EP3838839B1 - Vorrichtung und verfahren zum befüllen eines behälters mit einem füllprodukt - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum befüllen eines behälters mit einem füllprodukt Download PDF

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EP3838839B1
EP3838839B1 EP20215413.4A EP20215413A EP3838839B1 EP 3838839 B1 EP3838839 B1 EP 3838839B1 EP 20215413 A EP20215413 A EP 20215413A EP 3838839 B1 EP3838839 B1 EP 3838839B1
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EP
European Patent Office
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filling
container
dosage
dosing
conduit
Prior art date
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EP20215413.4A
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DR. Valentin BECHER
Florian HABERSETZER
Norman Narayanan
Heinrich Bielmeier
Josef Knott
Ute Winter
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Krones AG
Original Assignee
Krones AG
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Publication date
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    • B67C2003/2697—Means for filling containers in defined atmospheric conditions by enclosing the container partly in a chamber

Definitions

  • the present invention relates to a filling device and a method for filling a container with a filling product, preferably in a beverage bottling plant for bottling multi-component beverages such as soft drinks, mixed beverages, juices or carbonated filling products.
  • the desired components can be individually dosed and filled via separate dosing stations, as is shown, for example, in the U.S. 2008/0271809 A1 is known.
  • the use of separate dosing stations for a large number of components leads to a complex system design and process flow, since the filling of each container is divided into several separate dosing/filling stations at which the container has to be positioned for the respective dosing times.
  • the components can be brought together in a common filling valve, see for example EP 0 775 668 A1 and WO 2009/114121 A1 .
  • a component to be added to a base fluid is metered in front of the filling valve outlet, with the desired quantity being determined, for example, by volume measurement using a flow meter ( EP 0 775 668 A1 ) or by another volumetric dosing technology ( WO 2009/114121 A1 ), for example by means of a dosing piston and/or a diaphragm pump.
  • High dosing accuracy can be achieved by measuring with the help of a flow meter. This measures the volume to be dosed or the mass to be dosed and closes a shut-off valve in the dosing line when a threshold value is reached.
  • Other volumetric dosing methods such as using pumps or time/pressure filling, often have greater uncertainties and tend to be more sensitive to changes in the dosing medium, such as changes in pressure, temperature or composition. The result is frequent calibration, especially when changing the dosing medium.
  • a gravimetric measurement of the dosages is hardly feasible due to the large differences between the dosage weight for very small quantities ( ⁇ l) and the container weight.
  • the late mixing entails a not inconsiderable structural complexity.
  • the dosing head In the case of small container mouths, it is difficult to fill a moving container with a stationary dosing head. Therefore, either the dosing head must move with the container (e.g. as a rotary machine) or the container must remain stationary under the dosing head for the dosing and filling process, such as with a linear transfer machine. If a large number of different dosing components are to be available at the same time, both solutions are complex in terms of mechanical engineering due to the large number of filling points and/or dosing components on the filling valve, are costly and maintenance-intensive and require a lot of installation space.
  • the technical problems described above have led to a further development of the dosing / filling process, for example from the EP 2 272 790 A1 and DE 10 2009 049 583 A1 emerges.
  • the components of the filling product are dosed directly during filling by means of a flow meter and introduced together into the container to be filled, with a main component being displaced backwards by the component dosed during dosing.
  • the displaced volume of the main component is determined by means of the flow meter, and thus the volume of the metered component is also known and can be controlled.
  • the main component is completely flushed out of the filling valve into the container together with the metered component, whereby the total filling quantity can be determined with the same flow meter at the same time.
  • the filling quantities and also the dosed component quantities can be redetermined. This enables highly flexible bottling of individualized beverages without changeover times.
  • the filling valve When changing types, residues of a previous filling product, in particular any dosage components, may remain in the filling valve. Flavorings, pieces of fruit and the like can be carried over and contaminate subsequent fillings. So that as little residue as possible remains in the filling valve that could contaminate the filling product during the subsequent filling process, the quantity and filling of the main component must be set up in such a way that the filling valve is completely free of residues from the previous filling.
  • the degree of cleaning is determined, among other things, by how quickly and with what pressure the filling valve is flushed when the filling product is dispensed into the container. However, the flushing of the filling valve cannot be arbitrarily accelerated for a number of reasons. When filling with beverages containing carbon dioxide, foaming can easily occur. The displacement of the atmosphere in the container during filling also prevents the filling process from being accelerated.
  • a further difficulty with flexible filling by dosing components into the filling valve is that the carbon dioxide content of the filling product cannot be easily made flexible, i.e. it cannot be adjusted according to container and/or type.
  • the main component of the filling product e.g. water
  • the dosage component for example fruit syrup, has a defined Brix content.
  • Carbon dioxide content and Brix content clearly define the mixing ratio.
  • the carbon dioxide content of the main component can be adjusted so that after mixing and filling, the desired content is contained in the container. If only one type of filling product is ever filled on the filler, the carbon dioxide content of the main component can be adapted to the next type specific to the type.
  • the carbon dioxide content of the filled filling product can no longer be adjusted for the specific type, as this is determined by the main component.
  • the EP 3 760 236 A1 and EP 3 795 532 A1 each state of the art according to Article 54(3) EPC, and the EP 3 473 587 A1 and EP 2 272 792 A1 relate to further devices for filling containers with a filling product.
  • One object of the invention is to improve the flexibly individualized filling, in particular to further reduce any aroma or filling product carryover.
  • the filling device serves to fill a container with a filling product.
  • the filling product is preferably a multi-component filling product made of at least two components, one of the components for linguistic distinction herein as "Base liquid” or “main component” is referred to. Any other components are referred to as “dosage component(s)".
  • the filling device is set up for bringing together and optionally at least partially mixing the components and in this respect takes over at least part of the manufacturing process of the filling product to be filled.
  • the base liquid is, for example, water (still or carbonated) or beer.
  • the dosage component(s) may include syrup, pulp-containing liquids, pulp, flavorings, etc.
  • the filling device is therefore particularly preferably used in a beverage bottling plant.
  • the proposed filling device has: a filling element, which has a gas line to evacuate the container to be filled to a negative pressure P low and a filling product line to introduce a filling product from a base reservoir into the evacuated container under a positive pressure; a dosage reservoir; and at least one dosing supply line, preferably a dosing valve, which is set up to introduce a dosing component from the dosing reservoir into the filling product line.
  • the overpressure of the filling product under which it is filled can correspond to atmospheric pressure, but is preferably higher.
  • the container before the filling product is introduced, the container is preferably evacuated to a negative pressure P low with an absolute pressure of 0.5 to 0.05 bar, preferably 0.3 to 0.1 bar, particularly preferably about 0.1 bar.
  • the excess pressure is preferably above atmospheric pressure, for example at an absolute pressure of 1.1 bar to 6 bar.
  • the container is evacuated in such a way that during filling with the filling product, essentially no gas is displaced by the filling product and accordingly no gas has to flow out of the interior of the container. Rather, the entire opening cross section of the container can be used to introduce the filling product. In other words, during filling there is only a flow of filling product directed into the container, but no flow of fluid in the opposite direction.
  • the section of the filling product line into which the dosage component is introduced is also referred to herein as the "dosing space".
  • the one or more dosing valves are preferred forms of dosing lines.
  • the dosage valves can be dispensed with.
  • no essential or even complete mixing of the components has to take place in the dosing chamber.
  • an actual one Mixing can also take place during filling or later in the container.
  • the dosing chamber serves primarily for dosing one or more dosing components into the main component.
  • a change in the base liquid such as an adjustment of the water quality
  • water of one quality e.g. still
  • Several systems can also be supplied with the same water quality, regardless of which types are bottled in them.
  • Mixing time can be used synergistically for container transport.
  • the concept presented here can therefore be used both for linear indexing machines with one or more filling points and for rotary machines.
  • the containers can leave the carousel again after only a small angle of rotation.
  • the filling device preferably has a treatment chamber into which the container to be filled can be at least partially introduced for evacuation and filling (in particular the container mouth), which can be sealed off from the external environment and has a gas supply which is set up to create an overpressure in the to generate treatment chamber.
  • the overpressure in the treatment chamber preferably corresponds to the overpressure with which the filling product is introduced into the container.
  • the overpressure in the treatment chamber preferably corresponds to the filling pressure or saturation pressure of the carbon dioxide, which effectively prevents the filling product from foaming or foaming over after the filling process has ended.
  • the filling product in the container can also be mixed with carbon dioxide in this way after filling.
  • the CO2 content in the filling product can be set by container and by type.
  • the filling element preferably has an opening section and is in this case set up in such a way that the opening section can be brought into sealing fluid communication with the container in the treatment chamber in order to evacuate and fill it.
  • the filling element is preferably set up so that it can be moved at least partially.
  • the evacuation and filling of the container can be carried out quickly and reliably, and at the same time foreign particles are prevented from entering the interior of the container.
  • the mouth section can have a centering bell with a seal, for example with a suitably shaped contact rubber.
  • the filling device has a closing element which is set up to receive a closure, for example by means of a magnet, and to close the container with the closure after filling.
  • Closing takes place particularly preferably in the treatment chamber under the overpressure built up therein.
  • the closing element can have a closing head, which protrudes into the treatment chamber and can be moved essentially vertically.
  • a cap can be transferred to the capping head in various ways. For example, in a first step, a closure can be introduced into the treatment chamber from a sorting mechanism and a feed chute and transferred to the closure head for each filling/closing cycle.
  • the filling process can be significantly accelerated by sealing immediately after filling and under overpressure in the treatment chamber, since essentially no settling phase of the filling product is required, even if it is carbonated.
  • the filling device has at least two dosing lines, such as dosing valves, which are set up to introduce a dosing component into the dosing chamber, wherein a dosing line is in fluid connection with a dosing reservoir of a first dosing branch, which is set up to provide a first dosing component, or can be brought, and the other dosage supply line is or can be brought into fluid connection with a dosage reservoir of a second dosage branch, which is set up to provide a second dosage component, which preferably differs from the first dosage component.
  • dosing lines such as dosing valves
  • the filling device preferably has means for introducing carbon dioxide into the dosing space and/or into the container.
  • water as a possible main component, only has to be made available in one quality (e.g. still or carbonated to a certain degree) as the base liquid.
  • Several systems can also be supplied with the same water quality, regardless of which types are bottled in them. It is not absolutely necessary to focus on the filling product with the lowest carbon dioxide content.
  • non-carbonated filling products can also be filled in parallel with carbonated filling products.
  • the carbon dioxide can be introduced directly via the treatment chamber after filling.
  • the filling device is additionally or alternatively set up to flush the container with carbon dioxide before evacuation, preferably via the gas line of the filling element, and then to evacuate the container to a variable negative pressure P low in order to adjust the carbon dioxide content in the filled filling product.
  • the evacuation of the container, and thus the sudden filling is combined synergistically with the individual carbonation of the filling product.
  • the designations “evacuation”, “evacuate” and the like do not necessarily imply the endeavor to bring the negative pressure in the container as close as possible to a perfect vacuum.
  • the filling device is preferably set up to adapt the overpressure with which the filling product is introduced into the container to the underpressure P low , preferably in such a way that the pressure difference between the overpressure and the underpressure P low remains essentially constant.
  • the pressure difference can be selected in such a way that the container-by-container, type-specific carbonization leaves the control of the filling process, in particular clock rate, cycle duration, etc., unaffected.
  • the mixing ratio can be determined in a mechanically simple, compact and reliable manner.
  • a single flow meter per line
  • exactly one flow meter per filling line is installed for the corresponding filling element.
  • the designation "line” thus means the individual filling line to a filling element. This is to be distinguished from the entire bottling line.
  • the selected listing of the steps does not necessarily specify a chronological order.
  • the base liquid and the dosage component(s) can be introduced into the dosage space before, after or during the evacuation of the container.
  • the method is preferably also designed in such a way that the container to be filled is at least partially introduced into a treatment chamber for evacuation and filling; the filling member has a mouth portion sealingly placed in fluid communication therewith in the treatment chamber for evacuating and filling the container; the treatment chamber is sealed from the outside environment and pressurized; and the container is closed with a closure, preferably in and under the positive pressure of the treatment chamber.
  • carbon dioxide is preferably introduced into the dosing space and/or into the container.
  • the method is further characterized in that the container is flushed with carbon dioxide prior to evacuation; and then the container is evacuated to a negative pressure P low , the negative pressure P low being variably adjustable in order to adjust the carbon dioxide content in the filled filling product.
  • the overpressure with which the filling product is introduced into the container is preferably adapted to the underpressure P low , preferably in such a way that the pressure difference between the overpressure and the underpressure P low remains essentially constant, for example over several fillings one after the other or side by side. It is also possible that the negative pressure P low is above atmospheric pressure. Since the pressure difference between P low and the overpressure/filling pressure remains the same, the correct filling level can also be set in this case or the desired filling time/process time can be achieved.
  • the figure 1 shows a section of a filling device 1 for filling a container (in FIG figure 1 not shown) with a filling product and closing the container with a closure 2 in a beverage bottling plant.
  • the filling device 1 has a filling element 20, which is in the in the figure 1 shown process stage in a treatment chamber 10 protrudes.
  • the filling element 20 has received in a filling element housing 21: a filling product line 22; a filling valve 23 located at the lower, ie downstream, end of the filling product line 22; a gas line 24; and a gas valve 25 disposed at the lower end of the gas line 24.
  • the container can be purged and/or pressurized with a gas, for example inert gas, nitrogen and/or carbon dioxide, via the gas line 24 and the gas valve 25 .
  • a gas for example inert gas, nitrogen and/or carbon dioxide
  • the interior of the container can be set to a desired pressure, for example evacuated.
  • the gas line 24 may be of multi-channel construction, such as by a tube-in-tube configuration, including multiple gas lines to allow for the supply of one or more gases into the container and/or the removal of gas from the container physically separated if necessary.
  • the gas valve 25 comprises, for example, a gas poppet and a gas valve seat, which are configured to regulate the gas flow.
  • the gas valve cone can be switched via an actuator (not shown).
  • the filling product line 22 is preferably designed as a ring line which extends essentially concentrically with the gas line 24 .
  • the filling valve 23 comprises, for example, a filling valve cone and a filling valve seat, which are set up to regulate the flow of the filling product.
  • the filling valve 23 is set up to completely shut off the flow of filling product make possible.
  • the filling valve 23 has two positions, one open and one fully closed. For this purpose, the filling valve 23 can be switched via an actuator (not shown).
  • the actuation of the gas valve 25 and the filling valve 23 takes place via actuators that are not detailed. It should be noted that the gas valve 25 and filling valve 23 can be operatively connected to one another, so that, for example, an actuator can be set up for common use in order to simplify the structure of the filling member 20 and increase reliability.
  • the filling element 20 has a mouth section 26 at the outlet end of the media, which is set up in such a way that the container mouth can be brought sealingly against the mouth section 26 .
  • the mouth section 26 preferably has a centering bell with a suitably shaped contact rubber.
  • the filling element 20 with the mouth section 26 is set up for so-called wall filling, in which the filling product flows down the container wall after exiting the mouth section 26 .
  • the filling product line 22 and the mouth section 26 are preferably designed in such a way or have corresponding means that the filling product is caused to twist during filling, as a result of which the filling product is driven outwards by centrifugal force and, after exiting the mouth section 26, flows downwards in a spiral movement.
  • the filling element 20 has one or more, preferably at least two, metering valves 27, 28 which open into a metering chamber 22a.
  • the metering valves 27, 28 are preferred forms or versions of metering lines.
  • the dosage valves 27, 28 can be dispensed with, so that, for example, only corresponding Metering lines or channels open into the metering chamber 22a.
  • the dosing chamber 22a can be a section or suitably shaped part of the filling product line 22 .
  • the filling element 20 is set up at least partially movable, so that in the figure 1 shown arm-like portion of the filling element 20 can be retracted into the treatment chamber 10 and either retracted therein or partially or even completely removed therefrom. This makes it possible to press the container mouth against the mouth section 26 of the filling element 20 for the filling process and then, after the filling process has ended, to pull the filling element 20 back far enough for the container in the treatment chamber 10 to be closable.
  • the treatment chamber pressure after the end of the filling process can be greater than the pressure of the external environment, which does not have to be atmospheric pressure, as a result of which the penetration of contaminants into the treatment chamber 10 can be virtually ruled out.
  • the treatment chamber 10 can be located in a clean room or form such a room.
  • the filling device 1 also has a closing element 30 for closing the container.
  • the closing element 30 has a closing head 31, which protrudes into the treatment chamber 10 and can be moved essentially vertically in the present exemplary embodiment.
  • the closing element 30 is sealed off from the wall of the treatment chamber 10 in order to avoid contamination or uncontrolled impairment of the atmosphere inside the treatment chamber 10 by external influences.
  • the closure member 30 is designed and set up to receive and hold a closure 2 on the closure head 31 .
  • the closure head 31 can have a magnet, whereby a closure 2, particularly if it is a metal crown cap, can be picked up in the center in a structurally simple manner and placed on the container mouth to close the container.
  • the closure 2 can be gripped and held by suitable gripping or clamping means and applied to the container mouth, so that the concept presented here can also be used for plastic closures, screw caps, etc.
  • the closure head 31 is designed to be movable in the up/down direction, being arranged essentially coaxially to the container mouth in order to be able to reliably apply the closure 2 to the container.
  • a closure 2 can be transferred to the closure head 31 in various ways.
  • a closure 2 in a first step, can be introduced into the treatment chamber 10 from a sorting mechanism and a feed chute for each filling/closing cycle.
  • the treatment chamber 10 can be part of the capping member 30 and can move relative to the cap feed, such as the feed chute or a transfer arm, with the capper head 31 picking and holding a cap 2 from the cap feed.
  • the container can also be closed at another point. Particularly in the case of carbon dioxide-containing filling products, however, the sealing preferably takes place immediately after filling and in the treatment chamber 10 under overpressure, as explained below.
  • the container mouth is introduced into the treatment chamber 10 and sealed off from the treatment chamber 10 .
  • the container mouth is pressed in a sealing manner against the mouth section 26 of the filling element 20, which is extended into the filling position.
  • the mouth section 26 of the filling element 20 thus marks the end position of the container stroke.
  • the capping head 31 picks up the cap 2 and moves into the treatment chamber 10 .
  • the treatment chamber 10 can be sealed off from the environment and from the container or its mouth area by inflating one or more seals.
  • the treatment chamber 10 itself preferably does not carry out a lifting movement.
  • Gas is preferably fed into the treatment chamber 10 during the filling process.
  • the treatment chamber 10 is sealed on all sides, as a result of which a suitable internal pressure is built up in the treatment chamber 10 .
  • this preferably corresponds to the filling pressure or saturation pressure of the carbon dioxide, as a result of which the filling product is effectively prevented from foaming or foaming over after the filling process has ended.
  • the gas supply can be done by means of an in the figure 1 not shown valve in the wall of the treatment chamber 10 take place.
  • the gas supply can be at least partially integrated in the filling element 20 .
  • the filling element 20 according to the present exemplary embodiment has a treatment chamber gas line 29 .
  • the treatment chamber gas line 29, in particular its outlet into the treatment chamber 10 can be set up in such a way that the exiting gas jet impinges on the underside of the closure 2 when the filling element 20 is in the filling position. In this way, the closure 2 is cleaned at the same time during the filling process.
  • Carbon dioxide is preferably used as the gas, but another medium, such as sterile air, can also be used.
  • the filling member 20 is retracted and the closing head 31 continues its downward movement until the container mouth is closed when it is reached.
  • the overpressure P high generated in step c) can correspond to atmospheric pressure, but is preferably higher.
  • the container before the filling product is introduced, the container is preferably evacuated to a negative pressure P low with an absolute pressure of 0.5 to 0.05 bar, preferably 0.3 to 0.1 bar, particularly preferably about 0.1 bar.
  • the overpressure P high is preferably above atmospheric pressure, for example at an absolute pressure of 1.1 bar to 6 bar.
  • the container is evacuated in such a way that during filling with the filling product, essentially no gas is displaced by the filling product and accordingly no gas has to flow out of the interior of the container. Rather, the entire opening cross section of the container can be used to introduce the filling product. In other words, during filling there is only a flow of filling product directed into the container, but no flow of fluid in the opposite direction.
  • the figure 2 is a schematic representation of a device 100 for filling a container 200 with a multi-component filling product.
  • the device 100 has a basic reservoir 110 for a basic liquid, which can also be regarded as the main product, and a filling device 1 with a filling element 20 as described above.
  • the filling device 1 is in the figure 2 for the sake of clarity only shown schematically, in particular without the treatment chamber 10 and without the closing element 30 .
  • the base liquid and any dosage components, which can be mixed in via a fluid system described below, are introduced into the container 200 via the filling element 20 .
  • the base liquid is, for example, water or beer.
  • the dosage components can include, for example, syrup, pulp-containing liquids, pulp, flavorings, and so on.
  • the device 100 has a base line 120 which is set up for the introduction of the base liquid into the filling member 20 and into which dosage components can be introduced.
  • Other lines not shown here, also referred to as “secondary lines”, can be provided in order to mix in different amounts and/or other dosage components.
  • the base line 120 has a base line 121 which extends from the base reservoir 110 to the filling element 20 .
  • the base line 121 is equipped with a flow meter 122 .
  • the flow meter 122 is preferably a non-contact, for example an inductive, measuring device for determining the liquid flow, volume flow, transported mass or the like passing through the flow meter 122 .
  • the section of the base line 121 which is located between the flow meter 122 and the filling valve 23 is referred to as the dosing chamber 22a or contains one.
  • the dosing space 22a is set up for metering the dosing components to be introduced by backward displacement, as described below.
  • two metering branches 124, 125 open into the metering chamber 22a.
  • the two dosing branches 124, 125 each have a dosing reservoir 124a, 125a, a dosing line 124b, 125b fluidly connected thereto and a dosing valve 27, 28 which switchably fluidly connects the associated dosing line 124b, 125b to the dosing chamber 22a.
  • a metering range for the baseline 120 is defined with the selection of the nominal widths of the metering chamber 22a, the flow meter 122 and/or the metering branches 124, 125.
  • the base line 120 is flushed with the base liquid at the beginning of each filling cycle, as a result of which the associated dosing chamber 22a is filled with the base liquid when the filling element 20 is closed.
  • the associated flow meter 122 can measure the flow of base liquid in the forward direction, ie the filling direction. In this way, the desired total filling volume of the dosing chamber 22a can be determined and adjusted.
  • the dosing components are then introduced into the dosing chamber 22a by the corresponding dosing valves 27, 28 being opened.
  • the dosage components can be introduced simultaneously or sequentially.
  • the introduction of the dosing components results in part of the base liquid being displaced backwards out of the dosing chamber 22a.
  • the backward flow is detected by the flow meter 122 .
  • the dosing valves 27, 28, which can be designed as pure shut-off valves or as controllable shut-off valves, remain open until the desired volume of the dosing component(s) has been filled into the dosing chamber 22a.
  • the flow meter 122 and the valves of the device 100 are communicatively connected to a control device (not shown in the figures), which, based on the detection results of the flow meter 122, determines the time of opening/closing or generally the switching behavior of the components involved. It should be noted that the amount of each individual dosage component can be accurately measured with just one flow meter 122 can be determined by successively introducing different dosage components of a line.
  • the dosing space 22a is emptied into the container 200, completely flushing the line.
  • the reservoirs 110, 124a, 125a for the base liquid and the dosage components can each be charged separately or together with a gas pressure in the head space in order to ensure the necessary pressure difference for the delivery of the corresponding fluids.
  • the static heights of the reservoirs 110, 124a, 125a can be selected in such a way that the pressure differences allow the dosage components to be introduced into the base liquid.
  • Precise dosing can be achieved by introducing and measuring the dosing component(s) by backward displacement in this way.
  • the sudden filling due to the pressure difference between the container 200, which is under negative pressure, and the filling product, which is under overpressure, not only accelerates the filling process, but also optimal rinsing of the filling element 20 can be achieved, which effectively prevents aromas or filling product residues from being carried over .
  • the carbonation level can be adjusted in different ways: According to a preferred embodiment, the desired level of carbonation is determined by the level of CO2 in the container 200 prior to filling. This is possible because the container 200 is brought to the negative pressure P low before filling. If the container 200 is flushed with CO2 before evacuation, the carbon dioxide content can be adjusted individually, in particular by type and container, by adjusting P low . So that a variation in the negative pressure P low does not affect the duration of the filling process, the positive pressure with which the filling product is introduced into the container 200 can be adjusted accordingly.
  • the overpressure is preferably selected in such a way that the pressure difference between this and P low remains approximately constant for different P low , which determine the CO2 content.
  • the carbon dioxide content can be adjusted by introducing CO2 directly into the dosing chamber 22a and/or into the container 200 during filling or at the end of the Filling in the headspace of the container 200 are set.
  • the gas line 24 and the gas valve 25, a metering valve 27, 28 or another device of the filling element 20 can be set up to introduce the COz from a COz source into the filling product.
  • CO2 can be added to the base liquid and/or one or more of the dosage components, so that the type-specific mixing of the components also leads to a type-specific CO2 content.
  • the filling product in the container can also be mixed with carbon dioxide in this way after filling.
  • the CO2 content in the filling product can be set by container and by type.
  • non-carbonated filling products can also be filled in parallel with carbonated filling products. Due to the high pressure difference in the system during filling, the flushing of the filling element 20 is optimized, which prevents or at least minimizes any product or aroma carryover into subsequent containers. In addition, since no return gas has to be discharged from the container 200 during filling, no aroma can get into the system, in particular the product boiler, via this path either.
  • no container 200 has to be in contact with the filling element 20 during the dosing phase, since the dosing or mixing in is not carried out during filling but in the dosing chamber 22a.
  • Dosing time can be used synergistically for container transport. The concept presented here can therefore be used both for linear indexing machines with one or more filling points and for rotary machines. In the case of rotary machines, the containers 200 can leave the carousel again after only a small angle of rotation.
  • the flow meter 122 always has only the base liquid, i.e. water in most cases, flowing through it. This means that the media properties do not change and the line system is not contaminated by different fluids in these areas.
  • the outlay in terms of mechanical engineering to implement the device 100 is justifiable, since the line system can be implemented using pipes or hose lines with few valves and only a single flow meter (per line). No complicated geometries need to be built in, making the device 100 easy to clean and maintain. The risk of clogging is low.
  • the device 100 is also suitable for dosing highly viscous fluids.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Füllvorrichtung sowie ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage zum Abfüllen von mehrkomponentigen Getränken, wie etwa Softdrinks, Mischgetränken, Säften oder karbonisierten Füllprodukten.
    • Stand der Technik
  • Um Füllprodukte bestehend aus mehreren Komponenten zu mischen und abzufüllen, sind verschiedene Technologien zum Dosieren der einzelnen Komponenten bekannt, die im Folgenden kurz vorgestellt werden:
    So lassen sich die gewünschten Komponenten beispielsweise über separate Dosierstationen einzeln dosieren und abfüllen, wie es beispielsweise aus der US 2008/0271809 A1 bekannt ist. Die Verwendung von separaten Dosierstationen für eine Vielzahl von Komponenten führt jedoch zu einem komplexen Anlagenaufbau und Prozessablauf, da die Abfüllung jedes Behälters auf mehrere separate Dosier-/Abfüllstationen aufgeteilt wird, an denen der Behälter für die jeweiligen Dosierzeiten positioniert werden muss. Es ist zwar prinzipiell möglich, die mehreren Komponenten über separate Leitungen und Abgabeöffnungen gleichzeitig und an einer gemeinsamen Abfüllstation in die Behälter einzudosieren, dies ist jedoch durch die Größe der Flaschen- bzw. Behältermündung begrenzt.
  • Alternativ kann die Zusammenführung der Komponenten in einem gemeinsamen Füllventil realisiert werden, vgl. beispielsweise EP 0 775 668 A1 und WO 2009/114121 A1 . Die Dosierung einer einem Basisfluid hinzuzufügenden Komponente erfolgt hierbei vor dem Füllventilauslauf, wobei die gewünschte Menge beispielsweise durch eine Volumenmessung mittels eines Durchflussmessers ( EP 0 775 668 A1 ) oder durch eine andere volumetrische Dosiertechnologie ( WO 2009/114121 A1 ), etwa mittels eines Dosierkolbens und/oder einer Membranpumpe, abgemessen werden kann.
  • Hohe Dosiergenauigkeiten lassen sich durch eine Abmessung mit Hilfe eines Durchflussmessers erreichen. Dieser misst das zu dosierende Volumen oder die zu dosierende Masse und schließt bei Erreichen eines Schwellwertes ein Absperrventil in der Dosageleitung. Andere volumetrische Dosierverfahren, wie etwa die Verwendung von Pumpen oder das Zeit-/Druckfüllen, weisen oft größere Unsicherheiten auf und reagieren tendenziell empfindlicher auf Änderungen des Dosagemediums, beispielsweise auf Änderungen des Drucks, der Temperatur oder Zusammensetzung. Eine häufige Kalibrierung, insbesondere bei einem Wechsel des Dosagemediums, ist die Folge. Eine gravimetrische Messung der Dosagen ist aufgrund großer Unterschiede zwischen dem Dosagegewicht bei Kleinstmengen (µl) und dem Behältergewicht kaum realisierbar.
  • Die vorstehend dargelegten Technologien zeichnen sich dadurch aus, dass die Komponenten zu einem späten Zeitpunkt, d.h. entweder während oder kurz vor der Abfüllung, vermischt werden. Das späte Abmischen ist jedoch auch mit technischen Schwierigkeiten verbunden. So ist eine zeitliche Optimierung des Abfüllvorgangs nicht ohne weiteres möglich, da der Dosiervorgang, beispielsweise unter Verwendung eines Durchflussmessers, nicht beliebig beschleunigt werden kann. Die Zeit, die der Behälter unter der Dosierstelle verbleibt, ist direkt proportional zu der Leistung der Abfülllinie. Bei einem höheren Leistungsbedarf muss daher entweder die Dosierzeit und damit der Dosierbereich verringert oder eine zweite parallele Dosierlinie aufgebaut werden. Der mögliche Dosierbereich ist von der zur Verfügung stehenden Dosierzeit und damit von der Linienleistung abhängig.
  • Es kommt hinzu, dass das späte Ausmischen eine nicht unerhebliche bauliche Komplexität nach sich zieht. Im Fall kleiner Behältermündungen ist es nur schwer möglich, einen sich bewegenden Behälter mit einem feststehenden Dosierkopf zu befüllen. Daher muss sich entweder der Dosierkopf mit dem Behälter mitbewegen (beispielsweise als Rundläufer) oder der Behälter unter dem Dosierkopf für den Dosier- und Abfüllvorgang stehen bleiben, wie etwa bei einer Lineartaktmaschine. Wenn nun eine Vielzahl von verschiedenen Dosagekomponenten gleichzeitig zur Verfügung stehen soll, sind beide Lösungen aufgrund der Vielzahl an Füllstellen und/oder Dosagekomponenten am Füllventil maschinenbautechnisch aufwendig, kosten- sowie wartungsintensiv und benötigen viel Bauraum.
  • Jene Dosagetechniken, die gleichzeitig das Volumen bestimmen und das Medium fördern, etwa mittels Pumpen oder Kolbendosierer, weisen einen Nachteil darin auf, dass keine Rückmeldung über das tatsächlich in den Behälter eingeleitete Volumen an die Steuerung gegeben werden kann.
  • Dies gilt gleichermaßen für die Zeit-/Druckfüllung. Falls ein Ventil nicht öffnet oder die Leitung verstopft ist, kann dies vom System nicht ohne weiteres sofort erkannt werden. Da eine nachträgliche Qualitätskontrolle des befüllten Behälters bei einer individualisierten Befüllung mit mehreren Komponenten nicht oder nur sehr aufwändig realisierbar ist, ist eine Rückmeldung des Dosagesystems über die tatsächlich dosierte Menge wünschenswert, wenn nicht zwingend erforderlich.
  • Die vorstehend beschriebenen technischen Probleme haben zu einer Weiterentwicklung des Dosier-/Abfüllprozesses geführt, die beispielsweise aus der EP 2 272 790 A1 und DE 10 2009 049 583 A1 hervorgeht. Hierbei werden direkt bei der Abfüllung die Komponenten des Füllprodukts mittels eines Durchflussmessers dosiert und gemeinsam in den zu befüllenden Behälter eingeleitet, wobei beim Dosieren eine Hauptkomponente von der zudosierten Komponente rückwärts verdrängt wird. Das verdrängte Volumen der Hauptkomponente wird mittels des Durchflussmessers ermittelt, und damit ist ebenfalls das Volumen der zudosierten Komponente bekannt und steuerbar. Bei der anschließenden Abfüllung des Füllprodukts in den Behälter wird die Hauptkomponente zusammen mit der zudosierten Komponente vollständig aus dem Füllventil in den Behälter gespült, wobei gleichzeitig die Gesamtfüllmenge mit demselben Durchflussmesser ermittelt werden kann. Beim nächsten Abfüllzyklus können die Füllmengen und auch die zudosierten Komponentenmengen neu bestimmt werden. Damit ist eine hochflexible Abfüllung individualisierter Getränke ohne Umstellzeiten möglich.
  • Beim Sortenwechsel kann es dazu kommen, dass Reste eines vorigen Füllprodukts, insbesondere etwaige Dosagekomponenten, im Füllventil zurückbleiben. Aromastoffe, Fruchtstückchen und dergleichen können verschleppt werden und nachfolgende Abfüllungen verunreinigen. Damit möglichst keine Rückstände im Füllventil verbleiben, die das Füllprodukt beim nachfolgenden Füllvorgang verunreinigen könnten, müssen Menge und Abfüllung der Hauptkomponente so eingerichtet sein, dass diese das Füllventil vollständig von Resten der vorigen Abfüllung befreit. Der Reinigungsgrad wird unter anderem davon bestimmt, wie schnell und mit welchem Druck das Füllventil bei der Abgabe des Füllprodukts in den Behälter durchspült wird. Die Durchspülung des Füllventils kann jedoch aus mehreren Gründen nicht beliebig beschleunigt werden. So kann es beim Abfüllen von kohlenstoffdioxidhaltigen Getränken leicht zum Überschäumen kommen. Ebenso steht die Verdrängung der im Behälter befindlichen Atmosphäre während des Abfüllens einer Beschleunigung des Abfüllprozesses entgegen.
  • Eine weitere Schwierigkeit bei der flexiblen Abfüllung durch Eindosieren von Komponenten in das Füllventil besteht darin, dass der Kohlenstoffdioxidgehalt des Füllprodukts nicht ohne weiteres flexibilisierbar, d.h. behälter- und/oder sortenweise einstellbar ist. Die Hauptkomponente des Füllprodukts, beispielsweise Wasser, hat normalerweise einen definierten Kohlensäuregehalt. Die Dosagekomponente, beispielsweise Fruchtsirup, hat einen definierten Brixgehalt. Kohlensäuregehalt und Brixgehalt definieren das Mischungsverhältnis eindeutig. Für eine Sorte des Füllprodukts kann der Kohlensäuregehalt der Hauptkomponente so angepasst werden, dass nach der Mischung und Abfüllung der gewünschte Gehalt im Behälter enthalten ist. Wird stets nur eine Sorte des Füllprodukts auf dem Füller abgefüllt, kann bei der nächsten Sorte der Kohlensäuregehalt der Hauptkomponente sortenspezifisch angepasst werden. Sollen jedoch zwei oder mehr Sorten unmittelbar nacheinander oder gleichzeitig durch mehrere miteinander gekoppelte Füllventile abgefüllt werden, was prinzipiell durch die individuelle Zugabe von Dosagekomponenten möglich ist, kann der Kohlensäuregehalt des abgefüllten Füllprodukts nicht mehr sortenspezifisch eingestellt werden, da dieser von der Hauptkomponente bestimmt wird.
  • Es kommt eine weitere Schwierigkeit hinzu, die darin besteht, dass durch das Ableiten der Atmosphäre im Behälter, zumeist Luft, während des Füllvorgangs Aromen aus dem Produkt über den Rückgaskanal in Produktkessel verschleppt werden können. Auch dies wirkt einer sortenreinen Abfüllung (flüssigkeitsgebundene und gasgebundene Inhaltstoffe) im Fall des behälterweisen Sortenwechsels entgegen.
  • Die EP 3 760 236 A1 und EP 3 795 532 A1 , jeweils Stand der Technik nach Artikel 54(3) EPÜ, sowie die EP 3 473 587 A1 und EP 2 272 792 A1 betreffen weitere Vorrichtungen zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt.
    • Darstellung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die flexibel individualisierbare Abfüllung zu verbessern, insbesondere eine etwaige Aroma- oder Füllproduktverschleppung weiter zu verringern.
  • Die Aufgabe wird durch eine Füllvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
  • Die erfindungsgemäße Füllvorrichtung dient dem Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt. Das Füllprodukt ist vorzugsweise ein mehrkomponentiges Füllprodukt aus zumindest zwei Komponenten, wobei eine der Komponenten zur sprachlichen Unterscheidung hierin als "Basisflüssigkeit" oder "Hauptkomponente" bezeichnet ist. Etwaige weitere Komponenten sind als "Dosagekomponente(n)" bezeichnet. Neben dem Abfüllen des Füllprodukts ist die Füllvorrichtung zum Zusammenführen und gegebenenfalls zumindest teilweise Mischen der Komponenten eingerichtet und übernimmt insofern zumindest einen Teil des Herstellungsprozesses des abzufüllenden Füllprodukts. Die Basisflüssigkeit ist beispielsweise Wasser (still oder karbonisiert) oder Bier. Die Dosagekomponente(n) kann/können Sirup, Fruchtfleisch enthaltende Flüssigkeiten, Pulpe, Aromen usw. umfassen. Die Füllvorrichtung findet somit besonders bevorzugt in einer Getränkeabfüllanlage Anwendung.
  • Die vorgeschlagene Füllvorrichtung weist auf: ein Füllorgan, das eine Gasleitung, um den zu befüllenden Behälter auf einen Unterdruck Plow zu evakuieren, und eine Füllproduktleitung, um ein Füllprodukt aus einem Basisreservoir unter einem Überdruck in den evakuierten Behälter einzuleiten, aufweist; ein Dosagereservoir; und zumindest eine Dosagezuleitung, vorzugsweise Dosageventil, die eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente aus dem Dosagereservoir in die Füllproduktleitung einzuleiten.
  • Die Bezeichnungen "Unterdruck" und "Überdruck" sind zunächst relativ zueinander zu verstehen. Allerdings liegt der Unterdruck Plow nach der Evakuierung vorzugsweise unterhalb des Atmosphärendrucks (=Normaldruck). Der Überdruck des Füllprodukts, unter dem abgefüllt wird, kann dem Atmosphärendruck entsprechen, liegt jedoch vorzugsweise darüber.
  • So wird der Behälter vor dem Einleiten des Füllprodukts vorzugsweise auf einen Unterdruck Plow mit einem Absolutdruck von 0,5 bis 0,05 bar, bevorzugt 0,3 bis 0,1 bar, besonders bevorzugt von etwa 0,1 bar evakuiert. Vorzugsweise liegt der Überdruck oberhalb des Atmosphärendrucks, etwa bei einem Absolutdruck von 1,1 bar bis 6 bar. Auf diese Weise ist der Behälter so evakuiert, dass bei der Befüllung mit dem Füllprodukt im Wesentlichen kein Gas durch das Füllprodukt verdrängt wird und entsprechend auch kein Gas aus dem Innenraum des Behälters ausströmen muss. Vielmehr kann der gesamte Mündungsquerschnitt des Behälters zum Einleiten des Füllprodukts verwendet werden. Mit anderen Worten, es tritt beim Befüllen nur ein in den Behälter hinein gerichteter Füllproduktstrom, jedoch kein entgegengesetzter Fluidstrom auf.
  • Der Abschnitt der Füllproduktleitung, in den die Dosagekomponente eingeleitet wird, ist hierin auch als "Dosierraum" bezeichnet. Das eine oder die mehreren Dosageventile sind bevorzugte Ausprägungen von Dosagezuleitungen. In anderen Worten: In bestimmten Ausführungsformen, in denen die Einleitung und etwaige Abmessung der Dosagekomponente(n) in den Dosierraum durch bezüglich des Füllorgans externe Mittel realisiert wird, kann gegebenenfalls auf die Dosageventile verzichtet werden. Zudem sei darauf hingewiesen, dass keine wesentliche oder gar vollständige Durchmischung der Komponenten im Dosierraum stattfinden muss. Eine tatsächliche Durchmischung kann auch während des Abfüllens oder später im Behälter stattfinden. Vielmehr dient der Dosierraum in erster Linie zum Eindosieren einer oder mehrerer Dosagekomponenten in die Hauptkomponente.
  • Somit können hochflexibel, nahezu beliebig viele Geschmacksrichtungen behälterindividuell abgefüllt werden, ohne dass es dabei zu signifikanten Aromaverschleppungen oder dergleichen kommt. Denn durch die hohe Druckdifferenz im System während der Abfüllung wird die Ausspülung des Füllorgans optimiert, wodurch etwaige Produkt- oder Aromaverschleppungen in Folgebehälter unterbunden oder zumindest minimiert werden. Da zudem während der Befüllung kein Rückgas aus dem Behälter abzuleiten ist, kann auch über diesen Weg kein Aroma in das System, insbesondere einen Produktkessel, gelangen.
  • Eine Änderung der Basisflüssigkeit, etwa eine Anpassung der Wasserqualität, kann bei einem Sortenwechsel entfallen, wodurch etwaige Ausschubmengen minimiert werden können. So muss beispielsweise Wasser lediglich einer Qualität (z.B. still) als Basisflüssigkeit zur Verfügung gestellt werden. Auch mehrere Anlagen können mit der gleichen Wasserqualität versorgt werden, unabhängig davon, welche Sorten darin abgefüllt werden.
  • In Bezug auf die Einmischung muss sich während der Dosierphase kein Behälter am Füllorgan befinden, da die Dosierung bzw. Einmischung nicht beim Abfüllen sondern im Dosierraum erfolgt.
  • Die Zeit zum Einmischen kann synergetisch für den Behältertransport verwendet werden. Damit ist das hierin dargestellte Konzept sowohl für Lineartaktmaschinen mit einer oder mehreren Füllstellen als auch Rundläufermaschinen anwendbar. Im Fall von Rundläufermaschinen können die Behälter das Karussell schon nach einem geringen Drehwinkel wieder verlassen.
  • Vorzugsweise weist die Füllvorrichtung eine Behandlungskammer auf, in die der zu befüllende Behälter zur Evakuierung und Befüllung zumindest teilweise (insbesondere die Behältermündung) einbringbar ist, die zur äußeren Umgebung hin abdichtbar ist und über eine Gasversorgung verfügt, die eingerichtet ist, um einen Überdruck in der Behandlungskammer zu erzeugen. Auf diese Weise lässt sich ein Überschäumen nach dem Befüllen, insbesondere nach dem Entfernen des Füllorgans von der Behältermündung, vermeiden. Vorzugsweise entspricht der Überdruck in der Behandlungskammer dem Überdruck, mit dem das Füllprodukt in den Behälter eingeleitet wird. Bei kohlenstoffdioxidhaltigen Füllprodukten entspricht der Überdruck in der Behandlungskammer vorzugsweise dem Fülldruck oder Sättigungsdruck des Kohlenstoffdioxids, wodurch ein Auf- oder Überschäumen des Füllprodukts nach Beendigung des Füllprozesses wirksam unterbunden wird. Wird der Innendruck der Behandlungskammer durch Kohlenstoffdioxid oder ein kohlenstoffdioxidhaltiges Gas erzeugt, kann auf diese Weise zudem nach dem Befüllen das Füllprodukt im Behälter mit Kohlenstoffdioxid versetzt werden. Durch die Wahl des Überdrucks in der Behandlungskammer lässt sich somit der COz-Gehalt im Füllprodukt behälter- und sortenweise einstellen.
  • Vorzugsweise weist das Füllorgan einen Mündungsabschnitt auf und ist in diesem Fall so eingerichtet, dass der Mündungsabschnitt zum Evakuieren und Befüllen des Behälters in der Behandlungskammer mit diesem dichtend in Fluidkommunikation bringbar ist. Das Füllorgan ist zu diesem Zweck vorzugsweise zumindest teilweise verfahrbar eingerichtet. Somit können das Evakuieren und Befüllen des Behälters schnell und zuverlässig durchgeführt werden, und gleichzeitig wird verhindert, dass Fremdpartikel in das Behälterinnere gelangen. Für einen zuverlässigen Sitz des Mündungsabschnitts auf der Behältermündung kann der Mündungsabschnitt eine Zentrierglocke mit einer Dichtung, beispielsweise mit einem geeignet geformten Anpressgummi, aufweisen.
  • Vorzugsweise weist die Füllvorrichtung ein Verschließorgan auf, das eingerichtet ist, um einen Verschluss aufzunehmen, beispielsweise mittels eines Magneten, und den Behälter nach dem Befüllen mit dem Verschluss zu verschließen. Das Verschließen erfolgt besonders bevorzugt in der Behandlungskammer unter dem darin aufgebauten Überdruck. Zu diesem Zweck kann das Verschließorgan einen Verschließerkopf aufweisen, der in die Behandlungskammer ragt und im Wesentlichen vertikal verfahrbar ist. Die Übergabe eines Verschlusses an den Verschließerkopf kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Beispielsweise kann pro Füll-/Verschließzyklus in einem ersten Schritt ein Verschluss beispielsweise von einem Sortierwerk und einer Zuführrinne in die Behandlungskammer eingebracht und an den Verschließerkopf übergeben werden. Durch das Verschließen unmittelbar nach der Befüllung und unter Überdruck in der Behandlungskammer kann der Abfüllprozess erheblich beschleunigt werden, da im Wesentlichen keine Beruhigungsphase des Füllprodukts, auch wenn es karbonisiert ist, erforderlich ist.
  • Vorzugsweise weist die Füllvorrichtung zumindest zwei Dosagezuleitungen, etwa Dosageventile, auf, die eingerichtet sind, um jeweils eine Dosagekomponente in den Dosierraum einzuleiten, wobei eine Dosagezuleitung mit einem Dosagereservoir eines ersten Dosagezweigs, das eingerichtet ist, um eine erste Dosagekomponente bereitzustellen, in Fluidverbindung steht oder bringbar ist, und die andere Dosagezuleitung mit einem Dosagereservoir eines zweiten Dosagezweigs, das eingerichtet ist, um eine zweite Dosagekomponente, die sich vorzugsweise von der ersten Dosagekomponente unterscheidet, bereitzustellen, in Fluidverbindung steht oder bringbar ist. Somit kann eine Reihe von Sorten behälterweise abgefüllt werden, ohne dass sich die Füllvorrichtung baulich wesentlich verkompliziert.
  • Vorzugsweise weist die Füllvorrichtung Mittel zum Einbringen von Kohlenstoffdioxid in den Dosierraum und/oder in den Behälter auf. Somit kann nahezu jeder beliebige Kohlensäuregehalt behälterweise und sortenspezifisch eingestellt werden. So muss beispielsweise Wasser als mögliche Hauptkomponente lediglich einer Qualität (z.B. still oder in einem bestimmten Grad karbonisiert) als Basisflüssigkeit zur Verfügung gestellt werden. Auch mehrere Anlagen können mit der gleichen Wasserqualität versorgt werden, unabhängig davon, welche Sorten darin abgefüllt werden. Hierbei ist eine Ausrichtung auf das Füllprodukt mit dem niedrigsten Kohlensäuregehalt nicht zwingend erforderlich. Zudem können auch stille Füllprodukte parallel zu karbonisierten Füllprodukten abgefüllt werden.
  • Gemäß einer bereits oben erwähnten Ausführungsvariante kann das Kohlenstoffdioxid direkt über die Behandlungskammer im Anschluss an das Befüllen eingebracht werden. Besonders bevorzugt ist die Füllvorrichtung zusätzlich oder alternativ eingerichtet, um den Behälter vor dem Evakuieren, vorzugsweise über die Gasleitung des Füllorgans, mit Kohlenstoffdioxid zu spülen und danach den Behälter auf einen variablen Unterdruck Plow zu evakuieren, um so den Kohlenstoffdioxidgehalt im abgefüllten Füllprodukt einzustellen. Auf diese Weise wird die Evakuierung des Behälters, somit das schlagartige Abfüllen, synergetisch mit dem individuellen Karbonisieren des Füllprodukts kombiniert. Die Bezeichnungen "Evakuierung", "evakuieren" und dergleichen implizieren hierin somit nicht unbedingt das Bestreben, den Unterdruck im Behälter möglichst einem perfekten Vakuum anzunähern.
  • Vorzugsweise ist die Füllvorrichtung eingerichtet, um den Überdruck, mit dem das Füllprodukt in den Behälter eingeleitet wird, an den Unterdruck Plow anzupassen, vorzugsweise so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Überdruck und dem Unterdruck Plow im Wesentlichen konstant bleibt. Somit wirkt sich die Variation des Unterdrucks Plow nicht notwendigerweise auf die Abfüllgeschwindigkeit und somit die Dauer des Abfüllprozesses aus. Die Druckdifferenz kann so gewählt werden, dass das behälterweise, sortenspezifische Karbonisieren die Steuerung des Füllprozesses, insbesondere Taktrate, Zyklusdauer usw., unberührt lässt.
  • Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist, gelöst. Die Vorrichtung, die vorzugsweise Teil einer Getränkeabfüllanlage oder für eine solche eingerichtet ist, weist auf:
    • ein Basisreservoir, das eingerichtet ist, um die Basisflüssigkeit bereitzustellen;
    • zumindest eine Füllvorrichtung gemäß einer der vorstehend dargelegten Ausführungsformen;
    • eine Basislinie mit einer Basisleitung, die das Basisreservoir mit der Füllproduktleitung des Füllorgans in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser, der an der Basisleitung zwischen dem Basisreservoir und dem Füllorgan angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Basisleitung den Durchflussmesser passierende Fluidmenge zu bestimmen; und
    • zumindest einen Dosagezweig, der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente über die Dosagezuleitung in den Dosierraum einzuleiten.
  • Mit der so implementierten "Rückstrommessung", d.h. der Bestimmung des von der eingeleiteten Dosagekomponente rückwärts aus dem Dosierraum verdrängten Volumens der Basisflüssigkeit, ist das Mischungsverhältnis auf maschinenbaulich einfache, kompakte und zuverlässige Weise bestimmbar. Insbesondere ist lediglich ein einziger Durchflussmesser (pro Linie) erforderlich, um sowohl die Basisflüssigkeit als auch die Dosagekomponente(n) einzumessen und damit deren Verhältnis zu bestimmen. Im Fall mehrerer Füllorgane ist somit vorzugsweise genau ein Durchflussmesser pro Füllstrang zum entsprechenden Füllorgan installiert. Dadurch kann an jedem Füllorgan die zurückgedrängte Menge der Dosagekomponenten per Rückstrommessung gemessen werden. Mit der Bezeichnung "Linie" ist somit die individuelle Füllleitung zu einem Füllorgan gemeint. Diese ist von der gesamten Abfülllinie zu unterscheiden. Während der Dosierphase muss sich kein Behälter am Füllorgan befinden, da die Dosierung bzw. Einmischung nicht beim Abfüllen sondern im Dosierraum vorgenommen wird. Die Zeit zum Dosieren kann synergetisch für den Behältertransport verwendet werden. Der Durchflussmesser wird zudem stets nur von der Basisflüssigkeit, d.h. in den meisten Fällen Wasser, durchflossen. Damit ändern sich die Medieneigenschaften nicht, und das Leitungssystem wird in diesen Bereichen nicht durch unterschiedliche Fluide verschmutzt.
  • Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Füllvorrichtung beschrieben wurden, gelten analog für diese Vorrichtung mit Rückstrommessung.
  • Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist, gelöst. Das Verfahren, das vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage durchgeführt wird, weist auf:
    • Einleiten der Basisflüssigkeit in einen Dosierraum eines Füllorgans;
    • Einleiten zumindest einer Dosagekomponente in den Dosierraum;
    • Evakuieren des zu befüllenden Behälters auf einen Unterdruck Plow; und
    • Einleiten des Füllprodukts aus Basisflüssigkeit und Dosagekomponente unter einem Überdruck aus dem Dosierraum in den evakuierten Behälter.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die gewählte Auflistung der Schritte nicht notwendigerweise eine zeitliche Reihenfolge vorgibt. So kann das Einleiten der Basisflüssigkeit und der Dosagekomponente(n) in den Dosierraum beispielsweise vor, nach oder während der Evakuierung des Behälters stattfinden.
  • Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Füllvorrichtung sowie die Vorrichtung mit Rückstrommessung beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren.
  • So ist das Verfahren aus den oben genannten Gründen vorzugsweise ferner so ausgeprägt, dass der zu befüllende Behälter zur Evakuierung und Befüllung zumindest teilweise in eine Behandlungskammer eingebracht wird; das Füllorgan einen Mündungsabschnitt aufweist, der zum Evakuieren und Befüllen des Behälters mit diesem in der Behandlungskammer dichtend in Fluidkommunikation gebracht wird; die Behandlungskammer zur äußeren Umgebung hin abgedichtet wird und auf einen Überdruck gebracht wird; und der Behälter mit einem Verschluss, vorzugsweise in und unter dem Überdruck der Behandlungskammer, verschlossen wird.
  • Vorzugsweise wird aus den oben genannten Gründen Kohlenstoffdioxid in den Dosierraum und/oder in den Behälter eingebracht.
  • Vorzugsweise ist das Verfahren aus den oben genannten Gründen ferner so ausgeprägt, dass der Behälter vor dem Evakuieren mit Kohlenstoffdioxid gespült wird; und danach der Behälter auf einen Unterdruck Plow evakuiert wird, wobei der Unterdruck Plow variabel einstellbar ist, um so den Kohlenstoffdioxidgehalt im abgefüllten Füllprodukt einzustellen.
  • Vorzugsweise wird aus den oben genannten Gründen der Überdruck, mit dem das Füllprodukt in den Behälter eingeleitet wird, an den Unterdruck Plow angepasst, vorzugsweise so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Überdruck und dem Unterdruck Plow im Wesentlichen konstant bleibt, beispielsweise über mehrere Füllungen nacheinander oder nebeneinander hinweg. So ist auch möglich, dass der Unterdruck Plow über dem Atmosphärendruck liegt. Da die Druckdifferenz zwischen Plow und dem Überdruck/Fülldruck gleich bleibt, lässt sich auch in diesem Fall die korrekte Füllhöhe einstellen oder die angestrebte Füllzeit/Prozesszeit erreichen.
  • Vorzugsweise findet die Dosierung der Dosagekomponente(n) aus den oben genannten Gründen per Rückstrommessung statt. Zu diesem Zweck wird das Verfahren etwa mit der diesbezüglich beschriebenen Vorrichtung durchgeführt, wobei das Verfahren in diesem Fall ferner aufweist:
    • Bereitstellen der Basisflüssigkeit durch das Basisreservoir;
    • Einleiten der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir in den Dosierraum;
    • Einleiten der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig in den Dosierraum, wobei für die Eindosierung der Dosagekomponente der Durchflussmesser die in der Basisleitung den Durchflussmesser passierende Fluidmenge bestimmt; und
    • Entleeren des Dosierraums in den Behälter.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht von der Seite betrachtet, die einen Ausschnitt einer Füllvorrichtung zeigt; und
    • Figur 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt.
    Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
  • Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Füllvorrichtung 1 zum Befüllen eines Behälters (in der Figur 1 nicht gezeigt) mit einem Füllprodukt und Verschließen des Behälters mit einem Verschluss 2 in einer Getränkeabfüllanlage.
  • Die Füllvorrichtung 1 weist ein Füllorgan 20 auf, das in dem in der Figur 1 gezeigten Prozessstadium in eine Behandlungskammer 10 ragt. Das Füllorgan 20 weist aufgenommen in einem Füllorgangehäuse 21 auf: eine Füllproduktleitung 22; ein Füllventil 23, das am unteren, d.h. stromabwärts gelegenen Ende der Füllproduktleitung 22 angeordnet ist; eine Gasleitung 24; und ein Gasventil 25, das am unteren Ende der Gasleitung 24 angeordnet ist.
  • Über die Gasleitung 24 und das Gasventil 25 kann der Behälter mit einem Gas, etwa Inertgas, Stickstoff und/oder Kohlenstoffdioxid, gespült und/oder vorgespannt werden. Ferner kann der Behälterinnenraum darüber auf einen gewünschten Druck eingestellt, etwa evakuiert, werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Gasleitung 24 eine Mehrkanalkonstruktion sein kann, beispielsweise durch einen Rohr-in-Rohr-Aufbau mehrere Gasleitungen umfassen kann, um die Zufuhr von einem oder mehreren Gasen in den Behälter und/oder die Ableitung von Gas aus dem Behälter physisch zu trennen, sofern erforderlich.
  • Das Gasventil 25 umfasst beispielsweise einen Gasventilkegel und einen Gasventilsitz, die eingerichtet sind, um den Gasdurchfluss zu regeln. Zu diesem Zweck ist der Gasventilkegel über einen nicht dargestellten Aktuator schaltbar.
  • Die Füllproduktleitung 22 ist vorzugsweise als Ringleitung ausgeführt, die sich im Wesentlichen konzentrisch zur Gasleitung 24 erstreckt. Das Füllventil 23 umfasst beispielsweise einen Füllventilkegel und einen Füllventilsitz, die eingerichtet sind, um den Durchfluss des Füllprodukts zu regeln. Das Füllventil 23 ist eingerichtet, um ein vollständiges Absperren des Füllproduktstroms zu ermöglichen. Im einfachsten Fall weist das Füllventil 23 zwei Stellungen auf, eine geöffnete und eine vollständig geschlossene. Zu diesem Zweck ist das Füllventil 23 über einen nicht dargestellten Aktuator schaltbar.
  • Die Betätigung des Gasventils 25 und des Füllventils 23 finden über nicht näher dargelegte Aktuatoren statt. Es sei darauf hingewiesen, dass das Gasventil 25 und Füllventil 23 miteinander in Wirkverbindung stehen können, so dass beispielsweise ein Aktuator zur gemeinsamen Nutzung eingerichtet sein kann, um den Aufbau des Füllorgans 20 zu vereinfachen und die Zuverlässigkeit zu erhöhen.
  • Das Füllorgan 20 weist am Austrittsende der Medien einen Mündungsabschnitt 26 auf, der so eingerichtet ist, dass die Behältermündung dichtend gegen den Mündungsabschnitt 26 gebracht werden kann. Zu diesem Zweck weist der Mündungsabschnitt 26 vorzugsweise eine Zentrierglocke mit einem geeignet geformten Anpressgummi auf. Das Füllorgan 20 mit dem Mündungsabschnitt 26 ist für eine sogenannte Wandfüllung eingerichtet, bei der das Füllprodukt nach Austritt aus dem Mündungsabschnitt 26 an der Behälterwand abwärts strömt. Vorzugsweise sind die Füllproduktleitung 22 und der Mündungsabschnitt 26 so beschaffen oder weisen entsprechende Mittel auf, dass das Füllprodukt beim Abfüllen in Drall versetzt wird, wodurch das Füllprodukt zentrifugalkraftbedingt nach außen getrieben wird und nach Austritt aus dem Mündungsabschnitt 26 in einer Spiralbewegung abwärts strömt.
  • Um einen raschen Sortenwechsel, im Wesentlichen ohne Umstellzeit zu realisieren, weist das Füllorgan 20 ein oder mehrere, vorzugsweise zumindest zwei, Dosageventile 27, 28 auf, die in einen Dosierraum 22a münden.
  • Die Dosageventile 27, 28 sind bevorzugte Ausprägungen bzw. Ausführungen von Dosagezuleitungen. In anderen Worten: In bestimmten Ausführungsformen, in denen die Einleitung und etwaige Abmessung der Dosagekomponente(n) in den Dosierraum 22a durch bezüglich des Füllorgans 20 externe Mittel realisiert wird, kann gegebenenfalls auf die Dosageventile 27, 28 verzichtet werden, so dass beispielsweise lediglich entsprechende Dosageleitungen oder -kanäle in den Dosierraum 22a münden.
  • Der Dosierraum 22a kann ein Abschnitt oder geeignet ausgeformter Teil der Füllproduktleitung 22 sein. Über die Dosageventile 27, 28, an welche entsprechende Dosageleitungen angebunden sind, können einer über die Füllproduktleitung 22 in den Dosierraum 22a eingeleiteten Hauptkomponente, beispielsweise Wasser oder Bier, eine oder mehrere Dosagekomponenten, beispielsweise Sirup, Pulpe, Aromen usw., hinzudosiert werden. Wie die Abmessung bei der Eindosierung der Dosagekomponenten stattfinden kann, wird weiter unten in Bezug auf die Figur 2 erläutert.
  • Das Füllorgan 20 ist zumindest teilweise verfahrbar eingerichtet, so dass der in der Figur 1 gezeigte armartige Abschnitt des Füllorgans 20 in die Behandlungskammer 10 eingefahren und entweder darin zurückgezogen oder teilweise oder sogar vollständig daraus entfernt werden kann. Dadurch ist es möglich, die Behältermündung für den Abfüllvorgang an den Mündungsabschnitt 26 des Füllorgans 20 anzupressen und anschließend nach Beendigung des Abfüllprozesses das Füllorgan 20 soweit zurückzuziehen, dass der Behälter in der Behandlungskammer 10 verschließbar ist.
  • Um die Verfahrbarkeit des Füllorgans 20 zu gewährleisten, ohne dass die Atmosphäre der Behandlungskammer 10 unkontrollierten äußeren Einflüssen ausgesetzt ist, sind entsprechend Mittel zur Abdichtung vorgesehen, die in der Figur 1 nicht dargestellt sind. Beispielsweise kann der Behandlungskammerdruck nach Beendigung des Abfüllvorgangs größer sein als der Druck der äußeren Umgebung, der hierbei nicht der Atmosphärendruck sein muss, wodurch ein Eindringen von Verunreinigungen in die Behandlungskammer 10 nahezu ausgeschlossen werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann sich die Behandlungskammer 10 in einem Reinraum befinden oder einen solchen ausbilden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Füllvorrichtung 1 ferner ein Verschließorgan 30 zum Verschließen des Behälters auf. Das Verschließorgan 30 weist einen Verschließerkopf31 auf, der in die Behandlungskammer 10 ragt und im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen vertikal verfahrbar ist. Wie das Füllorgan 20 ist das Verschließorgan 30 zur Wandung der Behandlungskammer 10 hin abgedichtet, um eine Kontamination bzw. unkontrollierte Beeinträchtigung der Atmosphäre im Innern der Behandlungskammer 10 durch äußere Einflüsse zu vermeiden.
  • Das Verschließorgan 30 ist dazu ausgebildet und eingerichtet, um am Verschließerkopf31 einen Verschluss 2 aufzunehmen und zu halten. Zu diesem Zweck kann der Verschließerkopf31 einen Magneten aufweisen, wodurch auf baulich einfache Weise ein Verschluss 2, insbesondere wenn dieser ein metallischer Kronkorken ist, zentriert aufgenommen und zum Verschließen des Behälters auf die Behältermündung abgesetzt werden kann. Alternativ kann der Verschluss 2 durch geeignete Greif- oder Klemmmittel erfasst, gehalten und auf die Behältermündung aufgebracht werden, so dass das hierin dargelegte Konzept auch für Kunststoffverschlüsse, Drehverschlüsse usw. anwendbar ist.
  • Der Verschließerkopf 31 ist in der Auf-/Abrichtung verfahrbar eingerichtet, wobei dieser im Wesentlichen koaxial zur Behältermündung angeordnet ist, um den Verschluss 2 zuverlässig auf den Behälter applizieren zu können.
  • Die Übergabe eines Verschlusses 2 an den Verschließerkopf 31 kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Beispielsweise kann pro Füll-/Verschließzyklus in einem ersten Schritt ein Verschluss 2 beispielsweise von einem Sortierwerk und einer Zuführrinne in die Behandlungskammer 10 eingebracht werden. Zu diesem Zweck kann die Behandlungskammer 10 Teil des Verschließorgans 30 sein und eine Relativbewegung zur Verschlusszuführung, etwa der Zuführrinne oder einem Übergabearm, ausführen, wobei der Verschließerkopf31 einen Verschluss 2 von der Verschlusszuführung pickt und hält.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass das Verschließen des Behälters auch an anderer Stelle erfolgen kann. Insbesondere im Fall kohlenstoffdioxidhaltiger Füllprodukte findet das Verschließen jedoch vorzugsweise unmittelbar nach dem Befüllen und in der Behandlungskammer 10 unter Überdruck statt, wie nachstehend erläutert.
  • Zum Befüllen des Behälters wird dieser angehoben, die Behältermündung wird in die Behandlungskammer 10 eingebracht und gegenüber der Behandlungskammer 10 abgedichtet. Die Behältermündung wird dichtend gegen den Mündungsabschnitt 26 des in Füllposition ausgefahrenen Füllorgans 20 angedrückt. Der Mündungsabschnitt 26 des Füllorgans 20 markiert damit die Endposition des Behälterhubs. Der Verschließerkopf 31 nimmt den Verschluss 2 auf und fährt in die Behandlungskammer 10 ein. Die Abdichtung der Behandlungskammer 10 gegenüber der Umgebung und gegenüber dem Behälter beziehungsweise dessen Mündungsbereich kann durch Aufblasen einer oder mehrerer Dichtungen erfolgen. Die Behandlungskammer 10 selbst führt vorzugsweise keine Hubbewegung aus.
  • Während des Füllvorgangs findet vorzugsweise eine Gaszufuhr in die Behandlungskammer 10 statt. Durch eine solche Parallelausführung lässt sich der Gesamtprozess optimieren. Während des Füllprozesses ist die Behandlungskammer 10 zu allen Seiten hin abgedichtet, wodurch ein geeigneter Innendruck in der Behandlungskammer 10 aufgebaut wird. Dieser entspricht bei kohlenstoffdioxidhaltigen Füllprodukten vorzugsweise dem Fülldruck oder Sättigungsdruck des Kohlenstoffdioxids, wodurch ein Auf- oder Überschäumen des Füllprodukts nach Beendigung des Füllprozesses wirksam unterbunden wird.
  • Die Gasversorgung kann mittels eines in der Figur 1 nicht dargestellten Ventils in der Wandung der Behandlungskammer 10 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Gasversorgung zumindest teilweise im Füllorgan 20 integriert sein. So weist zu diesem Zweck das Füllorgan 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Behandlungskammergasleitung 29 auf. Die Behandlungskammergasleitung 29, insbesondere deren Auslass in die Behandlungskammer 10, kann so eingerichtet sein, dass der austretende Gasstrahl auf die Unterseite des Verschlusses 2 trifft, wenn sich das Füllorgan 20 in der Füllposition befindet. Auf diese Weise findet gleichzeitig eine Reinigung des Verschlusses 2 während des Füllvorgangs statt. Als Gas wird vorzugsweise Kohlenstoffdioxid verwendet, jedoch ist auch ein anderes Medium, wie zum Beispiel Sterilluft, anwendbar.
  • Ist nun der Behälter gefüllt und der Innenraum der Behandlungskammer 10 auf den gewünschten Druck gebracht, wird das Füllorgan 20 zurückgezogen, und der Verschließerkopf 31 setzt seine Abwärtsbewegung fort, bis beim Erreichen der Behältermündung diese verschlossen wird.
  • Ein bevorzugter Prozess zum schlagartigen Befüllen und Verschließen des Behälters mit einem Füllprodukt kann wie folgt durchgeführt werden:
    • a) Evakuieren des Behälters auf einen Unterdruck Plow;
    • b) Einfüllen des Füllprodukts in den Behälter, vorzugsweise unter einem Überdruck;
    • c) Erzeugen eines Überdrucks Phigh in der Behandlungskammer 10 sowie gegebenenfalls im Kopfraum des Behälters, um beim Lösen des Füllorgans 20 von der Behältermündung ein auf- und überschäumen des Füllprodukts zu vermeiden;
    • d) Aufbringen des Verschlusses 2 auf die Behältermündung und Verschließen des Behälters, ohne vorherige Entlastung auf Umgebungsdruck;
    • f) Entlüften der Behandlungskammer 10 und Ausbringen des Behälters zur weiteren Verarbeitung (bspw. Etikettierung, Verpackung usw.).
  • Die Bezeichnungen "Unterdruck" und "Überdruck" sind zunächst relativ zueinander zu verstehen. Allerdings liegt der Unterdruck Plow nach der Evakuierung im Schritt a) vorzugsweise unterhalb des Atmosphärendrucks (=Normaldruck). Der im Schritt c) erzeugte Überdruck Phigh kann dem Atmosphärendruck entsprechen, liegt jedoch vorzugsweise darüber.
  • So wird der Behälter vor dem Einleiten des Füllprodukts vorzugsweise auf einen Unterdruck Plow mit einem Absolutdruck von 0,5 bis 0,05 bar, bevorzugt 0,3 bis 0,1 bar, besonders bevorzugt von etwa 0,1 bar evakuiert. Vorzugsweise liegt der Überdruck Phigh oberhalb des Atmosphärendrucks, etwa bei einem Absolutdruck von 1,1 bar bis 6 bar. Auf diese Weise ist der Behälter so evakuiert, dass bei der Befüllung mit dem Füllprodukt im Wesentlichen kein Gas durch das Füllprodukt verdrängt wird und entsprechend auch kein Gas aus dem Innenraum des Behälters ausströmen muss. Vielmehr kann der gesamte Mündungsquerschnitt des Behälters zum Einleiten des Füllprodukts verwendet werden. Mit anderen Worten, es tritt beim Befüllen nur ein in den Behälter hinein gerichteter Füllproduktstrom, jedoch kein entgegengesetzter Fluidstrom, auf.
  • Die Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Befüllen eines Behälters 200 mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt.
  • Die Vorrichtung 100 weist ein Basisreservoir 110 für eine Basisflüssigkeit, die auch als Hauptprodukt angesehen werden kann, sowie eine Füllvorrichtung 1 mit Füllorgan 20 gemäß der vorstehenden Beschreibung auf. Die Füllvorrichtung 1 ist in der Figur 2 der Übersichtlichkeit halber nur schematisch, insbesondere ohne Behandlungskammer 10 und ohne Verschließorgan 30 gezeigt.
  • Die Basisflüssigkeit und etwaige Dosagekomponenten, die über ein nachstehend beschriebenes Fluidsystem hinzugemischt werden können, werden über das Füllorgan 20 in den Behälter 200 eingeleitet. Die Basisflüssigkeit ist beispielsweise Wasser oder Bier. Die Dosagekomponenten können beispielsweise Sirup, Fruchtfleisch enthaltende Flüssigkeiten, Pulpe, Aromen usw. umfassen.
  • Die Vorrichtung 100 weist eine Basislinie 120 auf, die für das Einleiten der Basisflüssigkeit in das Füllorgan 20 eingerichtet ist, und in die Dosagekomponenten eingeleitet werden können. Es können weitere, hierin nicht dargelegte Linien, auch als "Nebenlinien" bezeichnet, vorgesehen sein, um unterschiedliche Mengen und/oder weitere Dosagekomponenten einzumischen.
  • Die Basislinie 120 weist zu diesem Zweck eine Basisleitung 121 auf, die sich vom Basisreservoir 110 zum Füllorgan 20 erstreckt. Die Basisleitung 121 ist mit einem Durchflussmesser 122 ausgestattet. Der Durchflussmesser 122 ist vorzugsweise eine berührungslose, etwa eine induktive, Messeinrichtung zur Bestimmung des den Durchflussmesser 122 passierenden Flüssigkeitsstroms, Volumenstroms, der transportierten Masse oder dergleichen.
  • Der Abschnitt der Basisleitung 121, der sich zwischen dem Durchflussmesser 122 und dem Füllventil 23 befindet, sei als Dosierraum 22a bezeichnet oder enthält einen solchen. Der Dosierraum 22a ist zur Abmessung der einzuleitenden Dosagekomponenten durch Rückwärtsverdrängung, wie nachstehend beschrieben, eingerichtet.
  • In den Dosierraum 22a münden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Dosagezweige 124, 125 ein. Die beiden Dosagezweige 124, 125 weisen jeweils ein Dosagereservoir 124a, 125a, eine damit in Fluidverbindung stehende Dosageleitung 124b, 125b sowie ein Dosageventil 27, 28 auf, das die zugehörige Dosageleitung 124b, 125b mit dem Dosierraum 22a schaltbar in Fluidverbindung bringt.
  • Mit der Auswahl der Nennweiten des Dosierraums 22a, des Durchflussmessers 122 und/oder der Dosagezweige 124, 125 wird ein Dosierbereich für die Basislinie 120 festgelegt.
  • Nachfolgend wird der Dosage- und Abfüllprozess anhand der Vorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 beschrieben:
    Die Basislinie 120 wird zu Beginn jedes Füllzyklus mit der Basisflüssigkeit gespült, wodurch der zugehörige Dosierraum 22a bei geschlossenem Füllorgan 20 mit der Basisflüssigkeit gefüllt wird. Beim Füllen des Dosierraums kann der zugehörige Durchflussmesser 122 den Durchfluss an Basisflüssigkeit in der Vorwärtsrichtung, d.h. der Füllrichtung, messen. Auf diese Weise lässt sich das gewünschte Gesamtfüllvolumen des Dosierraums 22a ermitteln und einstellen.
  • Anschließend werden in den Dosierraum 22a die Dosagekomponenten eingeleitet, indem die entsprechenden Dosageventile 27, 28 geöffnet werden. Die Dosagekomponenten können gleichzeitig oder nacheinander eingeleitet werden. Das Einleiten der Dosagekomponenten führt dazu, dass ein Teil der Basisflüssigkeit rückwärts aus dem Dosierraum 22a heraus verdrängt wird. Hierbei wird der rückwärtsgerichtete Durchfluss vom Durchflussmesser 122 detektiert. Die Dosageventile 27, 28, die als reine Absperrventile oder auch als regelbare Absperrventile ausgeführt sein können, bleiben solange geöffnet, bis das gewünschte Volumen der Dosagekomponente(n) in den Dosierraum 22a eingefüllt ist. Zu diesem Zweck sind der Durchflussmesser 122 sowie die Ventile der Vorrichtung 100 mit einer Steuereinrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) kommunizierend verbunden, die auf der Grundlage der Detektionsergebnisse des Durchflussmessers 122 den Zeitpunkt des Öffnens/Schließens oder allgemein das Schaltverhalten der beteiligten Komponenten bestimmt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Menge jeder einzelnen Dosagekomponente mit nur einem Durchflussmesser 122 genau bestimmt werden kann, indem unterschiedliche Dosagekomponenten einer Linie nacheinander eingeleitet werden.
  • In der anschließenden Abfüllphase, vorstehend in Bezug auf die Figur 1 dargelegt, wird der Dosierraum 22a in den Behälter 200 entleert, wodurch die Linie vollständig gespült wird.
  • Die Reservoire 110, 124a, 125a für die Basisflüssigkeit und die Dosagekomponenten können jeweils separat oder gemeinsam mit einem Gasdruck im Kopfraum beaufschlagt werden, um die notwendige Druckdifferenz für die Förderung der entsprechenden Fluide sicherzustellen. Alternativ oder zusätzlich können die statischen Höhen der Reservoire 110, 124a, 125a so gewählt werden, dass die Druckdifferenzen ein Einleiten der Dosagekomponenten in die Basisflüssigkeit ermöglichen.
  • Durch die so vorgenommene Einleitung und Abmessung der Dosagekomponente(n) durch Rückwärtsverdrängung lässt sich eine genaue Dosierung erzielen. Durch das schlagartige Abfüllen aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem unter Unterdruck stehenden Behälter 200 und dem unter Überdruck stehenden Füllprodukt wird nicht nur der Füllvorgang beschleunigt, sondern es kann somit eine optimale Ausspülung des Füllorgans 20 erzielt werden, wodurch eine Verschleppung von Aromen oder Füllproduktresten wirksam unterbunden wird.
  • Die hierin dargelegte Technologie zum behälter- und sortenweisen, schnellen und zuverlässigen Befüllen von Behältern 200 erlaubt zudem, das Füllprodukt individuell mit Kohlensäure zu versetzen. Der Kohlensäuregehalt kann auf verschiedene Art und Weise eingestellt werden:
    Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der gewünschte Kohlensäuregehalt durch den Gehalt an COz im Behälter 200 vor dem Abfüllen festgelegt. Dies ist möglich, da der Behälter 200 vor dem Befüllen auf den Unterdruck Plow gebracht wird. Wird der Behälter 200 vor der Evakuierung mit COz gespült, kann durch Einstellen von Plow der Kohlensäuregehalt individuell, insbesondere sortenspezifisch und behälterweise, eingestellt werden. Damit sich eine Variation des Unterdrucks Plow nicht auf die Dauer des Abfüllprozesses auswirkt, kann der Überdruck, mit dem das Füllprodukt in den Behälter 200 eingeleitet wird, entsprechend angepasst werden. Vorzugsweise wird der Überdruck so gewählt, dass die Druckdifferenz zwischen diesem und Plow für unterschiedliche, den COz-Gehalt bestimmende Plow, in etwa konstant bleibt.
  • Der Kohlensäuregehalt kann alternativ oder zusätzlich durch direktes Einleiten von COz in den Dosierraum 22a und/oder in den Behälter 200 während des Befüllens oder am Ende des Füllvorgangs in den Kopfraum des Behälters 200 eingestellt werden. Zu diesem Zweck können die Gasleitung 24 und das Gasventil 25, ein Dosageventil 27, 28 oder eine andere Einrichtung des Füllorgans 20 eingerichtet sein, um das COz aus einer COz-Quelle in das Füllprodukt einzuleiten. Alternativ oder zusätzlich können die Basisflüssigkeit und/oder eine oder mehrere der Dosagekomponenten mit COz versetzt werden, so dass die sortenspezifische Vermischung der Komponenten ebenso zu einem sortenspezifischen COz-Gehalt führt.
  • Wird der Innendruck der Behandlungskammer 10 durch Kohlenstoffdioxid oder ein kohlenstoffdioxidhaltiges Gas erzeugt, kann auch auf diese Weise nach dem Befüllen das Füllprodukt im Behälter mit Kohlenstoffdioxid versetzt werden. Durch die Wahl des Überdrucks in der Behandlungskammer 10 lässt sich somit der COz-Gehalt im Füllprodukt behälter- und sortenweise einstellen.
  • Somit kann nahezu jeder beliebige Kohlensäuregehalt individuell, insbesondere sortenspezifisch und/oder behälterweise, eingestellt werden. Es sind gleichzeitig verschiedene Füllprodukte mit verschiedenen Kohlensäuregehalten abfüllbar. Es können hochflexibel, nahezu beliebig viele Geschmacksrichtungen behälterindividuell abgefüllt werden, ohne dass es zu signifikanten Aromaverschleppungen oder dergleichen kommt. Eine Änderung der Basisflüssigkeit, etwa eine Anpassung der Wasserqualität, kann bei einem Sortenwechsel entfallen, wodurch etwaige Ausschubmengen minimiert werden können. So muss beispielsweise Wasser lediglich einer Qualität (z.B. still oder karbonisiert) als Basisflüssigkeit zur Verfügung gestellt werden. Auch mehrere Anlagen können mit der gleichen Wasserqualität versorgt werden, unabhängig davon, welche Sorten darin abgefüllt werden. Hierbei ist eine Ausrichtung auf das Füllprodukt mit dem niedrigsten Kohlensäuregehalt nicht zwingend erforderlich. Zudem können auch stille Füllprodukte parallel zu karbonisierten Füllprodukten abgefüllt werden. Durch die hohe Druckdifferenz im System während der Abfüllung wird die Ausspülung des Füllorgans 20 optimiert, wodurch etwaige Produkt- oder Aromaverschleppungen in Folgebehälter unterbunden oder zumindest minimiert werden. Da zudem während der Befüllung kein Rückgas aus dem Behälter 200 abzuleiten ist, kann auch über diesen Weg kein Aroma in das System, insbesondere Produktkessel, gelangen.
  • In Bezug auf die Dosierung muss während der Dosierphase kein Behälter 200 am Füllorgan 20 anliegen, da die Dosierung bzw. Einmischung nicht beim Abfüllen sondern im Dosierraum 22a vorgenommen wird. Die Zeit zum Dosieren kann synergetisch für den Behältertransport verwendet werden. Damit ist das hierin dargestellte Konzept sowohl für Lineartaktmaschinen mit einer oder mehreren Füllstellen als auch Rundläufermaschinen anwendbar. Im Fall von Rundläufermaschinen können die Behälter 200 das Karussell schon nach einem geringen Drehwinkel wieder verlassen.
  • Der Durchflussmesser 122 wird stets nur von der Basisflüssigkeit, d.h. in den meisten Fällen von Wasser, durchflossen. Damit ändern sich die Medieneigenschaften nicht und das Leitungssystem wird in diesen Bereichen nicht durch unterschiedliche Fluide verschmutzt.
  • Der maschinenbauliche Aufwand zur Realisierung der Vorrichtung 100 ist vertretbar, da das Leitungssystem durch Rohre oder Schlauchleitungen mit wenigen Ventilen und nur einem einzigen Durchflussmesser (pro Linie) realisierbar ist. Es müssen keine komplizierten Geometrien eingebaut werden, wodurch die Vorrichtung 100 einfach zu reinigen und zu warten ist. Das Verstopfungsrisiko ist gering. Die Vorrichtung 100 ist zudem zum Dosieren hochviskoser Fluide geeignet.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Füllvorrichtung
    2
    Verschluss
    10
    Behandlungskammer
    20
    Füllorgan
    21
    Füllorgangehäuse
    22
    Füllproduktleitung
    22a
    Dosierraum
    23
    Füllventil
    24
    Gasleitung
    25
    Gasventil
    26
    Mündungsabschnitt
    27
    Dosageventil
    28
    Dosageventil
    29
    Behandlungskammergasleitung
    30
    Verschließorgan
    31
    Verschließerkopf
    100
    Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt
    110
    Basisreservoir
    120
    Basislinie
    121
    Basisleitung
    122
    Durchflussmesser
    124
    Erster Dosagezweig
    124a
    Dosagereservoir des ersten Dosagezweigs
    124b
    Dosageleitung des ersten Dosagezweigs
    125
    Zweiter Dosagezweig
    125a
    Dosagereservoir des zweiten Dosagezweigs
    125b
    Dosageleitung des zweiten Dosagezweigs
    200
    Behälter

Claims (15)

  1. Füllvorrichtung (1) zum Befüllen eines Behälters (200) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, aufweisend:
    ein Füllorgan (20), das eine Gasleitung (24), um den zu befüllenden Behälter (200) auf einen Unterdruck (Plow) zu evakuieren, und eine Füllproduktleitung (22), um ein Füllprodukt aus einem Basisreservoir (110) unter einem Überdruck in den evakuierten Behälter (200) einzuleiten, aufweist;
    ein Dosagereservoir (124a, 125a); und
    zumindest eine Dosagezuleitung, vorzugsweise Dosageventil (27, 28), die eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente aus dem Dosagereservoir (124a, 125a) in die Füllproduktleitung (22) einzuleiten.
  2. Füllvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Behandlungskammer (10) vorgesehen ist, in die der zu befüllende Behälter (200) zur Evakuierung und Befüllung zumindest teilweise einbringbar ist, die zur äußeren Umgebung hin abdichtbar ist und über eine Gasversorgung verfügt, die eingerichtet ist, um einen Überdruck in der Behandlungskammer (10) zu erzeugen.
  3. Füllvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllorgan (20) einen Mündungsabschnitt (25) aufweist und so eingerichtet ist, dass der Mündungsabschnitt (25) zum Evakuieren und Befüllen des Behälters in der Behandlungskammer (10) mit diesem dichtend in Fluidkommunikation bringbar ist, wobei das Füllorgan (20) dazu zumindest teilweise verfahrbar ist.
  4. Füllvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschließorgan (30) vorgesehen ist, das eingerichtet ist, um einen Verschluss (2) aufzunehmen und den Behälter (200) in der Behandlungskammer (10) nach dem Befüllen mit dem Verschluss (2) zu verschließen.
  5. Füllvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Dosagezuleitungen, vorzugsweise Dosageventile (27, 28), vorgesehen sind, die eingerichtet sind, um jeweils eine Dosagekomponente in die Füllproduktleitung (22) einzuleiten, wobei die eine Dosagezuleitung (27) mit einem Dosagereservoir (124a) eines ersten Dosagezweigs, das eingerichtet ist, um eine erste Dosagekomponente bereitzustellen, in Fluidverbindung steht oder bringbar ist, und die andere Dosagezuleitung (28) mit einem Dosagereservoir (125a) eines zweiten Dosagezweigs, das eingerichtet ist, um eine zweite Dosagekomponente, die sich vorzugsweise von der ersten Dosagekomponente unterscheidet, bereitzustellen, in Fluidverbindung steht oder bringbar ist.
  6. Füllvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel zum Einbringen von Kohlenstoffdioxid in die Füllproduktleitung (22) und/oder in den Behälter (200) aufweist.
  7. Füllvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese eingerichtet ist, um den Behälter (200) vor dem Evakuieren, vorzugsweise über die Gasleitung (24), mit Kohlenstoffdioxid zu spülen und danach den Behälter (200) auf einen variablen Unterdruck (Plow) zu evakuieren, um so den Kohlenstoffdioxidgehalt im abgefüllten Füllprodukt einzustellen.
  8. Füllvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese eingerichtet ist, um den Überdruck, mit dem das Füllprodukt in den Behälter (200) eingeleitet wird, an den Unterdruck (Plow) anzupassen, vorzugsweise so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Überdruck und dem Unterdruck (Plow) im Wesentlichen konstant bleibt.
  9. Füllvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Durchflussmesser (122) aufweist, der an der Füllproduktleitung (22) angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Füllproduktleitung (22) den Durchflussmesser (122) passierende Fluidmenge zu bestimmen;
  10. Vorrichtung (100) zum Befüllen eines Behälters (200) mit einem Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung (100) aufweist:
    ein Basisreservoir (110), das eingerichtet ist, um die Basisflüssigkeit bereitzustellen;
    zumindest eine Füllvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche;
    eine Basislinie (120) mit einer Basisleitung (121), die das Basisreservoir (110) mit der Füllproduktleitung (22) des Füllorgans (20) in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser (122), der an der Basisleitung (121) zwischen dem Basisreservoir (110) und dem Füllorgan (20) angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Basisleitung (121) den Durchflussmesser (122) passierende Fluidmenge zu bestimmen; und
    zumindest einen Dosagezweig (124), der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente über die Dosagezuleitung in die Füllproduktleitung (22) einzuleiten.
  11. Verfahren zum Befüllen eines Behälters (200) mit einem Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei das Verfahren aufweist:
    Einleiten der Basisflüssigkeit in eine Füllproduktleitung (22) eines Füllorgans (20);
    Einleiten zumindest einer Dosagekomponente aus einem Dosagereservoir (124a, 125a) in die Füllproduktleitung (22);
    Evakuieren des zu befüllenden Behälters (200) auf einen Unterdruck (Plow); und
    Einleiten des Füllprodukts aus Basisflüssigkeit und Dosagekomponente unter einem Überdruck aus der Füllproduktleitung (22) in den evakuierten Behälter (200).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
    der zu befüllende Behälter (200) zur Evakuierung und Befüllung zumindest teilweise in eine Behandlungskammer (10) eingebracht wird;
    das Füllorgan (20) einen Mündungsabschnitt (25) aufweist, der zum Evakuieren und Befüllen des Behälters (200) mit diesem in der Behandlungskammer (10) dichtend in Fluidkommunikation gebracht wird;
    die Behandlungskammer (10) zur äußeren Umgebung hin abgedichtet wird und auf einen Überdruck gebracht wird; und
    der Behälter (200) mit einem Verschluss (2), vorzugsweise in und unter dem Überdruck der Behandlungskammer (10), verschlossen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoffdioxid in die Füllproduktleitung (22) und/oder in den Behälter (200) eingebracht wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Behälter (200) vor dem Evakuieren mit Kohlenstoffdioxid gespült wird; und danach
    der Behälter (200) auf einen Unterdruck (Plow) evakuiert wird, wobei der Unterdruck (Plow) variabel einstellbar ist, um so den Kohlenstoffdioxidgehalt im abgefüllten Füllprodukt einzustellen, wobei
    vorzugsweise der Überdruck, mit dem das Füllprodukt in den Behälter (200) eingeleitet wird, an den Unterdruck (Plow) angepasst wird, vorzugsweise so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Überdruck und dem Unterdruck (Plow) im Wesentlichen konstant bleibt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, durchgeführt mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Verfahren aufweist:
    Bereitstellen der Basisflüssigkeit durch das Basisreservoir (110);
    Einleiten der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir (110) in die Füllproduktleitung (22);
    Einleiten der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig (124) in die Füllproduktleitung (22), wobei für die Eindosierung der Dosagekomponente der Durchflussmesser (122) die in der Basisleitung (121) den Durchflussmesser (122) passierende Fluidmenge bestimmt; und
    Entleeren der Füllproduktleitung (22) in den Behälter (200).
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