DE102005014076A1

DE102005014076A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Spülen von Gefässen, insbesondere von Flaschen, mit einem gasförmigen Medium

Info

Publication number: DE102005014076A1
Application number: DE200510014076
Authority: DE
Inventors: Rupert Meinzinger
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-10-05

Abstract

Bei einem Verfahren zum Spülen von Gefäßen mit einem gasförmigen Medium wird ein Gasstrahl ins Innere der Gefäße gerichtet, der schräg zur Gefäßmündung verläuft. Die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung weist eine Halterung zur Aufnahme eines zu spülenden Gefäßes und einen auf dessen Mündung gerichteten Gaskanal auf, der derart ausgebildet ist, dass der aus dem Endstück austretende Gasstrahl schräg zur Gefäßmündungverläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spülen von Gefäßen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Eine Innenspülung von Gefäßen mit Gasen und/oder Dämpfen o. dgl. wird z.B. in der Getränke- und Lebensmittelindustrie für die verschiedensten Zwecke eingesetzt, angefangen von einem einfachen Ausblasen von Fremdkörpern mittels Luft über das Verdrängen des Luftsauerstoffs mittels Inertgas bis hin zum Sterilisieren des Gefäßinneren z.B. mittels dampf- oder gasförmigem Wasserstoffperoxyd oder Wasserdampf. Voraussetzung für eine hohe Effektivität dieser Spülprozesse ist zum einen ein schneller und möglichst vollständiger Gasaustausch sowie eine vollflächige Benetzung des Gefäßinneren und zum anderen ein möglichst geringer Gasverbrauch.

Bei den bekannten gattungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen wird mittels eines mehr oder weniger langen Gasrohres das Prozessgas für eine vorbestimmte Zeit mittig und parallel zur Mittelachse der Gefäßmündung bzw. des Gefäßes in das Gefäß eingeleitet. Dabei wird ein Ringspalt im Mündungsbereich freigehalten, durch den das Gas wieder austreten kann. Die Gefäßmündung ist entweder direkt mit der Atmosphäre ( EP 0 303 135 B1 , DE-AS 1 207 230) oder mit einem speziellen Kanal ( EP 0 531 358 B1 , DE-OS 1 657 191) verbunden.

Je nach Länge des in das Gefäß eintauchenden Gasrohres lässt sich hierbei ein mehr oder weniger guter Spüleffekt erzielen; jedoch kostet das Einführen und Ausführen des Rohres zusätzliche Prozesszeit. Außerdem stellt das Gasrohr eine gewisse Masse und Oberfläche dar, die mit erwärmt und/oder abgekühlt und sterilisiert werden muss und unter Umständen den anschließenden Füllprozess stört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem gattungsgemäßen Verfahren mit einfachen Mitteln einen guten Spüleffekt zu realisieren, ohne dass ein Gasrohr weit in das Gefäß eintauchen muss. Außerdem soll eine einfach und kostengünstig aufgebaute Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen „asymmetrischen" Spülverfahren wird überraschenderweise allein auf Grund der schrägen Einleitung des Spülgasstrahls eine äußerst hohe Effektivität erreicht, wie sie bisher nur mit tief eintauchenden Gasrohren möglich war. So wird z.B. beim Spülen einer mit Luft gefüllten 1-Liter-Getränkeflasche mit einem unter 3 Bar stehenden CO₂-Gas und einem 3 mm überhalb der Flaschenmündung endenden Gaskanal nach 0,4 Sekunden ein CO₂-Anteil von über 97% erreicht, genauso wie mit einem über ca. ein Drittel der Flaschenhöhe eintauchenden Gasrohr. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher in idealer Weise für Abfüllverfahren geeignet, in denen aus Sterilitätsgründen kein Kontakt mit der Gefäßmündung und Spül- oder Füllorganen erlaubt ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Im Nachstehenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen senkrechten Schnitt durch eine Füllvorrichtung mit zentralem Gaskanal
2 einen senkrechten Schnitt durch eine Füllvorrichtung mit seitlichem Gaskanal
3 einen senkrechten Schnitt durch eine Sterilisiervorrichtung
4 einen senkrechten Schnitt durch eine Flasche während des Spülvorgangs in einer Vorrichtung mit zentralem Gaskanal.
Die Füllvorrichtung 1 nach 1 ist zum Befüllen von Gefäßen in Form von Flaschen F mit einer Flüssigkeit in Form eines sauerstoffempfindlichen Getränks unter Luftabschluss eingerichtet. Sie besitzt ein Gehäuse 4 mit einer senkrechten Bohrung 16, an deren unterem Ende ein Flüssigkeitsauslauf 5 ausgebildet ist. In der Bohrung 16 ist ein Ventilkörper 7 mittels eines Stellmotors 8 höhenbeweglich angeordnet, der zusammen mit einem erweiterten Ventilsitz über dem Flüssigkeitsauslauf 5 ein Flüssigkeitsventil 6 bildet. Die als Flüssigkeitskanal dienende Bohrung 16 ist über eine Flüssigkeitsleitung 9 mit integriertem Durchflussmesser 11 mit einem Flüssigkeitsbehälter 10 verbunden.
An den Flüssigkeitsauslauf 5 schließt sich nach unten hin ein erweiterter Zentrierkonus 12 für die Gefäßmündung M an, der konzentrisch zur gemeinsamen Mittelachse X der Bohrung 16, des Ventilkörpers 7 und des Flüssigkeitsauslaufs 5 angeordnet ist.
Im Ventilkörper 7 ist ein Spülgaskanal 13 ausgebildet, der über den größten Teil seiner Länge konzentrisch zur gemeinsamen Mittelachse X verläuft und an seinem oberen Ende über eine Spülgasleitung 17 mit einem integrierten Spülgasventil 14 mit einem Spülgasbehälter 15 verbunden ist. Dieser ist mit CO₂ unter einem Überdruck von 3 Bar gefüllt, während der Flüssigkeitsbehälter 10 mit dem unter Atmosphärendruck stehenden Getränk gefüllt ist.
Das untere Ende 13a des Spülgaskanal 13 mündet an der horizontalen unteren Stirnfläche des Ventilkörpers 7 aus. Es ist unter einem Winkel von ca. 8 Grad gegenüber der senkrechten Mittelachse X schräg gestellt, weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und bildet so eine Düse für das austretende Spülgas, deren Austrittsöffnung exzentrisch zur Mittelachse x liegt.
Unter dem Gehäuse 4 ist ein Huborgan H für jeweils ein Gefäß F angeordnet, das bei abgesenktem Zustand eine seitliche Zu- und Abfuhr der Flaschen F, mit Abstand zum Zentrierkonus 12 ermöglicht. In der in 1 gezeigten Spülstellung ist das Huborgan H teilweise angehoben, derart, dass die Gefäßmündung M geringfügig in den Zentrierkonus 12 eindringt und zur unteren Stirnfläche des Ventilkörpers 7 mit dem Spülgaskanal 13a einen Spalt von ca. 3 mm bildet. Über diesen Spalt in die Gefäßmündung M mit der Atmosphäre verbunden.
In der nicht gezeigten oberen Endposition des Huborgans H wird die Flasche F mit einer bestimmten Kraft gegen den Zentrierkonus 12 gedrückt, wodurch eine gasdichte Verbindung entsteht.
Durch ein nicht gezeigtes Transportorgan, beispielsweise einen Einlaufstern einer Füllmaschine, wird jedes Gefäß F derart auf dem Huborgan H abgesetzt, dass die Mittelachse A seiner Gefäßmündung M mit der Mittelachse x des Flüssigkeitsauslaufs 5, des Zentrierkonus 12 und des Ventilkörpers 7 fluchtet. In dieser Position, wie sie in 1 dargestellt ist, ist das Endstück 13a des Spülgaskanals 13 gegenüber der Mittelachse A der Gefäßmündung M um den Winkel von ca. 8 Grad schräg gestellt, wobei die Austrittsöffnung oder Düsenöffnung exzentrisch zur Mittelachse A der Gefäßmündung M liegt.
Wird nun das Spülgasventil 14 für eine vorgegebene Zeit von beispielsweise 0,4 Sekunden geöffnet, so strömt gasförmiges CO₂ aus dem unter Überdruck stehenden Spülgasbehälter 15 mit hoher Geschwindigkeit über die Spülgasleitung 17 und den Spülgaskanal 13, gelenkt durch dessen düsenartiges Endstück 13a, schräg und außermittig in die Gefäßmündung M ein. Der CO₂-Strahl trifft unterhalb der Gefäßmündung M schräg auf die innere Seitenwand der Flasche F, wird durch diese umgelenkt, strömt an der Seitenwand nach unten bis zum Flaschenboden, an diesem entlang und schließlich an der gegenüberliegenden Seitenwand nach oben, bis er neben dem eintretenden Gasstrahl wieder aus der Gefäßmündung M austritt, zusammen mit der aus der Flasche F verdrängten Luft. Die sich dabei ergebenden Strömungslinien sind schematisch in 4 gezeigt.
Während des vorbeschriebenen Spülvorgangs wird die zuvor in der Flasche F vorhandene Luft zu ca. 97% aus der Flasche verdrängt und durch CO₂ ersetzt. Bei längerer Einschaltzeit des Spülgasventil 14 ist auch eine praktisch vollständige Luftverdrängung möglich.
Nunmehr wird das Huborgan H angehoben und die Gefäßmündung M an den Zentrierkonus 12 gepresst und gasdicht abgeschlossen. Durch Öffnen des zuvor geschlossenen Flüssigkeitsventils 6 mittels des Stellmotors 8 wird nunmehr der Füllvorgang des sauerstoffempfindlichen Getränks eingeleitet, gesteuert durch den Durchflussmesser 11. Das dabei aus der Flasche F verdrängte CO₂ kann durch einen nicht gezeigten, zusätzlichen Rückgaskanal oder auch über den Spülgaskanal 13 abgeleitet werden, wozu dieser über ein nicht gezeigtes Rückgasventil mit der Atmosphäre verbindbar ist.
Der Spülgaskanal 13 kann auch zum Vorspannen der Flasche F mittels CO₂ dienen, wenn unter überatmosphärischem Gegendruck abgefüllt werden soll.
Die Füllvorrichtung 2 nach 2 unterscheidet sich von der Füllvorrichtung 1 nach 1 im Wesentlichen dadurch, dass hier der Spülgaskanal 13 mit seinem düsenartigen Endstück 13a nicht im höhenbeweglichen Ventilkörper 7, der hier spitz nach unten hin ausläuft, sondern seitlich daneben im Gehäuse 4 angeordnet ist. Genauer gesagt mündet das düsenartige Endstück 13a seitlich in eine erweiterte Kammer 18 ein, die sich nach unten hin an den Flüssigkeitsauslauf 5 anschließt. In diese Kammer 18 mündet ein weiterer Kanal 19 ein, der z.B. als Cip-Rücklaufkanal dient.
Der Winkel zwischen der Mittelachse A der Gefäßmündung M und dem düsenartigen Endstück 13a beträgt hier ca. 31°; der Abstand zwischen der Gefäßmündung M und der Austrittsöffnung des Endstücks 13a ist hier größer als in 1. Trotzdem ergibt sich auf Grund der stärkeren Schrägstellung des Endstücks 13a ein ähnlicher Spüleffekt wie an Hand der 1 beschrieben.
Ferner weist die Füllvorrichtung 2 nach 2 im Gegensatz zur Füllvorrichtung 1 nach 1 kein Huborgan für die Flasche F auf. Stattdessen ist eine höhenfeste Halterung 20 mit einer U-förmigen Ausnehmung für den Flaschenhals vorgesehen, die unterhalb des Tragrings T an den Flaschen F angreift und diese im vorgegebenen Abstand zum Flüssigkeitsauslauf 5 und zum Gaskanal 13a fixiert.
Nach Beendigung des Spülvorgangs durch Schließen des Spülgasventils 14 wird hier durch Öffnen des Flüssigkeitsventils 6 die Flasche im freien Vollstrahl gefüllt, vorzugsweise in einer sterilen Atmosphäre innerhalb eines nicht gezeigten Isolators. Als Spülgas wird hier gasförmiger Stickstoff eingesetzt wie er bei bestimmten Getränken vorteilhaft ist.
Die Sterilisiervorrichtung 3 nach 3 unterscheidet sich von der Füllvorrichtung 2 nach 2 im Wesentlichen dadurch, dass hier im Gehäuse 4 kein Flüssigkeitskanal sondern nur ein Spülgaskanal 13 mit einem düsenartigen schrägen Endstück 13a ausgebildet ist. Dieser ist um einen Winkel von ca. 20° gegenüber der Mittelachse A der Gefäßmündung M schräggestellt, so dass der aus ihm austretende Spülgasstrahl schräg und außermittig in die Gefäßmündung M eintritt. Der weitere Ablauf des Spülvorgangs entspricht im wesentlichen dem Spülvorgang bei der Füllvorrichtung nach 1 oder 2. Das anschließende Befüllen der Flasche F erfolgt in einer separaten, nicht gezeigten Füllvorrichtung.
Der Spülgaskanal 13 ist hier über eine Sterilluftleitung 21 mit integriertem Sterilluftventil 22 an einen unter Überdruck stehenden Sterilluftbehälter 23 und über eine Sterilisationsgasleitung 24 mit integriertem Sterilisationsgasventil 25 an einen Sterilisationsgaserzeuger 26 angeschlossen. Dieser liefert beispielsweise mit heißer Sterilluft vermischten Wasserstoffperoxyd-Dampf.
Mit der Vorstehend beschriebenen Sterilisationsvorrichtung 3 können die Flaschen F schnell und schonend sterilisiert werden. Dabei wird zwischen der unteren Stirnfläche des Gehäuses 2 mit der Austrittsöffnung des Spülgaskanal 13a und der Gefäßmündung M ein Spalt von mehreren Millimetern gebildet der, unverändert bleibt. Dabei kann die ggf. erwärmte Sterilluft aus dem Sterilluftbehälter 23 sowohl zum Erwärmen der Flaschen F vor dem eigentlichen Sterilisationsvorgang durch Spülen mit Wasserstoffperoxyd als auch zum anschließenden Austreiben des Wasserperoxyds oder im Falle des Auskondensierens von Wasserstoffperoxyd im Flascheninneren zum Abtrocknen der Flaschen eingesetzt werden. Die Vorrichtung 3 ist äußerst einfach aufgebaut und leicht zu reinigen; mangels Gasrohr ist keine Relativbewegung zwischen Flasche F und Gehäuse 4 erforderlich.
Wie die 4 zeigt, ist auch ein leichtes Eindringen des Spülgaskanal 13 bzw. dessen Endstücks 13a in die Gefäßmündung M möglich, ohne die Wirkung des schräg gerichteten Spülgasstrahls zu beeinträchtigen.

Claims

Verfahren zum Spülen von Gefäßen, insbesondere Flaschen, mit einem gasförmigen Medium, wobei ein Gasstrahl durch die Gefäßmündung ins Innere der Gefäße gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl schräg zur Gefäßmündung verläuft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl schräg zur Mittelachse des Gefäßes und/oder der Gefäßmündung gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl unter einem spitzen Winkel von ca. 5 bis 35° gegen die Mittelachse der Gefäßmündung und/oder des Gefäßes schräg gestellt ist.
verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägstellung während des Spülvorgangs konstant ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl durch eine Düse geformt wird, deren Austrittsöffnung außerhalb des Gefäßes liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl maximal 80% des Querschnitts der Gefäßmündung einnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl asymmetrisch bzw. exzentrisch durch die Gefäßmündung eintritt.
Vorrichtung zum Spülen von Gefäßen, insbesondere Flaschen, mit einem gasförmigen Medium, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Halterung (H, 20) zur Aufnahme eines zu spülenden Gefäßes (F) und mit einem auf dessen Mündung (M) gerichteten Gaskanal (13, 13a), der über mindestens ein Ventil (14, 22, 25) an eine Spülgasquelle (15, 23, 26) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das düsenartige Endstück (13a) des Gaskanals (13) der Aufnahme (H, 20) derart zugeordnet ist, dass der aus dem Endstück (13a) austretende Gasstrahl schräg zur Gefäßmündung (M) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das düsenartige Endstück (13a) des Gaskanals (13) der Aufnahme (H, 20) derart zugeordnet ist, dass der Gasstrahl schräg zur Mittelachse (A) des Gefäßes (F) und/oder der Gefäßmündung (M) gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das düsenartige Endstück (13a) des Gaskanals (13) der Aufnahme (H, 20) derart zugeordnet ist, dass der Gasstrahl unter einem spitzen Winkel von ca. 5 bis 35° gegen die Mittelachse (A) der Gefäßmündung (M) und/oder des Gefäßes (F) schräg gestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das düsenartige Endstück (13a) des Gaskanals (13) der Aufnahme (H, 20) derart zugeordnet ist, dass die Schrägstellung während des Spülvorgangs konstant ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das düsenartige Endstück (13a) des Gaskanals (13) der Aufnahme (H, 20) derart zugeordnet ist, dass es außerhalb des Gefäßes (F) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das düsenartige Endstück (13a) des Gaskanals (13) der Aufnahme (H, 20) derart zugeordnet ist, dass der Gasstrahl maximal 80% des Querschnitts der Gefäßmündung (M) einnimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das düsenartige Endstück (13a) des Gaskanals (13) der Aufnahme (H, 20) derart zugeordnet ist, dass der Gasstrahl asymmetrisch bzw. exzentrisch durch die Gefäßmündung (M) eintritt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen durch ein Flüssigkeitsventil (6) verschließbaren Flüssigkeitsauslauf (5) aufweist, und dass das düsenartige Endstück (13a) des Spülgaskanals (13) den Flüssigkeitsauslauf (5) zentral durchdringt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das düsenartige Endstück (13a) des Spülgaskanals (13) in einem höhenbeweglichen Ventilkörper (7) des Flüssigkeitsventils (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen durch ein Flüssigkeitsventil (6) verschließbaren Flüssigkeitsauslauf (5) aufweist und dass das düsenartige Endstück (13a) des Spülgaskanals (13) seitlich des Flüssigkeitsauslaufs (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das düsenartige Endstück (13a) des Spülgaskanals (13) in einem Gehäuse (4) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülgaskanal (13) mit dem düsenartigen Endstück (13a) an mehrere Spülgasquellen (23, 26) angeschlossen ist, vorzugsweise unter Zwischenschaltung von Steuerventilen (22, 25).
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Spülgasquellen als Sterilisationsmittelquelle (26) und die andere Spülgasquelle (23) als Sterilluftquelle ausgebildet ist.