DE102007020625A1

DE102007020625A1 - Verfahren zum Verarbeiten, insbesondere zum Verpacken von Produkten unter Verwendung eines sauerstofffreien Prozessgases

Info

Publication number: DE102007020625A1
Application number: DE102007020625A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. Westner; Thomas Stienen
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2008-11-06
Also published as: WO2008131892A2; RU2009144149A; JP2010524795A; MX2009006501A; WO2008131892A3; US20100108181A1; RU2451632C2; EP2144688A2; BRPI0806422A2; CN101605588A

Abstract

Bei einem Verfahren zum Verarbeiten, insbesondere zum Verpacken, von Produkten in Packmitteln unter Verwendung eines sauerstofffreien oder im Wesentlichen sauerstofffreien Prozessgases in einer Anlage wird das Prozessgas in wenigstens einem Gasfilter dieser Anlage durch Fraktionierung von Umgebungsluft gewonnen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1, auf eine Anlage zum Durchführen dieses Verfahrens gemäß Oberbegriff Patentanspruch 9 sowie auch auf die Verwendung eines Gasfilters, insbesondere eines Membranfilters bei einer Anlage zum Verarbeiten, insbesondere Verpacken von sauerstoffempfindlichen Produkten entsprechend Oberbegriff Patentanspruch 15.
Bei einer Vielzahl von Produkten, auch bei vielen Getränken besteht das Problem, dass die Haltbarkeit und/oder Qualität und/oder der Geschmack solcher Produkte durch Luft bzw. durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff (O, O2, O3) stark beeinträchtigt werden können. Ein derartiger Sauerstoffeintrag erfolgt beispielsweise während des Verpackens oder während des Füllens eines Packmittels mit dem betreffenden Produkt und/oder nach dem Verpacken und vor und/oder während des Verschließens des verwendeten Packmittels.
Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es bekannt, die Verarbeitung von derartigen, sauerstoffempfindlichen Produkten unter Verwendung eines in der Regel von CO₂ gebildeten Prozessgases durchzuführen, wobei dieses Prozessgas beispielsweise zur Erzeugung einer Schutz- oder Inertgas-Atmosphäre verwendet wird, in der die Verarbeitung, beispielsweise das Füllen des jeweiligen Packmittels mit dem Produkt sowie das Verschließen des Packmittels erfolgen. Weiterhin ist es auch bekannt, Packmittel vor dem Füllen mit dem als Prozessgas verwendeten CO₂-Gas zu spülen. Dieses Spülen dient dazu, die innerhalb der noch unbefüllten Verpackung enthaltene Umgebungsluft, und damit den in dieser Luft enthaltenen Sauerstoff vollständig oder nahezu vollständig aus der Verpackung zu entfernen, und durch eine sauerstofffreies Prozessgas zu ersetzen.
Nachteilig hierbei ist, dass das als Prozessgas verwendete Inertgas einen nicht unerheblichen Kostenfaktor darstellt. Dieses hat u. a. zur Folge, dass der Einsatz des Inertgases bei bekannten Anlagen nur gezielt an wenigen, hochkritischen Stellen erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 9. Die Verwendung eines Gasfraktionierers oder Gasfilters, insbesondere eines Membranfilters, ist Gegenstand des Patentanspruchs 15.
Unter "sauerstoffempfindliches Produkt" sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Produkte unterschiedlichster Art und unterschiedlichster Konsistenz zu verstehen, die durch Einschluss oder Eintrag von Sauerstoff hinsichtlich ihrer Haltbarkeit und/oder ihrer Qualität und/oder ihres Geschmacks usw., aber auch hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit und Brauchbarkeit bzw. Wirkung beeinträchtig werden.
"Packmittel" im Sinne der Erfindung sind insbesondere Flaschen, Tuben, Dosen, Gläser, Eimer oder dergleichen Behälter, aber auch aus Flachmaterial, beispielsweise aus mehrlagigem Flachmaterial, z. B. durch Falten erzeugte Packmittel, wie Weichverpackungen, Beutel usw.
"Sauerstofffreies oder im Wesentlichen sauerstofffreies Prozessgas" im Sinne der Erfindung ist ein Gas, welches wenigstens eine durch Fraktionierung von Umgebungs- oder Atmosphärenluft erhaltene Komponente, die keinen Sauerstoff (O₂, auch O oder O₃) oder aber allenfalls nur einen so geringen, vernachlässigbaren Sauerstoffanteil enthält, der zu einer merklichen und/oder relevanten Beeinträchtigung oder Schädigung des jeweiligen Produktes nicht führt. Das sauerstofffreie oder im Wesentlichen sauerstofffreie Prozessgas enthält dann hauptsächlich Stickstoff sowie eventuell weiter Bestandteile, wie geringe Mengen an Argon, Kohlendioxid und Wasserdampf.
"Fraktionierung von Umgebungs- oder Atmosphärenluft" bedeutet im Sinne der Erfindung die Trennung der Umgebungs- oder Atmosphärenluft in ihre Gas- und Dampf-Komponenten durch Verwendung wenigstens eines Gasfilters, vorzugsweise durch Verwendung wenigstens eines Membranfilters.
„Umgebungs- oder Atmosphärenluft" umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung neben der genannten Umgebungs- oder Atmosphärenluft auch ein sauerstofffreies oder im Wesentlichen sauerstofffreies Prozessgas, welches in einem Kreislaufverfahren mehrfach verwendet wird, und vor jeder Wiederverwendung erneut von eventuell auftretenden Sauerstoffverunreinigungen befreit wird.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Block- bzw. Funktionsdarstellung eine Gasfilteranlage zur Verwendung bei Maschinen oder Anlagen zum Behandeln von Flaschen oder dergleichen Behälter;
2 in vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch eine Behälterbehandlungsmaschine in Form einer Verschließmaschine;
3 in einer Darstellung ähnlich 1 eine Filteranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
4 in Funktions-Darstellung eine spezielle Ausführung des Gas- bzw. Membranfilters.
Die in der 1 allgemein mit 1 bezeichnete Filteranlage dient zur Fraktionierung der aus einem Gemisch unterschiedlicher Gas-Komponenten bestehenden Umgebungsluft in die einzelnen Gas- und/oder Dampfbestandteile, die an den Ausgängen G1–Gx der Filteranlage 1 jeweils gesondert bereitgestellt werden. Die Filteranlage besteht hierfür aus einem Gasfilter 2, in welchem die Fraktionierung durch entsprechende Filtermedien erfolgt. Die Filtermedien des Gasfilters 2 sind z. B. so ausgebildet und innerhalb eines oder mehrerer Strömungskanäle des Gasfilters 2 so angeordnet, dass an jedem Ausgang jeweils nur eine Gaskomponente erhalten wird. Der Gasfilter 2 ist bevorzugt als Membranfilter ausgebildet, bei dem die einzelnen Filtermedien z. B. von Filtermembranen gebildet sind, die jeweils nur für die dem jeweiligen Ausgang G1–Gx zugeordnete Gaskomponente durchlässig ist. Dem Gasfilter 2 ist beispielsweise ein Sterilfilter 3 vorgeschaltet, über welches dem Gasfilter 2 die Umgebungsluft zugeführt wird und in welchem in der Umgebungsluft enthaltene Partikel, wie Staub, Ruß usw. aber auch insbesondere Keime und Mikroorganismen jeglicher Art, wie z. B. Pilze, Bakterien, Viren usw. zurückgehalten werden, sodass dem Gasfilter 2 nur saubere und sterile Umgebungsluft zugeführt wird und demnach auch an den Ausgängen G1–Gx saubere und sterile Gaskomponenten zur Verfügung stehen.
Die Filteranlage 1 ist zur Verwendung bei Behälterbehandlungsmaschinen oder – anlagen bestimmt und dabei insbesondere auch für solche Anlagen, die zur Verarbeitung, d. h. insbesondere zum Abfüllen von sauerstoffempfindlichen Produkten dienen.
Mit der Filteranlage 1 ist es nun möglich, die für das jeweils zu verarbeitende Produkt nicht schädlichen, an den Ausgängen G1–Gx bereitstehenden Komponenten, d. h. beispielsweise sämtliche Komponenten ausgenommen die Sauerstoffkomponente (O, O2, O3) als Prozessgas für die das betreffende Produkt verarbeitende Anlage 4 zu verwenden. Die entsprechenden Gaskomponenten der Ausgänge G1–Gx werden dann beispielsweise zusammengeführt und an die Anlage 4 geleitet. Die an einem oder aber an mehreren Ausgängen anfallende Sauerstoffkomponente wird z. B. in die Umgebung abgeleitet oder aber beispielsweise einer Anlage 5 zugeführt, in der unter Verwendung des Sauerstoffs Ozon oder ein ozonhaltiges Luft- und/oder Gasgemisch z. B. für Reinigungs- oder Sterilisationszwecke erzeugt.
Das vom Gasfilter 2 gelieferte sauerstofffreie Prozessgas dient in der Anlage 4 beispielsweise als Schutzgas beim Füllen von Behältern mit dem sauerstoffempfindlichen Produkt oder Füllgut und beim Verschließen dieser Behälter. Als Beispiel hierfür ist in der 2 eine Verschließmaschine 6 umlaufender Bauart zum Verschließen von mit dem sauerstoffempfindlichen Produkt gefüllten Flaschen 7 dargestellt. Die Flaschen 7 werden für das Verschließen einem um eine vertikale Maschinenachse VA umlaufend angetriebenen Rotor 8 so zugeführt, dass jede Flasche aufrechtstehend auf einem Flaschenteller 9 des Rotor 8 unterhalb eines ebenfalls am Rotor vorgesehenen Verschließwerkzeugs 10 angeordnet ist, welches zum Verschließen der Flaschen 7 mit Kronenkorken oder anderen Verschlüssen ausgebildet ist. Zumindest mit einem die Flaschen- oder Behältermündung aufweisenden Flaschenhals sind die Flaschen 7 jeweils in einem von einer Einhausung 11 gebildeten, zur Umgebung hin getrennten Raum 12 aufgenommen, dem über Anschlüsse 13 das von dem Gasfilter 2 erzeugte Prozessgas zugeführt wird, und zwar derart, dass dieses Prozessgas den Innenraum 12 von oben nach unten durchströmt und im unteren Bereich des Raumes 12 in die Atmosphäre austritt. Der gesamte Innenraum 12 ist so von dem sauerstofffreien Prozessgas ausgefüllt und durchströmt. Auch die Mündungsöffnungen der Flaschen 7 werden intensiv von diesem Prozessgas umströmt.
In ähnlicher Weise sind die Flaschen 7 beim Füllen mit dem sauerstoffempfindlichen Produkt, d. h. in der der Verschließmaschine 6 in der Anlage 4 vorausgehenden Verschließmaschine sowie auch auf der Transportstrecke zwischen der Füllmaschine und der Verschließmaschine 6 ständig in der von dem Prozessgas des Gasfilters 2 gebildeten Schutzgasatmosphäre angeordnet.
Erfolgt beim Füllen der Flaschen 7 vor dem Einbringen des Füllgutes ein Spülen des jeweiligen Flascheninnenraumes zur Verdrängung von Luft bzw. des entsprechenden Sauerstoffanteils, so kann dieses Spülen ebenfalls mit dem sauerstofffreien, von dem Gasfilter 2 gelieferten Prozessgas erfolgen. Bei einem kohlensäurefreien Füllgut, welches in die mit einem Gas vorgespannten Behälter oder Flaschen 7 abgefüllt wird, kann das von dem Gasfilter 2 gelieferte sauerstofffreie Prozessgas auch zum Druck-Vorspannen verwendet werden.
Die 3 zeigt in einer Darstellung wie 1 eine Filteranlage 1a, die sich von der Filteranlage im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass das Sterilfilter 3 dem Gasfilter 2 zum Fraktionieren der Umgebungsluft nachgeschaltet ist, und zwar derart, dass lediglich die als Prozessgas in der Anlage 4 verwendeten Komponenten der fraktionierten Luft in dem Sterilfilter behandelt werden, wodurch u. a. das im Sterilfilter zu verarbeitende Gasvolumen deutlich reduziert werden kann.
Die 4 zeigt in stark vereinfachter Funktions-Darstellung den Aufbau eines Gasfilters 2a. Dem Innenraum 14 dieses Gasfilters wird über einen Einlass 15 Umgebungsluft, beispielsweise zuvor in dem Sterilfilter 3 gereinigte Umgebungsluft zugeführt, und zwar z. B. über ein Gebläse. Im Innenraum 14 sind in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend mehrere Filtermembranen 16 vorgesehen. Diese sind hinsichtlich ihrer Filterwirkung derart ausgewählt, dass an jeder Filtermembrane 16 eine Gaskomponente zurückgehalten und die verbleibenden Gaskomponenten weitergeleitet werden. Die zurückgehaltenen Gaskomponenten stehen dann an den den Filtermembranen zugeordneten Ausgängen G1–Gx zur Verfügung.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass für jede aus der Umgebungsluft durch Fraktionieren gebildete Gaskomponente ein gesonderter Ausgang G1–Gx vorgesehen ist. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, das jeweilige Gasfilter so auszubilden, dass es für wenigstens zwei sauerstofffreie Komponenten einen gemeinsamen Ausgang aufweist. In jedem Fall ist aber das Gasfilter so ausgebildet, dass das von diesem Filter gelieferte und bei der Verarbeitung des sauerstoffempfindlichen Produktes, z. B. beim Füllen dieses Produktes und/oder beim Behandeln der verwendeten Packmittel genutzte Prozessgas sauerstofffrei ist.
Weiterhin erstreckt sich der Umfang der vorliegenden Erfindung auch auf eine Anlage zur Abfüllung von Getränken, bei welcher zumindest eine Verschließmaschine und/oder eine Füllmaschine und/oder die Behältertransportwege zwischen diesen Maschinen vor der Umgebungsluft zumindest teilweise geschützt sind und zumindest teilweise mit sauerstofffreiem oder im Wesentlichen sauerstofffreiem Prozessgas beaufschlagt werden.
Durch die technische Lehre der vorliegenden Erfindung wird, u. a. durch die erhebliche Senkung der Kosten für die Gestehung eines sauerstofffreien oder im Wesentlichen sauerstofffreien Prozessgases, dieses im sehr viel größerem Umfang einzusetzen, als bisher, was eine weitere Reduzierung des Sauerstoffgehalts im den Verpackten und/oder abgefüllten Produkten ermöglicht.

1, 1a: Filteranlage
2, 2a: Gasfilter
3: Sterilfilter
4: Anlage zum Behandeln von Flaschen oder dergleichen Behälter
5: Anlage zur Erzeugung von Ozon
6: Verschließmaschine
7: Flasche
8: Rotor
9: Flaschenträger
10: Verschließwerkzeug
11: Einhausung
12: Raum
13: Anschluss für Prozessgas
14: Innenraum des Gasfilters 2a
15: Einlass
16: Filtermembrane
G1–Gx: Auslass des Gasfilters 2 bzw. 2a

Claims

Verfahren zum Verarbeiten, insbesondere zum Verpacken von Produkten in Packmitteln unter Verwendung eines sauerstofffreien oder im Wesentlichen sauerstofffreien Prozessgases in einer Anlage (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas in wenigstens einem Gasfilter (2, 2a) der Anlage (4) durch Fraktionierung von Umgebungsluft gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gasfilter ein Membranfilter (2, 2a) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Gasfilter (2, 2a) zugeführte Umgebungsluft vor dem Fraktionieren in wenigstens einem Sterilfilter (3) zur Ausscheidung von Fremdstoffen oder Partikeln sowie zum Ausscheiden von Keimen oder Mikroorganismen behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine als Prozessgas verwendete Komponente der fraktionierten Umgebungsluft in wenigstens einem Sterilfilter (3) behandelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Fraktionieren der Umgebungsluft erhaltene Sauerstoffkomponente in die Umgebung abgeleitet und/oder einer Anlage (5) zum Sammeln und/oder zur Be- und/oder Verarbeitung dieser Komponente zugeführt wird, beispielsweise einer Anlage zur Erzeugung von Ozon oder Ozongas.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas zur Ausbildung einer Inertgas-Atmosphäre (12) verwendet wird, in der die Packmittel (7) zumindest mit einem die jeweilige Packmittelöffnung aufweisenden Abschnitt während des Verpackens oder Füllens und/oder nach dem Verpacken oder Füllen zumindest bis zum Verschließen des Packmittels aufgenommen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas zum Spülen der Packmittel (7) vor dem Einbringen des Produktes oder Füllgutes verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas zum Druckvorspannen der Packmittel (7) verwendet wird.
Anlage zum Verarbeiten, insbesondere zum Verpacken von Produkten in Packmitteln unter Verwendung eines sauerstofffreien oder im Wesentlichen sauerstofffreien Prozessgases in einer Anlage (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (4) wenigstens ein Gasfilter (2, 2a) zur Erzeugung des Prozessgases durch Fraktionierung von Umgebungsluft aufweist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gasfilter ein Membranfilter (2, 2a) ist.
Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem wenigstens einen Gasfilter (2, 2a) zumindest ein Sterilfilter (3) zur Ausscheidung von Fremdstoffen oder Partikeln sowie zum Ausscheiden von Keimen oder Mikroorganismen vorgeschaltet ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einem Ausgang (G1–Gx) des Gasfilters (2a), der die wenigstens eine als Prozessgas verwendete Komponente der fraktionierten Umgebungsluft liefert, wenigstens ein Sterilfilter (3) nachgeschaltet ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Sauerstoffkomponente der fraktionierten Umgebungsluft liefernde Ausgang des Gasfilters (2, 2a) mit der Umgebung und/oder mit einer Anlage (5) zum Sammeln und/oder zur Be- und/oder Verarbeitung dieser Komponente in Verbindung steht, beispielsweise mit einer Anlage zur Erzeugung von Ozon oder Ozongas.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Anlage um eine Anlage zur Abfüllung von Getränken handelt, bei welcher zumindest eine Verschließmaschine und/oder eine Füllmaschine und/oder die Behältertransportwege zwischen diesen Maschinen vor der Umgebungsluft zumindest teilweise geschützt sind und zumindest teilweise mit sauerstofffreiem oder im Wesentlichen sauerstofffreiem Prozessgas beaufschlagt werden.
Gasfilter, insbesondere Membranfilter, gekennzeichnet durch seine Verwendung bei Anlagen (4) zum Verarbeiten und/oder zum Verpacken von sauerstoffempfindlichen Produkten zur Erzeugung eines sauerstofffreien oder im Wesentlichen sauerstofffreien Prozessgases.