EP2550230B1

EP2550230B1 - Verfahren sowie füllelement zum füllen von behältern mit einem flüssigen füllgut

Info

Publication number: EP2550230B1
Application number: EP10779480.2A
Authority: EP
Inventors: Ludwig Clüsserath; Dieter-Rudolf Krulitsch
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2030-11-19
Also published as: SI2550230T1; US20120298251A1; PL2550230T3; EP2550230A1; US8833407B2; WO2011116798A1; DE102010012577A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Füllelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7. So ein Verfahren bzw. ein Füllelement ist aus dem Dokument EP 1 698 558 A2 bekannt.
Insbesondere bei Verfahren und Füllelementen zum Freistrahlfüllen von Flaschen oder anderen Behältern, d.h. bei Verfahren und Füllelementen, bei denen der jeweilige Behälter mit seiner Behälteröffnung unterhalb des Füllelementes und im Abstand vom diesem angeordnet ist und das flüssige Füllgut beim Füllen als freier Füllstrahl dem Behälter zugeführt wird, ist es üblich und auch notwendig, ein Nachtropfen des flüssigen Füllgutes aus der wenigstens einen Abgabeöffnung nach dem Schließen des Flüssigkeitsventils und damit des Füllelementes zu verhindern. Als System oder Struktur hierfür weisen bekannte Füllelemente sogenannte Gassperren auf, die permanent im Produkt- oder Füllgutweg angeordnet sind. Derartige Gassperren sind im Wesentlichen siebartige Einsätze mit jeweils einer Vielzahl von beidendig offenen, in dem Einsatz ausgebildeten Kanalabschnitten, deren Querschnitt jeweils so gewählt ist, dass aufgrund der Oberflächenspannung des flüssigen Füllgutes und des Umgebungsdruckes Füllgutreste, die sich in diesen Kanalabschnitten sowie gegebenenfalls auch in einem darüber liegenden Tell des Produkt- oder Füllgutweges befindet, zurückgehalten werden. Nachteilig hierbei ist u.a., dass derartige permanent bzw. fest im Produkt- und Füllgutweg angeordnete Gassperren für ein Abfüllen von Produkten grundsätzlich nicht geelgnet sind, die feste oder festere Bestandteile enthalten, beispielsweise für ein Abfüllen von Fruchtsäften mit Pulpe, Fruchtstücken, Fruchtfasern usw.
Es wurde daher auch bereits vorgeschlagen ( WO2007/137727 A2 ), die jeweilige Gassperre im Produkt- oder Füllgutweg beweglich vorzusehen, und zwar zwischen einem wirksamen Zustand, in welchem sich die Gassperre im Produkt- oder Füllweg befindet, und einem nicht wirksamen Zustand, in welchem die Gassperre außerhalb des Produkt- oder Füllgutweges angeordnet ist. Nachteilig hierbei ist, dass für die Gassperre ein zusätzliches Steuerelement erforderlich ist.
Weiterhin wurde durch die EP 1 698 558 A2 vorgeschlagen, ein Füllventil auszubilden, bei welchem die Abdichtung des Füllventils dadurch erreicht wird, dass die Abdichtung durch die Wirkung von Kapillarkräften erfolgt. Dazu ist mehr Im Detail vorgesehen, dass das rund ausgaführte untere Ende das Ventllkolbens zum Verschließen des Füllventils In eine Bohrung mit einem entsprechend angepassten Durchmesser eintaucht, wobei unteren Ende des Ventilkolbens so welt In die Bohrung eintaucht, dass zumindest drelvlertel der Länge der Bohrung von dem Ventilkolben ausgefüllt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Füllelement zum Füllen von Behältern aufzuzeigen, bei welchem die das Nachtropfen verhindernde Struktur in vereinfachter Weise realisiert ist und welches keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der Art des Füllgutes unterliegt, d. h. insbesondere auch für ein Abfüllen von Produkten mit festen oder festeren Bestandteilen geeignet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Füllelement ist Gegenstand des Patentanspruchs 7.
Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass die Struktur zum Verhindern des Nachtropfens erst beim Schließen des Füllelernentes bzw. des Flüssigkeitsventils durch Relativbewegung des Ventilkörpers und/oder eines mit diesem Ventilkörper mitbewegten Funktionselementes erzeugt wird, und zwar durch die Relativbewegung zwischen dem Ventilkörper und/oder dem mit diesem mitbewegten Funktionselement, einerseits und der Innenfläche oder Innenkontur des im Füllelement ausgebildeten Produkt- oder Füllgutweges, andererseits, und zwar beispielsweise dadurch, dass hierbei eine das Nachtropfen verhindernde Gassperre erzeugt oder aber das Füllelement in unmittelbarer Nähe seiner Abgabeöffnung verschlossen wird, Das Füllelement ist Teil eines Füllsystems, beispielsweise eines Füllsysterns einer Füllmaschine umlaufender Bauart.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren.
Die Erfindung wird um Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutern. Es zeigen;

Fig. 1 und 2: in vereinfachter Teildarstellung und im Schnitt ein Füllelement in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen, von denen der eine der geöffnete und der andere der geschlossene Betriebszustand des Füllelementes sind;
Fig. 3 - 6: in Teildarstellung und im Schnitt das Füllelement der Figuren 1 und 2 in vier unterschiedlichen Betriebszuständen, von denen zwei wiederum der geöffnete und der geschlossene Betriebszustand des Füllelementes sind;
Fig. 7 und 8: In Teildarstellung und im Schnitt ein weiteres Füllelement im geöffneten und im geschlossenen Betriebszustand;
Fig. 9 und 10: In Telldarstellung und im Schnitt ein Füllelement gemäß der Erfindung im geöffneten und im geschlossenen Betriebszustand;
Fig. 11 und 12: in Teildarstellung und im Schnitt ein weiteres Füllelement im geöffneten und im geschlossenen Betriebszustand.

In den Figuren 1 und 2 ist 1 ein Füllelement eines Füllsystems zum Füllen von Behältern in Form von Flaschen 2 mit einem flüssigen Füllgut, beispielsweise mit Fruchtsaft, welcher in einer flüssigen Phase auch feste oder festere Bestandteile, beispielsweise Pulpe, Fruchtfasern oder Fruchtfleisch enthält. Das Füllelement 1 ist für ein Freistrahlfüllen der Flaschen 2 ausgebildet, d.h. für ein Füllen, bei dem die jeweils zu füllende Flasche 2 mit ihrer Flaschenöffnung 2.1 unterhalb des Füllelementes 1 und von diesem beabstandet angeordnet ist, sodass während des Füllens das flüssige Füllgut als freier Füllstrahl 3 durch die Flaschenöffnung 2.1 dem Innenraum der Flasche 2 zugeführt wird. Weiterhin ist das Füllelement 1 Bestandteil eines Füllsystems, beispielsweise einer Füllmaschine umlaufender Bauart, bei der an einem nicht dargestellten, um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antrelbbaren Rotor eine Vielzahl gleichartiger Füllelement 1 vorgesehen ist, wie dies dem Fachmann bekannt ist.
Im Detail umfasst das Füllelement 1 ein mehrteiliges Gehäuse 4, in welchem ein Flüssigkeits- oder Produktweg für das flüssige Füllgut in Form eines Flüssigkeitskanals 5 ausgebildet ist. Letzterer ist bei der dargestellten Ausführungsform rotationssymmetrisch zu einer vertikalen Füllelementachse FA ausgeführt und mit seinem oberen Bereich an einen Produktkanal 6 zum Zuführen des flüssigen Füllgutes angeschlossen ist. An der Unterseite des Füllelementes 1 bildet der Flüssigkeitskanal 5 eine Abgabeöffnung 7, aus der während des Füllens, d.h. bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 1 (Figur 1) der Füllstrahl 3 abgegeben wird, und zwar zur Vermeidung einer Verschmutzung der jeweiligen Flasche 2 insbesondere auch im Bereich ihrer Flaschenöffnung 2.1 als möglichst spritzfreier, d.h. sauberer Strahl mit laminarer Strömung, der auch ein zumindest schaumarmes Füllen der jeweiligen Flasche 2 mit dem jeweiligen Füllgut ermöglicht.
Im Flüssigkeitskanal 5 ist ein Flüssigkeitsventil 8 vorgesehen, welches im Wesentlichen einen Ventilkörper 9 am unteren Ende eines Ventilstößels 10 mit äußerer ziehharmonikaartiger Dichtung 11 sowie einen die Füllelementachse FA konzentrisch umschließenden kreisringförmigen Ventilsitz 12 umfasst, der von der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 5 gebildet ist. Der Ventilkörper 9 ist mit einer Ringdichtung 13 ausgestattet, mit der er bei geschlossenem Füllelement 1 gegen den Ventilsitz 12 anliegt (Figur 2). Mit einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung ist der Ventilkörper 9 zum Öffnen und Schließen des Füllelementes 1 bzw. des Flüssigkeitsventils 8 gesteuert in der Füllelementachse FA auf und ab bewegbar.
Wie die Figuren 1 und 2 auch zeigen, setzt sich der Flüssigkeitskanal 5 aus mehreren Kanalabschnitten 5,1 - 5.5 zusammen, die ausgehend vom Anschluss des Produktkanals 6 in Richtung zur Abgabeöffnung 7 und in Achsrichtung der Füllelementachse FA aneinander anschließen, und zwar aus dem Kanalabschnitt 5.1, der den größten Durchmesser aufweist, in den der Produktkanal 6 mündet und der beispielsweise eine kreiszylinderförmige Innenfläche oder Innenkontur aufweist, aus dem anschließenden, sich kegelförmig verengenden Kanalabschnitt 5.2, aus dem anschließenden Kanalabschnitt 5.3 mit gegenüber dem Kanalabschnitt 5.1 deutlich reduziertem Durchmesser und beispielsweise wiederum mit krelszylinderförmiger Innenfläche, aus dem anschließenden, sich kegelstumpfförmig verengenden Kanalabschnitt 5.4 und aus dem Kanalabschnitt 5.5, der die Abgabeöffnung 7 bildet und einen gegenüber dem Kanalabschnitt 5.3 deutlich reduzierten Innenquerschnitt mit kreiszylinderförmiger Innenfläche oder Innenkontur aufweist. Sämtliche Kanalebschnitt 5.1 - 5.5. sind achsgleich mit der Füllelementachse FA ausgebildet. Der Ventilsitz 12 ist von der Innenfläche des Kanalabschnittes 5.2 gebildet und zwar unmittelbar am Übergang zwischen dem Kanalabschnitt 5.2 und dem Kanalabschnitt 5.3.
An der dem Ventilstößel 10 abgewandten und der Abgabeöffnung 7 zugewandten Unterseite ist der Ventilkörper 9 mit einer stabartigen Verlängerung oder mit einem Stempel 14 versehen, der eine kreiszylinderförmige Umfangsfläche aufweist, an seinem unteren Ende 14.1 spitz zulaufend ausgebildet und mit seiner Längserstreckung achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet ist.
Zumindest an dem unteren, spitz zulaufenden bzw. kegelförmigen Ende 14.1 ist der Stempel 14 mit elner flüssigkeitsabweisenden Oberfläche oder Beschichtung (Lotuseffekt) ausgebildet. Weiterhin besitzt der Stempel 14 einen kreiszylinderförmigen Außendurchmesser der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Kanalabschnittes 5.5. Die axiale Länge des achsgleich mit der Füllelementachse FA und damit mit der Achse des Ventilstößels 10 angeordneten Stempels 14 ist etwas größer ist als der axiale Abstand, den der Ventilsitz 12 von der Abgabeöffnung 7 in Richtung der Füllelementachse FA aufweist. Der Stempel 14, der beispielsweise einstückig mit dem Ventilkörper 9 hergestellt ist, schließt sich unmittelbar an den die Dichtung 13 aufweisenden Teilabschnitt des Ventilkörpers 9 an.
Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Füllelement 1 an der Unterseite seines Gehäuses 4 weiterhin einen Glockenkörper 15 auf, der u.a. die Abgabeöffnung 7 bzw, einen diese Öffnung aufweisenden Teil des Gehauses 4 umschließt, und zwar insbesondere auch derart, dass sich die Abgabeöffnung 7 innerhalb des von dem Glockenkörper 15 gebildeten Innenraumes 16 befindet. Während des Füllens ist der Glockenkörper 15 an der Unterseite offen. Zum Reinigen und/oder Desinfizieren des Follelementes 1, beispielsweise für eine CIP-Reinigung und/oder - Desinfektion werden der Glockenkörper 15 bzw. der Innenraum 16 durch eine nicht dargestellte Spülkappe verschlossen. Zum Zu- oder Abführen des beispielsweise flüssigen Reinigungs- und/oder Desinfektionsmediums mündet in den Innenraum 16 eine Leitung 17.
Für das Freistrahifüllen der jeweiligen unter dem Füllelement 1 angeordnete Flasche 2 wird das Flüssigkeitsventil 8 durch Anheben des Ventilkörpers 9 in der Füllelementachse FA geöffnet (Öffnungshub). Der Ventilkörper 9 befindet sich dann bei vollständig geöffnetem Füllelement 1 entsprechend der Figur 1 in dem vom Kanalabschnitt 5.1 gebildeten Teil des Flüssigkeitskanals 5. Der Stempel 14 ist vollständig in dem von den Kanalabschnitten 5,1 - 5,3 gebildeten Teil des Flüssigkeitskanals 5 aufgenommen, sodass insbesondere auch um den Stempel 14 herum ein ringförmiger Flüssigkelts- oder Produktweg mit ausreichend großem Strömungsquerschnitt gebildet ist, über den das flüssige Füllgut, auch solches mit festen oder festeren Bestandteilen störungsfrei den Flüssigkeitskanal 5 durchströmen kann.
Nach dem Einbringen der erforderlichen Füllgutmenge in die unter dem Füllelement 1 angeordnete Flasche 2 werden das Flüssigkeitsventil 8 und damit das Füllelement 1 geschlossen (Schließhub). In diesem Betriebszustand, der in der Figur 2 dargestellt ist und in dem die Dichtung 13 des Ventilkörpers 9 gegen den Ventilsitz 12 abgedichtet anliegt, steht der Stempel 14 mit seinem unteren Ende 14.1 aus der Abgabeöffnung 7 vor und erstreckt sich mit einer Teillänge nicht nur durch die Kanalabschnitte 5.3 und 5.4, sondern ist mit einer Teillänge auch im Kanalabschnitt 5.5 aufgenommen, und zwar derart, dass zwischen der Außenfläche des Stempels 14 und der Innenfläche oder Innenkontur des Kanalabschnittes 5.5 ein Ringspalt 18 gebildet ist. Dieser Ringspalt 18 besitzt eine so geringe Spaltbreite, dass er bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 1 als eine ein Nachtropfen des Füllgutes verhindernde Struktur in Form einer Gassperre (Ringspaltgassperre) wirkt, mit der insbesondere auch das Nachtropfen des in den Kanalabschnitten 5.3 und 5.4 verbliebenen Füllgutes an der Abgabeöffnung 7 wirksam verhindert ist. Die Spaltbreite des Ringspalts 18 ist beispielsweise um ein Vielfaches kleiner als die maximale Breite, die bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 8 der Ringspalt im Kanalabschnitt 5.3 aufweist, und beträgt beispielsweise maximal 20% dieser Breite.
Beim Schließen des Flüssigkeitsventils 8 wird durch den hierbei insbesondere auch in den Kanalabschnitt 5.5 eintretenden Stempel 14 Füllgut aus dem Kanalabschnitt 5.5 verdrängt, was zu einem vorübergehenden Anstieg der Flüssigkeitsmenge bzw. des Volumenstroms im Füllstrahl 3 und damit verbunden zu einem Verspritzen des Füllgutes auf Außenflächen der Flasche 2 und dabei insbesondere auch auf den Bereich der Flaschenöffnung 2.1 führen könnte. Um dies zu vermeiden, erfolgt beispielsweise ein langsames oder getaktetes Bewegen des Ventilkörpers 9 in die Schließstellung, und zwar durch entsprechende Ansteuerung und/oder Ausbildung der mit dem Ventilstößel 10 zusammenwirkenden Betätigungseinrichtung. Auch durch eine entsprechende Ausbildung der Kontur der Innenfläche des Kanalabschnittes 5.5 und/oder der Außenfläche des Stempels 14 zumindest auf seiner im Kanalabschnitt 5.5 aufgenommenen Teillänge kann ein sanftes und spritzfreies Verdrängen des flüssigen Füllgutes aus den Kanalabschnitten 5.4 und 5.5 beim Schließen des Flüssigkeitsventils 8 bzw. während des Schließhubes erreicht werden.
Die Figuren 3 - 6 zeigen das Füllelement 1 nochmals im vollständig geöffneten Betriebszustand (Figur 3) sowie im vollständig geschlossenen Betriebszustand (Figur 6), aber auch noch in zwei weiteren Betriebszuständen, die das Füllelement 1 beim Schließen einnimmt.
Wie in der Figur 4 dargestellt ist, wird der Ventilkörper 9 über den Ventilstößel 10 beim Schließen des Flüssigkeitsventils 8 zunächst aus der geöffneten Stellung in einem ersten Schließhub nach unten in eine Zwischenposition bewegt, in der zwar der Ventilkörper 9 bzw, dessen Dichtung 13 noch deutlich vom Ventilsitz 12 beabstandet sind, der Stempel 14 aber gerade soweit in den Kanalabschnitt 5,5 hineinbewegt ist, dass zwischen der kreiszylinderförmigen Innenfläche des Kanalabschnittes 5.5 und der kreiszylinderförmigen Außenfläche des Stempels 14 ein kurzer Ringspalt gebildet ist, und zwar unmittelbar am Übergang zwischen den Kanalabschnitten 5.4 und 5.5. In diesem Zustand ist das Füllelement 1 bereits soweit geschlossen, dass das flüssige Füllgut an der Abgabeöffnung 7 allenfalls nur noch mit reduzierter Menge abgegeben wird. In einem anschließenden zweiten Schließhub erfolgt dann entsprechen den Figuren 5 und 6 das endgültige Schließen des Flüssigkeitsventils 8. Bevorzugt wird der zweite Schließhub mit einer gegenüber dem ersten Schließhub deutlich langsameren Hubgeschwindigkeit ausgeführt, sodass Füllgutreste insbesondere auch aus dem Kanalabschnitt 5.5 sehr schonend und insbesondere spritzfrei durch den Stempel 14 an der Abgabeöffnung 7 ausgeschoben werden.
Im geschlossenen Zustand des Füllelementes 1 (Figur 6) bildet der Stempel 14 mit der Innenfläche des Kanalabschnittes 5.5 wiederum den sich über die gesamte axiale Länge dieses Kanalabschnittes erstreckenden Ringspalt 18 bzw. die Gassperre (Ringspaltgassperre), mit der die insbesondere auch in den Kanalabschnitten 5.3 und 5.4 verbliebene Reste des Füllgutes zurückgehalten werden.
Wie beschrieben erfolgt die Bewegung des Ventilkörpers 9 mit dem Stempel 14 beim Schließen des Füllelementes 1 bevorzugt nicht in einem Zug, sondern getaktet, d.h. in einzelnen Teilschritten oder-bewegungen. Hierbei ist es insbesondere auch möglich, dass die einzelnen Teilbewegungen oder Teilschritte mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchgeführt werden und/oder dass zwischen wenigstens zwei Teilbewegungen ein vollständiger Bewegungstopp erfolgt. Anstelle hiervon oder aber zusätzlich hierzu besteht wieder die Möglichkeit, ein gleichmäßiges und insbesondere auch spritz- und/oder tropffreies Verdrängen des Füllgutes insbesondere auch aus den Kanalabschnitten 5.4 und 5.5 beim Schließen des Füllelementes durch eine entsprechende geametrische Gestaltung der Innenkontur des Flüssigkeitskanals 5 und/oder der Außenkontur des Ventilkörper 9 und/oder des Stempels 10 zu erreichen, und zwar beispielsweise in der Form, dass sich selbst bei einer konstanten Schließbewegung des Ventilkörpers 9 bei dem hierdurch bedingten Verdrängen des flüssigen Füllgutes insbesondere auch aus den Kanalabschnitten 5.4 und 5.5 kein übermäßiger und/oder abrupter und ein Verspritzen des Füllgutes verursachender Anstieg des Volumenstroms im Füllstrahl 3 ergibt, vielmehr auch bei einer kontinuierlichen Schließbewegung ein Zustand erreicht wird, wie er durch ein langsames und/oder schrittweises bzw. unterbrochenes Bewegen des Ventilkörpers 9 in die Schließstellung erreichbar wäre.
Die Figuren 7 und 8 zeigen ein Füllelement 1a, welches in dem Füllelementgehäuse 4a den Flüssigkeitskanal 5a mit dem Flüssigkeitsventll 8a aufweist und welches sich vom Füllelement 1 der Figuren 1 - 6 im Wesentlichten dadurch unterscheidet, dass bei dem Füllelement 1a anstelle eines eine einzige Abgabeöffnung bildenden Kanalabschnittes 5.5 an der Unterseite des Füllelementes in den Flüssigkeitskanal 5a ein Einsatz 19 eingesetzt ist, der mit einer Vielzahl von Kanälen oder Kanalabschnitten 20 ausgeführt ist, die mit ihren Achsen jeweils parallel zueinander und parallel zur Füllelementachse FA angeordnet sowie jeweils am oberen und unteren Ende offen sind. Der Einsatz 19 bildet somit mit den unteren offenen Enden der Kanalabschnitte 20 eine Vielzahl von Abgabeöffnungen, aus denen beim Freistrahlfüllen der Füllstrahl 3 der unter dem Füllelement 1a angeordinaten Flasche 2 als gleichmäßiger, möglichst laminarer Strahl zufließt.
Das Flüssigkeitsventil 8a besteht wiederum aus einem in Richtung der Füllelementachse FA gesteuert bewegbaren Ventilkörper 9a, der bei geschlossenem Füllelement 1a bzw. Flüssigkeitsventil 8a (Figur 8) gegen den an der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 5a gebildeten Ventilsitz 12a anliegt. An der Unterseite des Ventilkörpers 9a sind mehrere stabförmige Stempel 21 mit ihrem oberen Ende gehalten. Die Anzahl und Anordnung der Stempel 21, die mit ihren Achsen parallel zueinander sowie parallel zu der Füllelementachse FA orientiert sind, entspricht der Anzahl und Anordnung der Kanalabschnitte 20 im Einsatz 19. Die unteren Enden der Stempel 21 befinden sich in einer gemeinsamen, senkrecht zur Füllelementachse FA orientierten Ebene. Weiterhin ist die axiale Länge der Stempel 21 so gewählt, dass diese bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 8a, d.h. bei in die maximale Hubstellung angehobenem Ventilkörper 9a mit ihren unteren Enden deutlich vom Einsatz 19 bzw von den oberen Enden der Kanalabschnitte 20 beabstandet sind. Bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 8a ist somit ein ungehinderter Füllgutstrom durch den Flüssigkeitskanal 5a und durch die Kanalabschnitte 20 möglich. Im geschlossenen Zustand des Füllelementes 1 a (Figur 8) reichen die Stempel 21 jeweils mit einer Teillänge in einen zugehörigen Kanalabschnitt 20 hinein. Zumindest auf dieser Teillänge besitzen die Stempel 21 einen vorzugsweise kreiszylinderförmigen Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der dortige vorzugsweise kreiszylinderförmigen Innendurchmesser der Kanäle Kanalabschnitte 20, sodass bei geschlossenem Füllelement 1a in jedem Kanalabschnitt 20 zwischen dessen Innenfläche und der Außenfläche des zugehörigen Stempels 21 ein Ringspalt mit einem gegenüber dem Querschnitt der Kanalabschnitte 20 deutlich reduzierten Querschnitt, beispielsweise mit einem Querschnitt kleiner als 20 % des Querschnittes des jeweiligen Kanalabschnitts 20 gebildet ist.
Bevorzugt ist dabei der Querschnitt der Kanalabschnitte 20 so gewählt, dass ein störungsfreies Abfüllen auch eines Füllgutes mit festen oder festeren Bestandteilen möglich Ist, wobei dann der Einsatz 19 als solcher nicht oder nur bedingt als Struktur bzw. Gassperre wirksam ist, die nach dem Schließen des Flüssigkeitsventils 8a ein Nachtropfen des Füllgutes verhindert. Durch die bei geschlossem Flüsslgkeitsventil 8a in die Kanalabschnitte 20 hineinrelchenden Stempel 21 wird der Einsatz 19 voll als das Nachtropfen verhindernde Struktur bzw, als Gassperre wirksam.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass der Einsatz 19 mit seinen Kanalabschnitten 20 von sich aus keine Gassperre bildet. Insbesondere bei Verwendung des Füllelements 1 a zum Abfüllen von flüssigen Produkten ohne feste oder festere Bestandteile kann der Einsatz 19 aber mit seinen Kanalabschnitten 20 auch so ausgeführt sein, dass er berelts von sich aus eine Gassperre bildet. In jedem Fall wird aber der Füllvorgang beim Schließen des Flüssigkeitsventils 8a bereits dadurch beendet oder im Wesentlichen dadurch beendet, dass die Stempel 21 jeweils in den zugehörigen Kanalabschnitt 20 eintauchen. Ein weiterer Vorteil der Stempel 21 besteht auch darin, dass durch dieses Eintauchen in die Kanalabschnitte 20 eventuell vorhandene Reste von festeren oder festen Füllgutbestandteilen (Pulpe, Fruchtstücke, Fruchtfasern usw.) durch die Stempel 21 abgeschert und/oder in die Kanalabschnitte 20 gedrückt werden, wodurch die Bildung von Verklumpungen usw. sicher vermieden ist.
Die Figuren 9 und 10 zeigen eine Ausführungsform des erfindugsgemäßen Füllelements 1b, welches wiederum zum Freistrahlfüllen von Flaschen 2 oder von anderen Behältern mit dem flüssigen Füllgut bestimmt ist und vom prinzipiellen Aufbau große Ähnlichkeiten mit dem Füllelement 1 der Figuren 1 - 6 aufweist, sodass in den Figuren 9 und 10 solche Komponenten des Füllelementes 1b, die mit Komponenten des Füllelementes 1 identisch sind, mit denjenigen Bezugsziffern bezeichnet sind, die auch in den Figuren 1 - 6 verwendet sind.
Von dem Füllelement 1 unterscheidet sich somit das Füllelement 1 b im Wesentilchen nur dadurch, dass der Ventilkörper 9 die Dichtung 13 nicht aufweist und zum dichten Verschließen des Flussigkeitskanals 5 im geschlossenen Zustand des Füllelementes 1 b an der Innenfläche des Kanalabschnittes 5.5 bzw, in einer dortigen Ringnut eine die Füllelementachse FA konzentrisch umschließende Ringdichtung 22 vorgesehen ist, die bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 1b auch den Stempel 14 umschließt und dicht gegen diesen Stempel anliegt.
Ein Nachtropfen von flüssigem Füllgut bei geschlossenem Füllelement 1b ist dadurch verhindert, dass sich die Ringdichtung 22 unmittelbar an der Abgabeöffnung 7 befindet und der zwischen der Innenfläche des Kanalabschnitts 5,5 und der Außenfläche des Stempels 14 zwischen der Ringdichtung 22 und der Abgabeöffnung 7 gebildete Ringspalt eine stark reduzierte Spaltbreite aufweist. Die bei geschlossenem Füllelement 1b das Nachtropfen verhindernde Struktur ist also durch die unmittelbar an der Abgabeöffnung 7 vorgesehene und mit dem Stempel 14 zusammenwirkende Ringdichtung 22 gebildet.
Die Figuren 11 und 12 zeigen ein Füllelement 1c, welches gewisse Ähnlichkeiten mit dem Füllelement 1a der Figuren 7 und 8 aufweist und wiederum zum Freistrahlfüllen von Flaschen 2 oder von anderen Behältern mit dem flüssigen Füllgut bestimmt ist.
Das Füllelement 1c besteht Im Wesentlichen aus dem Füllelementgehause 4c, in welchem der mit dem Produktkanal 6 verbundene Flüssigkeitskanal 5c ausgebildet ist, in dem sich das Flüssigkeitsventil befindet. In das untere Ende des Flüssigkeitskanals 5c ist ein Einsatz 23 eingesetzt, der mit mehreren durchgehenden und beidendig offenen Kanalabschnitten 24 ausgeführt ist. Die Kanalabschnitte 24 sind mit ihren Achsen parallel zueinander sowie parallel zur Füllelementachse FA orientiert und bilden mit ihren unteren, offenen Enden Abgabeöffnungen, aus denen beim Füllen das flüssige Füllgut als freier Füllstrahl 3 dem Innenraum der jewelligen, unter dem Füllelement 1c positionierten Flaschen 2 zufließt. Das Flüssigkeitsventil ist bei dieser Ausführungsform von einem Stempel oder von einem Ventilkörper 19 gebildet, der zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils in der vertikalen Füllelementachse FA in einem vorgegebenen Hub bzw. gesteuert auf- und ab bewegbar ist. An der bei der dargestellten Ausführungsform planen oder im Wesentlichen planen und in einer Ebene senkrecht zur Füllelementachse FA angeordneten Unterseite ist der Ventilkörper mit über die Unterseite wegstehenden zapfenartigen Vorsprüngen oder Stempeln 25 versehen, die mit ihrer Achse parallel zueinander und parallel zur Füllelementachse FA orientiert sind. Die Anzahl und Anordnung der Stempel 25 ist gleich derAnzahl und Anordnung der Kanalabschnitte 24 In dem Einsatz 23, sodass jedem Kanalabschnitt 24 ein Stempel 25 zugeordnet ist. Der Außendurchmesser der Stempel 25 ist wiederum geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des zugehörigen Kanalabschnitts 24.
Weiterhin ist der Ventilkörper an seiner Unterseite mit einer plattenförmigen Dichtung 26 versehen, durch die die Stempel 25 hindurchgeführt sind. Bei geöffnetem Füllelement 1 c befindet sich der Ventilkörper gesteuert durch die nicht dargestellte Betätigungseinrichtung in seiner angehobenen Hubstellung, in der die Unterseite des Ventilkörpers sowie auch die unteren Enden der Stempel 25 von der Oberseite des Einsatzes 23 bzw. von den oberen Enden der Kanalabschnitte 24 beabstandet sind, sodass sich bei geöffnetem Füllelement 1c (Figur 11) eine ungehinderte Strömung des flüssigen Füllgutes durch den Flüssigkeitskanal 5c und die Kanalabschnitte 24 zur Erzeugung des Füllstrahles 3 ausbilden kann.
Bei geschlossenem Füllelement 1c (Figur 12) liegt der Ventilkörper mit der Dichtung 26 abgedichtet gegen die Oberseite des Einsatzes 23 an, sodass der Flüssigkeitskanal 5c im Bereich des Flüssigkeitsventils geschlossen ist. Jeder Stempel 25 ist in einem Kanalabschnitt 24 aufgenommen.
Auch bei dieser Ausführungsform wird das Flüssigkeitsventil bereits mit dem Eintreten der Stempel 25 in die zughörigen Kanalabschnitte 24 zumindest weitestgehend geschlossen, und zwar noch bevor die Dichtung 26 gegen die die Ventilfläche bildende Oberseite des Einsatzes 23 zur Anlage kommt. Weiterhin wird auch bei dieser Ausführungsform durch das Einführen der Stempel 25 in die Kanalabschnitte 24 nicht nur eine eindeutige Zentrierung des Ventilkörpers bei geschlossenem Flüssigkeitsventil erreicht, sondern durch die in die Kanalabschnitte 24 eintretenden Stempel 25 erfolgt zumindest auch ein Verdrängen eines Teilvolumens des flüssigen Füllgutes aus den Kanalabschnitten 24 und damit u.a. ein Entfernen von in den Kanalabschnitten 24 eventuell angelagerten festen oder festeren Füllgutbestandteilen durch ,,Ausspülen" mit dem verdrängten Füllgutvolumen.
Weiterhin ist durch das Schließen der Kanalabschnitte 24 an der Oberseite des Einsatzes 23 eine das Nachtropfen verhindernde Struktur bzw. eine Art Gassperre gebildet, die gewährleistet, dass in den Kanalabschnitten 24 verbliebene Füllgutreste dort zurückgehalten werden und nicht zu einem Nachtropfen des geschlossenen Füllelementes 1c führen, und zwar auch dann, wenn der Einsatz 23 als solcher nicht als Gassperre wirksam ist.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwand lungen möglich sind.
So wurde vorstehend davon ausgegangen, dass die Kanalabschnitte 20 bzw. 24 jeweils in einem Einsatz 19 bzw, 23 ausgebildet sind, Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, diese Kanalabschnitte oder entsprechende Kanäle direkt am jeweiligen Füllelementgahäuse oder einem Gehäuseteil auszuführen.

Bezugszeichenliste

1, 1a - 1c: Füllelement
2: Behälter oder Flasche
2.1: Behälter- oder Flaschenöffnung
3: Füllstrahl
4, 4a, 4b, 4c: Füllelementgehäuse
5, 5a - 5c: Flüssigkeitskanal
5.1 - 5.5: Kanalabschnitt
6: Produktleitung oder Kanal
7: Abgabeöffnung
8, 8a - 8b: Flüssigkeitsventil
9, 9a: Ventilkörper
10: Ventilstößel
11: Dichtung
12: Ventilsitz
13: Dichtung
14: Stempel
14.1: Stempelende
15: Glockenkörper
16: Innenraum des Glockenkörpers 15
17: Leitung
18: Ringspalt
19: Einsatz
20: Kanalabschnitt
21: Stempel
22: Ringdichtung
23: Einsatz
24: Kanalabschnitt
25: Stempel
26: Dichtung

Claims

Verfahren zum Füllen, insbesondere zum Freistrahlfüllen von Flaschen (2) oder dergleichen Behältern mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllelementes (1, 1a - 1 c) mit wenigstens einem während des Füllens von dem flüssigen Füllgut durchströmten und beispielsweise von einem Flüssigkeitskanal (5, 5a, 5c) gebildeten Füllgutweg im Inneren des Füllelementes und mit wenigstens einem im Füllgutweg angeordneten Flüssigkeitsventil (8, 8a, 8c), welches zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes an wenigstens einer Abgabeöffnung (7) geöffnet und geschlossen wird, wobei bei geschlossenem Flüssigkeitsventil ein Nachtropfen des flüssigen Füllgutes an der wenigstens einen Abgabeöffnung (7) durch wenigstens eine diese Nachtropfen verhindernde Struktur vermieden wird, wobei die das Nachtropfen verhindernde Struktur erst beim Schließen des Füllelementes (1, 1a - 1c) durch eine hierbei erfolgende Relativbewegung zwischen einem Ventilkörper (9, 9a, 9c) und/oder wenigstens einem mit dem Ventilkörper mitbewegten Funktionselementes (14, 21, 25), einerseits und zumindest einem Teil einer umgebenden Innenkontur des Füllgutweges, andererseits erzeugt wird, wobei die das Nachtropfen verhindernde Struktur dadurch gebildet wird, dass ein am Ventllkörper (9) vorgesehener Stempel (14) beim Schließen des Füllelementes (1b) in einen die wenigstens eine Abgabeöffnung (7) bildenden Kanalabschnitt (5.5) hineinbewegt, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Außenkontur des Stempels (14) und der Innenkontur des Kanalabschnittes (5,5) gebildete Ringspalt durch eine den Stempel (14) umschließende und in der Nähe der Abgabeöffnung (7) am Kanalabschnitt (5.5) vorgesehene Ringdichtung (22) verschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das Nachtropfen verhindernde Struktur als Gassperre zwischen dem geschlossenen Flüssigkeitsventil (8, 8a - 8c) und der wenigstens einen Abgabeöffnung (7) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das Nachtropfen verhindernde Struktur als Gassperre dadurch erzeugt wird, dass der Ventilkörper (9, 9a, 9c) und/oder das mit dem Ventilkörper (9, 9a, 9c) beim Schließen des Füllelemente (1, 1a - 1c) mitbewegte wenigstens eine Funktionselement (14, 21, 25) in einen Teilabschnitt des Füllgutweges zur Reduzierung des dortigen Strömungsquerschnittes hineinbewegt wird, beispielsweise zur Reduzierung des Strömungsquerschnittes auf wenigstens einen zwischen der Außenkontur des Ventilkörpers (9, 9a, 6c) und/oder des Funktionselementes (14, 21, 25) und der Innenkontur des Füllgutweges gebildeten Ringspalt (18, 18.1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die das Nachtropfen verhindernde Struktur als Gassperre durch Einführen wenigstens eines mit dem Ventilkörper (9, 9a, 9c) mitbewegten und/oder am Ventilkörper (9, 9a, 9c) vorgesehenen Funktionselementes, welches als Stempel (14, 21, 25) ausgebildet ist, in einen vorzugsweise die Abgabeöffnung (7) bildenden Kanalabschnitt (5.5,20,24) erzeugt wird, beispielsweise durch Einführen einer Vielzahl von Stempeln (14, 21, 25) in jeweils einen zugehörigen Kanalabschnitt (20, 24).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die das Nachtropfen verhindernde Struktur als Gassperre dadurch erzeugt wird, dass wenigstens ein eine Abgabeöffnung bildender Kanalabschnitt (24), vorzugsweise eine Gruppe von mehreren, jeweils eine Abgabeöffnung bildenden Kanalabschnitten (24) an einem der Abgabeöffnung entfernt liegenden Ende durch den Ventilkörper (9c) und/oder durch an diesem vorgesehene Stempel (25) verschlossen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schließen des Flüssigkeitsventils 8 in einem ersten und einem zweiten Schließhub des Ventilkörpers 9 erfolgt, wobei der zweite Schließhub mit einer, gegenüber dem ersten Schließhub langsameren Hubgeschwindigkeit ausgeführt wird, so dass Füllgutreste schonend und spritzfrei durch den Stempel 14 an der Abgabeöffnung 7 ausgeschoben werden.
Füllelement, insbesondere zum Freistrahlfüllen von Flaschen oder anderen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit wenigstens einem in einem Füllelementgehäuse (4, 4a - 4c) ausgebildeten und von dem Füllgut beim Füllen durchströmbaren Flüssigkeitskanal (5, 5a, 5c), mit wenigstens einem im Flüssigkeitskanal (5) vorgesehenen Flüssigkeitsventil (8, 8a, 8c) zum gesteuerten Abgeben des flüssigen Füllgutes in den jeweiligen Behälter (2) an wenigstens einer Abgabeöffnung (7) sowie mit einer ein Nachtropfen des flüssigen Füllgutes bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (8, 8a, 8c) verhindernden Struktur, wobei die das Nachtropfen verhindernde Struktur nach dem Schließen des Füllelementes (1, 1a - 1 c) zwischen einem Ventilkörper (9, 9a, 9c) und/oder wenigstens einem mit dem Ventilkörper mitbewegten Funktionselementes (14, 21, 25), einerseits und zumindest einem Teil einer umgebenden Innenkontur des Flüssigkeitskanal (5, 5a, 5c), andererseits erzeugt ist, die das Nachtropfen verhindernde Struktur dadurch gebildet ist, dass am Ventilkörper (9) ein Stempel (14) vorgesehen ist, der beim Schließen des Füllelementes (1 b) in einen die wenigstens eine Abgabeöffnung (7) bildenden Kanalabschnitt (5,5) hineinbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet dass in diesem Kanalabschnitt (5.5) in der Nähe der Abgabeöffnung (7) eine Ringdichtung (22) vorgesehen ist, die den zwischen der Außenkontur des Stempels (14) und der Innenkontur des Kanalabschnittes (5.5) gebildeten Ringspalt abdichtet.
Füllelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die das Nachtropfen verhindernde Struktur von einer Gassperre zwischen dem Flüssigkeitsventil (8, 8a, 8c) und der wenigstens einen Abgabeöffnung (7) gebildet ist.
Füllelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die das Nachtropfen verhindernde Struktur als Gassperre dadurch erzeugt ist, dass beim Schließen des Füllelements (1, 1a - 1c) der Ventilkörper (9, 9a, 9c) und/oder das mit dem Ventilkörper (9, 9a, 9c) mit bewegte wenigstens eine Funktionselement (14, 21, 25) in einen Teilabschnitt des Flüssigkeitskanals (5, 5a, 5c) zur Reduzierung des dortigen Strömungsquerschnittes hineinbewegbar sind, beispielsweise zur Reduzierung des dortigen Strömungsquerschnittes auf einen zwischen der Außenkontur des Ventilkörpers (9, 9a, 6c) und/oder des Funktionselementes (14, 21, 25) und der Innenkontur des Flüssigkeitskanals (5, 5a, 5c) gebildeten Ringspalt (18, 18.1).
Füllelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die das Nachtropfen verhindernde Struktur als Gassperre durch Einführen wenigstens eines mit dem Ventilkörper (9, 9a, 9c) mit bewegten und/oder am Ventilkörper (9, 9a, 9c) vorgesehenen Stempels (14, 21, 25) in einen vorzugsweise die Abgabeöffnung (7) bildenden Kanalabschnitt (5, 5, 20, 24) erzeugt ist, beispielsweise durch Einführen einer Vielzahl von Stempeln (14, 21, 25) in jeweils einen zugehörigen Kanalabschnitt (20, 24).
Füllelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die das Nachtropfen verhindernde Struktur als Gassperre dadurch erzeugt Ist, dass wenigstens ein eine Abgabeöffnung bildender Kanalabschnitt (24), vorzugsweise eine Gruppe von mehreren, jeweils eine Abgabeöffnung bildenden Kanalabschnitten (24) an einem der jeweiligen Abgabeöffnung entfernt liegenden Ende durch den Ventilkörper (9c) und/oder durch an diesem vorgesehene Stempel (25) verschlossen ist.
Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Schließen des Flüssigkeitsventils 8 in einem ersten und einem zweiten Schließhub des Ventilkörpers 9 ausführbar ist und wobei der zweite Schließhub mit einer, gegenüber dem ersten Schließhub langsameren Hubgeschwindigkeit ausführbar ist.