WO2020052976A1

WO2020052976A1 - Vorrichtung und verfahren zum befüllen von behältern mit einem flüssigen füllgut

Info

Publication number: WO2020052976A1
Application number: PCT/EP2019/072929
Authority: WO
Inventors: Ludwig Clüsserath; Dieter-Rudolf Krulitsch
Original assignee: Khs Gmbh
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2020-03-19
Also published as: US11639288B2; DE102018122062B4; CN112672972B; EP3849934A1; CN112672972A; US20210387841A1; DE102018122062A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (1) zum Befüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut (3), umfassend zumindest ein Füllelement (22) zum Befüllen des Behälters (2), eine Produktzuführleitung (4) zum Zuführen des Füllgutes (3), wenigstens ein Schaltventil (6) zum Schalten des Füllgutstromes zu dem zumindest einen Füllelement (22) und wenigstens ein dem Schaltventil (6) vorgeordnetes Steuerventil (7) zum Steuern des das Schaltventil (6) durchströmenden Füllgutstromes. Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung, dass die Vorrichtung (1) mindestens ein zwischen dem Schaltventil (6) und dem Steuerventil (7) angeordnetes Füllgefäß (8, 9) und eine zwischen dem Schaltventil (6) und dem Steuerventil (7) angeordnete Volumenmesseinrichtung (5) aufweist. Das mindestens eine Füllgefäß (8, 9) stellt eine mittels der Volumenmesseinrichtung (5) per Volumenmessung vordosierte Füllgutmenge (10) des Füllgutes (3) zur Abgabe über das Schaltventil (6) an das Füllelement (22) bereit.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen

Füllgut

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut gemäß Pa- tentanspruch 16.

Die Erfindung betrifft Behälterbehandlungsmaschinen in der Getränkeindustrie, insbe- sondere Behälterbehandlungsmaschinen mit Leistungen von mehr als 10000 Behäl- tern pro Stunde, insbesondere Behälterbehandlungsmaschinen mit einer Leistung von mehr als 50000 Behältern pro Stunde. Insbesondere betrifft die Erfindung Behälterbe- handlungsmaschinen, welche als so genannte Füllmaschinen oder Füller für die Be- füllung der Behälter mit flüssigem Füllgut, insbesondere mit Getränken ausgebildet und eingerichtet sind. Derartige Vorrichtungen und Verfahren zum Befüllen von Behäl- tern mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere auch zum Druckfüllen, sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt.

Unter„Freistrahlfüllen“ oder„Freistrahlbefüllung“ wird im Rahmen der vorliegenden Er- findung ein Füllsystem bzw. ein Füllverfahren verstanden, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter ab dem Flüssigkeitsventil in einem freien Füllstrahl oder Füllgutstrahl zuströmt, wobei die Strömung des Füllgutes nicht durch Leitelemente wie z.B. Ableitschirme, Drallkörper, kurze oder lange Füllrohre beeinflusst oder verändert wird.

Freistrahlfüllen kann sowohl drucklos, also auch unter Druck erfolgen. Bei der druck- losen Freistrahlfüllung weist der Behälter Umgebungsdruck auf, wobei der Behälter in der Regel mit seiner Behältermündung oder -Öffnung nicht am Füllelement anliegt, sondern von dem Füllelement bzw. von einer vorgesehenen Abgabeöffnung beab- standet ist. Liegt der Behälter bei der drucklosen Freistrahlfüllung doch mit seiner Be- hältermündung am Füllelement an, so stellt ein Gasweg eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Behälters und der Umgebung her, wodurch eine drucklose Fül- lung ermöglicht wird. Bevorzugt entweicht über diesen Gasweg auch das im Behälter enthaltene und durch das in den Behälter einströmende Getränk verdrängte Gas in die Umgebung.

Erfolgt die Freistrahlfüllung unter einem vom Umgebungsdruck abweichenden Druck, so wird der Behälter mit seiner Mündung gegen das Füllelement angepresst und ab- gedichtet, der Druck im Innenraum des Behälters wird durch Beaufschlagung mit ei- nem Spanngas (Inertgas bzw. C02-Gas) oder durch Beaufschlagung mit einem Unter- druck auf diesen, vom Umgebungsdruck abweichenden Druck eingestellt, welcher so- wohl über, als auch unter dem Umgebungsdruck liegen kann.

In Dichtlage mit dem Füllelement befindlicher Behälter bedeutet im Sinne der vorlie- genden Erfindung, dass der jeweils zu füllende Behälter in der dem Fachmann be- kannten Art und Weise mit seiner Behältermündung dicht an das Füllelement bzw. an eine dortige, die wenigstens eine Abgabeöffnung umgebende Dichtung angepresst liegt.

Auch ist das„Blitzbefüllen“ bekannt, unter dem im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Füllsystem bzw. ein Füllverfahren verstanden wird, bei dem das Produkt zur Fül lung mit einer sehr hohen Geschwindigkeit, nämlich insbesondere blitzartig oder blitz- schnell, in den zu befüllenden Behälter, in der Regel eine Flasche, abgegeben wird. Dies wird durch den„Blitzfüllmechanismus“ verwirklicht, bei dem das Füllgut blitzartig oder blitzschnell aus dem Vorlagegefäß in die Flasche gedrückt wird, wobei Dampfat- mosphäre in der Flasche sowie ein Überdruck im Vorlagegefäß und Unterdrück in der Flasche herrscht und wobei der Dampf in der Flasche durch den ersten Kontakt mit dem Füllgut zu Wasser kondensiert. Problematisch bei der Blitzfüllung ist die Bestim- mung der Füllmenge bzw. Füllhöhe, da die Füllgeschwindigkeit so hoch ist und damit die Füllzeit gering ist. Die reine Füllzeit beträgt bei der Blitzfüllung von Flaschen mit einem Fassungsvolumen von 0,33 oder 0,5 Litern beispielsweise lediglich 300-800 ms.

Ähnlich schnell laufen auch so genannte Form-Fill-Prozesse ab. Bei derartigen Form- Fill-Prozessen werden aus den vorgelegten bzw. bereitgestellten Preforms die fertigen Behälter nicht mittels Streckblasen unter der Verwendung von Druckluft hergestellt, sondern direkt unter Verwendung und Einbringen des abzufüllenden Füllguts. Es ist bekannt, zur Bestimmung des in den jeweiligen Behälter abgefüllten Flüssig keitsvolumens oder der Flüssigkeitsmenge so genannte Massendurchflussmesser o- der MIDs (Magnetisch-induktive Durchflussmesser) zu verwenden, wobei diese eine Messstrecke aufweisen, welche stets vollständig mit Füllgut befüllt ist.

Innerhalb der sehr kurzen Füllzeit muss die zur Füllung anstehende Flüssigkeitssäule von der Geschwindigkeit“Null“ auf eine Maximalgeschwindigkeit beschleunigt und an- schließend auch wieder abgebremst werden. Dies führt mitunter zu Turbulenzen, Querströmungen, ausgasendes C02-Gas oder dergleichen.

Nachteilig ist bei diesen bekannten Verfahrensweisen u.a., dass diese Beschleunigun- gen auch für die in der Messstrecke befindliche Füllgutmenge gelten. So kann daher nicht garantiert werden, dass bei einer Messung mittels MIDs oder Massendurchfluss- messer innerhalb der nur sehr kurzen, für die Messung zur Verfügung stehenden Zeit spanne bzw. Messfrequenz, eine ausreichende Messgenauigkeit erzielt werden kann. Eine Gewährleistung, dass die befüllten Behälter somit ihr gefordertes Nenn- bzw. Soll-Volumen sicher aufweisen, kann folglich nicht gegeben werden.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vor- richtung zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut bereitzustellen, die die vorgenannten Nachteile aus dem Stand der Technik vermeidet und mit der insbe- sondere beim Freistrahlfüllen, Blitzbefüllen oder bei Form-Fill-Prozessen die Behälter exakt mit ihrem geforderten Nenn- bzw. Sollvolumen befüllt werden können und die damit eine sichere und präzise Messgenauigkeit des abgefüllten Füllgutes in den Be- hältern ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem flüssi gen Füllgut gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Ein ent- sprechendes Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut ist Ge- genstand des nebengeordneten Patentanspruchs 16. Die jeweiligen Unteransprüche be- treffen dabei besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung. Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, umfassend zumindest ein Füllelement zum Be- füllen des Behälters, eine Produktzuführleitung zum Zuführen des Füllgutes, wenigstens ein Schaltventil zum Schalten des Füllgutstromes zu dem zumindest einen Füllelement und wenigstens ein dem Schaltventil vorgeordnetes Steuerventil zum Steuern des das Schalt- ventil durchströmenden Füllgutstromes. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Vor- richtung ein Teil einer Anlage bzw. genauer gesagt, ein Teil einer Abfüllanlage ist. Diese Anlage und ihr Aufbau wird im weiteren Verlauf der Beschreibung vernachlässigt, da der allgemeine Aufbau dieser Anlagen bzw. Abfüllanlagen hinlänglich bekannt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens ein zwischen dem Schaltventil und dem Steuerventil angeordnetes Füllgefäß und mindestens eine zwischen dem Schaltventil und dem Steuerventil angeordnete Volumenmesseinrichtung auf. Das mindestens eine Füllgefäß stellt dabei eine mittels der Volumenmesseinrichtung per Volumenmessung vordosierte Füllgutmenge des Füllgutes zur Abgabe über das Schaltventil an das Füllelement bereit. Anders gesagt, wird die in den zu befüllenden Behälter abzufüllende Menge bereits vor der„eigentlichen“ Abfüllung abgemessen und separat bereitgestellt bzw. einfach zwischengelagert. Dies hat den Vorteil, dass wäh- rend der zu befüllende Behälter durch Evakuieren, Vorspannen, Verschließen, Trans- fer für die Befüllung, etc. vorbereitet wird, ein ausreichend langer Zeitraum für die Be- reitstellung und das Abmessen des Füllgutes zur Verfügung steht. Dadurch wird eine exakte Messgenauigkeit der Füllgutmenge erreicht. Anschließend kann dann die vor- dosierte Füllgutmenge aus dem Füllgefäß mit dem an den Behälter geforderten Nenn- bzw. Sollvolumen in den Behälter abgefüllt werden, und zwar vorteilhaft in einer sehr hohen Geschwindigkeit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Produktzuführleitung ein erster Regelkreis zugeordnet, der einen ersten Druck- sensor zur Erfassung des Drucks in der Produktzuführleitung, wenigstens ein erstes Regel- und Steuerventil und eine erste Regel- und Steuereinheit umfasst. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vor- richtung ist dem ersten Regelkreis eine Verteilereinrichtung nachgeordnet, die das Füllgut zu dem mindestens einen Füllelement führt. Somit wird die Füllgeschwindigkeit, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Füllgut der Verteilereinrichtung beim Füllen des Füllgefäßes zufließt, unter Verwendung des ersten Regelkreises geregelt.

Besonders bevorzugt ist die Verteilereinrichtung als ein Füllgutkessel ausgebildet, der während des Füllbetriebes mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt ist und zwar unter Aus- bildung eines unteren Flüssigkeitsraumes und eines oberen Gasraumes, der mit einem unter Fülldruck stehenden Spanngas gefüllt ist. Das Spanngas, das vorzugsweise als C02-Gas ausgebildet ist, kann dem Füllgutkessel beispielsweise über eine nicht weiter erläuterte Zuleitung zugeführt werden.

Gemäß einer nochmals vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das mindestens eine Füllgefäß als ein Vorlagegefäß oder als ein Mess- und/oder Dosiergefäß ausgebildet, das die mittels der Volumenmesseinrichtung per Volumenmessung vordosierte Füllgutmenge des Füllgutes zur Abgabe über das Schaltventil an das Füllelement bereitstellt.

Besonders vorteilhaft ist die Volumenmesseinrichtung dem mindestens einem Vorlage- gefäß vorgeordnet und als ein Durchflussmesser ausgebildet. Als Durchflussmesser können beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Durchflussgeräte bei der Er- findung Anwendung finden, wie beispielsweise Volumendurchflussmesser oder Mas- sendurchflussmesser. Bevorzugt wird hier ein magnetisch-induktiver Durchflussmes- ser (MID) als Volumenmesseinrichtung ausgebildet, der die Volumenmessung für die Vordosierung des Füllgutes für das mindestens eine Vorlagegefäß vornimmt, sprich die Durchflussmenge der Füllgutmenge bestimmt.

Gemäß einer nochmals vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dem mindestens einem Vorlagegefäß ein zweiter Regelkreis zugeord- net, der zumindest einen zweiten Drucksensor zur Erfassung des Drucks in dem min- destens einen Vorlagegefäß, wenigstens ein zweites Regel- und Steuerventil und eine zweite Regel- und Steuereinheit umfasst. Besonders bevorzugt ist dem zweiten Regelkreis des mindestens eines Vorlagegefä- ßes eine Druckregeleinrichtung zur gesteuerten und/oder geregelten Zuführung eines Spanngases an das mindestens eine Vorlagegefäß zugeordnet. Der zweite Regelkreis kann somit beispielsweise als ein Druckregelkreis ausgebildet sein.

Gemäß einer nochmals vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl von Vorlagegefäßen. Dabei sind jedem Vorlagegefäß jeweilige entsprechende weitere Regelkreise zugeordnet und fer- ner Schieberventile zwischen dem Schaltventil und dem Steuerventil vorgesehen, mit- tels denen der Füllgutstrom in und aus den jeweiligen Vorlagegefäßen mittels der Schieberventile schaltbar ist.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als Füllmaschine umlaufen- der Bauart mit einer Vielzahl von Füllelementen an einem um eine vertikale Maschi- nenachse umlaufend antreibbaren Rotor ausgebildet, wobei das Füllgut für die Füllele- mente in dem ebenfalls am Rotor vorgesehenen und mit dem Füllgut teilgefüllten Füll gutkessel bereitgestellt ist, wobei aber auch alle anderen aus dem Stand der Technik bekannten Bauarten von Füllmaschinen bei der Erfindung Anwendung finden können, ohne dass hierdurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.

Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung fungiert das mindestens eine Mess- und/oder Dosiergefäß selbst als Vo- lumenmesseinrichtung. Besonders vorteilhaft ist zum Befüllen des mindestens einen Mess- und/oder Dosiergefäßes ein mit einem gesteuerten Antrieb angetriebenes Kol- ben-Zylinder-System vorgesehen. Dabei ist der Antrieb vorteilhaft als ein Linearantrieb ausgebildet. Bei derartigen Mess- und/oder Dosiergefäß ist durch die Geometrie des Kolben-Zylinder-Paares und die Hubstrecke des Kolbens im Zylinder das Volumen, sprich die Füllgutmenge vorgegeben. So dient bei derartigen Mess- und/oder Dosier- gefäßen das Kolben-Zylinder-Paar sowohl als Pumpe als auch als Messeinrichtung. Gemäß einer nochmals vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Querschnitt einer Produktabführleitung nach dem wenigstens einen Schaltventilgrößer größer als ein Querschnitt der Produktzuführleitung, so dass dadurch das Füllgut noch schneller aus dem mindestens einen Füllgefäß in den Be- hälter abgefüllt werden kann.

Gemäß einer nochmals vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung derart ausgelegt und eingerichtet, dass die Zuführung des Füllgutes in das zumindest eine Füllgefäß mit einer ersten Füllgeschwindigkeit gemessen als Volumen pro Zeitz erfolgt und die Abgabe des Füllgutes aus dem zu- mindest einen Füllgefäß über das Schaltventil und Füllelement in den Behälter mit ei- ner zweiten Füllgeschwindigkeit gemessen als Volumen pro Zeit erfolgt, wobei die zweite Geschwindigkeit höher als die erste Geschwindigkeit ist. Wie die vorherige Aus- führungsvariante, ermöglicht auch diese Ausführungsvariante durch eine Geschwin- digkeitsbeaufschlagung der zweiten Füllgeschwindigkeit gegenüber der ersten Füllge schwindigkeit ein schnelles Abfüllen des Füllgutes aus dem mindestens einen Füllge fäß in den Behälter. Die Geschwindigkeitsbeaufschlagung wird beispielsweise durch eine Druckbeaufschlagung des Füllgutes in der Produktabführleitung hergestellt. Fer- ner ist auch eine Kombination beider Ausführungsvarianten - größerer Querschnitt der Produktabführleitung als auch eine zweite höhere Füllgeschwindigkeit - denkbar, so dass eine schnelle, wenn nicht sogar blitzschnelle, Befüllung des Behälters möglich ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut. Das Füllgut wird dabei über eine Produktzuführleitung wenigstens einem Schaltventil zum Schalten des Füllgutstromes zu dem zumindest einen Füllelement und wenigstens ein dem Schalt- ventil vorgeordnetes Steuerventil zum Steuern des das Schaltventil durchströmenden Füllgutstromes bis hin zu zumindest einem Füllelement zum Befüllen des Behälters geführt. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass ein zwi- schen dem Schaltventil und dem Steuerventil angeordnetes Füllgefäß und eine zwi- schen dem Schaltventil und dem Steuerventil angeordnete Volumenmesseinrichtung vorgesehen wird. Durch das mindestens eine Füllgefäß wird dann eine mittels der Vo- lumenmesseinrichtung per Volumenmessung vordosierte Füllgutmenge des Füllgutes zur Abgabe über das Schaltventil an das Füllelement bereitgestellt.

Der Kern des die Erfindung tragenden Gedankens ist im Wesentlichen darin zu sehen, dass durch das Vordosieren der Füllgutmenge bzw. durch das Bereitstellen einer vor- dosierten Füllgutmenge des Füllgutes in dem mindestens einen Füllgefäß eine sichere und genaue Messgenauigkeit des abgefüllten Füllgutes in den Behältern ermöglicht ist. Gerade durch dieses Vordosieren mittels des mindestens einen Füllgefäßes steht nämlich erheblich mehr Zeit für die Abmessung des Füllgutes zur Verfügung, was ge- nau diese exakten Messgenauigkeiten ermöglicht. Daher eignet sich die Erfindung ins- besondere auch für Vorrichtungen und Verfahren, bei denen das Füllgut schnell in die Behälter abgefüllt wird, bei denen insbesondere das Füllgut auf eine maximale Ge- schwindigkeit beim Befüllen beschleunigt wird - wie beim Blitzbefüllen oder Form-Fill- Füllen. Selbst hier kann durch die Vordosierung der Füllgutmenge das an die Behälter geforderte Nenn- bzw. Sollvolumen des Füllgutes präzise bestimmt und die Abfüllung mit ausgesprochen hoher Genauigkeit gewährleistet werden.

Der Ausdruck„im Wesentlichen“ bzw.„etwa“ bedeutet im Sinne der Erfindung Abwei- chungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abwei- chungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wur- den, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechen- den Verfahrens darstellen, so dass ein Block- oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrens- schrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vor- richtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Flardware- Apparat (oder unter Verwendung eines Flardware-Apparates) wie z. B. einen Mikro- prozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung aus- geführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Funktionsdarstellung einer beispielhaften Aus- führungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Befül- len von Behältern mit einem flüssigen Füllgut;

Fig. 2 beispielhaft eine bevorzugte Ausführungsvariante der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Funktions- darstellung;

Fig. 3 beispielhaft eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsge- mäßen Vorrichtung in einer schematischen Funktionsdarstellung; und

Fig. 4 beispielhaft eine alternative Ausführungsvariante der erfindungs- gemäßen Vorrichtung in einer schematischen Funktionsdarstel- lung.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren iden- tische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Be- zugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jewei- ligen Figur erforderlich sind. Auch ist die Erfindung in den Figuren nur als Schemataan- sicht zur Erläuterung der Arbeitsweise dargestellt. Insbesondere dienen die Darstel- lungen in den Figuren nur der Erläuterung des grundlegenden Prinzips der Erfindung. Es wurde bewusst aus Übersichtlichkeitsgründen darauf verzichtet, alle Bestandteile der Vorrichtung zu zeigen, da diese aus dem Stand der Technik bekannt sind.

Figur 1 zeigt eine schematische Funktionsdarstellung einer beispielhaften Ausfüh- rungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Befüllen von Behältern 2 mit einem flüssigen Füllgut 3, wie beispielsweise beim Freistrahlfüllen.

Die Vorrichtung 1 umfasst in der hier gezeigten Ausführungsvariante sowie in den darge- stellten Beispielen gemäß den Figuren 2, 3 und 4 stets ein Füllelement 22 zum Befüllen des Behälters 2, eine Produktzuführleitung 4 zum Zuführen des Füllgutes 3, ein Schalt- ventil 6 zum Schalten des Füllgutstromes zu dem Füllelement 22 und ein dem Schalt- ventil 6 vorgeordnetes Steuerventil 7 zum Steuern des das Schaltventil 6 durchströ- menden Füllgutstromes. Selbstverständlich ist, dass die Vorrichtung 1 als Teil einer Abfüllanlage mehr als nur ein Füllelement 22, Schaltventil 6 und Steuerventil 7 aufwei- sen kann und dass das Füllelement 22 der Vorrichtung 1 ebenso ein Bestandteil einer Füll- und Verschließeinrichtung 23 sein kann. Die Vorrichtung 1 kann somit nicht nur als Füllanlage, sondern auch als eine Füll- und Verschließanlage verstanden werden, ohne dass hierdurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.

Die Vorrichtung 1 weist erfindungsgemäß in allen dargestellten Ausführungsvarianten stets ein bzw. in Figur 3 zwei zwischen dem Schaltventil 6 und dem Steuerventil 7 angeordnete/s Füllgefäß/e 8, 9 und eine zwischen dem Schaltventil 6 und dem Steu- erventil 7 angeordnete Volumenmesseinrichtung 5 auf. Selbstverständlich können wei- tere Ausführungsvarianten auch mehr als zwei Füllgefäß/e 8, 9 und/oder mehr als eine Volumenmesseinrichtung 5 vorsehen.

Das Füllgefäß 8, 9 bzw. die zwei Füllgefäße 8, 9 stellt/stellen dabei eine mittels der Volumenmesseinrichtung 5 per Volumenmessung vordosierte Füllgutmenge 10 des Füllgutes 3 zur Abgabe über das Schaltventil 6 an das Füllelement 22 bereit, so dass während der zu befüllende Behälter 2 beispielsweise durch ein Evakuieren, Vorspan- nen, Verschließen, Transfer für die Befüllung, etc. vorbereitet wird, ein ausreichend langer Zeitraum für das Vordosieren der Füllgutmenge 10 zur Verfügung steht. An- schließend kann dann die vordosierte Füllgutmenge 10 aus dem Füllgefäß 8, 9 bzw. aus den Füllgefäßen 8, 9 an den Behälter 2 mit einer exakten Messgenauigkeit abge- füllt werden. Daher eignet sich die Erfindung insbesondere auch für Vorrichtungen 1 und Verfahren, bei denen das Füllgut 3 schnell in die Behälter 2 abgefüllt werden muss, wie beispielsweise beim Blitzbefüllen oder Form-Fill-Füllen.

Um das Füllgut 3 besonders schnell aus dem Füllgefäß 8, 9 bzw. aus den Füllgefäßen 8, 9 in den Behälter 2 abzufüllen, ist beispielsweise vorgesehen, dass ein Querschnitt eines nach dem Schaltventil 6 angeordneten Produktleitungsabschnittes 20 größer ist als ein Querschnitt der vor dem Schaltventil 6 angeordneten Produktzuführleitung 4.

Ebenso bzw. alternativ kann die Vorrichtung 1 beispielsweise derart ausgelegt und eingerichtet sein, dass die Zuführung des Füllgutes 3 in das Füllgefäß 8, 9 bzw. die Füllgefäße 8, 9 mit einer ersten Füllgeschwindigkeit V1 gemessen als Volumen pro Zeitz erfolgt und die Abgabe des Füllgutes 3 aus dem Füllgefäß 8, 9 bzw. den Füllge fäßen 8, 9 über das Schaltventil 6 und Füllelement 22 in den Behälter 2 mit einer zwei- ten Füllgeschwindigkeit V2 gemessen als Volumen pro Zeit erfolgt, wobei die zweite Geschwindigkeit V2 höher ist als die erste Geschwindigkeit V1 . Die Füllgeschwindig- keit gemessen als Volumen pro Zeit ist vorliegend auch der Produktstrom oder Füllstrom zu verstehen. Beispielsweise kann die zweite Füllgeschwindigkeit V2 dabei in einem Bereich von 0,5 l/s (Liter pro Sekunde) bis 2 l/s, insbesondere bei rund 1 l/s oder 1 ,5 l/s liegen und damit die übliche Füllgeschwindigkeit einer Blitzbefüllung errei- chen. Entsprechend kann die erste Füllgeschwindigkeit V1 deutlich geringer sein als 1 l/s, insbesondere deutlich geringer als 0,5 l/s, so dass eine Volumenbestimmung mit- tels Durchflussmessung in präziser Art und Weise ermöglicht ist. Dadurch kann insbe- sondere sichergestellt werden, dass dadurch ein schnelles Abfüllen des Füllgutes 3 aus dem Füllgefäß 8, 9 bzw. den Füllgefäßen 8, 9 in den Behälter 2 ermöglich ist.

In Figur 2 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrich- tung 1 in einer schematischen Funktionsdarstellung dargestellt. Wie schon zu Fig. 1 beschrieben, weist die Vorrichtung 1 in dieser Ausführungsvariante ein zwischen dem Schaltventil 6 und dem Steuerventil 7 angeordnetes Füllgefäß 8 und eine zwischen dem Schaltventil 6 und dem Steuerventil 7 angeordnete Volumenmesseinrichtung 5 auf. Das Füllgefäß ist hier beispielsweise als ein Vorlagegefäß 8 ausgebildet, das die mit- tels der Volumenmesseinrichtung 5 per Volumenmessung vordosierte Füllgutmenge 10 des Füllgutes 3 zur Abgabe über das Schaltventil 6 an das Füllelement 22 bereit- stellt. Zudem ist die Volumenmesseinrichtung in dieser Ausführungsvariante als ein Durchflussmesser 5 ausgebildet, mittels dem das der Vorrichtung 1 über eine Produkt- zuführleitung 4 dem Vorlagegefäß 8 zugeführte flüssige Füllgut 3, also die Füllgut menge 10, erfassbar ist. Insbesondere ist der Durchflussmesser 5 als magnetisch- induktiver Durchflussmesser, kurz MID, ausgebildet.

Für eine gesteuerte und geregelte Zuführung des Füllgutes 3 ist der Produktzuführlei- tung 4 der Vorrichtung 1 ein erster Regelkreis RK1 zugeordnet. Der erste Regekreis RK1 umfasst in dem hier gezeigten Beispiel einen ersten Drucksensor 13 zur Erfas- sung des Drucks in der Produktzuführleitung 4, ein erstes Regel- und Steuerventil 1 1 und eine erste Regel- und Steuereinheit 12.

Ebenso ist dem ersten Regelkreis RK1 in diesem Beispiel eine Verteilereinrichtung 24 nachgeordnet, die das Füllgut 3 zu dem Füllelement 22 führt. Somit wird die Füllge schwindigkeit, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Füllgut 3 der Verteiler- einrichtung 24 beim Füllen des Vorlagegefäßes 8 zufließt, unter Verwendung des ers- ten Regelkreises RK1 geregelt.

Wie hier ebenfalls gezeigt, ist die Verteilereinrichtung beispielsweise als ein Füllgut kessel 24 ausgebildet, der während des Füllbetriebes mit dem flüssigen Füllgut 3 teil- gefüllt ist und zwar unter Ausbildung eines unteren Flüssigkeitsraumes 24.1 und eines oberen Gasraumes 24.2, der mit einem unter Fülldruck stehenden Spanngas gefüllt ist. Das Spanngas, das vorzugsweise als C02-Gas ausgebildet ist, kann dem Füllgut kessel 24 dabei beispielsweise über eine nicht dargestellte Zuleitung zugeführt wer- den.

Dem Vorlagegefäß 8 ist zudem ein zweiter Regelkreis RK2 zugeordnet, der zumindest einen zweiten Drucksensor 18 zur Erfassung des Drucks in dem Vorlagegefäß 8, we- nigstens ein zweites Regel- und Steuerventil 15 und eine zweite Regel- und Steuer- einheit 17 umfasst. Vorzugsweise ist dem zweiten Regelkreis RK2 des Vorlagegefä- ßes 8 eine Druckregeleinrichtung 14 samt wenigstens einem zweiten Schaltventil 16 zur gesteuerten und/oder geregelten Zuführung eines Spanngases an das Vorlagege- fäß 8 zugeordnet. Der zweite Regelkreis RK2 kann somit als ein Druckregelkreis aus- gebildet sein. Vorzugsweise ist der zweite Regelkreis RK2 dann dazu ausgebildet, in dem Behälter 2 während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Abfüllung der vordosierten Füllgutmenge 10 in den Behälter 2 einen Vorspanndruck zu erzeugen, der auf einem Druckniveau unterhalb eines Überdrucks des Gasraumes 24.2 des Füllgutkessels 24 liegt bzw. ungefähr dem Druck im Füllgutkessel 24 ent- spricht, damit abzufüllendes C02-haltiges Füllgut 3 nicht in dem Behälter 2 schäumt.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrich- tung 1 in einer schematischen Funktionsdarstellung. Die in dieser Ausführungsvari- ante dargestellte Vorrichtung 1 unterscheidet sich von der Ausführungsvariante nach Figur 2 im Wesentlichen dadurch, dass nicht ein, sondern zwei Füllgefäße in Form von Vorlagegefäßen 8 vorgesehen sind. Denkbar ist aber auch, dass andere Ausführungs- Varianten mehr als zwei Vorlagegefäße 8 vorsehen können.

Jedem Vorlagegefäß 8 sind dabei jeweilige entsprechende weitere Regelkreise RK2, RK3, ... mit entsprechenden zu Figur 2 beschriebenen Ventilen 15, 16, 25, 26, Druck- sensoren 18, 28 und Regel- und Steuereinheiten 17, 27 zugeordnet. Ferner sind je- weilige Schieberventile 19 zwischen dem Schaltventil 6 und dem Steuerventil 7 vorge- sehen, wobei der Füllgutstrom in und aus den jeweiligen Vorlagegefäßen 8 mittels der Schieberventile 19 schaltbar ist. Die hier dargestellte Ausführungsvariante ist beson- ders bei Blitzfüllungen und auch bei Form-Fill-Prozessen von Vorteil, da diese Füllun gen sehr schnell ablaufen (in der Regel ca. 300ms für 500ml Füllgut). So ist die ver- fügbare Zeit zum Auffüllen eines einzigen Vorlaufgefäßes 8 unter bestimmten Bedin- gungen eventuell nicht ausreichend, um auch bei der Verwendung eines Vorlagegefä- ßes 8 eine exakte Volumenmessung über den Durchflussmesser 5 zu ermöglichen. Werden aber für jeden zu befüllenden Behälter 2 bzw. beispielsweise für jede Form- Fill-Station mindestens zwei Vorlagegefäße 8 vorgesehen, so kann man dem entge- genwirken, da während ein Behälter 2 mit einer vordefinierten Füllgutmenge 10 aus dem Vorlagegefäß 8 mit Füllgut 3 befüllt wird, parallel dazu das zweite Vorlagegefäß 8 mit der gewünschten Füllgutmenge 10 befüllt wird. Alle weiteren in den Ausführungsvarianten der Figuren 2 und 3 dargestellten Bezugs- zeichen sind bereits zu der vorherigen Figur 1 beschrieben worden und sind diesen daher zu entnehmen. Die in Figur 4 dargestellte Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 unterscheidet sich von der Vorrichtung 1 gemäß den Figuren 2 und 3 im Wesentlichen dadurch, dass das Füllgefäß als ein Mess- und/oder Dosiergefäß 9 ausgebildet ist, das die mittels der Volumenmesseinrichtung 5 per Volumenmessung vordosierte Füllgutmenge 10 des Füllgutes 3 zur Abgabe über das Schaltventil 6 an das Füllelement 22 bereitstellt.

Das Mess- und/oder Dosiergefäß 9 fungiert in dieser gezeigten Ausführungsvariante beispielsweise selbst als Volumenmesseinrichtung 5. Zum Befüllen des Mess- und/o- der Dosiergefäßes 9 ist ein mit einem gesteuerten Antrieb 21 angetriebenes Kolben- Zylinder-System 9.1 vorgesehen. Dabei ist der Antrieb vorteilhaft als ein Linearantrieb 21 ausgebildet und dient insbesondere zur Steuerung der Füllmenge 10 und der Füll geschwindigkeit. Bei derartigen Mess- und/oder Dosiergefäß ist durch die Geometrie des Kolben-Zylinder-Paares 9.1 und die Hubstrecke des Kolbens 9.2 im Zylinder 9.3 das Volumen, sprich die Füllgutmenge 10 vorgegeben. Alle weiteren hier dargestellten Bezugszeichen sind bereits zu den vorherigen Figuren 1 bis 3 beschrieben worden und sind diesen daher zu entnehmen.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es ver- steht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Behälter

3 Füllgut

4 Produktzuführleitung

5 Volumenmesseinrichtung (Massendurchflussmesser oder MID)

6 Schaltventil

7 Steuerventil

8 Füllgefäß, Vorlagegefäß

9 Füllgefäß, Mess- und/oder Dosiergefäß

9.1 Kolben-Zylinder-System

9.2 Kolben

9.3 Zylinder

10 Füllgutmenge

11 erstes Regel- und Steuerventil

12 erste Regel- und Steuereinheit

13 erster Drucksensor

14 Druckregeleinrichtung

15 zweites Regel- und Steuerventil

16 zweites Schaltventil

17 zweite Regel- und Steuereinheit

18 zweiter Drucksensor

19 Schieberventil

20 Produktabführleitung

21 Antrieb, Linearantrieb

22 Füllelement

23 Füll- und Verschließeinrichtung

24 Verteilereinrichtung

24.1 unterer Flüssigkeitsraum

24.2 oberer Gasraum 25 dritte Regel- und Steuerventil

26 drittes Schaltventil

27 dritte Regel- und Steuereinheit 28 dritter Drucksensor

V1 erster Volumenstrom

V2 zweiter Volumenstrom

RK1 erster Regelkreis

RK2 zweiter Regelkreis

RK3 dritter Regelkreis

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung (1 ) zum Befüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut (3), umfassend zumindest ein Füllelement (22) zum Befüllen des Behälters (2), eine Pro- duktzuführleitung (4) zum Zuführen des Füllgutes (3), wenigstens ein Schaltventil (6) zum Schalten des Füllgutstromes zu dem zumindest einen Füllelement (22) und we- nigstens ein dem Schaltventil (6) vorgeordnetes Steuerventil (7) zum Steuern des das Schaltventil (6) durchströmenden Füllgutstromes, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) mindestens ein zwischen dem Schaltventil (6) und dem Steuerventil (7) angeordnetes Füllgefäß (8, 9) und mindestens eine zwischen dem Schaltventil (6) und dem Steuerventil (7) angeordnete Volumenmesseinrichtung (5) aufweist, wobei das mindestens eine Füllgefäß (8, 9) eine mittels der Volumenmesseinrichtung (5) per Volumenmessung vordosierte Füllgutmenge (10) des Füllgutes (3) zur Abgabe über das Schaltventil (6) an das Füllelement (22) bereitstellt, wobei die Vorrichtung (1 ) der- art ausgelegt und eingerichtet ist, dass die Zuführung des Füllgutes (3) in das zumin- dest eine Füllgefäß (8, 9) mit einer ersten Füllgeschwindigkeit (V1 ) gemessen als Vo- lumen pro Zeit erfolgt und die Abgabe des Füllgutes (3) aus dem zumindest einen Füllgefäß (8, 9) über das Schaltventil (6) und Füllelement (22) in den Behälter (2) mit einer zweiten Füllgeschwindigkeit (V2) gemessen als Volumen pro Zeit erfolgt, wobei die zweite Geschwindigkeit (V2) höher ist als die erste Geschwindigkeit (V1 ).

2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Produkt- zuführleitung (4) ein erster Regelkreis (RK1 ) zugeordnet ist, der einen ersten Druck- sensor (13) zur Erfassung des Drucks in der Produktzuführleitung (4), wenigstens ein erstes Regel- und Steuerventil (11 ) und eine erste Regel- und Steuereinheit (12) um- fasst.

3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Regelkreis (RK1 ) eine Verteilereinrichtung (24) nachgeordnet ist, die das Füll gut (3) zu dem mindestens einen Füllelement (22) führt.

4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteiler- einrichtung als ein Füllgutkessel (24) ausgebildet ist, der während des Füllbetriebes mit dem flüssigen Füllgut (3) teilgefüllt ist und zwar unter Ausbildung eines unteren Flüssigkeitsraumes (24.1 ) und eines oberen Gasraumes (24.2), der mit einem unter Fülldruck stehenden Spanngas gefüllt ist.

5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das mindestens eine Füllgefäß als ein Vorlagegefäß (8) oder als ein Mess- und/oder Dosiergefäß (9) ausgebildet ist, das die mittels der Volumenmessein- richtung (5) per Volumenmessung vordosierte Füllgutmenge (10) des Füllgutes (3) zur Abgabe über das Schaltventil (6) an das Füllelement (22) bereitstellt.

6. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumen- messeinrichtung (5) dem mindestens einem Vorlagegefäß (8) vorgeordnet und als ein Durchflussmesser (5) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einem Vorlagegefäß (8) ein zweiter Regelkreis (RK2) zugeordnet ist, der zumindest einen zweiten Drucksensor (18) zur Erfassung des Drucks in dem mindes- tens einen Vorlagegefäß (8), wenigstens ein zweites Regel- und Steuerventil (15) und eine zweite Regel- und Steuereinheit (17) umfasst.

8. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Regelkreis (RK2) des mindestens eines Vorlagegefäßes (8) eine Druckregeleinrich- tung (14) zur gesteuerten und/oder geregelten Zuführung eines Spanngases an das mindestens eine Vorlagegefäß (8) zugeordnet ist.

9. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) eine Mehrzahl von Vorlagegefäßen (8) umfasst, wobei jedem Vorlagegefäß (8) jeweilige entsprechende weitere Regelkreise (RK3, RK4, ...) zuge- ordnet und ferner Schieberventile (19) zwischen dem Schaltventil (6) und dem Steuer- ventil (7) vorgesehen sind, wobei der Füllgutstrom in und aus den jeweiligen Vorlage- gefäßen (8) mittels der Schieberventile (19) schaltbar ist.

10. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) als Füllmaschine umlaufender Bauart mit einer Vielzahl von Füllelementen (22) an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibba- ren Rotor ausgebildet ist, wobei das Füllgut für die Füllelemente (22) in dem ebenfalls am Rotor vorgesehenen und mit dem Füllgut teilgefüllten Füllgutkessel (24) bereitge- stellt ist.

1 1 . Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindes- tens eine Mess- und/oder Dosiergefäß (9) selbst als Volumenmesseinrichtung (5) fun- giert.

12. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass zum Befüllen des mindestens einen Mess- und/oder Dosiergefäßes (9) ein mit einem gesteuerten Antrieb (21 ) angetriebenes Kolben-Zylinder-System (9.1 ) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb als ein Linearantrieb (21 ) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein Querschnitt eines nach dem wenigstens einen Schaltventil (6) an- geordneten Produktleitungsabschnittes (20) größer ist als ein Querschnitt der Produkt- zuführleitung (4).

15. Verfahren zum Befüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut (3), bei dem das Füllgut (3) über eine Produktzuführleitung (4), über wenigstens ein Schalt- ventil (6) zum Schalten des Füllgutstromes zu dem zumindest einen Füllelement (22) und über wenigstens ein dem Schaltventil (6) vorgeordnetes Steuerventil (7) zum Steu- ern des das Schaltventil (6) durchströmenden Füllgutstromes bis hin zu zumindest ei- nem Füllelement (22) zum Befüllen des Behälters (2) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zwischen dem Schaltventil (6) und dem Steuerventil (7) angeordnetes Füllgefäß (8, 9) und eine zwischen dem Schaltventil (6) und dem Steuerventil (7) angeordnete Volumenmesseinrichtung (5) vorgesehen wird, wobei das Füllgut (3) mittels der Volumenmesseinrichtung (5) per Volumenmessung in das mindestens eine Füllgefäß (8, 9) vordosiert wird und wobei durch das mindestens eine Füllgefäß (8, 9) die mittels der Volumenmesseinrichtung (5) per Volumenmessung vor- dosierte Füllgutmenge (10) des Füllgutes (3) zur Abgabe über das Schaltventil (6) an das Füllelement (22) bereitgestellt wird, wobei das Füllgut (3) in das zumindest eine Füllgefäß (8, 9) mit einer ersten Füllgeschwindigkeit (V1 ) gemessen als Volumen pro Zeit zugeführt wird und wobei das Füllgut (3) aus dem zumindest einen Füllgefäß (8, 9) über das Schaltventil (6) und Füllelement (22) in den Behälter (2) mit einer zweiten Füllgeschwindigkeit (V2) gemessen als Volumen pro Zeit abgegeben wird, wobei die zweite Geschwindigkeit (V2) höher ist als die erste Geschwindigkeit (V1 ).