EP3345862B1 - Füllanordnung und verfahren zum befüllen von zylindrischen behältern - Google Patents

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EP3345862B1
EP3345862B1 EP17000013.7A EP17000013A EP3345862B1 EP 3345862 B1 EP3345862 B1 EP 3345862B1 EP 17000013 A EP17000013 A EP 17000013A EP 3345862 B1 EP3345862 B1 EP 3345862B1
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    • B67C2003/268—Means for preventing foaming of the liquid by creating a conical shaped flow directed to the container wall at the container neck height by means of a flow channel integral with the filling nozzle

Definitions

  • the invention relates to a filling arrangement and a method for filling cylindrical containers, in particular cans, with fluid.
  • Containers that are to be filled with such a liquid are therefore, for example, evacuated before the actual filling process and / or the interior of the container is flushed with an inert gas, etc., for which purpose controllable supply and discharge gas paths are usually formed in the respective filling devices.
  • the filling devices can have, for example, movable pipes and valves, so that the purge pipe can be inserted into the container before a purge gas supply is opened.
  • the state of the art for filling the container with a desired fill volume determines the fill amount via the fill height, which is set by the position of the opening of a return air pipe or a return air bore of the filling device or by means of a sensor (fill level probe ) and actuator (valve) and suitable control logic - usually electronically or electro-pneumatically.
  • the control logic by means of flow rate meters (usually magnetically inductive or by means of the Coriolis force) offers another possibility to fill the same filling quantity into the containers.
  • the container volume is not important, since the amount of liquid is measured directly.
  • the disadvantage of these measuring devices is their price / performance ratio and that expensive control electronics (PLC) must be very precise and therefore expensive actuators must be used.
  • a method and a device for measuring-less filling of a container with a constant filling level even with different container shapes are eliminated DE 10 2014 014 317 A1 known.
  • the method provides that a valve cap, which has a gas valve and a liquid valve with valve seats in a housing, is placed tightly on a container, and that a displacement element, which is axially displaceable from the housing, in which it unites with the surrounding valve seats Forms annular gap, is inserted into the container.
  • a displacement element which is axially displaceable from the housing, in which it unites with the surrounding valve seats Forms annular gap, is inserted into the container.
  • filling fluid flows into the container until the annular gap is also flooded before the liquid valve is closed.
  • the displacement element is pulled out of the container, the liquid volumes running from the annular gap into the container.
  • the container To fill foaming liquids such as beer or soft drinks, the container must also be covered with increased pressure to prevent or minimize foaming during the filling process.
  • pressure filling the container to be filled lies in a sealed manner on the filling device, so that prior to the actual filling phase, a gas path formed in the filling device is usually pretensioned with a pressurized gas (inert gas or carbon dioxide gas). This is displaced as return gas from the interior of the container by the liquid flowing into the container during the filling process, which can also be done via a controlled gas path formed in the filling device.
  • a pressurized gas inert gas or carbon dioxide gas
  • DE 10 2013 113 070 B3 relates to a filling device that enables high-purity filling through optimized separation of a clean room from an area with lower cleanliness requirements and is intended in particular for pressure filling cans due to the improved sealing.
  • a sealing bell which, as usual, includes the container opening and the discharge opening of the filling device in a filling arrangement, but now has two sealing elements, one of which seals the transition between the sealing bell and the housing of the filling device and the second, the free end, which faces the container in the filling arrangement, surrounds the first sealing means radially outside of a control means on the outer circumference and thus seals the transition between the sealing tulip and the separation point between the clean room area and the other area.
  • the US 3,830,265 discloses a method and a filling arrangement for pressurizing a cylindrical container with a filling product, the container being vented, sealed from the atmosphere, pre-stressed and filled.
  • a filling element comprising filling product is introduced into the container, and the filling product is transferred into the filling element via a filling valve.
  • the filling arrangement further comprises a return gas pipe and valve arrangement.
  • Another object of the invention is to provide a device with a simpler apparatus which enables cylindrical containers or at least essentially cylindrical containers such as cans with reduced oxygen absorption to be filled even without a rinsing step and without complex measurement and control technology.
  • the filling arrangement according to the invention includes u. a. a filling valve, which has a piston which is guided in a controlled manner in a filling tube, for filling a cylindrical container whose concentric container opening has a diameter which is 70 to 99.5% of the inside diameter of the container, as is the case, for example, with 80 to 90% for the most common standard sizes of Beverage cans is the case.
  • the filling valve now has an outer diameter which is adapted to the diameter of the container opening, so that a filling tip of the filling valve - the filling tip is understood to mean the entire section of the filling valve that can be accommodated in the container - coaxially frictionless through the container opening in the container can be received when a relative movement between the filling valve and the container is carried out to each other.
  • up to 99% of the ambient air (and thus oxygen) in the container can be displaced from the container, so that flushing gas can be dispensed with or the use can at least be minimized.
  • the ambient air in the container is compressed when the container opening is sealed when the filling valve is inserted, so that the pressure in the container increases and tension gas can be dispensed with; in any case, the amount of clamping gas can be significantly reduced, since the pressure is generated by the mechanical displacement by means of the filling valve.
  • a filling arrangement according to the invention accordingly consists of a filling device and a cylindrical container, the concentric container opening of which has a diameter which is 70 to 99.5% of the inside diameter of the container.
  • Containers are mostly cans that are made from a metal such as aluminum or tinplate very precisely in terms of their volume.
  • Cylindrical containers are also to be understood here to mean the shapes typical of cans, in which the upper end tapers slightly conically towards the filling opening.
  • cylindrical containers should not only include the typical circular cross-section, but also different shapes, such as elliptical or polygonal cross-sectional shapes. It is essential that the filling opening is concentric with the cross-sectional shape of the container and has a congruent shape, the dimensions of which make up approximately 70 to 99.5% of the cross-sectional dimensions of the container.
  • a filling device with a filling valve is used to fill such predetermined containers - because they are known in terms of shape and volume - with a filling valve which, as usual, has a piston controllably guided in a filling tube.
  • the filling valve is designed such that the outside diameter of the filling valve is adapted to the diameter of the container opening, i. H. turns out slightly smaller, so that the coaxial insertion of the filling valve into the container through the container opening can take place with almost no play, for example with a maximum radial play of 1 mm, but the filling valve can nevertheless be inserted and executed without contact and friction.
  • the filling valve will usually also have a circular cross-section corresponding to the usual circular cross-sectional shapes of the containers such as cans. If the shape of the container to be filled and the container opening deviate from the circular shape, the outer contour of the filling valve is adapted to it, so that here too the insertion of the filling valve into the container at the container opening is almost free of play.
  • the filling device of a filling arrangement is designed such that the filling valve and the container can be moved relative to one another, the filling valve or a container receptacle being movable accordingly.
  • the arrangement ensures that the filling tip of the filling valve is inserted coaxially, ie centered, into the container through the container opening.
  • the opening diameter and the filler valve diameter it is achieved that the inserted filler tip of the filler valve allows a volume to be taken up in the container that is in the range of 49 to 99% of the container volume and provides for a corresponding displacement or compression can.
  • the ones to introduce The predetermined filling tip of the filling valve therefore has a volume which occupies a volume in the container in the range from 49 to 99% of the container volume.
  • the filling arrangement can have a filling valve which has a separating tube at the filling tip around the filling tube and which can be moved in a controlled manner independently of the filling tube and the piston.
  • the outer diameter of the filling valve which is adapted to the container diameter, is determined here by the separating tube.
  • the filling pipe can be designed as a combined separating filling pipe, the outer diameter of which is adapted to the diameter of the container opening.
  • the combined separating filling tube is thin-walled and has an enlarged inner diameter compared to a conventionally dimensioned filling valve. Consequently, the controlled piston is designed as a correspondingly widened piston, the diameter of which is adapted to the inner diameter of the separating filling tube.
  • the piston has at least a second open position in addition to a first open position in which the piston is arranged proximal to a sealing seat of the separating filling tube which the piston is arranged distal to the sealing seat of the separating filling tube.
  • the filling arrangement according to the invention has a sealing element, which at the container opening around the filling valve, i. that is, depending on the embodiment, is arranged around the filling pipe, the separating pipe or around the combined separating filling pipe.
  • the filling arrangement can additionally have a volume compensator salt which is arranged between the sealing element and the container opening around the filling valve (filling pipe, separating pipe or combined separating-filling pipe).
  • the seal or the volume compensator salt can have a valve, preferably a check or overflow valve.
  • the filling valve can have radial flow channels on an end face of the filling tube, the separating tube or the combined separating-filling tube which faces a container bottom, in order to allow fluid to escape from an open filling valve which contacts the container bottom.
  • Completely accommodating the filling valve to ground contact is advantageous for maximum displacement / compression.
  • the end face of the filling valve can also be shaped according to the contour of the container bottom. When contacting the bottom of the container, however, care must be taken to control the relative movement precisely in order to prevent the container from being deformed and thus damaged. Since the exact container geometry determines the filling volume, it is particularly important that no deformations occur on the container that lead to a change in the container volume.
  • the filling valve has a circumferential or a plurality of spacers arranged in a distributed manner on an end face of the filling pipe, the separating pipe or the combined separating-filling pipe facing a container bottom, which are designed to be elastic / resilient and can thus contact the container bottom without risk deforming it.
  • a circumferential, single-acting ring seal with valve function such as a sealing lip
  • valve function can be used with particular preference, which not only acts as a resilient spacer, but also opens in one direction in order to allow fluid to flow from the filling valve into the container, but vice versa seals, and so on a backflow - or. if the tank pressure is higher than the filling pressure, gas from the tank is prevented from entering the area under the filling valve opening.
  • the filling valve has an elastically expandable along at least a section along the insertable filling tip or around a section of the filling pipe or the separating pipe (or the combined filling-separating pipe) Body.
  • the filling valve may also have a centering section tapering towards the end face at the filling tip.
  • filling processes can be differentiated in whether in step a) the gas is displaced from the container if the container opening is not sealed around the filling valve, in contrast to the present invention, or is compressed in the container according to the present invention if the container opening around the filling valve is sealed.
  • the filler valve when the filler valve is completely accommodated in the container, it can be provided that the filler valve is received up to a predetermined distance from the bottom of the container, which ensures that the bottom of the container is not deformed by contact with the filling valve.
  • the described advantages of the method according to the invention are further improved by a further embodiment in which the filling valve around the filling pipe additionally has a separating pipe which is independent of the filling tube and the piston can be moved in a controlled manner.
  • the outer diameter of the filling valve is determined by the separating tube that surrounds the filling tube and is matched accordingly to the diameter of the container opening. This also enables the use of conventional filling valves by retrofitting a separator tube that can be moved separately. by adjusting the diameter of the filling valve to the container opening through the separating tube. If necessary, this can also be used to adapt a filling valve to different container openings by using correspondingly different separating pipes.
  • a first height in a first step b) depending on the filling height achievable in step b0) can also be done with the preset filling pressure and the predeterminable container pressure is previously known in the radial gap volume and thus predetermined, so that the volume, which is limited in the separating tube by the filling tube in the first predetermined height, corresponds to a volume difference of the gap volume between the maximum filling height and the achievable filling height.
  • the separating tube above improves the lower-layer filling process, so that quasi-laminar flow conditions can be achieved. Since the fluid level in the gap volume rises extremely smoothly without turbulence, the oxygen uptake at the contact surface is further reduced.
  • the predetermined control parameter in step c) can be a preset filling time, which results from a predetermined filling volume in the container and a set filling volume flow of the filling device.
  • the predetermined filling volume corresponds to a nominal volume since, unlike bottles, cans are manufactured very precisely.
  • the filling valve is closed in step d) after the predetermined filling time.
  • the filling time can thus be predetermined before the filling process and can be entered into the control device of the filling device in one process step.
  • the predetermined height at which the upward movement of the filling valve or the filling tube is ended and the piston is brought into the closed position is used to control the filling process and is accordingly entered into the control device.
  • the method according to the invention which uses the filling arrangements according to the invention, is carried out virtually without measuring means - none of the measuring devices or measuring means required in the prior art are required.
  • the setting and monitoring of the desired filling volume by means of a control instrument such as a magnetic-inductive flow meter or by means of a filling level determination can be dispensed with.
  • a volume compensator attachment is inserted between the container opening and the sealing element in a sealing manner.
  • the volume compensator attachment is designed such that a volume of an annular gap which is formed in the volume expansion attachment between its wall and the filling valve corresponds to a displaced volume which is caused by a part of the filling valve which is still inside when the filling valve is closed in step d) of the container.
  • the volume present in the container corresponds to the difference between the predetermined filling volume and the displaced volume.
  • the fluid volume that flows into the annular gap of the volume compensator attachment when the container is filled in accordance with steps b) and c), which corresponds to the displaced volume, when the container is retracted closed filling valve in step e) run into the container.
  • the sealing element, or, if used, the volume compensator attachment has a non-return or overflow valve. This prevents the pressure in the container from exceeding a maximum pressure predetermined for the filling process.
  • a low overpressure during pressure filling, which is kept constant, in combination with the reduced contact area and the low-turbulence filling leads to a further reduced oxygen input.
  • the pressure can also be during the "pumping step" when the fluid volume present in the separating tube below the closed filling tube is pressed into the annular gap by the relative downward movement of the closed filling tube , are kept constant.
  • a filling valve with a combined separating filling tube which, with the same outside diameter, which is designed to match the diameter of the container opening, has a larger inside diameter than the above filling tubes and is therefore thin-walled.
  • the associated controlled guided piston has a diameter which is adapted to the enlarged inner diameter of the separating filling tube, i.e. H. is also enlarged.
  • the piston guide in the separating filling tube is designed such that, in addition to the open position in which the piston is arranged proximal to a sealing seat of the separating filling tube to allow the fluid to flow in, the piston has at least a second open position in which the piston is arranged distal to the sealing seat of the separating filling tube, so that a displacement volume can be provided within the separating filling tube, which volume supplements the fluid volume flowing into the gap volume to the predetermined filling volume.
  • step b0) After step b0) has been carried out again in step c1), the separating filling tube is transferred to a position in which an axial gap of 3 to 5 mm remains between the lower end of the separating filling tube and the container bottom.
  • the separating filling pipe remains in this position while the piston is transferred to the second open position of the filling valve, which is in the region of the container opening, and the separating filling pipe is filled with the intended displacement volume of fluid.
  • step d1 the piston moves into the closed position and the fluid passes from the displacement volume of the separating filling tube into the container, so that the container is completely filled, and in step e) the closed filling valve is withdrawn to fill a next container.
  • step b2 In the case of a fill valve in which the elastically expandable body is located on or around the separator tube, during step b2) the separator tube is left in the fully inserted position during the upward movement of the filler tube with the piston in the open position, the separator tube with fluid is filled.
  • step d1) the filling valve is closed or the piston is moved into the closed position when the predetermined height in the area of the container opening is reached in step b2), so that the sum of the volumes within the separating tube and the gap between the container and separating tube and, if applicable, the volume compensator attachment result in predetermined filling volumes, so that by pulling back (d2) the separating tube, the fluid volume from the separating tube passes into the container and, if used, the volume from the volume compensator attachment runs into the container when the seal is opened, so that the container is completely filled, if the closed filling valve is withdrawn in step e).
  • the invention relates to the filling of cylindrical containers - such as cans - by means of a special filling arrangement.
  • This takes advantage of the fact that cans, which alongside bottles and boxes are the most important packaging for beverages, especially for carbonated beverages such as beer or soft drinks, have an extremely precisely manufactured cylindrical shape with a coaxial filling opening that is only slightly smaller than the container diameter.
  • the most common can volumes in Europe are 0.33 l and 0.5 l, but there are also cans with a volume of 0.15 l, 0.2 l and 0.25 l and 1 l and 5 l. According to the invention, however, containers can also be filled with other volumes as long as the container volume is known.
  • Fig. 1 shows a simple example of a method and a suitable filling arrangement, which consists of the filling valve 1 and the container 2.
  • This is a can, the essentially cylindrical shape of which is somewhat tapered at the upper end towards the coaxial filling opening 21.
  • the taper primarily serves to accommodate the lid, not shown here, which is put on after the filling process has been completed and is connected to the edge of the can by (multiple) flanging.
  • the method utilizes this difference between the container (inner) diameter D and the diameter d Dl Do of the container opening 21, which is 70 to 99.5%, typically between 80 to 90% of the container inner diameter d Dl.
  • the movable filling valve 1 which consists of a filling tube 11 and a controllably guided piston 10, has an outer diameter d Fa which is adapted to the diameter d D0 of the container opening 21 such that the filling valve 1 does Can be inserted into the container 2 through the container opening 21 in a contact-free and friction-free manner but also as free of play as possible.
  • the procedure which is also simplified schematically in Fig.
  • the container 2 (in step 0) is arranged in relation to the filling valve 1 in such a way that a coaxial central insertion of the filling valve 1 through the container opening 21 into the container 2 is made possible - this can be done by axially moving the Filling valve or the container, for example via a correspondingly movable container holder (not shown).
  • the container volume V D is filled with ambient air (but possibly also another gas) at an outlet pressure p 0 (e.g. ambient pressure).
  • step a0) in Fig. 8 is indicated by the block arrow that the filling valve 1 is inserted into the container 2, whereby the pressure p in the container increases when the container opening 21 is sealed. But even without sealing there can be a (temporary) pressure increase if the air can only escape slowly through the filling opening 21 around the filling valve 1.
  • Step a) shows in Fig. 1 and Fig. 8 the filling valve 1 completely inserted into the container 2.
  • the filling tip of the filling valve 1 with the volume V F that has penetrated into the container 2 leads either to an increase in pressure in the remaining gap volume ⁇ V. if the container opening 21 is sealed, or to displace a large part of the gas volume from the container, so that the amount of gas or air and thus oxygen present in the gap volume ⁇ V (difference between container volume V D and introduced filling valve volume V F ) is significantly reduced.
  • the container 2 has a shaped bottom 22. So that the filling valve 1 can be completely retracted without deforming the bottom 22, the filling tube 11 at the front end, which has the sealing seat 13 for the piston 10, corresponds to the shape of the bottom 22 shaped.
  • step b) the valve 1 is brought into an open position by moving the piston 10, so that fluid flows into the container 2, while at the same time the opened filling valve 1 is moved upwards.
  • step b) is shown in two representations, one of which is shown by the block arrow, the opening of the filling valve 1, which is barely lifted from the bottom of the container - or channels in the end face has - so that fluid can penetrate into the gap volume AV.
  • the block arrow indicates the upward movement of the opened filling valve 1, the speed of the upward movement being coordinated with the inflow speed of the fluid, so that the end face of the valve 1 with the valve opening is always below the fluid level in the gap volume AV.
  • the contact surface of the fluid in the gap volume ⁇ V is only a circular ring with the ring width s (difference between half the inner diameter of the container d Di and half the outer diameter of the filling valve d Fa ). Due to this under-layer filling, in which the fluid level in the gap volume ⁇ V lies above the end face of the filling valve 1, the fluid comes into contact with the gas present in the container 2 only at the annular contact surface.
  • the circular ring of the ring width s represents an extremely small contact area, as a result of which the absorption of gas (in particular atmospheric oxygen) into the fluid is very small.
  • the lower-layer filling process is continued by the upward movement of the filling tube 11 with the piston 10 in the open position, with hardly any turbulence and thus the gas input via the contact surface is further reduced.
  • the reduced contact area with the reduced air volume and the lower layer filling process leads to a significantly reduced oxygen absorption in the fluid
  • Step c) shown in Fig. 1 shows the opened filling valve 1 at a height of the container opening 21, up to which the upward movement of the filling valve 1 within the container 2 is coordinated with respect to the filling process or the filling quantity or the filling speed.
  • a predetermined control parameter is used, which takes into account the predetermined filling volume in the container 2. Since cans are manufactured very precisely with regard to their volume, the predetermined filling volume corresponds to the nominal volume.
  • the control parameter in step c) can be a preset filling time, which results from a predetermined filling volume in the container 2 and a set filling volume flow of the filling device.
  • no complex sensor technology is required.
  • step d the filling valve 1 is closed in a step d), as indicated by the block arrow in the corresponding illustration in FIG Fig. 8 is indicated, the predetermined filling volume in the container 2 is reached.
  • step e the closed filling valve 1 is withdrawn so that a next container 2 can be subjected to the filling process.
  • Figures 2 to 5 and Flg. 9, 10 show method steps with a preferred filling arrangement in which the filling valve 1 additionally has a separating tube 12 which is arranged directly and coaxially around the filling tube 11 and can be moved independently of it in a controlled manner.
  • Fig. 2 shows the filling arrangement without sealing and Fig. 5 with seal according to the invention.
  • the method steps shown in each case can be used for both variants. Designated process steps that the in connection with the in Flg. 1 and 9 correspond to described methods, may not be described again.
  • the method which is carried out with the filling device with separating tube 12 is also characterized by the reduced contact area, a reduced air volume and the lower layer filling process, which lead to a significantly reduced oxygen uptake in the fluid.
  • step a the filling valve 1 is completely inserted through the container opening 21 into the container 2.
  • an axial gap A remains between the lower end of the separating tube 12 and the container base 22 in order to allow fluid to flow into the gap volume ⁇ V, which is formed between the container wall 20 and the separating tube 12, if, as in FIG Fig. 9 in step b0) is represented by the block arrow in the piston, the piston 10 has been transferred into an open position of the filling valve 1.
  • the filling process that uses a filling valve 1 with a separating tube 12 can, as with Fig. 2 shown, without sealing the container opening 21, so that gas or air can escape.
  • this filling method is not part of the present invention.
  • a pressure filling process can be carried out according to the invention, in which the container opening 21 is sealed around the filling valve 1, as in FIG Fig. 3.4 . 5 and 10 is shown.
  • step b0 the piston 10 is transferred to an open position of the filling valve 1 and the fluid flows through the axial gap A into the radial gap volume ⁇ V between the container wall 20 and the separating tube 12.
  • the fluid flows into the radial gap volume ⁇ V until there is pressure equalization between the filling pressure preset in the filling device and the container pressure p, as a result of which the filling height h in the radial gap volume ⁇ V is determined.
  • the tank pressure p can be predetermined and depends on whether the tank opening is sealed or not and whether there is a check or overflow valve.
  • the fluid level in the gap volume ⁇ V in the container 2 does not increase further when the filling valve 1 is open when a pressure equalization between the pressure in the container 2 and the filling pressure has been reached.
  • a pumping step is preferably carried out (if necessary, however, several of the pumping steps described below can also be carried out).
  • step b1 During the subsequent upward movement of the filling pipe 11 with the piston 10 in the open position within the separating pipe 12, as indicated in step b1) by the block arrow above the piston, the separating pipe 12 is left in its fully inserted position, so that the separating pipe 12 fills with fluid.
  • step b2) the upward movement of the filling tube 11 with the piston 10 in the open position is ended at a predetermined height H and the piston 10 is transferred to the closed position.
  • This height H is predetermined as a function of the filling height h in the radial gap volume ⁇ V, which is achieved with the preset filling pressure and the predeterminable container pressure p in step b0):
  • the height H can be calculated from the volume which in the separating tube 12 through the Filling tube 11 is limited in height H and that should correspond to the volume difference of the gap volume ⁇ V between the maximum filling height h max and the achievable filling height h.
  • step a1) The volume of fluid that is present in the separating tube 12 up to the predetermined height H after step b2) is determined in step a1) ( Fig. 5 and 9 ) by completely inserting the filling tube 11 with the piston 10 in the closed position from the separating tube 12 through the axial gap A in the radial gap volume AV pressed.
  • step c1) the filling tube 11 is then moved upward with the piston in the open position within the separating tube 12 up to a region of the container opening 21, the entire separating tube volume being filled with fluid.
  • the upward movement (s) of the filling valve 1 within the container 2 to the container opening 21 is also time-controlled here, since all volumes (filling volume, gap volume, differential volume, volume in the separating tube, etc.) can be predetermined or predefined.
  • step d1) the piston 10 is brought into the closed position and the separating tube 12 is withdrawn, the fluid column previously present in the separating tube 12 remaining up to the valve remaining in the container 2, which is thus completely filled, so that the filling valve 1 in step e) is withdrawn.
  • Fig. 3 shows a method step a0) during the insertion of the filling valve 1 into the container 2 at a time at which the seal 14 is put on.
  • the point in time at which the seal 14 is fitted or the depth of penetration of the filling valve 1 into the container 2 at this point in time determines the pressure p which is present in the sealed container 2 when the filling valve 1 has been fully inserted in accordance with step a).
  • the seal 14 can also be placed on the container 2 before the filling valve 1 is inserted, a maximum pressure being that of the container volume V D and the volume V F of the fully inserted section of the filling valve 1 after the complete insertion of the filling valve 1 is achieved by compressing the amount of gas present in the container volume Vo.
  • a chip pressure of 3 bar can be set in container 2, for example, if a filling pressure of 2 bar is provided.
  • a circumferential, single-acting ring seal 18, such as a sealing lip is used on the end face of the separating tube 12 in the axial gap A, which prevents fluid or gas from flowing back into the separating tube 12 from the gap volume ⁇ V. Fluid is allowed to exit through the axial gap A, and can in particular take place through one or more of the pumping steps described above.
  • Fig. 4 shows the additional arrangement of a volume compensator attachment 15 which is used sealingly between the container opening 21 and the sealing element 14 when the container opening 21 is sealed around the filling valve 1.
  • the volume compensator attachment 15 is preferably used in one embodiment of the method, which additionally has an elastically expandable body, and which will later be used in connection with Flg. 7 will be described in detail.
  • a pressure relief valve 16 can be arranged which, as shown, can, but does not have to, open into a gas discharge line 16 '.
  • the pressure relief valve 16 is used for "repressing" in step a1), the fluid volume which is present in the separating tube 12 up to the predetermined height H after step b2) by completely inserting the filling tube 11 with the piston 10 out of the separating tube 12 in the closed position the axial gap A is pressed into the radial gap volume ⁇ V, prevents the pressure p in the container 2 from exceeding the predetermined maximum pressure. In addition, by keeping the pressure in the container 2 constant, an increased gas input is avoided, as would otherwise take place with increasing pressure,
  • Fig. 6 shows in eight representations an embodiment of the method that uses an alternative filling valve 1 with a combined separating filling tube 112.
  • the difference to the filling valve 1 from Fig. 1 consists in the fact that the separating filling tube 112, with the same outside diameter d Fa , which is adapted to the diameter d Do of the container opening 21, has a larger inside diameter d Fl and consequently has a significantly thinner wall than the filling tube 11 Fig. 1 is. Consequently, the associated controlled-guided piston 100 has a correspondingly larger diameter d K , which is adapted to the inner diameter d Fi of the separating filling tube 112. Another difference from the filling valve 1
  • Fig. 1 lies in a significantly increased stroke distance of the piston 100 in the separating filling tube 112: in addition to the (first) open position in which the piston 100 as in FIG Fig. 1 is arranged proximal to a sealing seat 13 of the separating filling tube 112, the thick piston 100 in the separating filling tube 112 can be moved into a second open position, in which the piston 100 is arranged distal to the sealing seat 13 of the separating filling tube 112. In this second open position, the piston 100 limits a displacement volume V v within the separating filling tube 112, which results in the predetermined filling volume of the container 2 with the gap volume ⁇ V.
  • the filling valve 1 is completely inserted into the container 2 in step a) until the end face of the filling valve 1 contacts the container bottom 22.
  • the variant shown shows a pressure filling, the container opening 21 being sealed around the filling valve 1. The pressure is set as described above. The method can also be carried out without sealing.
  • step b0 the filling valve 1 is opened by moving the piston 100 into the first open position of the filling valve 1, so that fluid can flow into the radial gap volume ⁇ V between the container wall 20 and the separating filling pipe 112.
  • step b1.1 an upward movement of the separating filling tube 112 with the piston 100 in the open position is carried out, an under-layer filling process also being achieved here by the fluid level (not shown) in the gap volume ⁇ V during the filling process in the upward movement lies above the end face of the filling valve 1.
  • step b2) the upward movement of the separating filling tube 112 with the piston 100 in the first open position is stopped at a predetermined height H and the piston 100 is moved into the closed position.
  • step a1) by completely inserting the separating filling tube 112 with the piston 100 in the closed position, a pressing or pumping step can be carried out, with which the level of the fluid level in the gap volume ⁇ V is raised, the pressure in the container 2 remains constant due to the pressure relief valve 16.
  • step b0) takes place again - whether steps b1.1), b2) and a1) are repeated depends on the geometric conditions and the predetermined height H - before in step c1) the separating filling tube 112 is transferred to a position in which, as with the separating tube 12, an axial gap A remains between the lower end of the separating filling tube 112 and the container bottom 22 before the piston 100 is moved into its second open position, whereby the separating filling tube 112 fills with fluid.
  • step d1 The position of the piston 100 in the second open position is selected such that the displacement volume Vv within the separating filling tube 112 supplements the gap volume ⁇ V to the predetermined filling volume, so that in step d1) the separating filling tube 112 is withdrawn until the piston 100 in The closed position comes, so that the fluid passes from the separating filling tube 112 into the container 2 and the latter is completely filled.
  • step e not shown, in which the filling valve 1 is withdrawn.
  • This method also uses the known geometric parameters and can be carried out in a time-controlled manner with a coordinated movement sequence.
  • FIG. 7 Another exemplary embodiment of the method according to the invention with a filling arrangement also according to the invention is shown in Fig. 7 shown.
  • a filling valve 1 with a separating tube 12 is used, which is surrounded by an elastically expandable body 17, which extends along the entire section of the separating tube 12 that is inserted into the container 2 (including the volume compensator attachment 15 in this embodiment).
  • an elastically expandable body 17 can be circumferentially and / or axially distributed around and arranged on the filling valve 1.
  • An arrangement of an elastically expandable body on one of the filling valves described without a separating tube 1 is also conceivable.
  • the elastically expandable body extends correspondingly only along the entire section of the separating tube 12 inserted into the container 2.
  • the type, number and arrangement of the elastically expandable body or bodies depends on the fact that, after step a ) the closed filling valve 1 has been completely inserted into the sealed container 2, is allowed to expand in step a1), so that it is in step a2) on the inner surfaces of the container 2 and, as in the example shown, on the inner surface of the volume compensator attachment 15 System comes and almost completely presses the ambient air (or another gas) previously present in the container 2 through the pressure relief valve 16 present in the volume compensator attachment 15.
  • the expansion of the elastically expandable body 17 can be brought about by supplying an expansion fluid, which can be a gas, but it is also conceivable that after the filling valve 1 has been completely inserted, as a result of which gas has been displaced from the container, the Filling tube 11 with the piston 10 is moved upwards in the closed position, as a result of which a vacuum is created in the container 2, which leads to the expansion of the elastically expandable body 17.
  • an expansion fluid which can be a gas
  • the Filling tube 11 with the piston 10 is moved upwards in the closed position, as a result of which a vacuum is created in the container 2, which leads to the expansion of the elastically expandable body 17.
  • the latter is only possible for containers with sufficient external pressure resistance; Because beverage cans usually have a high internal pressure resistance, the external pressure resistance of unfilled cans is not very high - empty cans can be pressed together relatively easily. Consequently, expansion by supplying an expansion fluid may be preferred.
  • the piston 100 is first transferred into the open position of the filling valve 1, so that fluid flows into the radial gap volume ⁇ V between the container wall 20 and the filling valve 1, whereby the elastically expandable body 17 is compressed in step b1a) until it rests against the separating tube 12 (step b1b).
  • step b2) (not shown) performed, with the separation tube 12 in the fully retracted position, in which the axial gap A remains, so that the separation tube 12 fills with fluid.
  • the filling valve 1 is closed in step d1) when the predetermined height H in the region of the container opening 21 has been reached in step b2).
  • step d2) the separating tube 12 is pulled back, which advantageously opens the seal 14, which is connected to the separating tube 12.
  • the closed filling valve 1 is then withdrawn from the completely filled container 2 in step e), which is not shown.
  • the volume compensator attachment 15 which is also in Fig. 4 with the annular gap 15 ′, which is formed between the inner wall of the volume compensator attachment 15 and the separating tube 12, provides a volume which corresponds to a displaced volume, which is caused by the part of the filling valve 1 which occurs when the filling valve 1 is closed in step d1) is present inside the container 2, in the present case the separating tube 12.
  • the fluid that has flowed in steps b) and c) when the container 2 is filled first of the gap volume ⁇ V into the annular gap 15 'of the volume compensator attachment 15, when the seal 14 is opened by moving the separating tube 12 in Step d2) into the container 2 so that the predetermined filling volume is present in the container 2.
  • the filling material is determined by the known geometries (volume) of the container (can) and the filling valve, which at the same time represents a displacement element.
  • a filling valve according to the invention (with or without a separating tube, expansion body ...) is matched with its outer diameter to the diameter of the container to be filled, which has only a slight difference to the container diameter.
  • expensive measuring devices such as MID sensors can thus be omitted.
  • the size of the annular surface between the container wall and the filling valve is dependent on the container diameter and the container opening diameter and can therefore also be very small - the contact surface is reduced, which results in a reduced gas absorption in the filled fluid while in the prior art the ambient air present in the container is flushed out by carbon dioxide, which requires a very high consumption of carbon dioxide, the amount of oxygen according to the invention is already significantly reduced by the mechanical displacement of the air from the container due to the geometric conditions, even in embodiments without an expandable body.
  • the lower layer filling process around the separating or filling tube results in less or no swirling of the filled fluid and residual gas in the container, which further minimizes the oxygen uptake.
  • the pressure required for pressure filling (counter pressure, saturation pressure, filling pressure), which is generated in the prior art by compressed gas, usually carbon dioxide or nitrogen, can be provided mechanically by sealing the filling opening during the insertion of the filling valve, so that tensioning gas and the like Devices for feeding can be omitted.
  • the desired pressure can be set simply by determining the required insertion depth under given geometric conditions.
  • the one-chamber principle for filling is usually used there.
  • the container to be filled and a storage container on the filling device (ring bowl) form a chamber during the actual filling process.
  • the liquid flowing into the container to be filled displaces the gas present there into the storage container.
  • multi-chamber solutions that have not yet become established, since the individual chambers can only be properly separated if a loss of product is accepted. A real separation of the chambers can only be done with a balloon element or impermeable membrane.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Füllanordnung und ein Verfahren zum Befüllen von zylindrischen Behältern, insbesondere Dosen, mit Fluid.
  • Abfüllvorrichtungen und Verfahren zum Befüllen von Behältern sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Bei sauerstoffsensiblen Flüssigkeiten ist dabei zu verhindern, dass die Flüssigkeit mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft in Kontakt kommt und es zu unerwünschter Gasbindung, Gasaustausch oder Gaseintrag kommt, was aufgrund von Oxidationsreaktionen oder vermehrter Keimbelastung eine Qualitätsänderung der Flüssigkeit zur Folge haben kann. Daher werden Behälter, die mit einer solchen Flüssigkeit befüllt werden sollen, vor dem eigentlichen Befüllvorgang beispielsweise evakuiert und/oder der Behälterinnenraum wird mit einem Inertgas usw. gespült, wozu üblicherweise in den jeweiligen Füllvorrichtungen entsprechend steuerbare zuführende und ableitende Gaswege ausgebildet sind.
  • Um für den Abfüllvorgang den Luftsauerstoff aus dem Behälter zu verdrängen, erfolgt zuvor üblicherweise ein Spülvorgang mit einem Inertgas, im Falle der Befüllung mit kohlensäurehaltigen Getränken wie Bier wird üblicherweise Kohlenstoffdioxid als Spülgas eingesetzt. Hierfür können die Füllvorrichtungen beispielsweise verfahrbare Rohre und Ventile aufweisen, sodass das Spülrohr in den Behälter eingeführt werden kann, ehe eine Spülgaszufuhr geöffnet wird.
  • Ein anderer Ansatz zur Vermeidung des Kontakts mit Luftsauerstoff ist der Einsatz von Füllvorrichtungen, die einen ballonartigen, ausdehnbaren Körper aufweisen, der ein Rohr umhüllend vor dem Füllvorgang in den Behälter eingeführt wird. Durch dieses Rohr wird ein Expansionsmedium in den ballonartigen Körper eingeleitet, sodass dieser sich ausdehnt, bis er den Innenraum des Behälters vollständig ausfüllt und dadurch die Umgebungsluft aus dem Behälter verdrängt. Die dann in den Behälter zugeführte Flüssigkeit bewirkt, dass das Expansionsmedium wieder über das Rohr aus dem ballonartigen Körper zurückgedrängt wird. Ein entsprechendes Verfahren und eine Vorrichtung sind in der DE 10 2011 100 560 B3 beschrieben.
  • Um stets die gleiche Füllmenge in die Behälter einzufüllen, wird im Stand der Technik zur Befüllung des Behälters mit einem gewünschten Füllvolumen die Füllmenge über die Füllhöhe bestimmt, die durch die Lage der Öffnung eines Rückluftrohres bzw. einer Rückluftbohrung der Füllvorrichtung eingestellt oder mittels Sensor (Füllstandsonde) und Aktor (Ventil) und geeigneter Regellogik - üblicherweise elektronisch bzw. elektropneumatisch - eingestellt wird. Eine weitere Möglichkeit, die gleiche Füllmenge in die Behälter einzufüllen, bietet die Regellogik mittels Durchflussmengenzählern (meist magnetisch induktiv oder mittels der Corioliskraft). Bei dieser Regellogik ist das Behältervolumen unwichtig, da die Flüssigkeitsmenge direkt gemessen wird. Nachteil dieser Messgeräte ist ihr Preis/ Leistungs-Verhältnis und dass jeweils teure Regelelektronik (SPS) sehr präzise sein muss und damit teure Aktoren eingesetzt werden müssen.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum messmittellosen Befüllen eines Behälters mit konstanter Füllhöhe auch bei unterschiedlichen Behälterformen sind aus DE 10 2014 014 317 A1 bekannt. Das Verfahren sieht vor, dass ein Ventilaufsatz, der in einem Gehäuse ein Gasventil und ein Flüssigkeitsventil mit Ventilsitzen hat, dicht auf einen Behälter aufgesetzt wird, und dass ein Verdrängungselement, das längsaxial aus dem Gehäuse verschiebbar ist, in dem es mit den umgebenden Ventilsitzen einen Ringspalt ausbildet, in den Behälter eingeführt wird. Durch Öffnen des Flüssigkeitsventils strömt Füllfluid in den Behälter, bis auch der Ringspalt geflutet ist, bevor das Flüssigkeitsventil geschlossen wird. Das Verdrängungselement wird aus dem Behälter herausgezogen, wobei die Flüssigkeitsvolumina aus dem Ringspalt in den Behälter nachlaufen. Diese Volumina sind genau so groß wie das Volumen des Abschnitts des Verdrängungselements in dem gefluteten Abschnitt, so dass gleiche Behälter mit gleich hohen Füllständen befüllt werden.
  • Zum Abfüllen von schäumenden Flüssigkeiten wie etwa Bier oder Softdrinks muss zudem der Behälter mit erhöhtem Druck bespannt werden, um ein Aufschäumen während des Befüllvorgangs zu verhindern bzw. zu minimieren. Beim sogenannten Druckfüllen liegt der jeweils zu füllende Behälter abgedichtet an der Füllvorrichtung an, sodass vor der eigentlichen Füllphase üblicherweise über einen in der Füllvorrichtung ausgebildeten Gasweg mit einem unter Druck stehenden Spanngas (Inertgas bzw. Kohlenstoffdioxid-Gas) vorgespannt wird. Dieses wird während des Füllvorgangs durch die in den Behälter einfließende Flüssigkeit als Rückgas aus dem Behälterinnenraum verdrängt, was ebenfalls über einen gesteuerten, in der Füllvorrichtung ausgebildeten Gasweg erfolgen kann.
  • DE 10 2013 113 070 B3 bezieht sich auf eine Füllvorrichtung, die eine hochreine Abfüllung durch optimierte Trennung eines Reinraumes von einem Bereich mit niedrigeren Reinheitsanforderungen ermöglicht und durch die verbesserte Abdichtung insbesondere zum Druckfüllen von Dosen vorgesehen ist. Dies wird durch eine Abdichtlulpe erreicht, die, wie üblich, in einer Füllanordnung die Behälteröffnung und die Abgabeöffnung der Füllvorrichtung einschließt, nun aber zwei Dichtelemente aufweist, von denen eines den Übergang zwischen der Abdichltulpe und dem Gehäuse der Füllvorrichtung abdichtet und das zweite, das an dem freien, in der Füllanordnung dem Behälter zugewandten Ende angeordnet ist, das erste Dichtmittel radial außerhalb eines Steuermittels außenumfangsseitig umgibt und so den Übergang zwischen der Abdichttulpe und der Trennstelle zwischen dem Reinraumbereich und dem anderen Bereich abdichtet.
  • Die zur Befüllung von Behältern wie Dosen erforderliche Reduktion von Umgebungsluftsauerstoff im Behälterinnenraum, die beim Druckfüllen erforderliche Bereitstellung des Spanndrucks und die Überwachung und Einhaltung der korrekten Füllmenge führen zu einer aufwändigen Konstruktion der Füllvorrichtung und zu einem fehleranfälligen Befüllverfahren
  • Die US 3,830,265 offenbart ein Verfahren und eine Füllanordnung zum Drückfüllen eines zylinderförmigen Behälters mit einem Füllprodukt, wobei das Behälter entlüftet, gegenüber der Atmosphäre abgedichtet, vorgespannt und abgefüllt wird. Ein Füllelement umfassend Füllprodukt wird ins Behälter eingeführt, und das Füllprodukt wird über ein Füllventil ins Füllelement umgefüllt. Zum entweichen des Rückgases umfasst die Füllanordnung weiterhin eine Rückgasrohr- und Ventilaordnung.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe dieser Erfindung, die Befüllung von (im Wesentlichen) zylindrischen Behältern wie Dosen mit einer apparativ einfacher aufgebauten Vorrichtung und mit reduzierter Sauerstoffaufnahme auch ohne Spülschritt zu ermöglichen, ohne dass aufwändige Mess- und Regelungstechnik erforderlich ist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine apparativ einfacher aufgebaute Vorrichtung bereitzustellen, die eine Befüllung von zylindrischen Behältern oder zumindest im Wesentlichen zylindrischen Behältern wie Dosen mit reduzierter Sauerstoffaufnahme auch ohne Spülschritt und ohne aufwändige Mess- und Regelungstechnik ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch die Füllanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
  • Die weitere Aufgabe, ein zuverlässiges und vereinfachles Verfahren zur Befüllung von (im Wesentlichen) zylindrischen Behältern wie Dosen bereitzustellen, bei denen der Verbrauch von Spül- und Spanngasen reduziert ist, wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 7 gelöst.
  • Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
  • Die erfindungsgemäße Füllanordnung gemäß dem Anspruch 1 umfasst u. a. ein Füllventil, das einen in einem Füllrohr gesteuert geführten Kolben aufweist, zum Befüllen eines zylindrischen Behälters, dessen konzentrische Behälteröffnung einen Durchmesser aufweist, der 70 bis 99,5 % des Behälterinnendurchmessers beträgt, wie dies beispielsweise mit 80 bis 90 % bei den häufigsten Standardgrößen der Getränkedosen der Fall ist. Erfindungsgemäß weist nun das Füllventil einen Außendurchmesser auf, der an den Durchmesser der Behälteröffnung angepasst ausgebildet ist, sodass eine Füllspitze des Füllventils - unter Füllspitze wird hierbei der gesamte Abschnitt des Füllventils verstanden, der in dem Behälter aufgenommen werden kann - koaxial reibungsfrei durch die Behälteröffnung in dem Behälter aufgenommen werden kann, wenn eine Relativbewegung zwischen dem Füllventil und dem Behälter zueinander ausgeführt wird. Hierbei kann es sich um das Einführen des Füllventils in den Behälter handeln, es kann aber auch der Behälter mittels einer entsprechend verfahrbaren Behälteraufnahme in Richtung des Füllventils axial verfahren werden, um das Füllventil im Behälter aufzunehmen, so dass in beiden Fällen der eingeführte Abschnitt des Füllventils - auch ohne expandierbare Ballonelemente - in dem Behälter ein Volumen einnimmt, das in Abhängigkeit des Füllventildurchmessers bis zu 99 % des Behältervolumens ausmacht. Hierdurch kann entweder die im Behälter vorhandene Umgebungsluft (und damit Sauerstoff) zu bis zu 99 % aus dem Behälter verdrängt werden, so dass auf Spülgas verzichtet oder der Einsatz zumindest minimiert werden kann. Oder die im Behälter vorhandene Umgebungsluft wird bei abgedichteter Behälteröffnung beim Einführen des Füllventils komprimiert, sodass der Druck im Behälter ansteigt und auf Spanngas verzichtet werden kann; jedenfalls kann die Menge an Spanngas deutlich reduziert werden, da die Druckerzeugung durch die mechanische Verdrängung mittels des Füllventils erfolgt.
  • Eine erfindungsgemäße Füllanordnung besteht entsprechend aus einer Füllvorrichtung und einem zylindrischen Behälter, dessen konzentrische Behälteröffnung einen Durchmesser aufweist, der 70 bis 99,5 % des Behälterinnendurchmessers beträgt. Bei solchen Behältern handelt es sich vorwiegend um Dosen, die aus einem Metall wie Aluminium oder Weißblech sehr exakt bezüglich ihres Volumens gefertigt werden. Unter zylindrischen Behältern sollen hierbei auch die dosentypischen Formen verstanden werden, bei denen das obere Ende zur Befüllöffnung hin leicht konisch verjüngt ist. Zudem sollen unter zylindrischen Behältern nicht nur der typische Kreisquerschnitt sondern auch davon abweichende Formen, wie etwa elliptische oder polygonale Querschniltsformen umfasst sein. Wesentlich ist, dass die Befüllöffnung konzentrisch zur Querschnittsform des Behälters ist und eine dazu kongruente Form aufweist, deren Abmessungen in etwa 70 bis 99,5 % der Querschnittsabmessungen des Behälters ausmachen.
  • Zur Befüllung solcher vorbestimmter - weil hinsichtlich Form und Volumen bekannter - Behälter mit einem Fluid wird eine Füllvorrichtung mit einem Füllventil verwendet, das wie üblich einen in einem Füllrohr steuerbar geführten Kolben aufweist. Erfindungsgemäß wird dabei das Füllventil so ausgebildet, dass der Außendurchmesser des Füllventils an den Durchmesser der Behälteröffnung angepasst ausgebildet ist, d. h. geringfügig kleiner ausfällt, so dass das koaxiale Einführen des Füllventils in den Behälter durch die Behälteröffnung nahezu spielfrei, beispielsweise mit einem maximalen radialen Spiel von 1 mm stattfinden kann, das Füllventil aber trotzdem kontakt- und reibungsfrei ein- und ausgeführt werden kann.
  • Das Füllventil wird üblicherweise entsprechend den üblichen Kreisquerschnittsformen der Behälter wie Dosen ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Weichen die Form des zu füllenden Behälters und der Behälteröffnung von der Kreisform ab, so wird die Außenkontur des Füllventils daran angepasst, so dass auch hier das Einführen des Füllventils in den Behälter an der Behälteröffnung nahezu spielfrei ist.
  • Die Füllvorrichtung einer erfindungsgemäßen Füllanordnung ist derart ausgebildet, dass das Füllventil und der Behälter zueinander relativbewegt werden können, wobei entsprechend das Füllventil oder eine Behälteraufnahme verfahrbar ist. Die Anordnung sorgt dabei dafür, dass die Füllspitze des Füllventils koaxial, also zentriert, in den Behälter durch die Behälteröffnung eingeführt wird. Mit den geometrischen Bedingungen des Behälterdurchmessers, des Öffnungsdurchmessers und des Füllventildurchmessers wird erreicht, dass durch die eingeführte Füllspitze des Füllventils ein Volumen in dem Behälter eingenommen werden kann, das im Bereich von 49 bis 99 % des Behältervolumens liegt und für eine entsprechende Verdrängung oder Verdichtung sorgen kann. Die zum Einführen vorbestimmte Füllspitze des Füllventils weist also ein Volumen auf, das in dem Behälter ein Volumen im Bereich von 49 bis 99 % des Behältervolumens einnimmt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Füllanordnung ein Füllventil aufweisen, das an der Füllspitze um das Füllrohr ein Trennrohr aufweist, das unabhängig von dem Füllrohr und dem Kolben gesteuert verfahrbar ist. Der Außendurchmesser des Füllventils, der an den Behälterdurchmesser angepasst ausgebildet ist, wird hierbei durch das Trennrohr bestimmt. Mit dem separat verfahrbaren Trennrohr kann ein erfindungsgemäßes, besonders vorteilhaftes Befüllverfahren ausgeführt werden, das nachfolgend beschrieben wird.
  • Alternativ dazu kann das Füllrohr als ein kombiniertes Trenn-Füllrohr ausgebildet sein, dessen Außendurchmesser an den Durchmesser der Behälteröffnung angepasst ausgebildet ist. Allerdings ist das kombinierte Trenn-Füllrohr dünnwandig und weist im Vergleich zu einem herkömmlich dimensionierten Füllventil einen vergrößerten Innendurchmesser auf. Folglich ist der gesteuert geführte Kolben als ein entsprechend aufgeweiteter Kolben ausgebildet, dessen Durchmesser an den Innendurchmesser des Trenn-Füllrohrs angepasst ist. Wichtig bei dieser Ausführungsform, mit der ebenfalls ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann, ist, dass der Kolben zusätzlich zu einer ersten geöffneten Stellung, in der der Kolben proximal zu einem Dichtsitz des Trenn-Füllrohrs angeordnet ist, zumindest eine zweite geöffnete Stellung aufweist, in der der Kolben distal zu dem Dichtsitz des Trenn-Füllrohrs angeordnet ist.
  • Die erfindungsgemäße Füllanordnung weist ein Dichtelement auf, das an der Behälteröffnung um das Füllventil, d. h., je nach Ausführungsform um das Füllrohr, das Trennrohr oder um das kombinierte Trenn-Füllrohr, angeordnet wird.
  • Gegebenenfalls kann die Füllanordnung zusätzlich einen Volumenkompensatoraufsalz aufweisen, der zwischen dem Dichtelement und der Behälteröffnung um das Füllventil (Füllrohr, Trennrohr oder kombiniertes Trenn-Füllrohr) angeordnet wird. Um einen ungewollten Druckanstieg in dem Behälter während des Befüllens zu verhindern, kann die Dichtung oder kann der Volumenkompensatoraufsalz ein Ventil, bevorzugt ein Rückschlag- oder Überströmventil, aufweisen.
  • Ferner kann das Füllventil an einer zu einem Behälterboden weisenden Stirnseite des Füllrohres, des Trennrohres oder des kombinierten Trenn-Füllrohrs, je nachdem welches Füllventil eingesetzt wird, radiale Strömungskanäle aufweisen, um Fluid aus einem geöffneten Füllventil austreten zu lassen, das den Behälterboden kontaktiert. Ein derart vollständiges Aufnehmen des Füllventils bis zum Bodenkontakt ist vorteilhaft für eine maximale Verdrängung/Verdichtung. Zur Kontaktierung kann ferner die Stirnfläche des Füllventils entsprechend der Kontur des Behälterbodens geformt sein. Allerdings ist bei Kontaktierung des Behälterbodens auf eine exakte Steuerung der Relativbewegung zu achten, um zu verhindern, dass der Behälter verformt und damit beschädigt wird. Da die exakte Behältergeometrie das Füllvolumen bestimmt, ist es besonders wichtig, dass keine Verformungen am Behälter auftreten, die zu einer Behältervolumenänderung führen. Daher kann bevorzugt sein, dass das Füllventil an einer zu einem Behälterboden weisenden Stirnseite des Füllrohres, des Trennrohres oder des kombinierten Trenn-Füllrohrs einen umlaufenden oder mehrere verteilt angeordnete Abstandshalter aufweist, die elastisch/federnd ausgeführt sind, und so den Behälterboden kontaktieren können, ohne die Verformung desselben zu riskieren.
  • Besonders bevorzugt kann hierbei eine umlaufende einseitig wirkende Ringdichtung mit Ventilfunktion wie eine Dichtlippe eingesetzt werden, die nicht nur als federnder Abstandshalter wirkt, sondern auch in einer Richtung öffnet, um Fluid aus dem Füllventil in den Behälter strömen zu lassen, umgekehrt aber abdichtet, und so ein Rückströmen - oder. wenn der Behälterdruck höher als der Fülldruck ist, auch Eindringen von Gas aus dem Behälter in den Bereich unter der Füllventilöffnung verhindert.
  • Nach einer Ausführungsform kann, um die in dem Behälter vorhandene Luft vollständig zu verdrängen, vorgesehen sein, dass das Füllventil entlang der einführbaren Füllspitze an zumindest einem Abschnitt oder um einen Abschnitt des Füllrohrs oder des Trennrohrs (oder des kombinierten Füll-Trennrohres) einen elastisch expandierbaren Körper aufweist.
  • Um das koaxiale zentrierte Aufnehmen des Füllventils durch die Behälteröffnung zu unter-. stützen, kann ferner das Füllventil an der Füllspitze einen sich zur Stirnseite hin verjüngenden Zentrierabschnitt aufweisen.
  • Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befüllen eines zylindrischen Behälters, dessen konzentrische Behälteröffnung einen Durchmesser aufweist, der etwa 70 bis 99,5 %, vorzugsweise 80 bis 90 % des Behälterinnendurchmessers beträgt, sieht u.a. folgende Schritte vor:
    1. a) Zunächst wird eine Relativbewegung zwischen dem geschlossenen Füllventil und dem Behälter zueinander durchgeführt, sodass das Füllventil durch die Behälteröffnung in den Behälter eingeführt wird (oder der Behälter mit seiner Öffnung über das Füllventil gestreift wird), bis die Füllspitze des Füllventils in dem Behälter aufgenommen ist. Vorzugsweise wird die Füllspitze möglichst tief aufgenommen, gegebenenfalls bis eine Stirnfläche des Füllventils den Boden des Behälters kontaktiert, um eine größtmögliche Verdichtung der im Behälter vorhandenen Luft (oder eines anderen Gases) zu erreichen-Zur Kontaktierung kann die Stirnfläche des Füllventils wie oben beschrieben entsprechend geformt sein oder Abstandshalter etc. aufweisen.
    2. b) Zum einströmen Lassen des Fluids in den Behälter, bzw. in das ringförmige Spaltvolumen, wird das Füllventil durch Überführung des Kolbens in eine geöffnete Stellung geöffnet und eine Aufwärtsbewegung des Füllrohrs mit dem Kolben in geöffneter Stellung durchgeführt. Gegebenenfalls kann bei einem den Boden kontaktierenden Füllventil hierbei vorgesehen sein, dass in der Stirnfläche des Füllventils, genauer gesagt des Füllrohres, Kanäle eingebracht sind, die das Einströmen des Fluids nach Öffnen des Ventils auch schon dann gestatten, wenn die Stirnfläche des Füllventils noch den Boden des Behälters kontaktiert, bevor das geöffnete Füllventil aufwärts bewegt wird. Das eingeströmte Fluid hat nur im Spaltvolumen Kontakt mit dem in dem Behälter vorhandenen Gas. Da durch die geometrischen Bedingungen der Füllanordnung diese Kontaktfläche sehr klein ist, ist selbst bei Vorhandensein von Luftsauerstoff die Aufnahme in das Fluid äußerst gering. Zudem handelt es sich um einen unterschichtigen Befüllvorgang von unten nach oben, der sich durch minimale Verwirbelungen und Turbulenzen auszeichnet, wodurch eine weitere Verringerung der möglichen Sauerstoffaufnahme erreicht wird.
    3. c) Dabei wird eine relative Aufwärtsbewegung des Füllventils innerhalb des Behälters (je nach Ausführung erfolgt dies durch Bewegung des Füllventils oder des Behälters) bis zur Behälteröffnung während des Befüllvorgangs nach einem vorbestimmten Steuerungsparameter abgestimmt, der das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter berücksichtigt, sodass das Füllvolumen erreicht ist, wenn das Füllventil im Bereich der Behälteröffnung ankommt.
    4. d) Das Füllventil wird geschlossen, wenn das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter erreicht ist.
    5. e) Das geschlossene Füllventil wird zurückgezogen, um das Verfahren an einem nächsten Behälter ausführen zu können.
  • Grundsätzlich können Befüllverfahren darin unterschieden werden, ob in Schritt a) das Gas aus dem Behälter verdrängt wird, wenn die Behälteröffnung unterschiedlich zur vorliegenden Erfindung um das Füllventil nicht abgedichtet ist, oder gemäß der vorliegenden Erfindung im Behälter komprimiert wird, wenn die Behälteröffnung um das Füllventil abgedichtet wird.
  • Alternativ zu der direkten oder über Abstandhalter bzw. die bevorzugt eingesetzte Ringdichtung indirekte Kontaktierung des Bodens durch das Füllventil bei vollständiger Aufnahme in den Behälter kann vorgesehen sein, dass das Füllventil bis zu einer vorbestimmten Distanz zu dem Boden des Behälters aufgenommen wird, die sicherstellt, dass der Behälterboden nicht durch Kontakt mit dem Füllventil verformt wird.
  • Die beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf einer Anpassung des Füllventildurchmessers an den Befüllöffnungsdurchmesser eines Behälters mit kleiner Differenz zwischen Behälterdurchmesser und Öffnungsdurchmesser beruhen, werden noch verbessert durch eine weitere Ausführungsform, bei der das Füllventil um das Füllrohr zusätzlich ein Trennrohr aufweist, das unabhängig von dem Füllrohr und dem Kolben gesteuert verfahren werden kann. Der Außendurchmesser des Füllventils wird hierbei durch das Trennrohr, das das Füllrohr umgibt, bestimmt und ist entsprechend auf den Durchmesser der Behälteröffnung abgestimmt. Dadurch wird auch ein Einsatz herkömmlicher Füllventile durch Nachrüstung eines separat verfahrbaren Trennrohres ermöglicht, indem durch das Trennrohr der Durchmesser des Füllventils an die Behälteröffnung angepasst wird. Gegebenenfalls kann hierdurch auch ein Füllventil durch Einsatz entsprechend unterschiedlicher Trennrohre an unterschiedliche Behälteröffnungen angepasst werden.
  • Bei der mit diesem Füllventil durchführbaren Ausführungsform des Verfahren ist vorgesehen, dass bei dem mit der gesamten Füllspitze in dem Behälter aufgenommenen Füllventil in Schritt a) ein axialer Spalt von beispielsweise 3 bis 5 mm zwischen dem unteren Ende des Trennrohrs und dem Behälterboden verbleibt, um nach Öffnung des Füllventils das Fluid in das ringförmige Spaltvolumen zwischen Behälterwand und Trennrohr einströmen zu lassen. In dem axialen Spalt kann in einer bevorzugten Ausführungsform die einseitig wirkende Ringdichtung angeordnet sein. Schritt b) gliedert sich nun in mehrere Unterschritte:
    • b0) Zur Öffnung des Ventils wird der Kolben in die geöffnete Stellung überführt, so dass das Fluid in das radiale Spaltvolumen zwischen der Behälterwand und dem Trennrohr einströmen kann. Fluid strömt solange in das radiale Spaltvolumen ein, bis ein Druckausgleich zwischen einem voreingestellten Fülldruck und einem vorbestimmbaren Behälterdruck vorliegt, wodurch eine Füllhöhe in dem radialen Spaltvolumen bestimmt wird.
    • b1) Es wird eine relative Aufwärtsbewegung des Füllrohrs mit dem Kolben in geöffneter Stellung innerhalb des Trennrohres durchgeführt, das dabei in seiner vollständig eingeführten Position belassen wird, in der es den axialen Spalt zum Boden aufweist. Mit der Aufwärtsbewegung des Füllrohrs mit dem Kolben in geöffneter Stellung wird das Trennrohr mit Fluid gefüllt.
    • b2) In einer vorbestimmten Höhe, die zwischen Behälterboden und Behälteröffnung liegt, wird die Aufwärtsbewegung des Füllrohrs beendet und der Kolben in Schließstellung überführt.
    • c) Auch hierbei wird die Aufwärtsbewegung des Füllventils, bzw. des Füllrohrs mit Kolben, innerhalb des Behälters bis zur Behälteröffnung nach einem vorbestimmten Steuerungsparameter abgestimmt, der das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter berücksichtigt.
    • d1) Wenn das radiale Spaltvolumen vollständig gefüllt ist und in Schritt b2) die vorbestimmte Höhe in einem Bereich der Behälteröffnung liegt und der Behälter vollständig gefüllt ist, erfolgt das Zurückziehen des Trennrohres, und daraufhin in Schritt e) das Zurückziehen des geschlossenen Füllventils mit Trennrohr, um einen nächsten Behälter zur Befüllung zuführen zu können.
  • Für den Fall, dass in Schritt b0) die in dem radialen Spaltvolumen erreichbare Füllhöhe kleiner als eine durch den Behälter in dem radialen Spaltvolumen vorgegebene maximale Füllhöhe (vollständige Füllung des Spaltvolumens) ist, umfasst das Verfahren zudem die Schritte:
    • a1) nach Schritt b2) und vor d1) Durchführen einer relativen Abwärtsbewegung des Füllrohrs mit dem Kolben in Schließstellung, wobei das in dem Trennrohr bis zur vorbestimmten Höhe vorliegende Fluidvolumen durch den axialen Spalt in das radiale Spaltvolumen gedrückt wird und dort die Füllhöhe ansteigt.
      Gegebenenfalls können die Schritte b0) bis a1) wiederholt werden, bis in Schritt a1) das Spaltvolumen vollständig bis zur maximalen Füllhöhe gefüllt ist.
    • c1) Dann wird mit dem Füllrohr mit dem Kolben in geöffneter Stellung eine relative Aufwärtsbewegung innerhalb des Trennrohres bis zu der vorbestimmten Höhe durchgeführt, die dann in einem Bereich der Behälteröffnung liegt, wobei erneut das Trennrohr mit Fluid gefüllt wird. Allerdings kann das Trennrohr auch konzertiert mit dem Füllventil relativ aufwärtsbewegt werden, sobald das radiale Spaltvolumen vollständig gefüllt ist. Die Öffnung des Trennrohrs sollte dabei aber immer unterhalb des Flüssigkeitsspiegels bleiben.
    • d1) nach Schließen des Füllventils im Bereich der Behälteröffnung entsprechend Schritt b2) folgt das Zurückziehen des Trennrohrs, wobei das im Trennrohr vorliegende Fluid im Behälter verbleibt.
  • Vorzugsweise kann in einem Verfahrensschritt vor dem eigentlichen Befüllvorgang zur vollständigen Füllung des radialen Spaltvolumens in einem einzigen Schritt a1) eine erste Höhe in einem ersten Schritt b) in Abhängigkeit der in Schritt b0) erreichbaren Füllhöhe, die mit dem voreingestellten Fülldruck und dem vorbestimmbaren Behälterdruck ebenfalls vorbekannt ist, in dem radialen Spaltvolumen festgelegt und damit vorbestimmt werden, so dass das Volumen, das in dem Trennrohr durch das Füllrohr in der ersten vorbestimmten Höhe begrenzt wird, einer Volumendifferenz des Spaltvolumens zwischen der maximalen Füllhöhe und der erreichbaren Füllhöhe entspricht.
  • Außer der minimierten Kontaktfläche und der damit verbundenen verringerten Sauerstoffaufnahme und der mechanischen Verdrängung des im Behälter vorhandenen Gases bei Einführung des Füllventils wird durch das Trennrohr vor allem der unterschichtige Befüllvorgang verbessert, so dass quasi laminare Strömungsverhältnisse erreicht werden können. Da der Fluidspiegel im Spaltvolumen dadurch ohne Verwirbelungen äußerst ruhig ansteigt, wird die Sauerstoffaufnahme an der Kontaktfläche weiter vermindert.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann der vorbestimmte Steuerungsparameter in Schritt c) eine voreingestellte Füllzeit sein, die sich aus einem vorbestimmten Füllvolumen in dem Behälter und einem eingestellten Füllvolumenstrom der Füllvorrichtung ergibt. Das vorbestimmte Füllvolumen entspricht im Falle Dosen einem Nennvolumen, da Dosen anders als Flaschen sehr exakt gefertigt werden. Damit erfolgt das Schließen des Füllventils in Schritt d) nach der vorbestimmten Füllzeit. Zur Steuerung des Befüllvorgangs kann die Füllzeit somit vor dem Befüllvorgang vorbestimmt und in einem Verfahrensschritt zur Einrichtung der Füllvorrichtung in deren Steuerungsvorrichtung eingegeben werden. Ebenso wird die vorbestimmte Höhe, in der die Aufwärtsbewegung des Füllventils bzw. des Füllrohrs beendet wird und der Kolben in Schließstellung überführt wird, zur Steuerung des Befüllvorgangs verwendet und entsprechend in die Steuerungsvorrichtung eingegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, das die erfindungsgemäßen Füllanordnungen verwendet, wird quasi messmittellos durchgeführt - es sind keine der im Stand der Technik erforderlichen Messgeräte oder Messmittel erforderlich. Auf die Einstellung und Überwachung des gewünschten Füllvolumens mittels eines Steuerungsinstruments wie eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers oder mittels einer Füllhöhenbestimmung kann verzichtet werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Druckfüllen können auch schäumende bzw. kohlensäurehaltige Fluide wie Bier oder Softdrinks abgefüllt werden. Dazu ist vorgesehen, dass
    • a0) zu einem Zeitpunkt vor oder während Schritt a), also ebenfalls vor dem eigentlichen Befüllvorgang ein Abdichten der Behälteröffnung um das Füllventil zur Einrichtung der Füllvorrichtung für das vorgesehene Befüllverfahren erfolgt, etwa, indem ein ringförmiges Dichtelement, beispielsweise eine Abdichttulpe aufgesetzt wird, die den Übergang zwischen Füllventil und Behälter an der Behälteröffnung abdichtet. Dabei bestimmt der Zeitpunkt des Abdichtens vor oder während des Einführens des Füllventils den Druck, der nach vollständigem Einführen des Füllventils in dem abgedichteten Behälter vorliegt. Der gewünschte Druck kann basierend auf den geometrischen Größen des Füllventils und des Behälters eingestellt werden, wozu näherungsweise das Boyle-Mariotte-Gesetz, dass der Druck idealer Gase bei gleichbleibender Temperatur und gleichbleibender Stoffmenge umgekehrt proportional zum Volumen ist, verwendet werden kann: p*V = const. Aus den gegebenen geometrischen Größen wie dem Volumen des leeren Behälters und dem Differenzvolumen, das durch das Volumen des bis zu einer jeweiligen Höhe eingedrungenen Abschnitts des Füllventils bestimmt wird, kann für einen vorgegebenen Druck die entsprechende Höhe der Eindringtiefe des Füllventils bestimmt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Einrichtung der Füllvorrichtung beim Abdichten der Behälteröffnung um das Füllventil ein Volumenkompensatoraufsatz zwischen der Behälteröffnung und dem Dichtelement abdichtend eingesetzt wird. Der Volumenkompensatoraufsatz ist derart ausgebildet, dass ein Volumen eines Ringspalts, der in dem Volumenkompensatoraufsatz zwischen dessen Wand und dem Füllventil gebildet wird, einem verdrängten Volumen entspricht, das durch einen Teil des Füllventils verursacht wird, der beim Schließen des Füllventils in Schritt d) noch innerhalb des Behälters vorliegt. Das in dem Behälter vorliegende Volumen entspricht in diesem Fall der Differenz zwischen dem vorbestimmten Füllvolumen und dem verdrängten Volumen. Damit nun nach dem Zurückziehen des geschlossenen Füllventils in Schritt e) im Behälter das vorbestimmte Füllvolumen vorliegt, wird das bei Füllung des Behälters gemäß den Schritten b) und c) in den Ringspalt des Volumenkompensatoraufsatzes eingeströmte Fluidvolumen, das dem verdrängten Volumen entspricht, beim Zurückziehen des geschlossenen Füllventils in Schritt e) in den Behälter nachlaufen gelassen.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Dichtelement, oder, falls eingesetzt, der Volumenkompensatoraufsatz ein Rückschlag- oder Überströmventil aufweist. Dadurch wird verhindert, dass der Druck in dem Behälter einen für den Füllvorgang vorbestimmten Höchstdruck überschreitet. Durch einen niedrigen Überdruck beim Druckfüllen, der konstant gehalten wird, kommt es in Zusammenwirken mit der reduzierten Kontaktfläche und der turbulenzarmen Befüllung zu einem weiter verringerten Sauerstoffeintrag. Insbesondere bei der Variante des Füllverfahrens, das die Füllvorrichtung mit Trennrohr um das Füllrohr verwendet, kann so der Druck auch bei dem "Pumpschritt", wenn das im Trennrohr unterhalb des geschlossenen Füllrohres vorliegende Fluidvolumen durch die relative Abwärtsbewegung des geschlossenen Füllrohres in den Ringspalt gedrückt wird, konstant gehalten werden. Ferner wird bei der Verdrängung des im Spaltvolumen noch vorliegenden Gases durch das Rückschlag- oder Überstromventil durch dieses Nachdrücken bzw. Pumpen dafür gesorgt, dass die Sauerstoffaufnahme minimal bleibt bzw. weiter reduziert wird, wobei durch dieses Nachdrücken zudem ein sehr schneller quasi "laminarer" unterschichtiger Füllvorgang erzielt wird.
  • In einer alternativen Ausführung des Verfahrens wird ein Füllventil mit einem kombinierten Trenn-Füllrohr eingesetzt, das bei gleichem Außendurchmesser, der an den Durchmesser der Behälteröffnung angepasst ausgebildet ist, einen größeren Innendurchmesser als obige Füllrohre aufweist und damit dünnwandig ist. Der zugehörige gesteuert geführte Kolben hat einen Durchmesser, der an den vergrößerten Innendurchmesser des Trenn-Füllrohrs angepasst ist, d. h. ebenfalls vergrößert ist. Zudem ist die Kolbenführung in dem Trenn-Füllrohr derart ausgebildet, dass der Kolben zusätzlich zu der geöffneten Stellung, in der der Kolben zum einströmen Lassen des Fluids proximal zu einem Dichtsitz des Trenn-Füllrohrs angeordnet ist, zumindest eine zweite geöffnete Stellung aufweist, in der der Kolben distal zu dem Dichtsitz des Trenn-Füllrohrs angeordnet ist, so dass innerhalb des Trenn-Füllrohrs ein Verdrängungsvolumen bereitgestellt werden kann, welches das in das Spaltvolumen eingeströmte Fluidvolumen zum vorbestimmten Füllvolumen ergänzt.
  • Auch bei diesem Verfahren ist in Schritt c) der vorbestimmte Steuerungsparameter eine Füllzeit, die mit den Bewegungen des Füllventils abgestimmt ist. Diese Ausführungsform weist die folgenden Schritte auf:
    • b0) Nach dem vollständigen Einführen des Füllventils in Schritt a) wird der Kolben in die erste geöffnete Stellung des Füllventils zum einströmen Lassen des Fluids in das radiale Spaltvolumen zwischen der Behälterwand und dem Trenn-Füllrohr überführt, und
    • b1.1) eine Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs mit dem Kolben in geöffneter Stellung durchgeführt, wobei das Fluid weiter in das radiale Spaltvolumen einströmt, bis in dem radialen Spaltvolumen eine von dem voreingestellten Fülldruck und einem vorbestimmbaren Behälterdruck abhängige Füllhöhe erreicht ist, die vor dem Befüllvorgang vorbestimmt wird.
    • b2) In einer zweiten vorbestimmten Höhe wird die Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs beendet und der Kolben wird in Schließstellung überführt. Die zweite vorbestimmte Höhe wird auch hier vor dem eigentlichen Befüllvorgang in Abhängigkeit der in b1.1) erreichbaren Füllhöhe in dem radialen Spaltvolumens festgelegt, sodass ein Volumen, das unter dem Trenn-Füllrohr in der zweiten vorbestimmten Höhe begrenzt wird, einer Volumendifferenz des Spaltvolumens zwischen der maximale Füllhöhe und der in b1.1) erreichbaren Füllhöhe entspricht.
    • a1): Erneut wird das Trenn-Füllrohr mit dem Kolben in Schließstellung vollständig eingeführt, wobei durch dieses Nachdrücken bzw. Pumpen das im Spaltvolumen vorliegende Gas komprimiert und durch das Überdruckventil verdrängt wird, so dass auch hier die Sauerstoffaufnahme minimal bleibt bzw. weiter reduziert wird.
  • Nach erneutem Durchführen von Schritt b0) erfolgt in Schritt c1) das Überführen des Trenn-Füllrohrs in eine Position, in der ein axialer Spalt von 3 bis 5 mm zwischen dem unteren Ende des Trenn-Füllrohrs und dem Behälterboden verbleibt. Das Trenn-Füllrohr bleibt in dieser Position, während der Kolben in die zweite geöffnete Stellung des Füllventils, die im Bereich der Behälteröffnung liegt, überführt und dabei das Trenn-Füllrohr mit dem vorgesehenen Verdrängungsvolumen an Fluid gefüllt wird. Mit dem Zurückziehen des Trenn-Füllrohres (Schritt d1)) geht der Kolben in die Schließstellung über und das Fluid geht aus dem Verdrängungsvolumen des Trenn-Füllrohrs in den Behälter über, sodass der Behälter vollständig gefüllt ist, und in Schritt e) das geschlossene Füllventil zur Befüllung eines nächsten Behälters zurückgezogen wird.
  • Zwar kann durch die obigen Maßnahmen eine Sauerstoffaufnahme aus der Luft deutlich und in vielen Fällen ausreichend verringert werden, es kann aber für besonders sauerstoffsensible Fluide eine weitere Reduktion des Sauerstoffkontakts erforderlich sein. Um auch hier auf einen Spülschritt verzichten zu können, ist in einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass das Füllventil einen elastisch expandierbaren Körper an zumindest einem oder um einen Abschnitt aufweist, der in Schritt a) vollständig in den Behälter eingeführt ist Beispielsweise kann ein Ballonkörper das Füllrohr, Trennrohr oder Füll-Trennrohr in dem entsprechenden Bereich radial umgebend angeordnet sein. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte:
    • a1) Nachdem in Schritt a) das geschlossene Füllventil durch die Behälteröffnung in den Behälter vollständig eingeführt wurde, wird der elastisch expandierbare Körper expandieren gelassen. Dies kann aktiv durch Einleitung eines Gases in den elastisch expandierbaren Körper erfolgen; in Fällen, in denen der Behälter ausreichend außendruckfest und auch aus druckfesterem Material als der elastisch expandierbare Körper ist, kann nach dem vollständigen Einführen des Füllventils, wobei Luft verdrängt wurde, nach Abdichten des Behälters durch Zurückziehen des Füllventils, bzw. des Füllrohres mit dem Kolben in Schließstellung in dem Trennrohr, ein Unterdruck im Behälter geschaffen werden, der zur Expansion des elastisch expandierbaren Körpers führt. Die Expansion wird fortgesetzt, bis der elastisch expandierbare Körper
    • a2) an den Innenflächen des Behälters und, falls eingesetzt, an der Innenfläche des Volumenkompensatoraufsatzes anliegt, wobei die gesamte Luft aus dem Behälter durch das Ventil gedrückt wird.
    • b1) Es folgt das Überführen des Kolbens in die geöffnete Stellung des Füllventils zum einströmen Lassen des Fluids, wobei der elastisch expandierbare Körper a) komprimiert wird, bis er b) wieder an dem Füllventil anliegt und das radiale Spaltvolumen zwischen der Behälterwand und dem Füllventil und, falls eingesetzt, der Ringspalt zwischen dem Volumenkompensatoraufsatzes und dem Füllventil gefüllt ist.
    • b2) Anschließend wird eine Aufwärtsbewegung des Füllrohrs mit dem Kolben in geöffneter Stellung bis zu einer vorbestimmten Höhe in einem Bereich der Behälteröffnung durchgeführt.
  • Im Falle eines Füllventils, bei dem der elastisch expandierbare Körper an dem oder um das Trennrohr angeordnet ist, wird während Schritt b2) das Trennrohr in der vollständig eingeführten Position während der Aufwärtsbewegung des Füllrohrs mit dem Kolben in geöffneter Stellung belassen, wobei das Trennrohr mit Fluid gefüllt wird. In dem Folgeschritt
    d1) wird das Füllventil geschlossen bzw. der Kolben in die Schließstellung überführt, wenn in Schritt b2) die vorbestimmte Höhe im Bereich der Behälteröffnung erreicht ist, sodass die Summe der Volumina innerhalb des Trennrohrs und des Spalts zwischen Behälter und Trennrohr und gegebenenfalls des Volumenkompensatoraufsatzes das vorbestimmte Füllvolumen ergeben, sodass durch das Zurückziehen (d2) des Trennrohres das Fluidvolumen aus dem Trennrohr in den Behälter übergeht, und, falls eingesetzt, das Volumen aus dem Volumenkompensatoraufsatz bei öffnen der Dichtung in den Behälter nachläuft, so dass der Behälter vollständig gefüllt ist, wenn in Schritt e) das geschlossene Füllventil zurückgezogen wird.
  • Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Gegenstände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    Seitenschnittansichten einer nicht erfindungsgemäßen Füllanordnung mit einem Füllventil aus Füllrohr und Kolben,
    Fig. 2
    Seitenschnittansichten einer alternativen nicht erfindungsgemäßen Füllanordnung mit einer Füllvorrichtung, die zusätzlich ein Trennrohr aufweist,
    Fig. 3
    eine Seitenschnittansicht einer Ausführungsform der Füllanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 4
    eine Seitenschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Füllanordnung gemäß der Erfindung,
    Fig. 5
    Seitenschnittansichten der Füllanordnung aus Fig. 3 entsprechend den Schritten b2), a1) und b1) als eine Fortsetzung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Fig. 2,
    Fig. 6.1 und 6.2
    Seitenschnittansichten einer weiteren erfindungsgemäßen Füllanordnung mit einem Füllventil aus dem dünnwandigen kombinierten Trenti-Füllrohr und einem breiteren Kolben mit größerem Hubweg und zwei geöffneten Stellungen gemäß den Schritten a) bis d1) einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 7.1 und 7.2
    Seitenschnittansichten einer weiteren erfindungsgemäßen Füllanordnung entsprechend Fig. 4, zusätzlich mit einem das Trennrohr umgebenden elastisch expandierbaren Körper gemäß den Schritten a) bis d1) einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 8
    schematische Seitenschnittansichten einer Füllanordnung entsprechend Fig. 1 gemäß den Schritten 0) bis e) mit Verlauf der Füllhöhe,
    Fig. 9
    schematische Seitenschnittansichten einer Füllanordnung entsprechend Fig. 2 und 5 gemäß den Schritten 0) bis e) mit Verlauf der Füllhöhe,
    Fig. 10
    eine Seitenschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Füllanordnung gemäß der Erfindung mit einem Ventil in dem Dichtelement und einer einseitig wirkenden Ringdichtung an der Stirnseite des Füllventils, um beim Drucklüllen Rückfließen aus dem Ringspalt zu vermeiden,
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Befüllung von zylindrischen Behältern - wie etwa Dosen - mittels einer speziellen Füllanordnung. Dabei wird ausgenutzt, dass Dosen, die neben Flaschen und Kartons die wichtigste Verpackung für Getränke, vor allem für kohlensäurehaltige Getränke wie Bier oder Softdrinks darstellen, eine äußerst exakt gefertigte zylindrische Form mit einer koaxialen Befüllöffnung aufweisen, die nur geringfügig kleiner ist als der Behälterdurchmesser. Die häufigsten Dosenvolumina in Europa sind 0,33 l und 0,5 l, es gibt aber auch Dosen mit einem Volumen von 0,15 l, 0,2 l und 0,25 l sowie von 1 l und 5l. Erfindungsgemäß können aber auch Behälter mit anderen Volumina befüllt werden, solange das Behältervolumen bekannt ist.
  • In den Figuren sind jeweils Abfolgen der Füllanordnung in verschiedenen Verfahrensschritten gezeigt; Bezugszeichen sind daher nicht in jeder Abbildung der Füllanordnung vergeben. Die Zuordnung zu den unbezelchneten Komponenten und Gegenständen ist jedoch aufgrund der Äquivalenz der Darstellungen ohne weiteres gegeben. Die Ausführungsformen von Fig. 1, 2, 8 und 9 entsprechen nicht der vorliegenden Erfindung insofern, als sie kein Dichtelement umfassen.
  • Fig. 1 zeigt ein einfaches Beispiel eines Verfahrens und einer dazu geeigneten Füllanordnung, die aus dem Füllventil 1 und dem Behälter 2 besteht. Dabei handelt es sich hier um eine Dose, deren im Wesentlichen zylindrische Form am oberen Ende zur koaxialen Befüllöffnung 21 hin etwas verjüngt ist. Die Verjüngung dient in erster Linie für die Aufnahme des hier nicht dargestellten Deckels, der nach erfolgtem Befüllvorgang aufgesetzt und durch (mehrfache) Bördelung mit dem Dosenrand verbunden wird. Das Verfahren nutzt diese Differenz zwischen Behälter(innen)durchmesser dDl und dem Durchmesser dDo der Behälteröffnung 21, der zwischen 70 und 99,5 %, üblicherweise zwischen 80 bis 90 % des Behälterinnendurchmessers dDl beträgt.
  • Das verfahrbare Füllventil 1, das aus Füllrohr 11 und steuerbar geführtem Kolben 10 besteht, weist einen Außendurchmesser dFa auf, der an den Durchmesser dD0 der Behälteröffnung 21 so angepasst ist, dass das Füllventil 1 zwar kontakt- und reibungsfrei aber auch möglichst spielfrei durch die Behälteröffnung 21 in den Behälter 2 eingeführt werden kann. Das Verfahren, das schematisch vereinfacht auch in Fig. 8 dargestellt ist, sieht vor, dass der Behälter 2 (in Schritt 0) so in Bezug auf das Füllventil 1 angeordnet wird, dass ein koaxiales zentrisches Einführen des Füllventils 1 durch die Behälteröffnung 21 in den Behälter 2 ermöglicht wird - dies kann durch axiales Bewegen des Füllventils oder des Behälters, beispielsweise über eine entsprechend verfahrbare Behälteraufnahme (nicht dargestellt) erfolgen. Vor dem Einführen ist das Behältervolumen VD mit Umgebungsluft (gegebenenfalls aber auch einem anderen Gas) bei einem Ausgangsdruck p0 (z. B. Umgebungsdruck) gefüllt.
  • In Schritt a0) in Fig. 8 wird durch den Blockpfeil angezeigt, dass das Füllventil 1 in den Behälter 2 eingeführt wird, wodurch der Druck p im Behälter ansteigt, wenn die Behälteröffnung 21 abgedichtet ist. Aber auch ohne Abdichtung kann es zu einem (vorübergehenden) Druckanstieg kommen, wenn die Luft nur langsam durch die Befüllöffnung 21 um das Füllventil 1 entweichen kann.
  • Schritt a) zeigt in Fig. 1 und Fig. 8 das vollständig in den Behälter 2 eingeführte Füllventil 1. Die in den Behälter 2 eingedrungene Füllspitze des Füllventils 1 mit dem Volumen VF führt dabei entweder zur Druckerhöhung im verbleibenden Spaltvolumen ΔV. wenn die Behälteröffnung 21 abgedichtet ist, oder zu einer Verdrängung eines Großteils des Gasvolumens aus dem Behälter, sodass die im Spaltvolumen ΔV (Differenz zwischen Behältervolumen VD und eingeführtem Füllventilvolumen VF) vorhandene Gas- bzw. Luft- und damit Sauerstoffmenge deutlich reduziert ist.
  • Wie ferner in Fig. 1 zu sehen ist, hat der Behälter 2 einen geformten Boden 22. Damit das Füllventil 1 vollständig eingefahren werden kann, ohne den Boden 22 zu verformen, ist das Füllrohr 11 am stirnseitigen Ende, das den Dichtsitz 13 für den Kolben 10 aufweist, entsprechend der Form des Bodens 22 geformt.
  • Im Verfahrensschritt b) wird das Ventil 1 durch Überführen des Kolbens 10 in eine geöffnete Stellung gebracht, sodass Fluid in den Behälter 2 einströmt, während gleichzeitig das geöffnete Füllventil 1 aufwärts bewegt wird. In Flg. 8 wird Schritt b) in zwei Darstellungen gezeigt, wobei einmal durch den Blockpfeil die Öffnung des Füllventils 1 dargestellt ist, das nur knapp von dem Behälterboden abgehoben ist - oder in der Stirnfläche Kanäle aufweist - sodass Fluid in das Spaltvolumen AV eindringen kann. In der zweiten Darstellung des Schrittes b) zeigt der Blockpfeil die Aufwärtsbewegung des geöffneten Füllventils 1 an, wobei die Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung mit der Einströmgeschwindigkeit des Fluids abgestimmt ist, sodass die Stirnfläche des Ventils 1 mit der Ventilöffnung immer unterhalb des Fluidspiegels im Spaltvolumen AV liegt.
  • Es wird deutlich, dass die Kontaktfläche des Fluids im Spaltvolumen ΔV lediglich ein Kreisring mit der Ringbreite s (Differenz des halben Pehälterinnendurchmessers dDi und des halben Füllventilaußendurchmessers dFa) ist. Durch diese unterschichtige Befüllung, bei der der Fluidspiegel im Spaltvolumen ΔV oberhalb der Stirnfläche des Füllventils 1 liegt, kommt das Fluid nur an der kreisringförmigen Kontaktfläche mit dem im Behälter 2 vorliegenden Gas in Kontakt. Der Kreisring der Ringbreite s stellt eine äußerst kleine Kontaktfläche dar, wodurch die Aufnahme von Gas (insbesondere Luftsauerstoff) in das Fluid sehr gering ist. Der unterschichtige Füllvorgang wird durch Aufwärtsbewegung des Füllrohrs 11 mit dem Kolben 10 in geöffneter Stellung fortgesetzt, wobei kaum Turbulenzen entstehen und so der Gaseintrag über die Kontaktfläche weiter verringert wird. Die reduzierte Kontaktfläche führt mit dem verringerten Luftvolumen und dem unterschichtigen Füllvorgang zu einer deutlich verringerten Sauerstoffaufnahme in dem Fluid,
  • Schritt c), dargestellt in Fig. 1, zeigt das geöffnete Füllventil 1 in einer Höhe der Behälteröffnung 21, bis zu welcher die Aufwärtsbewegung des Füllventils 1 innerhalb des Behälters 2 bezüglich des Füllvorgangs bzw. der Füllmenge oder der Füllgeschwindigkeit abgestimmt wird. Hierzu wird ein vorbestimmter Steuerungsparameter verwendet, der das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter 2 berücksichtigt. Da Dosen bezüglich ihres Volumens sehr exakt gefertigt werden, entspricht das vorbestimmte Füllvolumen dem Nennvolumen. In dem in Fig. 1 und 8 gezeigten Verfahren kann der Steuerungsparameter in Schritt c) eine voreingestellle Füllzeit sein, die sich aus einem vorbestimmten Füllvolumen in dem Behälter 2 und einem eingestellten Füllvolumenstrom der Füllvorrichtung ergibt. Vorteilhaft ist hierbei somit keine aufwändige Sensorik erforderlich.
  • Nach der vorbestimmten Füllzeit, während der die Aufwärtsbewegung des geöffneten Füllventils 1 mit dem unterschichtigen Einströmvorgang stattfindet, erfolgt das Schließen des Füllventils 1 in einem Schritt d), wie durch den Blockpfeil in der entsprechenden Darstellung in Fig. 8 angedeutet ist, wobei das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter 2 erreicht ist. Schließlich wird in Schritt e) das geschlossene Füllventil 1 zurückgezogen, so dass ein nächster Behälter 2 dem Befüllvorgang unterzogen werden kann.
  • Figuren 2 bis 5 und Flg. 9, 10 zeigen Verfahrensschritte mit einer bevorzugten Füllanordnung, bei der das Füllventil 1 zusätzlich noch ein Trennrohr 12 aufweist, das direkt und koaxial um das Füllrohr 11 angeordnet ist und unabhängig davon gesteuert verfahrbar ist. Fig. 2 zeigt die Füllanordnung ohne Abdichtung und Fig. 5 mit erfindungsgemäßer Abdichtung. Die jeweils dargestellten Verfahrensschritte sind aber für beide Varianten anwendbar. Bezeichnete Verfahrensschritte, die dem in Zusammenhang mit dem in Flg. 1 und 9 beschriebenen Verfahren entsprechen, werden gegebenenfalls nicht erneut beschrieben. Auch das Verfahren, das mit der Füllvorrichtung mit Trennrohr 12 ausgeführt wird, zeichnet sich durch die reduzierte Kontaktfläche, ein verringertes Luftvolumen und den unterschichtigen Füllvorgang aus, die zu einer deutlich verringerten Sauerstoffaufnahme in dem Fluid führen.
  • So wird auch hier in Schritt a) das Füllventil 1 vollständig durch die Behälteröffnung 21 in den Behälter 2 eingeführt. Allerdings verbleibt dabei zwischen dem unteren Ende des Trennrohrs 12 und dem Behälterboden 22 ein axialer Spalt A, um Fluid in das Spaltvolumen ΔV, das zwischen der Behälterwand 20 und dem Trennrohr 12 gebildet wird, einströmen zu lassen, wenn, wie in Fig. 9 im Schritt b0) durch den Blockpfeil im Kolben dargestellt ist, der Kolben 10 in eine geöffnete Stellung des Füllventils 1 überführt wurde.
  • Das Füllverfahren, das ein Füllventil 1 mit Trennrohr 12 nutzt, kann, wie mit Fig. 2 gezeigt, ohne Abdichtung der Behälteröffnung 21 durchgeführt werden, sodass Gas bzw. Luft entweichen kann. Dieses Füllverfahren gehört aber nicht zur vorliegenden Erfindung.
  • Insbesondere jedoch kann in der Variante mit dem Trennrohr 12 erfindungsgemäß ein Druckfüllvorgang durchgeführt werden, bei dem die Behälteröffnung 21 um das Füllventil 1 abgedichtet wird, wie in Fig. 3,4, 5 und 10 dargestellt ist.
  • In Schritt b0) wird der Kolben 10 in eine geöffnete Stellung des Füllventils 1 überführt und das Fluid durch den axialen Spalt A in das radiale Spaltvolumen ΔV zwischen der Behälterwand 20 und dem Trennrohr 12 einströmen gelassen. Das Fluid strömt in das radiale Spaltvolumen ΔV ein, bis ein Druckausgleich zwischen dem in der Füllvorrichtung voreingestellten Fülldruck und dem Behälterdruck p vorliegt, wodurch die Füllhöhe h in dem radialen Spaltvolumen ΔV bestimmt wird. Der Behälterdruck p kann vorbestimmt werden und hängt davon ab, ob die Behälteröffnung abgedichtet ist oder nicht, und ob ein Rückschlag- oder Überströmventil vorhanden ist.
  • So steigt der Fluidspiegel im Spaltvolumen ΔV im Behälter 2 bei geöffnetem Füllventil 1 nicht weiter an, wenn ein Druckausgleich zwischen Druck im Behälter 2 und Fülldruck erreicht ist.
  • Um nun das Spaltvolumen vollständig bis zur Füllhöhe hmax zu füllen, wird vorzugsweise ein Pumpschritt durchgeführt (gegebenenfalls können aber auch mehrere der nachfolgend beschriebenen Pumpschritte durchgeführt werden).
  • Bei der nun folgenden Aufwärtsbewegung des Füllrohrs 11 mit dem Kolben 10 in geöffneter Stellung innerhalb des Trennrohrs 12 wird, wie in Schritt b1) durch den Blockpfeil oberhalb des Kolbens angezeigt wird, das Trennrohr 12 in seiner vollständig eingeführten Position belassen, sodass sich das Trennrohr 12 mit Fluid füllt.
  • Weiter ist in Fig. 2 und Fig. 9 gezeigt, dass in Schritt b2) die Aufwärtsbewegung des Füllrohrs 11 mit dem Kolben 10 in der geöffneten Stellung in einer vorbeslimmten Höhe H beendet wird und der Kolben 10 in Schließstellung überführt wird. Diese Höhe H wird in Abhängigkeit der Füllhöhe h in dem radialen Spaltvolumen ΔV vorbestimmt, die mit dem voreingestellten Fülldruck und dem vorbestimmbaren Behälterdruck p in Schritt b0) erreicht wird: Die Höhe H lässt sich aus dem Volumen berechnen, das in dem Trennrohr 12 durch das Füllrohr 11 in der Höhe H begrenzt wird und das der Volumendifferenz des Spaltvolumens ΔV zwischen der maximale Füllhöhe hmax und der erreichbaren Füllhöhe h entsprechen soll.
  • Das Fluidvolumen, das nach Schritt b2) bis zur vorbestimmten Höhe H im Trennrohr 12 vorliegt, wird in Schritt a1) (Fig. 5 und 9) durch vollständiges Einführen des Füllrohrs 11 mit dem Kolben 10 in Schließstellung aus dem Trennrohr 12 durch den axialen Spalt A in das radiale Spaltvolumen AV gedrückt. Der Fluidspiegel dort steigt entsprechend - vorzugsweise bis zur maximalen Füllhöhe, wobei das restliche vorhandene Gas vollständig aus dem Behälter verdrängt wird. Ist die vollständige Füllung des Spaltvolumens AV nicht mit einem Pumpschritt zu erreichen, muss gegebenenfalls die Schrittfolge b0)-b1)-b2)-a1)-b0)... wiederholt werden, bis in einem Schritt a1) das Spaltvolumen AV vollständig bis in einen Bereich der Behälteröffnung 21 gefüllt ist.
  • In dem in Fig. 9 skizzierten Schritt c1) wird dann das Füllrohr 11 mit dem Kolben in geöffneter Stellung innerhalb des Trennrohres 12 bis in einem Bereich der Behälteröffnung 21 aufwärts bewegt, wobei sich das gesamte Trennrohrvolumen mit Fluid füllt. Die Aufwärtsbewegung(en) des Füllventils 1 innerhalb des Behälters 2 bis zur Behälteröffnung 21 erfolgt hier ebenfalls zeitgesteuert, da alle Volumina (Füllvolumen, Spaltvolumen, Differenzvolumen, Volumen im Trennrohr etc.) vorbestimmt oder vorbestimmbar sind. Nach c1) wird in Schritt d1) der Kolben 10 in Schließstellung überführt und das Trennrohr 12 zurückgezogen, wobei die zuvor im Trennrohr 12 bis zum Ventil anstehende Fluidsäule im Behälter 2 verbleibt, der somit vollständig gefüllt ist, sodass das Füllventil 1 in Schritt e) zurückgezogen wird.
  • Zur Ausführung eines Druckfüllverfahrens mit dem durch das Trennrohr 12 ermöglichten Nachdrücken wird der Behälter 2 an dem Füllventil 1 abgedichtet, wie in Fig. 3 oder 4 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt einen Verfahrensschritt a0) während des Einführens des Füllventils 1 in den Behälter 2 zu einem Zeitpunkt, an dem die Dichtung 14 aufgesetzt wird. Durch den Zeitpunkt des Aufsetzens der Dichtung 14 bzw. die Eindringtiefe des Füllventils 1 in den Behälter 2 zu diesem Zeitpunkt wird der Druck p bestimmt, der in dem abgedichteten Behälter 2 vorliegt, wenn das Füllventil 1 gemäß Schritt a) vollständig eingeführt ist. In Abhängigkeit des gewünschten Druckes p kann die Abdichtung 14 auch vor dem Einführen des Füllventils 1 auf den Behälter 2 aufgesetzt werden, wobei ein maximaler Druck, der vom Behältervolumen VD und dem Volumen VF des vollständig eingeführten Abschnitts des Füllventils 1 nach dem vollständigen Einführen des Füllventils 1 durch Kompression der im Behältervolumen Vo vorliegenden Gasmenge erzielt wird. Zum Druckfüllen, um Aufschäumen kahlensäurahaltiger Fluide beim Füllen zu verhindern, kann im Behälter 2 so beispielsweise ein Spandruck von 3 bar eingestellt werden, wenn ein Fülldruck von 2 bar vorgesehen ist.
  • Gerade in einem solchen Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn, wie in Fig. 10 angedeutet, an der Stirnseite des Trennrohres 12 im axialen Spall A eine umlaufende, einseitig wirkende Ringdichtung 18 wie beispielsweise eine Dichtlippe, eingesetzt wird, die verhindert, dass Fluid oder Gas aus dem Spaltvolumen ΔV in das Trennrohr 12 zurückströmt. Austritt von Fluid durch den axialen Spalt A wird gestattet, und kann insbesondere durch einen oder mehrere der oben beschriebenen Pumpschritte erfolgen.
  • Fig. 4 zeigt die zusätzliche Anordnung eines Volumenkompensatoraufsatzes 15, der beim Abdichten der Behälteröffnung 21 um das Füllventil 1 zwischen der Behälteröffnung 21 und dem Dichtelement 14 abdichtend eingesetzt wird. Der Volumenkompensatoraufsatz 15 kommt vorzugsweise bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Einsatz, die zusätzlich einen elastisch expandierbaren Körper aufweist, und die später im Zusammenhang mit Flg. 7 noch ausführlich beschrieben wird.
  • Damit ein für den jeweiligen Füllvorgang vorbestimmter Höchstdruck in dem Behälter 2 nicht überschritten wird, kann in dem Dichtelement 14 (siehe Fig. 5 und 6) bzw. in dem Volumenkompensatoraufsatz 15 (siehe Fig. 7) ein Überdruckventil 16 angeordnet sein, das, wie gezeigt, in eine Gasableitung 16' münden kann, aber nicht muss.
  • Mit dem Überdruckventil 16 wird beim "Nachdrücken" in Schritt a1), wobei das Fluidvolumen, das nach Schritt b2) bis zur vorbestimmten Höhe H im Trennrohr 12 vorliegt, durch vollständiges Einführen des Füllrohrs 11 mit dem Kolben 10 in Schließstellung aus dem Trennrohr 12 durch den axialen Spalt A in das radiale Spaltvolumen ΔV gedrückt wird, verhindert, dass der Druck p im Behälter 2 den vorbestimmten Höchstdruck überschreitet. Zudem wird durch die Konstanthaltung des Drucks im Behälter 2 ein vermehrter Gaseintrag vermieden, wie er ansonsten bei ansteigendem Druck stattfinden würde,
  • Fig. 6 zeigt in acht Darstellungen eine Ausführungsform des Verfahrens, das ein alternatives Füllventil 1 mit einem kombinierten Trenn-Füllrohr 112 einsetzt. Der Unterschied zu dem Füllventil 1 aus Fig. 1 besteht darin, dass das Trenn-Füllrohr 112 bei gleichem Außendurchmesser dFa, der an den Durchmesser dDo der Behälteröffnung 21 angepasst ausgebildet ist, einen größeren Innendurchmesser dFl aufweist und folglich deutlich dünnwandiger als das Füllrohr 11 aus Fig. 1 ist. Folglich hat der zugehörige gesteuert geführte Kolben 100 einen entsprechend größeren Durchmesser dK, der an den Innendurchmesser dFi des Trenn-Füllrohrs 112 angepasst ist. Ein weiterer Unterschied zu dem Füllventil 1 aus
  • Fig. 1 liegt in einem deutlich vergrößerten Hubweg des Kolbens 100 in dem Trenn-Füllrohr112: Zusätzlich zu der (ersten) geöffneten Stellung, in der der Kolben 100 wie der in Fig. 1 proximal zu einem Dichtsitz 13 des Trenn-Füllrohrs 112 angeordnet ist, kann der dicke Kolben 100 im Trenn-Füllrohr 112 in eine zweite geöffnete Stellung verfahren werden, in der der Kolben 100 distal zu dem Dichtsitz 13 des Trenn-Füllrohrs 112 angeordnet ist. In dieser zweiten geöffneten Stellung begrenzt der Kolben 100 ein Verdrängungsvolumen Vv innerhalb des Trenn-Füllrohres 112, das mit dem Spaltvolumen ΔV das vorbestimmte Füllvolumen des Behälters 2 ergibt.
  • Auch in der in Flg. 6 gezeigten Verfahrensvariante wird in Schritt a) das Füllventil 1 vollständig in den Behälter 2 eingeführt, bis die Stirnfläche des Füllventils 1 den Behälterboden 22 kontaktiert. Die dargestellte Variante zeigt ein Druckfüllen, wobei die Behälteröffnung 21 um das Füllventil 1 abgedichtet ist. Die Einstellung des Drucks erfolgt wie oben beschrieben. Das Verfahren kann aber auch ohne Abdichtung durchgeführt werden.
  • Das mit dieser Füllanordnung mit dem Trenn-Füllrohr 112 durchführbare Druckfüll-Verfahren kombiniert die Verfahrensschritte der obig beschriebenen Verfahren, wobei in Schritt b0) das Füllventil 1 geöffnet wird, indem der Kolben 100 in die erste geöffnete Stellung des Füllventils 1 bewegt wird, sodass Fluid in das radiale Spaltvolumen ΔV zwischen der Behälterwand 20 und dem Trenn-Füllrohr 112 einströmen kann. Als nächstes wird im Schritt b1.1) eine Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs 112 mit dem Kolben 100 in geöffneter Stellung durchgeführt, wobei auch hier ein unterschichtiger Befüllvorgang erzielt wird, indem der Fluidspiegel (nicht dargestellt) im Spaltvolumen ΔV während des Füllvorgangs in der Aufwärtsbewegung oberhalb der Stirnseite des Füllventils 1 liegt. Ebenfalls werden die weiteren Vorteile der obigen Beispiele mit dieser Ausführungsform realisiert.
  • So wird in Schritt b2) in einer vorbestimmten Höhe H die Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs 112 mit dem Kolben 100 in der ersten geöffneten Stellung gestoppt und der Kolben 100 in Schließstellung überführt. Auch ohne separates Trennrohr 12 kann im Schritt a1) durch erneutes vollständiges Einführen des Trenn-Füllrohrs 112 mit dem Kolben 100 in Schließstellung ein Nachdrücken bzw. Pumpschritt durchgeführt werden, mit dem das Niveau des Fluidspiegels im Spaltvolumen ΔV angehoben wird, wobei der Druck im Behälter 2 aufgrund des Überdruckventils 16 konstant bleibt. Sodann erfolgt erneut Schritt b0) - ob Schritte b1.1), b2) und a1) wiederholt werden, hängt von den geometrischen Bedingungen und der vorbestimmten Höhe H ab - ehe in Schritt c1) das Trenn-Füllrohr 112 in eine Position überführt wird, in der wie bei dem Trennrohr 12 ein axialer Spalt A zwischen dem unteren Ende des Trenn-Füllrohrs 112 und dem Behälterboden 22 verbleibt, ehe der Kolben 100 in seine zweite geöffnete Stellung bewegt wird, wobei sich das Trenn-Füllrohr 112 mit Fluid füllt. Die Position des Kolbens 100 in der zweiten geöffneten Stellung wird so gewählt, dass das Verdrängungsvolumen Vv innerhalb des Trenn-Füllrohres 112 das Spaltvolumen ΔV zum vorbestimmten Füllvolumen ergänzt, sodass in Schritt d1) das Trenn-Füllrohr 112 zurückgezogen wird, bis der Kolben 100 in Schließstellung kommt, sodass das Fluid aus dem Trenn-Füllrohr 112 in den Behälter 2 übergeht, und dieser vollständig gefüllt ist. Es folgt der nicht dargestellte Schritt e), in dem das Füllventil 1 zurückgezogen wird. Auch dieses Verfahren nutzt die bekannten geometrischen Parameter und kann zeitgesteuert mit einem abgestimmten Bewegungsablauf durchgeführt werden.
  • Eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer ebenfalls erfindungsgemäßen Füllanordnung ist in Fig. 7 gezeigt. Hierbei kommt ein Füllventil 1 mit Trennrohr 12 zum Einsatz, das von einem elastisch expandierbaren Körper 17 umgeben ist, der sich entlang des gesamten in den Behälter 2 (samt Volumenkompensatoraufsatz 15 in dieser Ausführungsform) eingeführten Abschnitts des Trennrohrs 12 erstreckt. Selbstverständlich sind hierbei auch abweichende Anordnungen denkbar. So können beispielsweise auch mehrere elastisch expandierbare Körper umfänglich und/oder axial verteilt um und an dem Füllventil 1 angeordnet sein. Auch ist eine Anordnung eines elastisch expandierbaren Körpers an einem der beschriebenen Füllventile ohne Trennrohr 1 denkbar. Und bei einer Variante ohne Volumenkompensatoraufsatz 15 erstreckt sich der elastisch expandierbare Körper entsprechend nur entlang des gesamten in den Behälter 2 eingeführten Abschnitts des Trennrohrs 12. Art, Anzahl und Anordnung des oder der elastisch expandierbaren Körper richtet sich danach, dass dieser, nachdem in Schritt a) das geschlossene Füllventil 1 vollständig in den dabei abgedichteten Behälter 2 eingeführt wurde, in Schritt a1) expandieren gelassen wird, so dass er in Schritt a2) an den Innenflächen des Behälters 2 und, wie im dargestellten Beispiel, an der Innenfläche des Volumenkompensatoraufsatzes 15 zur Anlage kommt und dabei nahezu vollständig die im Behälter 2 zuvor vorhandene Umgebungsluft (oder ein anderes Gas) durch das in dem Volumenkompensatoraufsatz 15 vorliegende Überdruckventil 16 drückt. Die Expansion des elastisch expandierbaren Körpers 17 kann durch Zufuhr eines Expansionsfluides, welches ein Gas sein kann, bewirkt werden, es ist aber auch denkbar, dass nach dem vollständigen Einführen des Füllventils 1, wodurch Gas aus dem Behälter verdrängt wurde, das Füllrohr 11 mit dem Kolben 10 in Schließstellung aufwärts bewegt wird, wodurch im Behälter 2 ein Unterdruck entsteht, der zur Expansion des elastisch expandierbaren Körpers 17 führt. Letzteres ist aber nur bei Behältern mit ausreichender Außendruckfestigkeit möglich; denn üblicherweise haben Getränkedosen zwar eine hohe Innendruckfestigkeit, die Außendruckfestigkeit ungefüllter Dosen ist allerdings nicht sehr hoch - leere Dosen können relativ einfach zusammengedrückt werden. Folglich kann die Expansion durch Zufuhr eines Expansionsfluids bevorzugt sein.
  • In den nächsten b-Schritten erfolgt zunächst das Überführen des Kolbens 100 in die geöffnete Stellung des Füllvenlils 1, sodass Fluid in das radiale Spaltvolumen ΔV zwischen der Behälterwand 20 und dem Füllventil 1 einströmt, wodurch der elastisch expandierbare Körper 17 in Schritt b1a) komprimiert wird, bis er wieder an dem Trennrohr 12 anliegt (Schritt b1b). Sind das Spaltvolumen ΔV und der Ringspalt zwischen dem Volumenkompensatoraufsatz 15 und dem Füllventil 1 gefüllt, wird im (nicht dargestellten) Schritt b2) eine Aufwärtsbewegung des Füllrohrs 11 mit dem Kolben 10 in geöffneter Stellung bis zu einer vorbestimmten Höhe H in einem Bereich der Behälteröffnung 21 durchgeführt, wobei das Trennrohr 12 in der vollständig eingefahrenen Position, in der der axiale Spalt A verbleibt, so dass sich das Trennrohr 12 mit Fluid füllt. Das Füllventil 1 wird in Schritt d1) geschlossen, wenn in Schritt b2) die vorbestimmte Höhe H im Bereich der Behälteröffnung 21 erreicht ist. In Schritt d2) folgt das Zurückziehen des Trennrohres 12, das hier vorteilhaft gleichzeitig die Dichtung 14 öffnet, die mit dem Trennrohr 12 verbunden ist. Sodann wird das geschlossene Füllventil 1 im nicht dargestellten Schritt e) aus dem vollständig befüllten Behälter 2 zurückgezogen.
  • Der Volumenkompensatoraufsatz 15, der auch in Fig. 4 gezeigt ist, stellt mit dem Ringspalt 15', der zwischen der Innenwand des Volumenkompensatoraufsatzes 15 und dem Trennrohr 12 gebildet wird, ein Volumen bereit, das einem verdrängten Volumen entspricht, das durch den Teil des Füllventils 1 verursacht wird, der beim Schließen des Füllventils 1 in Schritt d1) innerhalb des Behälters 2 vorliegt, wobei es sich vorliegend um das Trennrohr 12 handelt. Auf diese Weise kann das Fluid, das in den Schritten b) und c) bei Füllung des Behälters 2, zuerst des Spaltvolumens ΔV bis in den Ringspalt 15' des Volumenkompensatoraufsatzes 15 eingeströmt ist, beim Öffnen der Dichtung 14 durch das Zurückverfahren des Trennrohres 12 in Schritt d2) in den Behälter 2 nachlaufen, sodass in dem Behälter 2 das vorbestimmte Füllvolumen vorliegt.
  • Es wird offensichtlich, dass, basierend auf dem Grundgedanken der Erfindung, eine Vielzahl verschiedener Ausführungsformen des Verfahrens denkbar sind, von denen hier einige beispielhaft ausgeführt sind und die den durch die Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
  • Jegliche Modifikation, die die Grundgedanken der Erfindung nutzt, soll umfasst sein: Erfindungsgemäß erfolgt die Füllmetlgenbestimmung durch die bekannten Geometrien (Volumen) des Behälters (Dose) und des Füllventils, das zugleich ein Verdrängungselement darstellt. Für das Füllventil sind verschiedene Ausführungen denkbar Ein erfindungsgemäßes Füllventil (mit oder ohne Trennrohr, Expansionskörper...) ist mit seinem Außendurchmesser auf den Durchmesser des zu füllenden Behälters abgestimmt, der nur eine geringe Differenz zum Behälterdurchmesser aufweist. Somit können gegenüber dem Stand der Technik teure Messgeräte wie MID-Sensoren entfallen. Auch auf die Steuerung der Befüllung per Füllhöhe, die durch Lage der Öffnung eines Rückluftrohrs oder einer Rückluftbohrung oder mittels Sensor, Aktor und geeigneter Regellogik eingestellt wird, kann verzichtet werden.
  • Mit den geometrischen Bedingungen der Füllanordnung - die Größe der ringförmigen Fläche zwischen Behälterwand und Füllventil ist abhängig von Behälterdurchmesser und Behälteröffnungsdurchmesser und kann daher auch sehr klein sein - erfolgt die Kontaktflächenreduktion, die eine verringerte Gasaufnahme in das abgefüllte Fluid zur Folge hat Während im Stand der Technik die im Behälter vorliegende Umgebungsluft durch Kohlenstoffdioxid ausgespült wird, was einen sehr hohen Kohlenstoffdioxidverbrauch bedingt, wird die Sauerstoffmenge erfindungsgemäß schon durch die mechanische Verdrängung der Luft aus dem Behälter infolge der geometrischen Bedingungen auch bei Ausführungsformen ohne expandierbaren Körper deutlich reduziert. Durch den unterschichtigen Füllvorgang um das Trenn- bzw. Füllrohr entstehen weniger bis keine Verwirbelung von eingefülltem Fluid und Restgas im Behälter, wodurch die Sauerstoffaufnahme weiter minimiert wird. In der Variante mit dem Pumpschritt bzw. "Nachdrücken" wird mit der Überführung des Fluid in das Spaltvolumen weiter Restgas (und damit Sauerstoff) durch das Überdruckventil aus dem Behälter entfernt, sodass auch hier keine Sauerstoffaufnahme erfolgt. Zudem kann durch dieses "Nachdrücken" ein sehr schneller, in seiner Ausprägung fast laminarer Füllvorgang erzielt werden.
  • Weiter kann der zum Druckfüllen erforderliche Druck (Gegendruck, Sättigungsdruck, Fülldruck), der im Stand der Technik durch komprimiertes Gas, meist Kohlenstoffdioxid oder Stickstoff erzeugt wird, mechanisch durch das Abdichten der Befüllöffnung während des Einführens des Füllventils bereitgestellt werden, so dass Spanngas und entsprechende Vorrichtungen zum Zuführen entfallen können. Der gewünschte Druck ist dabei einfach durch Bestimmung der erforderlichen Einführtiefe bei gegebenen geometrischen Bedingungen einstellbar.
  • Zudem wird eine rückluftrohrlose Druckfüllung ermöglicht, wodurch die separate Steuerung, Reinigung und Wartung der Rückluftrohre bzw. Rückluftleitungen entfällt, was im Stand der Technik noch erforderlich ist: Dort wird üblicherweise das Ein-Kammer-Prinzip zur Füllung angewendet. Der zu füllende Behälter und ein Vorratsbehälter auf der Füllvorrichtung (Ringkessel) bilden während dem eigentlichen Füllvorgang eine Kammer Die in den zu füllenden Behälter einfließende Flüssigkeit verdrängt das dort vorhandene Gas in den Vorratsbehälter. Es existieren auch Mehrkammerlösungen, die sich bislang aber nicht durchgesetzt haben, da die einzelnen Kammern nur dann richtig getrennt werden können, wenn ein Füllgutverlust akzeptiert wird. Eine echte Trennung der Kammern geht nur apparativ aufwändig mit einem Ballonelement bzw. undurchlässiger Membran.
  • In Summe kann mit der Erfindung bei der Befüllung von Behältern wie Dosen sowohl auf Messmittel zur Überwachung der Füllmenge sowie auf Spül- oder Spanngas verzichtet werden, wobei die verwendete Füllvorrichtung denkbar einfach konstruiert und kaum fehleranfällig ist. Aber auch wenn die Erfindung vorzugsweise ohne Spül- und Spanngas auskommt, ist die Durchführung solcher Schritte in erfindungsgemäßen Verfahren nicht ausgeschlossen.
  • Bei dieser Erfindung werden bekannte Größen, die sich vor, während und nach dem Füllvorgang nicht ändern, genutzt. Entscheidend ist, dass diese Größen nicht verändert oder geregelt werden können. Der Umgebungsdruck, das Dosenvolumen und das Verdrängungsvolumen des Füllventils bleiben bestehen und können nicht geregell werden. Diese Größen werden zu beliebiger Zeit ermittelt (gemessen oder errechnet) und zu einem anderen Zeitpunkt zur Druck- und (Füll-)Volumenbestimmung während dem Füllvorgang genutzt. Diese Größen werden außerdem so eingesetzt, dass sich während des Füllvorgangs zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ein Solldruck und/oder ein Sollvolumen allein durch ein relatives Verfahren der einzelnen Teile (Füllventil, Dichtung, Trennrohr...) entlang einer Achse in Bezug auf den Behälter einstellen lässt.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Füllventil
    10
    Kolben
    11
    Füllrohr
    12
    Trennrohr
    13
    Dichtsitz/Anlagefläche
    14
    Dichtelement
    15
    Volumenkompensatoraufsatz
    16
    Ventil
    16'
    Gasableitung
    17
    elastisch expandierbarer Körper
    18
    einseitig wirkende Ringdichtung, Dichtlippe
    19
    Zentrierabschnitt
    100
    breiter Kolben
    112
    kombiniertes Trenn-Füllrohr
    2
    zylindrischer Behälter, Dose
    20
    Behälterwand
    21
    Behälteröffnung
    22
    Behälterboden
    dFa
    Außendurchmesser Füllvorrichtung
    dFl
    Innendurchmesser Füllrohr
    dK
    Kolbendurchmesser
    dDi
    Behälterinnendurchmesser
    dDo
    Innendurchmesser Behälteröffnung
    A
    axialer Spalt
    H
    vorbestimmte Höhe
    h, hmax
    Füllhöhe im Spaltvolumen, maximale
    s
    Spaltbreite im Spallvolumen
    VD
    Behältervolumen
    VV
    Verdrängungsvolumen
    VF
    eingeführtes Füllventilvolumen
    AV
    radiales Spaltvolumen
    p0
    Umgebungsdruck
    p
    Behälterdruck

Claims (16)

  1. Füllanordnung aus einer Füllvorrichtung und einem vorbestimmten zylindrischen Behälter (2), dessen konzentrische Behälteröffnung (21) einen Durchmesser (dDo) aufweist, der 70 bis 99,5 % des Behälterinnendurchmessers (dDi) beträgt, wobei die Füllvorrichtung ein Füllventil (1) aufweist, das einen in einem Füllrohr (11,112) steuerbar geführten Kolben (10,100) aufweist, wobei
    das Füllventil (1) einen Außendurchmesser (dFa) aufweist, der an den Durchmesser (dDo) der Behälteröffnung (21) angepasst ausgebildet ist, und
    die Füllvorrichtung eine Relativbewegung zwischen dem Füllventil (1) und dem Behälter (2) bereitstellt, wobei eine Füllspitze des Füllventils (1) koaxial in den Behälter (2) durch die Behälteröffnung (21) einführbar ist,
    wobei die zum Einführen vorbestimmte Füllspitze des Füllventils (1) ein Volumen (VF) aufweist, das in dem Behälter (2) ein Volumen im Bereich von 49 bis 99 % des Behältervolumens (VD) einnimmt, und wobei
    die Füllanordnung ein Dichtelement (14) aufweist, das zur Abdichtung des Übergangs zwischen Füllventil (1) und Behälter (2) an der Behälteröffnung (21) um das Füllventil (1) anordenbar ist,
    und die Füllvorrichtung rückluftrohrlos und frei von Messmitteln zur Überwachung der Füllmenge ausgebildet ist, wobei
    die Füllanordnung so konfiguriert ist, dass das Dichtelement (14) zur Einstellung eines Solldrucks (p) in dem abgedichteten Behälter (2) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, der von dem Solldruck (p) abhängig ist, vor oder während des Einführens des Füllventils (1) in den Behälter (2) an der Behälteröffnung (21) um das Füllventil (1) anordenbar ist, und wobei
    die Relativbewegung zwischen dem Füllventil (1) und dem Behälter (2) steuerbar ist, sodass durch eine Steuerungsvorrichtung der Füllanordnung eine Geschwindigkeit einer Aufwärtsbewegung des Füllventils (1) mit einer Einströmgeschwindigkeit des Fluids zur Durchführung eines unterschichtigen Befüllvorgangs von unten nach oben abstimmbar ist, sodass eine Stirnfläche des Ventils (1) mit der Ventilöffnung immer unterhalb eines Fluidspiegels in einem Spaltvolumen (ΔV) liegt, das durch die Differenz zwischen dem Behältervolumen (VD) und dem eingeführten Füllventilvolumen (VF) definiert wird.
  2. Füllanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Füllventil (1) an der Füllspitze um das Füllrohr (11) ein Trennrohr (12) aufweist, das unabhängig von dem Füllrohr (11) und dem Kolben (10) gesteuert verfahrbar ist.
  3. Füllanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Füllrohr (11) als ein kombiniertes Trenn-Füllrohr (112) ausgebildet ist, dessen Außendurchmesser (dFa) an den Durchmesser (dDo) der Behälteröffnung (21) angepasst ausgebildet ist, wobei der gesteuert geführte Kolben (100) zusätzlich zu einer ersten geöffneten Stellung, in der der Kolben (100) proximal zu einem Dichtsitz (13) des Trenn-Füllrohrs (112) angeordnet ist, zumindest eine zweite geöffnete Stellung aufweist, in der der Kolben (100) distal zu dem Dichtsitz (13) des Trenn-Füllrohrs (112) angeordnet ist und in der der Kolben (100) innerhalb des Trenn-Füllrohrs (112) ein Verdrängungsvolumen (Vv) begrenzt, das mit dem Spaltvolumen (ΔV) das vorbestimmte Füllvolumen des Behälters (2) ergibt, wobei das kombinierte Trenn-Füllrohr (112) einen vergrößerten Innendurchmesser (dFi) aufweist und daher bei gleichem Außendurchmessers (dFa) dünnwandig ist, und wobei der gesteuert geführte Kolben (100) als ein aufgeweiteter Kolben (100) ausgebildet ist, dessen Durchmesser (dK) an den Innendurchmesser (dFi) des Trenn-Füllrohrs (112) angepasst vergrößert ist.
  4. Füllanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Füllanordnung einen Volumenkompensatoraufsatz (15) aufweist, der zwischen dem Dichtelement (14) und der Behälteröffnung (21) um das Füllventil (1) angeordnet ist,
    wobei bevorzugt das Dichtelement (14) oder der Volumenkompensatoraufsatz (15) ein Ventil, bevorzugt ein Rückschlag- oder Überströmventil, aufweisen.
  5. Füllanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Füllventil (1) an einer zu einem Behälterboden (22) weisenden Stirnseite des Füllrohres (11), des Trennrohres (12) oder des kombinierten Trenn-Füllrohrs (112) radiale Strömungskanäle oder Abstandshalter, bevorzugt elastische oder federnde Abstandshalter und/oder eine einseitig wirkende Ringdichtung (18) aufweist.
  6. Füllanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Füllventil (1) entlang der Füllspitze an zumindest einem Abschnitt oder um einen Abschnitt des Füllrohrs (11) oder des Trennrohrs (12) einen elastisch expandierbaren Körper (17) aufweist,
    und/oder
    dass das Füllventil (1) an der Füllspitze einen sich zur Stirnseite hin verjüngenden Zentrierabschnitt (19) aufweist.
  7. Verfahren zum Befüllen eines zylindrischen Behälters (2) mit einem Fluid unter Verwendung einer Füllanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte
    a) Durchführen einer Relativbewegung zwischen dem geschlossenen Füllventil (1) und dem Behälter (2), wobei die Füllspitze des Füllventils (1) durch die Behälteröffnung (21) in dem Behälter (2) aufgenommen wird, wobei in dem Behälter (2) zuvor vorhandenes Gas entsprechend einem Volumen (VF) der aufgenommenen Füllspitze des Füllventils (1) aus dem Behälter (2) verdrängt oder im Behälter (2) komprimiert wird, dabei
    a0) zu einem Zeitpunkt vor oder während Schritt a) Abdichten der Behälteröffnung (21) um das Füllventil (1) mit einem Dichtelement (14), wobei der Zeitpunkt des Abdichtens einen Druck (p) bestimmt, der nach vollständigem Einführen des Füllventils (1) in dem abgedichteten Behälter (2) in einem Spaltvolumen (ΔV) vorliegt, das durch die Differenz zwischen dem Behältervolumen (VD) und dem eingeführten Füllventilvolumen (VF) definiert wird,
    b) Öffnen des Füllventils (1) und einströmen Lassen des Fluids in den Behälter (2) für einen unterschichtigen Befüllvorgang von unten nach oben,
    c) Abstimmen einer relativen Aufwärtsbewegung des Füllventils (1) innerhalb des Behälters (2) bis zur Behälteröffnung (21) nach einem vorbestimmten Steuerungsparameter, der das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter (2) berücksichtigt, wobei die Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung mit der Einströmgeschwindigkeit des Fluids abgestimmt ist, sodass die Stirnfläche des Ventils (1) mit der Ventilöffnung immer unterhalb des Fluidspiegels im Spaltvolumen (ΔV) liegt,
    d) Schließen des Füllventils (1), wenn das vorbestimmte Füllvolumen in dem Behälter (2) erreicht ist, und
    e) Entfernen des geschlossenen Füllventils (1) aus dem Behälter (2).
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    wobei in Schritt a) das Füllventil (1) bis zu einer vorbestimmten Distanz zu einem Boden (22) des Behälters (2) oder vollständig in den Behälter (2) aufgenommen wird, bis die Stirnfläche des Füllventils (1) den Boden (22) direkt oder indirekt über den Abstandshalter kontaktiert.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Füllventil (1) um das Füllrohr (11) ein Trennrohr (12) aufweist,
    wobei in Schritt a) das Füllventil (1), das das Trennrohr (12) aufweist, mit der Füllspitze in dem Behälter (2) aufgenommen wird und zwischen dem unteren Ende des Trennrohrs (12) und dem Behälterboden (22) ein axialer Spalt (A) verbleibt, umfassend die Schritte
    b0) Überführen des Kolbens (10) in eine geöffnete Stellung des Füllventils (1) zum einströmen Lassen des Fluids durch den axialen Spalt (A) in ein radiales Spaltvolumen (ΔV) zwischen der Behälterwand (20) und dem Trennrohr (12), wobei das Fluid in das radiale Spaltvolumen (ΔV) einströmt, bis ein Druckausgleich zwischen einem voreingestellten Fülldruck und einem vorbestimmbaren Behälterdruck (p) vorliegt, wodurch eine Füllhöhe (h) in dem radialen Spaltvolumen (ΔV) bestimmt wird,
    b1) Durchführen einer relativen Aufwärtsbewegung des Füllrohrs (11) mit dem Kolben (10) in geöffneter Stellung innerhalb des Trennrohrs (12), das in seiner Position relativ zum Behälterboden (22) verbleibt, wobei das Trennrohr (12) mit Fluid gefüllt wird,
    b2) in einer vorbestimmten Höhe (H) Beenden der relativen Aufwärtsbewegung des Füllrohrs (11) und Überführen des Kolbens (10) in Schließstellung,
    d1) Zurückziehen des Trennrohres (12), wenn in Schritt b2) die vorbestimmte Höhe (H) in einem Bereich der Behälteröffnung (21) liegt und der Behälter (2) vollständig gefüllt ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die in dem radialen Spaltvolumen (ΔV) erreichbare Füllhöhe (h) kleiner als eine durch den Behälter (2) in dem radialen Spaltvolumen (ΔV) vorgegebene maximale Füllhöhe (hmax) ist,
    umfassend die Schritte
    a1) Durchführen einer relativen Abwärtsbewegung des Füllrohrs (11) mit dem Kolben (10) in Schließstellung nach Schritt b2) und vor d1), wobei das in dem Trennrohr (12) bis zur vorbestimmten Höhe (H) vorliegende Fluidvolumen durch den axialen Spalt (A) in das radiale Spaltvolumen (ΔV) gedrückt wird,
    und gegebenenfalls Wiederholen der Schritte b0) bis a1), bis in Schritt a1) das Spaltvolumen (ΔV) vollständig bis zur maximalen Füllhöhe (hmax) gefüllt ist,
    c1) Aufwärtsbewegen des Füllrohrs (11) mit dem Kolben (10) in geöffneter Stellung innerhalb des Trennrohres (12) bis zu der vorbestimmten Höhe (H), die in einem Bereich der Behälteröffnung (21) liegt, wobei das Trennrohr (12) mit Fluid gefüllt wird, d1) nach Schritt b2) Zurückziehen des Trennrohrs (12), wobei das im Trennrohr (12) vorliegende Fluid im Behälter (2) verbleibt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei vor Durchführung des Befüllvorgangs zur Füllung des radialen Spaltvolumens (ΔV) in einem einzigen Schritt a1) das Festlegen einer ersten vorbestimmten Höhe (H1) in einem ersten Schritt b) in Abhängigkeit der mit dem voreingestellten Fülldruck und dem vorbestimmbaren Behälterdruck (p) in Schritt b0) erreichbaren Füllhöhe (h) in dem radialen Spaltvolumen (ΔV) erfolgt, sodass ein Volumen, das in dem Trennrohr (12) durch das Füllrohr (11) in der ersten vorbestimmten Höhe (H) begrenzt wird, einer Volumendifferenz des Spaltvolumens (ΔV) zwischen der maximale Füllhöhe (hmax) und der erreichbaren Füllhöhe (h) entspricht.
  12. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 11, wobei
    der vorbestimmte Steuerungsparameter eine voreingestellte Füllzeit ist, die sich aus einem vorbestimmten Füllvolumen in dem Behälter (2) und einem eingestellten Füllvolumenstrom der Füllvorrichtung ergibt, wobei das Schließen des Füllventils (1) in Schritt d) nach der vorbestimmten Füllzeit erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
    wobei
    die Füllvorrichtung einen Volumenkompensatoraufsatz (15) aufweist, der vor dem Befüllvorgang beim Abdichten der Behälteröffnung (21) um das Füllventil (1) zwischen der Behälteröffnung (21) und dem Dichtelement (14) angeordnet wird, wobei ein Volumen eines Ringspalts (15'), der zwischen dem Volumenkompensatoraufsatz (15) und dem Füllventil (1) gebildet wird, einem verdrängten Volumen entspricht, das durch einen Teil des Füllventils (1) verursacht wird, der beim Schließen des Füllventils (1) in Schritt d) innerhalb des Behälters (2) vorliegt, sodass das Fluid, das bei Füllung des Behälters (2) in den Schritten b) und c) bis in den Ringspalt (15') eingeströmt ist, beim Zurückziehen des geschlossenen Füllventils (1) in Schritt e) in den Behälter (2) nachläuft, sodass in dem Behälter (2) das vorbestimmte Füllvolumen vorliegt,
    und/oder wobei
    durch Anordnung eines Rückschlag- oder Überströmventils (16) in dem Dichtelement (14) oder in dem Volumenkompensatoraufsatz (15) verhindert wird, dass der Druck (p) in dem Behälter (2) einen für den Füllvorgang vorbestimmten Höchstdruck überschreitet.
  14. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 13, wobei das Füllventil (1) ein kombiniertes Trenn-Füllrohr (112) und einen gesteuert geführten Kolben (100) aufweist, der zusätzlich zu einer ersten geöffneten Stellung, in der der Kolben (100) proximal zu einem Dichtsitz (13) des Trenn-Füllrohrs (112) angeordnet ist, zumindest eine zweite geöffnete Stellung, in der der Kolben (100) distal zu dem Dichtsitz (13) des Trenn-Füllrohrs (112) angeordnet ist und in der der Kolben (100) innerhalb des Trenn-Füllrohrs (112) ein Verdrängungsvolumen (Vv) begrenzt, das mit dem Spaltvolumen (ΔV) das vorbestimmte Füllvolumen des Behälters (2) ergibt, wobei das kombinierte Trenn-Füllrohr (112) einen vergrößerten Innendurchmesser (dFi) aufweist und daher bei gleichem Außendurchmessers (dFa) dünnwandig ist, und wobei der gesteuert geführte Kolben (100) als ein aufgeweiteter Kolben (100) ausgebildet ist, dessen Durchmesser (dK) an den Innendurchmesser (dFi) des Trenn-Füllrohrs (112) angepasst vergrößert ist,
    umfassend die Schritte
    b0) Überführen des Kolbens (100) in die erste geöffnete Stellung des Füllventils (1) zum einströmen Lassen des Fluids in ein radiales Spaltvolumen (ΔV) zwischen der Behälterwand (20) und dem Trenn-Füllrohr (112), und
    b1.1) Durchführen einer Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs (112) mit dem Kolben (100) in geöffneter Stellung, wobei das Fluid weiter in das radiale Spaltvolumen (ΔV) einströmt, bis in dem radialen Spaltvolumen (ΔV) eine vorbestimmbare, von dem voreingestellten Fülldruck und einem vorbestimmbaren Behälterdruck (p) abhängige Füllhöhe erreicht ist,
    b2) in einer zweiten vorbestimmten Höhe (H2) Beenden der Aufwärtsbewegung des Trenn-Füllrohrs (112) und Überführen des Kolbens (100) in Schließstellung, wobei die zweite vorbestimmte Höhe (H2) in Abhängigkeit der in b1.1) erreichbaren Füllhöhe in dem radialen Spaltvolumen (ΔV) vor dem Befüllvorgang festgelegt wird, sodass ein Volumen, das unter dem Trenn-Füllrohr (112) in der zweiten vorbestimmten Höhe (H2) begrenzt wird, einer Volumendifferenz des Spaltvolumens (ΔV) zwischen der maximalen Füllhöhe (hmax) und der in b1.1) erreichbaren Füllhöhe (h) entspricht,
    a1) vollständig Einführen des Trenn-Füllrohrs (112) mit dem Kolben (100) in Schließstellung,
    und nach erneutem Durchführen von Schritt b0),
    c1) Überführen des Trenn-Füllrohrs (112) in eine Position, in der ein axialer Spalt (A) zwischen dem unteren Ende des Trenn-Füllrohrs (112) und dem Behälterboden (22) verbleibt, und Überführen des Kolbens (100) in die zweite geöffnete Stellung des Füllventils (1), so dass innerhalb des Trenn-Füllrohrs (112) ein Verdrängungsvolumen (Vv) bereitgestellt wird, welches das in das Spaltvolumen (ΔV) eingeströmte Fluidvolumen zum vorbestimmten Füllvolumen ergänzt, wobei das Trenn-Füllrohr (112) mit Fluid gefüllt wird,
    d1) wenn in Schritt c1) die zweite geöffnete Stellung erreicht ist, Zurückziehen des Trenn-Füllrohres (112) bis der Kolben (100) in Schließstellung ist, wobei das Fluid aus dem Trenn-Füllrohr (112) in den Behälter (2) übergeht, sodass dieser vollständig gefüllt ist.
  15. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 14, wobei das Füllventil (1) einen elastisch expandierbaren Körper (17) aufweist, der in Schritt a) vollständig in dem Behälter (2) aufgenommen ist,
    umfassend die Schritte
    a1) nach dem vollständiges Einführen des geschlossenen Füllventils (1) durch die Behälteröffnung (21) in den Behälter (2) in Schritt a) expandieren Lassen des elastisch expandierbaren Körpers (17), bis dieser
    a2) an den Innenflächen des Behälters (2) und, falls eingesetzt, an der Innenfläche des Volumenkompensatoraufsatzes (15) anliegt,
    b1) Überführen des Kolbens (100) in die geöffnete Stellung des Füllventils (1) zum einströmen Lassen des Fluids, wobei der elastisch expandierbare Körper (17) in Schritt b1a) komprimiert wird, bis er in Schritt b1b) an dem Füllventil (1) anliegt und das radiale Spaltvolumen zwischen der Behälterwand (20) und dem Füllventil (1) und, falls eingesetzt, der Ringspalt zwischen dem Volumenkompensatoraufsatz (15) und dem Füllventil (1) gefüllt ist,
    b2) Durchführen einer Aufwärtsbewegung des Füllrohrs (11) mit dem Kolben (10) in geöffneter Stellung bis zu einer vorbestimmten Höhe (H) in einem Bereich der Behälteröffnung (21).
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der elastisch expandierbare Körper (17) an dem oder um das Trennrohr (12) angeordnet ist,
    umfassend die Schritte
    während Schritt b2) Belassen des Trennrohrs (12) in der vollständig eingeführten Position während der Aufwärtsbewegung des Füllrohrs (11) mit dem Kolben (10) in geöffneter Stellung, wobei das Trennrohr (12) mit Fluid gefüllt wird,
    d1) Schließen des Füllventils (1), wenn in Schritt b2) die vorbestimmte Höhe (H) in dem Bereich der Behälteröffnung (21) erreicht ist und der Behälter (2)vollständig gefüllt ist,
    d2) Zurückziehen des Trennrohres (12) und
    e) Zurückziehen des geschlossenen Füllventils (1).
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