DE102008038638A1

DE102008038638A1 - Verfahren zum Abfüllen eines aus wenigstens einer ersten und einer zweiten Komponente bestehenden Füllgutes

Info

Publication number: DE102008038638A1
Application number: DE200810038638
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2010-02-25
Also published as: WO2010017888A1

Abstract

Verfahren zum Abfüllen eines aus wenigstens zwei Komponenten bestehenden Füllgutes in Flaschen oder dergleichen Behältern unter Verwendung eines Füllsystems mit wenigstens einem Füllelement zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
Verfahren zum Abfüllen von Produkten, die aus zwei Komponenten bestehen, nämlich z. B. aus einer ersten, flüssigen Komponente und aus einer zweiten Komponente, die festeren oder festen Bestandteile vorzugsweise in Mischung mit einem flüssigen Bestandteil enthält, sind bekannt. Bei diesen Produkten handelt es sich in der Regel um Fruchtsäfte, beispielsweise um Orangensaft, wobei die zweite Komponente dann Fruchtfleischbestandteile und/oder Fruchtzellen und/oder Fruchtfasern mit möglichst hoher Konzentration in einem flüssigen Bestandteil, beispielsweise in dem Fruchtsaft enthält. Der Anteil des flüssigen Bestandteils in der zweiten Komponente ist dabei so gewählt, dass diese Komponente die für die Verarbeitung benötigte Fließfähigkeit aufweist oder gerade noch aufweist.
Problematisch ist das Pasteurisieren und/oder heiße bzw. heißsterile Abfüllen eines derartigen aus wenigstens zwei Komponenten bestehenden Produktes. Derzeit erfolgt dies beispielsweise in der Form, dass die zweite Komponente im kalten Zustand in einer als Kolbenfüller ausgebildeten Füllmaschine in die Behälter dosiert, d. h. in der erforderlichen Menge eingebracht wird, und dass dann in einer weitern separaten Füllmaschine die Behälter mit der ersten Komponente aufgefüllt werden, die soweit erhitzt ist, dass die in dem jeweiligen Behälter bereits eingebrachten Feststoffe mit der ersten Komponente erhitzt und dadurch pasteurisiert bzw. sterilisiert werden. Nachteilig hierbei ist, dass für die Durchführung dieses Verfahrens zwei Füllmaschinen unterschiedlicher Bauweise erforderlich sind, nämlich eine Füllmaschine in Form eines Kolbenfüllers und dieser Füllmaschine nachgeschaltet eine Füllmaschine in Form eines Getränkefüllers, der für ein heißes Abfüllen von Produkten ausgeführt ist. Wegen des erforderlichen hohen Investitionsaufwandes ist somit die bekannte Vorgehensweise äußerst nachteilig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem das Abfüllen eines aus wenigstens einer ersten, flüssigen Komponente und aus wenigstens einer zweiten, Feststoffe in hoher Konzentration enthaltenen Komponente mit vereinfachten Mitteln möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Vielzahl von Varianten auf. Allen Ausführungsformen oder Varianten des erfindungsgemäßen Verfahren ist aber gemeinsam, dass die wenigstens zwei Komponenten an Füllstellen ein und derselben Füllmaschine jeweils getrennt für das Füllen bereitgestellt und innerhalb ein und derselben Füllmaschine in die Behälter abgefüllt werden, und zwar so, dass das fertig abgefüllte Produkt, welches aus den Komponenten erst während des jeweiligen Füllprozesses und dabei zumindest teilweise erst innerhalb des jeweiligen Behälters gebildet wird, durchgehend sterilisiert oder pasteurisiert ist, d. h. alle Bestandteile dieses Produktes, insbesondere auch die festen Bestandteile den für die Keimfreiheit und Haltbarkeit des Produktes erforderlichen Sterilisations- und/oder Pasteurisierungsgrad aufweisen.
Wenigstens eine erste Komponente ist dabei eine flüssige Komponente, beispielsweise Frucht- oder Orangensaft, die keine oder nur einen geringen Anteil an festen Bestandteilen enthält. Wenigstens eine zweite Komponente ist eine solche mit einer hohen Konzentration an festen oder festeren Bestandteilen, beispielsweise an Fruchtfleisch- und/oder Fruchtzellen und/oder Fruchtfasern, wobei der flüssige Bestandteil dieser Komponente so gewählt ist, dass sie die für die Verarbeitung benötigte Fließfähigkeit aufweist oder gerade noch aufweist.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Abfüllen des aus den wenigstens zwei Komponenten bestehenden Produktes derart, dass eine Komponente mit einer höheren Temperatur als die andere Komponente bereit gestellt wird, beispielsweise die zweite Komponente mit einer Temperatur, die eine durchgängige Pasteurisierung dieser Komponente gewährleistet, d. h. eine Pasteurisierung bis in den Kern der festen oder festeren Bestandteile dieser Komponente.
Beim Einbringen in den jeweiligen Behälter, d. h. während des jeweiligen Füllprozesses wird diese heiße Komponente dann durch die weitere, z. B. der flüssigen ersten Komponente abgekühlt, die im sterilisierten bzw. pasteurisierten Zustand bereit steht. Hierdurch erfolgt dann beispielsweise eine Beendigung der Heißhaltezeit der heißen Komponente, die bereits ausreichend lange auf der für das Pasteurisieren erforderlichen Temperatur gehalten wurde, und damit eine Verhinderung einer Überpasteurisation dieser Komponente, und/oder bei Verarbeitung von temperaturanfälligen Behältern, beispielsweise von Behältern aus Kunststoff (z. B. aus PET) wird eine die Behälter schädigende Überhitzung der Behälterwandung vermieden, und zwar dadurch, dass durch das Mischen der heißen und kühleren Komponenten eine Mischtemperatur erreicht wird, die unter einer kritischen behälterschädigenden Temperatur liegt, bevor das Mischprodukt in Berührung mit der Behälterwandung kommt.
Bei einer anderen Variante oder Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens eine Komponente, beispielsweise die flüssige erste Komponente bereits sterilisiert oder pasteurisiert mit einer erhöhten Temperatur und die andere Komponente, beispielsweise die die Feststoffe enthaltende zweite Komponente mit einer deutlich reduzierten Temperatur bereit gestellt, beispielsweise mit Umgebungstemperatur oder im leicht erwärmten oder gekühlten Zustand. Das Massenverhältnis der in den jeweiligen Behälter eingebrachten Komponenten und deren Temperaturen sind dabei dann so gewählt, dass das aus den Komponenten gebildete Füllgut zumindest am Ende des jeweiligen Füllprozesses eine Temperatur aufweist, die für eine durchgehende Sterilisation oder Pasteurisierung des gesamten Produktes ausreichend ist, beispielsweise eine Temperatur über 70°C.
Bei einer speziellen Ausführungsform dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Abfüllen des aus den wenigstens zwei Komponenten bestehenden Produktes in wenigstens drei zeitlich aufeinander folgenden Phasen oder Verfahrensschritten. Hierbei wird zunächst in einer Vorfüllphase eine bestimmte Menge der ersten heißen Komponente in den jeweiligen Behälter eingebracht. Anschließend erfolgt in einer Feststofffüllphase das Einbringen der zweiten, den Feststoffan teil aufweisenden Komponente mit gegenüber der ersten Komponente deutlich niedrigerer Temperatur und dann in einer dritten Phase das Restfüllen des jeweiligen Behälters erneut mit der heißen ersten Komponente. Diese spezielle Verfahrensweise hat zusätzliche Vorteile. Zum einen wird durch das Vorfällen eine Verdünnen der später eingebrachten zweiten Komponente beim Einbringen und/oder unmittelbar nach dem Einbringen in den jeweiligen Behälter erreicht, so dass dann insbesondere während der Restfüllphase und am Ende des Füllprozesses ein intensiver Wärmeaustausch zwischen der ersten und der zweiten Komponente, speziell auch zwischen der ersten Komponente und den Feststoffen der zweiten Komponente in der Weise stattfindet, dass das abgefüllte Produkt zumindest am Ende des jeweiligen Füllprozesses insgesamt eine für ein heißsteriles Abfüllen ausreichende Temperatur aufweist, das gesamte Produkt also durchgängig sterilisiert oder pasteurisiert ist, ohne dass Bestandteile mit zu geringer Temperatur im abgefüllten Produkt verbleiben. Weiterhin werden sämtliche Strömungswege für die erste Komponente, die (Strömungswege) während der Feststofffüllphase auch für die zweiten Komponente genutzt wurden, am Ende eines jedes Füllprozesses mit der ersten Komponente vollständig gespült, so dass am Beginn des jeweils neuen Füllprozesses in der Vorfüllphase ausschließlich die erste Komponente in dem jeweiligen Behälter eingebracht wird und dadurch eine genaue Dosierung der beiden Komponenten in jedem Füllprozess bzw. beim Füllen jedes Behälters möglich ist, und zwar nicht nur um ein vorgegebenes Mischungsverhältnis der beiden Komponenten in den Behältern einzuhalten, sondern insbesondere auch um unter Berücksichtigung der Temperaturen der Komponenten die für die heißaseptische Abfüllung erforderliche Temperatur zumindest am Ende des jeweiligen Füllprozesses zu erreichen.
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 1 und 2, die jeweils in vereinfachter Darstellung Füllsysteme einer Füllmaschine zeigen, näher erläutert.
Das in der 1 dargestellte Füllsystem ist Bestandteil einer Füllmaschine 1 umlaufender Bauart zum Füllen von Behältern in Form von Flaschen 2 mit einem aus zwei Komponenten K1 und K2 bestehenden Füllgut. Das Füllsystem umfasst u. a. ein Füllelement 3, welches mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor 4 vorgesehen ist, und zwar jeweils zusammen mit einem Behälterträger 5, an dem die zu füllende Flasche 2 an einem Mündungsflansch hängend so gehalten ist, dass sie mit ihrer Flaschenmündung 2.1 unterhalb einer Abgabeöffnung 3.1 des Füllelementes 3 befindet, beispielsweise für ein Freistrahlfüllen in Abstand von dieser Abgabeöffnung 3.1. Jedes Füllelement 3 bildet zusammen mit seinem Behälterträger 5 eine Füllstelle 6.
In dem Füllelement 3 bzw. dessen Gehäuse 7 ist u. a. ein Flüssigkeitskanal vorgesehen, der an seinem unteren Ende die Abgabeöffnung 3.1 bildet und mit seinem oberen Ende über eine Produktleitung oder einen Produktkanal 9 mit einem für sämtliche Füllelemente 3 der Füllmaschine 1 gemeinsamen Vorratsbehälter oder Kessel 10 zur Aufnahme der flüssigen ersten Komponente K1 des Füllgutes in Verbindung steht. Während des Betriebes der Füllmaschine 1 ist der Kessel 10 nur teilweise mit der Komponente K1 gefüllt, und niveaugesteuert bis zu dem Niveau N10.
Im Flüssigkeitskanal 8 ist ein Flüssigkeitsventil 11 vorgesehen, welches betätigt von einer Betätigungseinrichtung 12 die Abgabeöffnung 3.1 bzw. den zu dieser Abgabeöffnung führenden Teil des Flüssigkeitskanals 8 öffnet und schließt, und zwar gesteuert durch das Steuersignal einer für sämtliche Füllelemente 3 gemeinsame Steuereinrichtung 13, die beispielsweise von einem die Füllmaschine 1 steuernden Rechner gebildet ist. Das Flüssigkeitsventil 11 ist bei der dargestellten Ausführungsform so ausgebildet, dass es zusätzlich zu dem geschlossenen Zustand einen teilweise geöffneten Zustand für ein Langsamfüllen und einen vollständig geöffneten Zustand für ein Schnellfüllen der Flaschen 2 einnehmen kann.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Abgabeöffnung 3.1 im Innenraum 14 eines an der Unterseite offenen glockenartigen Elementes 15 vorgesehen, und zwar der Öffnung des Elementes 15 gegenüberliegend. Weiterhin sind im Gehäuse 7 des Füllelementes zwei Kanäle oder Strömungswege 16 und 17 mit jeweils einem Steuerventil 16.1 und 17.1 ausgebildet. Beide Kanäle sind über einen Kanal oder Strömungsweg 18 mit einem für sämtliche Füllelemente 3 gemeinsamen und am Rotor 4 vorgesehenen Ringkanal 19 verbunden. Der Strömungsweg 16 mündet in den Flüssigkeitskanal 8 in Strömungsrichtung des Füllgutes vor dem Flüssigkeitsventil 11 und der Strömungsweg 17 mündet in den Innenraum 14.
Im Produktkanal 9 sind in Strömungsrichtung des Füllgutes bzw. der Komponente K1 aufeinander folgend ein Steuerventil 20 und ein Durchflussmesser 21 angeordnet, der ein der Menge des ihn durchströmenden Füllgutes entsprechendes Messsignal an die Steuereinrichtung 13 liefert.
In den Produktkanal 9 mündet im Bereich zwischen dem Steuerventil 20 und dem Durchflussmesser 21 ein Produktkanal 22, in welchem ein Steuerventil 23 vorgesehen ist und welche an einen weiteren, für sämtliche Füllelemente 3 gemeinsamen Vorratsbehälter oder Kessel 24 für die zweite Komponente K2 des Füllgutes führt. Während des Betriebes der Füllmaschine ist der Kessel 24 vollständig mit der Komponente K2 gefüllt.
Über eine mit einer Heizeinrichtung 25 versehen Versorgungsleitung 26 wird dem Kessel 10 die Komponente K1 zugeführt, und zwar erhitzt auf eine Temperatur, die ein heißsteriles Abfüllen des aus den beiden Komponenten K1 und K2 bestehenden Füllgutes in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise ermöglicht.
Der Kessel 24 ist über eine Versorgungsleitung 27 mit einem Mischkessel 28 verbunden, in welchem die Komponente K2 durch Mischen von festen oder festeren Bestandteilen und wenigstens einem flüssigen Bestandteil hergestellt wird. Der Mischkessel 28 ist dabei nur teilweise, d. h. bis zu einem Niveau N28 mit der Komponente K2 gefüllt. Der oberhalb des Niveaus N28 verbleibende Raum wird über eine ein Steuerventil 29 aufweisende Druckleistung 30 mit dem Druck eines gas- und/oder dampfförmigen sterilen Mediums, beispielsweise mit steriler Druckluft gesteuert beaufschlagt, so dass die gewünschte Förderwirkung für die Komponente K2 aus dem Mischbehälter 28 in den Kessel 24 und von dort auch bei dem noch beschriebenen Füllverfahren in die jeweilige Flasche 2 ausschließlich unter Druck und ohne Verwendung von die festeren Bestandteile schädigenden Pumpen usw. gefördert wird.
Der Ringkanal 19 ist über eine Produktleitung 31 mit Steuerventil 32 an die Versorgungsleitung 26 angeschlossen, und zwar in Strömungsrichtung des Füllgutes bzw. der Komponente K1 vor der Heizeinrichtung bzw. dem Erhitzer 25.
Es versteht sich, dass die Produktkanäle 9 und 22 mit den in diesen Kanälen vorgesehenen Funktionselementen (Steuerventile 20 und 23 und Durchflussmesser 21) für jedes Füllelement 3 der Füllmaschine 1 oder aber für eine Gruppe von wenigen Füllelementen 3 gesondert vorgesehen sind.
Mit dem Füllsystem bzw. Füllelement 3 ist u. a. die nachfolgend beschriebene Arbeitsweise möglich, wobei der Kessel 10 mit der mit dem Erhitzer 25 erhitzten Komponente K1 bis zum Niveau N10 und der Kessel 24 vollständig mit der beispielsweise kalten Komponente K2 unter Druck gefüllt sind und außerdem sämtliche Steuerventile 16.1, 17.1, 20, 23 und 32 sich in dem geschlossenen oder sperrenden Zustand befinden, sofern nicht der geöffnete Zustand ausdrücklich erwähnt ist.
Zu Beginn des Füllens wird, sofern nicht bereits geschehen, das Steuerventil 32 geöffnet, welche dann zumindest bis zur Beendigung des Füllens im geöffneten Zustand verbleibt.
Nach der Übernahme und Anordnung einer zu füllenden Flasche 2 an dem Behälterträger 5 erfolgt bei geöffnetem Steuerventil 20 durch vollständiges Öffnen des Flüssigkeitsventils 11 für ein Schnellfüllen ein gesteuertes Einleiten der heißen Komponente K1 in die Flasche 2 in einer Vorfüllphase, und zwar solange, bis eine vorgegebene Teilmenge dieser Komponente K1 in die Flasche 2 eingebracht ist. Während dieser Vorfüllphase des Füllprozesses ist auch das Steuerventil 16.1 geöffnet, so dass ein Teil der dem Füllelement 3 zufließenden heißen Komponente K1 die Strömungswege 16 und 18 durchströmt und in den Ringkanal 19 gelangt, über den dieser Teil dann über den Erhitzer 25 an den Kessel 10 zurückgeleitet wird, so dass hierdurch durch Heißumlauf u. a. ein zusätzliches Beheizen des Füllelementes 3 erfolgt und die erforderliche Temperatur der Komponente K1 im Kessel 10 aufrecht erhalten wird.
Sobald die vorgegebene Teilmenge der Komponente K1 in die Flasche eingebracht ist, erfolgt aufgrund des Messsignals des Durchflussmessers 21 angesteuert durch die Steuereinrichtung 13 ein Schließen des Steuerventils 20 und ein Öffnen des Steuerventils 23, so dass nunmehr in der Feststofffüllphase aus dem Kessel 24 die Komponente K2 in die Flasche 2 bei weiterhin geöffnetem Flüssigkeitsventil 11 eingebracht wird. Das Steuerventil 16.1 ist hierbei vorzugsweise geschlossen, um ein Eindringen der Komponente K2 bzw. der festen Bestandteile dieser Komponente in die Strömungswege 16 und 18 und ein mögliches Verstopfen dieser Strömungswege zu vermeiden.
Sobald die Komponente K2 mit der erforderlichen Menge in die jeweilige Flasche 2 eingebracht ist, erfolgt aufgrund des entsprechenden Messsignals des Durchflussmessers 21 und wiederum gesteuert durch die Steuereinrichtung 13 ein Sperren des Steuerventils 23 und ein erneutes Öffnen des Steuerventils 20, so dass in der Rest- oder Auffüllphase mit der heißen Komponente K1 der Produktkanal 9 sowie der Flüssigkeitskanal 8 gespült werden und die heiße Komponente K1 der Flasche 2 zufließt. In dieser Phase des Füllprozesses ist das Steuerventil 16.1 beispielsweise wieder geöffnet, so dass die heiße Komponente im Heißumlauf zum zusätzlichen Beheizen des Füllelementes 3 und zur Aufrechterhaltung der Temperatur im Kessel 10 die Strömungswege 16 und 17 und den Erhitzer 25 durchströmen kann.
Sobald in dieser Schnellfüllteilphase der Rest- oder Auffüllphase eine vorgegebene Menge der Komponente K1 oder eine vorgegebene Gesamtmenge in die Flasche 2 eingebracht ist, erfolgt veranlasst durch das Messsignal des Durchflussmessers 21 eine Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 12 in der Weise, dass das Flüssigkeitsventils 11 bei weiterhin geöffneten Steuerventilen 16.1 und 20 den Zustand für ein Langsamfüllen einnimmt. Ist die vorgeschriebene Gesamtfüllmenge erreicht, wird veranlasst durch das Messsignal des Durchflussmessers 21 die Betätigungseinrichtung 12 von der Steuereinrichtung 13 für ein Schließen des Flüssigkeitsventils 11 angesteuert.
Die gefüllte Flasche 2 wird dann von dem Füllelement bzw. Behälterträger 5 abgenommen, so dass eine neue, zu füllende Flasche 2 an dem Füllelement 3 für einen erneuten Füllprozess positioniert werden kann. Auch während des Langsamfüllens sowie nach Beendigung des jeweiligen Füllprozesses bleibt das Steuerventil 16.1 für ein Beheizen des Füllelementes 3 sowie für die Aufrechterhaltung der Temperatur im Kessel 10 durch die u. a. die Strömungswege 16 und 18 und den Erhitzer 25 im Heißumlauf durchströmende Komponente K1 offen, und zwar bis zum Einleiten der nächsten Feststofffüllphase.
Das Steuerventil 17.1 ist bei dem vorbeschriebenen Füllverfahren ständig geschlossen und dient beispielsweise zum Spülen des Innenraumes 14 während einer CIP-Reinigung und/oder Sterilisation.
Die bei dem ersten Teil- oder Vorfällen und bei dem abschließenden Auf- oder Restfüllen in die jeweilige Flasche 2 eingebrachte Menge der heißen Komponente K1 und die in die jeweilige Flasche eingebrachte Menge der Komponente K2 sowie die Temperaturen dieser Komponenten sind so gewählt, dass das in der jeweiligen Flasche 2 aus den Komponenten K1 und K2 erzeugte Mischprodukt an Ende des jeweiligen Füllprozesses eine für ein heißaseptisches Abfüllen ausreichend hohe Temperatur aufweist. Die Temperatur der Komponente K2 ist deutlich niedriger als die Temperatur der Komponente K1, d. h. die Temperatur der Komponente K2 ist beispielsweise gleich oder etwa gleich der Umgebungstemperatur oder aber die Komponente K2 ist geringfügig vorgewärmt oder gekühlt.
Die Komponente K1 ist beispielsweise ein Fruchtsaft, beispielsweise Orangensaft. Die Komponente K2 besteht aus einem hohen Anteil an Fruchtzellen oder Fasern mit einem flüssigen Anteil, beispielsweise mit der Komponente K1, wobei das Mischverhältnis für die Komponente K2 so gewählt ist, dass diese Komponente ausreichend oder gerade noch ausreichend fließfähig ist.
Selbstverständlich eignet sich das in der 1 dargestellte Füllsystem der Füllmaschine 1 auch für ein kaltaseptisches Füllen der Flaschen 2 mit den Komponenten K1 und K2, wobei dann beide Komponenten in den Kesseln 10 und 24 in einem sterilen, d. h. bereits pasteurisierten Zustand bereit gestellt werden und es in diesem speziellen Fall auch nicht erforderlich ist, die Komponente K1 durch Heißumlauf auf einer erhöhten Temperatur zu halten. In den Versorgungsleitungen 26 und 27 ist bei dieser Ausführung beispielsweise jeweils ein entsprechender, für die Komponenten K1 und K2 geeigneter Pasteurisator vorgesehen. Um allerdings ein eindeutiges Misch- oder Mengenverhältnis der Komponenten K1 und K2 in den Flaschen 2 zu erreichen, erfolgt auch bei einem solchen mit der Füllmaschine 1 durchgeführten kaltaseptisches Füllen das Einbringen der Komponenten in die Flaschen 2 bevorzugt so, dass der jeweilige Füllprozess mit der Komponente K1 begonnen und beendet wird.
Die 2 zeigt in einer Darstellung wie 1 ein Füllsystem einer Füllmaschine 1a, welches (Füllsystem) sich von dem Füllsystem der 1 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass für jedes Füllelement 3 zwei Durchflussmesser 21 und 21a vorgesehen sind, und zwar der Durchflussmesser 21 in der Produktleitung 9 und der zusätzliche Durchflussmesser 21a in der Produktleitung 22.
Mit dem Füllsystem der Füllmaschine 1a sind zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Füllverfahren weitere, hiervon abweichende Verfahren möglich, wobei bei allen Verfahren das Flüssigkeitsventil 11 und die Steuerventile 20 und 23 der jeweiligen Füllstelle 6 durch die Steuerelektronik oder Steuereinrichtung 13 in Abhängigkeit von den Messsignalen der Durchflussmesser 21 und 21a so angesteuert werden, dass jede Flasche 2 nach dem Füllen die beiden Komponenten K1 und K2 in dem erforderlichen Mengenverhältnis enthält.
Durch die Verwendung von zwei getrennten Durchflussmessern 21 und 21a ermöglicht die Füllmaschine 1a, die beiden Komponenten K1 und K2 in einer beliebig gewählten zeitlichen Abfolge in die jeweilige Flasche 2 einzubringen, insbesondere auch zumindest teilweise zeitgleich.
U. a. besteht die Möglichkeit, mit dem Füllsystem der 2 wiederum eine Komponente, nämlich die Komponente K1 bereits pasteurisiert oder sterilisiert im erhitzten Zustand und die andere Komponente, nämlich die Komponente K2 im kalten oder im leicht vorgewärmten oder gekühlten Zustand und beispielsweise noch nicht sterilisiert oder pasteurisiert in die jeweilige Flasche 2 einzubringen, wobei dann die Temperaturen der Komponenten K1 und K2 und das Massenverhältnis dieser Kom ponenten wiederum so gewählt sind, dass zumindest nach Abschluss des jeweiligen Füllprozesses das gesamte in der jeweiligen Flasche 2 abgefüllte Produkt eine Temperatur, beispielsweise eine Temperatur über 70°C aufweist, die dazu ausreicht, dass innerhalb der jeweiligen Flasche 2 bei ausreichend langer Heißhaltezeit selbst die bis dahin noch nicht sterilisierte oder pasteurisierte Komponente K2 bzw. deren Bestandteile durchgängig erhitzt und damit sterilisiert bzw. pasteurisiert werden. Die zeitliche Abfolge, in der die Komponenten K1 und K2 in die jeweilige Flasche 2 eingebracht werden, ist hierbei grundsätzlich beliebig.
Insbesondere die vorstehend beschriebenen Verfahren, bei dem das Sterilisieren oder Pasteurisieren der Komponenten K2 in der jeweiligen Flasche 2 durch das Erhitzen mit der Komponente K1 erfolgt, sind beispielsweise mehr im Detail so ausgestaltet,

– dass die Anteile der Komponenten K1 und K2 und oder deren Temperaturen T1 und T2 so gewählt sind, dass das Füllgut am Ende des Füllprozesses auch unter Berücksichtigung der Wärmekapazität und/oder Temperatur der jeweiligen Flasche 2 eine Temperatur deutlich oberhalb von 70°C, bevorzugt deutlich oberhalb von 75°C aufweist, und/oder
– dass die in der Festüllphase in die jeweilige Flasche 2 eingebrachte Menge der zweiten Komponente K2 20 bis 25 Volumen% der in die jeweilige Flasche 2 eingebrachten Gesamtmenge beider Komponenten K1 und K2 beträgt.

Sofern ein Vorfällen der jeweiligen Flasche 2 mit der Komponente K1 erfolgt, sind die vorstehend beschriebenen Verfahren, bei dem das Sterilisieren oder Pasteurisieren der Komponenten K2 in der jeweiligen Flasche 2 durch das Erhitzen mit der Komponente K1 erfolgt, beispielsweise auch noch so ausgestaltet,

– dass die in der Vorfüllphase in die jeweilige Flasche 2 eingebrachte Menge der ersten Komponente K1 größer ist als die in dieser Festfüllphase eingebrachte Menge der zweiten Komponente K2, und zwar z. B. derart, dass die in der Festfüllphase in die jeweilige Flasche 2 eingebrachte Menge der zweiten Komponente K2 maximal 40 Volumen% der in der Vorfüllphase eingebrachten Menge der ersten Komponente K1 beträgt, und/oder
– dass die in der Auffüll- oder Restüllphase in die jeweilige Flasche 2 eingebrachte Menge der ersten Komponente K1 größer ist als die in der Vorfüllphase eingebrachte Menge dieser ersten Komponente K1, und zwar z. B. derart, dass die in der Vorfüllphase in die jeweilige Flasche 2 eingebrachte Menge der ersten Komponente K1 30 bis 40 Volumen% der in der Auffüll- oder Restüllphase eingebrachten Menge der ersten Komponente K1 beträgt.

Bestehen die Flaschen 2 aus einem ausreichend temperaturbeständigen Material, z. B. aus Glas, so werden sie bei diesen Verfahren beispielsweise vor dem Beginn des Füllprozesses, d. h. vor dem Einleiten der Vorfüllphase erhitzt, beispielsweise auf eine Temperatur von oberhalb 70°C, bevorzugt von oberhalb 75°C.
Ein spezielles Problem beim aseptischen bzw. sterilen Abfüllen von Produkten, die die flüssigen und festen und/oder festeren Bestandteile bereits im Mischung enthalten, beispielsweise von Fruchtsäften mit Fruchtzellen oder Fruchtfasern, besteht darin, dass im Vergleich zu den flüssigen Bestandteilen für ein durchgängiges Erhit zen und damit Pasteurisieren der festen Bestandteile (z. B. Fruchtstücke, Fruchtzellen, Fruchtfasern usw.) nicht nur ein erhöhter apparatetechnischer Aufwand, sondern auch wesentlich höhere Heißhaltezeiten erforderlich sind, so dass es dann, wenn das aus den flüssigen und festen Bestandteilen gemischte Produkt erhitzt und die Dauer der Heißhaltezeit für ein durchgängiges Pasteurisieren der festen Bestandteile gewählt wird, durch Überpasteurisation z. B. der flüssigen Bestandteile zu erheblichen Qualitätsverlusten des Produktes kommen kann.
Auch dieser Nachteil kann mit den in den Figuren dargestellten Füllsystemen vermieden werden. Mit diesen Füllsystemen sind nämlich Verfahren möglich, bei den die beiden Komponenten K1 und K2 gesondert und in der für die jeweilige Komponente optimalen und eine Überpasteurisation vermeidenden Weise pasteurisiert und in dem erforderlichen Mengen- oder Massenverhältnis in die Flaschen 2 eingebracht werden.
Insbesondere sind auch Verfahren möglich, bei denen innerhalb der jeweiligen Flasche 2 ein „Abschrecken” der heißen Komponente durch die kalte oder kühlere Komponente erfolgt, um so für die heiße Komponente eine für ein durchgängiges Pasteurisieren ausreichende Heißhaltezeit zu erreichen, diese Heißhaltezeit dann aber durch das Abschrecken mit der kalten oder kühleren Komponente gezielt zu unterbrechen, um eine Überpasteurisation zu vermeiden. Bei einem Verfahren dieser Art enthält der Kessel 10 die Komponente K1, die im Vorfeld der Füllmaschine 1a pasteurisiert und rückgekühlt wurde. Beim Füllen der jeweiligen Flasche 2 wird zunächst die Komponente K2, die auf die für eine durchgängige Pasteurisierung erforderliche Temperatur T2, d. h. beispielsweise auf eine Temperatur über 70°C erhitzt ist in die jeweilige Flasche 2 dosiert, d. h. in der für das Mischprodukt erforderlichen Menge eingebracht. Im Anschluss erfolgt das „Abschrecken” der heißen Komponente K2 durch die nach dem Schließen des Steuerventils 23 und dem Öffnen des Steuerventils 20 der Flasche 2 zufließende Komponente K1. Hierbei ist die Heißhaltezeit der Komponente K2 bis zum Kontakt mit der Komponente K1 so gewählt, dass eine durchgängige Pasteurisation aller festen Bestandteile der Komponente K2 sichergestellt ist. Die Beendigung der Heißhaltezeit bzw. die Rückkühlung der Komponente K2 bzw. der festen Bestandteile dieser Komponente erfolgt innerhalb der jeweiligen Flasche 2 durch die Komponente K1 und verhindert eine unkontrollierte Überpasteurisation. In der fertig gefüllten Flasche 2 stellt sich nach Beendigung des Füllprozesses eine Mischtemperatur ein, die u. a. den Temperaturen und dem Mischverhältnis der Komponenten K1 und K2 entspricht und – da der Anteil der Komponente K2 im Produkt in der Regel deutlich kleiner ist als der Anteil der Komponente K1 – nur geringfügig über der Temperatur T1 der Komponente K1 liegt.
Mit dem erfindungsgemäßen Füllsystem, insbesondere auch mit dem Füllsystem der 2 besteht weiterhin die Möglichkeit, temperaturempfindliche Flaschen 2 aus Kunststoff, beispielsweise PET-Flaschen schonend zu füllen, auch wenn eine Komponente, beispielsweise die Komponente K2 z. B. zur Erzielung der erforderlichen Keimfreiheit eine Temperatur aufweist, die deutlich über einer kritischen Temperatur, beispielsweise deutlich über einer Temperatur von 60°C liegt, bis zu der Flaschen 2 aus Kunststoff noch beständig sind. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die heiße Komponente K2 der jeweiligen Flasche 2 in nerhalb der kühleren Komponente K1 zugegeben, und zwar z. B. in der Weise, dass sich die heiße Komponente K2 mit der Komponente K1 vermischt und sich dabei für das mit der Wandung der jeweiligen Flasche 2 in Berührung stehende Mischprodukt eine Mischtemperatur ausbildet, die unterhalb der kritischen Temperatur liegt, so dass eine thermische Beschädigung der Flasche 2 zuverlässig vermieden ist. Das entsprechende Verfahren kann in verschiedenster Weise ausgestaltet sein, beispielsweise in der Form, dass zunächst ein Vorfällen der jeweiligen Flasche 2 mit der kühleren Komponente K1 und erst dann ein Einleiten der heißen Komponente K2 erfolgt. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Komponente K2 zeitgleich mit der Komponente K1 in die jeweilige Flasche 2 einzubringen, wobei dann das Vermischen beider Komponenten zur Erzielung der reduzierten Mischtemperatur zumindest teilweise auch bereits in dem jeweiligen Füllelement 3 erfolgt.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die beiden Komponenten K1 und K2 jeweils an einer gemeinsamen Füllstelle 6 bzw. über eine gemeinsame Abgabeöffnung 3.1 eines Füllelementes 3 in die Flaschen 2 eingebracht werden. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, jede Komponente K1 und K2 jeweils über ein eigenständiges Füllelement gesteuert in die Flaschen 2 einzubringen, und zwar an Füllstellen mit jeweils zwei Füllelementen oder mit einem Zweifach-Füllelement oder aber an hintereinander liegenden Füllpositionen oder Füllstellen, d. h. an Füllstellen, die während des Füllens einer Flasche 2 zeitlich nacheinander zur Anwendung kommen und/oder in Bezug auf die Bewegung der Flaschen 2 durch die Füllmaschine auf einander erfolgen.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. Allen Ausführungsformen der Erfindung ist aber gemeinsam, dass die beiden Komponenten K1 und K2 innerhalb ein und derselben Füllmaschine 1 bzw. 1a in die Flaschen 2 oder in andere Behälter abgefüllt werden.
Vorstehend davon ausgegangen, dass die füllmengenabhängige Steuerung der Steuerventile 20, 23 und des Flüssigkeitsventils 11, insbesondere auch zur Erzielung der erforderlichen Anteile der Komponenten K1 und K2 in der jeweiligen Flasche 2 in Abhängigkeit von dem Messsignalen des Durchflussmessers 21 und 21a gesteuert werden. Es besteht aber bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unabhängig von der speziellen Ausbildung dieses Verfahrens auch die Möglichkeit, die Überwachung und/oder Steuerung der den Flaschen 2 jeweils zugeführten Mengen der Komponenten K1 und K2 unter Verwendung von Wagezellen durchzuführen, die dann anstelle der Durchflussmesser 21 und 21a oder aber zusätzlich zu diesen vorgesehen sind. Weiterhin ist insbesondere das Dosieren der zweiten Komponente K2 mittels eines Dosierkolbens möglich.

1, 1a: Füllmaschine
2: Flasche
2.1: Flaschenmündung
3: Füllelement
3.1: Abgabeöffnung
4: Rotor
5: Behälterträger
6: Füllstelle oder Behandlungsposition
7: Gehäuse
8: Flüssigkeitskanal
9: Produktkanal
10: Kessel für Komponente K1
11: Flüssigkeitsventil
12: Betätigungseinrichtung für Flüssigkeitsventil 11
13: Steuereinrichtung
14: Innenraum
15: glockenartiges Element
16, 17: Strömungskanal
16.1, 17.1: Steuerventil
18: Strömungskanal
19: Ringkanal
20: Steuerventil
21, 21a: Durchflussmesser
22: Druckleitung
23: Steuerventil
24: Kessel
25: Erhitzer
26, 27: Versorgungsleitung
28: Mischkessel
29: Steuerventil
30: Druckleitung
N10: Flüssigkeitsspiegel der Komponente K1 im Kessel 10
N28: Spiegel der Komponente K2 im Mischkessel 28

Claims

Verfahren zum Abfüllen eines aus wenigstens einer ersten Komponente (K1) und aus wenigstens einer zweiten Komponente (K2) bestehenden Füllgutes in Flaschen oder dergleichen Behältern (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (K1, K2) innerhalb einer Füllmaschine (1, 1a) jeweils getrennt bereitgestellt und mit solchen Temperaturen und Massenverhältnissen in dem jeweiligen Behälter (2) abgefüllt werden, dass das die Komponenten (K1, K2) aufweisende abgefüllte Produkt durchgängig sterilisiert und/oder pasteurisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (K1, K2) an jeweils einer gemeinsamen Füllstelle (6) der Füllmaschine (1, 1a) oder an unterschiedlichen, jeweils einer Komponente zugeordneten Füllstellen in die Behälter (2) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Komponente (K1) eine flüssige Komponente oder eine Komponente mit einem geringen Feststoffanteil und die wenigstens eine zweite Komponente (K2) eine Feststoffe enthaltende oder eine Komponente mit einem erhöhten Feststoffanteil ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Komponente (K1) auf eine erste Temperatur (T1) erhitzt ist, die wesentlich höher ist als eine zweite Temperatur (T2) einer zweiten Komponente (K2), und dass die in den jeweiligen Behälter (2) eingebrachte Menge oder das Mischverhältnis der Komponenten (K1, K2) im jeweiligen Behälter (2) und/oder die Temperaturen (T1, T2) der Komponenten (K1, K2) so gewählt sind, dass das aus den beiden Komponenten (K1, K2) bestehende und in den jeweiligen Behälter (2) eingebrachte Füllgut am Ende des Füllens oder Füllprozesses eine für ein Sterilisieren und/oder Pasteurisieren ausreichende Temperatur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anteile der Komponenten (K1, K2) und oder deren Temperaturen (T1, T2) so gewählt sind, dass das Füllgut am Ende des jeweiligen Füllprozesses eine Temperatur deutlich oberhalb von 70°C, bevorzugt deutlich oberhalb von 75°C aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den jeweiligen Behälter (2) eingebrachte Menge der zweiten Komponente (K2) 20 bis 25 Volumen% der in den jeweiligen Behälter (2) eingebrachten Gesamtmenge beider Komponenten beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des jeweiligen Füllprozesses zunächst in einer Vorfüllphase die erste Komponente (K1), anschließend in einer Feststofffüllphase die zweite Komponente (K2) und anschließend in einer Auffüll- oder Restfüllphase erneut die erste Komponente (K1) in den jeweiligen Behälter (2) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der Auffüll- oder Restfüllphase das Füllelement (3) oder ein in diesem Füllelement ausgebildeter Flüssigkeitskanal sowie auch ein das Füllelement (3) mit einem Kessel (10) für die erste Komponente (K1) verbindender Produktkanal (9) gespült werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Vorfüllphase in den jeweiligen Behälter (2) eingebrachte Menge der ersten Komponente (K1) größer ist als die in der Festfüllphase eingebrachte Menge der zweiten Komponente (K2), und/oder dass die in der Festfüllphase in den jeweiligen Behälter (2) eingebrachte Menge der zweiten Komponente (K2) maximal 40 Volumen% der in der Vorfüllphase eingebrachten Menge der ersten Komponente (K1) beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Auffüll- oder Restfüllphase in den jeweiligen Behälter (2) eingebrachte Menge der ersten Komponente (K1) größer ist als die in der Vorfüllphase eingebrachte Menge der ersten Komponente (K1), wobei die in der Vorfüllphase in den jeweiligen Behälter (2) eingebrachte Menge der ersten Komponente (K1) beispielsweise 30 bis 40 Volumen% der in der Auffüll- oder Restfüllphase eingebrachten Menge der ersten Komponente (K1) beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des jeweiligen Füllprozesses wenigsten eine Komponente, vorzugsweise die zweite Komponente (K2) mit einer erhöhten Temperatur (T2), beispielsweise mit einer Temperatur über 60°C bereit gestellt und beim Einbringen in den jeweiligen Behälter (2) oder innerhalb des jeweiligen Behälters (2) durch wenigstens eine Komponente mit reduzierter Temperatur (T1), beispielsweise durch die erste Komponente (K1) abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Behältern (2) aus Kunststoff das Abkühlen der Komponente (K2) mit der erhöhten Temperatur (T2) auf eine Temperatur erfolgt, die unter einer die Behälter (2) beschädigenden kritischen Temperatur, beispielsweise unter einer Temperatur von 60°C, bevor das aus den Komponenten gebildete Mischprodukt mit der Wandung des jeweiligen Behälters (2) in Berührung kommt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (K2) mit der erhöhten Temperatur (T2) mit einer das Pasteurisieren dieser Komponente bewirkenden Temperatur (T2) für den jeweiligen Füllprozess bereitgestellt wird, und dass zur Beendigung einer Heißhaltezeit oder der Pasteurisation und zur Vermeidung einer Überpasteurisation die Komponente (K2) mit der erhöhten Temperatur (T2) beim Einbringen in den jeweiligen Behälter (2) und/oder in diesem Behälter (2) durch die Komponente mit reduzierter Temperatur (T1) rückgekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Komponente (K2) durch den Druck wenigstens eines gas- und/oder dampfförmigen Mediums in den jeweiligen Behälter (2) und/oder an die jeweilige Füllstelle (6) und/oder an das jeweilige Füllelement (3) und/oder an eine zum Ausbringen des Füllgutes in die Behälter (2) an dem Füllelement (3) vorgesehene Abgabeöffnung (3.1) gefördert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den jeweiligen Behälter (2) eingebrachte Menge der ersten Komponente (K1) und/oder der zweiten Komponente (K2) mittels eines Durchflussmessers (21) und/oder eine Wägeeinrichtung erfasst wird, und/oder dass die zweite Komponente (K2) mittels eines Dosierkolbens dosiert in den jeweiligen Behälter (2) eingebracht wird, und/oder dass die erste Komponente durch einen Heißumlauf ständig erhitzt und auf der ersten Temperatur (T1) gehalten wird.