs
sigkeit hemmender oder beendender Drallwiderstand (51, 51a)
eingebaut ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
als Drallwiderstand (51, 51a) wenigstens eine im wesentlichen
radial im Einlaufkegel (41a) des Ablauftrichters (37) angeordne
te, seine Oberfläche unterbrechende Leitkante vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Füllorgan ein Auslaßventil (18) zum
Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsauslasses (17) aufweist
und daß das Auslaßventil die Zulauföffnung (34) der Drallkammer
(32) öffnend und schließend ausgebildet und angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Füllorgan eine über einen verschließba
ren Flüssigkeitsdurchlaß (16) mit dem Vorratsbehälter (1) ver
bundene Dosierkammer (14) mit einem verschließbaren Flüssig
keitsauslaß (17) aufweist und daß an dem Flüssigkeitsauslaß die
Zulauföffnung (34) der Drallkammer (32) angeschlossen ist.
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