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EP0536505A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Füllung eines Gefässes mit einer Flüssigkeit - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Füllung eines Gefässes mit einer Flüssigkeit Download PDF

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Publication number
EP0536505A1
EP0536505A1 EP92113983A EP92113983A EP0536505A1 EP 0536505 A1 EP0536505 A1 EP 0536505A1 EP 92113983 A EP92113983 A EP 92113983A EP 92113983 A EP92113983 A EP 92113983A EP 0536505 A1 EP0536505 A1 EP 0536505A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vessel
filler neck
sliding sleeve
liquid
height
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP92113983A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0536505B1 (de
Inventor
Egon Ahlers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krones AG
Original Assignee
Krones AG
Krones AG Hermann Kronseder Maschinenfabrik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krones AG, Krones AG Hermann Kronseder Maschinenfabrik filed Critical Krones AG
Publication of EP0536505A1 publication Critical patent/EP0536505A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0536505B1 publication Critical patent/EP0536505B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/282—Flow-control devices, e.g. using valves related to filling level control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/20—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus with provision for metering the liquids to be introduced, e.g. when adding syrups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B67C2003/2668—Means for adapting the filling head to various sizes of containers

Definitions

  • the invention relates to a method for filling a vessel with a liquid, in which the vessel is placed on a lifting plate and is brought up to a filler neck up to a predetermined distance measured from its standing surface, the mouth of the vessel being raised to a sealed fill position below the filler neck the vessel is filled up to a predetermined level by opening a valve assigned to the filler neck, whereupon the liquid supply is stopped and a volume of liquid present between the valve and the level runs into the vessel.
  • Such a method is intended to fill the vessels referred to below as bottles with a certain amount of liquid. Deviations from these target values specified on the bottles are permitted within legally prescribed narrow limits.
  • the volume of liquid filled into the bottle by the distance between the bottle mouth or the standing surface of the bottle compared to a filling level.
  • the level can be determined by certain devices, such as a return gas pipe, level sensor or the like.
  • the fill level is set so that the setpoint of the liquid volume is filled in a bottle filled up to the fill level. If the predetermined filling level is reached, the liquid supply is interrupted by closing a valve or the return gas pipe. The liquid still present between the valve and the liquid level at the time, called the follow-up volume below, flows into the bottle and leads to a higher filling level. Is the trailing volume when determining the filling level, i.e. the nominal value of the filled liquid volume is taken into account, it does not have to be removed from the bottle after the filling is complete.
  • a back pressure filler is known from DE 3 019 489 C2, in which an elastic bottle is raised on a lifting plate up to a stroke-limiting mechanical stop. In this way the distance between the base of the bottle set against a filler neck. When the bottle is lifted, it comes into a sealed system with a seal located below the filler neck. The distance between the standing surface and the filler neck is such that the bottle is compressed in the longitudinal direction. The pressure inside the bottle is then increased and the bottle expands. The increased pressure leads to an increasing sealing force and causes the bottle to be filled gently. Depending on the length of the bottles, the mechanical stop for limiting the stroke can be adjusted.
  • DE 3 713 015 C2 discloses a centering bell assigned to a filling kettle, which is arranged below a filling nozzle and is connected to the latter via an intermediate body.
  • an intermediate body By gripping the bottle neck directly below the bottle mouth, the bottle neck is raised to a predetermined distance from the filler neck and pressed against a sealing element.
  • the intermediate body ensures perfect emptying of the residual liquid from the cavity between the centering bell and the filler neck if the liquid supply is interrupted.
  • the contact pressure of the bottle on the sealing element is to be ensured by means of a differential pressure chamber formed by the intermediate body.
  • a rotary filler with a lifting device is known from EP 0222 208 B1, by means of which the bottle neck is gripped and the mouth is raised to a certain distance from the filler neck.
  • the lifting device is designed so that when possible the bottle is lowered after the filling process force-free movement is made possible.
  • a centering bell is slidably mounted on the filler neck and is moved in the direction of the filler neck when the bottle is lifted. By means of spring elements formed between the filler neck and the centering bell, a seal arranged on the centering bell is pressed onto the bottle mouth in a sealing manner.
  • a disadvantage of the previously known methods and devices is that differences in the vessel height in the case of similar vessels in particular are not taken into account or are taken into account in an unfavorable manner. Even when filling bottles of the same type, they are by no means identical. While production-related deviations are relatively small with glass bottles and the aging of the bottles has no noticeable influence on the bottle height, considerable deviations, in particular the bottle height, are possible with plastic bottles. Compensation for these deviations is of considerable importance in the case of PET bottles that can be reused for ecological reasons. By shrinking the PET bottles due to signs of aging, heat treatments, rinsing processes or the like. In addition to the height, the shape of the bottle also changes, in particular in the shoulder area between the bottle neck and bottle body, which also affects the bottle volume.
  • the constant distance between the standing surface of the bottle and the filler neck also makes it impossible to compensate for height differences in vessels of the same type. Due to the increased internal pressure of the plastic bottles, these are inflated, whereby the volume is changed significantly and uncontrollably.
  • the invention is therefore based on the object of improving a method for filling a vessel with a liquid of the type mentioned and an apparatus for carrying out the method in that in a simple and inexpensive manner, the vessels are filled with slight deviations from the nominal value, so that a compensation of vessel height variations is made possible with vessels of the same type.
  • the trailing liquid volume is controlled as a function of the vessel height, in such a way that with a lower vessel height compared to an average vessel height, a larger one and with a larger one Vessel height runs after a smaller volume of liquid. Since the bottles with a lower container height contain too little liquid volume due to the shrinkage of the bottles, especially in the shoulder area or the overall lower shoulder area, the liquid volume is automatically compensated for by increasing the trailing volume. In the case of larger bottles, the trailing volume is reduced accordingly, so that the setpoint of the filled liquid is also approximated in these bottles. At a certain bottle height, the target amount of the liquid is obtained by adding the liquid volume filled up to the filling level and the trailing volume.
  • the vessel mouth before reaching the filling position, the vessel mouth is pressed against a seal associated with a trailing chamber formed between the vessel mouth and valve, the vessel mouth displacing the seal in the direction of the filler neck until the final distance is reached, and thus the volume of the Follow-up chamber is changed depending on the vessel height.
  • height tolerances are automatically compensated for due to the displacement of the seal and thus the variation of the trailing chamber volume.
  • the seal With larger bottles, the seal is moved further towards the filler neck than with smaller bottles. Accordingly, the trailing chamber volume is smaller with larger bottles than with smaller bottles.
  • the displaceability of the seal and thus the variation of the trailing chamber volume is selected in such a way that in principle all height tolerances can be taken into account with vessels of the same type.
  • the trailing chamber is at least partially formed by a sliding sleeve arranged between the mouth of the vessel and the filler neck, at the lower end of which a sealing seal is arranged with the vessel raised in the filling position.
  • the sliding sleeve is displaced more or less in the direction of the filler neck, thus changing the trailing chamber volume.
  • the sliding sleeve is at least partially formed from an elastic material.
  • the sliding sleeve is moved in the direction of the filler neck and the part of the sliding sleeve made of elastic material becomes Deformed to match the stroke of the vessel. After removing the vessel, the sliding sleeve extends back to its original size.
  • the sliding sleeve is axially movably mounted on the filler neck. In this case, the sliding sleeve is moved along the filler neck when the vessel is lifted. In order to facilitate the sealing between the filler neck and the sliding sleeve, it is advantageous if the sliding sleeve is pushed onto the filler neck from the outside.
  • the sliding sleeve is formed on a centering bell that at least accommodates the vessel mouth.
  • the integrated design of the centering tulip and sliding sleeve considerably simplifies the construction of the device. A centering of the mouth of the vessel with respect to the filler neck is achieved by means of the centering tulip.
  • an inner seal is arranged between the filler neck and the sliding sleeve in the filling position of the vessel. This reinforces and secures the seal between the filler neck and sliding sleeve, so that no liquid or gas is lost even with a back pressure filler.
  • the outer diameter of the outlet nozzle is advantageously at least somewhat larger than the inner diameter of the vessel mouth.
  • the annular surface formed above the seal of the centering bell in the region of the sliding sleeve generates a sealing force that is proportional to the pressure increase in the vessel and is directed axially to the mouth of the vessel.
  • the empty and unstable bottle is initially only lightly pressed onto the seal of the centering bell for sealing, and the sealing force only increases when the bottle is pretensioned, whereby the load on the bottle increases due to the increase in internal pressure.
  • the filler neck is surrounded by a concentric annular space for receiving the sliding sleeve. Due to the arrangement of the seal between the filler neck and the sliding sleeve, it can also enclose the filler neck at a radial distance.
  • a seal against the annular space can be achieved when the sliding sleeve is pushed onto the filler neck.
  • annular space it is also advantageous if an opening gap to the annular space is formed in the rinsing position between the sliding sleeve and the filler neck. If the annular space has a connection opening to a flushing channel or the like, flushing the vessel with steam and / or inert gas, e.g. CO2, possible before filling. Furthermore, an at least partial evacuation and then repetition of the flushing process through the opening gap is also possible.
  • a flushing channel or the like flushing the vessel with steam and / or inert gas, e.g. CO2
  • a return gas pipe protruding therefrom is arranged coaxially with the filling nozzle.
  • a fill level probe is arranged coaxially with the return gas pipe to determine the fill level.
  • the filler neck widens conically at its end in the direction of the vessel and the inside of the sliding sleeve below the filler neck conically narrows towards the vessel is.
  • FIG. 1 and 2 show two different vessels 1, which can be raised and lowered in the directions 36 by means of a lifting device 2.
  • the lifting device 2 comprises an essentially horizontal lifting plate on which the vessel 1 with its base 3 is set up.
  • a filling position of the vessel 1 is determined by means of a stroke-limiting mechanical stop 23.
  • only one return gas tube 16 is shown of a filler for filling the vessels 1 with a liquid. In bottle-like vessels 1, this is introduced into the bottle through a bottle mouth 6. The lower end of the return gas tube 16 introduced into the bottle determines a filling level 8 up to which liquid is filled into the bottle 1.
  • Each bottle 1 is arranged with its base 3 at a distance 34 from the filling level 8 by the stroke limiter 23.
  • a bottle 1 with a height 12 is shown in FIG. 1 and a bottle 1 with a height 11 in FIG. 2.
  • a large number of bottles 1 of the same type fluctuate in their heights between the smallest height 11 and the greatest height 12 with a medium height 10. In the example shown in FIGS. 1 and 2, this results in a maximum vessel height difference 35.
  • the filling level 8 is the same for all bottles 1.
  • a follow-up volume, which results for a bottle 1 with an average height 10 and which is described in connection with FIG. 3, must be added to the liquid volume filled up to the filling level 8.
  • follow-up volume and liquid volume filled up to the filling level 8 result in the target filling quantity for an average bottle.
  • the substantially cylindrical bottle body 37 are for both bottles in essentially identical, so that the liquid volumes 42 and 43 filled therein are essentially the same size.
  • a shoulder section 38 or 39 arranged between the bottle neck 40 or 41 and the bottle body 37 exhibits the greatest deviations in the case of bottles of the same type.
  • the filling level 8 is located within the conical shoulder sections 38 and 39.
  • the liquid volumes 44 and 45 are different, the liquid volume 44 being greater than the liquid volume 45, also due to the cylindrical lower region of the shoulder section 38, which is not present in the shoulder section 39 .
  • the trailing volume (dotted) is smaller than that of the bottle 1 from FIG. 2 with the bottle height 11. Due to the larger trailing volume, the bottle 1 from FIG. 2 compensates for the lower liquid volume 45 reachable in the shoulder section 39. Essentially, the liquid volumes 44 and 45 with the corresponding trailing volumes result in a liquid volume which, together with the essentially identical liquid volumes 42 and 43 of the bottle body 37, gives the desired filling quantity of the bottles 1.
  • FIG 3 shows the device 50 according to the invention for filling a vessel with liquid.
  • the device comprises two laterally arranged, vertically displaceable (arrow 36) guide rods 21, to which a centering bell 15 is attached.
  • the return gas tube 16 is arranged essentially parallel and centrally between the guide rods 21 and a fill level probe 17 is arranged coaxially therewith. These are inserted into a mouth 6 of a bottle-shaped vessel 1.
  • the bottle 1 is shown in two parts, the left half showing a bottle in the rinsing position and the right half a bottle in the filling position.
  • the bottle in the filling position is arranged a distance 49 closer to a filling nozzle 4 than the bottle in the rinsing position.
  • the centering bell 15 has a guide flange 9 running perpendicular to the guide rods 21. This is formed with openings for receiving the guide rods, the upper side and a lower side 25 of a filler tank 52 serving as systems for springs 30 arranged on the guide rods.
  • the guide rods are passed through corresponding openings in the filler tank 52 up to a cam roller 46.
  • the sliding sleeve 19 is essentially designed as a hollow cylinder and is inserted from below into the approximately annular guide flange 9 until its collar-like lower end is in contact with the guide flange.
  • a retaining ring 53 is arranged between the guide flange and sliding sleeve 19.
  • the interior of the sliding sleeve 19 has a step-like projection 48, on the lower side of which a seal 14 is arranged. With this seal, the mouth 6 of the bottle 1 is in sealing contact.
  • the inside diameter of the sliding sleeve 19 below the seal 14 is larger than the outside diameter of the mouth 6 of the bottle 1.
  • the inside diameter of the sliding sleeve 19 at the level of the projection 48 is less than or the same size as the inside diameter of the opening 6.
  • the projection 48 has a section running in the direction of the filler neck 4 and parallel to the cylindrical outer surface 47, which is adjoined by a section which is angled upwards and approximately at an angle of 45 ° to the outside. This ends in a section with a constant wall thickness of the sliding sleeve 19.
  • the wall thickness of the sliding sleeve above the projection 48 is stronger than the wall thickness below this projection.
  • the inside diameter of the sliding sleeve 19 above the projection 48 is on the one hand smaller than the inside diameter adjacent to the bottle mouth 6 and on the other hand larger than the inside diameter of the filler neck 4 and the vessel mouth 6.
  • the design of the projection 48 results in a direction of the mouth 6 the conical or funnel-shaped constriction of the sliding sleeve 19 pointing towards the bottle 1.
  • the upper end 51 of the sliding sleeve 19 is formed by the inside and outside of the sliding sleeve, which taper towards one another and which end in a section running perpendicular to the outside 47. This points the upper end 51 has a smaller transverse expansion than the upper wall thickness of the sliding sleeve 19.
  • the filler neck 4 is arranged above the sliding sleeve 19.
  • This comprises a hollow cylinder which can be closed by means of a valve seat 18 and a vertically movable valve 7, in which the return gas pipe 16 and the fill level probe 17 are arranged coaxially.
  • the valve 7 When the valve 7 is open, liquid 24 flows from the filler tank 52 through the hollow cylinder of the filler neck 4 into the bottle 1.
  • the hollow cylinder of the filler neck 4 Concentric to the hollow cylinder of the filler neck 4, it further comprises an annular space 26 into which the sliding sleeve 19 can be inserted.
  • the inner diameter of the hollow cylinder of the filler neck 4 is substantially equal to the inner diameter of the bottle mouth 6.
  • the outer diameter of the hollow cylinder or the inner diameter of the annular space 26 corresponds essentially to the inner diameter of the upper section of the sliding sleeve 19.
  • the outer diameter of the annular space 26 corresponds to the outer Diameter of the sliding sleeve 19.
  • An end 31 of the filler neck 4 facing the sliding sleeve 19 is formed to taper in the direction of the bottle 1.
  • the shape of the end 31 supports insertion of the sliding sleeve 19 into the annular space 26.
  • Two seals 22 and 27 are arranged in the annular space 26.
  • the inner seal 22 is arranged in the outer wall of the hollow cylindrical part of the filler neck 4 and seals the inside of the sliding sleeve 19 from the annular space 26.
  • the outer seal 27 runs on the inside of the outer wall of the annular space 26 and is arranged lower than the inner seal 22. Both the inner seal 22 and the outer seal 27 are in the form of annular sealing elements, i.e. O-rings, trained.
  • the bottle 1 On the left side of FIG. 1, the bottle 1 is raised in the rinsing position, the inside of the sliding sleeve 19 and thus the inside of the bottle 1 being sealed from the atmosphere by the outer seal 27.
  • the bottle 1 On the right-hand side of FIG. 1, the bottle 1 is raised to its filling position, the sliding sleeve 19 being inserted into the annular space 26 and being sealed by both the inner seal 22 and the outer seal 27.
  • an opening gap 29 is formed in the bottle 1 in the rinsing position between the upper end 51 of the sliding sleeve 19 and the end 31 of the filler neck 4. This means that in the rinsing position, the bottle 1 through the seal 14 within the sliding sleeve 19 and the outer seal 27 is sealed off from the outer space and communicates with the annular space 26. In the filling position, the bottle 1 is sealed by the seal 14, the inner seal 22 and the outer seal 27 both from the outer space and from the annular space 26.
  • variable trailing chamber 13 is formed by the interior of the sliding sleeve 19, the interior of the hollow cylindrical section of the filler neck 4 and partly by the interior of the bottle neck shown in FIGS. 1 and 2. Liquid contained in the trailing chamber 13 is emptied into the bottle 1 after the liquid supply has ended when the filling level 8 is reached by closing the valve 7 or the return gas valve (not shown).
  • the filling level 8 is determined according to the invention in such a way that, in the case of a bottle 1 of average bottle height 10, the liquid volume filled up to the filling level 8 together with the after-flow volume entering the bottle 1 from the after-flow chamber 13 essentially corresponds to the desired value of the liquid volume in the bottle corresponds.
  • the bottle 1 For filling, the bottle 1 is raised in the direction of the filler neck 4 by means of the lifting device 2, the distance 34 of the standing surface 3 of the bottle 1 from the filler neck 4 being determined by the stroke limiter 23.
  • the bottle mouth 6 comes into contact with the seal 14 arranged in the sliding sleeve 19.
  • the springs 14 press the seal 14 onto the bottle mouth 6 when the bottle 1 is raised further.
  • the bottle 1 In a rinsing position, the bottle 1 is raised to such an extent that its interior is sealed off from the atmosphere by the seal 14 and the outer seal 27 of the annular space 26.
  • the sliding sleeve 19 is only pushed so far into the annular space 26 that the bottle interior is connected to the annular space 26 through the opening gap 29. In this so-called flushing position, the bottles are flushed with steam and / or inert gas.
  • a corresponding connection of the annular space 26 to a rinsing channel is not shown in FIG. 3 for simplification.
  • the bottle After possibly rinsing the bottle several times and / or at least partially evacuating the bottle, it is raised by the lifting device 2 to the filling position defined by the stroke limiter 23. In this position, the inside of the bottle is sealed by the seal 14, by the outer seal 27 and the inner seal 22 both from the atmosphere and from the annular space 22.
  • the valve 7 After opening the return gas pipe 16 through a valve, not shown in the drawing, the valve 7 is raised and liquid 24 flows through the filler neck 4 and the sliding sleeve 19 into the bottle.
  • the distance between the filling level 8 and the standing surface 3 of the bottle is fixed by means of the return gas tube 16 or the filling level probe 17. Reaches the bottle 1 filled liquid the filling level 8, the valve 7 is closed. After the filling level 8 has been reached, the liquid which is still present in the trailing chamber 13 and, if necessary, is still flowing into the trailing chamber during the closing of the valve 7 also flows into the bottle 1 as the trailing volume.
  • the volume of the trailing chamber 13 and thus the trailing volume of the liquid is varied in accordance with the different displacement of the sliding sleeve 19, in particular due to the enlarged area of the sliding sleeve 19 adjoining the projection 48 upwards , which has a larger inner diameter than the bottle neck.
  • the sliding sleeve 19 is inserted almost completely into the annular space 26.
  • the trailing chamber 13 has a small volume and, after reaching the filling level 8, only a small trailing volume flows into the bottle.
  • the trailing volume is determined in such a way that deviations in the filled liquid volume can be reduced in a simple manner in comparison with conventional height fillers in the case of vascular tolerances that are inevitable in practice, in particular with regard to the vessel height .
  • the production-related or aging-related deviations in the vessel height are compensated for in accordance with the invention.
  • plastic reusable bottles e.g. PET bottles
  • the invention proves to be advantageous. With these bottles, height differences of up to 8 mm can be determined after just a few turns, which result in particular from the shrinking of the bottles due to the action of heat during the cleaning process.

Landscapes

  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)

Abstract

Bei einer Füllung eines Gefäßes (1) mit einer Flüssigkeit wird das Gefäß (1) auf einen Hubteller (2) gestellt und bis auf einen von seiner Standfläche aus gemessenen, vorbestimmten Abstand an einen Füllstutzen herangeführt, wobei die Gefäßmündung in eine abgedichtete Füllstellung unterhalb des Füllstutzens angehoben wird. Durch Öffnen eines dem Füllstutzen zugeordneten Ventils (18) wird das Gefäß bis zu einem vorgegebenen Füllspiegel (8) aufgefüllt, worauf die Flüsskeitszufuhr beendet wird und ein zwischen dem Ventil und dem Füllspiegel vorhandenes Flüssigkeitsvolumen (13) in das Gefäß nachläuft. Um auf eine einfache und kostengünstige Weise geringe Abweichungen vom Soll-Wert des eingefüllten Flüssigkeitsvolumens zu erzielen, so daß eine Kompensation von Gefäßhöhenvariationen bei gleichartigen Gefäßen erfolgt, wird das nachlaufende Flüssigkeitsvolumen in Abhängigkeit von der Gefäßhöhe derart gesteuert, daß bei gegenüber einer mittleren Gefäßhöhe geringerer Gefäßhöhe ein größeres und bei größerer Gefäßhöhe ein kleineres Flüssigkeitsvolumen nachläuft. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllung eines Gefäßes mit einer Flüssigkeit, bei dem das Gefäß auf einen Hubteller gestellt und bis auf einen von seiner Standfläche aus gemessenen, vorbestimmten Abstand an einen Füllstutzen herangeführt wird, wobei die Gefäßmündung in eine abgedichtete Füllstellung unterhalb des Füllstutzens angehoben wird, das Gefäß durch Öffnen eines dem Füllstutzen zugeordneten Ventils bis zu einem vorgegebenen Füllspiegel aufgefüllt wird, worauf die Flüssigkeitszufuhr beendet wird und ein zwischen dem Ventil und dem Füllspiegel vorhandenes Flüssigkeitsvolumen in das Gefäß nachläuft.
  • Mittels eines solchen Verfahrens sollen die im folgenden als Flaschen bezeichneten Gefäße mit einer bestimmten Flüssigkeitsmenge gefüllt werden. Abweichungen von diesen auf den Flaschen angegebenen Sollwerten sind innerhalb gesetzlich vorgeschriebener enger Grenzen erlaubt.
  • Bei einem sogenannten Dosierfüller wird jeweils genau der Sollwert der Flüssigkeitsmenge in die Flaschen eingefüllt. Durch die Vorabbemessung der Flüssigkeitsmenge ist ein solcher Füller kompliziert aufgebaut und an unterschiedliche Flüssigkeitsmengen nur mit erheblichem Aufwand anpaßbar. Daher sind Dosierfüller zum Abfüllen von Flüssigkeiten nur wenig verbreitet.
  • Weiterhin ist es bekannt, durch den Abstand zwischen Flaschenmündung oder Standfläche der Flasche gegenüber einem Füllspiegel das in die Flasche eingefüllte Flüssigkeitsvolumen zu bestimmen. Der Füllspiegel ist durch bestimmte Einrichtungen, wie Rückgasrohr, Füllstandssensor oder dgl. bestimmbar. Der Füllspiegel wird so festgelegt, daß bei einer bis zum Füllspiegel gefüllten Flasche der Sollwert des Flüssigkeitsvolumens eingefüllt ist. Ist der vorbestimmte Füllspiegel erreicht, wird die Flüssigkeitszufuhr durch Schließen eines Ventils oder des Rückgasrohres unterbrochen. Die zwischen Ventil und Flüssigkeitsspiegel zu diesem Zeitpunkt noch vorhandene Flüssigkeit, im folgenden Nachlaufvolumen genannt, fließt in die Flasche nach und führt zu einem höheren Füllspiegel. Ist das Nachlaufvolumen bei der Bestimmung des Füllspiegels, d.h. des Sollwertes des eingefüllten Flüssigkeitsvolumens mit berücksichtigt, muß es nach Abschluß der Füllung nicht aus der Flasche entfernt werden.
  • Aus der DE 3 019 489 C2 ist ein Gegendruckfüller bekannt, bei dem eine elastische Flasche auf einem Hubteller bis zu einem hubbegrenzenden, mechanischen Anschlag angehoben wird. Auf diese Weise wird der Abstand der Standfläche der Flasche gegenüber einem Füllstutzen festgelegt. Durch Anheben der Flasche gerät diese in abgedichtete Anlage mit einer unterhalb des Füllstutzens angeordneten Dichtung. Der Abstand Standfläche-Füllstutzen ist so bemessen, daß die Flasche in Längsrichtung gestaucht wird. Darauffolgend wird der Druck im Inneren der Flasche erhöht und diese dehnt sich aus. Der erhöhte Druck führt zu einer steigenden Dichtkraft und bewirkt eine schonende Füllung der Flasche. Je nach Länge der Flaschen ist der mechanische Anschlag zur Hubbegrenzung einstellbar.
  • Aus der DE 3 713 015 C2 ist eine einem Füllkessel zugeordnete Zentrierglocke bekannt, die unterhalb eines Füllstutzens angeordnet ist und über einen Zwischenkörper mit diesem verbunden ist. Durch Umgreifen des Flaschenhalses direkt unterhalb der Flaschenmündung wird diese bis zu einem vorbestimmten Abstand gegenüber dem Füllstutzen angehoben und an ein Dichtelement angepreßt. Der Zwischenkörper gewährleistet eine einwandfreie Entleerung der Restflüssigkeit aus dem Hohlraum zwischen Zentrierglocke und Füllstutzen, wenn die Flüssigkeitszufuhr unterbrochen wird. Außerdem soll der Anpreßdruck der Flasche an dem Dichtelement mittels einer durch den Zwischenkörper gebildeten Differenzdruckkammer sichergestellt werden.
  • Aus der EP 0222 208 B1 ist ein Rotationsfüller mit einer Hebevorrichtung bekannt, mittels der der Flaschenhals umgriffen und die Mündung in einen bestimmten Abstand gegenüber dem Füllstutzen angehoben wird. Die Hebevorrichtung ist so ausgebildet, daß beim Absenken der Flasche nach Beendigung des Füllvorgangs eine möglichst kräftefreie Bewegung ermöglicht wird. Eine Zentrierglocke ist verschiebbar gegenüber dem Füllstutzen an diesem gelagert und wird beim Anheben der Flasche in Richtung des Füllstutzens verschoben. Durch zwischen Füllstutzen und Zentrierglocke ausgebildete Federelemente wird eine an der Zentrierglocke angeordnete Dichtung abdichtend auf die Flaschenmündung aufgedrückt.
  • Nachteilig bei den vorbekannten Verfahren und Vorrichtungen ist, daß insbesondere Unterschiede in der Gefäßhöhe bei gleichartigen Gefäßen nicht oder in ungünstiger Weise berücksichtigt werden. Auch bei Füllung gleichartiger Flaschen sind diese nämlich durchaus nicht identisch. Während bei Glasflaschen produktionstechnische Abweichungen relativ gering sind und die Alterung der Flaschen keinen merklichen Einfluß auf die Flaschenhöhe aufweist, sind bei Kunststoffflaschen erhebliche Abweichungen, insbesondere der Flaschenhöhe möglich. Eine Kompensation dieser Abweichungen ist bei den aus ökologischen Gründen wieder zu verwendenden PET-Flaschen von erheblicher Bedeutung. Durch Schrumpfung der PET-Flaschen aufgrund von Alterungserscheinungen, Wärmebehandlungen, Spülvorgängen oder dgl. ändert sich neben der Höhe auch die Form der Flasche, insbesondere im Schulterbereich zwischen Flaschenhals und Flaschenkörper, wodurch gleichfalls das Flaschenvolumen beeinflußt wird.
  • Bei einem Dosierfüller wird zwar auch bei unterschiedlichen Flaschengrößen jeweils der Sollwert eingefüllt, aber durch die Schrumpfung der Flaschen ergeben sich erhebliche Variationen im Füllspiegel. Der Verbraucher ist durch die stark ungleichmäßige Füllung der Flaschen verwirrt. Steht der Füllspiegel höher in der Flasche, scheint diese Flasche mehr Inhalt aufzuweisen. Bei einem tiefer in der Flasche angeordneten Füllspiegel ist scheinbar weniger Flüssigkeit in der Flasche. Daher wird die Akzeptanz von Flaschen mit niedrigem Füllspiegel beim Verbraucher gering sein und trotz der jeweils gleichen Flüssigkeitsmenge werden Flaschen mit niedrigem Füllspiegel nicht gekauft.
  • Bei den Verfahren und Vorrichtungen gemäß DE 3 713 015 C2 und EP 0222 208 B1 ist der Abstand der Flaschenmündung gegenüber dem Füllstutzen festgelegt und es ergibt sich bei allen Flaschen das gleiche Nachlaufvolumen. Bei Flaschen mit erheblichen Höhenvariationen, wie z.B. PET-Flaschen, ist es daher möglich, daß die Ist-Werte der eingefüllten Flüssigkeitsmengen außerhalb der gesetzlich tolerierten Grenzen liegen. Eine Kompensation der Höhenvariationen ist bei diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht möglich.
  • Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach DE 3 019 489 C2 ist durch den konstanten Abstand zwischen Standfläche der Flasche und Füllstutzen ebenfalls keine Kompensation von Höhenunterschieden bei gleichartigen Gefäßen möglich. Durch den erhöhten Innendruck der Kunststoffflaschen werden diese aufgeblasen, wodurch das Volumen erheblich und unkontrollierbar verändert wird.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Füllung eines Gefäßes mit einer Flüssigkeit der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dahingehend zu verbessern, daß auf einfache und kostengünstige Weise die Gefäße mit geringen Abweichungen vom Sollwert gefüllt werden, so daß eine Kompensation von Gefäßhöhenvariationen bei gleichartigen Gefäßen ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von den aus der DE 3 019 489 C2 bekannten Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß das nachlaufende Flüssigkeitsvolumen in Abhängigkeit von der Gefäßhöhe gesteuert wird, derart, daß bei gegenüber einer mittleren Gefäßhöhe geringerer Gefäßhöhe ein größeres und bei größerer Gefäßhöhe ein kleineres Flüssigkeitsvolumen nachläuft. Da die Flaschen mit geringerer Gefäßhöhe bei bis zum vorgegebenen Füllspiegel eingefüllter Flüssigkeit durch die Schrumpfung der Flaschen, insbesondere im Schulterbereich, bzw. dem insgesamt tiefer liegenden Schulterbereich ein zu geringes Flüssigkeitsvolumen beinhalten, ist durch die Vergrößerung des Nachlaufvolumens eine automatische Kompensation des Flüssigkeitsvolumens gegeben. Bei größeren Flaschen ist das Nachlaufvolumen entsprechend verringert, so daß auch bei diesen Flaschen der Sollwert der eingefüllten Flüssigkeit angenähert wird. Bei einer bestimmten Flaschenhöhe ergibt sich die Sollmenge der Flüssigkeit durch Addition des bis zum Füllspiegel aufgefüllten Flüssigkeitsvolumens und des Nachlaufvolumens.
  • Bei einer einfachen Ausführungsform der Erfindung wird vor Erreichen der Füllstellung die Gefäßmündung an eine einer zwischen Gefäßmündung und Ventil gebildeten Nachlaufkammer zugeordnete Dichtung angedrückt, wobei die Gefäßmündung die Dichtung bis zum Erreichen des endgültigen Abstandes in Richtung des Füllstutzens verschiebt und so das Volumen der Nachlaufkammer in Abhängigkeit von der Gefäßhöhe verändert wird. Auf diese Weise erfolgt ein automatischer Ausgleich von Höhentoleranzen aufgrund der Verschiebung der Dichtung und damit der Variation des Nachlaufkammervolumens. Bei größeren Flaschen wird die Dichtung weiter in Richtung des Füllstutzens verschoben als bei kleineren Flaschen. Entsprechend ist das Nachlaufkammervolumen bei größeren Flaschen geringer als bei kleineren Flaschen. Die Verschieblichkeit der Dichtung und damit die Variation des Nachlaufkammervolumens ist derart gewählt, daß im Prinzip alle Höhentoleranzen bei gleichartigen Gefäßen berücksichtigt werden können.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Nachlaufkammer zumindest teilweise durch eine zwischen Gefäßmündung und Füllstutzen angeordnete Schiebehülse gebildet, an deren unterem Ende eine mit dem in Füllstellung angehobenen Gefäß in dichtender Anlage stehende Dichtung angeordnet ist. Je nach Höhe des Gefäßes wird die Schiebehülse mehr oder weniger in Richtung des Füllstutzens verschoben und so das Nachlaufkammervolumen verändert. Beim Anheben des Gefäßes mittels der Hubvorrichtung gerät die Gefäßmündung mit der Dichtung in Anlage und hebt zusammen mit dieser die Schiebehülse solange an, bis die Füllstellung erreicht ist.
  • In diesem Zusammenhang ist bei einer Ausführungsform der Erfindung die Schiebehülse zumindest teilweise aus einem elastischen Material gebildet. Beim Anheben der Gefäße wird die Schiebehülse in Richtung des Füllstutzens verschoben und der Teil der Schiebehülse aus elastischem Material wird zur Anpassung an den Hub des Gefäßes verformt. Nach Entfernen des Gefäßes verlängert sich die Schiebehülse wieder auf ihre Ursprungsgröße.
  • Bei einer anderen Ausführungsform ist die Schiebehülse axialbeweglich am Füllstutzen gelagert. In diesem Fall wird die Schiebehülse beim Anheben des Gefäßes entlang des Füllstutzens verschoben. Um die Abdichtung zwischen Füllstutzen und Schiebehülse zu erleichtern, ist es dabei von Vorteil, wenn die Schiebehülse von außen auf den Füllstutzen aufgesteckt ist.
  • Dabei ist es weiterhin günstig, wenn die Schiebehülse an einer wenigstens die Gefäßmündung aufnehmenden Zentrierglocke angeformt ist. Durch die integrierte Ausbildung von Zentriertulpe und Schiebehülse ist der Aufbau der Vorrichtung erheblich vereinfacht. Eine Zentrierung der Gefäßmündung gegenüber dem Füllstutzen ist mittels der Zentriertulpe verwirklicht.
  • Um beispielsweise bei einem Gegendruckfüller das Gefäß dicht mit dem Füllstutzen zu verbinden, ist es günstig, wenn in Füllstellung des Gefäßes eine Innendichtung zwischen Füllstutzen und Schiebehülse angeordnet ist. Diese verstärkt und sichert die Abdichtung zwischen Füllstutzen und Schiebehülse, so daß auch bei einem Gegendruckfüller keine Flüssigkeit oder Gase verloren gehen.
  • Um in einfacher Weise den Abstand zwischen Standfläche des Gefäßes und Füllstutzen festzulegen, ist zumindest zur Festlegung der Füllstellung der Hubeinrichtung ein Hubbegrenzer zugeordnet. Weitere Hubbegrenzer sind für eine Spülstellung oder weitere für den Füllvorgang des Gefäßes notwendige Stellungen möglich.
  • Günstigerweise ist der Außendurchmesser des Auslaufstutzens zumindest etwas größer als der Innendurchmesser der Gefäßmündung. Bei einer Vorspannung des Gefäßes wird auf diese Weise durch die oberhalb der Dichtung der Zentrierglocke im Bereich der Schiebehülse gebildete Ringfläche eine proportional zum Druckanstieg im Gefäß axial zur Gefäßmündung gerichtete Dichtkraft erzeugt. Bei instabilen, dünnwandigen und druckempfindlichen Gefäßen, z.B. PET-Flaschen, wird die leere und labile Flasche zunächst nur leicht auf die Dichtung der Zentrierglocke zur Abdichtung angedrückt und erst beim Vorspannen steigt die Dichtkraft an, wobei gleichzeitig durch die Innendruckerhöhung die Belastbarkeit der Flasche zunimmt.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Füllstutzen von einem konzentrischen Ringraum zur Aufnahme der Schiebehülse umgeben. Durch die Anordnung der Dichtung zwischen Füllstutzen und Schiebehülse kann diese den Füllstutzen auch mit radialem Abstand umfassen. Mittels der beispielsweise O-Ringdichtung kann beim Aufschieben der Schiebehülse auf den Füllstutzen eine Abdichtung gegenüber dem Ringraum erzielt werden.
  • In diesem Zusammenhang ist es weiterhin von Vorteil, wenn auf einer Innenseite einer äußeren Wandfläche des Ringraums eine gegenüber der Innendichtung höhenversetzte Außendichtung angeordnet ist, die bei Anheben des Gefäßes in eine Spülstellung vor der Innendichtung die Schiebehülse abdichtet. Auf diese Weise ist das Gefäß schon vor Erreichen der Füllstellung gegenüber der Atmosphäre abgedichtet.
  • Dabei ist es weiterhin von Vorteil, wenn in der Spülstellung zwischen Schiebehülse und Füllstutzen ein Öffnungsspalt zum Ringraum gebildet ist. Falls der Ringraum eine Verbindungsöffnung zu einem Spülkanal oder dgl. aufweist, ist durch den Öffnungsspalt ein Durchspülen des Gefäßes mit Dampf und/oder Inertgas, z.B. CO₂, vor dem Füllen möglich. Weiterhin ist auch eine zumindest teilweise Evakuierung und dann Wiederholung des Spülvorgangs durch den Öffnungsspalt möglich.
  • Um eine einfache Entgasung des Gefäßes beim Füllen und eine Bestimmung des Füllspiegels der Flüssigkeit im Gefäß zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn koaxial zum Füllstutzen ein aus diesem hervorstehendes Rückgasrohr angeordnet ist.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist zur Bestimmung des Füllspiegels koaxial zum Rückgasrohr eine Füllstandssonde angeordnet.
  • Um eine erste Abdichtung der Gefäßmündung mit der Zentriertulpe zu ermöglichen, ist es günstig, wenn zur Kraftbeaufschlagung der Zentrierglocke in Richtung des Gefäßes Federn auf die Zentrierglocke führenden Führungsstangen angeordnet sind. Auf diese Weise ist außerdem die Reibung zwischen der Schiebehülse und dem Füllstutzen durch die Kraftbeaufschlagung der Zentrierglocke überwindbar. Die Schiebehülse ist ohne eine zusätzliche Absenkeinrichtung allein durch die Federn vom Füllstutzen zusammen mit der Zentrierglocke verschiebbar.
  • Um eine möglichst hindernisfreie Strömung der Flüssigkeit vom Füllstutzen durch die variable Nachlaufkammer in das Gefäß zu ermöglichen, ist es günstig, wenn der Füllstutzen an seinem Ende in Richtung des Gefäßes konisch erweitert und die Schiebehülse unterhalb des Füllstutzens auf ihrer Innenseite in Richtung des Gefäßes konisch verengt ist.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele davon werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren weiter erläutert und beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein gefülltes Gefäß mit überdurchschnittlicher Gefäßhöhe;
    Fig. 2
    ein gefülltes Gefäß mit unterdurchschnittlicher Gefäßhöhe und
    Fig. 3
    die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Füllen der Gefäße.
  • In den Fig. 1 und 2 sind zwei unterschiedliche Gefäße 1 dargestellt, die mittels einer Hubeinrichtung 2 in den Richtungen 36 anheb- und absenkbar sind.
  • Die Hubeinrichtung 2 umfaßt einen im wesentlichen horizontalen Hubteller, auf dem das Gefäß 1 mit seiner Standfläche 3 aufgestellt ist. Mittels eines hubbegrenzenden, mechanischen Anschlags 23 ist eine Füllstellung des Gefäßes 1 festgelegt. Von einem Füller zum Befüllen der Gefäße 1 mit einer Flüssigkeit ist zur Vereinfachung nur ein Rückgasrohr 16 dargestellt. Dieses ist bei den flaschenartigen Gefäßen 1 durch eine Flaschenmündung 6 in die Flasche eingeführt. Das in die Flasche eingeführte untere Ende des Rückgasrohres 16 bestimmt einen Füllspiegel 8, bis zu dem Flüssigkeit in die Flasche 1 eingefüllt wird. Durch den Hubbegrenzer 23 ist jede Flasche 1 mit ihrer Standfläche 3 im Abstand 34 vom Füllspiegel 8 angeordnet.
  • In Fig. 1 ist eine Flasche 1 mit einer Höhe 12 und in Fig. 2 eine Flasche 1 mit einer Höhe 11 dargestellt. Eine Vielzahl von gleichartigen Flaschen 1 schwanken in ihren Höhen zwischen der kleinsten Höhe 11 und der größten Höhe 12 mit einer mittleren Höhe 10. Bei dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Beispiel ergibt sich somit eine maximale Gefäßhöhendifferenz 35.
  • Der Füllspiegel 8 ist für alle Flaschen 1 gleich. Zu dem bis zum Füllspiegel 8 eingefüllten Flüssigkeitsvolumen ist ein sich für eine Flasche 1 mit durchschnittlicher Höhe 10 ergebendes Nachlaufvolumen, das im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschrieben wird, hinzuzufügen. Nachlaufvolumen und bis zum Füllspiegel 8 eingefülltes Flüssigkeitsvolumen ergeben die Soll-Füllmenge bei einer durchschnittlichen Flasche.
  • Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten, im wesentlichen zylindrischen Flaschenkörper 37 sind für beide Flaschen im wesentlichen identisch, so daß die darin eingefüllten Flüssigkeitsvolumina 42 und 43 im wesentlichen gleich groß sind. Ein zwischen Flaschenhals 40 bzw. 41 und Flaschenkörper 37 angeordneter Schulterabschnitt 38 bzw. 39 weist die größten Abweichungen bei gleichartigen Flaschen auf. Der Füllspiegel 8 befindet sich innerhalb der konischen Schulterabschnitte 38 und 39. Die Flüssigkeitsvolumina 44 und 45 sind unterschiedlich, wobei das Flüssigkeitsvolumen 44 größer ist als das Flüssigkeitsvolumen 45, bedingt auch durch den zylindrischen unteren Bereich des Schulterabschnitts 38, der beim Schulterabschnitt 39 nicht vorhanden ist.
  • Aufgrund der Flaschenhöhe 12 der Flasche 1 der Fig. 1 ist das Nachlaufvolumen (punktiert) kleiner als bei der Flasche 1 aus Fig. 2 mit der Flaschenhöhe 11. Infolge des größeren Nachlaufvolumens ist bei der Flasche 1 aus Fig. 2 ein Ausgleich des geringeren Flüssigkeitsvolumens 45 im Schulterabschnitt 39 erreichbar. Im wesentlichen ergeben die Flüssigkeitsvolumina 44 bzw. 45 mit den entsprechenden Nachlaufvolumina ein Flüssigkeitsvolumen, das zusammen mit den im wesentlichen identischen Flüssigkeitsvolumina 42 und 43 der Flaschenkörper 37 die Soll-Füllmenge der Flaschen 1 ergibt.
  • In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 50 zum Füllen eines Gefäßes mit Flüssigkeit dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt zwei seitlich angeordnete, höhenverschiebbare (Pfeil 36) Führungsstangen 21, an denen eine Zentrierglocke 15 befestigt ist.
  • Im wesentlichen parallel und mittig zwischen den Führungsstangen 21 ist das Rückgasrohr 16 und koaxial zu diesem eine Füllstandssonde 17 angeordnet. Diese sind in eine Mündung 6 eines flaschenförmigen Gefäßes 1 eingeführt. Die Flasche 1 ist zweigeteilt dargestellt, wobei die linke Hälfte eine Flasche in Spülstellung und die rechte Hälfte eine Flasche in Füllstellung zeigt. Die in Füllstellung befindliche Flasche ist gegenüber der in Spülstellung befindlichen Flasche um eine Strecke 49 näher an einem Füllstutzen 4 angeordnet.
  • Die Zentrierglocke 15 weist einen senkrecht zu den Führungsstangen 21 verlaufenden Führungsflansch 9 auf. Dieser ist mit Öffnungen zur Aufnahme der Führungsstangen ausgebildet, wobei dessen Oberseite und eine Unterseite 25 eines Füllerkessels 52 als Anlagen für auf den Führungsstangen angeordnete Federn 30 dienen. Die Führungsstangen sind durch entsprechende Öffnungen im Füllerkessel 52 bis zu einer Kurvenrolle 46 durchgeführt. Zwischen den Führungsstangen 21 verläuft rechtwinklig zum Führungsflansch 9 eine einstückig mit der Zentrierglocke 15 ausgebildete Schiebehülse 19. Diese umgreift mit ihrem unteren Ende den Führungsflansch 9 von unten und verläuft mit ihrer den Führungsstangen 21 zugewandten Außenseite 47 im wesentlichen parallel zu diesen. Die Schiebehülse 19 ist im wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet und von unten in den in etwa ringförmigen Führungsflansch 9 so weit eingesteckt, bis sie mit ihrem bundartigen unteren Ende mit dem Führungsflansch in Anlage ist. Zwischen Führungsflansch und Schiebehülse 19 ist ein Haltering 53 angeordnet.
  • Das Innere der Schiebehülse 19 weist einen stufenartigen Vorsprung 48 auf, auf dessen unterer Seite eine Dichtung 14 angeordnet ist. Mit dieser Dichtung ist die Mündung 6 der Flasche 1 in dichtender Anlage. Der Innendurchmesser der Schiebehülse 19 unterhalb der Dichtung 14 ist größer als der Außendurchmesser der Mündung 6 der Flasche 1. Der Innendurchmesser der Schiebehülse 19 in Höhe des Vorsprungs 48 ist geringer als der Innendurchmesser der Mündung 6 oder gleichgroß.
  • Der Vorsprung 48 weist einen in Richtung des Füllstutzens 4 und parallel zur zylindrischen Außenfläche 47 verlaufenden Abschnitt auf, an den sich ein nach oben und in etwa unter einem Winkel von 45o nach außen abgewinkelter Abschnitt anschließt. Dieser endet in einem Abschnitt mit konstanter Wandstärke der Schiebehülse 19. Die Wandstärke der Schiebehülse oberhalb des Vorsprungs 48 ist stärker als die Wandstärke unterhalb dieses Vorsprungs. Das heißt, der Innendurchmesser der Schiebehülse 19 oberhalb des Vorsprungs 48 ist einerseits kleiner als der Innendurchmesser benachbart zur Flaschenmündung 6 und andererseits größer als der Innendurchmesser des Füllstutzens 4 und der Gefäßmündung 6. Aufgrund der Ausbildung des Vorsprungs 48 ergibt sich eine in Richtung der Mündung 6 der Flasche 1 weisende konische oder trichterförmige Verengung der Schiebehülse 19.
  • Das obere Ende 51 der Schiebehülse 19 wird durch die über einen Knick aufeinander zulaufende Innenseite und Außenseite der Schiebehülse gebildet, die in einem senkrecht zur Außenseite 47 verlaufenden Abschnitt enden. Dadurch weist das obere Ende 51 eine gegenüber der oberen Wandstärke der Schiebehülse 19 geringere Querausdehnung auf.
  • Oberhalb der Schiebehülse 19 ist der Füllstutzen 4 angeordnet. Dieser umfaßt einen mittels eines Ventilsitzes 18 und eines höhenbeweglichen Ventils 7 verschließbaren Hohlzylinder, in dem Rückgasrohr 16 und Füllstandssonde 17 koaxial angeordnet sind. Bei geöffnetem Ventil 7 fließt Flüssigkeit 24 aus dem Füllerkessel 52 durch den Hohlzylinder des Füllstutzens 4 in die Flasche 1.
  • Konzentrisch zum Hohlzylinder des Füllstutzens 4 umfaßt dieser weiterhin einen Ringraum 26, in den die Schiebehülse 19 einschiebbar ist. Der Innendurchmesser des Hohlzylinders des Füllstutzens 4 ist im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Flaschenmündung 6. Der Außendurchmesser des Hohlzylinders bzw. der innere Durchmesser des Ringraums 26 entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser des oberen Abschnitts der Schiebehülse 19. Der äußere Durchmesser des Ringraums 26 entspricht dem äußeren Durchmesser der Schiebehülse 19.
  • Ein auf die Schiebehülse 19 zuweisendes Ende 31 des Füllstutzens 4 ist in Richtung der Flasche 1 spitz zulaufend ausgebildet. In Zusammenwirkung mit dem oberen Ende 51 der Schiebehülse 19 unterstützt die Form des Endes 31 ein Einschieben der Schiebehülse 19 in den Ringraum 26. Bei vollständig in den Ringraum eingeschobener Schiebehülse füllt der obere Abschnitt der Schiebehülse den Ringraum vollständig aus, wobei das obere Ende 51 den Boden des Ringraumes berührt und das Ende 31 des Füllstutzens mit dem Vorsprung 48 in Anlage ist.
  • Im Ringraum 26 sind zwei Dichtungen 22 und 27 angeordnet. Die Innendichtung 22 ist in der Außenwandung des hohlzylindrischen Teils des Füllstutzens 4 angeordnet und dichtet das Innere der Schiebehülse 19 gegenüber dem Ringraum 26 ab. Die Außendichtung 27 verläuft auf der Innenseite der äußeren Wand des Ringraums 26 und ist gegenüber der Innendichtung 22 tieferliegend angeordnet. Sowohl die Innendichtung 22 als auch die Außendichtung 27 sind als ringförmige Dichtelemente, d.h. O-Ringe, ausgebildet.
  • Auf der linken Seite der Fig. 1 ist die Flasche 1 in Spülstellung angehoben, wobei das Innere der Schiebehülse 19 und damit das Innere der Flasche 1 durch die Außendichtung 27 gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist. Auf der rechten Seite der Fig. 1 ist die Flasche 1 bis zu ihrer Füllstellung angehoben, wobei die Schiebehülse 19 in den Ringraum 26 eingeführt ist und sowohl durch die Innendichtung 22 als auch die Außendichtung 27 abgedichtet ist.
  • Durch die höhenversetzte Anordnung von Außendichtung 27 und Innendichtung 22 und durch die Anordnung des Endes 31 des Füllstutzens 4 gerade oberhalb der Außendichtung 27 ist bei der Flasche 1 in Spülstellung zwischen oberem Ende 51 der Schiebehülse 19 und Ende 31 des Füllstutzens 4 ein Öffnungspalt 29 gebildet. Das heißt, daß in Spülstellung die Flasche 1 durch die Dichtung 14 innerhalb der Schiebehülse 19 und die Außendichtung 27 gegenüber dem Außenraum abgedichtet ist und mit dem Ringraum 26 in Verbindung steht. In der Füllstellung ist die Flasche 1 durch die Dichtung 14, die Innendichtung 22 und die Außendichtung 27 sowohl gegenüber dem Außenraum als auch gegenüber dem Ringraum 26 abgedichtet.
  • Durch den Innenraum der Schiebehülse 19, den Innenraum des hohlzylindrischen Abschnitts des Füllstutzens 4 und teilweise durch das Innere des in Fig. 1 und 2 dargestellten Flaschenhalses ist die variable Nachlaufkammer 13 gebildet. In der Nachlaufkammer 13 enthaltene Flüssigkeit entleert sich nach Beendigung der Flüssigkeitszufuhr bei Erreichen des Füllspiegels 8 durch Schließen des Ventils 7 oder des nicht gezeigten Rückgasventils in die Flasche 1.
  • Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der in den Figuren dargestellten Vorrichtung kurz erläutert.
  • Der Füllspiegel 8 ist gemäß der Erfindung so bestimmt, daß bei einer Flasche 1 von durchschnittlicher Flaschenhöhe 10 das bis zum Füllspiegel 8 eingefüllte Flüssigkeitsvolumen zusammen mit dem aus der Nachlaufkammer 13 in die Flasche 1 einlaufenden Nachlaufvolumen im wesentlichen dem Soll-Wert des Flüssigkeitsvolumens in der Flasche entspricht.
  • Zum Füllen wird die Flasche 1 mittels der Hubvorrichtung 2 in Richtung des Füllstutzens 4 angehoben, wobei durch den Hubbegrenzer 23 der Abstand 34 der Standfläche 3 der Flasche 1 vom Füllstutzen 4 bestimmt ist. Vor Erreichen der Füllstellung gerät die Flaschenmündung 6 mit der in der Schiebehülse 19 angeordneten Dichtung 14 in Anlage. Durch die Federn 30 wird beim weiteren Anheben der Flasche 1 die Dichtung 14 auf die Flaschenmündung 6 aufgedrückt. In einer Spülstellung ist die Flasche 1 soweit angehoben, daß ihr Innenraum gegenüber der Atmosphäre durch die Dichtung 14 und die Außendichtung 27 des Ringraums 26 abgedichtet ist. Die Schiebehülse 19 ist dabei nur so weit in den Ringraum 26 eingeschoben, daß das Flascheninnere durch den Öffnungsspalt 29 mit dem Ringraum 26 verbunden ist. In dieser sog. Spülstellung erfolgt ein Durchspülen der Flaschen mit Dampf und/oder Inertgas. Eine entsprechende Verbindung des Ringraums 26 zu einem Spülkanal ist zur Vereinfachung in der Fig. 3 nicht dargestellt.
  • Nach ggf. mehrfachem Spülen der Flasche und/oder zumindest teilweisem Evakuieren der Flasche wird diese durch die Hubeinrichtung 2 bis zur durch den Hubbegrenzer 23 definierten Füllstellung angehoben. In dieser Stellung ist das Innere der Flasche durch die Dichtung 14, durch die Außendichtung 27 und die Innendichtung 22 sowohl gegenüber der Atmosphäre als auch gegenüber dem Ringraum 22 abgedichtet. Nach Öffnen des Rückgasrohres 16 durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Ventil wird das Ventil 7 angehoben und Flüssigkeit 24 fließt durch den Füllstutzen 4 und die Schiebehülse 19 in die Flasche ein.
  • Mittels des Rückgasrohres 16 oder der Füllstandssonde 17 ist der Abstand des Füllspiegels 8 gegenüber der Standfläche 3 der Flasche festgelegt. Erreicht die in die Flasche 1 eingefüllte Flüssigkeit den Füllspiegel 8, wird das Ventil 7 geschlossen. Die nach Erreichen des Füllspiegels 8 noch in der Nachlaufkammer 13 vorhandene und ggf. während des Schließens des Ventils 7 noch in die Nachlaufkammer einlaufende Flüssigkeit fließt als Nachlaufvolumen zusätzlich in die Flasche 1 ein.
  • Bei einer von der mittleren Flaschenhöhe 10 abweichenden Flaschenhöhe 11 oder 12 wird entsprechend der unterschiedlichen Verschiebung der Schiebehülse 19 das Volumen der Nachlaufkammer 13 und damit das Nachlaufvolumen der Flüssigkeit variiert, insbesondere durch den sich nach oben hin an den Vorsprung 48 anschließenden erweiterten Bereich der Schiebehülse 19, der einen größeren Innendurchmesser hat als der Flaschenhals. Bei einer größeren Flasche mit Flaschenhöhe 12 ist die Schiebehülse 19 nahezu vollständig in den Ringraum 26 eingeschoben. Die Nachlaufkammer 13 weist ein kleines Volumen auf und nach Erreichen des Füllspiegels 8 fließt nur ein geringes Nachlaufvolumen in die Flasche ein.
  • Bei einer kleineren Flasche mit einer Gefäßhöhe 11 wird die Schiebehülse 19 nur so weit in den Ringraum 26 eingeschoben, daß diese gerade mit der Innendichtung 22 in Anlage ist. Das Volumen der Nachlaufkammer 13 ist entsprechend vergrößert und nach Erreichen des Füllspiegels 8 fließt ein größeres Nachlaufvolumen in die kleinere Flasche ein.
  • Ist das jeweilige Nachlaufvolumen in die Flaschen eingelaufen, werden diese mittels der Hubeinrichtung 2 abgesenkt. Die Schiebehülse 19 wird durch die Federkraft der Federn 30, die zumindest die Reibung zwischen der Schiebehülse und dem Füllstutzen überwinden, vom Füllstutzen 4 abgezogen. Sowohl durch die Federkraft als auch durch das Gewicht der die Schiebehülse 19 umfassenden Zentrierglocke 15 wird diese bis in ihre Ausgangsstellung abgesenkt.
  • Aufgrund der Volumensveränderlichkeit der Nachlaufkammer 13 durch die Höhenverstellbarkeit der Schiebehülse 19 und deren innerer Struktur wird das Nachlaufvolumen so bestimmt, daß bei in der Praxis unvermeidlichen Gefäßtoleranzen, insbesondere hinsichtlich der Gefäßhöhe, auf einfache Weise die Abweichungen im abgefüllten Flüssigkeitsvolumen im Vergleich zu herkömmlichen Höhenfüllern verringert werden. Die produktionsbedingten oder alterungsbedingten Abweichungen in der Gefäßhöhe werden gemäß der Erfindung kompensiert. Besonders im Hinblick auf Kunststoff-Mehrwegflaschen, z.B. PET-Flaschen, erweist sich die Erfindung als vorteilhaft. Bei diesen Flaschen können schon nach einigen Umläufen Höhendifferenzen von bis zu 8 mm festgestellt werden, die sich insbesondere durch Schrumpfen der Flaschen durch die Wärmeeinwirkung während des Reinigungsvorgangs ergeben.
  • Durch die unterschiedlichen Nachlaufvolumen der Flüssigkeit treten zwar Abweichungen in der endgültigen Höhe des Füllspiegels 8 bei den verschiedenen Flaschen auf; allerdings sind diese Abweichungen vorteilhafterweise geringer als bei einem Dosierfüller, während gleichzeitig die Abweichungen hinsichtlich des tatsächlichen Abfüllvolumens im Vergleich zu Füllern, die die Mündung in einem festen Abstand zum Füllstutzen anordnen, verringert wird.

Claims (21)

  1. Verfahren zur Füllung eines Gefäßes (1) mit einer Flüssigkeit, bei dem das Gefäß auf einen Hubteller (2) gestellt und bis auf einen von seiner Standfläche (3) aus gemessenen, vorbestimmten Abstand an einen Füllstutzen (4) herangeführt wird, wobei die Gefäßmündung (6) in eine abgedichtete Füllstellung unterhalb des Füllstutzens (4) angehoben wird, das Gefäß (1) durch Öffnen eines dem Füllstutzen (4) zugeordneten Ventils (7) bis zu einem vorgegebenen Füllspiegel (8) aufgefüllt wird, worauf die Flüssigkeitszufuhr beendet wird und ein zwischen dem Ventil (7) und dem Füllspiegel (8) vorhandenes Flüssigkeitsvolumen in das Gefäß (1) nachläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das nachlaufende Flüssigkeitsvolumen in Abhängigkeit von der Gefäßhöhe (10, 11, 12) gesteuert wird, derart, daß bei gegenüber einer mittleren Gefäßhöhe (10) geringerer Gefäßhöhe (11) ein größeres und bei größerer Gefäßhöhe (12) ein kleineres Flüssigkeitsvolumen nachläuft.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Erreichen der Füllstellung die Gefäßmündung (6) an eine einer zwischen Gefäßmündung und Ventil (7) gebildeten Nachlaufkammer (13) zugeordnete Dichtung (14) angedrückt wird und diese bis zum Erreichen des endgültigen Abstandes in Richtung des Füllstutzens (4) verschiebt und so das Volumen der Nachlaufkammer (13) in Abhängigkeit von der Gefäßhöhe (10, 11, 12) verändert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäßmündung (6) vor Erreichen der Füllstellung in eine Zentriertulpe (15) eingeführt wird und diese beim Anheben des Gefäßes (1) unter Bildung der Nachlaufkammer (13) auf den Füllstutzen (4) aufschiebt.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllspiegel (8) durch ein in das Gefäß eingeführtes Rückgasrohr (16) oder eine Füllstandssonde (17) bestimmt wird.
  5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, mit wenigstens einem durch ein Flüssigkeitsventil (7) öffnen- und verschließbaren Füllstutzen (4) und mit einer einer Standfläche (3) eines Gefäßes (1) zugeordneten Hubeinrichtung (2), mittels welcher das Gefäß mit seiner Mündung (6) in eine abgedichtete Füllstellung anhebbar ist, wobei in der Füllstellung zwischen Gefäßmündung (6) und Flüssigkeitsventil (7) eine Nachlaufkammer (13) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung an Gefäßlängenvariationen (10, 11, 12) gleichartiger Gefäße (1) die Nachlaufkammer (13) eine ihr Volumen verändernde, höhenveränderliche Begrenzung (19) aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachlaufkammer (13) zumindest teilweise durch eine zwischen Gefäßmündung (6) und Füllstutzen (4) angeordnete Schiebehülse (19) gebildet ist, an deren unterem Ende eine mit dem in Füllstellung angehobenen Gefäß (1) in dichtender Anlage stehende Dichtung (14) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebehülse (19) zumindest teilweise aus einem elastischen Material gebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebehülse (19) axialbeweglich am Füllstutzen (4) gelagert ist.
  9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebehülse (19) an einer wenigstens die Gefäßmündung (6) aufnehmenden Zentrierglocke (15) angeformt ist.
  10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Füllstellung des Gefäßes (1) eine Innendichtung (22) zwischen Füllstutzen (4) und Schiebehülse (19) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zur Festlegung der Füllstellung der Hubeinrichtung (2) ein Hubbegrenzer (23) zugeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Füllstutzens (4) zumindest etwas größer als der Innendurchmesser der Gefäßmündung (6) ist.
  13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstutzen (4) zur Aufnahme der Schiebehülse (19) von einem konzentrischen Ringraum (26) umgeben ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Innenseite einer äußeren Wandfläche des Ringraums (26) eine gegenüber der Innendichtung (22) höhenversetzte Außendichtung (27) angeordnet ist, die bei Anheben des Gefäßes (1) in eine Spülstellung vor der Innendichtung (22) die Schiebehülse (19) abdichtet.
  15. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spülstellung zwischen Schiebehülse (19) und Füllstutzen (4) ein Öffnungsspalt (29) zum Ringraum (26) gebildet ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (26) eine Verbindungsöffnung zu einem Spülkanal aufweist.
  17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum Füllstutzen (4) ein aus diesem hervorstehendes Rückgasrohr (16) angeordnet ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum Rückgasrohr (16) eine Füllstandssonde (17) angeordnet ist.
  19. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kraftbeaufschlagung der Zentrierglocke (15) in Richtung des Gefäßes (1) Federn (30) auf die Zentrierglocke führenden Führungsstangen (21) angeordnet sind.
  20. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstutzen (4) an seinem Ende (31) in Richtung des Gefäßes (1) konisch erweitert und die Schiebehülse (19) unterhalb des Füllstutzens (4) auf ihrer Innenseite in Richtung des Gefäßes (1) konisch verengt ist.
  21. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Schiebehülse (19) gebildete Teil der Nachlaufkammer (13) einen größeren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Gefäßmündung und/oder des Füllstutzens (4).
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