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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abfüllen
von Flüssigkeiten und insbesondere von solchen Flüssigkeiten,
welche Partikel enthalten, wie beispielsweise Fruchtsäfte,
welche Fruchtstücke enthalten. Aus dem Stand der Technik
sind unterschiedlichste Vorrichtungen zum Abfüllen von
Getränken bekannt. Dabei ist es üblich, dass aus
einem Reservoir eine Flüssigkeit über eine Verbindungsleitung
in eine Einfülleinrichtung geleitet wird, und diese Einfülleinrichtung
wiederum an eine Mündung des abzufüllenden Behältnisses
angesetzt wird, um dieses mit der Flüssigkeit zu befüllen.
Dabei weisen diese Einfülleinrichtungen üblicher
Weise Ventilmechanismen wie Kegelventile auf. Diese Ventilmechanismen
erlauben eine zuverlässige und sichere Einfüllung
von herkömmlichen Getränken in diese Behältnisse.
Problematisch ist jedoch teilweise die Abfüllung von Getränken,
welche Partikel aufweisen, wie beispielsweise Fruchtsäfte,
welche einen höheren Anteil an großen Fruchtstücken
enthalten.
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Zum
Befüllen von Behältnissen mit stillen oder aber
auch karbonisierten Produkten wird üblicher Weise ein Füllventil
verwendet, das mittels eines Kegels oder Kolbens auf- und zuschaltbar
ist. Die Füllmenge wird über das Öffnen
und Schließen dieses Kegels bestimmt. Es gibt jedoch auch
die Möglichkeit, das Produkt in einem Zulauf der Leitung
zu drosseln, beziehungsweise diese Drossel auch schaltbar zu gestalten,
um beispielsweise mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten abzufüllen.
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Bei
der Füllung zum Beispiel mit dem oben erwähnten
Freistrahlfüllsystem kann es durch eine ungleichmäßige
Verteilung der Fruchtstücke am Kegel zum Spritzen (auch
als Spillage bezeichnet) des Füllventils kommen. Diese
Spritzer sind nachteilig, da sie beispielsweise zu einer Schimmelbildung
an einer Flaschenaußenseite führen können.
Dieses Problem tritt dabei sowohl bei einem Beginn eines Füllvorganges
auf als auch bei Beendigung des Füllvorganges beziehungsweise
einem Schließvorgang des besagten Ventils auf. Insbesondere
haben die im Stand der Technik bekannten Freistrahlventile zu derartigen
ungewollten Spritzern geführt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche eine
verbesserte Abfüllung von Flüssigkeiten erlauben.
Insbesondere soll eine Möglichkeit geschaffen werden, um
auch Flüssigkeiten mit Partikeln, wie beispielsweise Fruchtstückchen,
effizienter abfüllen zu können. Diese Aufgaben
werden erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Befüllen
von Behältnissen mit Flüssigkeiten und insbesondere
mit Getränken weist ein Reservoir für die abzufüllende
Flüssigkeit auf sowie eine Verbindungsleitung, um die Flüssigkeit
von dem Reservoir zu einer Einfülleinrichtung zu transportieren,
wobei die Einfülleinrichtung eine erste Ventileinrichtung
zum Steuern eines Flüssigkeitsstromes in das Behältnis aufweist.
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Erfindungsgemäß weist
die Vorrichtung eine in der Verbindungsleitung angeordnete zweite
in Serie mit der ersten Ventileinrichtung angeordnete Ventileinrichtung
auf, wobei die an der zweiten Ventileinrichtung vorbeiströmende
Flüssigkeitsmenge und die zu der Einfülleinrichtung
gelangende Flüssigkeitsmenge im wesentlichen identisch
sind.
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Aus
dem Stand der Technik, zum Beispiel der
WO 2008/037338 A1 , sind
Vorrichtungen zum Abfüllen von Getränken bekannt,
wobei mehrere Reservoirs vorgesehen sind sowie Ventile, die letztlich zum
Mischen dieser aus den unterschiedlichen Reservoirs stammenden Getränken
dienen. In diesen Fällen ist jedoch die Menge der Flüssigkeit,
die an den Ventilen vorbeiströmt, die den jeweiligen Reservoirs
zugeordnet sind und derjenigen Flüssigkeit, die letztlich
zu der Einfülleinrichtung gelangt, unterschiedlich.
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Dem
gegenüber ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
insbesondere derart gestaltet, dass die Verbindungsleitung zumindest
zwischen der zweiten Ventileinrichtung und der Einfülleinrichtung
verzweigungslos ausgeführt ist, dass also nach der zweiten Ventileinrichtung
keine weiteren Flüssigkeiten, welche nicht bereits die
zweite Ventileinrichtung passiert haben, zu der Einfülleinrichtung
gelangen können.
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Unter
einer im wesentlichen bestehenden Identität der Flüssigkeitsmengen
wird verstanden, dass diese Flüssigkeitsmengen insbesondere
in einem regulären Arbeitsbetrieb identisch, beziehungsweise
annähernd identisch sind. Geringfügige Unterschiede
können sich beispielsweise durch Leckagen zwischen den
beiden Ventileinrichtungen ergeben.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite Ventileinrichtung
derart gestaltet, dass sie den Flüssigkeitsstrom zu der
Einfülleinrichtung wenigstens zeitweise während
eines Abfüllvorganges vollständig unterbricht.
Wie oben erwähnt, tritt das Problem von Spritzern insbesondere
auf, falls während eines Öffnungsvorganges bzw.
Schließvorganges die Flüssigkeit an der ersten
Ventileinrichtung vorbeiströmt. Durch die erfindungsgemäße
Vorgehensweise kann die zweite Ventileinrichtung eingesetzt werden,
um einen Flüssigkeitsstrom zu der Fülleinrichtung
beziehungsweise zu der ersten Ventileinrichtung hin zu unterbrechen.
Während einer Unterbrechung dieses Flüssigkeitsstroms
kann anschließend die erste Ventileinrichtung vollständig
geöffnet werden, und anschließend kann spritzerfrei
das Getränk abgefüllt werden.
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Damit
beschreibt die Erfindung ein System aus zwei in Reihe geschalteten
Ventileinrichtungen, wobei bevorzugt die erste Ventileinrichtung
und die zweite Ventileinrichtung unabhängig voneinander schaltbar
sind, das heißt, die Schaltstellungen dieser Ventile sind
nicht aneinander gekoppelt. Dabei wird darauf hingewiesen, dass
die letzte Ventileinrichtung in der Reihe vor dem Austritt (in das
Behältnis) nicht zwingend geschlossen werden muss. Vorzugsweise ist
die zweite Ventileinrichtung von dem Reservoir weiter beabstandet
als von der ersten Ventileinrichtung. Besonders bevorzugt ist die
zweite Ventileinrichtung nahe an der Einfülleinrichtung
angeordnet, damit durch ein Schließen dieser zweiten Ventileinrichtung
ein Produktstrom zu der Einfülleinrichtung schnell unterbrochen
werden kann.
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Durch
das vorgeschaltete Ventil, das heißt die zweite Ventileinrichtung,
kann beispielsweise ein Ventilkegel der ersten Ventileinrichtung
angehoben beziehungsweise geöffnet werden, ohne dass gleich das
Produkt nachläuft. Das Produkt läuft dann zeitlich gesteuert
durch den jetzt gleich von Beginn an größeren
Strömungsquerschnitt. Auf diese Weise wird ein Ablenken
des Strahls durch eingeklemmte Fruchtstücke in einem kleinen
Querschnitt vermieden. Bei einem Schließvorgang kann durch
ein vorzeitiges Schließen des Produktstroms mittels der
zweiten Ventileinrichtung auch hier das Spritzen vermieden werden.
Mit anderen Worten wird der Produktstrom bei einem großen
Querschnitt abgedreht, und dann wird die erste Ventileinrichtung
unmittelbar geschlossen, beziehungsweise sie bleibt noch einen Spalt
offen, der bevorzugt so klein ist, dass das abzufüllende Produkt
nicht selbständig aus dem Ventil läuft.
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Vorzugsweise
ist eine weitere Ventileinrichtung vorgesehen, welche an dem besagten
Reservoir für die Flüssigkeit angeordnet ist.
Damit ist auch die Flüssigkeitsmenge, welche von dem Reservoir
in die Verbindungsleitung gelangt, änderbar. Es kann jedoch
auch eine weitere Ventileinrichtung in einem Zulauf zu dem Reservoir
vorgesehen sein.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
Vorrichtung eine Steuereinrichtung auf, welche derart gestaltet
ist, dass sie die erste Ventileinrichtung und die zweite Ventileinrichtung während
eines Abfüllvorganges mit einer bestimmten Flüssigkeit
in Abhängigkeit voneinander steuert. So ist es – wie
oben beschrieben – möglich, dass zu Beginn eines
Füllvorganges in ein bestimmtes Behältnis zunächst
die erste Ventileinrichtung geöffnet wird und erst anschließend
die zweite Ventileinrichtung.
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Bevorzugt
ist die Vorrichtung zum Abfüllen von Partikel enthaltenden
Getränken ausgebildet. Dies kann sich beispielsweise in
der Beschaffenheit der Strömungsquerschnitte der beiden
Ventileinrichtungen äußern.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Durchflussmesseinrichtung
vor der zweiten Ventileinrichtung zwischen Reservoir und der zweiten
Ventileinrichtung angeordnet. Ebenso denkbar ist eine Bestimmung
der Abfüllmenge mittels Wägezellen oder anderen
Messverfahren.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
erste Ventileinrichtung einen verschiebbaren Ventilkegel auf. Dieser
Ventilkegel kann dabei einen Strömungsquerschnitt verringern
beziehungsweise vollständig schließen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erlaubt wenigstens
eine Ventileinrichtung, und besonders bevorzugt wenigstens die zweite
Ventileinrichtung, stationäre Ventilstellungen, die zwischen
einer vollständigen Öffnung und einer vollständigen
Schließung der zweiten Ventileinrichtung liegen. Auf diese
Weise kann eine Abhängigkeit von einem abzufüllenden
Getränk ein bestimmter Schließzustand beziehungsweise Öffnungszustand
des Ventils frei definiert werden, der dabei von einem absolut geschlossenen
Zustand oder auch einem vollständig geöffneten
Zustand abweichen kann. So ist es beispielsweise möglich,
dass die zweite Ventileinrichtung zwischen einer Öffnungsstellung,
in der das Strömungsvolumen geringfügig begrenzt
wird und einer Schließstellung, in der der Produktstrom
nur nahezu vollständig begrenzt wird, steuerbar oder schaltbar
ist. Vorzugsweise ist dabei wenigstens eine derartige stationäre
Ventilstellung einstellbar. Bevorzugt sind mehrere derartige stationäre
Zwischenstellungen der zweiten Ventileinrichtung möglich.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Abfüllen
von Flüssigkeiten in Behältnisse gerichtet, wobei
die Flüssigkeiten insbesondere über eine Verbindungsleitung
zu einer Einfülleinrichtung geleitet werden, und mit der
Einfülleinrichtung in die Behältnisse eingefüllt
werden, und wobei eine in der Einfülleinrichtung angeordnete
erste Ventileinrichtung einen Flüssigkeitsstrom von der Einfülleinrichtung
in das Behältnis beeinflusst beziehungsweise steuert. Erfindungsgemäß wird
die Flüssigkeit über eine zweite in der Verbindungsleitung
angeordnete Ventileinrichtung geleitet, wobei die an dieser zweiten
Ventileinrichtung vorbeiströmende Flüssigkeitsmenge
im wesentlichen der an der Einfülleinrichtung ankommenden
Flüssigkeitsmenge entspricht.
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Damit
wird auch verfahrensseitig vorgeschlagen, zwei Ventile in Serie
vorzusehen, welche bei der Abfüllung der Behältnisse
zusammenwirken. Vorzugsweise wird wenigstens einmal während
eines Abfüllvorganges zunächst die erste Ventileinrichtung wenigstens
teilweise geöffnet während die zweite Ventileinrichtung
noch geschlossen ist und anschließend die zweite Ventileinrichtung
geöffnet. Vorzugsweise wird dabei wenigstens eine der Ventileinrichtungen
wenigstens zeitweise vollständig geöffnet, und
insbesondere die erste Ventileinrichtung zeitweise vollständig
geöffnet.
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Vorzugsweise
wird zu Beginn eines Abfüllvorganges der Flüssigkeit
in ein bestimmtes Behältnis zunächst die erste
Ventileinrichtung wenigstens teilweise geöffnet und erst anschließend
die zweite Ventileinrichtung (von einem geschlossenen Zustand) wenigstens
teilweise geöffnet. Durch diese Vorgehensweise kann – wie
oben erläutert – das Auftreten von Spritzern durch
in der ersten Ventileinrichtung verklemmte Fruchtstücke
verhindert werden.
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Bei
einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird wenigstens einmal während
des Abfüllvorganges und insbesondere bei Beendigung des
Abfüllvorganges der Flüssigkeit in ein bestimmtes
Behältnis zunächst die zweite Ventileinrichtung
wenigstens teilweise geschlossen und anschließend die erste
Ventileinrichtung wenigstens teilweise geschlossen. Auf diese Weise
kann auch während des Schließvorganges der Ventile
das Auftreten von Spritzern verhindert werden.
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Vorzugsweise
wird als Flüssigkeit ein Partikel enthaltendes Getränk
verwendet. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben
sich aus der beigefügten Zeichnung.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
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2 eine
weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung; und
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3 eine
weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1.
Diese Vorrichtung 1 weist ein Reservoir 2 auf, in
dem ein abzufüllendes Getränk angeordnet ist.
An dieses Reservoir 2 ist über eine Flanschverbindung 5 eine
Verbindungsleitung 6 angeschlossen, die zum Leiten der
Flüssigkeit beziehungsweise des Getränkes an eine
Einfülleinrichtung 8 dient. Diese Einfülleinrichtung 8 dient
zum Abfüllen der Flüssigkeit in ein Behältnis 10 über
die eine Behältnismündung 10a. Zum Abfüllen
des Getränkes weist die Einfülleinrichtung 8 eine
erste Ventileinrichtung 12 auf, welche hier einen in der
Richtung B beweglichen Ventilkegel 16 aufweist, der einen
Durchgang der Flüssigkeit je nach Stellung dieses Ventilkegels
beeinflussen kann, beziehungsweise den Flüssigkeitsdurchfluss
auch vollständig sperren kann. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform
schließt sich die Verbindungsleitung direkt an das Reservoir 2 an.
Es wäre jedoch auch möglich, dass zwischen dem
Reservoir und der Verbindungsleitung 6 weitere Elemente,
wie beispielsweise Verteileinheiten, angeordnet sind. Weiterhin
wird darauf hingewiesen, dass das Reservoir und dessen Gestaltung
nicht entscheidend für die Funktionsweise der vorgeschagenen
Erfindung sind. So könnte auch eine Verbindungsleitung
als Reservoir für das Getränk dienen.
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Weiterhin
ist in der Verbindungsleitung 6 eine zweite Ventileinrichtung 14 angeordnet,
die damit mit der ersten Ventileinrichtung 12 bezüglich
des Flüssigkeitsstroms in Serie geschaltet ist. Diese zweite Ventileinrichtung 14 ist
dabei in der Lage, den Flüssigkeitsstrom vollständig
zu unterbrechen. Vorzugsweise handelt es sich bei der zweiten Ventileinrichtung
um ein pneumatisches Absperrventil beziehungsweise ein Membranventil.
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Zwischen
der zweiten Ventileinrichtung 14 und der Fülleinrichtung 8 ist
eine Durchflussmesseinrichtung 18 vorgesehen. Damit ist
es möglich, dass der Flüssigkeitsstrom auch durch
die zweite Ventileinrichtung 14 insbesondere vollständig
geschlossen wird. Während dieses geschlossenen Zustandes kann
ein Öffnungszustand der ersten Ventileinrichtung 12 verändert
werden, beispielsweise zu Beginn eines Befüllungsvorganges
kann in diesem Zeitraum die erste Ventileinrichtung 12 vollständig
geöffnet werden.
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Das
Bezugszeichen 20 bezieht sich auf eine Steuereinrichtung
zum Steuern der beiden Ventileinrichtungen 12, 14.
Dabei kann diese Steuerung derart erfolgen, dass sowohl zu Beginn
des Füllvorganges als auch zu dessen Beendigung die zweite
Ventileinrichtung 14 den Durchfluss vollständig
versperrt, während die erste Ventileinrichtung zwischen
einer Öffnungs- in eine Schließstellung und umgekehrt wechselt.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Bei dieser Ausführungsform sind in der Verbindungsleitung 6 hintereinander
zwei Ventileinrichtungen 14a, 14b, genauer gesagt,
Membranventile vorgesehen. Diese beiden Ventileinrichtungen 14a, 14b erlauben
die Realisierung unterschiedlicher Füllgeschwindigkeiten
in das Behältnis 10. Dabei sind auch die beiden
Ventileinrichtungen 14a, 14b unabhängig
voneinander steuerbar. Diese beiden Ventileinrichtungen 14a, 14b können
dabei jeweils vollständig geschlossen werden, erlauben
jedoch in ihren jeweiligen geöffneten Positionen unterschiedliche
maximale Fluidströme.
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Bei
der in 3 gezeigten Ausführungsform ist neben
den beiden Ventileinrichtungen 14a, 14b ein zusätzlicher
Verschlusskappenmechanismus bzw. CIP-Kappenmechanismus zu Reinigungszwecken
vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform weist dieser Verschlusskappenmechanismus
eine schwenkbare CIP-Kappe 36 auf, welche durch Bewegung
eines Hebels 34 und damit unter Verwendung einer Kurve
(nicht gezeigt) steuerbar ist. Eine Stange 32 überträgt
die Bewegung des Hebels 34 auf einen Hebel 38 und
damit die CIP-Kappe 36. Ein Hubelement 30 bewirkt
ein Anheben der CIP-Kappe 36 und damit ein Andrücken
derselben an die Einfülleinrichtung 8 Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/037338
A1 [0007]