DE102014117279A1

DE102014117279A1 - Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt

Info

Publication number: DE102014117279A1
Application number: DE102014117279.5A
Authority: DE
Inventors: c/o KRONES AG Fischer Simon
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-05-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Befüllen eines Behälters (100) mit einem Füllprodukt, umfassend eine Sterilisiereinrichtung (3) mit einem Sterilfilter (34) zum Sterilisieren von gasförmigem Stickstoff und mit einem Verflüssiger (30) zum Verflüssigen des filtrierten, gasförmigen Stickstoffs, wobei ein Wärmetauscher des Verflüssigers (30) mit einer Stickstoffzuleitung (40) zum Zuleiten flüssigen Stickstoffs zum Bereitstellen von Kälte durch Verdampfen des flüssigen Stickstoffs und mit einer Abgasleitung (42) zum Ableiten des verdampften Stickstoffs verbunden ist, und die Vorrichtung (1) weiterhin eine Dosiereinrichtung (2) zum Eindosieren des sterilfiltrierten, flüssigen Stickstoffs (N2) in einen Behälter (100) vor dem Verschließen des Behälters (100) mit einem Behälterverschluss (120) umfasst, wobei die Abgasleitung (42) mit einem weiteren Sterilfilter (44) zum Sterilisieren des über die Abgasleitung (42) zugeführten gasförmigen Stickstoffs verbunden ist und das sterile Stickstoffgas über eine Sterilstickstoffgasleitung (46) zur Ausbildung einer inerten Atmosphäre zum Schutz des Behälters (100) gegen das Eindringen von Sauerstoff bereitgestellt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt in einer aseptischen Getränkeabfüllanlage, welche eine Dosiereinrichtung zum Einbringen von flüssigem, sterilem Stickstoff in einen zu befüllenden oder in einen befüllten Behälter vor dessen Verschließen umfasst.
Stand der Technik
Beim Abfüllen von sauerstoffempfindlichen Getränken ist es eine bekannte Herausforderung, den Sauerstoffgehalt in dem zu befüllenden Behälter sowie in dem befüllten Behälter so gering wie möglich zu halten. Hierzu wird üblicherweise der zu befüllende Behälter mit einem inerten Gas gespült, bevor das eigentliche Füllprodukt eingefüllt wird. Die Befüllung des mit dem inerten Gas gespülten Behälters mit dem Füllprodukt findet dann bevorzugt unter einer gasdichten Abdichtung zwischen dem das Füllprodukt ausgebenden Füllorgan und dem zu befüllenden Behälter statt, um einen Eintrag von Sauerstoff in den Behälter während des Befüllvorganges zu vermeiden.
Um weiterhin zu vermeiden, dass Sauerstoff in den Kopfraum eines befüllten Behälters gelangt, also in das zwischen der Behältermündung und dem Flüssigkeitsspiegel des Füllprodukts in dem befüllten Behälter befindlichen Volumens, beziehungsweise um den darin befindlichen Sauerstoff zu verdrängen, ist es bekannt, in den Kopfraum des befüllten Behälters auf das Füllprodukt flüssigen Stickstoff auf zu tropfen, welcher dann nach und nach verdampft. Das eingebrachte Stickstoffvolumen ist dabei bevorzugt so bemessen, dass der Stickstoff so lange verdampft, bis der eigentliche Behälterverschluss aufgebracht ist. Der Stickstoff verdrängt dabei den Sauerstoff aus dem Kopfraum des Behälters.
In einer besonders bevorzugten Ausbildung wird der flüssige Stickstoff derart in den Kopfraum des befüllten Behälters eingebracht, dass ein Verdampfen des Stickstoffes auch noch während des eigentlichen Verschließvorganges beziehungsweise auch noch nach dem Verschließen stattfindet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass zum einen sämtlicher Sauerstoff aus dem Kopfraum des dann verschlossenen Behälters verdrängt wurde, und zum anderen kann auf diese Weise erreicht werden, dass ein Überdruck im Kopfraum bereitgestellt wird, welcher dafür sorgt, dass ein unerwünschtes Eindringen von Fremdstoffen in den Behälter vermieden wird, da stets ein nach außen gerichteter Druck vorliegt. Weiterhin kann ein auf diese Weise erzeugter Innendruck in dem befüllten und verschlossenen Behälter zur Stabilisierung des Behälters verwendet werden, insbesondere wenn der eigentliche Behälter nur eine begrenzte strukturelle Stabilität aufweist, beispielsweise im Falle von sehr dünnwandigen Kunststoffbehältern oder Kartonverpackungen.
Weiterhin ist es bekannt, empfindliche Getränke unter aseptischen Bedingungen abzufüllen. Bei der aseptischen Abfüllung wird darauf geachtet, dass der zu befüllende Behälter sowie das Füllorgan und zumindest der Transportweg des befüllten Behälters von der Füllvorrichtung bis zum Verschließer jeweils in einer kontrollierten, keimfreien Atmosphäre verläuft. Hierzu ist üblicherweise ein so genannter Isolator vorgesehen, in welchem die Füllvorrichtung sowie der Verschließer angeordnet sind, sowie auch die Vorrichtungen zum Transport der Behälter zwischen diesen Vorrichtungen. Bevorzugt ist auch eine Vorrichtung zum Reinigen der zu befüllenden Behälter, zum Rinsen der zu befüllenden Behälter beziehungsweise eine Vorrichtung zum Herstellen der zu befüllenden Behälter innerhalb des Isolators oder eines Abschnittes des Isolators vorgesehen. In dem Isolator wird eine kontrollierte, keimfreie Atmosphäre vorgehalten, beispielsweise durch das Zuführen eines konstanten Stromes an Sterilluft in den Isolator. Die Atmosphäre im Isolator steht dabei bevorzugt unter einem leichten Überdruck gegenüber der Umgebung, so dass das Eindringen von Fremdstoffen in den Isolator möglichst weitgehend unterbunden wird.
Aseptisch abzufüllende Getränke beziehungsweise Füllprodukte sind häufig auch sauerstoffempfindlich. Entsprechend ist es bekannt, in einer aseptischen Füllanlage mittels des oben beschriebenen Zuführens flüssigen Stickstoffs den Kopfraum des befüllten Behälters bis zum Verschließen beziehungsweise bis nach dem Verschließen mit einer Stickstoffatmosphäre zu beaufschlagen. Hierfür wird üblicherweise steriler Stickstoff verwendet. Zur Herstellung des sterilen Stickstoffs ist es bekannt, flüssigen Stickstoff zunächst zu verdampfen, das Stickstoffgas dann über einen Sterilfilter zu leiten und daraufhin das dann sterile Stickstoffgas wieder zu verflüssigen, um mittels der Dosiereinrichtung dosierbaren flüssigen und sterilen Stickstoff bereit zu stellen. Sterilfilter sind prinzipiell bekannt.
Die Verflüssigung des sterilen Stickstoffgases nach dem Sterilfilter wird unter Einsatz eines Wärmetauschers beziehungsweise Kondensators vorgenommen, welcher durch das Zuführen von flüssigem, kalten und nicht sterilem Stickstoff unter die Kondensationstemperatur des gasförmigen Stickstoffs herabgekühlt wird. Entsprechend wird das sterile Stickstoffgas durch die über flüssigen Stickstoff zugeführte Kälteenergie abgekühlt und wieder verflüssigt.
Bei diesem Vorgang des Verflüssigens des sterilen Stickstoffgases verdampft der flüssige Stickstoff, welcher zur Kühlung verwendet wird. Dieser verdampfte Stickstoff wird in den bekannten Anlagen als Abgas an die Umgebung ausgegeben.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt vorgeschlagen, die eine Sterilisiereinrichtung mit einem Sterilfilter zum Sterilisieren von gasförmigem Stickstoff und mit einem Verflüssiger zum Verflüssigen des filtrierten, gasförmigen Stickstoffs umfasst, wobei ein Wärmetauscher des Verflüssigers mit einer Stickstoffzuleitung zum Zuleiten flüssigen Stickstoffs zum Bereitstellen von Kälte durch Verdampfen des flüssigen Stickstoffs und mit einer Abgasleitung zum Ableiten des verdampften Stickstoffs verbunden ist, und die Vorrichtung weiterhin eine Dosiereinrichtung zum Eindosieren des sterilfiltrierten, flüssigen Stickstoffs in einen Behälter vor dem Verschließen des Behälters mit einem Behälterverschluss umfasst. Erfindungsgemäß ist die Abgasleitung mit einem weiteren Sterilfilter zum Sterilisieren des über die Abgasleitung zugeführten gasförmigen Stickstoffs verbunden und das sterile Stickstoffgas ist über eine Sterilstickstoffgasleitung zur Ausbildung einer inerten Atmosphäre zum Schutz des Behälters gegen das Eindringen von Sauerstoff bereitgestellt.
Dadurch, dass ein weiterer Sterilfilter zur Sterilisierung des im Verflüssiger verdampften Stickstoffs vorgesehen ist, der über eine Sterilstickstoffgasleitung zur Ausbildung einer inerten Atmosphäre zum Schutz des Behälters gegen das Eindringen von Sauerstoff bereitgestellt ist, kann eine effiziente Verwendung des im Verflüssiger verdampften Stickstoffes sowie eine Verbesserung des Sauerstoffschutzes in der Vorrichtung erreicht werden.
Insbesondere kann das auf diese Weise ebenfalls sterilisierte Stickstoffgas, welches im Stand der Technik als Abgas in die Umgebung abgeleitet wurde, zum Kopfraumschutz des zu befüllenden oder des befüllten Behälters verwendet werden, um den Mündungsbereich beziehungsweise den Innenraum eines zu befüllenden Behälters oder eines befüllten Behälters auf zumindest einem Abschnitt des Transportwegs durch die Getränkeabfüllanlage unter einer inerten Atmosphäre zu führen. Entsprechend wird damit zum einen erreicht, dass die Sterilität des Behälters sowie des Füllproduktes nicht beeinträchtigt wird, und zum anderen, dass das Eintreten von Sauerstoff in den zu befüllenden oder den befüllten Behälter noch besser unterbunden werden kann.
Bevorzugt kommuniziert die Sterilstickstoffgasleitung mit einem Kopfraumschutz zum Schützen des Behälterkopfraums vor dem Eintritt von Sauerstoff. Besonders bevorzugt ist der Kopfraumschutz als Mündungsspülung zum Spülen der Mündung und/oder des Innenraums des Behälters mit sterilem Stickstoffgas ausgebildet, und/oder als Verschlussspülung zum Spülen der Kavität eines Behälterverschlusses vor dem Verschließen des Behälters, und/oder als Ausströmdüse zum Umströmen eines Füllproduktstroms in den zu befüllenden Behälter. Durch das Bereitstellen des Kopfraumschutzes wird erreicht, dass auch in den jeweiligen Bereichen ein Eintragen von Sauerstoff reduziert beziehungsweise ausgeschlossen wird.
Bevorzugt ist die Sterilstickstoffgasleitung mit einem Spülkanal zum Spülen des Behälters mit dem sterilen Stickstoffgas während der Bewegung des Behälters in Bewegungsrichtung entlang eines vorgegebenen Transportwegs vorgesehen. Besonders umfasst ist der Spülkanal einen sich entlang des Transportwegs erstreckenden Spülkanalkasten zur Aufnahme zumindest einer Mündung des Behälters umfasst und mindestens eine Leitwand zum Leiten des Stromes an sterilem Stickstoffgas entlang des Mündungsbereichs des Behälters ist vorgesehen.
Entsprechend kann über die auf diese Weise bereitgestellte Vorrichtung ein verbesserter Sauerstoffschutz für einen zu befüllenden Behälter oder einen bereits befüllten Behälter bei der aseptischen Abfüllung sauerstoffempfindlicher Füllprodukte bereitgestellt werden. Dadurch, dass das Stickstoffgas, welches bei der Verflüssigung des sterilen Stickstoffgases für die Zuführung eines sterilen flüssigen Stickstoffs in den Kopfraum des befüllten Behälters als Abgas anfällt, zum Bereitstellen einer inerten Atmosphäre verwendet wird, kann diese Verbesserung effizient erreicht werden.
Entsprechend kann auf diese Weise ein effizienter Sauerstoffschutz für sauerstoffempfindliche Getränke bei der aseptischen Abfüllung erreicht werden, bei welchem auf das separate Zuführen von Stickstoff beziehungsweise einem anderen inerten Gas zum Kopfraumschutz verzichtet werden kann, beziehungsweise das Zuführen eines solchen inerten Gases mengenmäßig reduziert werden kann.
Durch das Bereitstellen der inerten Atmosphäre kann weiterhin unter Umständen auch das Volumen des in den Kopfraum eingebrachten flüssigen Stickstoffs reduziert werden, so dass der gesamte Verbrauch an Stickstoff reduziert werden kann. Weiterhin kann insbesondere bei kleinvolumigen Verpackungsgrößen auf diese Weise durch das Bereitstellen des zusätzlichen Kopfraumschutzes sichergestellt werden, dass der relative Sauerstoffanteil in der Verpackung so niedrig wie möglich gehalten wird.
Eine Anwendung zur Abfüllung mit einem Freistrahlfüller kann ebenso vorgesehen sein, wobei hierbei zunächst ein Beaufschlagen des zu befüllenden Behälters mit sterilem, flüssigem Stickstoff vorgenommen wird, um den Sauerstoff aus dem Behälter zu verdrängen. Der zu befüllende Behälter wird dann ebenfalls unter der inerten Atmosphäre des Kopfraumschutzes bis zur Füllvorrichtung geführt. In der Füllvorrichtung wird weiterhin durch ständiges Zuführen des inerten Gases eine inerte Atmosphäre bereitgestellt, unter welcher das sauerstoffempfindliche Füllprodukt abgefüllt werden kann. Auch der weitere Produktweg kann mit dem sterilen Stickstoffgas beaufschlagt werden.
Bevorzugt ist auch ein Einbringen des flüssigen Stickstoffs an mindestens zwei oder mehreren unterschiedlichen Positionen auf der Transportstrecke zwischen dem Eintritt des Behälters in den Isolator, beispielsweise nach der Herstellung der Behälter, vor der Übergabe an die Füllvorrichtung und nach der Befüllung, sowie vor der Übergabe an den Verschließer vorgesehen, um sicherzustellen, dass das sauerstoffempfindliche Füllprodukt nur in möglichst geringem Umfange, bevorzugt überhaupt nicht, mit Sauerstoff in Kontakt tritt.
Eine Ausgabeöffnung der Dosiereinrichtung sowie eine Austrittsöffnung der Sterilstickstoffgasleitung münden bevorzugt in einem von einem Isolator zur Ausbildung einer aseptischen Atmosphäre umgebenen Raum.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt,
2 eine schematische Darstellung des Bereitstellens eines Kopfraumschutzes eines befüllten Behälters,
3 eine schematische Darstellung des Kopfraumschutzes unter Beaufschlagung eines Verschlusses in einem Verschließer mit einem Inertgas,
4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aufbringen von Inertgas als Kopfraumschutz,
5 eine schematische Darstellung des Einbringens von Inertgas auf eine Behältertransportvorrichtung,
6 eine schematische Darstellung des Bereitstellens eines Kopfraumschutzes in einem kurvenförmigen Transportweg,
7 eine schematische Darstellung des Bereitstellens eines Kopfraumschutzes bei einem linearen Transportweg,
8 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Positionen der Dosierung von flüssigem Stickstoff in der Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters,
9 eine schematische Darstellung eines Behälters mit einem Stillwasserboden,
10 eine schematische Darstellung eines Behälters mit einem Petaloidboden,
11 eine weitere schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bei welchem ein Inertgasstrom den Behälter umspült.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Um Redundanzen zu vermeiden, wird auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet.
In 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zum Befüllen von schematisch angedeuteten zu befüllenden Behältern 100 mit einem Füllprodukt gezeigt. Die Vorrichtung umfasst unter anderem eine Dosiereinrichtung 2, mittels welcher flüssiger Stickstoff durch die Mündung 110 in den Innenraum des Behälters 100, beispielsweise in den Kopfraum 112 eines befüllten Behälters 100, dosiert werden kann. Die Dosiereinrichtung 2 wird auch als Stickstoffdroppler bezeichnet, da mittels der Dosiereinrichtung 2 Tropfen flüssigen Stickstoffs durch die Mündung 110 des Behälters 100 in den Behälterinnenraum eingebracht werden können. Das Volumen beziehungsweise die Menge des in den Behälterinnenraum eingebrachten Stickstoffs kann über die Dosiereinrichtung 2 eingestellt werden, so dass in jeden Behälter 100 die gleiche Menge beziehungsweise das gleiche Volumen an flüssigem Stickstoff eingebracht wird.
Der über die Dosiereinrichtung 2 in den Behälter 100 eingebrachte flüssige Stickstoff wird vor dem Einbringen in den Behälter 100 mittels einer Sterilisiereinrichtung 3 sterilisiert. Die Sterilisiereinrichtung 3 umfasst einen Verflüssiger 30, mittels welchem sterilisiertes Stickstoffgas wieder zu flüssigem Stickstoff verflüssigt werden kann.
Der nicht sterile Stickstoff wird über eine Stickstoffzuleitung 32 zugeführt. Das Stickstoffgas wird beispielsweise durch vorheriges Verdampfen flüssigen Stickstoffs, der auf herkömmliche Weise beispielsweise aus einem Stickstofftank zugeführt wird, bereitgestellt. Die Stickstoffzuleitung 32 wird einem Sterilfilter 34 zugeführt, mittels welchem das über die Stickstoffzuleitung 32 zugeführte Stickstoffgas steril gefiltert werden kann. Das entsprechend steril gefilterte Stickstoffgas wird dann über eine Sterilstickstoffgasleitung 36 dem Verflüssiger 30 zugeleitet, um dort zur nachfolgenden Dosierung über die Dosiereinrichtung 2 wieder verflüssigt zu werden.
Im Verflüssiger 30 wird das von dem Sterilfilter 34 über die Sterilstickstoffgasleitung 36 ankommende sterile Stickstoffgas heruntergekühlt bis es kondensiert und auf diese Weise steriler Flüssigstickstoff erzeugt.
Um im Verflüssiger 30 die notwendige Kälte für den Verflüssiger bereitzustellen, wird über eine weitere Stickstoffzuleitung 40 flüssiger Stickstoff, der beispielsweise aus der gleichen Stickstoffquelle stammt, wie der über die Stickstoffzuleitung 32 dem Sterilfilter 34 zugeführte Stickstoff, dem Verflüssiger 30 zugeleitet. Die weitere Stickstoffzuleitung 40 ist vorteilhaft vakuumisoliert um vorzeitigen Wärmeeintrag und damit auftretende Verdampfungsverluste weitestgehend auszuschließen. Im Verflüssiger 30 dient der flüssige, bevorzugt weit unter die Kondensationstemperatur gekühlte Stickstoff dazu, über einen entsprechenden Wärmetauscher des Verflüssigers 30 das von dem Sterilfilter 34 über die Stickstoffgaszuleitung 36 zugeführte sterile Stickstoffgas unter die Kondensationstemperatur zu kühlen und damit wieder zu verflüssigen.
Im Wärmetauscher des Verflüssigers 30 verdampft der zum Kühlen eingesetzte flüssige Stickstoff und der dann gasförmige Stickstoff wird über eine Abgasleitung 42 aus dem Wärmetauscher des Verflüssigers 30 abgeleitet.
Um auch diesen Stickstoffgasstrom nachfolgend in der Vorrichtung 1 verwenden zu können und diesen nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, lediglich an die Umgebung abzugeben, ist die Abgasleitung 42 mit einem weiteren Sterilfilter 44 verbunden. Das über die Abgasleitung 42 zugeführte Stickstoffgas wird entsprechend sterilgefiltert. Zur Überwindung des Druckverlustes am Sterilfilter 44 ist vorteilhaft in der Abgasleitung 42 eine nicht gezeigte Druckerhöhungseinrichtung vorgesehen. Nach dem Sterilfilter 44 liegt dann in einer Sterilstickstoffgasleitung 46 ein steriles Stickstoffgas vor. Dieses sterile Stickstoffgas wird nachfolgend zur Ausbildung einer inerten Atmosphäre zum Schutz der Behälter 100 gegen das Eindringen von Sauerstoff verwendet.
Diese inerte Atmosphäre zum Schutz des Behälters gegen das Eindringen von Sauerstoff wird nachfolgend beispielsweise für einen Kopfraumschutz 5 beschrieben. Dieser Kopfraumschutz 5 kann unterschiedlich ausgeprägt sein, dient aber üblicherweise dazu, das sterile Stickstoffgas dem Kopfraum und dem Mündungsbereich eines zu befüllenden Behälters 100 beziehungsweise eines befüllten Behälters zuzuführen, um Sauerstoff zu verdrängen beziehungsweise einem erneuten Eintreten von Sauerstoff vorzubeugen. Unterschiedliche Ausprägungen des Kopfraumschutzes 5 werden anhand der in den nachfolgenden Figuren gezeigten beispielhaften Ausführungsbeispiele diskutiert.
Aus der Sterilstickstoffgaszuleitung 36 kann mittels eines Bypass 38 Sterilstickstoff auch zum Kopfraumschutz 5 geleitet werden.
Durch die auf diese Weise ausgebildete Vorrichtung 1 zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt kann entsprechend auf effiziente Weise erreicht werden, dass sämtlicher Stickstoff, welcher eingesetzt wird, schlussendlich auch zum Verdrängen von Sauerstoff aus einem zu befüllenden Behälter 100 beziehungsweise aus einem bereits befüllten Behälter 100 genutzt wird. Damit kann auch ein vergrößertes Gasvolumen an sterilem Inertgas, insbesondere sterilem Stickstoffgas, zum Kopfraumschutz verwendet werden, ohne dass die Gesamtmenge an verbrauchtem Stickstoff gegenüber bekannten Anlagen erhöht wird. Durch das Bereitstellen des Stickstoffgases, welches als Abgas aus dem Verflüssiger 30 stammt, über den Sterilfilter 44 kann entsprechend gegenüber den herkömmlichen Ausbildungen eine deutlich erhöhte Effizienz bei der Verwendung des Stickstoffs erreicht werden.
Mit anderen Worten wird das aus dem Verflüssiger 30 der Sterilisiereinrichtung stammende Stickstoffabgas nach einer Sterilisierung zum Kopfraumschutz zur Reduzierung der im Kopfraum des jeweiligen Behälters eingeschlossenen Sauerstoffmenge eingesetzt. Entsprechend wird das an der Abgasleitung 42 anstehende Stickstoffgas nicht, wie bisher üblich, an die Umgebung abgeleitet, sondern über einen Sterilfilter 44 steril gefiltert und dann zum Kopfraumschutz verwendet.
2 zeigt schematisch die Verwendung des sterilen Stickstoffgases als Kopfraumschutz für Behälter 100. Dabei wird das sterile Stickstoffgas über eine Spüldüse 50 jeweils in die Mündungen 110 der sich in Bewegungsrichtung X bewegenden Behälter 100 eingeblasen. Auf diese Weise kann eine Reduktion des sich im Behälter 100 befindlichen Sauerstoffanteils erreicht werden.
In 3 ist schematisch ein Verschließer gezeigt, bei welchem die Verschlüsse 120 auf die Behältermündungen 110 aufgebracht werden. Hier ein Kopfraumschutz 5 gezeigt, bei welchem steriles Stickstoffgas über eine Spüldüse 50 auf die befüllten Behälter 100 aufgebracht wird.
Weiterhin ist eine Verschlussspülung 52 vorgesehen, welche einen Behälterverschluss 120 beziehungsweise dessen Kavität 122 wiederum mit dem sterilen Stickstoffgas spült.
Durch die Verschlussspülung 52 kann sichergestellt werden, dass auch der sich in der Kavität 122 des Verschlusses 120 befindliche Sauerstoffanteil gegenüber dem Sauerstoffanteil in der umgebenden Atmosphäre reduziert ist. Bevorzugt ist die Verschlussspülung 52 so ausgebildet, dass sich in der Kavität 122 des Verschlusses 120 nur noch gasförmiger, steriler Stickstoff befindet.
In den 4 bis 7 ist eine weitere Ausprägung eines Kopfraumschutzes 5 gezeigt. Der Kopfraumschutz 5 ist hier in Form eines Spülkanals 54 vorgesehen, in welchen die Mündungen 110 der Behälter 100 hereinragen. In den Spülkanal 54 wird das sterile Stickstoffgas über die Sterilstickstoffgasleitung 46 derart zugeführt, dass in dem Spülkanal 54 eine Atmosphäre aus sterilem Stickstoffgas vorliegt. An den Pfeilen zu erkennen ist, dass hier ein steter Strom an sterilem Stickstoffgas in den Spülkanal 54 eingebracht wird, mittels welchem ebenfalls ein stetes Herabstreichen des Stickstoffgases an den Behälteraußenwänden 100 beziehungsweise dem Mündungsbereich 110 erreicht wird, derart, dass ein Eintreten von Sauerstoff in den Innenraum des Behälters 100 reduziert beziehungsweise vermieden wird. Auf diese Weise kann auch ein sich noch im Behälter 100 befindliches Sauerstoffvolumen verdrängt werden.
Der Spülkanal 54 kann im Prinzip in einer beliebigen Form ausgebildet sein. Der Spülkanal 54 in der Ausführungsform der 4 bis 7 weist neben dem eigentlichen Spülkanalkasten 540 auch sich entlang der Mündung 110 des Behälters 100 erstreckende Leitwände 542 auf, welche das über die Sterilstickstoffgasleitung 46 dem Spülkanal 54 zugeführte Stickstoffgas an der Mündung 110 entlang führen.
In 4 ist eine schematische Schnittdarstellung durch den Spülkanal 54 senkrecht zur Bewegungsrichtung gezeigt. In 5 ist eine schematische Draufsicht auf den Spülkanal 54 in einer seitlichen Draufsicht gezeigt. Der Spülkanalkasten 540 und die Leitwände 542 sind klar erkennbar.
Das Sterilstickstoffgas wird über die Sterilstickstoffgasleitung 46 zugeführt und in Bewegungsrichtung X der Behälter 100 in den Spülkanal 54 über entsprechende Gasdüsen 544 eingespritzt. Durch das Einspritzen des Sterilgases in Bewegungsrichtung X kann das Auftreten von Verwirbelungen reduziert werden und entsprechend eine noch sichere Bereitstellung einer Sterilgasatmosphäre um die Mündungen 110 der Behälter 100 bereitgestellt werden. Durch das Verringern von Verwirbelungen kann das Hereinziehen von Sauerstoff beziehungsweise Umgebungsluft in den Spülkanal 54 reduziert werden beziehungsweise vermieden werden.
6 zeigt schematisch in einer Draufsicht einen Kopfraumschutz 5 mit dem Spülkanal 54, welcher in einer Kurvenform geführt ist. In 7 ist wiederum ein Kopfraumschutz 5 gezeigt, bei welchem der Spülkanal 54 in einer linearen Anordnung bezüglich der Bewegungsrichtung X vorgesehen ist. Mittels des in den 5 bis 7 vorgestellten Kopfraumschutzes kann entsprechend der Mündungsbereich 110 der Behälter 100 in einer sterilen und inerten Atmosphäre geführt werden, unabhängig von dem jeweiligen Transportweg der Behälter 100. In modernen Rundläuferfüllvorrichtungen sind die jeweiligen Transportwege und damit auch die Bewegungsrichtung X üblicherweise gekrümmt ausgeführt.
8 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt wobei hier unterschiedliche Verfahrensschritte und die zugehörigen Vorrichtungen gezeigt sind. Die zu befüllenden Behälter werden in einer Blasmaschine 140 streckgeblasen, dann über eine Vielzahl von Transfersternen 150 transportiert, um während des Transportes beispielsweise auch auszukühlen, dann wird in einem Füller 160 das Füllprodukt in die zu befüllenden Behälter eingegeben und nach einem erneuten Transfer mittels eines Transfersterns 150 die dann befüllten Behälter an einen Verschließer 170 übergeben. Hierbei handelt es sich um eine an sich bekannte Vorrichtung 1 zum Befüllen von Behältern.
Die genannten Vorrichtungen, insbesondere die Blasmaschine 140, die Transfersterne 150, der Füller 160 sowie der Verschließer 170 sind in einem Isolator 180 angeordnet, wobei der Isolator an sich auch bekannt ist, und einen umschlossenen Raum darstellt, in welchem eine entsprechende sterile Atmosphäre zur aseptischen Abfüllung von Getränken bereitgestellt wird.
Im Transportweg der zu befüllenden Behälter beziehungsweise der befüllten Behälter sind an unterschiedlichen Positionen Dosiereinrichtungen 2 vorgesehen. Eine Dosiervorrichtung 20 ist am Anfang des Transfers der fertig hergestellten Behälter, welche aus der Blasmaschine 140 ausgegeben werden, vorgesehen. Das Einbringen von flüssigem Stickstoff in die aus der Blasmaschine 140 ausgeleiteten Behälter hat nicht nur den positiven Effekt, dass der expandierende, im Inneren des Behälters aufgenommene Stickstoff den im Behälter vorliegenden Sauerstoff verdrängt, sondern der flüssige Stickstoff kühlt auch gleichzeitig den Behälter und insbesondere den Behälterboden. Auf diese Weise kann während des Transfers mittels der Transfersterne 150 sowohl der Kühlprozess des fertig streckgeblasenen Behälters unterstützt werden, als auch Sauerstoff aus dem Innenraum des Behälters verdrängt werden.
Eine weitere Dosiereinrichtung 22 ist am Ende der Transferstrecke, welche mittels der Transfersterne 150 ausgebildet wird, vorgesehen und kurz vor dem Transfernstern, welcher die zu befüllenden Behälter an den Füller 160 übergibt. An dieser Position ist der Behälter bevorzugt bereits hinreichend abgekühlt und das Einbringen des flüssigen Stickstoffs sowie das entsprechende gasförmige Expandieren des Stickstoffs verdrängt den in dem zu befüllenden Behälter befindlichen Sauerstoff. Nachfolgend wird der zu befüllende Behälter im Füller 160 bevorzugt an das jeweilige Füllorgan so angepresst, dass eine gasdichte Verbindung bereitgestellt ist und entsprechend der Füllvorgang ohne den zusätzlichen Eintrag von Sauerstoff aus der Umgebung stattfinden kann.
In einer alternativen Ausführungsform, die hier nicht gezeigt ist, kann der Füller 160 auch einen Kopfraumschutz in Form des Spülkanals 54 aufweisen, derart, dass ein Befüllen der Behälter dann im Freistrahl stattfinden kann. Durch das Bereitstellen der Stickstoffatmosphäre um den Mündungsbereich herum kann dann ebenfalls der Eintrag von Sauerstoff aus der Umgebung vermieden werden.
Nach dem Füller 160 ist an dem Transportstern 150, welcher die Behälter aus dem Füller 160 übernimmt und an den Verschließer 170 übergibt, eine weitere Dosiereinrichtung 24 vorgesehen. Mittels der Dosiereinrichtung 24 wird wiederum flüssiger Stickstoff in den Kopfraum des nun befüllten Behälters 100 eingebracht, derart, dass ein vorgegebenes flüssiges Volumen an Stickstoff auf der Oberfläche des Füllprodukts aufgelegt wird, von wo aus er verdampft. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass Sauerstoff aus der Umgebung in Kontakt mit dem Füllprodukt kommt und gleichzeitig kann eine inerte Atmosphäre im Kopfraum des Behälters bereitgestellt werden, welche bevorzugt bis zum Verschließen des Behälters im Verschließer 170 aufrechterhalten wird.
Der Verschließer 170 kann wiederum bevorzugt mit einem Kopfraumschutz in Form eines Spülkanals, so wie er in den 4 bis 7 gezeigt ist, versehen sein. Andere Arten des Kopfraumschutzes sind beispielsweise in den 2 und 3 gezeigt.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass in 8 in der Transportstrecke der Behälter von der Herstellung der Behälter in der Blasmaschine 140 bis hin zum Verschließen im Verschließer 170 an unterschiedlichen Stellen ein Kopfraumschutz bereitgestellt wird, beispielsweise in Form der Dosiereinrichtungen 20, 22, 24, mittels welchen flüssiger Stickstoff in den zu befüllenden Behälter beziehungsweise den befüllten Behälter eingebracht wird, um auf diese Weise Sauerstoff aus dem Innenraum des Behälters zu verdrängen.
Das Eindosieren des Stickstoffs mit der Dosiereinrichtung 24 kurz vor dem Verschließer 170 kann weiterhin dazu dienen, auch nach dem Verschließen noch ein weiteres Verdampfen zu ermöglichen, um auf diese Weise einen erhöhten Druck des dann vollständig verschlossenen Behälters bereitzustellen, um aufgrund des erhöhten Innendrucks eine erhöhte Stabilität des befüllten Behälters bereitzustellen.
In 9 ist ein Behälter 100 schematisch gezeigt, welcher einen Stillwasserboden 114 aufweist. Ein solcher Stillwasserboden 114 ist beim Befüllen im Wesentlichen unproblematisch und unempfindlich gegen das Auftreffen eines kalten Füllprodukts.
10 zeigt schematisch einen Behälter 100 mit einem Petaloidboden 116, der vor dem Einfüllen des jeweiligen Füllprodukts hinreichend ausgekühlt sein muss, um Verformungen des Bodens zu vermeiden. Hier ist es besonders bevorzugt, eine Dosiereinrichtung, so wie die in 8 bei der Position 20 gezeigte Dosiereinrichtung vorzusehen, mittels welcher ein beschleunigtes Abkühlen des Bodens des streckgeblasenen Behälters erreicht werden kann.
In 11 ist weiterhin schematisch ein Füller 160 gezeigt, welcher einen Ringkessel 162 zur Aufnahme des Füllprodukts 164 aufweist, über welchem ein Gasraum 166 angeordnet ist. Ausgehend von dem Ringkessel 162 sind Füllorgane 168 vorgesehen, welche einen Kopfraumschutz 5 dergestalt aufweisen, dass Ausströmdüsen 56 vorgesehen sind, durch welche hindurch das Stickstoffgas N₂ ausströmen kann. Das Füllprodukt 164 wird in einem Freistrahl zentral in die Mündung 110 der Behälter 100 eingebracht. Entsprechend ist der aus dem Füllorgan 168 austretende Strahl an Füllprodukt 164, der in den Behälter 101 einströmt, von dem Stickstoffgas N₂ umgeben, derart, dass auf diese Weise eine Abschirmung gegenüber dem Eintragen von Umgebungssauerstoff bereitgestellt ist.
Weiterhin ist bevorzugt das Stickstoffgas, welches über die Sterilstickstoffgasleitung 46 bereitgestellt wird, dem Gasraum 166 im Ringkessel 162 zugeführt, um auf diese Weise eine sterile Atmosphäre über dem Füllprodukt 164 im Ringkessel 162 bereitzustellen.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt
100: Behälter
110: Mündung
112: Kopfraum
114: Stillwasserboden
116: Petaloidboden
120: Behälterverschluss
122: Kavität
140: Blasmaschine
150: Transportstern
160: Füller
162: Ringkessel
164: Füllprodukt
166: Gasraum
168: Füllorgan
170: Verschließer
180: Isolator
2: Dosiereinrichtung
20: Dosiereinrichtung
22: Dosiereinrichtung
24: Dosiereinrichtung
3: Sterilisiereinrichtung
30: Verflüssiger
32: Stickstoffzuleitung
34: Sterilfilter
36: Sterilstickstoffgasleitung
38: Bypass
40: Stickstoffzuleitung
42: Abgasleitung
44: Sterilfilter
46: Sterilstickstoffgasleitung
5: Kopfraumschutz
50: Spüldüse
52: Verschlussspülung
54: Spülkanal
540: Spülkanalkasten
542: Leitwand
544: Gasdüse
56: Ausströmdüse
X: Bewegungsrichtung

Claims

Vorrichtung (1) zum Befüllen eines Behälters (100) mit einem Füllprodukt, bevorzugt in einer aseptischen Getränkeabfüllanlage, umfassend eine Sterilisiereinrichtung (3) mit einem Sterilfilter (34) zum Sterilisieren von gasförmigem Stickstoff und mit einem Verflüssiger (30) zum Verflüssigen des filtrierten, gasförmigen Stickstoffs, wobei ein Wärmetauscher des Verflüssigers (30) mit einer Stickstoffzuleitung (40) zum Zuleiten flüssigen Stickstoffs zum Bereitstellen von Kälte durch Verdampfen des flüssigen Stickstoffs und mit einer Abgasleitung (42) zum Ableiten des verdampften Stickstoffs verbunden ist, und die Vorrichtung (1) weiterhin eine Dosiereinrichtung (2) zum Eindosieren des sterilfiltrierten, flüssigen Stickstoffs (N₂) in einen Behälter (100) vor dem Verschließen des Behälters (100) mit einem Behälterverschluss (120) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (42) mit einem weiteren Sterilfilter (44) zum Sterilisieren des über die Abgasleitung (42) zugeführten gasförmigen Stickstoffs verbunden ist und das sterile Stickstoffgas über eine Sterilstickstoffgasleitung (46) zur Ausbildung einer inerten Atmosphäre zum Schutz des Behälters (100) gegen das Eindringen von Sauerstoff bereitgestellt ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sterilstickstoffgasleitung (46) mit einem Kopfraumschutz (5) kommuniziert.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfraumschutz (5) als Mündungsspülung zum Spülen der Mündung und/oder des Innenraums des Behälters (100) mit sterilem Stickstoffgas ausgebildet ist, als Verschlussspülung (52) zum Spülen der Kavität (122) eines Behälterverschlusses (120) vor dem Verschließen des Behälters (100), und/oder als Ausströmdüse (56) zum Umströmen eines Füllproduktstroms in den zu befüllenden Behälter (100) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sterilstickstoffgasleitung (46) mit einem Spülkanal (54) zum Spülen des Behälters (100) mit dem sterilen Stickstoffgas während der Bewegung des Behälters (100) in Bewegungsrichtung (X) entlang eines vorgegebenen Transportwegs vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülkanal (54) einen sich entlang des Transportwegs erstreckenden Spülkanalkasten (540) zur Aufnahme zumindest einer Mündung (110) des Behälters (100) umfasst und mindestens eine Leitwand (542) zum Leiten des Stromes an sterilem Stickstoffgas entlang des Mündungsbereichs des Behälters (100) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (2) im Transportweg nach der Herstellung zu befüllender Behälter in einer Blasmaschine (140), zwischen einer Blasmaschine (140) und einem Füller (160), oder zwischen einem Füller (160) und einem Verschließer (170) vorgesehen ist, um das Einbringen flüssigen Stickstoffs in den jeweiligen Behälter (100), bevorzugt in einen befüllten Behälter (100) zu ermöglichen.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sterile Stickstoffgasstrom nach dem Sterilfilter (34) vor dem Zuführen in den Verflüssiger (30) mit einem Bypass (38) versehen ist, mittels welchem das sterile Stickstoffgas dem Kopfraumschutz (5) zugeführt werden kann.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgabeöffnung der Dosiereinrichtung (2) sowie eine Austrittsöffnung der Sterilstickstoffgasleitung (46) in einen von einem Isolator (180) zur Ausbildung einer aseptischen Atmosphäre umgebenen Raum münden.