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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem sterilisierten Füllprodukt, insbesondere zum Befüllen eines Getränkebehälters mit einem sterilisierten Füllprodukt in einer Getränkeabfüllanlage.
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Technischer Hintergrund
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In Getränkeabfüllanlagen ist es bekannt, Getränke vor der eigentlichen Abfüllung in die jeweiligen Behälter zu sterilisieren, um deren Haltbarkeit zu verbessern beziehungsweise um überhaupt erst eine zuverlässige Verpackung des Getränks in Getränkebehälter zu ermöglichen.
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Unter einer Sterilisierung des Füllprodukts wird hier verstanden, dass das Füllprodukt so behandelt wird, dass nach der Sterilisierung keine im Füllprodukt vermehrungsfähigen Keime mehr vorhanden sind. Insbesondere ist damit gemeint, dass, bezogen auf das jeweilige Füllprodukt, produktschädigende Keime abwesend beziehungsweise nicht mehr vermehrungsfähig sind. Mit anderen Worten wird unter einem sterilisierten Füllprodukt ein solches verstanden, welches eine sichere Abwesenheit von pathogenen und toxinbildenden Mikroorganismen, sowie eine Abwesenheit von weiteren Mikroorganismen und Enzymen, welche das Produkt unter den normalen Bedingungen des Umschlags unzuverlässig verschlechtern würden, aufweist.
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Teilweise wird der Begriff „steril“ in der Nahrungsmittelindustrie synonym mit aseptisch verwendet, wobei aseptisch jedoch in der reinen Definition die absolute Abwesenheit von Mikroorganismen und Sporen bezeichnet. Vorliegend wird entsprechend dennoch unter dem Begriff „steril“ auch eine aseptische Ausprägung des jeweiligen Füllprodukts verstanden.
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Zur Sterilisierung des jeweiligen Füllprodukts ist es beispielsweise bekannt, das Füllprodukt vor der Abfüllung physikalisch, insbesondere thermisch, oder chemisch zu entkeimen. Bei der physikalischen Entkeimung ist eine thermische Sterilisation bekannt, bei der das Füllprodukt erhitzt wird, beispielsweise unter Verwendung eines Wärmetauschers, und dann für einen definierten Zeitraum auf einer vorgegebenen Zieltemperatur gehalten wird, um durch die entsprechende Hitzebehandlung die gewünschte biologische Sicherheit des Füllprodukts zu erhalten. Neben dieser Hitzebehandlung des Füllprodukts sind beispielsweise auch physikalische Entkeimungsverfahren bekannt, welche eine Keimabtötung durch UV-Bestrahlung oder Plasmabehandlung vornehmen.
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Als chemisches Sterilisierungsverfahren ist beispielsweise die Behandlung mit chemischen Entkeimungsmitteln bekannt, beispielsweise mit Wasserstoffperoxid, Peressigsäure, Chlordioxid oder Ozon. Üblicherweise wird die chemische Sterilisierung jedoch nur zur Behandlung von Anlagenkomponenten oder des Packmittels verwendet - nicht hingegen zur Sterilisierung des Füllprodukts selbst, um die geschmacklichen Eigenschaften des Füllprodukts nicht zu verändern.
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Bei der Hitzebehandlung ist insbesondere die Kurzzeiterhitzung (KZE) bekannt, bei welcher das Füllprodukt mit einer über einer produktbezogenen Bezugstemperatur liegenden Temperatur für eine vorgegebene Zeit behandelt wird, um die entsprechende mikrobiologische Sicherheit zu erreichen. Kurzzeiterhitzungsanlagen werden beispielsweise in Brauereien beim Abfüllen von Bier als biologische Sicherheitsstufe eingesetzt, wobei sich an die Kurzzeiterhitzungsanlage ein Puffertank anschließt, der auch als Steriltank bezeichnet wird, welcher eine Pufferung des Füllprodukts zwischen der Kurzzeiterhitzungsanlage und der eigentlichen Füllvorrichtung ermöglicht, um eine Zwischenspeicherung von sterilisiertem Füllprodukt bei Abnahmeschwankungen durch die Füllvorrichtung zu ermöglichen.
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Bei der Abfüllung alkoholfreier Erfrischungsgetränke oder Fruchtsäfte dient die Kurzzeiterhitzung zur Erreichung der notwendigen biologischen Haltbarkeit der jeweiligen Füllprodukte. Hier ist ebenfalls ein Puffertank zwischen der Kurzzeiterhitzungsanlage und der Füllvorrichtung vorgesehen, um eine Zwischenspeicherung von sterilisiertem Füllprodukt bei Abnahmeschwankungen durch die Füllvorrichtung zu ermöglichen.
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Der Puffertank zwischen der Kurzzeiterhitzungsanlage und der eigentlichen Füllvorrichtung ist notwendig, um einen kontinuierlichen Füllproduktstrom durch den Wärmetauscher der Kurzzeiterhitzungsanlage zu gewährleisten, auch wenn an der Füllvorrichtung eine Störung auftritt. Anderenfalls würde die Verweildauer des Füllprodukts innerhalb des Wärmetauschers der Kurzzeiterhitzungsanlage abhängig von der momentanen Abnahme durch die nachgelagerte Füllvorrichtung variieren. Dies könnte darin resultieren, dass die Verweildauer des Füllprodukts in der Kurzzeiterhitzungsanlage möglicherweise zu lang wird, was dann zu einer Verschlechterung des Füllprodukts, beispielsweise einer Geschmacksveränderung, führen kann.
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In der Füllvorrichtung, beispielsweise einem Füllerkarussell, wird das Füllprodukt dann in einem Füllproduktkessel nochmals zwischengepuffert, der üblicherweise drucklos betrieben wird, und dann über einzelne Füllventile auf den jeweils zu befüllenden Behälter gebracht. Dabei wird beispielsweise ein volumetrisches Füllsystem verwendet, welches erfordert, dass der Füllproduktkessel des Füllers drucklos betrieben wird, um die Füllgenauigkeit des volumetrischen Füllsystems zu gewährleisten. Entsprechend muss das im Puffertank der Kurzzeiterhitzungsanlage unter Druck vorliegende Füllprodukt drucklos an den Füllproduktkessel der Füllvorrichtung übergeben werden. Damit muss der Puffertank der Kurzzeiterhitzungsanlage von dem Füllproduktkessel entkoppelt werden, um dann entsprechend drucklos aus dem Füllproduktkessel abfüllen zu können.
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Diese Entkopplung des Puffertanks der Kurzzeiterhitzungsanlage von dem Füllproduktkessel der Füllvorrichtung führt dazu, dass die entsprechenden Medien, beispielsweise Druckluft, Stickstoff, CO2, Dampf sowie für einen Reinigungs-, Desinfektions- und Sterilisierungsvorgang notwendige Reinigungs-, Desinfektions- und Sterilisationsmedien doppelt zugeführt werden müssen. Zum einen werden die Medien der Sterilisierungsvorrichtung und entsprechend der Kurzzeiterhitzungsanlage und dem nachgelagerten Puffertank zugeführt und zum anderen werden die Medien der Füllvorrichtung und dem Füllproduktkessel zugeführt.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem sterilen Füllprodukt anzugeben, welche einen verbesserten Aufbau aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem sterilen Füllprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie den Figuren.
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Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem sterilisierten Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Getränkebehälters mit einem sterilisierten Getränk in einer Getränkabfüllanlage, vorgeschlagen, welche eine Sterilisierungsvorrichtung zum Sterilisieren des Füllprodukts, einen Steriltank zur puffernden Aufnahme des in der Sterilisierungsvorrichtung sterilisierten Füllprodukts, und eine Füllvorrichtung mit einem Füllventil zur Befüllung des zu befüllenden Behälters umfasst. Erfindungsgemäß ist das Füllventil ein Proportionalventil zum Steuern und/oder Regeln des Füllproduktstroms des Füllprodukts in den zu befüllenden Behälter und das Proportionalventil ist pufferfrei mit dem Steriltank verbunden.
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Dadurch, dass das Füllprodukt pufferfrei von dem Steriltank an ein Proportionalventil zum Steuern und/oder Regeln des Füllproduktstroms in den zu befüllenden Behälter übergeben wird, kann das System durchgängig von dem Steriltank der Sterilisierungsvorrichtung bis zum abzufüllenden Behälter pufferfrei betrieben werden und insbesondere auch unter dem in der Sterilisierungsvorrichtung vorliegenden Druck. Eine Entkopplung der Sterilisierungsvorrichtung von der Füllvorrichtung ist daher nicht mehr notwendig und die Anlage kann insgesamt einfacher und kompakter aufgebaut werden.
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Gleichzeitig ist eine zuverlässige Abfüllung einer vorgegebenen Menge an sterilisiertem Füllprodukt in den Behälter möglich. Dies ist möglich, da mittels des Proportionalventils entsprechende Druckschwankungen beziehungsweise Druckunterschiede bei der Bereitstellung des Füllprodukts so ausgeglichen werden können, dass immer noch ein zuverlässiges Befüllen des Behälters mit der gewünschten Füllproduktmenge, insbesondere dem gewünschten Füllproduktvolumen, dem gewünschten Füllproduktgewicht beziehungsweise dem gewünschten Füllproduktfüllstand innerhalb des Behälters, erreicht werden kann.
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Unter einem Proportionalventil wird hierin verstanden, dass das Füllventil, welches den Füllproduktstrom in den jeweiligen, individuellen Behälter steuert und/oder regelt, nicht nur in einer geöffneten und einer geschlossenen Schaltstellung betrieben werden kann, sondern auch in mindestens einer weiteren, dazwischenliegenden Schaltstellung, in welcher ein gegenüber der vollständig geöffneten Schaltstellung reduzierter Füllproduktstrom erreicht wird. Entsprechend kann der durch das Proportionalventil hindurchtretende Füllproduktstrom mittels der entsprechenden Steuerung und/oder Regelung des Füllproduktstoms variiert werden, so dass auf diese Weise ein Angleichen des in den Behälter einströmenden Füllproduktstroms abhängig von dem stromaufwärts des Proportionalventils vorliegenden Druck erreicht werden kann.
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Bevorzugt kann das Proportionalventil mehr als eine Zwischenstellung einnehmen und kann besonders bevorzugt eine stufenförmige oder stufenlose Steuerung und/oder Regelung des Füllproduktstroms zwischen einer vollständig geöffneten Schaltstellung und einer vollständig geschlossenen Schaltstellung vornehmen.
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Das Proportionalventil kann dabei beispielsweise so ausgebildet sein, dass ein Ventilkegel in mehreren Stufen oder kontinuierlich aus einem Ventilsitz herausgehoben werden kann und entsprechend der Querschnitt des zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkegel ausgebildeten Ringspalts variiert wird und mit diesem Querschnitt dann der durch das Proportionalventil strömende Füllproduktstrom variiert werden kann.
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Unter pufferfrei wird hier verstanden, dass keine Puffervorrichtung vorliegt, welche das puffernde Aufnehmen von Füllprodukt, beispielsweise während Produktionspausen oder bei Störungen der Füllvorrichtung, ermöglicht. Als Puffervorrichtung werden jedoch insbesondere nicht die vorliegenden Rohrleitungen verstanden, durch welche hindurch das Füllprodukt fließt und welche entweder über ihren gesamten Querschnitt hinweg oder zumindest über einen Teil ihres Querschnitts hinweg mit dem Füllprodukt befüllt sind. Auch eine Ringleitung in einem Füllerkarussell, welche die jeweiligen Füllventile mit Füllprodukt versorgt, ist keine Puffervorrichtung gemäß dem vorliegenden Verständnis. Unter einer Puffervorrichtung wird vielmehr nur ein dediziert als solche vorgesehenes Pufferreservoir verstanden, welches ein entsprechendes Puffervolumen bereitstellt. Entsprechend kann die Puffervorrichtung eine substantielle Menge an zusätzlichem Füllprodukt aufnehmen, welches in Produktionspausen oder bei Anlagenstörungen anfällt und nicht direkt von der Füllvorrichtung abgenommen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Proportionalventil einen Durchflussmesser beziehungsweise ist mit einem Durchflussmesser direkt derart gekoppelt, so dass eine Regelung des Füllproduktvolumenstroms, welcher durch das Proportionalventil hindurchtritt, direkt mittels einer Regelelektronik am Proportionalventil selbst geregelt werden kann. Damit ist es auf einfache Weise möglich, mittels einer entsprechenden Volumenstromvorgabe beziehungsweise eines vorgegebenen Volumenstromprofils eine Befüllung des jeweiligen zu befüllenden Behälters auf dem Füllerkarussell zu erreichen, unabhängig von dem stromaufwärts des Proportionalventils vorliegenden Druck des Füllprodukts.
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Weiterhin ist es durch die beschriebene Ausbildung der Vorrichtung mit einer pufferfreien Übergabe des Füllprodukts vom Steriltank an das Proportionalventil möglich, auf den Füllproduktkessel an der Füllvorrichtung selbst zu verzichten. Entsprechend kann hier der Füllproduktkessel eingespart werden. So können zum einen die Investitionskosten reduziert werden und zum anderen können aufgrund der verringerten Masse des Füllerkarussells die Betriebskosten reduziert werden, da hier sowohl Antriebsenergie aufgrund der kleineren zu bewegenden Masse als auch Reinigungskosten aufgrund der nicht notwendigen Reinigung eines Füllproduktkessels auf dem Füllerkarussell eingespart werden können.
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Weiterhin kann auf das Bereitstellen eines Regelventils zum Befüllen des Füllproduktkessels auf dem Füllerkarussell verzichtet werden, da das Füllniveau in dem nicht vorhandenen Füllproduktkessel entsprechend nicht mehr eingestellt beziehungsweise geregelt werden muss. Vielmehr ist es mittels des Proportionalventils möglich, auf die unterschiedlichen Füllstände beziehungsweise Drücke innerhalb des Steriltanks so zu reagieren, dass eine zuverlässige Befüllung des zu befüllenden Behälters mit dem Füllprodukt ermöglicht wird.
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Das Proportionalventil ist insbesondere dazu in der Lage, auf variierende Füllhöhen innerhalb des Steriltanks zu reagieren, welche durch unterschiedliche Abnahmevolumina an der Füllvorrichtung selbst hervorgerufen werden. Durch die unterschiedlichen Füllhöhen ergeben sich unterschiedliche Drücke stromaufwärts des Proportionalventils, die bei einem konstanten Querschnitt des Ringspalts eines Füllventils zu unterschiedlichen Füllproduktströmen führen würden. Mittels des Proportionalventils kann der Querschnitt entsprechend angepasst werden, so dass ein gewünschter Füllproduktstrom beziehungsweise Volumenstrom erreicht oder eingehalten werden kann.
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Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Sterilisierungsvorrichtung und mithin eine Kurzzeiterhitzungsanlage kontinuierlich betrieben wird, um eine vorgegebene Einwirkzeit der Hitze auf das Füllprodukt einhalten zu können und gleichzeitig Abnahmeschwankungen des Füllerkarussells, beispielsweise beim Auftreten von Produktionsstörungen, mittels des Steriltanks abfangen beziehungsweise abpuffern zu können.
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Bevorzugt ist zwischen dem Steriltank und dem Proportionalventil ein Drehverteiler zur Übergabe des sterilisierten Füllprodukts an ein das Proportionalventil tragendes Füllerkarussell der Füllvorrichtung vorgesehen. Besonders bevorzugt liegen dann zwischen dem Drehverteiler und dem Proportionalventil nur Rohrleitungen vor.
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Auf diese Weise kann ein besonders einfacher Aufbau des Füllerkarussells erreicht werden und auf einen Füllerkessel verzichtet werden. So kann die Masse des Füllerkarussells geringer gehalten werden und die Vorrichtung insgesamt kompakter ausgebildet werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird der Steriltank in einer Füllproduktabfüllanlage stationär oberhalb des Füllerkarussells positioniert, so dass die Sterilisierungsvorrichtung das sterilisierte Füllprodukt in den Steriltank oberhalb des Füllerkarussells einbringen kann. Das Füllprodukt strömt dann von dem Steriltank direkt über den Drehverteiler auf das Füllerkarussell. So können die Längen der Leitungswege reduziert werden, wodurch sich weiter reduzierte Investitionskosten, und weiter reduzierte Betriebskosten aufgrund der reduzierten, zu reinigenden beziehungsweise zu desinfizierenden und/oder zu sterilisierenden, produktberührten Flächen der Vorrichtung ergeben.
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Aufgrund der möglichen Reduktion der Länge der zu verwendenden Leitungswege ist es weiterhin möglich, die für die Sterilisierungsvorrichtung und insbesondere die Kurzzeiterhitzung verwendeten Medienzuführungen, beispielsweise Stickstoff, CO2, Druckluft, Dampf, sowie Reinigungsbeziehungsweise Sterilisationsmedien, ebenfalls in der Füllvorrichtung, und insbesondere auf dem Füllerkarussell zu verwenden. Auf diese Weise kann die aus dem Stand der Technik bekannte doppelte Bereitstellung der jeweiligen Medien reduziert werden beziehungsweise vollständig auf eine doppelte Bereitstellung verzichtet werden.
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Die Möglichkeit der gemeinsamen Medienverwendung ergibt sich auch aus der Tatsache, dass in der Sterilisierungsvorrichtung und der Füllvorrichtung die gleichen Druckverhältnisse vorliegen können und aufgrund der Verwendung des Proportionalventils dennoch ein zuverlässiges Füllergebnis erreicht werden kann.
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Weiterhin kann der Steriltank und/oder die Sterilisierungsvorrichtung in den Reinigungs- und/oder Desinfektions- und/oder Sterilisationsprozess des gesamten Füllsystems eingebunden werden, so dass hier eine zeiteffiziente und ressourcenschonende Reinigung, Desinfektion und Sterilisierung durchgeführt werden kann und die entsprechenden Reinigungs- und/oder Desinfektions- und/oder Sterilisationsmedien für die ganze Vorrichtung verwendet werden können.
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Bevorzugt umfasst die Sterilisierungsvorrichtung einen Wärmetauscher zum Erhitzen des Füllprodukts und ist besonders bevorzugt als Kurzzeiterhitzungsvorrichtung ausgebildet.
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Anstelle der genannten thermischen Sterilisierungsvorrichtung kann auch eine andere Sterilisierungsvorrichtung beispielsweise zur Durchführung eines anderen physikalischen Sterilisierungsverfahrens vorgesehen werden, beispielsweise mittels UV Bestrahlung oder eine Plasmabehandlung.
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Bevorzugt ist der Steriltank die einzige Puffervorrichtung in der Vorrichtung. So kann über eine einzige Puffervorrichtung auf die unterschiedlichen Zuführmengen des zu sterilisierenden Füllprodukts und die unterschiedlichen Abnahmemengen der Füllvorrichtung reagiert werden und mit einem kompakten Anlagenaufbau eine zuverlässige Befüllung der zu befüllenden Behälter mit dem dann sterilisierten Füllprodukt erreicht werden.
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Um eine Befüllung der zu befüllenden Behälter mit einem karbonisierten sterilisierten Füllprodukt zu erreichen, wird bevorzugt ein Spanngas aus dem Steriltank an die Füllvorrichtung übergeben, um die zu befüllenden Behälter mit dem Spanngas vorzuspannen, wobei das Spanngas bevorzugt über einen Drehverteiler an ein das Proportionalventil tragendes Füllerkarussell der Füllvorrichtung übergeben wird.
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Damit kann eine gemeinsame Verwendung des Spanngases beziehungsweise des entsprechenden Mediums sowohl in der Sterilisierungsvorrichtung als auch in der Füllvorrichtung erreicht werden.
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Bevorzugt ist eine Reinigungsvorrichtung mit einer Reinigungsmedienzufuhr vorgesehen, mittels welcher ein Reinigungsmedium sowohl dem Steriltank als auch der Füllvorrichtung, bevorzugt den produktberührten Wegen der Füllvorrichtung, zugeführt wird. Auf diese Weise kann mittels einer gemeinsamen Verwendung des Reinigungsmediums und insbesondere auch eines Desinfektionsmediums und/oder Sterilisationsmediums eine Reinigung und/oder Desinfektion und/oder Sterilisation der Vorrichtung erreicht werden, um die Vorrichtung für den Produktionsbetrieb vorzubereiten.
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Besonders bevorzugt ist die Reinigungsvorrichtung dazu ausgebildet, das Reinigungsmedium zusätzlich einem Wärmetauscher der Sterilisierungsvorrichtung zuzuführen. So wird eine effiziente Verwendung des Reinigungsmediums noch weitergehend ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Weitebildung ist die Füllvorrichtung in einem Isolator aufgenommen und die Reinigungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, das Reinigungsmedium zusätzlich auch zur Reinigung des Isolators zu verwenden.
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Bei dem Reinigungs- und/oder Desinfektions- und/oder Sterilisationsprozess der Vorrichtung erfolgt die Reinigung der Füllleitung sowie der Füllventile aus dem bevorzugt oberhalb des Füllerkarussells angeordneten Steriltank gleichzeitig mit der Reinigung der Füllleitung und der Füllventile. Das Reinigungsmedium kann dann über eine CIP-Rückführung, beispielsweise eine CIP-Rückführung aus dem Isolator, in welchem das Füllerkarussell angeordnet ist, in den Steriltank zurückgeführt werden, wobei bevorzugt eine Reinigungsmedienaufbereitung zwischengeschaltet ist. Entsprechend kann hier eine Kreisführung der Reinigungs-, Desinfektions- beziehungsweise Sterilisationsmedien erreicht werden, um auf diese Weise einen geschlossenen Reinigungs-, Desinfektions- oder Sterilisationskreislauf bereitzustellen, bei welchem sowohl die Füllvorrichtung als auch die Sterilisierungsvorrichtung sowie der Steriltank effizient gereinigt, desinfiziert und sterilisiert wird.
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Besonders bei der Abfüllung von karbonisierten Füllprodukten kann weiterhin eine gemeinsame Medienzuführung sowohl zum Steriltank als auch über einen Drehverteiler zum Füllerkarussell stattfinden, wobei entsprechend die jeweiligen Medien und insbesondere das Spanngas nur einmal bereitgestellt zu werden brauchen, und nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, für die Sterilisationvorrichtung und die Füllvorrichtung jeweils separat. Entsprechend kann der Druck, welcher in der Sterilisierungsvorrichtung sowie dem Steriltank vorliegt, um ein Ausgasen des CO2 im Füllprodukt zu verhindern, auch zum Vorspannen des jeweiligen zu befüllenden Behälters verwendet werden, um entsprechend in den vorgespannten Behälter füllen zu können, so dass auf diese Weise ein effizientes und die Aufschäumneigung reduzierendes Abfüllen des Füllprodukts in den jeweiligen Behälter ermöglicht wird.
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Bevorzugt findet ein nachfolgendes Entlasten des vorgespannten und dann mit dem sterilisierten und karbonisierten Füllprodukt befüllten Behälters auf den Umgebungsdruck ebenfalls über einen Drehverteiler statt, so dass eine gezielte Abführung des Spanngases und insbesondere des CO2 aus der Füllvorrichtung erreicht werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Wirkung der Verwendung des Proportionalventils ist, dass entsprechend auch unter einem erhöhten Druck abgefüllt werden kann und das Füllprodukt, welches stromaufwärts des Proportionalventils ansteht, unter einem erhöhten Druck anstehen kann. Entsprechend ist es möglich, das Füllprodukt auch unter erhöhtem Druck durch das Proportionalventil hindurchzuschieben, und auf diese Weise einen erhöhten Volumenstrom und damit ein schnelleres Füllen der zu befüllenden Behälter mit dem Füllprodukt zu erreichen. Damit kann bei einer gleichen Anlagendimensionierung beispielsweise bezüglich des Füllerdurchmessers ein erhöhter Durchsatz erreicht werden beziehungsweise die gesamte Anlage kann bei einem vorgegebenen Durchsatz kompakter ausgebildet werden.
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Durch den Fortfall von Komponenten, beispielsweise durch den Fortfall des Füllproduktkessels auf dem sich drehenden Teil des Füllers sowie durch den entsprechenden Verzicht zusätzlicher Medienzuführungen kann die Ausfallsicherheit der Gesamtanlage weiterhin erhöht werden. Die Steuerung des Steriltanks beziehungsweise dessen Füllhöhe beziehungsweise die Steuerung der Sterilisierungsvorrichtung kann weiterhin von der Füllproduktabfüllanlage und insbesondere dem Füller übernommen werden, so dass an dieser Stelle eine Koordination zwischen zwei vormals separaten Anlagenteilen fortfällt und auf diese Weise ein effizienter Anlagenaufbau realisiert werden kann.
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Bevorzugt sind die als Füllventil ausgebildeten Proportionalventile die einzigen Produktregelventile in der Vorrichtung. Für den jeweiligen Strang zwischen dem Steriltank und dem Füllventil gibt es damit nur ein einziges Ventil, mit dem der Produktstrom geregelt werden kann, nämlich das Proportionalventil. Damit kann zum einen eine eindeutige und einfache Regelung des Produktstroms erreicht werden, da keine Wechselwirkungen zwischen nacheinandergeschalteten Regelventilen berücksichtigt werden müssen. Zum anderen kann die Vorrichtung insgesamt einfacher und mit weniger Komponenten aufgebaut werden, was eine vorteilhafte Wirkung auf die Kosten und die Reinigungsfähigkeit hat.
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Bevorzugt ist der Steriltank auf einer über der durch die Proportionalventile ausgebildeten Füllerebene liegenden Ebene angeordnet. Damit können zum einen kürzere Wege der Füllproduktleitung erreicht werden, so dass die Investitionskosten und die Reinigungskosten reduziert werden können. Zu anderen kann eine Restentleerung des Steriltanks zuverlässig dadurch erreicht werden, dass der Steriltank über die Proportionalventile auslaufen kann, die entsprechend unterhalb des Steriltanks liegen.
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Figurenliste
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Abfüllung von nichtkarbonisierten Füllprodukten und
- 2 eine schematische Darstellung der vorgeschlagenen Vorrichtung zum Abfüllen von karbonisierten Füllprodukten.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
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In 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zum Befüllen von schematisch dargestellten Behältern 100 mit einem sterilisierten Füllprodukt gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Sterilisierungsvorrichtung 2 und eine Füllvorrichtung 3. Die Sterilisierungsvorrichtung 2 weist einen Wärmetauscher 20 auf, in welchem über eine Füllproduktzuleitung 110 zugeführtes Füllprodukt auf eine vorgegebene Sterilisierungstemperatur erhitzt wird und auf diese Weise sterilisiert wird. Das sterilisierte Füllprodukt wird nach der Behandlung im Wärmetauscher 20 der Sterilisierungsvorrichtung 2 über eine Sterilproduktzuleitung 10 einem Übergabeventil 120 zugeleitet und von dem Übergabeventil 120 einem Steriltank 22 übergeben.
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Der über die Füllproduktzuleitung 110 zugeführte Füllproduktstrom wird entsprechend in dem Wärmetauscher 20 der Sterilisierungsvorrichtung 2 thermisch sterilisiert und kann dann bei einem Zuführen des Füllproduktstroms über die Sterilproduktzuleitung 10 und das Übergabeventil 120 in dem Steriltank 22 gepuffert werden. Mittels des Steriltanks 22 können entsprechend Schwankungen bei der zugeführten Menge an Füllprodukt über die Sterilproduktzuleitung 10 und Schwankungen bei der Abnahme des sterilen Füllprodukts durch die Füllvorrichtung 3 ausgeglichen werden.
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Anstelle der hier gezeigten thermischen Sterilisierungsvorrichtung mit dem Wärmetauscher 20 kann auch eine andere Sterilisierungsvorrichtung beispielsweise zur Durchführung eines anderen physikalischen Sterilisierungsverfahrens vorgesehen werden, beispielsweise mittels UV Bestrahlung oder einer Plasmabehandlung.
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Über eine Füllproduktleitung 14 wird das sterile Füllprodukt dann aus dem Steriltank 22 der Füllvorrichtung 3 zugeführt. Die Füllvorrichtung 3 umfasst ein Füllerkarussell 30, welches um eine Rotationsachse R rotierbar ist. Die Übergabe des sterilen Füllprodukts von der stehenden Füllproduktleitung 14 auf das rotierende Füllerkarussell 30 findet über einen Drehverteiler 16 statt, welcher in an sich bekannter Weise das Füllprodukt von einem stehenden Teil auf ein rotierendes Teil überleitet.
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Am Füllerkarussell 30 der Füllvorrichtung 3 sind an dessen Umfang eine Mehrzahl von Füllventilen vorgesehen, welche jeweils den Füllproduktstrom aus dem über den Drehverteiler 16 zugeführten Füllproduktstrom in die jeweiligen, dem jeweiligen Füllventil zugeordneten, zu befüllenden Behälter 100 einleiten. Die Füllventile sind jeweils als Proportionalventil 4 ausgebildet, so dass der in den zu befüllenden Behälter 100 einströmende Füllproduktstrom gesteuert und/oder geregelt werden kann.
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Das Proportionalventil 4 ermöglicht es entsprechend, den Füllproduktstrom, welcher in den zu befüllenden Behälter 100 einströmt, nicht nur zwischen einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand zu schalten, sondern es sind auch weitere Füllproduktströme mittels des Proportionalventils einstellbar. Insbesondere ist es möglich, den Füllproduktstrom zwischen Null und einem vollständigen Strom, welcher einem vollständig geöffneten Füllventil 4 entspricht, zu variieren, bevorzugt im Wesentlichen stufenlos oder zumindest in einer Mehrzahl von Stufen.
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Bevorzugt umfasst das Proportionalventil 4 neben der Möglichkeit des Variierens der Ventilstellung, beispielsweise durch eine Variation des Ringspalts zwischen einem Ventilsitz und einem Ventilkegel, auch einen Volumenstromsensor, so dass eine einfache Ansteuerung des Proportionalventils 4 dahingehend erfolgen kann, dass ein gewünschter Volumenstrom eingestellt wird und dann mittels einer Ansteuerelektronik des Proportionalventils 4 selbstständig eingeregelt wird.
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Entsprechend ist, wie sich aus 1 ergibt, ein Befüllen von zu befüllenden Behältern 100 möglich, unabhängig von dem jeweiligen Füllgrad beziehungsweise Füllzustand des Steriltanks 22 beziehungsweise unabhängig davon, welcher Druck in der Füllproduktleitung 14, welche das Füllprodukt von dem Steriltank 22 zu dem Drehverteiler 16 führt, vorliegt. Mittels des Proportionalventils 4 kann entsprechend der in der Füllproduktleitung 14 vorliegende Druck ausgeglichen werden und eine gewünschte Füllmenge an sterilem Füllprodukt im Behälter 100 erreicht werden.
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Um eine kurze Länge der Füllproduktleitung 14 und ein zuverlässiges Auslaufen des Steriltanks 22 zu erreichen, liegt der Steriltank 22 bevorzugt oberhalb der Füllerebene, die durch die Proportionalventile 4 ausgebildet ist. Damit liegt auch der Auslauf aus dem Steriltank 22 in die Füllproduktleitung 14 auf einer über der durch die Proportionalventile 4 ausgebildeten Füllerebene. Dabei ist der Steriltank 22 besonders bevorzugt auf einer Bühne oberhalb des Füllerkarussels 30 angeordnet.
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Für einen Reinigungsvorgang der Vorrichtung 1 ist eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen, welche eine Reinigungsmedienzufuhr 5 umfasst, welcher auch zur Reinigung, Desinfektion beziehungsweise Sterilisierung eines Isolators 6, in welchem zumindest das Füllerkarussell 30 der Füllvorrichtung 3 angeordnet sein kann, dienen kann. Dazu sind Sprühdüsen 52 am Isolator 6 beziehungsweise im Isolator 6 vorgesehen, mittels welchen ein Reinigungs-, Desinfektions- oder Sterilisationsmedium auf die zu behandelnden Oberflächen des Isolators 6 aufgebracht werden kann.
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Das über die Reinigungsmedienzufuhr 5 zugeführte Reinigungs- und/oder Desinfektions- und/oder Sterilisationsmedium kann weiterhin über eine Steriltankreinigungsdüse 54 zur Reinigung des Steriltanks 22 verwendet werden. Aus dem Steriltank 22 kann das jeweilige Reinigungs-, Desinfektions- und/oder Sterilisationsmedium dann über die Füllproduktleitung 14 und den Drehverteiler 16 auf das Füllerkarussell 30 gebracht werden, um dann an den Füllventilen und insbesondere den Proportionalventilen 4 auszutreten, bevorzugt in den Isolator 6. Entsprechend kann mittels eines einzigen Reinigungsmedienzulaufs 5 eine Reinigung, Desinfektion oder Sterilisierung der produktberührten Bereiche und insbesondere des Steriltanks 22, der Füllproduktleitung 14, des Drehverteilers 16, der füllproduktberührten Bereiche des Füllers 3 sowie der Füllventile 4 erreicht werden.
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Die Reinigungsvorrichtung kann insbesondere in Form einer CIP - Reinigung (Cleaning In Place - Reinigung) vorgesehen sein, bei welcher sämtliche Komponenten der Vorrichtung 1 während der Reinigung, Desinfektion oder Sterilisierung im betriebsfertigen Status eingebaut bleiben können und ein Auseinandernehmen der Vorrichtung 1 für die Reinigung, Desinfektion oder Sterilisierung nicht notwendig ist. Die Reinigungs-, Desinfektions- und/oder Sterilisationsmedien werden dabei in der bereits genannten Form zugeführt und können dann über eine CIP Rückführung und eine Medienaufbereitung der Reinigungsmedienzufuhr 5 wieder zugeführt werden.
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Weiterhin ist auch eine Reinigung des Wärmetauschers 20 der Sterilisierungsvorrichtung 2 über eine Reinigungsmedienzuleitung 56 möglich, so dass auch hier die produktberührten Bereiche mit dem Reinigungs-, Desinfektions- und/oder Sterilisationsmedium durchströmt werden können.
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Alternativ zu der dargestellten Ausführung, bei der Reinigungs-, Desinfektions- und/oder Sterilisationsmedien über die Reinigungsmedienzuleitung 56 vom Reinigungsmedienzulauf 5 zur Sterilisierungsvorrichtung 2 bereitgestellt werden, können die Reinigungs-, Desinfektions- und/oder Sterilisationsmedien in nicht dargestellter Weise ebenso über die Füllproduktzuleitung 110 an der Sterilisierungsvorrichtung 2 bereitgestellt werden und über eine Reinigungsmedienzuleitung 56 in die Reinigungsmedienzufuhr 5 gespeist werden. Dadurch können die Reinigungs-, Desinfektions- und/oder Sterilisationsmedien beispielsweise auch schon eine vorgeschaltete Produktaufbereitungsanlage gereinigt haben. Zudem kann die getrennte Medienzufuhr zur Reinigungsmedienzufuhr 5 eingespart werden.
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Am Übergabeventil 120 kann eine Trennung der vom Wärmetauscher 20 kommenden Sterilproduktzuleitung 10 und dem Steriltank 22 vorgenommen werden. Entsprechend kann bereits eine Reinigung der Sterilisierungsvorrichtung 2 und insbesondere des Wärmetauschers 20 vorgenommen werden, wobei das Reinigungs-, Desinfektions- und/oder Sterilisationsmedium dann über eine Sterilproduktrückleitung 12 rückgeführt wird, während gleichzeitig noch ein Abfüllen des in dem Steriltank 22 gepufferten sterilen Füllprodukts über die Proportionalventile 4 durchgeführt wird. Die sterile Trennung zwischen Sterilproduktzuleitung 10 und Steriltank 22 wird am Übergabeventil 120 durch eine Dampfsperre unterstützt, welche den erforderlichen Dampf über eine Dampfzufuhr 8 und eine Dampfsperrleitung 80 erhält. Damit können der Füllprozess aus dem Steriltank 22 und die Reinigung der Sterilisationsvorrichtung 2 zeitlich voneinander entkoppelt werden. Der über die Dampfzufuhr 8 bereitgestellte Dampf kann auch zum Beaufschlagen der restlichen Anlagenkomponenten zu deren Sterilisierung verwendet werden, beispielsweise durch Zufuhr zu den zu sterilisierenden Anlagenkomponenten mittels einer Sterildampfleitung 82.
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Um bei einer Störung an der Füllvorrichtung 3, die beispielsweise einen Austausch eines Proportionalventils 4 notwendig macht, das noch im Steriltank 22 vorliegende sterile Füllprodukt nicht verwerfen zu müssen, ist ein Absperrventil 140 in der Füllproduktleitung 14 vorgesehen, mit dem der Steriltank 22 von der Füllvorrichtung 3 getrennt werden kann.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 dient insbesondere zur Abfüllung von stillen Füllprodukten, also insbesondere solchen Füllprodukten, welche nicht karbonisiert sind. Hier ist eine Vorspannung der zu befüllenden Behälter 100 nicht notwendig und sowohl in dem Steriltank 22 als auch in der Füllproduktleitung 14, dem Drehverteiler sowie den stromaufwärts des Proportionalventils 4 liegenden Bereichen der Füllproduktzufuhr spielt es keine Rolle, welcher Druck vorliegt. Insbesondere muss in der Sterilisierungsvorrichtung 2 kein Mindestdruck aufrechterhalten werden, welcher im Falle des Abfüllens karbonisierter Füllprodukte notwendig wäre, um ein Ausgasen beziehungsweise Entbinden des CO2 zu verhindern beziehungsweise zu reduzieren.
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Der Steriltank 22 kann über ein Atmungsventil 220 in den Isolator 6 „atmen“, um im Kopfraum des Steriltanks 22 im Wesentlichen einen konstanten Atmosphärendruck bereit zu stellen, auch wenn im Steriltank 22 unterschiedliche Füllniveaus erreicht werden.
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In 2 ist nun eine Variante der Vorrichtung 1 gezeigt, welche auch zum Abfüllen von karbonisierten sterilen Füllprodukten verwendet werden kann. Hier ist es von Bedeutung, dass das über die Füllproduktzuleitung 110 zugeführte Füllprodukt, welches dem Wärmetauscher 20 der Sterilisierungsvorrichtung 2 zugeführt wird, stets unter einem Druck steht, welcher ein Entbinden beziehungsweise Ausgasen des CO2 aus dem karbonisierten Füllprodukt weitgehend verhindert. Innerhalb des Wärmetauschers 20 der Sterilisierungsvorrichtung 2 würde diese Ausgasen nämlich dazu führen, dass innerhalb des Wärmetauschers 20 Schaumbildung auftritt, so dass ein zuverlässiges Erhitzen des Füllprodukts und damit das Erreichen der mikrobiologischen Sicherheit nicht gewährleistet werden könnte. Entsprechend muss der Druck sowohl im Wärmetauscher 20 als auch im nachgelagerten Steriltank 22 auf ein Niveau geregelt werden, welches oberhalb des Sättigungsdrucks für das CO2 im Füllprodukt liegt.
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Um hier ein Vorspannen der zu befüllenden Behälter mit dem Spanngas zu ermöglichen, damit das Füllprodukt in den vorgespannten Behälter 100 eingefüllt werden kann, um ein übermäßiges Entbinden des CO2 während des Füllvorgangs zu vermeiden, ist zusätzlich zu der Füllproduktleitung 14 vom Steriltank 22 eine Spanngasleitung 70 vorgesehen, welche beispielsweise mit Spanngas aus dem Kopfraum des Steriltanks 22 gespeist sein kann. Der Kopfraum des Steriltanks 22 wird beispielsweise über eine Spanngaszufuhr 7 mit Druckluft, Stickstoff und/oder CO2 beaufschlagt, um eine entsprechende Vorspannung bereit zu stellen.
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Alternativ kann das Spanngas zum Vorspannen der zu befüllenden Behälter 100 auch direkt aus einer Spanngaszufuhr 7 bereitgestellt werden. Bevorzugt ist diese Spanngaszufuhr 7 auch die Spanngaszufuhr 7, welche den Steriltank 22 versorgt. Dadurch können zusätzliche Ventile und ähnliche Armaturen eingespart werden und der Aufbau der Anlage wird vereinfacht.
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Sowohl die Füllproduktleitung 14 als auch die Spanngasleitung 70 werden über den Drehverteiler 16 auf den drehenden Teil des Füllers 3 übergeben, so dass sowohl eine Abfüllung des sterilen Füllprodukts mittels des Proportionalventils 4, als auch ein davor durchgeführtes Vorspannen der Behälter 100 mit dem über die Spanngasleitung 70 zugeführten Spanngas über ein entsprechendes Spanngasventil 72 am rotierenden Teil des Füllers 3 durchgeführt werden kann.
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Nach dem Durchführen des Füllvorgangs muss der im Kopfraum des dann befüllten Behälters 100 vorliegende Druck kontrolliert auf Umgebungsdruck entlastet werden. Hierzu ist ein weiterer Drehverteiler 18 vorgesehen, über welchen eine Entlastung des befüllten Behälters 100 über jeweils ein entsprechendes Entlastungsventil 74 erreicht werden kann, wobei das dann über den Drehverteiler 18 übergebene Gasgemisch und eventuell Füllproduktreste in Form von Schaum einer kontrollierten Entsorgung zugeführt werden kann. Bevorzugt mündet eine auf den Drehverteiler 18 folgende Entlastungsleitung (nicht gezeigt) in einen Sterilbereich, besonders bevorzugt den sterilen Isolator 6. Dadurch kann durch diesen Leitungsweg rückwärts keine Verkeimung oder Verunreinigung in das Füllventil eingeschleppt werden und die mikrobiologische Sicherheit wird erhöht.
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Während des Reinigungsvorganges kann über die Reinigungsmedienzufuhr 50 wiederum Reinigungsmedium den Isolatordüsen 72, dem Steriltank 22 über die Steriltankdüse 54 und über die Reinigungsmedienzuleitung 56 auch der Wärmetauscher 20 mit dem entsprechenden Reinigungs- Desinfektions- und/oder Sterilisationsmedium beaufschlagt werden.
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Weiterhin können, neben der Füllproduktleitung 14, auch die Spanngasleitung 70, die Spanngasventile 72 und die Entlastungsventile 74 einschließlich des Drehverteilers 18 behandelt werden, um auf diese Weise eine vollständige Reinigung, Desinfektion und/oder Sterilisierung sowohl des Isolatorinnenraumes 6 als auch sämtlicher füllproduktberührter Wege sowie der Spanngaswege zu erreichen.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt
- 10
- Sterilproduktzuleitung
- 12
- Sterilproduktrückleitung
- 14
- Füllproduktleitung
- 16
- Drehverteiler
- 18
- Drehverteiler
- 110
- Füllproduktzuleitung
- 120
- Übergabeventil
- 140
- Absperrventil
- 2
- Sterilisierungsvorrichtung
- 20
- Wärmetauscher
- 22
- Steriltank
- 220
- Atmungsventil des Steriltanks
- 3
- Füllvorrichtung
- 30
- Füllerkarussell
- 4
- Füllventil
- 5
- Reinigungsmedienzufuhr
- 52
- Isolatorreinigungsdüse
- 54
- Steriltankreinigungsdüse
- 56
- Reinigungsmedienzuleitung zum Wärmetauscher
- 6
- Isolator
- 7
- Spanngaszufuhr
- 70
- Spanngasleitung
- 72
- Spanngasventil
- 74
- Entlastungsventil
- 8
- Dampfzufuhr
- 80
- Dampfsperrleitung
- 82
- Sterilisationsdampfleitung
- 100
- Behälter