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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch
1 sowie auf eine Füllmaschine
gemäß Oberbegriff
Patentanspruch 7.
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Verfahren
zum Füllen
von Flaschen oder anderen Behältern
sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.
Nachteilig ist vielfach, dass es während des Füllens (Füllphase) oder aber nach Beendigung
des Füllens
zu einem Aufschäumen
des Füllgutes
im Behälter
kommt und das Füllgut
hierbei durch Überschäumen aus
dem Behälter
austritt, was u. a. zu Füllgutverlusten
sowie Verschmutzungen des jeweiligen Behälters, aber auch der Füllmaschine
führt.
Dieses unerwünschte
Aufschäumen
hat unterschiedliche Ursachen. So kommt es bei vielen Füllverfahren während des
Füllens
unweigerlich dazu, dass das Füllgut
mehr oder weniger turbulent auf den Boden des zu füllenden
Behälters
oder aber auf bereits in den Behälter
eingebrachtes Füllgut
auftrifft, wobei Anteile des im Inneren des Behälters befindlichen gas- oder dampfförmigen Mediums
als Mikrobläschen
in das Füllgut
eingetragen oder eingeschlagen werden, insbesondere auch Anteile
eines beispielsweise beim Druckfüllen
für das
Vorspannen des jeweiligen Behälters
verwendeten Vorspann- oder
Inertgases. Beim Druckfüllen
kommt es dann spätestens
beim Entlasten des Behälters
auf einen niedrigeren Druck sowie auch beim Abziehen des Behälters vom
Füllelement
zu einem Aufschäumen
des Füllgutes.
Unabhängig
hiervon sowie gegebenenfalls auch zusätzlich hierzu ist die unerwünschte Schaumbildung
auch durch die Art des jeweiligen Füllgutes bedingt. Beispielsweise
bei einem CO2-haltigen
Füllgut,
welches unter Druck in die Behälter
eingebracht wird, ist vielfach eine unerwünschte Schaumbildung nach Beendigung
des Füllens
und bei der Entlastung der gefüllten
Behälter
auf Atmosphärendruck
durch im Füllgut
gebundenes oder aber auch nicht gebundenes und bei der Entlastung
austretendes CO2-Gas verursacht, und zwar insbesondere dann, wenn
zur Erhöhung
der Leistung einer Füllmaschine
(Anzahl der gefüllten
Behälter
je Zeiteinheit) nach Beendigung des Füllens eine übermäßig lange Beruhigungs- und
Entlastungsphase nicht erwünscht
ist.
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Auch
beim Füllen
von Behältern
unter Normaldruck oder in einem Freistrahl-Füllverfahren, bei dem die Behälter mit
ihrer Behälteröffnung vom
Füllelement
beabstandet sind und das Füllgut
somit im freien Strahl den Behältern
zufließt
(beispielsweise beim Abfüllen
von stillen Getränken
oder Saftgetränken),
kommt es vielfach bedingt durch die Eigenschaft des Füllgutes,
beispielsweise durch Fruchtfleisch oder Fruchtfasern und/oder durch
an diesen anhaftenden Gasblasen, die in das Füllgut eingetragen werden, zu
einer unerwünschten
Schaumbildung.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit welchem die
Nachteile einer unerwünschten
Schaumbildung wirksam vermieden werden. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein
Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine
ist Gegenstand des Patentanspruchs 7.
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Eine
Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass die Reduzierung und/oder
Unterdrückung des
Schaums, bzw. der Schaumbildung durch entsprechende Behandlung oder
Einflussnahme bereits während
der Entstehung des Schaums, also bereits während der Schaumbildung erfolgt.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass die Behandlung
oder Einflussnahme bereits zu dem Zeitpunkt und an dem Ort erfolgt,
wenn bzw. Schaum entstehen, bzw. eine Schaumbildung erfolgen könnte.
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Also
erfolgt eine Behandlung oder Einflussnahme insbesondere während des
Einlaufens des flüssigen
Füllgutes
in einen Behälter
bzw. während des
Füllens
(Füllphase)
und/oder im Anschluss an das Füllen,
beispielsweise während
der Zeitdauer, in der sich der jeweilige Behälter nach der Beendigung des
Füllens
noch an der Füllposition
befindet, oder aber während
eines Teils dieser Zeitdauer, beispielsweise während einer sich an das Füllen anschließenden Beruhigungs-
und/oder Entlastungsphase.
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Die
die Schaumbildung reduzierende oder unterdrückende Behandlung oder Einflussnahme
erfolgt an der jeweiligen Füllposition,
d. h. solange sich der betreffende Behälter noch innerhalb der Füllmaschine
befindet. Die Behandlung oder Einflussnahme erfolgt bevorzugt im
Bereich des Füllgutspiegels
im jeweiligen Behälter,
d. h. dort, wo eine unerwünschte Schaumbildung
entsteht oder entstehen könnte.
Die Behandlung oder Einflussnahme erfolgt bevorzugt durch Energieeintrag,
beispielsweise durch Ultraschall- und/oder Infraschall-Energie,
durch Energieeintrag mit Hilfe eines gas- und/oder dampfförmigen Druckmediums,
beispielsweise durch Beaufschlagung eines am Füllgutspiegel gebildeten oder
in Bildung befindlichen Schaumteppichs mit dem Druck des Druckmediums
und/oder mit Lichtenergie, beispielsweise mit wenigstens einem Laserstrahl.
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Die
Quelle zur Erzeugung des Energieeintrags ist beispielsweise für jede Füllposition
der für das
Füllen
verwendeten Füllmaschine
gesondert oder aber für
sämtliche
Füllpositionen
oder aber für Gruppen
mehrerer Füllposition
jeweils gemeinsam vorgesehen.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Reduzierung und/oder Unterdrückung der
Schaumbildung in der vorbeschriebenen Weise, d. h. während des
Füllens
und/oder nach dem Füllen
durch entsprechende Behandlung oder Einflussnahme. Im Anschluss
daran erfolgt dann vor dem Verschließen des jeweiligen Behälters ein
kontrolliertes Aufschäumen
des Füllgutes,
um hiermit aus dem vom Füllgut
nicht eingenommen Teil des Behälterinnenraumes
oberhalb des Füllgutspiegels,
d. h. aus dem Kopfraum des jeweiligen Behälters Luft und damit auch Luft-Sauerstoff
mit dem aufgeschäumten
Füllgut
zu verdrängen
und dadurch die Haltbarkeit insbesondere auch eines sauerstoffempfindlichen
Füllgutes,
beispielsweise die Haltbarkeit von Bier zu verbessern. Dieses gesteuerte
Aufschäumen
kann kontrolliert oder reproduzierbar so durchgeführt werden,
dass es zu einem Überschäumen und
damit zu einem Austreten von Füllgut
aus dem jeweiligen Behälter
nicht kommt.
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Anlagen
zum gesteuerten Aufschäumen
eines Füllgutes
sind dem Fachmann bekannt, so dass es an dieser Stelle diesbezüglich keiner
weiteren Erläuterungen
bedarf.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu
einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 und 2,
die in vereinfachter Darstellung und im Schnitt ein Füllelement
eines Füllsystems
einer Füllmaschine
gemäß der Erfindung
in unterschiedlichen Betriebszuständen zeigen, näher erläutert.
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Das
in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem
dient zum Druckfüllen
von Behältern in
Form von Flaschen 2 mit einem flüssigen Füllgut. Das Füllsystem 1 ist
Bestandteil einer Füllmaschine umlaufender
Bauart mit einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren
Rotor 3 an dessen Umfang eine Vielzahl von Füllpositionen 4 vorgesehen
sind, und zwar jeweils bestehend aus einem Füllelement 5 und einem
Behälterträger 6,
mit dem die jeweilige Flasche 2 während des Füllprozesses an einem Behälter- oder
Flaschenflansch 2.1 hängend
mit ihrer Flaschenöffnung 2.2 in
Dichtlage gegen das Füllelement 5 bzw.
gegen eine eine Abgabeöffnung 7 umschließende Dichtung 8 eines
Zentrierkonus angehoben ist.
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In
einem Füllelementgehäuse 9 sind
u. a. ein Flüssigkeitskanal 10 sowie
auch durch wenigstens ein Steuerventil 11 gesteuerte Gaswege 12 ausgebildet.
Der Flüssigkeitskanal 10,
der die Abgabeöffnung 7 bildet
und in dem das die Abgabe des flüssigen Füllgutes
in die Flasche 2 steuernde Flüssigkeitsventil 13 vorgesehen
ist, ist über
eine Füllgutleitung 14 mit
Durchflussmesser 15 an einen Kessel 16 angeschlossen,
der für
sämtliche
Füllelemente 5 der
Füllmaschine
gemeinsam an dem Rotor 3 vorgesehen ist. Während des
Füllbetriebes
ist der Kessel 16 mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt, und
zwar unter Bildung eines von dem Füllgut eingenomme nen Flüssigkeitsraums 16.1 und
eines darüber
liegenden, mit einem Inert-Gas, beispielsweise CO2-Gas unter Druck
gefüllten
Gasraums 16.2.
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Achsgleich
mit einer Füllelementachse
FA ist im Gehäuse 9 ein
Rückgasrohr 17 vorgesehen,
welches zugleich den von einer Betätigungseinrichtung 18 betätigten Ventilstößel des
Flüssigkeitsventils
bildet und an seinem oberen Ende in eine Kammer 19 mündet, die
Bestandteil der Gaswege 12 innerhalb des Füllelementgehäuses 9 ist.
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Das
Füllen
der Flaschen 2 mit dem Füllsystem erfolgt in der dem
Fachmann bekannten Weise derart, dass die jeweilige, in Dichtlage
mit dem Füllelement 5 befindliche
Flasche 2 vorzugsweise nach einem vorausgehenden Spülen und/oder
Evakuieren mit dem Inert-Gas (CO2-Gas) unter Druck vorgespannt und
dann bei geöffnetem
Flüssigkeitsventil 13 das
flüssige
Füllgut
volumengesteuert, d. h. in Abhängigkeit
vom Signal des Durchflussmessers 15 in die Flasche 2 eingeleitet
wird. Im Anschluss daran erfolgt eventuell nach Ablauf einer Beruhigungsphase das
Druckentlasten der Flasche 2, und zwar zunächst ein
Vorentlasten auf eine reduzierten Vorentlastungsdruck über den
Rückgaskanal 17, über die Kammer 19 und über das
geöffnete
Steuer- oder Entlastungsventils 11 in den Ringkammer 20,
der für sämtliche
Füllelemente 5 gemeinsam
am Rotor 3 vorgesehen ist. Im Anschluss daran erfolgen
das Entlasten auf Atmosphärendruck
und das Abziehen bzw. Absenken der jeweiligen Flasche 2 vom
Füllelement 5.
Die 1 zeigt das Füllelement 5 im
Vorentlastungszustand. Die 2 zeigt
das Füllelement 5 mit abgesenkter
Flasche 2.
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Bereits
bei der Vorentlastung (1) kommt es am Füllgutspiegel
innerhalb der Flasche 2 zu einer gewissen „Entgasung”, d. h.
zum Austreten von Mikrobläschen,
und zwar mit der Folge einer unerwünschten Schaumbildung 21 im
Kopfraum 2.3 der jeweiligen Flasche 2. Die Ursache
dieser Schaumbildung sind beispielsweise Mikrobläschen des zum Vorspannen verwendetes
Inert-Gases, die aufgrund einer nicht vollständig laminaren Füllgutströmung während des
Füllens
in das Füllgut
eingetragen und/oder eingeschlagen wurden, oder aber bei einem CO2-haltigem
Füll gut überschüssiges CO2-Gas,
welches während
des Füllens
und/oder während
der Teil- oder Vorentlastung freigesetzt wird.
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Um
diese Schaumbildung 21 zu vermeiden, die sich mit zunehmender
Entlastung der Flasche 2 auf Atmosphärendruck und beim Abziehen
der Flasche 2 vom Füllelement 5 noch
verstärken
würde und möglicherweise
zu ein Überschäumen, d.
h. zu einem Austritt von aufgeschäumtem Füllgutes aus der jeweiligen
Flasche 2 und damit verbunden zu Füllgutverlusten und/oder zu
einem Verschmutzen der jeweiligen Flasche 2 und/oder der
Füllmaschine
führen würde, erfolgt
nach Beendigung des Füllens,
d. h. nach dem Schließen
des Flüssigkeitsventils 13 und zumindest
während
der Druckentlastung ein die Schaumbildung vermeidender oder zumindest
reduzierender Energieeintrag in den Kopfraum 2.3, und zwar
bei der in der 1 dargestellten Ausführungsform
in Form von Ultraschallenergie. Hierfür ist an der Oberseite jedes
Füllelementgehäuses 9 ein
elektroakustischer Wandler bzw. ein elektrischer Ultraschallenergie
erzeugender Ultraschallwellengenerator 22 vorgesehen, der
gesteuert durch die zentrale Steuereinrichtung der Füllmaschine
eine auf dem Füllgutspiegel
gerichtete Ultraschallwelle 23 erzeugt, die die Schaumbildung 21 reduziert,
auflöst
oder von vorne herein unterbindet. Der Ultraschallwellengenerator 22 ist
so angeordnet, dass die von ihm erzeugte Ultraschallwelle 23 durch
die Kammer 19 und das beidendig offene Rückgasrohr 17 in
den Kopfraum 2.3 und damit auf den Füllgutspiegel innerhalb der
jeweiligen Flasche 2 gerichtet ist. Der Ultraschallwellengenerator 22 wird
beispielsweise am Ende des Füllens, d.
h. nach den Schließen
des Flüssigkeitsventils 13 und
während
der anschließenden
Druckentlastung der jeweiligen Flasche 2 aktiviert, d.
h. während
der Vorentlastung (1), während der endgültigen Entlastung
auf Atmosphärendruck
und während
des Absenkens der gefüllten
Flasche 2 vom Füllelement 5. Der
Ultraschallwellengenerator 22 ist auch noch bei vom Füllelement 5 abgesenkter
Flasche (2) aktiviert.
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Bei
der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform
beginnt der Energieeintrag durch das Aktivieren des Ultraschallgenerators 22 also
zumindest oder spätestens
mit dem Schließen
des Flüssigkeitsventils 13 und
erstreckt sich über
die gesamte Beruhigungs- und Entlastungsphase, und zwar beispielsweise
solange, bis die jeweilige, vom Füllelement 5 abgesenkte
Flasche 2 an einem Flaschenauslauf der betreffenden Füllposition 4 entnommen
wird.
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Selbstverständlich besteht
die Möglichkeit, dass
der Ultraschallgenerator 22 zur Abgabe der Ultraschallwelle 23 zusätzlich auch
während
des Füllens,
d. h. vor dem Schließen
des Flüssigkeitsventils 13 aktiviert
wird, um eine Schaumbildung bereits zu diesem Zeitpunkt zu vermeiden.
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Der
die Schaumbildung unterdrückende,
zumindest aber ein Überschäumen vermeidende
Energieeintrag kann auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise
durch einen Infraschallsender oder -generator, durch ein gas- und/oder
dampfförmiges Druckmedium,
beispielsweise durch impulsförmige Abgabe
eines gas- oder dampfförmige
Medium, durch eine Lichtquelle, beispielsweise durch einen Laserstrahl
usw. Auch Kombinationen unterschiedlicher Energieeinträge sind
möglich.
Allen Ausführungen
ist aber gemeinsam, dass der Energieeintrag erfolgt, solange sich
die jeweilige Flasche 2 oder ein anderer Behälter an
der jeweiligen Füllposition 4 oder noch
innerhalb des Füllsystems
befindet, d. h. während
des Füllvorgangs
und/oder nach dem Schließen des
Flüssigkeitsventils 13 und
während
der Beruhigungs- und/oder Entlastungsphase.
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Insbesondere
bei einem Füllen
unter Normaldruck oder aber bei einem Freistrahlfüllen z.
B. von stillen Getränken,
beispielsweise Saftgetränken, erfolgt
der Energieeintrag bereits während
des Füllens,
sodass die Schaumbildung bereits in der Entstehungsphase unterdrückt wird.
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Das
erfindungsgemäße Füllsystem 1 sowie Verfahren
zum Füllen
von Flaschen oder anderen Behältern
ermöglichen
im Vergleich zu bekannten Füllsystemen
oder Füllverfahren
eine erhebliche Steigerung der Leistung einer Füllmaschine (Anzahl der gefüllten Flaschen 2 oder
Behälter
je Zeiteinheit), und zwar insbesondere auch bei einem CO2-haltigem
Füllgut
oder einem anderen zur Schaumbildung neigenden Füllgut, da die Zeitdauer der
Beruhigungs- und Entlastungsphase, die bei dem be kannten Füllsystemen
oder Verfahren einen erheblichen Anteil der Gesamtfüllzeit ausmacht,
mit der Erfindung erheblich reduziert werden kann.
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Insbesondere
bei einem sauerstoffempfindlichen Füllgut erfolgt bevorzugt vor
dem Verschließen ein
zusätzliches
gesteuertes Aufschäumen
des Füllgutes
in der jeweiligen Flasche 2, um im Kopfraum 2.3 vorhandene
Luft zu verdrängen.
Auch bei einem solchen Verfahren bietet die Erfindung erhebliche Vorteile,
da eine unkontrollierte Schaumbildung während des Füllens vermieden ist und dadurch
eine kontrollierte Beaufschlagung des Füllgutes mit einem schaumbildenden
Energieeintrag für
eine kontrollierte und reproduzierbare Schaumbildung vor dem Verschließen der
betreffenden Flasche 2 möglich ist.
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Die
Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Es versteht sich, dass Änderungen
sowie Abwandlungen möglich sind,
ohne dass dadurch der der Erfindung tragende Gedanke verlassen wird.
So wurde vorstehend bereits erwähnt,
dass der Energieeintrag beispielsweise durch Ultraschall oder auf
andere Weise zur Unterdrückung
oder zur Reduzierung der Schaumbildung nicht nur bei dem Füllsystem 1 für ein Druckfüllen, sondern
auch bei anderen Füllsystemen,
z. B. zum Füllen
von Flaschen 2 oder anderen Behältern unter Normaldruck oder
zum Freistrahlfüllen
ebenfalls in vorteilhafter Weise verwendet werden kann.
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Weiterhin
wurde vorstehend davon ausgegangen, dass jedes Füllelement 5 des Füllsystems 1 oder
der Füllmaschine
mit einem eigenständigen, den
Energieeintrag erzeugenden Generator, beispielsweise in Form des
Ultraschallwellengenerators 22 versehen ist. Grundsätzlich besteht
auch die Möglichkeit,
für sämtliche
Füllelemente 5 der
Füllmaschine
oder aber für
jeweils eine Gruppe von mehreren Füllelementen 5 einen
gemeinsamen Generator für den
Energieeintrag zur Unterdrückung
oder Reduzierung der Schaumbildung vorzusehen. Dieser Generator
ist dann über
entsprechende Verbindungen mit einem an der jeweiligen Füllposition 4 zur
Abgabe der Energie, beispielsweise der Ultraschallwelle vorgesehenen
Abstrahlelement ständig
verbunden oder aber über
eine Koppelstelle jeweils nur mit den Abstrahlelementen derjenigen
Füllpositionen 4 verbunden,
die sich während
der Drehbewe gung des Rotors 3 in einem Winkelbereich dieser
Drehbewegung befinden, der der Beruhigungs- und Entlastungsphase oder
ggs. auch einer vorausgehenden Füllphase
zugeordnet ist.
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Weiterhin
wurde vorstehend davon ausgegangen, dass die zur Behandlung oder
Einflussnahme auf den Schaum, bzw. die Schaumbildung vorgeschlagenen
Methoden als Alternativlösungen
anzusehen sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird allerdings
ebenfalls vorgeschlagen, mindestens zwei der vorgeschlagenen Methoden
ergänzend
zueinander einzusetzen. Dabei kann der ergänzende Einsatz zeitgleich oder
aber auch zeitlich versetzt zueinander erfolgen.
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Beispielsweise
lässt sich
die Schaumbildung durch die Kombination des Einsatzes von Ultraschall und
Laserstrahl besonders effektiv verhindern, da sich diese Methoden
in ihren Wirkungen gegenseitig nicht negativ beeinflussen, sondern
ausschließlich positiv
ergänzen.
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- 1
- Füllsystem
- 2
- Flasche
- 2.1
- Flaschenflansch
- 2.2
- Flaschenmündung
- 2.3
- Kopfraum
- 3
- Rotor
- 4
- Füllposition
- 5
- Füllelement
- 6
- Behälterträger
- 7
- Abgabeöffnung
- 8
- Dichtung
- 9
- Füllelementgehäuse
- 10
- Flüssigkeitskanal
- 11
- Steuerventil
- 12
- Gasweg
- 13
- Flüssigkeitsventil
- 14
- Leitung
- 15
- Durchflussmesser
- 16
- Kessel
- 16.1
- Flüssigkeitsraum
- 16.2
- Gasraum
- 17
- Rückgaskanal
- 18
- Betätigungselement
- 19
- Kammer
- 20
- Ringkanal
- 21
- Schaum
oder Schaumteppich
- 22
- Ultraschallgenerator
- 23
- Ultraschallwelle
- FA
- Füllelementachse