DE102015113369A1

DE102015113369A1 - Verfahren zum Füllen von Dosen oder dgl. Behältern mit einem flüssigen Füllgut

Info

Publication number: DE102015113369A1
Application number: DE102015113369.5A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath; Manfred Härtel
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2017-02-16
Also published as: WO2017025289A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Dosen oder dgl. Behältern mit einem flüssigen Füllgut. Der wesentliche Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Spül- und/oder Entlastungsgas zumindest teilweise über einen zweiten gesteuerten Rückgasweg in einen zweiten Ringkanal abgeleitet und zumindest teilweise zum Vorspülen des Behälterinnenraums eines weiteren Behälters wiederverwendet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Dosen oder dgl. Behältern mit einem flüssigen Füllgut gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Verfahren zum Füllen von Behältern, insbesondere auch zum Druckfüllen von Behältern in Form von Dosen mit einem flüssigen Füllgut sowie zugehörige Füllmaschinen sind in unterschiedlichster Form bekannt.
Hierbei ist es insbesondere aus dem Stand der Technik auch bekannt, in sauerstoffarmen Füllprozessen für Dosen oder dergleichen Behälter, die Dosen unmittelbar vor dem Füllvorgang direkt am Füllelement mit einem Inertgas, beispielweise CO2 oder Stickstoff, zu spülen. Während dieser Spülphase ist die Dose gegenüber der äußeren Atmosphäre abgedichtet am Füllelement angeordnet, so dass man von einem geschlossenen Spülprozess bzw. einer geschlossenen Spülphase spricht. Die frische, reine Kohlensäure wird dabei aus einem separaten Ringkanal entnommen und vorzugsweise zentral also mittig oder aber auch außermittig, also seitlich in die Dose eingeblasen. Dabei fließt das aus der Dose verdrängte Luft-/ CO-Gemisch in einen weiteren Ringkanal. Meist wird dabei auch noch das nach der Füllung im Kopfraum der Dose verbliebene Entlastungsgas in diesen drucklosen oder aber unter leichtem Überdruck stehenden, weiteren Ringkanal abgeführt. Insbesondere bei der Abfüllung von CO2-haltigen Getränken gelangen mit dem Spül- und/oder Entlastungsgas auch erhebliche Anteile von Aerosolen und Schaumresten in diesen weiteren Ringkanal. Zudem enthält das in den weiteren Ringkanal zurückgeführte Rückgas neben seiner CO2-Konzentration auch einen erheblichen Luftanteil, insbesondere Sauerstoff, aus den zugeführten Dosen, so dass das Rückgas trotz seiner noch vorhandenen CO2-Konzentration bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Füllen von Dosen an die äußere Atmosphäre ungenutzter Weise abgegeben wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Füllen von Dosen oder dergl. Behälter mit einem flüssigen Füllgut aufzuzeigen, bei dem der Inertgasverbrauch, insbesondere CO2-Gas-Verbrauch, im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Füllen von Dosen oder dergl. Behälter mit einem flüssigen Füllgut entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Spül- und/oder Entlastungsgas zumindest teilweise über einen zweiten gesteuerten Rückgasweg in einen zweiten Ringkanal abgeleitet wird und dass das derart in den zweiten Ringkanal abgeleitete Spül- und/oder Entlastungsgas zumindest teilweise zum Vorspülen des Behälterinnenraums eines weiteren Behälters wiederverwendet wird. Besonders vorteilhaft wird damit ein wesentlicher Anteil des während der Spül- und/oder Entlastungsphase verwendeten Inertgases bzw. des Inertgasverbrauches in einen weiteren vorhandenen Ringkanal abgezweigt, um einer Wiederverwendung als „Vorspülgas“ in einem dem eigentlichen Füllprozess zeitlich vorgelagerten Vorspülprozess bzw. Vorspülphase zugeführt zu werden, was zu einer gegenüber dem Stand der Technik deutlichen Verbrauchsreduzierung an Inertgas führt. Erfindungsgemäß wurde hierbei erkannt, dass sich während der Spül- und/oder Entlastungsphase ein erheblicher Anteil der Inertgasmenge auf Grund der hohen CO2-Konzentration und damit CO2-Reinheit eignet, um in einem Vorspülprozess wiederverwendet zu werden.
Besonders vorteilhaft werden dabei mindestens 30%, vorzugsweise 50% bis 75%, des Spül- und/oder Entlastungsgasvolumens in den zweiten Ringkanal abgeleitet, was die Wiederverwendung eines erheblichen Anteils der verwendeten Inertgasmenge während der Spül- und/oder Entlastungsphase ermöglicht.
Bevorzugt zum Ableiten des Spül- und/oder Entlastungsgases in den zweiten Ringkanal auf den zweiten gesteuerten Gasweg umgeschaltet, wobei die Umschaltung zeitpunktgesteuert und/oder in Abhängigkeit von der gemessenen Spülgasmenge erfolgen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann zum Ableiten des Spül- und/oder Entlastungsgases in den zweiten Ringkanal der erste gesteuerte Gasweg zumindest teilweise geschlossen werden, während der zweite gesteuerte Gasweg geöffnet wird. Damit erfolgt besonders vorteilhaft eine zumindest teilweise Ableitung des Spül- und/oder Entlastungsgases in den zweiten Ringkanal. Besonders vorteilhaft wird hierzu zum Ableiten des Spül- und/oder Entlastungsgases in den zweiten Ringkanal zumindest ein dem ersten gesteuerten Gasweg zugeordnetes Steuerventil geschlossen wird. Alternativ können auch zum Ableiten des Spül- und/oder Entlastungsgases in den zweiten Ringkanal beide dem ersten gesteuerten Gasweg zugeordnete Steuerventile geschlossen werden, wodurch eine vollständige Ableitung des Spül- und/oder Entlastungsgases in den zweiten Ringkanal erreicht wird.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsvariante wird zu Beginn der Spülphase das Spülgas über den ersten gesteuerten Gasweg dem ersten Ringkanal zugeführt, bevor zeitlich nachgelagert während der Spülphase der erste gesteuerte Gasweg geschlossen und annähernd gleichzeitig der zweite Gasweg geöffnet wird, derart, dass das Spülgas in den zweiten Ringkanal abgleitet wird. Bevorzugt steht der zweite Gaskanal unter einem Überdruck, wobei der Überdruck vorzugsweise zwischen 0,1 und 1,5 bar betragen kann. Bei höheren CO2-Gehalten im Getränk kann der Überdruck auch über 1,5 bar betragen.
In einer nochmals weiteren Ausführungsvariante wird zu Beginn der Entlastungsphase das Entlastungsgas über den zweiten gesteuerten Gasweg dem zweiten Ringkanal zugeführt, bevor zeitlich nachgelagert während der Entlastungsphase der zweite gesteuerte Gasweg geschlossen und annähernd gleichzeitig der erste Gasweg geöffnet wird, und zwar derart, dass das Entlastungsgas in den ersten Ringkanal abgleitet wird.
Wiederum bevorzugt wird das in den zweiten Ringkanal abgeleitete Spül- und/oder Entlastungsgas einer an einem Behältereinlauf vorgesehenen Vorspüleinrichtung zum Vorspülen des Behälterinnenraumes eines weiteren Behälters zugeführt.
Alternativ oder aber auch ergänzend dazu kann das in den zweiten Ringkanal abgeleitete Spül- und/oder Entlastungsgas in die noch nicht angepressten und/oder abgedichteten Dosen eingeleitet werden, wodurch die Funktion einer offenen Spülung realisiert wird.
Auch kann das in den zweiten Ringkanal abgeleitete Spül- und/oder Entlastungsgas vorteilhafterweise über einen vierten gesteuerten Gasweg, der den zweiten Ringkanal mit einem Gasraum verbindet, zum Vorspülen des Behälterinnenraum eines weiteren Behälters zugeführt werden.
Behälter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Dosen, auch solche, wie sie für Getränke üblicherweise verwendet werden, aber auch dosenähnliche Behälter, bei denen der Querschnitt der Behälteröffnung nur geringfügig kleiner ist als der Querschnitt des Behälterinnenraums. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch bei der Inertgasspülung von Flaschen aus Kunststoff, Glas oder Metall vorteilhaft anwendbar.
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 in der Regel vor der eigentlichen Füllphase, d.h. vor dem Öffnen des Flüssigkeitsventils über wenigstens einen gesteuerten, im Füllelement ausgebildeten Gasweg mit einem unter Druck stehenden Spanngas (Inertgas bzw. CO₂-Gas) vorgespannt wird, welches dann während des Füllens von dem dem Behälter zufließenden Füllgut zunehmend als Rückgas aus den Behälterinnenraum verdrängt wird, und zwar ebenfalls über wenigstens einen gesteuerten, im Füllelement ausgebildeten Gasweg. Dieser Vorspannphase gehen weitere Behandlungsphasen voraus, insbesondere ein Spülen des Behälterinnenraums mit einem Inertgas, z.B. mit CO₂-Gas oder Stickstoff, und zwar ebenfalls über den im Füllelement ausgebildeten Gasweg.
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 Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung und in Draufsicht eine Füllmaschine zum Füllen von Behältern in Form von Dosen mit einem flüssigen Füllgut;
2 in vereinfachter Darstellung eine Füllposition der Füllmaschine der 1 zusammen mit einer in Dichtlage an einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Füllelementes angeordneten Dose;
3 und 4 in schematischer Funktionsdarstellung zwei gesteuerte Gaswege des Füllelementes der Füllposition der 2;
5 eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Füllelementes.
Die in der 1 allgemein mit 1 bezeichnete Füllmaschine dient insbesondere zum Druckfüllen von Behältern 2 in Form von Dosen mit einem flüssigen Füllgut, beispielsweise mit Bier oder Softdrinks.
Die Füllmaschine 1 ist als solche umlaufender Bauart mit einem Rotor 3 ausgebildet, der während des Füllbetriebes um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend angetrieben ist und an seinem Umfang eine Vielzahl von Füllpositionen 4 aufweist, denen die zu füllenden Behälter 2 über einen Behältereinlauf 5 zugeführt und denen die gefüllten Behälter 2 an einem Behälterauslauf 6 entnommen werden. Dabei kann dem Behältereinlauf 5, der als Einschubstern ausgebildet sein kann, eine nur schematisch angedeutete Vorspüleinrichtung 38 zugeordnet sein. Mittels der als Vorspülstrecke ausgebildeten Vorspüleinrichtung 38 kann dabei insbesondere einem Behälterinnenraum 2.1 der Behälter 2 ein Gas, insbesondere ein Inertgas, zum Vorspülen zugeführt werden, das der Vorspüleinrichtung 38 über eine nur teilweise dargestellte Leitung 39 zugeführt wird. Auf dem Winkelbereich der Drehbewegung (Pfeil A) des Rotors 3 zwischen dem Behältereinlauf 5 und dem Behälterauslauf 6 erfolgt insbesondere das Füllen der Behälter 2, die hierfür mit ihrer Behälterachse parallel zur Maschinenachse MA und achsgleich oder im wesentlichen achsgleich mit jeweils einer Achse FA der Füllstelle 4 angeordnet sind. Dieser Prozess wird nachstehend für rotative Füllmaschinen beschrieben, ist jedoch analog auch bei Linearfüllern anwendbar, bspw. können hiermit auch PET-Großgebinde, so genannte KEG für Bier, gefüllt werden.
Wie in 2 gezeigt, umfasst jede Füllposition 4 im Wesentlichen ein Füllelement 7, welches zusammen mit den Füllelementen 7 der übrigen Füllpositionen 4 am Umfang des Rotors 3 angeordnet ist und damit das Füllsystem der Füllmaschine 1 ausbildet. Am Rotor 3 befindet sich weiterhin ein für sämtliche Füllpositionen 4 gemeinsamer und bei der dargestellten Ausführungsvariante als Ringkessel ausgebildeter Füllgutkessel 8, der während des Füllbetriebes mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt ist, und zwar unter Ausbildung eines unteren Flüssigkeitsraumes 8.1 für das Füllgut und eines Gasraumes 8.2, der von einem unter einem Fülldruck P_F von beispielsweise 3bar bis 5bar stehenden Inert-Gas, beispielsweise CO₂-Gas oder Stickstoff, eingenommen ist. Jedes Füllelement 7 ist über eine eigene, einen Durchflussmesser 9 aufweisende Produktleitung 10 mit dem Flüssigkeitsraum 8.1 verbunden.
Am Rotor 3 sind bei der dargestellten Ausführungsform weiterhin drei die Maschinenachse MA umschließende und für sämtliche Füllpositionen 4 bzw. Füllelemente 7 gemeinsame Ringkanäle, nämlich ein erster Ringkanal 11, ein zweiter Ringkanal 12 sowie ein dritter Ringkanal 40, vorgesehen. Der erste Ringkanal 11 dient als Rücksammelgaskanal zum Abführen von Gas aus dem jeweiligen Füllelement 7, insbesondere auch beim Spülen und/oder Entlasten der Behälter 2.
Der zweite Ringkanal 12 dient erfindungsgemäß als Rückgassammelkanal, in dem zumindest teilweise das während der Spül- und/oder Entlastungsphase verwendete Spül- und/oder Entlastungsgas abgleitet wird, um zumindest teilweise zum Vorspülen des Behälterinnenraumes 2.1 wiederverwendet zu werden. Hierfür steht der zweite Ringgaskanal 12 in einer Ausführungsvariante der Erfindung über die nur teilweise dargestellte Leitung 39 mit der in 1 gezeigten Vorspüleinrichtung 38 in fluider Wirkverbindung. Dafür kann der Leitung 39 eine Druckregeleinrichtung 41 zur Regelung des Druckes in der Leitung 39 und/oder im dem zweiten Ringkanal 12 zugeordnet sein. Mit anderen Worten kann also mittels der Leitung 39 ein in dem zweiten Ringkanal 12 vorhandenes Gas, insbesondere ein Spül- und/oder Entlastungsgas, der Vorspüleinrichtung 38 für einen Vorspülprozess bzw. Vorspülphase zum Vorspülen eines Behälterinnenraums 2.1 zur Verfügung gestellt werden.
Der dritte Ringkanal 40 führt während des Füllbetriebes in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise das unter Druck stehende Inertgas, beispielsweise CO₂-Gas oder Stickstoff. Der Druck im ersten Ringkanal 11 ist beispielsweise der Atmosphärendruck oder ein Unterdruck, während der Druck im zweiten Ringkanal 12 leichter Überdruck herrscht, der im Wesentlichen dem Spül- und/oder Entlastungsdruck von beispielweise 0,2 bis 0,5bar entsprechen kann. Der Druck im dritten Ringkanal 40 ist gleich oder im Wesentlichen gleich dem Fülldruck P_F im Gasraum 8.2 oder geringfügig kleiner als dieser Fülldruck P_F.
Das Füllelement 7 umfasst ein Füllelementgehäuse 13 mit einem Flüssigkeitskanal 14, der mit seinem oberen Bereich mit der Produktleitung 10 verbunden ist und an der Unterseite des Füllelementes 7 eine die Achse FA konzentrisch umschließende ringförmige Abgabeöffnung 15 bildet, über die das flüssige Füllgut dem jeweiligen Behälter 2 beim Füllen zugeführt werden kann. Im Flüssigkeitskanal 14 ist in Strömungsrichtung des Füllgutes vor der Abgabeöffnung 15 ein Flüssigkeitsventil 16 vorgesehen, welches im Wesentlichen von einem an einem Ventilstößel 17 angeordneten Ventilkörper 18 gebildet ist. In der 2 ist das Flüssigkeitsventil 16 im geschlossenen Zustand dargestellt, in welchem der Ventilkörper 18 gegen eine Ventilfläche, die als Dichtfläche ausgebildet ist, im Flüssigkeitskanal 14 anliegt. Zum Öffnen des Flüssigkeitsventils 16 wird der Ventilkörper 18 mit dem achsgleich mit der Achse FA angeordneten Ventilstößel 17 durch ein vorzugsweise pneumatisch gesteuertes Betätigungselement 19 angehoben. Der Ventilstößel 17 ist als Gasrohr ausgeführt, und zwar mit einem Gaskanal 20, der achsgleich mit der Achse FA angeordnet an der Unterseite im Bereich der Abgabeöffnung 15 und von dieser ringförmig umschlossen offen ist und am oberen Ende des Ventilstößels 17 in einen im Füllelementgehäuse 13 ausgebildeten Gasraum 21 mündet.
Um beim Druckfüllen eines Behälterinnenraums 2.1 der jeweiligen Behälter 2 die verschiedenen Phasen des Füllprozesses zu steuern, sind im Füllelementgehäuse 13 mehrere, steuerbare Gaswege ausgebildet.
Über einen ersten gesteuerten Gasweg 26, der im Füllelementgehäuse 13 ausgebildet ist, sind zwei Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 mit dem ersten Ringkanal 11 verbindbar. Die Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 sind jeweils an der Unterseite des Füllelementes 7 vorgesehen, und zwar gegenüber der Abgabeöffnung 15 bezogen auf die Achse FA radial nach außen versetzt und außerdem in Richtung der Achse FA axial oberhalb der Abgabeöffnung 15. Die Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 sind bei der dargestellten Ausführungsform um 180° um die Achse FA versetzt angeordnet und bilden die unteren Öffnungen oder Anschnitte von Gaskanälen 27 und 28, die sich im Füllelementgehäuse 13 von der jeweiligen Rückgasöffnung 27.1 bzw. 28.1 parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Achse FA nach oben erstrecken. Die Gaskanäle 27 und 28 sind Teil des ersten gesteuerten Gasweges 26 und enthalten jeweils ein Steuerventil 29 bzw. 30. Die Steuerventile 29 und 30 sind bei der dargestellten Ausführungsform wiederum pneumatisch betätigbare Ventile. Die Eingänge der Steuerventile 29 und 30 sind jeweils mit einem Rückgaskanal 27 bzw. 28 verbunden. Die Ausgänge beider Steuerventile 29 und 30 sind mit dem ersten Ringkanal 11 verbunden. Zum besseren Verständnis ist der erste gesteuerte Gasweg 26 in der 4 nochmals in einem Funktionsdiagramm zusammen mit dem ersten Ringkanal 11 dargestellt.
Über einen zweiten steuerbaren Gasweg 42, der ebenfalls im Füllelementgehäuse 13 vorgesehen ist, kann die Rückgasöffnung 27.1 mit dem zweiten Ringkanal 12 verbunden werden. Dabei nutzt der zweite Gasweg 42 von der Rückgasöffnung 27.1 weg den Gaskanal 27 des ersten Gasweges 26, der vor dem Steuerventil 29 in den Gaskanal 27a abzweigt, aber mit dem Gaskanal 27 in fluider Verbindung steht. Weiterhin sieht der zweite steuerbare Gasweg 42 ein Steuerventil 24 vor, das pneumatisch betätigbar ist. Der Eingang des Steuerventiles 24 steht dabei mit dem Gaskanal 27a und der Ausgang mit dem zweiten Ringkanal 12 in fluider Verbindung, wie dies in 4 nochmals in einem Funktionsdiagramm veranschaulicht ist.
Über einen dritten steuerbaren Gasweg 22 ist der Gasraum 21 gesteuert mit dem dritten Ringkanal 40 verbindbar. Dieser dritte Gasweg 22, der in der 3 zum besseren Verständnis nochmals als Funktionsdiagramm dargestellt ist, enthält zudem ein Steuerventil 23, das in der Verbindung zwischen dem dritten Ringkanal 40 und dem Gasraum 21 angeordnet und über einen Gaskanal 25 mit dem Gasraum 21 verbunden ist. Auch das Steuerventil 23 kann dabei als pneumatisch betätigbares Ventil ausgeführt sein.
Das Füllelement 7 umfasst weiterhin eine Zentrierglocke 31, die zumindest beim Spülen, Vorspannen und beim Füllen mit einer Ringdichtung 31.1 abgedichtet gegen den Öffnungsrand des auf einem Behälterträger 32 aufstehenden Behälters 2 anliegt, so dass ein zur Umgebung hin durch das Füllelement 7, die Zentrierglocke 31 und den Behälter 2 abgedichteter Raum gebildet ist, in den die Abgabeöffnung 15, das untere Ende des Gaskanals 20 sowie auch die Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 münden. Durch ein pneumatisches Betätigungselement 33 in Form eines beispielsweise mit dem Fülldruck P_F beaufschlagten Faltenbalgs ist die Zentriertulpe 31 über ein Gestänge 34 in seine untere dicht gegen einen Behälter 2 anliegende Stellung vorgespannt. Durch das Zusammenwirken einer am Gestänge 34 vorgesehenen Kurvenrolle 35 mit einer äußeren, mit dem Rotor 3 nicht umlaufenden Hubkurve wird die Zentriertulpe 31 für das Einschieben eines Behälters 2 in die Füllposition 4 bzw. für das Entnehmen des gefüllten Behälters 2 aus der Füllposition 4 angehoben.
Die Ansteuerung der pneumatisch betätigten Steuerventile 23, 24, 29, 30 zwischen ihrem geöffneten und geschlossenen Zustand kann beispielweise über nicht gezeigt elektropneumatische Ventile erfolgen, die ihrerseits von der Maschinensteuerung der Füllmaschine 1 gesteuert werden.
5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des Füllelementes 7a, das unterschiedlich zu dem Füllelement 7 der 2 einen weiteren, vierten steuerbaren Gasweg 43 umfasst, mittels dem der Gasraum 21 gesteuert mit dem zweiten Ringkanal 12 verbindbar ist. Dabei kann der vierte Gasweg 43 beispielweise außerhalb des Füllelementgehäuses 13 vorgesehen sein. Der vierte Gasweg 43 weist zudem ein Steuerventil 44 auf, das mit seinem Eingang über einen Gaskanal 45 mit dem zweiten Ringkanal 12 und mit seinem Ausgang über den Gaskanal 45 mit dem Gasraum 21 in fluider Verbindung steht. Das Steuerventil 44 kann dabei bevorzugt pneumatisch betätigbar sein. Mittels des vierten Gasweges 43 kann also ein Inertgas aus dem zweiten Ringkanal 12, über den Gasraum 21 und aus diesem über den Gaskanal 20 mittig bzw. zentrisch dem Behälterinnenraum 2.1 des Behälters 2 zugeführt werden. Weiterhin sieht auch das Füllelement 7a der 5 die Druckregeleinrichtung 41 vor, die über die Leitung 39 mit dem zweiten Ringkanal 12 in Wirkverbindung steht.
Mit der die Füllelemente 7 aufweisenden Füllmaschine ist insbesondere ein Druckfüllen der Behälter 2 mit folgenden Verfahrensschritten als Füllprozess möglich:
1. Einbringen bzw. Einschieben des Behälters 2 in die jeweilige Füllposition 4
Für das Einbringen, bzw. während des Einbringens des Behälters 2 in die jeweilige Füllposition 4 sind das Flüssigkeitsventil 16 geschlossen, ebenso wie das Steuerventil 23 und damit der dritte Gasweg 22. Weiterhin geschlossen ist das Steuerventil 24 des zweiten Gasweges 42, der mit dem zweiten Ringkanal 12 verbunden ist. Die Steuerventile 29 und 30 und damit der erste Gasweg 26 sind hingegen anfänglich geöffnet und die Zentriertulpe 31 gegen die Wirkung der Betätigungseinrichtung 33 angehoben.
2. Spülen des Behälterinnenraumes 2.1 mit Inertgas, beispielweise CO₂-Gas oder Stickstoff
Für das Spülen des Behälterinnenraums 2.1 befindet sich der Behälter 2 in der Spülphase des Füllprozesses in Dichtlage am Füllelement 7, d.h. die Zentriertulpe 31 ist mit ihrer die Achse FA konzentrisch umgebenden Ringdichtung 31.1 gegen den Rand der Behälteröffnung dichtend anliegend auf den jeweiligen Behälter 2 abgesenkt.
Das Flüssigkeitsventil 16 ist weiterhin geschlossen und die Steuerventile 23, 29 und 30 sind bei geschlossenem Steuerventil 24 zu Beginn der Spülphase geöffnet. Mit anderen Worten sind also der ersten Gasweg 26 sowie der dritte Gasweg 22 zu Beginn der Spülphase geöffnet, während der zweite Gasweg 42 geschlossen ist. Hierdurch strömt zu Beginn der Spülphase das Inertgas als Spülgas aus dem dritten Ringkanal 40 in den Gasraum 21 und aus diesem über den Gaskanal 20 mittig bzw. zentrisch in den Behälterinnenraum 2.1 des Behälters 2 und bildet dort eine Inertgasströmung aus, die u.a. in der Mitte des Behälters 2 u.a. auch bis an den Behälterboden reicht und von dort entlang der Innenfläche der Behälterwandung außen nach oben gerichtet ist, wie dies mit 37 angedeutet ist. Damit wird bei geöffnetem ersten Gasweg 26 zu Beginn der Spülphase über die Rückgasöffnungen 27.1 und 28.1 das Spülgas und die mit diesem mitgeführte Luft, also ein Luft-/CO2-Gemisch mit einem hohen Luftanteil und einem Anteil an Aerosolen, in den ersten Ringkanal 11 abgeführt, der beispielsweise Atmosphärendruck oder aber einen Unterdruck oder aber einen vorzugsweise geringen Überdruck aufweist.
Nachdem die Atmosphäre im Behälterinnenraum 2.1 des Behälters 2 einen gewissen Grad an CO2-Reinheit erreicht hat, erfolgt die Umschaltung der Spülgasrückführung in den zweiten gesteuerten Ringkanal 12, indem der zweite Gasweg 42 für eine Durchströmung durch das Spülgas freigegeben wird. Hierfür wird bei weiterhin geschlossenem Flüssigkeitsventil 16 sowie geöffnetem Steuerventil 23 wenigstens das Steuerventil 29, vorzugsweise beide Steuerventile 29 und 30, geschlossen, während das Steuerventil 24 geöffnet wird. Damit fließt das Spülgas der Spülphase zumindest teilweise über die Rückgasöffnung 27.1 in den Gaskanal 27, von dort weiter in den Gaskanal 27a, durch das nunmehr geöffnete Steuerventil 24 hindurch in den zweiten Ringkanal 12. Der eben beschriebene Gasfluss des Spülgases stellt sich ein, da das Spülgas mit einem Überdruck von vorzugsweise 0,2 bis 0,5 bar in den Behälterinnenraum 2.1 des Behälters 2 eingespeist wird. Erfindungsgemäß wird das derart rückgeführte Spülgas des zweiten Ringkanals 12 zum Vorspülen des Behälterinnenraums 2.1 eines weiteren, also anderen Behälters 2 wiederverwendet, was nachfolgend noch nähergehend erläutert wird.
Bevorzugt kann die Umschaltung bzw. Zuschaltung des zweiten Gasweges 42 zeitgesteuert erfolgen, beispielweise abhängig vom Zeitpunkt des Öffnens des Steuerventils 23 zu Beginn der Spülphase. Weiterhin bevorzugt wird während der Spülphase über den zweiten gesteuerten Gasweg 42 zwischen 30% und 75% der über den dritten Gasweg 22 aus dem dritten Ringkanal 40 eingespeisten Inertgasmenge bzw. Inertgasvolumen in den zweiten Gaskanal 12 rückgeführt.
3. Vorspannen des Behälterinnenraumes 2.1 des Behälters 2 mit Inertgas
Hierfür befindet sich der Behälter 2 bei weiterhin abgesenkter Zentrierglocke 31 in Dichtlage am Füllelement 7. Das Flüssigkeitsventil 16, die Steuerventile 29 und 30 und damit der erste Gasweg 26 sowie das Steuerventil 24 und damit der zweite Gasweg 42 sind geschlossen. Das Steuerventile 23 und damit der dritte Gasweg 22 ist hingegen geöffnet, so dass das Inertgas aus dem dritten Ringkessel 40 als Vorspanngas (CO₂-Gas oder Stickstoff) über geöffneten dritten Gasweg 22 in den Gasraum 21 und aus diesem über den Gaskanal 20 in den Behälterinnenraum 2.1 strömen kann, so dass dieser kurzzeitig mit einem Druck vorgespannt ist, der gleich oder im Wesentlichen gleich dem Fülldruck P_F ist.
4. Druckfüllen des Behälterinnenraumes 2.1 des Behälter 2
Der Behälter 2 befindet sich weiterhin in Dichtlage am Füllelement 7. Die Steuerventile 29 und 30 und damit der erste Gasweg 26 sowie das Steuerventil 24 und damit der zweite Gasweg 42 sind weiterhin geschlossen. Das Steuerventil 23 ist geöffnet. Für das Einleiten der Füllphase wird das Flüssigkeitsventil 16 geöffnet, so dass das flüssige Füllgut über die Abgabeöffnung 15 in den Behälterinnenraum 2.1 des Behälters 2 einströmt, und zwar durch die kegelförmige Ausbildung des Flüssigkeitskanals 14 im Bereich der Abgabeöffnung 15 entlang der Behälterinnenfläche. Das von dem Füllgut aus dem Behälter 2 verdrängte Inertgas wird über den vollständig geöffneten Gaskanal 20 und den vollständig geöffneten dritten Gasweg 22 in den dritten Ringkanal 40 zurückgeführt. Die Menge des dem Behälter 2 zufließenden Füllgutes wird mit dem Durchflussmesser 9 überwacht. Ist die erforderliche Füllmenge erreicht, wird veranlasst durch ein Messsignal des Durchflussmessers 9 über das Betätigungselement 19 das Flüssigkeitsventil 16 geschlossen.
5. Entlasten des Behälterinnenraumes 2.1 des gefüllten Behälters 2
Für das Entasten des Behälterinnenraums 2.1 befindet sich der Behälter 2 in der Entlastungsphase des Füllprozesses weiterhin in Dichtlage am Füllelement 7 bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 16, d.h. die Zentriertulpe 31 befindet sich mit ihrer die Achse FA konzentrisch umgebenden Ringdichtung 31.1 gegen den Rand der Behälteröffnung dichtend anliegend auf den jeweiligen Behälter 2 abgesenkt.
Zu Beginn der Entlastungsphase sind das Steuerventil 23, also der dritte Gasweg 22, sowie die Steuerventile 29 und 30, also der erste Gasweg 26, geschlossen, während das Steuerventil 24 und damit der zweite Gasweg 42 geöffnet ist. Es erfolgt damit ein Entlasten des von dem Füllgut nicht eingenommenen Kopfraums des Behälterinnenraums 2.1, in dem sich am Anfang der Entlastungsphase ein hochreines Inertgas befindet, über den zweiten Gasweg 42 in den zweiten Ringkanal 12.
Gegen Ende der Entlastungsphase, vorzugsweise dann, wenn das Füllgut zur Schaumbildung neigt, wird das Steuerventil 24, also der zweite Gasweg 42, geschlossen und mindestens eines der Steuerventile 29 oder 30, bevorzugt beide Steuerventile 29 und 30, geöffnet, so dass das im Kopfraum des Behälterinnenraums 2.1 verbliebene Entlastungsgas über den ersten Gasweg 26 dem ersten Ringkanal 11 zugeführt und von dort aus in die Atmosphäre entlassen wird. Die Umschaltung vom zweiten Gasweg 42 auf den ersten Gasweg 26 kann dabei Zeitpunktgesteuert erfolgen, insbesondere abhängig vom Startzeitpunkt des Entlastungsvorgangs.
Bei weiterhin in Dichtlage am Füllelement 7 befindlichen Behälter 2 und bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 16 und geschlossenen Steuerventilen 23 und 24 erfolgt durch Öffnen zumindest eines der Steuerventile 29 und 30, bevorzugt aber beider Steuerventile 29 und 30 ein Entlasten des von dem Füllgut nicht eingenommenen Kopfraumes des Behälters 2 über den Gasweg 26 in den Ringkanal 12. Hierbei ist es möglich, dass für ein Teilentlasten zunächst nur ein Steuerventil 29 oder 30 und erst für ein anschließendes vollständiges Entlasten auch das andere Steuerventil 30 oder 29 geöffnet wird.
6. Freigeben des gefüllten Behälters 2 und Ausschieben dieses Behälters
Nach dem Entlasten erfolgt bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 16, geschlossenen Steuerventilen 23 und 24, aber weiterhin geöffneten Steuerventilen 29 und 30 ein Anheben der Zentrierglocke 31 durch die mit der Kurvenrolle 35 zusammenwirkende Steuerkurve, so dass der gefüllte Behälter 2 an dem Behälterauslauf 6 entnommen werden kann.
Das derart in der Spül- und/oder Entlastungphase rückgewonnene und im zweiten Ringkanal 12 gespeicherte Spül- und/oder Entlastunggas kann nun erfindungsgemäß zum Vorspülen des Behälterinnenraums 2.1 eines weiteren Behälters 2 wiederverwendet werden.
Beispielweise kann das im zweiten Ringkanal 12 vorhandene Inertgas während der Schließstellung des Steuerventils 24 eines Füllelementes 7 gemäß 2 über die Leitung 39 der Vorspüleinrichtung 38 für einen Vorspülprozess bzw. Vorspülphase zur Verfügung gestellt werden. Bei der Vorspüleinrichtung 38 kann es sich dabei um übliche, dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannte, Vorspüleinrichtungen 38 handeln. In einer nochmals weiteren Ausführungsvariante kann das derart über die Leitung 39 aus dem zweiten Ringkanal 12 abgeführte Inertgas auch einem Verschließer zur Unterdeckelbegasung zuführt werden.
In einer in 5 gezeigten weiteren Ausführungsvariante des Füllelementes 7a kann der Vorspülprozess bzw. die Vorspülphase auch direkt am Füllelement 7a stattfinden. Beispielweise kann hierfür in einem dem eigentlichen Füllprozess zeitlich vorgelagerten Vorspülprozess bzw. Vorspülphase das in dem zweiten Ringkanal 12 vorhandene Inertgas über den vierten Gasweg 43 dem Behälterinnenraum 2.1 zugeführt und damit die anfänglich im Behälterinnenraum 2.1 befindliche Luft über den ersten Ringkanal 11 abgeführt werden. Insbesondere sind hierfür während dem Vorspülen des Behälterinnenraums 2.1 der Vorspülphase das Steuerventil 22 sowie das Steuerventil 24 geschlossen, während wenigstens eines der Steuerventile 29 und 30, vorzugsweise beide Steuerventile 29 und 30, geöffnet sind. Weiterhin ist auch geöffnet das Steuerventil 44 des vierten Gasweges 43.
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.
So ist für eine weitere vorgesehene Ausführungsform die folgende Überlegung wesentlich:
Je niedriger der Spüldruck in der Dose ist, umso geringer ist der CO2-Verbrauch um die gewünschte hohe CO2-Konzentration innerhalb einer Zeiteinheit zu erreichen. Ausgehend von dieser Erkenntnis, ist es vorteilhaft, den Spüldruck, beispielsweise für die Abfüllung von Bier und/oder bei einem Vorspanndruck von 2–3 bar, auf einen Überdruck von 0,1–1,0bar einzustellen. Während der ersten Spülphase wird die im Behälter enthaltene Umgebungsluft durch Gas aus dem Spülkanal aus dem Behälter verdrängt, beispielsweise in den Entlastungskanal. Dazu wird Gas aus dem Spülgaskanal verwendet.
Im Entlastungskanal herrscht dabei Atmosphärendruck oder ein Druck leicht darüber (bis 0,5 bar). Im Spülgaskanal steht vorrangig ein Druck von 0,3–1,0 bar an. Mit den angegebenen Druckverhältnissen lassen sich durch die beschriebenen Spül- und Vorspannprozesse hohe CO2-Konzentrationen bei niedrigen CO2-Verbräuchen erreichen.
Vergleichbar niedrige CO2-Verbräuche lassen sich alternativ auch dadurch erzielen, dass der Druck im Spülgaskanal auf einen Wert eingestellt wird, der nur wenig unter dem Vorspann- oder Fülldruck liegt. Beispielsweise auf einen Wert von 0,5 bis 1,0 bar unter dem Vorspann- oder Fülldruck.
Vorstehend wurde stets von pneumatisch gesteuerten Füllventilen ausgegangen. Doch es versteht sich von selbst, dass es sich bei den Füllventilen auch um elektrisch gesteuerte Füllventile handeln kann.
Bezugszeichenliste

1: Füllmaschine
2: Behälter
2.1: Behälterinnenraum
3: Rotor
4: Füllposition
5: Behältereinlauf
6: Behälterauslauf
7, 7a: Füllelement
8: Füllgutkessel
8.1: Flüssigkeitsraum
8.2: Gasraum
9: Durchflussmesser
10: Produktleitung
11: erster Ringkanal
12: zweiter Ringkanal
13: Füllelementgehäuse
14: Flüssigkeitskanal
15: Abgabeöffnung
16: Flüssigkeitsventil
17: Ventilstößel
18: Ventilkörper
19: Betätigungselement
20: Gaskanal
21: Gasraum
22: dritter gesteuerter Gasweg
23: Steuerventil
24: Steuerventil
25: Gaskanal
26: erster gesteuerter Gasweg
27, 28: Gaskanal
27.1, 28.1: Rückgasöffnung
29, 30: Steuerventil
31: Zentriertulpe
32: Behälterträger
33: Betätigungselement
34: Gestänge
35: Kurvenrolle
37: Strömung des Inertgases beim Spülen
38: Vorspüleinrichtung
39: Leitung
40: dritter Ringkanal
41: Druckregeleinrichtung
42: zweiter gesteuerter Gasweg
43: vierter gesteuerter Gasweg
44: Steuerventil
45: Gaskanal
A: Drehrichtung des Rotors 3
FA: Füllelementachse
MA: Maschinenachse

Claims

Verfahren zum Füllen von Dosen oder dergl. Behälter (2) mit einem flüssigen Füllgut in einer Füllphase eines Füllprozesses, wobei in wenigstens einer der Füllphase zeitlich vorgelagerten Spülphase und/oder einer der Füllphase zeitlich nachgelagerten Entlastungphase ein in einem Behälterinnenraum (2.1) eingeleitetes Inertgas in Form eines Spül- bzw. Entlastunggases über wenigstens einen ersten gesteuerten Gasweg (26) in wenigstens einen ersten Ringkanal (11) aus dem Behälterinnenraum (2.1) abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Spül- und/oder Entlastungsgas zumindest teilweise über einen zweiten gesteuerten Gasweg (42) in einen zweiten Ringkanal (12) abgeleitet wird und dass das in den zweiten Ringkanal (12) abgeleitete Spül- und/oder Entlastungsgas zumindest teilweise zum Vorspülen des Behälterinnenraums (2.1) eines weiteren Behälters (2) wiederverwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 30%, vorzugsweise 50% bis 75%, des Spül- und/oder Entlastungsgasvolumens in den zweiten Ringkanal (12) abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ableiten des Spül- und/oder Entlastungsgases in den zweiten Ringkanal (12) auf den zweiten gesteuerten Gasweg (42) umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zeitpunktgesteuert erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ableiten des Spül- und/oder Entlastungsgases in den zweiten Ringkanal (12) der erste gesteuerte Gasweg (26) zumindest teilweise geschlossen wird, während der zweite gesteuerte Gasweg (42) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ableiten des Spül- und/oder Entlastungsgases in den zweiten Ringkanal (12) zumindest ein dem ersten gesteuerten Gasweg (26) zugeordnetes Steuerventil (29) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ableiten des Spül- und/oder Entlastungsgases in den zweiten Ringkanal (12) beide dem ersten gesteuerten Gasweg (26) zugeordnete Steuerventile (29, 30) geschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn der Spülphase das Spülgas über den ersten gesteuerten Gasweg (26) dem ersten Ringkanal (11) zugeführt wird, bevor zeitlich nachgelagert während der Spülphase der erste gesteuerte Gasweg (26) geschlossen und annähernd gleichzeitig der zweite Gasweg (42) geöffnet wird, derart, dass das Spülgas in den zweiten Ringkanal (12) abgleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn der Entlastungsphase das Entlastungsgas über den zweiten gesteuerten Gasweg (42) dem zweiten Ringkanal (12) zugeführt wird, bevor zeitlich nachgelagert während der Entlastungsphase der zweite gesteuerte Gasweg (42) geschlossen und annähernd gleichzeitig der erste Gasweg (26) geöffnet wird, und zwar derart, dass das Entlastungsgas in den ersten Ringkanal (11) abgleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in den zweiten Ringkanal (12) abgeleitete Spül- und/oder Entlastungsgas einer an einem Behältereinlauf (5) vorgesehenen Vorspüleinrichtung (38) zum Vorspülen des Behälterinnenraumes (2.1) eines weiteren Behälters (2) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das in den zweiten Ringkanal (12) abgeleitete Spül- und/oder Entlastungsgas über einen vierten gesteuerten Gasweg (43), der den zweiten Ringkanal (12) mit einem Gasraum (21) verbindet, zum Vorspülen des Behälterinnenraum (2.1) eines weiteren Behälters (2) zugeführt wird.