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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 7.
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Verfahren und Füllsysteme zum Füllen von Behältern, insbesondere auch in Form von Flaschen, mit einem flüssigen Füllgut sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Bekannt ist hierbei insbesondere auch, im Trinox-Verfahren die korrekte Füllhöhe (Sollfüllhöhe) in dem jeweiligen in Dichtlage an einem Füllelement angeordneten Behälter mit Hilfe eines Rückgas- oder Trinox-Rohres einzustellen, welches beim Füllen in den jeweiligen Behälter durch dessen Behälteröffnung hineinreicht und dessen unteres Ende die Sollfüllhöhe bestimmt. Zur Einstellung der Sollfüllhöhe wird der nach einem Schließen des Füllelementes, d. h. an Ende der jeweiligen Füllphase mit dem flüssigen Füllgut zunächst über gefüllte Behälter in seinem von dem Füllgut nicht eingenommenen Kopfraum mit einem Trinox-Gas unter Druck beaufschlagt, so dass Füllgut über das Rückgas- oder Trinox-Rohr aus dem Behälter gedrückt bzw. verdrängt wird, bis das untere Ende des Rückgas- oder Trinox-Rohres aus dem Füllgutspiegel im Behälter aufgetaucht und damit die angestrebte Sollfüllhöhe des Füllgutes im Behälter erreicht ist. Das bei der Korrektur bzw. Einstellung der Sollfüllhöhe über das Rückgas- oder Trinox-Rohr verdrängte Füllgut wird zumindest zum Teil dem zur Bereitstellung des Füllgutes dienenden Füllgutkessel zurückgeführt, und zwar auch zusammen mit gas- und/oder dampfförmigen Bestandteilen, die beim Füllen bzw. während der Füllphase als Rückgas aus dem Innenraum des jeweiligen Behälters durch das diesem zufließende Füllgut verdrängt wurden (
DE 10 2009 016 322 A1 ).
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Der Füllgutkessel ist während des Füllbetriebes mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt, so dass im Füllgutkessel ein unterer, vom Füllgut eingenommener Flüssigkeitsraum und darüber, d. h. über dem Füllgutspiegel ein Gasraum ausbildet sind.
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Das Rückführen des Füllgutes sowie der gas- und/oder dampfförmigen Bestandteile bzw. des Rückgases, welches in der Regel ein Inertgas, z. B. CO2-Gas oder Stickstoff ist, in den Gasraum des Füllgutkessels führt dort zu einer erheblichen Wirbelbildung. Weiterhin führt auch das zurückgeführte und auf den Füllgutspiegel im Füllkessel auftreffende Füllgut zu einer erheblichen Beunruhigung des Füllgutes im Flüssigkeitsraum. Speziell bei Füllgütern oder Produkten mit flüchtigen Bestandteilen (Alkohol, Aromen), die dazu neigen, aus dem Füllgut auszutreten, wie dies insbesondere bei Produkten (z. B. Spirituosen) mit erhöhtem Alkoholgehalt, d. h. mit einem Alkoholgehalt größer 25% der Fall ist, führt die durch die Rückführung von Füllgut und gas- und/oder dampfförmigen Bestandteilen bzw. Rückgas bedingte Beunruhigung sowohl im Gasraum als auch im Flüssigkeitsraum des Füllgutkessels zu merklichen Alkoholverlusten im Füllgut, die dann vielfach kostenaufwendig kompensiert werden müssen. Qualitätsverluste entstehen auch bei hochwertigen Getränken mit leicht flüchtigen Aromen, wie bspw. Wein, Wein- oder Spirituosen-Mischgetränke oder Brandweinen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches es ermöglicht, auch Produkte bzw. Füllgüter mit flüchtigen Bestandteilen ohne Verlust oder im Wesentlichen ohne Verlust dieser Bestandteile abzufüllen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Füllsystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 7.
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Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Einstellung der Sollfüllhöhe bevorzugt nach dem Trinox-Verfahren, wobei das aus dem jeweiligen Behälter über das Rückgas- oder Trinox-Rohr zusammen mit gas- und/oder dampfförmigen Bestandteilen bzw. mit dem Rückgas verdrängte Füllgut nach einem Trennen von den gas- und/oder dampfförmigen Bestandteilen unterschichtig in den Flüssigkeitsraum des Füllgutkessels zurückgeführt wird, d. h. unterhalb des dortigen Füllgutspiegels in den Flüssigkeitsraum eingeleitet wird. Hierdurch werden ein Auftreffen von zurückgeführtem Füllgut auf den Füllgutspiegel im Füllgutkessel und eine Beunruhigung des dortigen Füllgutes durch das zurückgeführte Füllgut vermieden. Der Sammelraum steht zwar bevorzugt mit dem Gasraum des Füllgutkessels in Verbindung, im Sammelraum erfolgt aber eine Beruhigung der Strömung des Rückgases (z. B. Inertgas, beispielsweise CO2-Gas und/oder Stickstoff), so dass durch dieses Rückgas auch keine oder im wesentlichen keine Beunruhigung der Atmosphäre im Gasraum des Füllgutkessels erfolgt.
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In Dichtlage mit dem Füllelement befindlicher Behälter bedeutet im Sinne der Erfindung, dass der jeweilige Behälter in der dem Fachmann bekannten Weise mit seiner Behältermündung dicht an den Behandlungskopf oder an das Füllelement bzw. an eine dortige Dichtung angepresst anliegt.
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„Behälter” sind im Sinne der Erfindung u. a. Behälter in Form von Dosen, Flaschen, auch großvolumige Behälter jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff.
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„Trinox-Druckgas” ist im Sinne der Erfindung ein Inertgas, z. B. sterile Luft, Stickstoff und/oder CO2-Gas, und wird für die Einstellung der Sollfüllhöhe dem Kopfraum des jeweiligen Behälters mit einem Druck zugeführt, der zumindest etwas größer ist als der Fülldruck oder der Druck im Gasraum des Füllgutkessels.
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Der Ausdruck „im Wesentlichen” bzw. „etwa” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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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.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt ein Füllelement eines Füllsystems gemäß der Erfindung;
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2 eine Darstellung wie 1 bei einer weiteren Ausführungsform des Füllsystems gemäß der Erfindung;
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3 in vergrößerter Teildarstellung den unteren Bereich des Füllelementes der 1 und 2.
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Das in der 1 allgemein mit 1.1 bezeichnete Füllelement ist am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotors 3 eines Füllsystems 1 oder einer Füllmaschine umlaufender Bauart zum Füllen von Behältern 2 in Form von Flaschen mit einem flüssigen Füllgut vorgesehen. Am Rotor 3 befinden sich für sämtliche Füllelemente 1.1 der Füllmaschine gemeinsam ein als Ringkessel ausgebildeter Füllgutkessel 4, der während des Füllbetriebes unter Ausbildung eines Flüssigkeitsraumes 4.1 und eines darüber liegenden Gasraumes 4.2 mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt ist sowie zwei Ringkanäle 5 und 6, von denen sich der Ringkanal 6 oberhalb des Füllgutkessels 4, auf jeden Fall oberhalb des Füllgutspiegels in diesem Füllgutkessel befindet. Der Gasraum 4.2 ist beispielsweise von einem Inertgas (z. B. CO2-Gas oder Stickstoff) eingenommen, welches je nach Füllverfahren unter Überdruck, Normaldruck oder Unterdruck steht. Der Ringkanal 5, der ebenso wie der Sammelraum 6 für sämtliche Füllelemente der Füllmaschine gemeinsam vorgesehen ist, dient zur Bereitstellung eines Trinox-Gases, d. h. eines Inertgases, welches z. B. sterile Luft, CO2-Gas oder Stickstoff ist und mit einem Druck bereitgestellt wird, der größer ist als der Druck des Gasraumes 4.2. Der Sammelraum 6 ist insbesondere als Ringkanal ausgeführt, wie in 1 gezeigt.
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Das Füllelement 1.1 umfasst ein Füllelementgehäuse 8, in welchem u. a. ein Flüssigkeitskanal 9 ausgebildet ist, der in seinem oberen Bereich über eine Produktleitung 10 mit dem Flüssigkeitsraum 4.1 des Füllgutkessels 4 verbunden ist. An der Unterseite des Gehäuses 8 bildet der Flüssigkeitskanal 9 eine die Füllelementachse FA umschließende ringförmige Abgabeöffnung 11, über die während des Füllens das flüssige Füllgut dem in Dichtlage am Füllelement 1.1 angeordneten und auf einem Behälterträger 7 stehenden Behälter 2 zufließt, der dabei mit seiner Behältermündung über eine Dichtung eines Zentrierkonus 12 im Bereich der Abgabeöffnung 11 dicht gegen das Füllelement anliegt, d. h. sich in Dichtlage mit dem Füllelement befindet, und zwar angehoben durch den dem Füllelement 1.1 zugeordneten Behälterträger 13. Im Flüssigkeitskanal ist in Strömungsrichtung des Füllgutes vor der Abgabeöffnung 11 ein von einem Ventilkörper 15 gebildetes Flüssigkeitsventil vorgesehen. Der Ventilkörper 15, der mit einer Ventilfläche im Flüssigkeitskanal 9 zusammenwirkt, ist an einem achsgleich mit der vertikalen Füllelementachse FA angeordneten und als Ventilstößel wirkenden Gasrohr 16 vorgesehen. Das Gasrohr 16 steht durch die Abgabeöffnung 11 über die Unterseite des Füllelementes vor und reicht damit während des Füllens in den Kopfraum des jeweiligen Behälters 2. Zum gesteuerten Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 14 ist eine auf das Gasrohr 16 einwirkende und bei der dargestellten Ausführungsform pneumatische Betätigungseinrichtung 17 vorgesehen.
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Das Füllelement 1.1 weist weiterhin ein achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnetes und vom Gasrohr 16 mit Abstand umschlossenes sowie beidendig offenes sondenartiges Trinox-Rohr oder Rückgasrohr 18 auf, welches während des Füllbetriebes als Füllhöhe bestimmendes Element mit seinem unteren offenen Ende 18.1 ebenfalls in den Kopfraum des betreffenden Behälters 2 hineinreicht und über das untere offene Ende des Gasrohres 16 vorsteht.
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Das Rückgasrohr 18 ist durch das Füllelementgehäuse 8 hindurchgeführt und steht mit einer oberen Länge über die Oberseite dieses Gehäuses vor und ist mit seinem oberen Ende an einem für sämtliche Füllelemente des Füllsystems gemeinsamen Tragring 19 einer Verstelleinrichtung 20 gehalten, mit der sämtliche Rückgasrohre 18 gemeinsam axial zur Einstellung der Füllhöhe bewegbar sind. Das obere Ende des Rückgasrohres 18 ist über ein Steuerventil 21 und eine flexible Leitung 22 mit dem oberen Bereich des Ringkanals 6 verbunden, der bei der dargestellten Ausführungsform als Füllgutsammelkanal dient.
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Bei der in der 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist der Ringkanal 6 in seinem unteren Bereich über eine Leitung 23 mit einer Versorgungsleitung 24 verbunden, die zum Zuführen oder Nachfüllen des flüssigen Füllgutes in den Ringkessel 4 dient. Weiterhin ist der obere Bereich des Ringkanals 6 (Gasraum) über eine Leitung 25.1 mit einer Leitung 25 zum Zuführen des Inertgases in den Gasraum 4.2 und damit mit diesem Gasraum verbunden. Der Ringkanal 6 bildet somit u. a. einen Abscheider zum Trennen des flüssigen Füllgutes von gas- und/oder dampfförmigen Bestandteilen bzw. vom Rückgas, und zwar derart, dass sich das jeweilige flüssige Füllgut in einem unteren, an die Leitung 23 angeschlossenen Teilraum (Flüssigkeits-Teilraum) sammelt und die gas- und/oder dampfförmigen Bestandteile in einem darüberliegenden Teilraum (Gas-Teilraum), der über die Leitungen 25 und 25.1 u. a. auch mit dem Gasraum 4.2 des Füllgutkessels 4 in Verbindung steht, so dass letztlich im Ringkanal 6 derselbe Druck wie im Füllgutkessel 4 herrscht.
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Im Inneren des Gehäuses 8 sind weiterhin u. a. ein Gasraum 26, in den das obere Ende des Gasrohres 16 bzw. ein zwischen der Innenfläche des Gasrohrs 16 und der Außenfläche des Rückgasrohres 18 gebildeter Gaskanal 27 mündet. Weiterhin ist im Inneren des Gehäuses 8 ein gesteuerter Gasweg mit dem Steuerventil 28 vorgesehen, über den der Gaskanal 27 in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise gesteuert mit dem Ringkanal 5 verbunden werden kann.
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Mit dem Füllelement 1.1 sind unterschiedliche Füllverfahren zum Füllen der Behälter 2 möglich. Bei allen diesen Verfahren dient das Rückgasrohr 18 als die Füllhöhe im jeweiligen Behälter 2 bestimmendes Element und reicht während des Füllens in den in Dichtlage am Füllelement 1.1 angeordneten Behälter 2 hinein. Allen diesen Füllverfahren ist gemeinsam, dass die eigentliche Füllphase durch Öffnen des Flüssigkeitsventils 14 eingeleitet wird, und dass dabei bei geschlossenem Steuerventil 28, aber bei geöffnetem Steuerventil 21 das von dem zufließenden flüssigen Füllgut aus dem Innenraum des Behälters 2 verdrängte gas- und/oder dampfförmige Medium über das Rückgasrohr 18 in den Ringkanal 6 und dabei u. a. auch in den Gasraum 4.2 des Ringkessels 4 zurückgeführt wird. Das Zufließen des flüssigen Füllgutes in den jeweiligen Behälter 2 wird dadurch beendet, dass schließlich das untere Ende 18.1 in den Füllgutspiegel eintaucht, wodurch das weitere Rückführen von gas- und/oder dampfförmigen Medium aus dem Kopfraum des Behälters 2 verhindert wird, wobei das flüssige Füllgut im Rückgasrohr 18 auf ein Niveau ansteigt, welches unterhalb des Niveaus des Füllgutspiegels im Ringkessel 4, aber oberhalb des Niveaus des Füllgutspiegels im Behälter 2 liegt. Das Flüssigkeitsventil 14 wird dann zeitgesteuert geschlossen. Bei weiterhin geöffnetem Steuerventil 21 wird zur genauen Einstellung der Füllhöhe bzw. zur Füllhöhenkorrektur das Steuerventil 28 geöffnet, so dass das unter Druck stehende Trinox-Gas bzw. Inertgas aus dem Ringkanal 5 über den Gasraum 26 und den Gaskanal 27 in den Kopfraum des gefüllten Behälters 2 gelangt und weiteres Füllgut über das Ende 18.1 in das Rückgasrohr 18 drückt, wobei ein Teil dieses Füllgutes schließlich in den Ringkanal 6 gelangt. Die Sollfüllhöhe ist dann erreicht, wenn das Ende 18.1 aus dem Füllgut auftaucht. Der eigentliche Füllprozess wird durch Schließen der Steuerventile 21 und 28 beendet. Der gefüllte Behälter 2 kann dann durch Absenken des Behälterträgers von dem Füllelement 1.1 abgenommen werden.
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Der Ringkanal 6 dient zum Trennen der flüssigen Phase, d. h. des über das Gasrohr 18 zugeführten Füllgutes und der gas- und/oder dampfförmigen Phase, d. h. des beim Füllen aus dem Behälter 2 verdrängten gas- und/oder dampfförmigen Mediums. Wie u. a. in 1 gezeigt, wird die flüssige Phase bzw. das Füllgut wird über die Leitungen 23 und 24 in den Ringkessel unterschichtig und ohne Anteile oder im Wesentlichen ohne Anteile an gas- und/oder dampfförmigem Medium zurückgeführt, so dass durch das Rückführen keine Verwirbelung von flüssigem Füllgut und/oder Inertgas im Bereich des Füllgutspiegels und damit auch kein Freisetzen von Alkohol aus dem Füllgut erfolgt.
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Die 2 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllsystem 1a, welches sich von dem Füllsystem 1 dadurch unterscheidet, dass zusätzlich zum Ringkanal 6 ein Flüssigkeitsabscheider 32 vorgesehen ist, und zwar in der Verbindung zwischen der Leitung 23 und der Versorgungsleitung 24. Der Flüssigkeitsabscheider 32 besteht aus einem Gehäuse 33, welches einen geschlossenen Gehäuseinnenraum bildet, in welchem abgedichtet die Leitung 23 sowie oben eine Leitung 34 münden, die mit der Leitung 25 verbunden ist. An der Unterseite ist der Innenraum des Gehäuses 33 mit der Versorgungsleitung 24 verbunden. Weiterhin ist in der Leitung 25 zwischen dem Gasraum 4.2 und dem Anschluss der Leitung 25.1 ein Sperrventil 35 vorgesehen, welches während des normalen Füllbetriebes geöffnet ist (auch für Ausführung gem. 1 vorteilhaft). Durch den Flüssigkeitsabscheider 32 wird ein verbessertes Abscheiden von dem Füllgut mitgeführten und/oder gelösten gas- und/oder dampfförmigen Bestandteilen erreicht, so dass das aus dem Flüssigkeitsabscheider 32 an die Versorgungsleitung 24 und damit an den Flüssigkeitsraum 4.1 unterschichtig zurück geführte Füllgut frei von gas- und/oder dampfförmigen Bestandteilen ist und hierdurch eine Wirbelbildung im Füllgut des Ringkessels 4 durch aufsteigende Gas- und/oder Dampfblasen verhindert wird.
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Die 3 zeigt in vergrößerter Teildarstellung nochmals den unteren Bereich des Füllelementes 1.1. Wie dargestellt, ist im Gehäuse 8 ein zusätzlichen Gaskanal 36 vorgesehen, der bei in Dichtlage am Füllelement vorgesehenen Behälter 2 bezogen auf die Füllelementachse FA gegenüber der Abgabeöffnung 11 radial nach außen versetzt in den Kopfraum des Behälters 2 mündet und ebenfalls über das Steuerventil 28 gesteuert mit dem Ringkanal 5 verbunden wird, d. h. bei geöffnetem Steuerventil 28 erfolgt auch ein Einströmen des Inertgases aus dem Ringkanal 5 über den Gaskanal 36 in den Kopfraum des Behälters. Hierdurch wird nicht nur bei der Einstellung der Sollfüllhöhe das Verdrängen von überschüssigem Füllgut über das Rückgasrohr 18 in den Ringkanal 6 unterstützt, sondern zugleich auch erreicht, dass der Bereich der Abgabeöffnung 11 von Füllgut frei geblasen wird, so dass dann nach Beendigung des Füllprozesses und beim Abnehmen sowie nach dem Abnehmen des gefüllten Behälters 2 vom Füllelement 1.1 kein Nachtropfen des Füllgutes von der Unterseite des Füllelementes erfolgt.
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Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanken verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a
- Füllsystem
- 1.1
- Füllelement
- 2
- Behälter
- 3
- Rotor
- 4
- Ringkessel
- 4.1
- Flüssigkeitsraum
- 4.2
- Gasraum
- 5, 6
- Ringkanal
- 8
- Gehäuse
- 9
- Flüssigkeitskanal
- 10
- Produktleitung
- 11
- Abgabeöffnung
- 12
- Zentriertulpe
- 13
- Flaschenteller
- 14
- Flüssigkeitsventil
- 15
- Ventilkörper
- 16
- Gasrohr
- 17
- Betätigungseinrichtung
- 18
- Rückgasrohr oder Trinox-Rohr
- 18.1
- unteres Rohrende
- 19
- Tragarm
- 20
- Verstelleinrichtung
- 21
- Steuerventil
- 22
- flexible Leitung
- 23
- Leitung
- 24
- Versorgungsleitung
- 25
- Leitung
- 25.1
- Leitung
- 26
- Gasraum
- 27
- Gaskanal
- 28
- Steuerventil
- 32
- Flüssigkeitsabscheider
- 33
- Gehäuse
- 34
- Leitung
- 35
- Sperrventil
- 36
- Gaskanal
- FA
- Füllelementachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009016322 A1 [0002]
