Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 5.

Das Freistrahlfüllen von Flaschen oder Behältern ist bekannt. Ein gewisser Nachteil besteht beim Freistrahlfüllen darin, dass bei umlaufendem Rotor der Füllmaschine bedingt durch die auf den freien Füllstrahl ausgeübten Zentrifugal- oder Fliehkräfte der Füllstrahl bezogen auf die Maschinenachse nach außen, d.h. von dieser Maschinenachse weg abgelenkt wird. Diese Ablenkung, die insbesondere bei kleinem Durchmesser des Rotors und/oder bei hohen Drehgeschwindigkeiten des Rotors besonders ausgeprägt ist, muss bisher bei der Wahl des Durchmessers des freien Füllstrahles berücksichtigt werden, und zwar auch in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Behälteröffnung oder Behältermündung der zu füllenden Behälter, um trotz der durch die Fliehkraft bedingten Ablenkung sicher zu stellen, dass der Füllstrahl vollständig durch die jeweilige Behälteröffnung in den zu füllenden Behälter gelangt und damit Füllgutverluste und Verunreinigungen der Behälter an ihrer Außenfläche vermieden sind. Der Durchmesser des Füllstrahles kann somit nicht optimal an den Durchmesser der Behälteröffnung angepasst werden, vielmehr muss der Durchmesser des Füllstrahles bisher stets deutlich kleiner als der Querschnitt der Behälteröffnung gewählt werden, was zu einer Reduzierung oder Beschränkung der Leistung (Anzahl der gefüllten Behälter je Zeiteinheit) der betreffenden Füllmaschine führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches diesen Nachteil vermeidet und u.a. eine Erhöhung der Leistung einer Füllmaschine ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 5. Durch die Fliehkraft-Kompensation ist u.a. eine Vergrößerung des Verhältnisses Füllvolumen/Zeiteinheit durch verbesserte Ausnutzung des Querschnittes der Behälteröffnungen und damit der Leistung der betreffenden Füllmaschine erreicht, und zwar über den gesamten Drehzahlbereich dieser Maschine, oder aber es ist bei gleicher Leistung einer Füllmaschine eine deutliche Reduzierung der notwendigen Füllstellen möglich.

Die Fliehkraftkompensation erfolgt grundsätzlich durch eine gesteuerte Relativbewegung zwischen dem Füllelement der jeweiligen Füllstation bzw. dem die Abgabeöffnung aufweisenden Teil des Füllelementes und dem Behälter, beispielsweise dadurch, dass das Füllelement um wenigstens eine tangential zur Drehrichtung des Rotors und damit senkrecht zur Fliehkraftwirkung orientierte Achse gesteuert dreh- oder schwenkbar ist. Bei zunehmender Drehgeschwindigkeit des Rotors und zunehmender Fliehkraft wird die Abgabeöffnung des Füllelementes zur Maschinenachse hin geneigt. Dadurch wirkt die Austrittsgeschwindigkeit des Füllstrahles beim Austritt aus der Abgabeöffnung der Fliehkraft entgegen. Der Neigungswinkel wird der jeweiligen Fliehkraft entsprechend so gesteuert angepasst, dass der freie Füllstrahl im Bereich der Behälteröffnung diese wieder zentrisch oder im Wesentlichen zentrisch trifft.

Die Fliehkraftkompensation bzw. die entsprechende Verstellung des Füllelementes und/oder des Behälterträgers erfolgt beispielsweise durch wenigstens einen für jede Füllstation eigenständig vorgesehenen Stell- oder Servoantrieb, bevorzugt aber durch eine Stelleinrichtung, die für sämtliche Füllstationen der Füllmaschine gemeinsam vorgesehen ist und zwar an dem für das Füllen nicht genutzten Winkelbereich (Totwinkel) der Drehbewegung des Rotors zwischen dem Behälterauslauf und einem Behältereinlauf. Durch Mittel, beispielsweise durch Klemmmittel wird dann die jeweilige für die Fliehkraft-Kompensation getroffene Einstellung solange fixiert, bis die entsprechende Füllstation erneut den Totwinkel erreicht.

Der Ausdruck„im Wesentlichen" bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen von jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen. Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Füllstation mit Füllelement einer Füllmaschine umlaufender Bauart zum Freistrahlfüllen von Behältern in Form von Flaschen, in einer Blickrichtung tangential zur Bewegungsbahn des Füllelementes um eine vertikale Maschinenachse MA;

2 eine Ansicht der Füllstation der Figur 1 in einer Blickrichtung radial Maschinenachse MA;

3 und 4 Darstellungen wie Figur 1 und 2 bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren 1 und 2 ist 1 ein Füllelement einer Füllmaschine umlaufender Bauart zum Freistrahlfüllen von Behältern in Form von Flaschen 2 mit einem flüssigen Füllgut. Letztere sind hierfür an einem Behälterträger 3 hängend gehalten, und zwar derart, dass die jeweilige Flasche 2 mit ihrer Flaschenachse in vertikaler Richtung und parallel zu einer Maschinenachse MA der Füllmaschine orientiert sich mit ihrer Flaschenmündung oder -Öffnung 2.1 unterhalb des Füllelementes 1 und mit Abstand von diesem Füllelement bzw. von einer an dem unteren Ende des Füllelementes gebildeten Abgabeöffnung 1.1 befindet, sodass während des Füllens das Füllgut als freier Füllstrahl 4 durch die Flaschenöffnung 2.1 in die Flasche 2 gesteuert eingebracht wird. Das Füllelement 1 und der Behälterträger 3 bilden eine Füllstelle 5, die mit einer Vielzahl gleichartiger Füllstellen 5 am Umfang eines Rotors 5 angeordnet ist, der zumindest den beim Füllen mit dem Füllgut gefüllten und mit dem Füllelement 1 verbundenen, nicht dargestellten Kessel aufweist und während des Füllens um die Maschinenachse MA umlaufend angetrieben ist.

Zur Erzielung einer möglichst hohen Leistung der Füllmaschine (Anzahl der gefüllten Flaschen 2 je Zeiteinheit) wird eine möglichst hohe Drehzahl für den Rotor 6 sowie auch ein möglichst großer Durchmessers des freien Füllstrahls 4 angestrebt. Aufgrund der durch die Rotationsbewegung des Rotors 6 erzeugten Zentrifugal- oder Fliehkraft wird u.a. auch der Füllstrahl 4 mit zunehmendem Abstand vom Füllelement 1 zunehmend radial nach außen, d.h. von der Maschinenachse weg abgelenkt. Um dennoch sicher zu stellen, dass der Füllstrahl 4 vollständig bzw. zentrisch oder im Wesentlichen zentrisch in die Flaschenöffnung 2.1 eintritt, erfolgt zur Kompensation der Ablenkung des Füllgutstrahles 4 bzw. zur Fliehkraft-Kompensation ein gesteuertes Bewegen zumindest des unteren, die Abgabeöffnung 1.1 aufweisenden Endes des Füllelementes 1 in Bezug auf die Maschinenachse MA radial nach innen, und zwar bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform durch gesteuertes Schwenken oder Kippen des Füllelementes 1 um eine oberhalb der Abgabeöffnung angeordnete Schwenkachse 7 tangential zur Drehrichtung des Rotors 6, und zwar um einen Winkel a. Das Schwenken des Füllelementes 1 wird durch eine Stelleinrichtung 8 bewirkt, die ihrerseits durch eine Steuer- und Auswertelektronik, beispielsweise durch den Steuerrechner 9 der Füllmaschine angesteuert wird, und zwar insbesondere in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors 6. Der Schwenkwinkel α ist dabei eine Funktion der Drehgeschwindigkeit des Rotors 6 in der Weise, dass er mit zunehmender Drehgeschwindigkeit zunimmt und sich dadurch der radiale Abstand der Abgabeöffnung des Füllelementes 1 von der Maschinenachse mit zunehmender Drehgeschwindigkeit des Rotor 6 verringert. Mit Hilfe wenigstens eines mit dem Steuerrechner 9 verbundenen Sensors 10 wird die Drehgeschwindigkeit des Rotors 5 erfasst. Weiterhin werden bei der Flieh-Kraftkompensation bevorzugt auch weitere Parameter berücksichtigt, und zwar u.a. Form und Größe der jeweiligen Flasche 2 und damit der Abstandes der Flaschenöffnung 2.1 von der Unterseite des Füllelementes bzw. der dortigen Abgabeöffnung 1.1 , Art des Füllgutes usw.

In einer vorteilhaften, aber nicht näher dargestellten Variante, kann das Produkt über die Schwenkachse (7) dem Füllventil bzw. dem Füllelement zugeführt werden. Der Vorteil besteht darin, dass bei einer derartigen Lösung, auf flexible oder verstellbare Produktleitungen verzichtet werden kann. Die Schwenkachse (7) kann hierfür beispielsweise vergleichbar mit der Drehdurchführung für Fluide ausgeformt sein, welche dem Fachmann von der zentralen Medienzuleitung der rundlaufenden Füllmaschinen bekannt ist.

Da während des laufenden Füllbetriebes von einer konstanten oder im Wesentlichen konstanten Drehgeschwindigkeit des Rotors 6 auszugehen ist, erfolgt die Ablenkung des Füllgutstrahles 4 tangential zur Drehbewegung des Rotors 6 grundsätzlich nicht, wie dies in der Figur 2 dargestellt ist.

Die Stelleinrichtung 8 kann in unterschiedlicher Weise realisiert sein, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Stellantriebe. Insbesondere kann die Stelleinrichtung 8 auch so ausgeführt sein, dass in dem für das Füllen nicht genutzten Winkelbereich der Drehbewegung des Rotors 6 zwischen dem Behälterauslauf, an dem die gefüllten Flaschen 2 den Füllstationen 5 entnommen werden, und den Behältereinlauf, an dem die leeren Flaschen jeweils an eine Füllstation 5 übergeben werden, die Einstellung des Neigungswinkels α der Füllelemente 1 , beispielsweise durch eine Steuerkurve erfolgt und dann die betroffene Einstellung jedes Füllelementes 1 solange gesperrt oder fixiert wird, bis dieses Füllelement 1 mit dem umlaufenden Rotor 6 erneut den für das Füllen nicht genutzten Winkelbereich erreicht hat, wo dann ggs. ein erneutes Einstellen oder ein Korrigieren des Neigungswinkels α erfolgt. Die Figur 3 und 4 zeigen als weitere Ausführungsform eine Füllstation 5a, die wiederum mit einer Vielzahl gleichartiger Füllstationen am Umfang des während des Füllens um die vertikale Maschinenachse MA umlaufend angetriebenen Rotors 6 vorgesehen sind. Die Fliehkraft-Kompensation, d.h. die Kompensation der Ablenkung des freien Füllgutstrahls 4 durch die Zentrifugal- oder Fliehkraft erfolgt bei dieser Ausführungsform durch eine gesteuerte Bewegung des Behälterträgers 3 und damit der an diesem gehaltenen Flasche 2 bezogen auf die Maschinenachse MA radial nach außen (Pfeil B der Figur 3), und zwar mit der Stelleinrichtung 8 und wiederum zumindest in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors 6 und gesteuert durch den Steuerrechner 9 der Füllmaschine. Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

So wurde vorstehend davon ausgegangen, dass zur Kompensation der Ablenkung des freien Füllstrahls 4 durch Zentrifugal- oder Fliehkräfte das Füllelement 1 bzw. der die Abgabeöffnung aufweisende Teil dieses Füllelementes relativ zu Flaschenöffnung 2.1 in Bezug auf die Maschinenachse M radial nach innen, und zwar bei der Ausführungsform der Figuren 1 und 2 durch Schwenken, bzw. die jeweilige Flasche 2 relativ zum Füllelement 1 in Bezug auf die Maschinenachse MA radial nach außen bewegt werden. Auch andere Bewegungen des jeweiligen Füllelementes 1 und/oder der jeweiligen Flasche 2 sind zur Fliehkraft-Kompensation möglich, beispielsweise bei für die Fliehkraft-Kompensation nicht bewegtem Füllelement 1 eine Schwenkbewegung des Behälterträgers 3 und damit der an diesem gehaltenen Flasche 2 um wenigstens eine Achse tangential zur Drehrichtung des Rotors 6. Diese Schwenkbewegung erfolgt dann bevorzugt gesteuert derart, dass der freie Füllgutstrahl 4 nicht nur vollständig durch die Flaschenöffnung 2.1 in die Flasche 2 eintritt, sondern die Achse, die der freie Füllgutstrahl 4 an der Flaschenöffnung 2.1 aufweist, zugleich auch die Flaschenachse ist. Dieser Zustand ist grundsätzlich auch durch eine entsprechende, gesteuerte Bewegung des jeweiligen Füllelementes 1 relativ zu der Flasche 2 erreichbar.

Bezugszeichenliste

1 Füllelement

1.1 Abgabeöffnung des Füllelementes

2 Flasche

2.1 Flaschenöffnung

3 Behälterträger

4 freier Füllgutstrahl

5, 5a Füllstation

6 Rotor

7 Schwenkachse

8 Stelleinrichtung

9 Steuerrechner

10 Sensor

A Schwenkbewegung des Füllelementes zur

Fliehkraftkompensation

B Verstellbewegung der Flasche bzw. des Behälterträgers 3 zur Fliehkraftkompensation