-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie eine Anlage gemäß Oberbegriff Patentanspruch 9.
-
Bekannt ist die Herstellung von Behältern durch Blasformen aus Vorformlingen aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise aus Vorformlingen aus PET (Polyethylenterephthalat), wobei die Vorformlinge innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zugeführt werden (
DE-OS 43 40 291 ). Typischerweise weist eine Blasmaschine eine Heizeinrichtung zum Temperieren oder Vorerhitzen (thermisches Konditionieren) der Vorformlinge sowie eine Blaseinrichtung mit wenigstens einer Blasstation auf, in deren Bereich der jeweils zuvor temperierte Vorformling biaxial oder multiaxial zu einem Behälter expandiert wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe eines Druckgases (Druckluft) als Druckmedium, das mit einem Formdruck in den zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der
DE-OS 43 40 291 erläutert.
-
Der grundsätzliche Aufbau der Blasstation ist in der
DE-OS 42 12 583 beschrieben. Möglichkeiten der Temperierung der Vorformlinge sind in der
DE-OS 23 52 926 erläutert.
-
Gemäß einem typischen Weiterverarbeitungsverfahren werden die durch Blasformen hergestellten Behälter einer nachfolgenden Fülleinrichtung zugeführt und hier mit dem vorgesehenen Produkt oder Füllgut gefüllt. Es werden also eine separate Blasmaschine und eine separate Füllmaschine verwendet. Bekannt ist es dabei auch, die separate Blasmaschine und die separate Füllmaschine zu einem Maschinenblock, d. h. zu einer verblockte Blas-Füll-Einrichtung zusammen zu fassen, wobei weiterhin das Blasformen und das Füllen an gesonderten Maschinenkomponenten und zeitlich nacheinander erfolgen.
-
Es wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, Behälter, insbesondere auch in Form von Flaschen aus thermisch konditionierten bzw. vorerhitzten Vorformlingen herzustellen und dabei gleichzeitig mit einem flüssigen Füllgut zu füllen, welches als hydraulisches Druckmedium zum Expandieren des Vorformlings bzw. zum Ausformen des Behälters mit einem Form- und Fülldruck zugeführt wird, sodass zeitgleich mit dem Füllen der jeweilige Vorformling in den Behälter verformt wird. Eine gewisse Problematik besteht bei derartigen Verfahren darin, dass eine Verschmutzung der jeweiligen Form- und Füllstation bzw. der diese Station bildenden Form, die ähnlich einer Blasform einer Blasformmaschine zum Herstellen von Behältern aus thermisch konditionierten Vorformlingen durch Blasen mit einem Druckgas ausgeführt ist, vermieden werden muss. Speziell im Falle einer Voll- oder Teilkarbonisierung des Füllgutes besteht im besonderem Maße die Gefahr einer Verschmutzung der jeweiligen Form- und Füllstation durch Füllgutverluste, insbesondere bei der Absenkung des Innendrucks des Behälters, d. h. bei der Entlastung des Behälters von dem recht hohen Form- und Fülldruck auf den Umgebungsdruck. Derartige Füllgutverluste sind insbesondere durch eine massive Schaumbildung beim Entlasten bedingt, sodass das gleichzeitige Formen und Füllen von Behältern unter Verwendung von Vorformlingen und unter Verwendung des Füllgutes als Druckmedium (hydraulische Ausformtechnik), insbesondere für CO2-haltige Produkte bisher nicht zum Einsatz kommen konnte.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum zeitgleichen Formen und Füllen von Behältern in der Weise auszubilden, dass das in dem jeweils gefüllten und verschlossenen Behälter abgefüllte Füllgut eine hohe Haltbarkeit aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Anlage zum Herstellen von mit einem Füllgut gefüllten Behältern durch zeitgleiches Formen und Füllen ist Gegenstand des Patentanspruchs 9.
-
Der Ausdruck „im Wesentlichen” oder „etwa” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen von jeweils exakten Werten um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
-
Unter „Sterilisationstemperatur” ist im Sinne der Erfindung eine Temperatur, beispielsweise je nach Art des Füllgutes im Bereich zwischen 70°C und 95°C oder im Bereich zwischen 70 und 140°C, auf jeden Fall eine Temperatur zu verstehen, die unter Berücksichtigung der Art des Füllgutes und der Dauer der Sterilisationsphase, d. h. der Haltezeit, über die die Sterilisationstemperatur des Behälters und des in diesen abgefüllten Füllgutes aufrechterhalten wird, die gewünschte und/oder erforderliche Qualität der Sterilisation (Entkeimungsrate) und damit die gewünschte und/oder geforderte Haltbarkeit des abgefüllten Füllgutes gewährleistet.
-
Unter „oberer Grenzwert” der Sterilisationstemperatur ist im Sinne der Erfindung diejenige Temperatur zu verstehen, die beispielsweise auch unter Berücksichtung der Art des Füllgutes und der Dauer der Sterilisationsphase als maximale Sterilisationstemperatur noch keine oder im Wesentlichen keine Beeinträchtigung der Qualität des Füllgutes, insbesondere auch der geschmacklichen Qualität des Füllgutes verursacht.
-
Unter „unterer Grenzwert” der Sterilisationstemperatur ist im Sinne der Erfindung diejenige Temperatur zu verstehen, bei deren Unterschreitung, beispielsweise auch unter Berücksichtung der Art des Füllgutes und der Dauer der Sterilisationsphase, keine oder im Wesentlichen keine wirksame Sterilisation des Füllgutes und des Behälters, insbesondere der Behälterinnenfläche mehr erreicht werden kann, wobei der untere Grenzwert der Sterilisationstemperatur z. B. etwa 85% bis 95% des oberen Grenzwertes der Sterilisationstemperatur entspricht.
-
Unter „Heißumlauf” ist im Sinne der Erfindung eine den wenigstens einen Vorratsbehälter oder Kessel für die Bereitstellung des Füllgutes einschließende Füllgutzirkulation oder ein entsprechender Füllgutkreislauf zu verstehen, in welchem zum Aufheizen und Halten des Füllgutes auf einer Füllgutausgangstemperatur eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, der das Füllgut aus dem Vorratsbehälter zugeführt und von der das erhitzte Füllgut in den Vorratsbehälter zurückgeführt wird.
-
Unter „heißaseptischen Füllen” oder „heißsterilen Füllen” ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein Formen und Füllen der Behälter in der Weise zu verstehen, dass das Füllgut durch Erhitzen auf eine Sterilisationstemperatur und durch Halten auf dieser Temperatur oder einer Temperatur oberhalb eines unteren Grenzwertes der Sterilisationstemperatur für eine kurze Zeitdauer, beispielsweise für eine Zeitdauer von nur wenigen Sekunden, z. B. über eine Zeitdauer von etwa 2–4 Sekunden vor und/oder nach dem Verschließen des jeweiligen Behälters Sterilisiert wird, und zwar so, dass der jeweilige Behälter an seiner Innenfläche sowie das in den verschlossenen Behälter abgefüllte Füllgut die erforderliche Entkeimungsrate (Keimreduktionswert) und damit die erforderliche Haltbarkeit aufweist. Das Füllgut wird dabei vorzugsweise im erhitzten oder vorerhitzten Zustand mit einer Füllgutausgangstemperatur in den Vorformling oder in den sich formenden Behälter eingeleitet, wobei die Füllgutausgangstemperatur vorzugsweise unter der Sterilisationstemperatur liegt und z. B. nur etwa 65% bis 75% des oberen Grenzwertes der Sterilisationstemperatur oder etwa 70% bis 80% des unteren Grenzwertes der Sterilisationstemperatur beträgt.
-
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.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in schematischer Darstellung eine Anlage gemäß der Erfindung zum Herstellen von gefüllten und verschlossenen Behältern;
-
2 in vereinfachter Einzeldarstellung und im Schnitt einen Vorformling (Preform) zusammen mit einem einen Reckstab oder eine Reckstange aufweisenden Teil einer Form- und Füllstation einer Form- und Füllmaschine der Anlage der 1;
-
3 in einem Temperatur-Zeit-Diagramm den Verlauf der Füllguttemperatur bei einem herkömmlichen Verfahren zum heißsterilen Abfüllen eines Füllgutes unter Verwendung üblicher Füllmaschinen;
-
4 u. 5 jeweils in einem Temperatur-Zeit-Diagramm den Temperaturverlauf bei Form- und Füllverfahren gemäß der Erfindung;
-
6 in vereinfachter schematischer Darstellung nochmals die Anlage der 1 zum Formen und Füllen von Behältern.
-
Die in der 1 allgemein mit 1 bezeichnete Anlage dient zum Herstellen von gefüllten und verschlossenen Behältern 2 in Form von Flaschen unter Verwendung von Vorformlingen 3 (Preforms) aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PEE), Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polypropylen (PP). Die Vorformlinge 3 sind in bekannter Weise hülsenartig mit einem offenen, die spätere Behältermündung bildenden Ende, mit einem geschlossenen, den späteren Behälterboden bildenden Boden sowie mit einem den späteren Mündungsflansch bildenden Flansch ausgebildet.
-
Grundsätzlich erfolgt die Herstellung der mit einem flüssigen Füllgut gefüllten und verschlossenen Behälter 2 in der Weise, dass der jeweils konditionierte, d. h. vorerhitzte und in einer geschlossenen Form 4.1 einer Form- und Füllstation 4 angeordnete Vorformling 3 mit dem unter hohem Form- und Fülldruck stehenden und für ein heißsteriles Abfüllen erhitzten Füllgut beaufschlagt wird, so dass der jeweilige Vorformling 3 in einem Form- und Füllprozess durch dieses Füllgut hydraulisch in den jeweiligen Behälter 2 verformt wird. Der so geformte und zugleich gefüllte Behälter 2 wird dann nach seiner Entlastung von dem Form- und Fülldruck (beispielsweise zwischen 8 bar und 15 bar) auf Umgebungsdruck dicht verschlossen, d. h. an seiner Behältermündung 2.1 mit einem Verschlusselement 5, beispielsweise mit einem kappenartigen Verschlusselement versehen. Anschließend wird der Verschlossene Behälter 2 zur weiteren Sterilisation des Füllgutes und des Behälterinnenraums auf eine Sterilisationstemperatur erhitzt, die höher ist als die Temperatur des Füllgutes während des Form- und Füllprozesses, wie dies nachstehend noch näher beschrieben wird.
-
Zur Durchführung dieses Verfahrens umfasst die Anlage 1 u. a. eine Einrichtung 6, der die Vorformlinge 3 über einen in der 1 nicht dargestellten Transporteur entsprechend den Pfeil A zugeführt werden und die an einem Auslass die konditionierten Vorformlinge 3, d. h. die vorerhitzten und bei der dargestellten Ausführungsform zugleich auch sterilisierten und getrockneten Vorformlinge 3 bereitstellt. Die Einrichtung 6 weist hierfür eine Heizstrecke 7 auf, in der das Vorheizen der Vorformlinge erfolgt, beispielsweise durch IR-Strahler, NIR-Strahler usw. Weiterhin erfolgt in einem weiteren Abschnitt 8 der Einrichtung 6 eine Beaufschlagung der erhitzten Vorformlinge 3 mit einem erhitzten gas- und/oder dampfförmigen Sterilisationsmedium, beispielsweise mit einem erhitzten und/oder dampfförmigen, Wasserstoffperoxid enthaltenden Sterilisationsmedium. In einem weiteren Abschnitt 9 der Einrichtung 6 erfolgt dann unter Verwendung von heißer Sterilluft das Aktivieren des Sterilisationsmediums sowie das Trocknen der konditionierten und sterilisierten Preforms 3. Diese werden dann über eine nicht dargestellte Transportstrecke entsprechend dem Pfeil B einem Preformeinlass einer Form- und Füllmaschine 10 zugeführt.
-
Die Form- und Füllmaschine 10 umfasst u. a. einen an einem Maschinengestell 11 drehbar gelagerten und um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotor 12, der in der Prinzipdarstellung der 1 als Block angedeutet ist. An dem Rotor 12 sind in gleichmäßigen Winkelabständen um die Maschinenachse verteilt und in gleichem radialem Abstand von dieser Maschinenachse mehrere Form- und Füllstationen 4 mit jeweils einer Form 4.1 vorgesehen. Weiterhin sind bei der dargestellten Ausführungsform am Rotor 12 drei die Maschinenachse MA jeweils konzentrisch umschließende Ringkessel 13–15 vorgesehen, von denen während des Betriebes der Form- und Füllmaschine 10 der äußere, das größere Volumen aufweisende Ringkessel 13 mit der unter einem Füll- und Formdruck p1 stehenden und eine Füllgutausgangstemperatur TK1 aufweisenden ersten Komponente K1 des flüssigen Füllgutes und der von dem Ringkessel 13 umschlossene Ringkessel 14 mit dem kleineren Volumen mit der ebenfalls unter dem Füll- und Formdruck p1 stehenden und eine Füllgutausgangstemperatur TK2 aufweisenden zweiten Komponente K2 des Füllgutes gefüllt sind. Die Füllgutausgangstemperatur TK1 ist dabei beispielsweise höher als die Füllgutausgangstemperatur TK2. Der in der Darstellung der 1 unterhalb der Ringkessel 13 und 14 angeordnete und als Entlastungskanal dienende, leere Ringkessel 15 enthält ein Inertgas, z. B. sterile Luft, ein CO2-Gas usw. und ist mit dem Entlastungsdruck p2 beaufschlagt, der deutlich kleiner ist als der Füll- und Formdruck p1. Die Komponenten K1 und K2 sind hinsichtlich des Füllgutes identisch und unterscheiden sich beispielsweise lediglich durch die Füllgutausgangstemperaturen TK1 und TK2.
-
Die vorzugsweise thermisch isolierten Kessel 13 und 14 sind mit den Komponenten K1 und K2 jeweils nur teilgefüllt, sodass in den Ringkesseln 13 und 14 jeweils ein unterer Flüssigkeitsraum und darüber ein Gasraum gebildet ist, der mit einem unter dem Füll- und Formdruck p1 stehenden Inertgas, beispielsweise CO2-Gas gefüllt ist, welches über eine eine Drehdurchführung 16 aufweisende Inertgas-Verbindung 17 von einem im Maschinengestell 11 untergebrachten Inertgas-Vorratsbehälter 18 bereitgestellt wird. Dem Vorratsbehälter 18 wird das Inertgas von einer nicht dargestellten Inertgas-Quelle über einen Verdichter 19 zugeführt, und zwar derart, dass in dem Inertgas-Vorratsbehälter 18 und damit auch in den Gasräumen der Ringkessel 13 und 14 der Füll- und Formdruck p1 in der erforderlichen Höhe aufrechterhalten bzw. konstant gehalten wird. Die hierfür notwendige Steuerung des Verdichters 19 erfolgt über eine Steuereinrichtung 20 in Abhängigkeit von Drucksensoren 21, die den Druck in den Ringkesseln 13 und 14 erfassen. Die Füllhöhe in den Kesseln 13 und 14 ist durch Niveauregelung oder -steuerung konstant gehalten. Die Füllgutausgangstemperaturen TK1 und TK2 werden in der erforderlichen Höhe aufrechterhalten bzw. konstant gehalten. Die hierfür notwendige Steuerung oder Regelung erfolgt ebenfalls über die Steuereinrichtung 20 in Abhängigkeit von Temperatursensoren 22, die die Temperatur des Füllgutes in den Ringkesseln 13 und 14 erfassen und deren Messsignale entsprechende Maßnahmen zur Temperatursteuerung oder -regelung veranlassen, beispielsweise Heizeinrichtungen und/oder einen einen Erhitzer aufweisenden Heißumlauf des Füllgutes regeln und/oder steuern.
-
Zur Aufrechterhaltung eines konstanten Vorentlastungsdrucks p2 im Ringkessel 15 ist dieser über eine weitere, die Drehdurchführung 16 einschließende Inertgasverbindung 23 ebenfalls mit dem Inertgas-Vorratsbehälter 18 verbunden. In der Inertgas-Verbindung 23 ist ein Steuerventil 24 vorgesehen. Ein weiteres Steuerventil 25 befindet sich in einer Entlüftungsleitung 26 des Ringkessels 15. Beide Steuerventile werden von der Steuereinheit 20 in Abhängigkeit von einem Drucksensor 27, der den Innendruck des Ringkessels 15 erfasst, so gesteuert, dass in dem Ringkessel 15 ständig ein dem Vorentlastungsdruck p1 entsprechender Inertgas-Druck herrscht.
-
Die Ringkessel 13, 14 und 15 sind selbstverständlich für sämtliche Formen 4.1 bzw. für sämtliche von diesen Formen gebildeten Form- und Füllpositionen der Form- und Füllmaschine 10 gemeinsam vorgesehen, wobei der Ringkessel 15 eine zusätzliche optionale Ausrüstung der Form- und Füllmaschine darstellt.
-
Jede Form 4.1 ist in ihrem Inneren bzw. in ihrem Formraum u. a. mit einer Reckstange 27 ausgebildet, die mit ihrer Längserstreckung oder Achse RA parallel zur vertikalen Maschinenachse MA orientiert ist und durch einen nicht dargestellten Antrieb, z. B. Steuerkurve synchron mit der Drehbewegung des Rotors 12 axial bewegbar ist, sodass beim Formen des jeweiligen Behälters 2 aus dem konditionierten Vorformling 3 die in diesen Vorformling hineinreichende Reckstange 27 mit ihrem unteren, vorzugsweise abgerundeten Reckstangenende 27.1 gegen den Boden des Vorformlings 3 anliegt, diesen dadurch stabilisiert und unter Mitwirkung des über die Reckstange 27 in den Vorformling 3 eingeleiteten Füllgutes mit dem Füll- und Formdrucks p1 zunehmend in den Behälter 2 streckt, dessen äußere Formgebung dann durch die Innenfläche der Form 4.1 gebildet wird.
-
Wie die 2 zeigt, befindet sich die jeweilige Preform 3 im Inneren der Form 4.1 in Dichtlage an einem einen Lagerkopf 29, d. h. sie liegt mit ihrem offenen, die spätere Behältermündung bildenden Ende über eine Dichtung 28 abgedichtet und angepresst gegen einen Lagerkopf 29 an, in welchem die Reckstange 27 mit einer Ringdichtung 30 abgedichtet axial geführt ist.
-
In der Reckstange 27 ist achsgleich mit der Achse RA ein Kanal 31 ausgebildet, der oberhalb des Endes 27.1 eine Vielzahl von radialen Austrittsöffnungen 32 aufweist und in dem vor den Austrittsöffnungen ein Rückschlagventil 33 mit Kugel 34 und Druckfeder 35 vorgesehen ist. Der Kanal 31 setzt sich an seinem den Austrittsöffnungen entfernt liegenden Ende in einer Flüssigkeitsverbindung 36 fort, die u. a. Sperr- und Umschaltventile 37 und 37.1 enthält, über welche der Kanal 31 wahlweise mit dem Flüssigkeitsraum des Ringkessels 13 oder des Ringkessels 14 verbunden und die Verbindung zwischen dem Kanal 31 und den beiden Ringkesseln 13 und 14 gesteuert unterbrochen werden kann.
-
In dem Lagerkopf 28 ist ein Rückgaskanal 38 ausgebildet, der die Reckstange 27 ringförmig umschließt und ebenfalls in den Innenraum des in Dichtlage am Lagerkopf 28 angeordneten Vorformlings 3 bzw. in den Innenraum des am Lagerkopf 29 in Dichtlage befindlichen Behälters mündet. Der Rückgaskanal 38 ist über eine ein Steuerventil 39 aufweisende Rückgasleitung mit dem Ringkessel 15 verbunden. Die Flüssigkeitsverbindung 36 mit ihrem z. B. von der Steuereinrichtung 20 gesteuerten Sperr- und Umschaltventil 37 sowie die Rückgasleitung 40 mit ihrem ebenfalls von der Steuereinrichtung 20 gesteuerten Steuerventil 39 sind für jede Form- und Füllstation 4 gesondert und individuell steuerbar vorgesehen.
-
Der gefüllte Behälter 2 wird an einem Behälterauslauf der Form- und Füllmaschine 10 von dem Lagerkopf 29 abgenommen und mittels eines in der 1 nicht dargestellten Transporteurs entsprechend dem Pfeil C einer Einrichtung 41 zum Verschließen der Behälter 2 mit den Verschlüssen 5 zugeführt. Die gefüllten und verschlossenen Behälter 2 werden mit einem in der 1 nicht dargestellten Transporteuren entsprechend den Pfeilen D bzw. E an eine Pasteurisiereinrichtung 42 und aus dieser beispielsweise an eine Etikettiermaschine der Anlage 1 weitergeleitet
-
Mit der Form- und Füllmaschine 10 sind unterschiedlichste Verfahren zum Formen der Behälter 2 und sterilen Abfüllen von Produkten möglich, wobei sämtlichen Verfahren gemeinsam ist, dass die Temperatur des Füllgutes während des Form- und Füllphase deutlich unter der jeweils erforderlichen Sterilisationstemperatur liegt, vorzugsweise auch beide Füllgutausgangstemperaturen TK1 und TK2, und dass ein Erhitzen des Füllgutes auf die Sterilisationstemperatur erst nach Ablauf der Form- und Füllphase erfolgt, und zwar möglichst kurzeitig, so dass bei ausreichender Qualität der Sterilisation eine Beeinträchtigung der Qualität, insbesondere auch der geschmacklichen Qualität des Füllgutes nicht eintritt.
-
Bei der in der 1 dargestellten Anlage ist in der Flüssigkeitsverbindung 36 in Strömungsrichtung nach dem Sperr- und Umschaltventil 37.1 und vor der Reckstange 27 eine Heizeinrichtung 43 vorgesehen. Weitere Heizeinrichtungen 44 sind in den Füllgut- oder Produktleitungen 45 vorgesehen, über die das Füllgut den Ringkesseln 13 und 14 zugeführt wird. Die beiden Produktleitungen 45 sind in Strömungsrichtung des Füllgutes vor der jeweiligen Heizeinrichtung 44 über ein Sperr- und Umschaltventil 46 mit einem nicht dargestellten externen Vorratstank für das Füllgut oder einer Anlage zum Bereitstellen des Füllgutes verbunden. Durch entsprechende Ansteuerung des Sperr- und Steuerventils 46 wird während des Form- und Füllbetriebes der Füllgrad der Ringkessel 13 und 14 bzw. das dortige Niveau des Füllgutspiegels konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten.
-
Die 3 zeigt in einem Temperatur-Zeit-Diagramm den typischen Temperaturverlauf 47a des Füllgutes bei einem heißaseptischen Abfüllen in einem herkömmlichen Füllverfahren. Das Füllgut wird für das Füllen mit einer Anfangstemperatur T0 bereitgestellt, die deutlich oberhalb des oberen Grenzwertes T1 der für die jeweils angestrebte Entkeimungsrate bzw. die angestrebte Qualität der Sterilisation notwendigen Sterilisationstemperatur liegt (Zeitintervall I). Während des Füllens, d. h. in dem Zeitintervall II fällt die Füllguttemperatur auf den oberen Grenzwert T1 der Sterilisationstemperatur ab und dann anschließend während der Sterilisations- oder Warmhaltephase, d. h. im Zeitintervall III auf den unteren Grenzwert T2 ab. Die Sterilisationstemperatur bzw. deren Grenzwerte T1 und T2 sowie auch die Zeitdauer der Sterilisationsphase III bestimmen die jeweils erzielbare Entkeimungsrate bzw. Qualität der Sterilisation und sind z. B. u. a. abhängig von der Art des jeweiligen Füllgutes. In einer Abkühlphase IV werden dann der Behälter sowie das Füllgut auf die Umgebungstemperatur Tu abgekühlt. Das Verschließen des jeweiligen Behälters erfolgt nach Beendigung des Füllprozesses, d. h. nach Ablauf des Zeitintervalls bzw. der Füllphase II. Die Sterilisation während des Zeitintervalls bzw. während der Sterilisationsphase III erfolgt zumindest teilweise in einer Pasteurisiereinrichtung, in der der jeweils gefüllte und verschlossene Behälter auf die erforderliche Temperatur erhitzt bzw. auf der erforderlichen Sterilisationstemperatur über die notwendige Behandlungsdauer bzw. Warm- oder Heißhaltezeit gehalten wird, beispielsweise durch Überschwallen des geschlossenen Behälters mit erhitztem Wasser. Ebenso erfolgt das Abkühlen der Behälter in der Abkühlphase IV in der Pasteurisiereinrichtung, beispielsweise durch Überschwallen des jeweiligen Behälters mit kaltem Wasser.
-
Die 4 zeigt den grundsätzlichen Temperatur-Zeitverlauf 47 des Füllgutes während des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Füllgut wird mit der Anfangstemperatur T0 bereitgestellt und mit dieser Temperatur während der Form- und Füllphase I in dem jeweiligen Vorformling 3 bzw. in den sich formenden Behälter 2 mit dem Form- und Fülldruck p1 eingebracht. Diese Anfangstemperatur T0 liegt deutlich unter dem unteren Grenzwert T2 der Sterilisationstemperatur und ist beispielsweise die Füllgutausgangstemperatur TK1 bzw. TK2 und/oder wird durch Erhitzen mit der Heizeinrichtung 43 und/oder durch entsprechendes Mischen der Komponenten K1 und K2 mit der jeweils unterschiedlichen Füllgutausgangstemperatur TK1 und TK2 eingestellt.
-
Nach Abschluss der Form- und Füllphase erfolgt in einer Erhitzungs- oder Aufheizphase II ein Anstieg der Temperatur des Füllgutes von der Temperatur T0 auf eine obere Temperatur T1, die beispielsweise dem oberen Grenzwert der Sterilisationstemperatur entspricht, auf jeden Fall aber oberhalb des unteren Grenzwertes T2 der Sterilisationstemperatur liegt, und zwar teilweise bedingt durch einen Wärmestau in dem jeweils gefüllten Behälter 2 nach Beendigung, der Form- und Füllphase I, insbesondere auch während der Entlastung des jeweiligen Behälters 2 auf Umgebungsdruck vor dem Verschließen mit dem Verschluss bzw. mit der Verschlusskappe 5, insbesondere aber auch bedingt durch Behandlung des gefüllten und verschlossenen Behälters 2 in der Pasteurisiereinrichtung 42. Während des Zeitintervalls bzw. während der Sterilisationsphase III, deren Zeitdauer der angestrebten Entkeimungsrate bzw. Qualität der Sterilisation entsprechend gewählt ist, fällt die Temperatur des Füllgutes von der oberen Temperatur T1 auf den unteren Grenzwert T2 der Sterilisationstemperatur ab. Der gefüllte verschlossene Behälter 2 befindet sich hierbei in der Pasteurisiereinrichtung 42. Im Anschluss daran wird der gefüllte und verschlossene Behälter 2 innerhalb des Zeitintervalls IV beispielsweise in der Pasteurisiereinrichtung 42 auf die Umgebungstemperatur abgekühlt.
-
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des in der 4 wiedergegebenen Temperaturverlaufs besteht darin, dass das Füllgut in den Ringkesseln 13 und/oder 14 mit einer Füllgutausgangstemperatur TK1 und/oder TK2 unter dem oberen Grenzwert T1 bereit gehalten wird und auch während der Form- und Füllphase I die relativ niedrige Temperatur T0 aufweist, während die wesentlich höhere Sterilisationstemperatur auf das relativ kurze Zeitintervall der Erhitzungsphase II und der Sterilisationsphase III beschränkt ist. Beeinträchtigungen der Qualität, insbesondere auch der geschmacklichen Qualität des Füllgutes, die aus hohen Füllguttemperaturen und aus langen Verweilzeiten des Füllgutes auf derartigen Temperaturen resultieren und Vielfach auch als unangenehmer Kochgeschmack empfunden werden, sind vollständig oder zumindest im Wesentlichen vermieden.
-
Die Bereitstellung des Füllgutes erfolgt also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Temperatur T0, die deutlich unter einer Temperatur liegt, die eine geschmackliche Veränderung des Füllgutes bewirken könnte, allerdings bei einem hohen Form- und Fülldruck.
-
Durch die Verwendung der beiden Ringkessel 13 und 14 ist es aber insbesondere möglich, diese Ringkessel bzw. das dort vorhandene Füllgut mit unterschiedlichem Form- und Fülldruck p1 zu halten, beispielsweise bei der selben Füllgutausgangstemperatur TK1 bzw. TK2 oder aber auf unterschiedlichen Füllgutausgangstemperaturen TK1 bzw. TK2, und zwar mit dem einen, beispielsweise höheren Form- und Fülldruck für das anfängliche Recken und Vorformen des jeweiligen Behälters 2 und mit dem reduzierten Form- und Fülldruck für das Endformen des jeweiligen Behälters 2.
-
Bevorzugt werden bei der Erfindung am Beginn der Sterilisationsphase III die Temperatur des jeweiligen Behälters 2 und somit auch die Temperatur des Füllgutes in dem Behälter 2 erfasst und damit die Temperatur T0 und/oder das Erhitzen des jeweiligen Behälters 2 während der Erhitzungsphase II derart gesteuert, dass die für die Entkeimung bzw. Sterilisation erforderliche Sterilisationstemperatur zumindest zwischen den Grenzwerten T1 und T2 erreicht wird. Die Steuerung der Temperatur T0 erfolgt dabei bei unterschiedlichen Füllgutausgangstemperaturen TK1 und TK2 durch Mischen der Komponenten K1 und K2 und/oder durch die Heizeinrichtung 43, die beispielsweise für jede Form- und Füllstation 4 gesondert vorgesehen ist, aber bei entsprechender Anordnung in der Flüssigkeitsverbindung 36 auch für sämtliche Form- und Füllstationen 4 oder aber für eine Gruppe von mehreren derartigen Stationen gemeinsam vorgesehen sein kann.
-
Durch die Druckentlastung des jeweiligen Behälters nach Beendigung der Form- und Füllphase von dem hohen Form- und Fülldruck von z. B. bis zu 15 bar auf Umgebungsdruck baut sich ein Wärmestau auf, der erst nach dem Verschließen abgebaut wird, sodass sich die Sterilisationstemperatur tatsächlich erst am Beginn der Sterilisationsphase III einstellt.
-
Die 5 zeigt in einem Temperatur-Zeitdiagramm den Verlauf 47 der Temperatur des Füllgutes bzw. des jeweiligen Behälters 2 bei einer modifizierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Temperaturverlauf der 5 unterscheidet sich von dem Temperaturverlauf der 4 im Wesentlichen nur dadurch, dass die Temperatur des Füllgutes während der Sterilisationsphase III zwar zunächst von dem oberen Temperaturwert T1 (z. B. oberer Grenzwert) abfällt, dann über eine Teilphase der Sterilisationsphase III bei 47.1 konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird, und zwar auf einer Temperatur zwischen dem oberen Temperaturwert T1 (z. B. oberer Grenzwert) und dem unteren Grenzwert T2, worauf die Temperatur des Füllgutes dann zum Ende der Sterilisationsphase III auf den unteren Grenzwert T2 der Sterilisationstemperatur abfällt. In der Abkühlphase IV erfolgt wiederum das Abkühlen des jeweiligen Behälters 2 und des Füllgutes auf die Umgebungstemperatur Tu.
-
Die 6 zeigt die Anlage 1 nochmals in einer vereinfachten Funktionsdarstellung. Dargestellt ist die Anlage 1 mit der Form- und Füllmaschine 10, mit der Verschließmaschine bzw. -einrichtung 41 zum Verschließen der verformten und gefüllten Behälter 2, mit der Pasteurisiereinrichtung 42, die mehr im Detail dargestellt ist, sowie mit einem als Transportband ausgebildeten Transporteur 48 zum transportieren der Behälter 2 durch die verschiedenen Stationen der Anlage 1. Bei der in der 6 dargestellten Ausführungsform umfasst die Pasteurisiereinrichtung 42 wenigstens zwei in der Transportrichtung (Pfeil F) des Transporteurs 48 aufeinander folgende Abschnitte, und zwar den Abschnitt 48.1, an dessen Einlass eine Einrichtung zum Umlegen der verschlossenen Behälter 2 vorgesehen ist, sodass diese durch den Abschnitt 48.1 mit ihrer Behälterachse senkrecht zur Transportrichtung F und horizontal oder im Wesentlichen horizontal orientiert transportiert und in dieser Lage zur Sterilisation erhitzt werden, d. h. beispielsweise mit der Wärmeenergie einer Wärmequelle und/oder mit einem heißen dampfförmigen und/oder gasförmigen und/oder flüssigen Medium beaufschlagt werden. Beim Transport durch den Abschnitt 48.1 werden die Behälter 2 vorzugsweise zugleich gerüttelt und/oder um ihre Behälterachse gedreht und/oder gerollt. Am Auslass des Abschnittes 48.1 ist eine Einrichtung 50 vorgesehen, mit der die Behälter 2 für den weiteren Transport durch den Abschnitt 42.2 der Pasteurisiereinrichtung 42 wieder aufgerichtet werden, sodass sie mit ihrer Behälterachse wieder in vertikaler Richtung orientiert sind.
-
In dem Abschnitt 42.2 erfolgt das Abkühlen (Abkühlphase IV der 4 und 5) der verschlossenen Behälter 2, beispielsweise durch Beaufschlagung oder Überschwallen mit einem flüssigen Kühlmedium, beispielsweise Wasser.
-
Bevorzugt ist der Transporteur zum Transportieren der Behälter 2 aber kein Transportband, wie dies in der 6 schematisch dargestellt ist, sondern der Transporteur ist für ein Halten oder Greifen der Behälter 2 im Bereich der durch den jeweiligen Verschluss 5 verschlossenen Behältermündung oder des dortigen Behälterflansches ausgebildet, sodass das Umlegen der Behälter am Anfang des Abschnittes 42.1 sowie das Wiederaufrichten der Behälter am Ende dieses Abschnittes durch gesteuertes Schwenken von Behälterträgern am Transporteur oder an einem Transportelement der Transporteinrichtung erfolgt.
-
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Anlage
- 2
- Behälter
- 2.3
- Mündungsflansch
- 3
- Vorformling
- 4
- Form- und Füllstation
- 4.1
- Form
- 5
- Verschluss
- 6
- Einrichtung zum konditionieren der Vorformlinge 3
- 7
- Heizeinrichtung
- 8, 9
- Abschnitt der Einrichtung 6
- 10
- Form- und Füllmaschine
- 11
- Maschinengestellt
- 12
- Rotor
- 13, 14, 15
- Ringkessel
- 16
- Drehdurchführung
- 17
- Inertgas-Verbindung
- 18
- Inertgas-Vorratsbehälter
- 19
- Verdichter
- 20
- Steuereinrichtung
- 21
- Drucksensor
- 22
- Temperatursensor
- 23
- Inertgas-Verbindung
- 24, 25
- Steuerventil
- 26
- Entlüftungsleitung
- 27
- Reckstange
- 27.1
- abgerundetes Reckstangenende
- 28
- Ringdichtung
- 29
- Lagerkopf
- 30
- Ringdichtung
- 31
- Kanal in der Reckstange 27
- 32
- Austrittsöffnung
- 33
- Rückschlagventil
- 34
- Kugel
- 35
- Feder
- 36
- Flüssigkeitsverbindung
- 37, 37.1
- Sperr- und Umschaltventil
- 38
- Rückgaskanal
- 39
- Steuerventil
- 40
- Rückgasleitung
- 41
- Einrichtung zum Verschließen
- 42
- Pasteurisiereinrichtung oder -einheit
- 42.1, 42.2
- Abschnitt der Pasteurisiereinrichtung
- 43, 44
- Heizeinrichtung
- 45
- Leitung
- 46
- Sperr- und Steuerventil
- 47, 47a
- Temperaturverlauf des Füllgutes bzw. des jeweiligen Behälters
- 47.1
- Bereich
- 48
- Transporteinrichtung
- 49
- Einrichtung zum Umlegen der Behälter 2
- 50
- Einrichtung zum Aufstellen der Behälter 2
- A, B, C
- Transportrichtung der Vorformlinge 3
- D, E, F
- Transportrichtung der Behälter 2
- Ma
- Maschinenachse
- RA
- Reckstangenachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 4340291 A [0002, 0002]
- DE 4212583 A [0003]
- DE 2352926 A [0003]
