EP2969894A1 - Verfahren sowie füllmaschine zum füllen von dosen oder dgl. behältern mit einem flüssigen füllgut - Google Patents

Verfahren sowie füllmaschine zum füllen von dosen oder dgl. behältern mit einem flüssigen füllgut

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EP2969894A1
EP2969894A1 EP14707944.6A EP14707944A EP2969894A1 EP 2969894 A1 EP2969894 A1 EP 2969894A1 EP 14707944 A EP14707944 A EP 14707944A EP 2969894 A1 EP2969894 A1 EP 2969894A1
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EP
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filling
gas
container
throttle
valve
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EP14707944.6A
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Ludwig Clüsserath
Manfred Härtel
Dieter-Rudolf Krulitsch
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KHS GmbH
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KHS GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to a filling machine according to the preamble of claim 12.
  • a method for filling containers, in particular for pressure filling of containers in the form of bottles with a liquid filling material and associated filling machines are known in various forms.
  • the object of the invention is to provide a method which, in particular in containers in the form of cans allows effective flushing of the container or can interior.
  • a method according to claim 1 is formed.
  • a filling machine is the subject of claim 12.
  • a peculiarity of the invention is that when flushing the respective container, the introduction of the purge gas exclusively via a throttle of the second gas path (22) with reduced flow cross-section and the discharge of the purge gas from the respective container via the first gas path (26) with a much larger Flow cross-section, so that the purge gas flows despite a high throughput of the respective container with reduced purge gas pressure, ie this case in the container only a reduced pressure (compared to the ambient pressure) of about 0 bar to 3.0 bar, for example from about 0 bar to 2, 0 bar (overpressure) preferably from about 0.5 bar to 1 bar prevails.
  • the second gas path 22 has its full, not reduced by the throttle flow cross-section, whereby a rapid biasing and filling of the container is achieved.
  • Containers in the context of the invention are in particular cans, including those which are commonly used for drinks, but also can-like containers in which the cross section of the container opening is only slightly smaller than the cross section of the container interior. The same method is also advantageous for the inert gas flushing of bottles.
  • pressure filling is generally to be understood as meaning a filling process in which the container to be filled rests in sealing position against the filling element and, as a rule, before the actual filling phase, ie before the liquid valve is opened via at least one controlled element in the filling element trained gas path with a pressurized gas clamping gas (inert gas or C02 gas) is biased, which is then displaced during filling of the inflowing the container contents increasingly as return gas from the container interior, and also via at least one controlled, formed in the filling element
  • This pretension phase is preceded by further treatment phases, in particular flushing of the container interior with an inert gas, for example with CO 2 gas or nitrogen, likewise via the gas path formed in the filling element.
  • Figure 1 is a schematic representation in plan view of a filling machine for filling containers in the form of cans with a liquid product.
  • FIG. 2 is a simplified representation of a filling position of the filling machine of FIG. 1
  • FIG. 2 shows the filling position of FIG. 2 in the CIP mode of the filling machine for a CIP
  • Fig. 6 is a representation as in Fig. 2 in a further embodiment of the invention
  • Fig. 7 and 8 in a schematic functional representation of two controlled gas paths of
  • the generally designated 1 in Fig. 1 filling machine is used for pressure filling of containers 2 in the form of cans with a liquid product, such as beer or soft drinks.
  • the filling machine 1 is designed as such a revolving type with a rotor 3, which is driven circumferentially during the filling operation about a vertical machine axis MA and at its periphery a plurality of filling positions 4, which are supplied to the container 2 to be filled via a container inlet 5 and those the filled containers 2 are removed at a container outlet 6.
  • the containers 2 are filled with their container axis parallel to the machine axis MA and coaxially or substantially coaxially with one axis FA of the filling station 4 are arranged.
  • This process is described below for rotary filling machines, but works analogously with linear fillers, for example, can be filled here also PET bulk containers, so-called KEG for beer.
  • each filling station 4 consists essentially of a filling element 7, which is arranged together with the filling elements 7 of the remaining filling stations 4 on the circumference of the rotor 3 and forms the filling system of the filling machine 1.
  • On the rotor 3 is still a common for all filling positions 4 and in the illustrated embodiment formed as a ring vessel Newsgutkessel 8, which is partially filled during the filling operation with the liquid contents, namely forming a lower liquid space 8.1 and a gas space 8.2, of a below a filling pressure P F, for example, 3 bar to 5 bar standing inert Gas, such as CO2 gas or nitrogen is taken.
  • Each filling element 7 is connected via its own, a flow meter 9 having product line 10 with the liquid space 8.1.
  • two machine axis MA enclosing and common for all filling 4 or filling elements 7 common ring channels 1 1 and 12 are provided, of which in Fig. 2 (second) upper annular channel 1 1 during the filling operation in the manner described in more detail below, the pressurized inert gas, such as CO 2 gas or nitrogen leads.
  • the (lower) first annular channel 12 serves as remindsammelgaskanal for discharging gas from the respective filling element 7, in particular also when rinsing the container 2.
  • the pressure in the second annular channel 1 1 is equal to or substantially equal to the filling pressure P F in the gas space 8.2 or slightly smaller than this filling pressure PF.
  • the pressure in the first annular channel 12 is for example the atmospheric pressure or a negative pressure.
  • the filling element 7 is formed in a Golfelementgephaseuse 13 with a liquid channel 14 which is connected at its upper portion to the product line 10 and on the underside of the filling element 7, an axis FA concentrically enclosing annular discharge opening 15 forms, via which the liquid product to the respective Container 2 flows during filling.
  • a liquid valve 16 is provided in the flow direction of the filling material in front of the discharge opening 15, which is essentially formed by a valve body 18 arranged on a valve tappet 17. 2, the liquid valve 16 is shown in the closed state, in which the valve body 18 rests against a valve surface in the liquid channel 14.
  • valve body 18 In order to open the liquid valve 16, the valve body 18 is raised with the valve tappet 17 arranged coaxially with the axis FA by a preferably pneumatically controlled actuating element 19.
  • the valve stem 17 is designed as a gas pipe, with a gas channel 20 which is arranged coaxially with the axis FA at the underside in the region of the discharge opening 15 and is surrounded by this annularly open and opens at the upper end of the valve stem 17 in a housing 13 formed in the gas space 21.
  • a plurality of controllable gas paths are formed in the filling element housing 13. Via a controllable second gas path 22 of the gas chamber 21 is controlled with the second annular channel 1 1 connectable.
  • This second gas path 22 which is again shown in FIG. 3 for better understanding as a functional diagram, contains two control valves 23 and 24, which are arranged in the connection between the second annular channel 1 1 and the gas space 21 in series and in the illustrated Embodiment pneumatically actuated valves are.
  • two return gas openings 27.1 and 28.1 can be connected to the first annular channel 12.
  • the return gas openings 27.1 and 28.1 are respectively provided on the underside of the filling element 7, relative to the discharge opening 15 relative to the axis FA radially outwardly offset and also in the direction of the axis FA axially above the discharge opening 15.
  • the return gas openings 27.1 and 28.1 are at the embodiment shown offset by 180 ° about the axis FA and form the lower openings or gates of remindgaskanälen 27 and 28 which extend in the Greelementgephase 13 from the respective return gas opening parallel or substantially parallel to the axis FA upwards.
  • the return gas channels 27 and 28 are part of the controlled first gas path 26 and each contain a control valve 29 and 30.
  • the control valves 29 and 30 are in turn in the illustrated embodiment pneumatically actuated valves.
  • the inputs of the control valves 29 and 30 are each connected to a return gas channel 27 and 28, respectively.
  • the outputs of both Control valves 29 and 30 are connected to the first annular channel 12.
  • the filling element 7 further comprises a centering bell 31, which at least during rinsing, toughening and filling with a ring seal 31 .1 sealingly abuts against the opening edge of the upstanding on a container carrier 32 container 2, so that the environment through the filling element 7, the Centering bell 31 and the container 2 is sealed space formed in the discharge opening 15, the lower end of the gas channel 20 and the return gas openings 27.1 and 28.1 open.
  • a pneumatic actuator 33 in the form of, for example, the filling pressure P F acted upon bellows centering tulip 31 is biased via a linkage 34 in its lower sealing against a container 2 position.
  • the container 2 For rinsing the container interior, the container 2 is in sealing position on the filling element 7, i. the centering tulip 31 is lowered with its concentric surrounding the axis FA ring seal 31.1 against the edge of the container opening tightly against the container 2.
  • the liquid valve 16 is closed and the control valves 23, 29 and 30 are opened when the control valve 24 is closed.
  • inert gas flows as purge gas from the annular channel 1 1 via the throttle 25 in the gas space 21 and from this via the gas channel 20 centrally or centrally into the interior of the container 2 and forms there an inert gas flow, the u.a. in the middle of the container 2 u.a.
  • the purge gas and entrained with this air is discharged into the annular channel 12, for example, has atmospheric pressure or a negative pressure.
  • this rinsing process is designed so that the entrained in the respective container air at a purge pressure P s between the atmospheric pressure and an overpressure of about 0.5 bar to 2.0 bar, preferably from about 1, 0 bar in the shortest Time is displaced from the container interior and replaced by the inert gas (for example, C0 2 gas or nitrogen).
  • the inert gas for example, C0 2 gas or nitrogen
  • This optimal purging or the optimal purging gas flow within the container interior are achieved, in particular, by the fact that the return gas openings 27.1 and 28.1 are arranged offset by 180 ° around the axis FA for the gas return flow and within the ring seal 31 .1 directly on this seal and thus are located directly on the inside of the opening edge of the container 2, ie the radial distance of the return gas openings 27.1 and 28.1 from the axis FA is equal to or only slightly smaller than the corresponding distance of the inside of the ring seal 31.1 from the axis FA.
  • the rinsing time is significantly reduced, which leads to a shortening of the rinsing time and thus to an increase in the performance of the filling machine 1 (number of filled containers 2 per unit time).
  • the gas flow rate and thus the Inergasstance is lowered. Prestressing of the container interior with inert gas
  • the container 2 is still in lowered centering bell 31 in sealing position on the filling element 7.
  • the liquid valve 16 and the control valves 29 and 30 and thus the first gas path 26 are closed.
  • the two control valves 23 and 24 are opened, so that the inert gas as a biasing gas (C0 2 gas or nitrogen) without throttling by the throttle 25 via the fully open second gas path 22 into the gas space 21 and from there via the gas passage 20 in the Container interior can flow, so that this is temporarily biased at a pressure which is equal to or substantially equal to the filling pressure P F.
  • the container 2 is still in sealing position on the filling element 7.
  • the control valves 29 and 30 and thus the first gas path 26 are closed.
  • the control valves 23 and 24 are open.
  • the liquid valve 16 is opened, so that the liquid product flows into the container via the discharge opening 15, through the conical design of the liquid channel 14 in the region of the discharge opening 15 along the container inner surface.
  • the displaced from the contents of the container 2 inert gas is returned via the fully open gas passage 20 and the fully opened second gas path 22 in the annular channel 1.
  • the amount of filling material flowing to the container 2 is monitored by the flow meter 9. If the required filling quantity is reached, the liquid valve 16 is caused to be closed by a measuring signal of the flow meter 9 via the actuating element 19. Relieving the container interior of the filled container
  • control valves 29 and 30 In still in sealing position on the filling element located container 2 and closed liquid valve 16 and closed control valves 23 and 24 is carried out by opening at least one of the control valves 29 and 30, but preferably both control valves 29 and 30 relieving the contents of the contents not occupied headspace of the container. 2 It is possible for a partial unloading initially only one control valve 29 or 30 and only for a subsequent complete unloading and the other control valve 30 or 29 is opened. Release the filled container 2 and push out this container
  • FIG. 5 shows the filling element 7 in a cleaning and / or disinfection operating state or CIP mode (CIP cleaning and / or disinfection) of the filling machine 1.
  • CIP cleaning and / or disinfection CIP cleaning and / or disinfection
  • the filling elements 7 are each on the underside of their filling element housing 13 provided with a closure, for example in the form of a flushing cap 38, which forms a closed to the environment flushing chamber 39 into which the discharge opening 15, the lower open end of the gas channel 20 and the two return gas openings 27.1 and 28.1 open.
  • the product vessel 8 is filled with a liquid cleaning and / or disinfecting medium or CIP medium.
  • the two control valves 23 and 24 and thus the second gas path 22 are closed, the control valves 29 and 30 are opened, so that the CIP medium from the boiler 8 through the liquid passage 14, through the opened liquid valve 16, through the discharge opening 15, through the purge chamber 39 and can flow through the two return gas channels 27 and 28 in the annular channel 12, from which the CIP medium is discharged.
  • the first gas path 26 with the two open control valves 29 and 30 enables a large effective flow cross-section for the CIP medium and thus a high CIP medium throughput ensuring intensive treatment.
  • the possibility e.g. with closed control valves 29 and 30 and further open liquid valve 16 and open control valves 23 and 24 and the second gas path 22 to be treated with the CIP medium from the Basgutkessel 8, which is then discharged via the annular channel 1 1.
  • the peculiarity of the filling machine 1 and the filling system 7 formed by the filling of this machine is thus, inter alia, that when purging the respective container, the introduction of the purge gas exclusively via the throttle 25 at a reduced flow cross-section, while the discharge of the purge gas from the respective container takes place over the first gas path 26 at a much larger flow cross-section, so that the purge gas despite a high Throughput the respective container 2 flows with reduced purge gas pressure, ie in this case in the container 2 a reduced over the filling pressure PF overpressure of about 0 bar to 2.0 bar, for example from about 0.5 bar to 2.0 bar, preferably from about 0, 5 - 1, 0 bar prevails.
  • the second gas path 22 through the open control valves 23 and 24 its full flow cross-section, whereby a rapid biasing and filling of the container 2 is achieved.
  • first gas path 26 By forming the first gas path 26 with two effectively parallel return gas channels 27 and 28, it is possible to realize the larger in comparison to the second gas path 22 when flushing flow cross section characterized in that for all control valves 23, 24, 29 and 30 valves with basically identical structure are used, each biased by internal spring means in an initial state and are transferred by applying a control pressure in its other state.
  • control valves 23 and 24 are preferably designed so that they are open in the idle state.
  • the control valves 29 and 30 are preferably designed so that they are closed when at rest. This allows a simplification of the control of the control valves 23, 24, 29 and 30 by the electro-pneumatic valves 36, i.
  • control valve 23 requires a self-contained electropneumatic valve 36, while the control valves 24, 29 and 30 are driven by a common electropneumatic valve 36 which in the activated state, i. while purging by applying a control pressure, the control valve 24 closes and the control valves 29 and 30 opens, while biasing and filling because of the non-activated electro-pneumatic control valve 36, the two control valves 23 and 24 opened by their spring means and the control valves 29 and 30 by their Spring means are closed.
  • the third electro-pneumatic control valve 36 shown in FIG. 2 serves to actuate the actuating element 19.
  • FIG. 6 shows, as a further embodiment, a filling machine 1a or one of the filling elements 7a of this filling machine.
  • the filling machine 1 a differs from the filling machine 1 initially in that the rotor 3, a further ring boiler 40th is provided, which serves as a common discharge channel for all filling elements 7a.
  • the filling element 7a differs from the filling element 7 essentially only in that instead of the controlled second gas path 22, a controlled second gas path 22a is provided, specifically in the connection between the annular channel 11 and the gas space 21.
  • This second gas path 22a is in Effectively parallel to the throttle 25, a check valve 41 is arranged, which is designed so that it closes for a flow from the annular channel 1 1 and for a flow in the annular channel 1 1 opens.
  • the filling element 7a has an additional controlled gas path 42, specifically as a connection between the return gas opening 27.1 and the annular channel 40.
  • This gas channel is shown in FIG. 8 shown schematically.
  • the control valves 23, 29 and 30 are closed and the control valve 24 of the gas path 42 is opened, so that the discharge takes place in the annular channel 40.
  • the flow of the inert gas during rinsing, prestressing and filling takes place via the second gas path 22a, specifically with a reduced flow cross section during rinsing and prestressing, but with a non-reduced flow cross section during filling.
  • FIG. 9 and 10 show in a schematic partial representation and in section the Greelementgephinuse 13 in the region of the gas space 21 at a filling element 7 b according to another embodiment of the invention, with a controlled second gas path 22b in the connection between the annular channel 1 1 and
  • the gas space 21 is part of the controlled second gas path 22b with a variable throttle 43 which is operatively arranged in series with the control valve 23 in the second gas path 22b and which is between a first state of reduced throttle area (FIG ) and a second state with an enlarged throttle cross section (FIG. 9) can be controlled.
  • a variable throttle 43 which is operatively arranged in series with the control valve 23 in the second gas path 22b and which is between a first state of reduced throttle area (FIG ) and a second state with an enlarged throttle cross section (FIG. 9) can be controlled.
  • the throttle 43 is formed at the upper end of the valve stem 17, at a local throttle opening 20.1 of the gas channel 20 such that this opening with open valve 15, ie with raised valve stem 17 has a larger opening cross section (Fig. 9), than at closed fluid valve 16, ie with lowered valve stem 17 (Fig. 10).
  • This automatically and without the need for a further control valve is achieved, in turn, the rinsing and biasing of the respective container from the annular channel 1 1 via the second gas path 22b with reduced flow cross-section (Fig. 10) and the return of the inert gas displaced by the filling material during pressure filling over an enlarged cross section of the second gas path 22b (Fig. 9) take place.
  • a throttle body 44 which is not moved along with the valve element housing 13 and is arranged coaxially with the axis FA, which extends into the throttle opening 20.1 and leaves the different flow cross section free in the first and second state of the throttle 43.
  • the throttle body 44 is designed, for example, in the shape of a mushroom head, so that in the first state (FIG. 10) it has its head in the throttle opening 20. 1 and in the second state (FIG. 9) the head is received in an extension of the gas channel 20 and the reduced in cross-section portion of the throttle body 44 is located in the throttle opening 20.1.

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Abstract

Verfahren zum Füllen von Dosen oder dgl. Behälter (2) mit einem flüssigen Füllgut in einer Füllphase eines Füllprozesses, wobei in wenigstens einer der Füllphase zeitlich vorausgehenden Spülphase der Behälterinnenraum des jeweiligen, in Dichtlage am Füllelement (7, 7a) angeordneten Behälters (2) mit einem zentrisch in den Behälterinnenraum eingeleiteten Spülgas in Form eines Inertgases und durch Ableiten des den Behälterinnenraum mit einem Spülgasdruck durchströmenden Spülgases aus dem Behälterinnenraum gespült wird.

Description

Verfahren sowie Füllmaschine zum Füllen von Dosen oder dgl. Behältern mit einem flüssigen Füllgut
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 12.
Verfahren zum Füllen von Behältern, insbesondere auch zum Druckfüllen von Behältern in Form von Flaschen mit einem flüssigen Füllgut und zugehörige Füllmaschinen sind in unterschiedlichster Form bekannt. Hierbei ist es insbesondere auch bekannt (DE 100 64 954 A1 ), in Dichtlage am Füllelement angeordnete Flaschen in einer der eigentlichen Füllphase vorausgehenden Spülphase zum Entfernen von im Flascheninnenraum mitgeführter Luft mit einem Spülgas in Form eines CO2-Gases zu spülen, das Spülgas hierbei zentrisch, d.h. in einer vertikalen Füllelementachse in den Flascheninnenraum einzuleiten und über einen gesteuerten Gasweg aus dem Flascheninnenraum abzuführen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches insbesondere auch bei Behältern in Form von Dosen ein wirksames Spülen des Behälter- bzw. Doseninnenraums ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine ist Gegenstand des Patentanspruches 12.
Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass beim Spülen des jeweiligen Behälters das Einleiten des Spülgases ausschließlich über eine Drossel des zweiten Gasweges (22) bei reduziertem Strömungsquerschnitt und das Ableiten des Spülgases aus dem jeweiligen Behälter über den ersten Gasweg (26) mit einem wesentlich größerem Strömungsquerschnitt erfolgen, so dass das Spülgas trotz eines hohen Durchsatzes den jeweiligen Behälter mit reduziertem Spülgasdruck zuströmt, d.h. hierbei im Behälter nur ein reduzierter Überdruck (gegenüber dem Umgebungsdruck) von etwa 0 bar bis 3,0 bar, beispielsweise von etwa 0 bar bis 2,0 bar (Überdruck) vorzugsweise von etwa 0,5 bar bis 1 bar herrscht. Zumindest beim Füllen weist der zweite Gasweg 22 seinen vollen, nicht durch die Drossel reduzierten Strömungsquerschnitt auf, wodurch ein schnelles Vorspannen und Füllen der Behälter erreicht wird. Behälter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Dosen, auch solche, wie sie für Getränke üblicherweise verwendet werden, aber auch dosenähnliche Behälter, bei denen der Querschnitt der Behälteröffnung nur geringfügig kleiner ist als der Querschnitt des Behälterinnenraums. Das gleiche Verfahren ist auch bei der Inertgasspülung von Flaschen vorteilhaft anwendbar.
Unter „Druckfüllen" ist im Sinne der Erfindung allgemein ein Füllverfahren zu verstehen, bei dem der jeweils zu füllende Behälter in Dichtlage gegen das Füllelement anliegt und in der Regel vor der eigentlichen Füllphase, d.h. vor dem Öffnen des Flüssigkeitsventils über wenigstens einen gesteuerten, im Füllelement ausgebildeten Gasweg mit einem unter Druck stehenden Spanngas (Inertgas bzw. C02-Gas) vorgespannt wird, welches dann während des Füllens von dem dem Behälter zufließenden Füllgut zunehmend als Rückgas aus den Behälterinnenraum verdrängt wird, und zwar ebenfalls über wenigstens einen gesteuerten, im Füllelement ausgebildeten Gasweg. Dieser Vorspannphase gehen weitere Behandlungsphasen voraus, insbesondere ein Spülen des Behälterinnenraums mit einem Inertgas, z.B. mit C02-Gas oder Stickstoff, und zwar ebenfalls über den im Füllelement ausgebildeten Gasweg.
Der Ausdruck „im Wesentlichen" bzw. „etwa" bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen. Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung und in Draufsicht eine Füllmaschine zum Füllen von Behältern in Form von Dosen mit einem flüssigen Füllgut;
Fig. 2 in vereinfachter Darstellung eine Füllposition der Füllmaschine der Fig. 1
zusammen mit einer in Dichtlage am Füllelement angeordneten Dose;
Fig. 3 und 4 in schematischer Funktionsdarstellung zwei gesteuerte Gaswege des
Füllelementes der Füllposition der Fig. 2;
Fig. 5 die Füllposition der Fig. 2 im CIP-Modus der Füllmaschine für eine CIP-
Reinigung- und/oder CIP-Desinfektion;
Fig. 6 eine Darstellung wie Fig. 2 bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung Fig. 7 und 8 in schematischer Funktionsdarstellung zwei gesteuerte Gaswege des
Füllelementes der Fig. 6;
Fig. 9 und 10 in schematischer Darstellung einen gesteuerten Gasweg eines
Füllelementes der Erfindung in verschiedenen Betriebszuständen;
Die in der Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete Füllmaschine dient zum Druckfüllen von Behältern 2 in Form von Dosen mit einem flüssigen Füllgut, beispielsweise mit Bier oder Softdrinks. Die Füllmaschine 1 ist als solche umlaufender Bauart mit einem Rotor 3 ausgebildet, der während des Füllbetriebes um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend angetrieben ist und an seinem Umfang eine Vielzahl von Füllpositionen 4 aufweist, denen die zu füllenden Behälter 2 über einen Behältereinlauf 5 zugeführt und denen die gefüllten Behälter 2 an einem Behälterauslauf 6 entnommen werden. Auf dem Winkelbereich der Drehbewegung (Pfeil A) des Rotors 3 zwischen dem Behältereinlauf 5 und dem Behälterauslauf 6 erfolgt das Füllen der Behälter 2, die hierfür mit ihrer Behälterachse parallel zur Maschinenachse MA und achsgleich oder im Wesentlichen achsgleich mit jeweils einer Achse FA der Füllstelle 4 angeordnet sind. Dieser Prozess ist nachstehend für rotative Füllmaschinen beschrieben, funktioniert aber analog bei Linearfüllern, bspw. können hiermit auch PET-Großgebinde, so genannte KEG für Bier, gefüllt werden.
Wie die Fig. 2 zeigt, besteht jede Füllstelle 4 im Wesentlichen aus einem Füllelement 7, welches zusammen mit den Füllelementen 7 der übrigen Füllstellen 4 am Umfang des Rotors 3 angeordnet ist und das Füllsystem der Füllmaschine 1 bildet. Am Rotor 3 befindet sich weiterhin ein für sämtliche Füllpositionen 4 gemeinsamer und bei der dargestellten Ausführungsform als Ringkessel ausgebildeter Füllgutkessel 8, der während des Füllbetriebes mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt ist, und zwar unter Ausbildung eines unteren Flüssigkeitsraumes 8.1 und eines Gasraumes 8.2, der von einem unter einem Fülldruck PF von beispielsweise 3 bar bis 5 bar stehenden Inert- Gas, beispielsweise CO2-Gas oder Stickstoff eingenommen ist. Jedes Füllelement 7 ist über eine eigene, einen Durchflussmesser 9 aufweisende Produktleitung 10 mit dem Flüssigkeitsraum 8.1 verbunden.
Am Rotor 3 sind bei der dargestellten Ausführungsform weiterhin zwei die Maschinenachse MA umschließende und für sämtliche Füllstellen 4 bzw. Füllelemente 7 gemeinsame Ringkanäle 1 1 und 12 vorgesehen, von denen der in der Fig. 2 (zweite) obere Ringkanal 1 1 während des Füllbetriebes in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise das unter Druck stehende Inertgas, beispielsweise CO2-Gas oder Stickstoff führt. Der (untere) erste Ringkanal 12 dient als Rücksammelgaskanal zum Abführen von Gas aus dem jeweiligen Füllelement 7, insbesondere auch beim Spülen der Behälter 2. Der Druck im zweiten Ringkanal 1 1 ist gleich oder im Wesentlichen gleich dem Fülldruck PF im Gasraum 8.2 oder geringfügig kleiner als dieser Fülldruck PF. Der Druck im ersten Ringkanal 12 ist beispielsweise der Atmosphärendruck oder ein Unterdruck.
Das Füllelement 7 ist in einem Füllelementgehäuse 13 mit einem Flüssigkeitskanal 14 ausgebildet, der mit seinem oberen Bereich mit der Produktleitung 10 verbunden ist und an der Unterseite des Füllelementes 7 eine die Achse FA konzentrisch umschließende ringförmige Abgabeöffnung 15 bildet, über die das flüssige Füllgut dem jeweiligen Behälter 2 beim Füllen zufließt. Im Flüssigkeitskanal 14 ist in Strömungsrichtung des Füllgutes vor der Abgabeöffnung 15 ein Flüssigkeitsventil 16 vorgesehen, welches im Wesentlichen von einem an einem Ventilstößel 17 angeordneten Ventilkörper 18 gebildet ist. In der Fig. 2 ist das Flüssigkeitsventil 16 im geschlossenen Zustand dargestellt, in welchem der Ventilkörper 18 gegen eine Ventilfläche im Flüssigkeitskanal 14 anliegt. Zum Öffnen des Flüssigkeitsventils 16 wird der Ventilkörper 18 mit dem achsgleich mit der Achse FA angeordneten Ventilstößel 17 durch ein vorzugsweise pneumatisch gesteuertes Betätigungselement 19 angehoben. Der Ventilstößel 17 ist als Gasrohr ausgeführt, und zwar mit einem Gaskanal 20, der achsgleich mit der Achse FA angeordnet an der Unterseite im Bereich der Abgabeöffnung 15 und von dieser ringförmig umschlossen offen ist und am oberen Ende des Ventilstößels 17 in einen im Gehäuse 13 ausgebildeten Gasraum 21 mündet. Um beim Druckfüllen der Behälter 2 die verschiedenen Phasen des Füllprozesses zu steuern, sind im Füllelementgehäuse 13 mehrere, steuerbare Gaswege ausgebildet. Über einen steuerbaren zweiten Gasweg 22 ist der Gasraum 21 gesteuert mit dem zweiten Ringkanal 1 1 verbindbar. Dieser zweite Gasweg 22, der in der Fig. 3 zum besseren Verständnis nochmals als Funktionsdiagramm dargestellt ist, enthält zwei Steuerventile 23 und 24, die in der Verbindung zwischen dem zweiten Ringkanal 1 1 und dem Gasraum 21 in Serie angeordnet sind und die bei der dargestellten Ausführungsform pneumatisch betätigbare Ventile sind. Parallel zu dem Steuerventil 24 ist eine Drossel 25 vorgesehen, die einen festen reduzierten Strömungsquerschnitt aufweist und bei geschlossenem Steuerventil 24 einen Gasstrom in einem parallelen Bypass mit dem reduzierten Strömungsquerschnitt am geschlossenem Steuerventil 24 vorbei ermöglicht, so dass bei geöffnetem Steuerventil 23 durch Öffnen und Schließen des Steuerventils 24 der wirksame Strömungsquerschnitt des gesteuerten zweiten Gasweges 22 veränderbar ist. Über einen weiteren gesteuerten ersten Gasweg 26, der ebenfalls im Füllelementgehäuse 13 ausgebildet ist, sind zwei Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 mit dem ersten Ringkanal 12 verbindbar. Die Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 sind jeweils an der Unterseite des Füllelementes 7 vorgesehen, und zwar gegenüber der Abgabeöffnung 15 bezogen auf die Achse FA radial nach außen versetzt und außerdem in Richtung der Achse FA axial oberhalb der Abgabeöffnung 15. Die Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 sind bei der dargestellten Ausführungsform um 180° um die Achse FA versetzt angeordnet und bilden die unteren Öffnungen oder Anschnitte von Rückgaskanälen 27 und 28, die sich im Füllelementgehäuse 13 von der jeweiligen Rückgasöffnung parallel oder im wesentlichen parallel zu der Achse FA nach oben erstrecken. Die Rückgaskanäle 27 und 28 sind Teil des gesteuerten ersten Gasweges 26 und enthalten jeweils ein Steuerventil 29 bzw. 30. Die Steuerventile 29 und 30 sind bei der dargestellten Ausführungsform wiederum pneumatisch betätigbare Ventile. Die Eingänge der Steuerventile 29 und 30 sind jeweils mit einem Rückgaskanal 27 bzw. 28 verbunden. Die Ausgänge beider Steuerventile 29 und 30 sind mit dem ersten Ringkanal 12 verbunden. Zum besseren Verständnis ist der gesteuerte erste Gasweg 26 mit der Fig. 4 nochmals in einem Funktionsdiagramm zusammen mit dem Ringkanal 12 dargestellt. Das Füllelement 7 umfasst weiterhin eine Zentrierglocke 31 , die zumindest beim Spülen, Vorspannen und beim Füllen mit einer Ringdichtung 31 .1 abgedichtet gegen den Öffnungsrand des auf einem Behälterträger 32 aufstehenden Behälters 2 anliegt, so dass ein zur Umgebung hin durch das Füllelement 7, die Zentrierglocke 31 und den Behälter 2 abgedichteter Raum gebildet ist, in den die Abgabeöffnung 15, das untere Ende des Gaskanals 20 sowie auch die Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 münden. Durch ein pneumatisches Betätigungselement 33 in Form eines beispielsweise mit dem Fülldruck PF beaufschlagten Faltenbalgs ist die Zentriertulpe 31 über ein Gestänge 34 in seine untere dicht gegen einen Behälter 2 anliegende Stellung vorgespannt. Durch das Zusammenwirken einer am Gestänge 34 vorgesehenen Kurvenrolle 35 mit einer äußeren, mit dem Rotor 3 nicht umlaufenden Hubkurve wird die Zentriertulpe 31 für das Einschieben eines Behälters 2 in die Füllposition 4 bzw. für das Entnehmen des gefüllten Behälters 2 aus der Füllposition 4 angehoben. Die Ansteuerung der pneumatisch betätigten Steuerventile 23, 24, 29, 30 zwischen ihrem geöffneten und geschlossenen Zustand erfolgt über elektropneumatische Ventile 36, die ihrerseits von der Maschinensteuerung der Füllmaschine 1 gesteuert werden. Mit der die Füllelement 7 aufweisenden Füllmaschine ist insbesondere ein Druckfüllen der Behälter 2 mit folgenden Verfahrensschritten möglich:
1 . Einbringen bzw. Einschieben des Behälters 2 in die Füllposition 4
Für das Einbringen des Behälters 2 in die jeweilige Füllposition 4 sind das Flüssigkeitsventil 16 geschlossen, die Steuerventile 23 und 24 und damit der zweite Gasweg 22 geschlossen, die Steuerventile 29 und 30 und damit der erste Gasweg 26 sind geöffnet und die Zentriertulpe 31 gegen die Wirkung der Betätigungseinrichtung 33 angehoben. Spülen des Behälterinnenraumes mit Inertgas
Für das Spülen des Behälterinnenraums befindet sich der Behälter 2 in Dichtlage am Füllelement 7, d.h. die Zentriertulpe 31 ist mit ihrer die Achse FA konzentrisch umgebenden Ringdichtung 31.1 gegen den Rand der Behälteröffnung dicht anliegend auf den Behälter 2 abgesenkt. Das Flüssigkeitsventil 16 ist geschlossen und die Steuerventile 23, 29 und 30 sind bei geschlossenem Steuerventil 24 geöffnet. Hierdurch strömt Inertgas als Spülgas aus dem Ringkanal 1 1 über die Drossel 25 in den Gasraum 21 und aus diesem über den Gaskanal 20 mittig bzw. zentrisch in den Innenraum des Behälters 2 und bildet dort eine Inertgasströmung aus, die u.a. in der Mitte des Behälters 2 u.a. auch bis an den Behälterboden reicht und von dort entlang der Innenfläche der Behälterwandung außen nach oben gerichtet ist, wie dies mit 37 angedeutet ist. Über die Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 und den geöffneten ersten Gasweg 26 wird das Spülgas und die mit diesem mitgeführte Luft in den Ringkanal 12 abgeführt, der beispielsweise Atmosphärendruck oder aber einen Unterdruck aufweist.
Durch die vorstehend beschriebene spezielle Ausgestaltung des Füllelementes 7, insbesondere durch die Drossel 25 im zweiten Gasweg 22 und durch die beiden wirkungsmäßig parallelen Rückgaskanäle 27 und 28 und Steuerventile 29 und 30, d.h. durch den hiermit erreichten im Vergleich zum Strömungsquerschnitt der Drossel 25 bedeutend größeren Strömungsquerschnitt des ersten Gasweges 26 wird dieser Spülprozess so gestaltet, dass die in dem jeweiligen Behälter mitgeführte Luft bei einem Spüldruck Ps zwischen dem Atmosphärendruck und einem Überdruck von etwa 0,5 bar bis 2,0 bar, vorzugsweise von etwa 1 ,0 bar in kürzester Zeit aus dem Behälterinnenraum verdrängt und durch das Inertgas (beispielsweise C02-Gas oder Stickstoff) ersetzt wird. Erreicht wird dies zum einen dadurch, dass das Spülgas dem Behälterinnenraum über die Drossel 25 des zweiten Gasweges 22 zugeführt wird und hierdurch der Druck des dem Behälter 2 zuströmenden Spülgases gegenüber dem Druck im Ringkanal 1 1 deutlich reduziert ist. Erreich wird dies aber auch dadurch, dass der Gasabfluss aus dem Innenraum des Behälters 2 auf einem gegenüber dem Querschnitt der Drossel 25 sehr viel größeren effektiven Strömungsquerschnitt erfolgt, nämlich über die beiden parallelen Gaswege 27 und 28, so dass es zu hohen Gasdurchsätzen innerhalb des jeweiligen Behälters 2 bei reduziertem Spüldruck Ps kommt, was durch einen Unterdruck im Ringkanal 12 noch unterstützt werden kann. Weiterhin wird eine den Spülvorgang beeinträchtigende stärkere Verwirbelung des Spülgases mit Luft zumindest weitestgehend vermieden.
Erreicht werden dieses optimale Spülen bzw. der optimale Spülgasfluss innerhalb des Behälterinnenraumes insbesondere auch dadurch, dass die Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 für den Gasrückfluss um 180° um die Achse FA versetzt angeordnet sind und sich innerhalb der Ringdichtung 31 .1 unmittelbar an dieser Dichtung und damit unmittelbar an der Innenseite des Öffnungsrandes des Behälters 2 befinden, d.h. der radiale Abstand der Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 von der Achse FA ist gleich oder nur geringfügig kleiner als der entsprechende Abstand der Innenseite der Ringdichtung 31.1 von der Achse FA.
Die Spülzeit wird wesentlich reduziert, was zu einer Verkürzung der Spülzeit und damit zu einer Erhöhung der Leistung der Füllmaschine 1 (Anzahl der gefüllten Behälter 2 je Zeiteinheit) führt. Durch eine konstante Spülzeit wird der Gasdurchsatz und damit nachfolgend der Inergasverbrauch gesenkt. Vorspannen des Behälterinnenraumes mit Inertgas
Hierfür befindet sich der Behälter 2 weiterhin bei abgesenkter Zentrierglocke 31 in Dichtlage am Füllelement 7. Das Flüssigkeitsventil 16 sowie auch die Steuerventile 29 und 30 und damit der erste Gasweg 26 sind geschlossen. Die beiden Steuerventile 23 und 24 sind geöffnet, so dass das Inertgas als Vorspanngas (C02-Gas oder Stickstoff) ohne eine Drosselung durch die Drossel 25 über den vollständig geöffneten zweiten Gasweg 22 in den Gasraum 21 und aus diesem über den Gaskanal 20 in den Behälterinnenraum strömen kann, so dass dieser kurzzeitig mit einem Druck vorgespannt ist, der gleich oder im wesentlichen gleich dem Fülldruck PF ist. Druckfüllen des Behälterinnenraumes
Der Behälter 2 befindet sich weiterhin in Dichtlage am Füllelement 7. Die Steuerventile 29 und 30 und damit der erste Gasweg 26 sind geschlossen. Die Steuerventile 23 und 24 sind geöffnet. Für das Einleiten der Füllphase wird das Flüssigkeitsventil 16 geöffnet, so dass das flüssige Füllgut über die Abgabeöffnung 15 in den Behälter einströmt, und zwar durch die kegelförmige Ausbildung des Flüssigkeitskanals 14 im Bereich der Abgabeöffnung 15 entlang der Behälterinnenfläche. Das von dem Füllgut aus dem Behälter 2 verdrängte Inertgas wird über den vollständig geöffneten Gaskanal 20 und den vollständig geöffneten zweiten Gasweg 22 in den Ringkanal 1 zurückgeführt. Die Menge des dem Behälter 2 zufließenden Füllgutes wird mit dem Durchflussmesser 9 überwacht. Ist die erforderliche Füllmenge erreicht, wird veranlasst durch ein Messsignal des Durchflussmessers 9 über das Betätigungselement 19 das Flüssigkeitsventil 16 geschlossen. Entlasten des Behälterinnenraumes des gefüllten Behälters
Bei weiterhin in Dichtlage am Füllelement befindlichen Behälter 2 und bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 16 und geschlossenen Steuerventilen 23 und 24 erfolgt durch Öffnen zumindest eines der Steuerventile 29 und 30, bevorzugt aber beider Steuerventile 29 und 30 ein Entlasten des von dem Füllgut nicht eingenommenen Kopfraumes des Behälters 2 über den ersten Gasweg 26 in den Ringkanal 12. Hierbei ist es möglich, dass für ein Teilentlasten zunächst nur ein Steuerventil 29 oder 30 und erst für ein anschließendes vollständiges Entlasten auch das andere Steuerventil 30 oder 29 geöffnet wird. Freigeben des gefüllten Behälters 2 und Ausschieben dieses Behälters
Nach dem Entlasten erfolgt bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 16, geschlossenen Steuerventilen 23 und 24, aber weiterhin geöffneten Steuerventilen 29 und 30 ein Anheben der Zentrierglocke 31 durch die mit der Kurvenrolle 35 zusammenwirkende Steuerkurve, so dass der gefüllte Behälter 2 an dem Behälterauslauf 6 entnommen werden kann. Grundsätzlich sind mit dem Füllelement 7 noch weitere Verfahrensschritte möglich, beispielsweise ein langsames Anfüllen und/oder ein langsames Füllen vor dem Schließen des Flüssigkeitsventils 16, und zwar jeweils dadurch, dass hierfür nur das Steuerventil 23 geöffnet und das Steuerventil 24 geschlossen ist.
Die Fig. 5 zeigt das Füllelement 7 in einem Reinigungs- und/oder Desinfektions- Betriebszustand oder CIP-Modus (CIP-Reinigung und/oder -Desinfektion) der Füllmaschine 1. In diesem Zustand sind die Füllelemente 7 jeweils an der Unterseite ihres Füllelementgehäuses 13 mit einem Verschluss, beispielsweise in Form einer Spülkappe 38 versehen, die einen zur Umgebung hin verschlossenen Spülraum 39 bildet, in den die Abgabeöffnung 15, das untere, offene Ende des Gaskanals 20 sowie auch die beiden Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 münden. Während dieser CIP-Reinigung und/oder -Desinfektion ist der Füllgutkessel 8 mit einem flüssigen Reinigungs- und/oder -Desinfektionsmedium bzw. CIP-Medium gefüllt. Die beiden Steuerventile 23 und 24 und damit der zweite Gasweg 22 sind geschlossen, die Steuerventile 29 und 30 sind geöffnet, so dass das CIP-Medium aus dem Kessel 8 durch den Flüssigkeitskanal 14, durch das geöffnete Flüssigkeitsventil 16, durch die Abgabeöffnung 15, durch den Spülraum 39 und durch die beiden Rückgaskanäle 27 und 28 in den Ringkanal 12 strömen kann, aus dem das CIP-Medium abgeführt wird. Auch bei dieser CIP-Reinigung und/oder -Desinfektion ermöglicht der erste Gasweg 26 mit den beiden geöffneten Steuerventilen 29 und 30 einen großen wirksamen Strömungsquerschnitt für das CIP-Medium und damit einen hohen, eine intensive Behandlung gewährleistenden CIP-Medium-Durchsatz. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, z.B. bei geschlossenen Steuerventilen 29 und 30 und weiterhin geöffnetem Flüssigkeitsventil 16 sowie bei geöffneten Steuerventilen 23 und 24 auch den zweiten Gasweg 22 mit dem CIP-Medium aus dem Füllgutkessel 8 zu behandeln, welches dann über den Ringkanal 1 1 abgeführt wird.
Die Besonderheit der Füllmaschine 1 bzw. des von den Füllelementen 7 gebildeten Füllsystems dieser Maschine besteht also u.a. darin, dass beim Spülen des jeweiligen Behälters das Einleiten des Spülgases ausschließlich über die Drossel 25 bei reduziertem Strömungsquerschnitt erfolgt, während das Ableiten des Spülgases aus dem jeweiligen Behälter über den ersten Gasweg 26 bei einem wesentlich größerem Strömungsquerschnitt erfolgt, so dass das Spülgas trotz eines hohen Durchsatzes den jeweiligen Behälter 2 mit reduziertem Spülgasdruck zuströmt, d.h. hierbei im Behälter 2 ein auch gegenüber dem Fülldruck PF reduzierter Überdruck von etwa 0 bar bis 2,0 bar, beispielsweise von etwa 0,5 bar bis 2,0 bar vorzugsweise von etwa 0,5 - 1 ,0 bar herrscht. Sowohl beim Vorspannen, als auch beim Füllen weist der zweite Gasweg 22 durch die geöffneten Steuerventile 23 und 24 seinen vollen Strömungsquerschnitt auf, wodurch ein schnelles Vorspannen und Füllen der Behälter 2 erreicht wird.
Durch die Ausbildung des erste Gasweges 26 mit zwei wirkungsmäßig parallelen Rückgaskanälen 27 und 28 ist es möglich, den im Vergleich zum zweiten Gasweg 22 beim Spülen größeren Strömungsquerschnitt dadurch zu realisieren, dass für sämtliche Steuerventile 23, 24, 29 und 30 Ventile mit grundsätzlich identischem Aufbau verwendet werden, die jeweils durch interne Federmittel in einen Ausgangszustand vorgespannt sind und durch Beaufschlagung mit einem Steuerdruck in ihren anderen Zustand überführt werden. Hier bei sind die Steuerventile 23 und 24 aber bevorzugt so ausgebildet, dass sie im Ruhezustand geöffnet sind. Die Steuerventile 29 und 30 sind bevorzugt so ausgebildet, dass sie im Ruhezustand geschlossen sind. Dies ermöglicht eine Vereinfachung der Ansteuerung der Steuerventile 23, 24, 29 und 30 durch die elektropneumatischen Ventile 36, d.h. lediglich für das Steuerventil 23 ist ein eigenständiges elektropneumatisches Ventil 36 erforderlich, während die Steuerventile24, 29 und 30 von einem gemeinsamen elektropneumatischen Ventil 36 angesteuert werden, welches im aktivierten Zustand, d.h. während des Spülens durch Beaufschlagung mit einem Steuerdruck das Steuerventil 24 schließt und die Steuerventile 29 und 30 öffnet, während beim Vorspannen und Füllen wegen des nicht aktivierten elektropneumatischen Steuerventils 36 die beiden Steuerventile 23 und 24 durch ihre Federmittel geöffnet und die Steuerventile 29 und 30 durch ihre Federmittel geschlossen sind. Das dritte in der Fig. 2 dargestellte elektropneumatische Steuerventil 36 dient zur Ansteuerung des Betätigungselementes 19.
Die Fig. 6 zeigt als weitere Ausführungsform eine Füllmaschine 1 a bzw. eines der Füllelemente 7a dieser Füllmaschine. Die Füllmaschine 1 a unterscheidet sich von der Füllmaschine 1 zunächst dadurch, dass am Rotor 3 ein weiterer Ringkessel 40 vorgesehen ist, der als gemeinsamer Entlastungskanal für sämtliche Füllelemente 7a dient.
Das Füllelement 7a unterscheidet sich von dem Füllelement 7 im wesentlichen nur dadurch, dass anstelle des gesteuerten zweiten Gasweges 22 ein gesteuerter zweiter Gasweg 22a vorgesehen ist, und zwar in der Verbindung zwischen dem Ringkanal 1 1 und dem Gasraum 21. Dieser zweite Gasweg 22a ist in der Fig. 7 in einem Funktionsdiagramm dargestellt und enthält lediglich das Steuerventil 23. Wirkungsmäßig parallel zu der Drossel 25 ist ein Rückschlagventil 41 angeordnet, welches so ausgebildet ist, dass es für eine Strömung aus dem Ringkanal 1 1 schließt und für eine Strömung in den Ringkanal 1 1 öffnet. Die Verfahrensschritte Spülen und Vorspannen der Behälter 2 mit dem unter Fülldruck PF stehenden Inertgas aus dem Ringkanal 1 1 sowie Druckfüllen der Behälter 2 unter Rückführen des hierbei aus den Behältern 2 verdrängten Inertgases erfolgt analog zu den in Verbindung mit dem Füllelement 7 beschriebenen Verfahrensschritten, wobei beim ' Spülen bei geöffnetem Steuerventil 23 und bei sperrendem Rückschlagventil 41 wiederum mit der Drossel 25 in Zusammenwirkung mit den beiden geöffneten Gaswegen 27 und 28 das Spülgas aus dem Ringkanal 1 1 mit reduziertem Spüldruck Ps in den Behälter 2 eingeleitet und diesen aber mit hohem Durchsatz durchströmt. Das Vorspannen der Behälter 2 erfolgt bei dem Füllelement 7a bei geöffnetem Steuerventil 23 allein über die Drossel 25. Beim Druckfüllen der Behälter 2 wird das von dem zufließenden Füllgut verdrängte Inertgas bei geöffnetem Steuerventil 23 sowohl über die Drossel 25, als auch hauptsächlich über das öffnende Rückschlagventil 41 in den Ringkanal 1 1 zurückgeführt.
Das Entlassen des jeweils gefüllten Behälters 2 erfolgt bei dem Füllelement 7ä in den zusätzlichen Ringkanal 40. Hierfür weist das Füllelement 7a einen zusätzlichen gesteuerten Gasweg 42 auf, und zwar als Verbindung zwischen der Rückgasöffnung 27.1 und dem Ringkanal 40. Dieser Gaskanal ist in der Figur 8 schematisch dargestellt. Beim Entlasten des gefüllten Behälters 2 sind die Steuerventile 23, 29 und 30 geschlossen und das Steuerventil 24 des Gasweges 42 geöffnet, so dass die Entlastung in den Ringkanal 40 erfolgt. Auch bei dem Füllelement 7a erfolgt somit der Fluss des Inertgases beim Spülen, Vorspannen und Füllen über den zweiten Gasweg 22a, und zwar mit reduziertem Strömungsquerschnitt beim Spülen und Vorspannen, aber mit nicht reduziertem Strömungsquerschnitt beim Füllen.
Fig. 9 und 10 zeigen jeweils in schematischer Teildarstellung und im Schnitt das Füllelementgehäuse 13 im Bereich des Gasraumes 21 bei einem Füllelement 7 b gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und zwar mit einem gesteuerten zweiten Gasweg 22b in der Verbindung zwischen dem Ringkanal 1 1 und dem Gaskanal 20. Bei dieser Ausführungsform ist der Gasraum 21 Teil des gesteuerten zweiten Gasweges 22b mit einer veränderbaren Drossel 43, die im zweiten Gasweg 22b wirkungsmäßig in Serie mit dem Steuerventil 23 angeordnet ist und die zwischen einem ersten Zustand mit reduziertem Drosselquerschnitt (Fig. 10) und einem zweiten Zustand mit vergrößertem Drosselquerschnitt (Fig. 9) steuerbar ist. Die Drossel 43 ist an dem oberen Ende des Ventilstößels 17 ausgebildet, und zwar an einer dortigen Drosselöffnung 20.1 des Gaskanals 20 derart, dass diese Öffnung bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 16, d.h. bei angehobenem Ventilstößel 17 einen größeren Öffnungsquerschnitt (Fig. 9) aufweist, als bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 16, d.h. bei abgesenktem Ventilstößel 17 (Fig. 10). Hierdurch ist automatisch und ohne die Notwendigkeit eines weiteren Steuerventils erreicht, dass wiederum das Spülen und Vorspannen des jeweiligen Behälters aus dem Ringkanal 1 1 über den zweiten Gasweg 22b bei reduziertem Strömungsquerschnitt (Fig. 10) und das Rückführen des vom Füllgut verdrängten Inertgases beim Druckfüllen über einen vergrößerten Querschnitt des zweiten Gasweges 22b (Fig. 9) erfolgen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein mit dem Ventilstößel 17 nicht mitbewegter bzw. fest am Füllelementgehäuse 13 und achsgleich mit der Achse FA angeordneter Drosselkörper 44 vorgesehen, der in die Drosselöffnung 20.1 hineinreicht und im ersten und zweiten Zustand der Drossel 43 den unterschiedlichen Strömungsquerschnitt frei lässt. Der Drosselkörper 44 ist hierfür beispielsweise pilzkopfartig ausgebildet, so dass er in dem ersten Zustand (Fig. 10) mit seinem Kopf in der Drosselöffnung 20.1 befindet und im zweiten Zustand (Fig. 9) der Kopf in einer Erweiterung des Gaskanals 20 aufgenommen und sich der im Querschnitt reduzierte Abschnitt des Drosselkörpers 44 in der Drosselöffnung 20.1 befindet. Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste
1 , 1a Füllmaschine 26 gesteuerter (erster) Gasweg
2 Behälter 27, 28 Rückgaskanal
3 Rotor 27.1 , 28.1 Rückgasöffnung
4 Füllposition 29, 30 Steuerventil
5 Behältereinlauf 31 Zentriertulpe
6 Behälterauslauf 32 Behälterträger
7, 7a Füllelement 33 Betätigungselement
8 Füllgutkessel 34 Gestänge
8.1 Flüssigkeitsraum 35 Kurvenrolle
8.2 Gasraum 36 elektropneumatisches
9 Durchflussmesser Steuerventil
10 Produktleitung 37 Strömung des Inertgases
11 , 12 Ringkanal beim Spülen
13 Füllelementgehäuse 38 Spülkappe
14 Flüssigkeitskanal 39 Spülraum
15 Abgabeöffnung 40 zusätzlicher Ringkanal
16 Flüssigkeitsventil (Entlastungskanal)
17 Ventilstößel 41 Rückschlagventil
18 Ventilkörper 42 gesteuerter Gasweg
19 Betätigungselement 43 Drossel
20 Gaskanal 44 Drosselkörper
20.1 Drosselöffnung A Drehrichtung des Rotors 3
21 Gasraum FA Füllelementachse
22, 22a, 22b gesteuerter Gasweg MA Maschinenachse
23, 24 Steuerventil
25 Drossel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Füllen von Dosen oder dgl. Behälter mit einem flüssigen Füllgut in einer Füllphase eines Füllprozesses, wobei in wenigstens einer der Füllphase zeitlich vorausgehenden Spülphase der Behälterinnenraum des jeweiligen, in Dichtlage am Füllelement (7, 7a) angeordneten Behälters (2) mit einem in den Behälterinnenraum eingeleiteten Spülgas in Form eines Inertgases und durch Ableiten des den Behälterinnenraum mit einem Spülgasdruck (Ps) durchströmenden Spülgases aus dem Behälterinnenraum gespült wird, wobei der Spülgasdruck (Ps) im Behälterinnenraum gleich einem Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck von 0 bar - 2,0 bar ist, vorzugsweise von 0,5 bar bis 1 ,0 bar, und wobei das Spülgas aus dem Behälterinnenraum über wenigstens zwei Rückgasöffnungen (27.1 , 28.1) eines ersten gesteuerten Gasweges (26) des Füllelementes (7, 7a) abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasweg (26) der Füllelemente (7, 7a) wenigstens zwei Gaskanäle (27, 28) mit jeweils einem Steuerventil (29, 30) aufweist, und dass die Gaskanäle (27, 28) jeweils eine Rückgasöffnung (27.1 , 28.1) bilden, und weiterhin das Spülgas über einen zweiten gesteuerten Gasweg (22, 22a, 22b) aus einem Gasraum oder einem für sämtliche Füllelemente (7, 7a) des Füllsystems oder der Füllmaschine (1 , 1 a) gemeinsamen zweiten Ringkanal (11 ) dem Behälterinnenraum über eine steuerbare Drosselanordnung (24, 25; 25, 41 ; 43) zugeführt wird, die zwischen einem den Inertgasstrom drosselnden ersten Zustand und einem den Inertgasstrom nicht drosselnden zweiten Zustand schaltbar ist, und dass sich die Drosselanordnung (24, 25; 25, 41 ; 43) beim Spülen in ihrem ersten den Druck des Spülgases auf den Spüldruck (Ps) reduzierenden Zustand befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringkanal (12) einen Unterdruck aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Füllelementen (7, 7a), bei denen die Rückgasöffnungen (27.1 , .28.1) um 180° um die Füllelementachse FA versetzt und/oder einer Ringdichtung (31.1 ) unmittelbar benachbart vorgesehen sind, gegen die der Behälter mit seiner Behältermündung in Dichtlage am Füllelement (7, 7a) anliegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das beim Druckfüllen der Behälter (2) von dem flüssigen Füllgut aus dem Behälterinnenraum verdrängte Inertgas über den zweiten gesteuerten Gasweg (22, 22a, 22b) in den Gasraum oder in den zweiten Ringkanal (11) zurückgeführt wird, und dass sich hierbei die Drosselanordnung (24, 25, 25, 41 ; 43) in ihrem den Inertgasstrom nicht drosselnden Zustand befindet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselanordnung von einem Steuerventil (24) und einer parallel zu diesem Ventil angeordneten Drossel (25) oder von einem Rückschlagventil (41), welches für eine Strömung in den Gasraum oder den zweiten Ringkanal (11) öffnet und bei einer entgegengesetzten Strömung sperrt, und einem parallel zum Rückschlagventil (41) angeordneten Drossel oder von einer Drosselanordnung (43) mit veränderbaren Strömungsquerschnitt gebildet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselanordnung (24, 25; 25, 41 ; 43) zumindest beim Öffnen eines Flüssigkeitsventils (16) des Füllelementes (7, 7a) von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand geschaltet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein beim Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils (16) bewegter Ventilstößel (17) Teil der Drosselanordnung oder der diese Drosselanordnung bildenden steuerbaren Drossel (43) ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem der Füllphase vorausgehenden Vorspannen der Behälter (2) mit dem Inertgas sowie auch während der Füllphase die Steuerventile (29, 30) der Rückgaskanäle (27, 28) geschlossen sind.
9. Füllmaschine oder Füllsystem zum Füllen, insbesondere zum Druckfüllen von Dosen oder dgl. Behälter (2), mit mehreren an einem umlaufenden Transportelement (3), beispielsweise Rotor vorgesehenen Füllelementen (7, 7a) mit jeweils einem in einem Füllelementgehäuse (13) ausgebildeten und wenigstens ein Flüssigkeitsventil (16) aufweisenden Flüssigkeitskanal (14), der mit einem Füllgutkessel (8) am Transportelement (3) verbunden ist und an einer Unterseite des Füllelementes (7, 7a) wenigstens eine Füllgutabgabeöffnung (15) bildet, mit einer von einer Ringdichtung (31.1) an einem Gehäuseteil (31) gebildeten Behälteranlagefläche, gegen die der jeweilige Behälter (2) beim Füllen abgedichtet gegen das Füllelement anliegt, mit einem ersten gesteuerten Gasweg (26), der an der Unterseite des Füllelementgehäuse (13) und bezogen auf eine Füllelementachse (FA) innerhalb der Ringdichtung oder des Gehäuseteils (31) mündet, sowie mit einem zweiten gesteuerten Gasweg (22, 22a, 22b), der an der Unterseite des Füllelementes (7, 7a) bezogen auf die Füllelementachse (FA) zentrisch mündet und mit einem Gasraum oder mit einem zweiten Ringkanal (11) verbunden ist, der als ein ein Inertgas unter Druck führender Kanal für sämtliche Füllelemente (7, 7a) gemeinsam am Transportelement (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Gasweg (26) wenigstens zwei jeweils an der Unterseite des Füllelementgehäuses (13) über eine Rückgasöffnung (27.1 , 28.2) mündende Rückgaskanäle (27, 28) mit jeweils einem eigenständigen Steuerventil (29, 30) in jedem Kanal aufweist.
10. Füllmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die Ringdichtung (31.1) aufweisende Gehäuseteil eine Zentriertulpe (31) ist.
11. Füll.maschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste gesteuerte Gasweg (26) bzw. deren Rückgaskanäle (27, 28) in einen zweiten, für sämtliche Füllelement (7, 7a) gemeinsamen ersten Ringkanal (12) münden.
12. Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Rückgasöffnungen (27.1 , 28.1) um .180° gegeneinander versetzt um die Füllelementachse (FA) angeordnet sind und/oder einen Abstand von der Füllelementachse (FA) aufweisen, der gleich oder in etwa gleich dem halben Durchmesser der Ringdichtung (31.1) ist.
13. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasweg (22, 22a, 22b) eine steuerbare Drosselanordnung (24, 25; 41 , 25; 43) aufweist, die zwischen einem den Gasstrom drosselnden ersten Zustand und einem den Gasstrom nicht drosselnden zweiten Zustand steuerbar ist.
14. Füllelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselanordnung von einer Drossel (25) mit festem Strömungsquerschnitt und einem parallel zu der Drossel angeordneten Steuerventil (24) oder von der Drossel (25) mit festem Strömungsquerschnitt und einem parallel zu der Drossel angeordneten Rückschlagventil, welches für eine Strömung in den Gasraum oder zweiten Ringkanal (11) öffnet und für eine Strömung in entgegengesetzter Richtung sperrt, oder von einer steuerbaren Drossel (43) mit veränderbarem Querschnitt gebildet ist.
15. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasweg (22b) auf einer Teillänge von einem in einem Ventilstößel (17) des Flüssigkeitsventils (16) vorgesehenen Gaskanal (20) gebildet ist, und dass der beim Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils axial bewegte Ventilstößel (17) mit seinem der Abgabeöffnung (15) entfernten Ende Teil der steuerbaren Drossel (43) ist, und dass der im Ventilstößel (17) ausgebildete Gaskanal (20) hierfür an diesem Ende eine in einen Gasraum (21) des zweiten Gasweges (22b) mündende Drosselöffnung (20.1) aufweist, die mit einem Drosselkörper (44) zusammenwirkt, der in einer dem geschlossenen Zustand des Flüssigkeitsventils (16) entsprechenden Stellung des Ventilstößels (17) die Drosselöffnung (20.1) bis auf einen reduzierten Strömungsquerschnitt verschließt und in einer dem geöffneten Zustand des Flüssigkeitsventils (16) entsprechenden Stellung des Ventilstößels (17) die Drosselöffnung (20.1) für einen größeren Strömungsquerschnitt freigibt.
16. Füllelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Gasweg (22, 22a, 22b) in Serie mit der steuerbaren Drosselanordnung ein weiteres Steuerventil (23) zum gesteuerten Öffnen und Schließen dieses Gasweges vorgesehen ist, und dass das weitere Steuerventil (23) beim Spülen, Vorspannen und Druckfüllen der Behälter (2) geöffnet und beim Einschieben der zu füllenden Behälter unter das Füllelement (7, 7a) beim Entlasten der Behälter (2) nach dem Füllen sowie nach dem Füllen sowie beim Entnehmen der gefüllten Behälter geschlossen ist.
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