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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen von Behältern, insbesondere Flaschen, bei welchem ein CO2-haltiges Getränk in einen unter Druck stehenden Behälter eingefüllt wird.
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Aus der
DE 10 2014 104 873 A1 ist ein derartiger Getränke-Abfüllprozess bekannt, bei der ein CO
2-haltiges Getränk in einen evakuierten Behälter, insbesondere Flasche, gefüllt wird. Bei diesem Einfüllen in die evakuierte Flasche erfolgt der Füllvorgang blitzmäßig schnell, wonach der Behälter nicht ohne ein übermäßiges Überschäumen zeitnah entlastet werden kann und damit der Transport der Flasche unter Atmosphärendruck zum Verschließen Probleme bereitet. Der Füllvorgang wird daher in diesem bekannten Verfahren direkt an der Füllstelle mit dem Verschließprozess kombiniert. Dabei erfolgt der Verschließvorgang in einem Gasraum über der Flasche unter einem Druck oberhalb des CO
2-Sättigungsdruckes. Zwischen Füll- und Verschließvorgang erfolgt keine Druckabsenkung in der Flasche. Diese Vorgehensweise hat den Nachteil dass alle Füllstellen durch eine komplexe Technik auch als Verschließstellen ausgebildet werden müssen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schnelles Füllverfahren zu schaffen, das ein separates Verschließen unter vorheriger Entlastung des Behälters ermöglicht. Die Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind ebenfalls in der Beschreibung und in der Zeichnung offenbart.
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Erfindungsgemäß wird:
- a) der Behälter auf einen Restdruck von 0,05 bis 0,15 bar evakuiert,
- b) der Behälter nach dem Evakuieren mit Dampf oder einem dampfhaltigen Spülgas gespült,
- c) vor dem Öffnen des Füllventils der Spülgasdruck in der Flasche erhöht, beispielsweise auf Druck unterhalb des Atmosphärendrucks oder aber auch höher,
- d) das Füllventil geöffnet und die Flasche gefüllt, wobei die Flasche gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichtet ist,
- e) eine Beruhigungsphase durchgeführt, bei der sich der Druck im Behälter auf den CO2-Sättigungsdruck oder darüber einstellt,
- f) die Flasche entlastet und unter Atomsphärendruck zum Verschließer transportiert.
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Es ist erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehen, auf den Schritt a gegebenenfalls zu verzichten. In diesem Fall würde der Schritt b darin bestehen, dass der Behälter bei vorliegendem Druck, beispielsweise Atmosphärendruck, mit Dampf und/oder einem Dampf-Gas-Gemisch gespült wird, wodurch die im Behälter vorhandene Luft aus dem Behälter entfernt und beispielsweise durch Dampf ersetzt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren macht prinzipiell davon Gebrauch, dass ein kohlensäurehaltiges Getränk mit sehr niedrigem Sauerstoff- oder sonstigen Fremdgasgehalt, gefüllt in einen Behälter unter Vakuum, bei dem der Restgasgehalt im Behälter überwiegend aus CO2 und eventuellen Resten von Wasserdampf besteht, ohne übermäßige Schaumbildung nach Beendigung des Füllvorgangs, genauer genommen ohne übermäßige Schaumbildung bei der Entlastung mit hoher Füllgeschwindigkeit gefüllt werden kann.
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Der Behälter, insbesondere die Flasche, wird im ersten Schritt a) bevorzugt auf ein Vakuum von 0,05–0,20 bar evakuiert. Anschließend erfolgt in Schritt b) eine Spülung insbesondere mit überhitztem Dampf ins Vakuum, um möglichst die Restluft vollständig zu entfernen. Insbesondere zu Beginn und/oder während dieses Spülvorgangs kann auch eine bestimmte Menge CO2 in den Dampfstrom oder separat am Ende der Dampfbehandlung in die Flasche dosiert werden. Auch während und/oder am Ende des Füllvorgangs kann noch zusätzlich CO2 unter Druck in die Flasche eingeblasen werden, um sicherzustellen, dass am Ende des Füllvorgangs ein Druck in der Flasche entsteht, bei dem in der Beruhigungsphase e) der Sättigungsdruck erreicht oder überschritten wird. Durch die in einem vorgeschalteten Evakuierungs- und CO2-Spülprozess erzeugte sehr reine CO2-Atmosphäre im Behälter, in die ein Getränk mit geringen gelösten Sauerstoffanteilen oder sonstigen Fremdgasanteilen gefüllt wird, entsteht beim Einfüllen trotz durch das schnelle Einströmen hervorgerufener starker Strömungsturbulenzen nur begrenzt Schaum. So kann z. B. in einer reinen CO2-Druckatmosphäre die Kohlensäure wieder blitzschnell im Getränk gelöst werden.
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Kurz vor dem Öffnen des Füllventils wird in Schritt c) der Dampfdruck in der Flasche erhöht, beispielsweise auf Atmosphärendruck oder einen Druck darüber erhöht. Öffnet das Füllventil danach in Schritt d) unter diesen Bedingungen, kommt es beim Einströmen des kalten Produkts zu einer sehr schnellen Kondensation vom Dampf in der Flasche. Dadurch erfolgt eine sehr schnelle Befüllung des Behälters. Wenn in eine solche Atmosphäre mit hoher Turbulenz gefüllt wird, kommt es anfänglich zu einer starken CO2-Entbindung und damit zu einem Übergang von CO2 aus der Flüssig- in die Gasphase. Verursacht durch diesen Effekt und die vom einfließenden Produkt komprimierte Restgasatmosphäre steigt der Druck im Behälter wieder an. Übersteigt der Druck in dieser Füllphase den CO2-Sättigungsdruck erfolgt eine Rückkarbonisierung mit dem vorher entbundenen CO2 und dem jetzt durch das einfließende Füllgut komprimierten Rest CO2, dass nach dem Evakuieren noch in der Flasche verblieben ist. D. h. das CO2 wird wieder mit zunehmendem Druckanstieg bis zum Sättigungsdruck oder darüber wird die Kohlensäure aber wieder blitzartig im Getränk gelöst. Daher bleibt die erzeugte Schaumbildung in Grenzen. Um zu verhindern, dass es in Verbindung mit einer reinen Dampfatmosphäre zu einer Implosion der Flasche kommt, kann vor dem Füllvorgang eine geringe Menge CO2 in den Behälter dosiert werden. Diese Dosage kann auch dazu beitragen, dass in der Beruhigungsphase e) der Sättigungsdruck an CO2 erreicht wird. Aus unseren bekannten Füllverfahren mit Dampfanwendung ist bekannt, dass mit Hilfe des Dampfspülverfahrens in der Flasche eine Atmosphäre geschaffen werden kann, die praktisch frei von Restluft (Sauerstoff) ist.
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Nach einer kurzen Beruhigungsphase in Schritt e) unter einem je nach Getränk bzw. Produkt eingestellten Druck wird der Behälter dann in Schritt f) auf Atmosphärendruck entlastet und zum Verschließen weiter transportiert.
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Vorzugsweise wird bei der Anwendung von Dampf als Spülmedium die Flasche auf Atmosphärendruck entlastet, so dass ein Verschließen der Flasche auf üblichem Wege möglich ist.
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Auch bei diesem Verfahren kann die Einfließgeschwindigkeit des Füllgutes in die Flasche über eine Kombination Durchflussmesser und Regelventil geregelt werden.
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Vorzugsweise wird, insbesondere falls eine volumetrische Messung mittels Durchflussmesser für die schlagartige Befüllung zu langsam ist, die erforderliche Füllmenge des Füllgutes in ein Vorgefäß dosiert und schlagartig in die Flasche abgelassen. Dies ist vorteilhaft, wenn der Durchflussmesser aufgrund der hohen Füllgeschwindigkeit nicht mehr in der Lage ist, eine ausreichende Messgenauigkeit zu erreichen.
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Die Anwendung von Dampf als Spülmedium hat zusätzlich den Effekt, dass getränkeschädigende Mikroorganismen abgetötet werden.
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Das Getränk bzw. Füllgut wird vorzugsweise über eine dichte Verbindung zwischen einem Vorratsbehälter und dem zu befüllenden Behälter mittels eines schaltbaren Füllventils abgefüllt. Im Vorratsbehälter, welcher vorzugsweise die CO2-Zufuhr bildet, ist vorzugsweise ein Druck eingestellt, der dem CO2-Sättigungsdruck entspricht oder darüber liegt.
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Der tatsächliche Druck in der Flasche kann vorzugsweise über einen im Füllventil positionierten Drucksensor, der mit dem Behälter in Verbindung steht, auf das erforderliche Druckniveau eingestellt und/oder eingeregelt werden.
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Es ist auch denkbar, den Druck in der Flasche durch Zugabe von CO2 nach der Evakuierung höher einzustellen. Je nach Druck, der nach Füllende im Behälter eingeregelt wird erfolgt dann eine Nachkarbonisierung des Produkts in der Flasche. Ebenfalls vorzugsweise ist es, den Evakuierungsprozess zum Entfernen der Restluft durch einen reinen CO2-Spülprozess zu ersetzten.
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Das neue Verfahren hat den Vorteil, dass aufgrund der großen Druckdifferenz zwischen Vorratsbehälter und Flasche der Füllprozess sehr schnell abläuft. Die führt zu kurzen Füllzeiten und damit zu deutlich kleiner dimensionierte Füllmaschinen.
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Die Einfüllgeschwindigkeit kann bei Bedarf auch über ein im Zulauf zum Behälter angeordnetes Regelventil in Abhängigkeit von dem vom Durchflussmesser ermittelten Volumenstrom geregelt werden. Alternativ kann eine Durchflussbegrenzung auch durch Drosselelemente erfolgen.
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Bei nicht karbonisierten, stillen Getränken kann der Druck im Vorratsbehälter auch der Atmosphärendruck sein, oder ein Druck, der darüber liegt.
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Die Erfindung ist vorzugsweise für ein Freistrahlfüllverfahren konzipiert. Unter „Freistrahlfüllen” oder Freistrahlbefüllung” wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Füllverfahren verstanden, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter ab dem Flüssigkeitsventil in einem freien Füllstrahl oder Füllgutstrahl zuströmt, wobei die Strömung des Füllgutes nicht durch Leitelemente wie z. B. Ableitschirme, Drallkörper, kurze oder lange Füllrohre beeinflusst oder verändert wird. Freistrahlfüllen kann sowohl drucklos, also auch unter Druck erfolgen. Bei der drucklosen Freistrahlfüllung weist der Behälter Umgebungsdruck auf, wobei der Behälter in der Regel mit seiner Behältermündung oder -öffnung nicht am Füllelement anliegt, sondern von dem Füllelement bzw. von einer vorgesehenen Abgabeöffnung beabstandet ist. Liegt der Behälter bei der drucklosen Freistrahlfüllung doch mit seiner Behältermündung am Füllelement an, so stellt ein Gasweg eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Behälters und der Umgebung her, wodurch eine drucklose Füllung ermöglicht wird. Bevorzugt entweicht über diesen Gasweg auch das im Behälter enthaltene und durch das in den Behälter einströmende Getränk verdrängte Gas in die Umgebung.
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Erfolgt die Freistrahlfüllung unter einem vom Umgebungsdruck abweichenden Druck, so wird der Behälter mit seiner Mündung gegen das Füllelement angepresst und abgedichtet, der Druck im Innenraum des Behälters wird durch Beaufschlagung mit einem Spanngas oder durch Beaufschlagung mit einem Unterdruck auf diesen, vom Umgebungsdruck abweichenden Druck eingestellt, welcher sowohl über, als auch unter dem Umgebungsdruck liegen kann.
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Die Erfindung kann jedoch auch mit Füllelementen erfolgen, die Strömungsleitelemente, z. B. ein Füllrohr aufweisen, um das Füllgut in den Behälter zu überführen. In diesem Fall können bei einer unterschichtenden Füllung mit hoher Füllgeschwindigkeit weniger Mikroblasen eingeschlagen werden, was anschließend zu einer schnellen und schaumarmen Entlastung führen würde.
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Vorzugsweise wird als Spülgas überhitzter Dampf oder eine Mischung aus überhitztem Dampf und CO2 verwendet. Dies hat den Vorteil, dass zum einen Mikroorganismen in den Behälter beim bzw. vor dem Abfüllen abgetötet werden. Zum anderen kondensiert der überhitzte Dampf während des Einfüllens schlagartig, so dass quasi eine Vakuumbefüllung erzielt wird. Dies führt zu einem sehr schnellen Füllvorgang. Durch eine entsprechende Wahl des CO2-Gehalts im Spülgas kann darüber hinaus bewirkt werden, dass sich der Druck im Behälter während der Beruhigungsphase auf den CO2-Sättigungsdruck oder darüber einstellt. Dies führt dazu, dass das eingefüllte Füllgut nach dem Entlasten nicht mehr ausgast. Hierzu kann vorzugsweise auch nach Schritt b) und vor Schritt d) ein partieller CO2-Druck in dem Behälter von 0,02 bis 0,2, insbesondere 0,05 bis 0,15 bar eingestellt werden. Auch dies führt dazu, dass beim Beruhigen des Getränks der Druck im Behälter über den CO2-Sättigungsdruck ansteigt, so dass in der Beruhigungsphase das Getränk nicht entgast.
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Vorzugsweise wird die Flasche nach dem Entlasten in Schritt f) einem Verschließprozess zugeführt. Der Vorteil hierbei ist, dass der Verschließprozess separat von dem Füllprozess durchgeführt werden kann. Dies ist apparatetechnisch sehr viel einfacher zu realisieren, da zwischen dem Füllvorgang und dem Verschließvorgang der Druck über der Flasche nicht aufrechterhalten werden muss, um ein Entgasen des Füllgutes zu verhindern.
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Folgende Ausdrücke werden synonym verwendet: Vorgefäß-Dosageraum; Behälter-Flasche;
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.
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1 eine Seitenansicht auf eine erste Ausführungsform eines Abfüllverfahrens mit Dampfeintrag als Spülgas im Freistrahlfüllverfahren, und
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2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abfüllverfahrens in weitgehender Übereinstimmung mit 1 unter Verwendung eines Füllrohres zum geführten Befüllen der Flasche.
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1 zeigt eine Füllanordnung 10 zum Befüllen einer Flasche 12, wobei die Flasche 12 mittels einer Dichtung 14 gegen die Abgabeöffnung 16 eines Füllelements 18 anliegt. Das Füllelement 18 ist mit einer Produktzufuhr 20, zum Beispiel einem Vorratsbehälter, verbunden. In dem Füllelement 18 ist ein vertikaler Produktkanal 22 vorhanden, in welchem ein Produktregelventil 2, ein volumetrischer Durchflussmesser 24, insbesondere ein magnetinduktiver Durchflussmesser (MID), ein Füllventil 1 und ein Regler 26 vorgesehen sind, welcher das Produktregelventil 2 in Abhängigkeit von dem mittels des volumetrischen Durchflussmessers 24 ermittelten Wert ansteuert. Der Füllvorgang selbst wird über das Füllventil 1, welches vor der Abgabeöffnung 16 angeordnet ist, gesteuert. Das Füllelement 18 ist im Bereich oberhalb seiner Abgabeöffnung 16 mit einem Zufuhrrohr 27 verbunden, welches mit mehreren Quellen verbindbar ist. So ist das Zufuhrrohr 27 über ein erstes Regelventil 3 mit einer Vakuumquelle 28, über ein zweites Regelventil 4 mit einer CO2-Quelle 30 (z. B. dem Gasraum des Vorratsbehälters 20), über ein drittes Regelventil 5 mit einem Entlastungsbereich 32, zum Beispiel der Umgebung, und über ein viertes Regelventil 6 mit einer Dampfzufuhr 34 verbindbar. Der Abfüllprozess läuft hier wie folgt:
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Das Abfüllverfahren verläuft wie folgt:
Die Flasche wird durch Öffnen des ersten Regelventils 3 auf einen Wert von 0,05 bis 0,15 bar evakuiert. Hierbei sind das zweite, dritte und vierte Regelventil 4, 5, 6 geschlossen. Anschließend wird das erste Regelventil 3 geschlossen und das vierte Regelventil 6 wird geöffnet, wodurch die Flasche 12 mit Dampf gespült wird. Eventuell wird hierbei etwas CO2 durch gesteuerte Öffnung des zweiten Regelventils 4 zugeführt, um nachher sicherzustellen, dass der CO2-Druck in der Flasche in der Beruhigungsphase über den Sättigungsdruck des CO2 ansteigt. Nun werden das zweite Regelventil 5 und das vierte Regelventil 4 geschlossen und das Füllventil 1 wird geöffnet, um das Füllgut der Flasche 12 zuzuführen. Nach Beendigung des Füllvorgangs 1 wird das Füllventil 1 wieder geschlossen, wobei die Menge des zugeführten Füllgutes über den volumetrischen Durchflussmesser 24 ermittelt wird. Alternativ dazu kann das Produkt jedoch auch aus einem Dosageraum schlagartig zugeführt werden. In diesem Fall erfolgt die volumetrische Messung bei der Zuführung des Füllgutes in den Dosageraum und nicht im Füllelement 18.
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Während des Füllvorgangs kann optional die Flasche CO2 durch geregeltes Öffnen des zweiten Regelventils 5 mit CO2 beaufschlagt werden. Nach dem Schließen des Füllventils 1 setzt die Beruhigungsphase ein, in welcher sich das Getränk beruhigt und der Druck in der Flasche 12 über den CO2-Sättigungsdruck ansteigt. Schließlich wird das dritte Regelventil 5 geöffnet, womit die Flasche 12 entlastet wird. Sie kann nun zu einem Verschließvorgang zum Beispiel zu einer Verschließmaschine weitertransportiert werden.
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Die Ausführungsform der 3 unterscheidet sich von den vorherigen darin, dass hier die Befüllung nicht im Freistrahlfüllverfahren erfolgt, sondern mittels eines langen Füllrohres 40, welches zum einen über das Füllventil 1 mit dem Produktkanal 22 verbunden ist, als auch über eine Füllrohrzuführung 42, welche über das vierte Regelventil 6 mit der Dampfzufuhr 34 verbunden ist. In der Füllrohrzuführung 42 ist noch eine regelbare Drossel 44 angeordnet, um den Dampfstrom auf einen gegebenen Wert einjustieren zu können. Hier wird also im Gegensatz zu der Anordnung in 2 das Produkt als auch der Dampf über das Füllrohr 40 zugeführt. Zwischen dem Zufuhrrohr 27 und der Füllrohrzuführung 42 ist ein fünftes Regelventil 7 angeordnet, welches zum einen erlaubt, dass der Dampf auch über das Zufuhrrohr 27 in den Behälter bzw. in die Flasche 12 eingeführt wird und welches es andererseits auch erlaubt, dass das Füllrohr 40 mittels der entsprechenden Regelventile 3, 4 und 5 mit der Vakuumquelle 28, der CO2-Quelle 30 oder mit der Umgebungsluft 32 verbunden wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der beiliegenden Ansprüche realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Füllventil
- 2
- Produktregelventil
- 3
- erstes Regelventil (Vakuum)
- 4
- zweites Regelventil (CO2)
- 5
- drittes Regelventil (Entlastung)
- 6
- viertes Regelventil (Dampf)
- 7
- fünftes Regelventil (Verbindung Füllrohrzuführung-Zufuhrkanal)
- 10
- Füllanordnung
- 12
- Flasche-Behälter
- 14
- Dichtung zwischen Füllelement und Flasche
- 16
- Abgabeöffnung
- 18
- Füllelement
- 20
- Vorratsbehälter-Produktbehälter
- 22
- Produktkanal
- 24
- volumetrischer Durchflussmesser (MID)
- 26
- Regler
- 27
- Zufuhrrohr
- 28
- Vakuumquelle
- 30
- CO2-Quelle
- 32
- Umgebung-Atmosphäre
- 34
- Dampfquelle für überhitzten Wasserdampf
- 40
- Füllrohr
- 42
- Füllrohrzuführung
- 44
- regelbare Drossel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014104873 A1 [0002]