DE102013103192A1

DE102013103192A1 - Verfahren sowie Füllsystem zum Füllen von Behältern

Info

Publication number: DE102013103192A1
Application number: DE201310103192
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-02
Also published as: WO2014154332A1

Abstract

Verfahren zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems mit wenigstens einem Füllelement mit einem eine Abgabeöffnung für das Füllgut bildenden und ein Flüssigkeitsventil aufweisenden Flüssigkeitskanal sowie mit von einer Steuerventilanordnung gesteuerten Gaswegen, über die der Innenraum des in Dichtlage am Füllelement angeordneten Behälters vor dem eigentlichen Füllen zunächst zumindest in wenigstens einer Spülphase mit einem als Spülgas verwendeten Inertgas gespült und auf die wenigstens eine Spülphase folgend mit einem Inertgas auf einen Vorspanndruck vorgespannt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 11.
Verfahren zum Abfüllen auch von sauerstoffempfindlichen Produkten in Behälter sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt, insbesondere auch in der Form, dass vor dem eigentlichen Füllen, beispielsweise Druckfüllen (Füllphase) zunächst ein wenigstens einmaliges Spülen des jeweiligen Behälterinnenraumes während einer Spülphase und danach ebenfalls vor dem eigentlichen Füllen (Füllphase) ein Vorspannen des Behälterinnenraumes (Vorspannphase) auf einen Vorspanndruck erfolgen, der gleich einem Fülldruck oder im Wesentlichen gleich einem Fülldruck ist. Hierbei ist auch bekannt, dass wenigstens eine Spülphase mit einer dieser Phase vorausgehenden Evakuierung des Behälterinnenraums kombiniert wird (Evakuierungs- und Spülphase). Bei allen bekannten Verfahren wird zum Spülen und Vorspannen als Inertgas, d. h. als Spülgas und Vorspanngas in vielen Fällen CO2-Gas verwendet mit dem Nachteil nicht unerheblicher Betriebskosten und den bekannten Belastungen für die Umwelt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches ein optimales Abfüllen, insbesondere auch von sauerstoffempfindlichen Produkten bei reduzierten Kosten ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Füllsystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 11.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Spülen sowie eventuell auch beim Teilvorspannen der Behälter als Inertgas des ersten Typs bevorzugt Stickstoff (N2) und zumindest zum endgültigen Vorspannen der Behälter als Inertgas des zweiten Typs bevorzugt CO2-Gas und/oder als Inertgas des dritten Typs ein Gasgemisch aus Stickstoff und CO2-Gas verwendet wird, in dem (Gasgemisch) allerdings der Anteil an CO2-Gas deutlich überwiegt.
Der Erfindung liegt nicht nur die Erkenntnis zugrunde, das durch die Verwendung von Stickstoff die Betriebskosten erheblich reduziert werden können, sondern auch die Erkenntnis, dass Stickstoff zwar theoretisch als Vorspanngas für das Abfüllen auch von sauerstoffempfindlichen Produkten geeignet erscheint, reiner Stickstoff aber tatsächlich insbesondere für karbonisierte Produkte oder Getränke (z. B. Softdrinks oder Bier) als Vorspanngas nicht geeignet ist. Da sich Stickstoff nicht oder aber nur sehr schlecht in flüssigen Produkten löst, würden sich bei Verwendung von Stickstoff als Vorspanngas in dem in den jeweiligen Behälter abgefüllten Füllgut kleine Blasen bilden, die dann beim Entlasten des gefüllten Behälters auf Umgebungsdruck zu einem Freisetzen von CO2-Gas aus dem karbonisierten Füllgut und zu einem unerwünschten Aufschäumen des Füllgutes führen würden. Diesem Nachteil könnte allenfalls durch eine Verlängerung der Entlastungs- und Beruhigungsphase nach dem Füllen entgegengewirkt werden, was dann allerdings zu einer nicht vertretbaren Reduzierung der Leistung eines Füllsystems oder einer Füllmaschine (Anzahl der gefüllten Behälter je Zeiteinheit) führen würde.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieser Nachteil trotz Reduzierung der Betriebskosten wirksam verhindert, und zwar insbesondere dadurch, dass als Spanngas für das endgültige Vorspannen entweder CO2-Gas und/oder aber das Stickstoff-/CO2-Gas-Gemisch verwendet wird, in welchem der Anteil an CO2-Gas deutlich überwiegt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das wenigstens einmalige Spülen des jeweiligen Behälterinnenraums nach dessen Evakuierung mit einem heißen dampfförmigen Medium, bevorzugt mit Wasserdampf, und zwar jeweils in das Vakuum oder Hochvakuum z. B. bei einem Druck im Behälterinnenraum von etwa 90 mbar bis 200 mbar (absolut) vorzugsweise von etwa 100 mbar (absolut). Das Vorspannen der Behälter für das Druckfüllen erfolgt dann vorzugsweise ausschließlich mit CO2-Gas.
Unter „Druckfüllen” ist im Sinne der Erfindung allgemein ein Füllverfahren zu verstehen, bei dem der jeweils zu füllende Behälter in Dichtlage gegen das Füllelement anliegt und vor der eigentlichen Füllphase, d. h. vor dem Öffnen des Flüssigkeitsventils über wenigstens einen gesteuerten, im Füllelement ausgebildeten Gasweg mit dem unter Vorspanndruck oder Fülldruck stehenden Spanngas vorgespannt wird, welches dann während des Füllens von dem dem Behälter zufließenden Füllgut zunehmend als Rückgas aus den Behälterinnenraum verdrängt wird.
Der Ausdruck „im Wesentlichen” bzw. „etwa” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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 einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung und teilweise im Schnitt ein Füllelement einer Füllmaschine umlaufender Bauart, zusammen mit einem am Füllelement in Dichtlage angeordneten Behälter in Form einer Flasche;
2 in vereinfachter Prinzipdarstellung einen horizontal Schnitt durch das Füllelement im Bereich seiner Abgabeöffnung.
Das in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Füllelement ist zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotors 2 vorgesehen und bildet zusammen mit einem Behälterträger 3 eine Füllstelle des Füllsystems bzw. einer Füllmaschine zum Druckfüllen von Behältern 4 in Form von Flaschen.
Am Rotor 2 ist ein für sämtliche Füllelemente des Füllsystems gemeinsamer Füllgutkessel 5 in Form eines Ringkessels vorgesehen, der während des Füllbetriebes mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt ist, und zwar unter Ausbildung eines unteren Flüssigkeitsraumes 5.1 und eines oberen Gasraumes 5.2, der mit einem unter Fülldruck P_F stehenden Inertgas, z. B. CO2-Gas gefüllt ist. Der Flüssigkeitsraum 5.1 ist mit einem in einem Gehäuse 6 des Füllelementes 1 ausgebildeten Flüssigkeitskanal 7 verbunden, der an der Unterseite des Füllelementes 1 eine eine vertikale Füllelementachse FA konzentrisch umschließende ringförmige Abgabeöffnung 8 bildet. Im Flüssigkeitskanal ist weiterhin ein Flüssigkeitsventil 9 vorgesehen, welches zum Einleiten der eigentlichen Füllphase gesteuert geöffnet und zur Beendigung der Füllphase gesteuert geschlossen werden kann und dessen Ventilkörper 11 an einem als Gasrohr 10 ausgebildeten Ventilstößel vorgesehen ist. Das Gasrohr 10 ist achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet und bildet einen Gaskanal 12, der am unteren, über die Abgabeöffnung 8 vorstehenden Ende des Gasrohres 10 sowie auch am oberen Ende des Gasrohres 10 offen ist und dort in einen im Gehäuse 6 ausgebildeten Gasraum 13 mündet.
Achsgleich mit der Füllelementachse ist weiterhin ein Spül- und/oder Rückgasrohr 14 angeordnet, welches während des Füllens (Füllphase) auch als die Füllhöhe des Füllgutes im Behälter 4 bestimmendes Element dient und einen Gaskanal 15 bildet und am unteren sowie am oberen Ende offen ist und dort in einem zweiten im Gehäuse 6 ausgebildeten Gasraum 16 mündet. Die Gasräume 13 und 16 sind Teil verschiedener, auch Steuerventile einer Steuerventilanordnung 17 enthaltender gesteuerter Gaswege, über die die Gaskanäle 12 und 15 gesteuert mit dem Gasraum 5.2 und mit Ringkanälen 18–21 verbunden werden können, die für sämtliche Füllelemente 1 der Füllmaschine bzw. des Füllsystems gemeinsam am Rotor 2 vorgesehen sind. Der Ringkanal 18 dient beispielsweise als Entlastungskanal zur Entlastung der gefüllten Flaschen 2 am Ende der Füllphase. Der Ringkanal 19 ist während des Füllbetriebes mit einem Vakuum bzw. mit Unterdruck beaufschlagt. Der Ringkanal 20 dient als Vorspannkanal und führt während des Füllbetriebes das überwiegend aus CO2-Gas bestehende Inertgasgemisch aus CO2-Gas und Stickstoff unter Fülldruck P_F oder im Wesentlichen unter Fülldruck P_F. Weiterhin wird beim das aus dem jeweiligen Behälter 4 durch das Füllgut verdrängte Inertgas Druckfüllen in den Ringkanal 20 zurückgeführt. Der Ringkanal 21 führt während des Füllbetriebes das unter dem Spüldruck P_S stehende und als Spülgas verwendete Inertgas. Dabei kann es sich beispielsweise um Stickstoff oder aber auch um ein heißes dampfförmiges Medium wie beispielsweise Wasserdampf handeln.
Mit dem die Füllelemente 1 aufweisenden Füllsystem ist u. a. ein Befüllen der Behälter 2 mit folgenden Verfahrensschritten möglich, wobei jeweils das Flüssigkeitsventil 9 und auch die verschiedenen durch die Steuerventilanordnung 17 gesteuerten Gaswege sich im geschlossenen Zustand befinden, sofern der geöffnete Zustand dieser Gaswege nicht ausdrücklich bei dem jeweiligen Verfahrensschritt erwähnt ist.
1. Evakuieren der Behälter 4
Bei diesem Verfahrensschritt wird der Innenraum des jeweiligen in Dichtlage am Füllelement 1 angeordneten Behälters 4 durch entsprechende Ansteuerung der Steuerventilanordnung 17 und durch Verbinden z. B. des Gaskanals 12 sowie des Gasraumes 13 mit dem Ringkanal 19 evakuiert, und zwar beispielsweise derart, dass ein etwa 90%iges Vakuum im Behälter 4 erhalten wird, d. h. nur etwa 10% der ursprünglichen Luftmenge im Behälter verbleiben oder der Druck im Behälter 4 etwa 0, 1 bar beträgt.
2. Spülen des Behälters 4 mit Stickstoff
Nach Ablauf einer beispielsweise über eine elektronische Steuereinrichtung frei wählbaren Evakuierzeit wird über die Steuerventilanordnung 17 gesteuert der Gasraum 16 und der Gaskanal 15 mit dem Ringkanal 21 verbunden. Gleichzeitig sind über die Steuerventilanordnung 17 der Gasraum 13 und der Gaskanal 12 mit dem Ringkanal 19 verbunden, sodass das Spülgas aus dem Ringkanal 21 über das untere Ende des Spül- und/oder Rückgasrohres 14 in den Behälter einströmt und zusammen mit eventuell im Behälter vorhandener Luft über den Gaskanal 12 und den Gasraum 13 in den Ringkanal 19 zurückfließt. Das Spülen mit Stickstoff erfolgt dabei ins Vakuum.
Dabei kann es von besonderem Vorteil sein, wenn die in den Behälter 4 einströmende Gasmenge dabei so weit gedrosselt wird, dass der ursprünglich erreichte Evakuierungsdruck nur unwesentlich überschritten wird. Beispielsweise nur um 0,1 bis 0,3 bar.
Das Evakuieren und Spülen der Behälter 4 bilden eine Evakuierungs- und Spülphase, wobei diese Evakuierungs- und Spülphase oder nur das Spülen allein mehrfach wiederholt werden können, bevor als weitere Phase des Füllverfahrens das Vorspannen des jeweiligen Behälters 4 eingeleitet wird.
3. Vorspannen des Innenraums des Behälters 4 auf Vorspann- oder Fülldruck
Dieses Vorspannen erfolgt beispielsweise in wenigstens zwei Schritten. Zunächst wird der Innenraum des betreffenden Behälters 4 mit Stickstoff aus dem Ringkanal 21 teilvorgespannt, d. h. auf einen Druck unterhalb des Fülldruckes P_F. Hierfür werden über die Steuerventilanordnung 17 beispielsweise der Gasraum 22 und der Gaskanal 15 mit dem Ringkanal 21 verbunden, sodass Stickstoff aus dem Ringkanal 21 in den Innenraum des Behälters 4 strömt und somit das Teilvorspannen des Behälters 4 beispielsweise auf den Spüldruck P_S bewirkt.
Im Anschluss daran erfolgt das Vorspannen des Behälters 4 auf den Vorspann- bzw. Fülldruck P_F, und zwar z. B. dadurch, dass gesteuert durch die Steuerventilanordnung 17 beispielsweise der Gasraum 23 und der Gaskanal 15 mit dem das CO2-Gas unter Fülldruck P_F führenden Gasraum 5.2 des Füllgutkessels 5 verbunden wird. Dieses wenigstens zweistufige Vorspannen (Teilvorspannen mit Stickstoff und anschließendes vollständiges Vorspannen mit CO2-Gas) wird zeitgesteuert oder gesteuert durch einen den Druck im jeweiligen Behälter 4 erfassenden Sensor 22 überwacht und/oder beendet.
Es versteht sich, dass das Teilvorspannen mit dem Stickstoff auf dem Ringkanal 21 unmittelbar an das Spülen des jeweiligen Behälters 4 mit Stickstoff dadurch anschließen kann, dass gesteuert durch die Steuerventilanordnung 17 die Verbindung des Gaskanals 12 und des Gasraumes 13 mit dem Ringkanal 19 unterbrochen wird. Weiterhin versteht es sich, dass dem Vorspannen der Behälter 4 vorausgehend auch nur ein einmaliges oder mehrmaliges Spülen der Behälter 4 ohne Evakuierung erfolgen kann.
Da das von dem Ringkanal 20 aufgenommene Inertgasgemisch überwiegend CO2-Gas enthält, kann dieses Inertgasgemisch bevorzugt zum Vorspannen in der Vorspannphase verwendet werden, und zwar zum Vorspannen nach dem Teilvorspannen mit Stickstoff. Das Vorpannen der Behälter 4 erfolgt dann so,

– dass zunächst das Teilvorspannen mit Stickstoff aus dem Ringkanal 21 und dann das endgültige Vorspannen aus dem Ringkanal 20 erfolgen, oder aber
– dass zunächst das Teilvorspannen mit Stickstoff aus dem Ringkanal 21, dann ein weiteres Teilvorspannen aus dem Ringkanal 20 und schließlich das endgültige Vorspannen aus dem Gasraum 5.2 erfolgen.

Insbesondere dann, wenn das Vorspannen der Behälter 4 teilweise aus dem Gasraum 5.2 erfolgt, ist gewährleistet, dass dem Ringkanal 20 während des Füllprozesses permanent CO2-Gas zugeführt wird und hierdurch in diesem Ringkanal keine ein Vorspannen der Behälter 4 aus diesem Kanal beeinträchtigende Anreicherung an Stickstoff und/oder Sauerstoff erfolgt.
4. Druckfüllen der Behälter 4
Nach dem Vorspannen des Behälters 4 erfolgt das eigentliche Druckfüllen. Hierfür wird bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 9 über die Steuerventilanordnung der Gasraum 13 sowie der Gaskanal 12 mit dem Ringkanal 20 oder dem Gasraum 5.2 verbunden, sodass das aus Stickstoff sowie hauptsächlich aber aus CO2-Gas bestehende Inertgasgemisch, welches von dem zufließenden Füllgut aus dem Behälterinnenraum verdrängt wird, in den Ringkanal 20 oder in den Gasraum 5.2 strömen kann. Das Zufließen des Füllgutes wird automatisch beendet, beispielsweise sobald das untere Ende des Spül- und/oder Rückgasrohres 14 in den Füllgutspiegel im Behälter 4 eingetaucht ist. Zeitgesteuert wird dann das Flüssigkeitsventil 9 geschlossen. Alternativ könnte der Füllprozess auch dann beendet werden, wenn der Füllgutspiegel eine, am unteren Ende des Spül- und/oder Rückgasrohres angeordnete elektrische Sonde erreicht, wodurch das Flüssigkeitsventil 9 geschlossen wird.
5. Entlasten des gefüllten Behälters 4
Zum Entlasten des jeweils gefüllten Behälters 4 wird der von dem Füllgut nicht eingenommene Kopfraum des Behälters 4 beispielsweise zunächst gesteuert über die Steuerventilanordnung 17 mit dem Ringkanal 18 verbunden, und zwar über den Gaskanal 12 und den Gasraum 13. Im Anschluss daran erfolgt ein endgültiges Entlasten durch Absenken des Behälterträgers 3 und des Behälters 4.
Es versteht sich, dass während des Druckfüllens (Füllphase) auch zusätzliche Verfahrensschritte gesteuert durch die Steuerventilanordnung 17 möglich sind, beispielsweise ein langsames Anfüllen am Beginn der Füllphase und/oder ein verlangsamtes Bremsfüllen am Ende der Füllphase.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet erhebliche wirtschaftliche Vorteile hinsichtlich einer Kosteneinsparung bei den Betriebsmedien Spülgas und Vorspanngas, wie dies auch die nachstehende Beispielsrechnung für das Befüllen von Behältern 4 mit einem Volumen von 0,5 Ltr. erläutert: Basisdaten

Behälterinhalt:	0,5 Ltr.
Nach dem Füllen im Behälter verbleibender, vom Füllgut nicht eingenommener Kopfraum:	35 ml
Im Füllelement 1 und dabei insbesondere auch im Gaskanal 15 verbleibendes Füllgutvolumen:	15 ml
Bier als Füllgut:	5,5 gr CO2
Dichte N2:	1,15 kg/m³
Kosten N2:	0,15 Kosteneinheiten/kg
Dichte CO2:	1,81 kg/m³
Kosten CO2:	0,25 Kosteneinheiten/kg
Vakuum nach dem Evakuieren:	0,1 bar/absolut
Fülldruck P_F:	3,0 bar Überdruck
Stickstoffverbrauch beim ersten und zweiten Spülen:	je 150 mlN2
Teilvorspannen mit N2:	35 ml

Nach den Evakuierungs- und Spülphasen verbleiben 55 ml Stickstoff (bezogen auf Normal- oder Atmosphärendruck) mit einem sehr geringen Rest an Luft im Innenraum des Behälters 4.
Beim Entlasten gehen aus dem Kopfraum des Behälters 4 sowie aus dem Mehrvolumen des Füllelementes 1 etwa 100 bis 150 ml Inertgas verloren. Wird hiervon das nach dem Evakuieren und Spülen im Behälter 4 verbliebene Restgas von 55 ml subtrahiert, welches während des Druckfüllens ebenfalls in den Ringkanal 20 verdrängt wird, verbleibt ein Rest von etwa 45–90 ml, der jeweils bei jedem Füllen eines Behälters mit einem Volumen von 0,5 l durch frisches CO2-Gas ersetzt werden müsste. Dieser Rest an zu ersetzendem frischen CO2-Gas ließe sich weiter reduzieren, beispielsweise auf 20 ml durch ein zusätzliches Teilvorspannen mit N2, was zu einer geringen zusätzlichen Beimischung von N2 führen würde, aber keine negativen Auswirkungen auf die Füllqualität hätte.
Die vorstehenden Volumenangaben der gasförmigen Medien, z. B. in ml gelten jeweils bezogen auf Normaldruck.
Aus den vorstehenden Betrachtungen ergeben sich somit folgende Gasverbräuche:

Verbrauch an N2 ca. 90 gr/hl

Verbrauch an CO2-Gas etwa 10 gr/hl
Beträgt eine Kosteneinheit beispielsweise 1,00 EUR, so ergeben sich bei einer Anlage für eine Leistung von 60.000 Behältern 4 pro Stunde, die jeweils ein Behältervolumen von 0,5 Ltr. Aufweisen, im Dreischichtbetrieb und bei Auslastung der Füllmaschine von 75% sowie bei 280 Produktionstagen/Jahr (50/40 Netto-Produktionsstunden) folgende Kosten für den Inertgasverbraucht:

N2: EUR 20.421,00

CO2-Gas: EUR 3.780,00

Gesamtkosten: EUR 24.102,00
Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren mit einfacher oder doppelter Vorevakuierung, bei denen das Spülen und Vorspannen der Behälter mit CO2-Gas erfolgt bedeutet das erfindungsgemäße Verfahren eine Kosteneinsparung von wenigstens 60–80%.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass das Spülen der Behälter 4 mit Stickstoff (N2) erfolgt. Bei einer weiteren Ausführungsform wird als Spülmedium erhitzter Wasserdampf (Sattdampf) verwendet, welcher in das Hochvakuum der evakuierten Behälter eingeblasen wird. Bei einem Innendruck der evakuierten Behälter 4 von beispielsweise etwa 100 mbar (absolut) liegt die Siedetemperatur von Wasser bei ca. 45°C. Bei einem Versorgungsüberdruck für den Wasserdampf von 0,5 bar bis 2 bar kommt es beim Einblasen des Wasserdampfs in das Vakuum zu einer Überhitzung und dadurch kaum zu einer Kondensation. Der Wasserdampf verhält sich in seiner Spülwirkung also wie ein Inertgas, hat aber den Vorteil, dass der nach Beendigung der Spülphase in dem Behälter 4 verbleibende Restdampf beim Vorspannen, insbesondere auch beim Vorspannen mit CO2-Gas kondensiert. Bei einem Behälter mit einem Volumen von 500 ml und bei einem Vakuum von 90% entstehen hierbei zumindest theoretisch etwa 0,004 ml Kondensat. Was die Verbrauchswerte angeht, profitiert auch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens von der geringen Dichte des Wasserdampfs. So entstehen bei einem 90%igem Vakuum 12 Ltr Dampf aus einem Gramm Wasser.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Verwendung von heißem Wasserdampf als Spülmedium bei evakuiertem Behälter 4 besteht darin, dass nach dem Vorspannen in dem Behälter 4 eine hochreine CO2-Atmosphäre herrscht, sofern das Vorspannen ausschließlich oder zumindest im Wesentlichen unter Verwendung von CO2-Gas erfolgt. Wird hingegen CO2-Gas oder Stickstoff beim Vorspannen verwendet, so weist die Atmosphäre im Behälter beim Füllen noch nennenswerte Anteile an Stickstoff und/oder geringe Anteile an Sauerstoff auf. Die bei der Spülung mit Wasserdampf ins Hochvakuum erreichbare hochreine Kohlensäureatmosphäre sorgt dagegen für eine praktisch sauerstofffreie Abfüllung.
Eine 100%ige oder im Wesentlichen 100%ige CO2-Reinheit hat auch den Vorteil, dass während der Füllung keinerlei Fremdgasblasen ins Füllgut eingetragen werden und dadurch beim Entlasten zuverlässig eine Blasenbildung vermieden ist, die ein Entbinden von CO2 aus einem karbonisierten Füllgut veranlassen. Auch bei hohen CO2-Anteilen steht das karbonisierte Produkt nach der Entlastung ohne aufsteigende CO2-Blasen oder Schaumbildung im Behälter, was u. a. auch höhere Leistungen beim Abfüllen ermöglicht.
Da der von einer Vakuumpumpe über den Ringkanal 19 abgesaugte Spül- bzw. Wasserdampf auf dem Weg zu dieser Pumpe überwiegend kondensiert verringert sich auch der Leistungsbedarf für die Vakuumpumpe, was zu kleineren Pumpen und reduzierten Strom- und Wasserverbräuchen führt.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, auch ohne dass dadurch der die Erfindung tragende Gedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste

1: Füllelement
2: Rotor
3: Behälterträger
4: Behälter
5: Füllgutkessel
5.1: Flüssigkeitsraum
5.2: Gasraum
6: Gehäuse
7: Flüssigkeitskanal
8: Abgabeöffnung
9: Flüssigkeitsventil
10: Ventilstößel oder Gasrohr
11: Ventilkörper
12: Gaskanal
13: Gasraum
14: Spül- und/oder Rückgasrohr
15: Gaskanal
16: Gasraum
17: Steuerventilanordnung
18–21: Ringkanal
22: Drucksensor
FA: Füllelementachse
MA: Maschinenachse

Claims

Verfahren zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (4) mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems mit wenigstens einem Füllelement (1) mit einem eine Abgabeöffnung (8) für das Füllgut bildenden und ein Flüssigkeitsventil (9) aufweisenden Flüssigkeitskanal (7) sowie mit von einer Steuerventilanordnung (17) gesteuerten Gaswegen, über die der Innenraum des in Dichtlage am Füllelement (1) angeordneten Behälters (4) vor dem eigentlichen Füllen zunächst zumindest in wenigstens einer Spülphase mit einem als Spülgas verwendeten dampf- und/oder gasförmiges Medium gespült und auf die wenigstens eine Spülphase folgend mit einem dampf- und/oder gasförmiges Medium auf einen Vorspanndruck (P_F) vorgespannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für das Spülen in der wenigstens einen Spülphase ein dampf- und/oder gasförmiges Medium eines ersten Typs und zumindest für ein endgültiges Vorspannen auf den Vorspann- oder Fülldruck (P_F) ein dampf- und/oder gasförmiges Medium eines zweiten und/oder eines dritten vom ersten jeweils unterschiedlichen Typs verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dampf- und/oder gasförmige Medium des ersten Typs ein heißes dampfförmiges Medium, bevorzugt Wasserdampf oder gesättigter Wasserdampf oder ein Inertgas eines ersten Typs und/oder das dampf- und/oder gasförmige Medium des zweiten Typs ein Inertgas eines zweiten Typs und/oder das dampf- und/oder gasförmige Medium des dritten Typs ein Inertgasgemisch sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas des ersten Typs Stickstoff und/oder dass das Inertgas des zweiten Typs ein CO2-Gas und/oder das Inertgas des dritten Typs ein Stickstoff-CO2-Gas-Gemisch ist, in dem der Anteil an CO2-Gas größer ist als der Anteil an Stickstoff.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an CO2-Gas im Inertgas des dritten Typs wenigstens 70 Gewichts% bezogen auf das Gesamtgewicht des Mischgases beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Teilvorspannen das endgültige Vorspannen der Behälter (4) auf den Vorspann- oder Fülldruck ausschließlich mit dem Inertgas des zweiten Typs und/oder mit dem Inertgas des dritten Typs erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Teilvorspannen das weitere Vorspannen zunächst mit dem Inertgas des dritten Typs und anschließend das endgültiges Vorspannen mit dem Inertgas des zweiten Typs erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–6, dadurch gekennzeichnet, dass das beim Druckfüllen der Behälter (4) ein aus dem Behälterinnenraum vom Füllgut verdrängtes, das Inertgas des ersten Typs und des zweiten Typs enthaltendes Rückgas in einen Gasraum oder Gaskanal (20) abgeleitet wird, aus welchem dieses Rückgas als Inertgas des dritten Typs für das Vorspannen der Behälter (4) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens einen Spülphase vorausgehend ein Evakuieren der Behälter (4) erfolgt und/oder dass das Spülen und/oder das Evakuieren und Spülen mehrfach wiederholt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülen mit den dampf- und/oder gasförmiges Medium eines ersten Typs in den evakuierten Behälterinnenraum erfolgt, wobei der Behälterinnenraum vorzugsweise einen Druck von etwa 90 mbar bis 120 mbar (absolut), vorzugsweise einen Druck von 100 mbar aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Spülen mit Wasserdampf in den evakuierten Behälterinnenraum das Vorspannen mit CO2-Gas erfolgt.
Füllsystem zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (4) mit einem flüssigen Füllgut, mit mehreren Füllelementen (1), mit mehreren für sämtliche Füllelemente (1) gemeinsamen Gasräumen (5.2) oder Gaskanälen (18–21), die mit gesteuerten Gaswegen der Füllelemente (1) verbunden sind und von denen während des Füllbetriebes wenigstens ein Gasraum oder Gaskanal (21) ein heißes dampfförmiges Medium, vorzugsweise Wasserdampf, oder ein unter Druck stehendes Inertgas eines ersten Typs, ein Gasraum oder Gaskanal (5.2) ein Inertgas eines zweiten Typs und wenigstens ein weiterer Gasraum oder Gaskanal (19) ein Vakuum führen, wobei über die gesteuerten Gaswegen der Innenraum des in Dichtlage am Füllelement (1) angeordneten Behälters (4) vor dem eigentlichen Füllen zunächst zumindest in wenigstens einer Spülphase mit dem heißen dampfförmigen Medium oder mit dem Inertgas des ersten Typs, gespült und auf die wenigstens eine Spülphase folgend mit einem Inertgas auf einen Vorspanndruck (P_F) vorgespannt wird, gekennzeichnet durch wenigstens einen weiteren, für die Füllelemente (1) des Füllsystems gemeinsamen Gasraum oder Gaskanal (20) für ein Inertgas eines dritten Typs, welches das Inertgas des ersten und zweiten Typs in Mischung enthält, wobei in dieser Mischung der Anteil des Inertgases des zweiten Typs größer ist als der Anteil des Inertgases des ersten Typs.
Füllsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerventilanordnung (17) jedes Füllelementes (1) für ein Verbinden des Innenraums des Behälters (4) mit dem das Vakuum führenden Gaskanal (19) und mit dem das heiße dampfförmige Medium oder das Inertgas des ersten Typs führenden Gaskanal (21) während der Spülphase ausgebildet ist.
Füllsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerventilanordnung (17) jedes Füllelementes (1) für ein Verbinden des jeweiligen Behälterinnenraums für ein Teilvorspannen mit dem das Inertgas des ersten Typs führenden Gaskanals (21) ausgebildet ist.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerventilanordnung (17) jedes Füllelementes (1) für ein Verbinden des Behälterinnenraumes für ein endgültiges Vorspannen mit dem das Inertgas des ersten Typs führenden Gasraum (5.2) und/oder mit dem das Inertgas des dritten Typs führenden Gasraum (20) ausgebildet ist.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas des ersten Typs Stickstoff und/oder das Inertgas des zweiten Typs CO2-Gas und/oder das Inertgas des dritten Typs ein Gasgemisch aus dem Inertgas des ersten und zweiten Typs sind, wobei im Gasgemisch der Anteil an CO2-Gas gegenüber dem Anteil an Stickstoff überwiegt.