DE102017123253A1

DE102017123253A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt

Info

Publication number: DE102017123253A1
Application number: DE102017123253.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Habersetzer; Josef Knott; Christian Stoiber; Holger Mueller
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-04-11
Also published as: CN109626301B; SI3473587T1; EP3473587A1; CN109626301A; US10626002B2; US20190106311A1; EP3473587B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters (120) mit einem Füllprodukt, umfassend die Schritte:- abdichtendes Aufnehmen des zu befüllenden Behälters (120) in einer Behandlungskammer (2),- abdichtendes Aufbringen eines Füllorgans (3) auf den Behälter (120),- nach dem abdichtenden Aufbringen des Füllorgans (3) auf den Behälter (120), Spülen des Behälters (120) mit einem durch einen Spülgaskanal (80) in den Behälter eingeleiteten Spülgas,- nach dem Spülen des Behälters (120) mit dem Spülgas, Befüllen des Behälters (120) mit dem Füllprodukt,- Vorspannen der Behandlungskammer (2) mit einem Spanngas durch einen Spanngaskanal (84),- nach dem Befüllen des Behälters (120) und dem Vorspannen der Behandlungskammer (2), Entfernen des Füllorgans (3) von dem Behälter (120),- nach Entfernen des Füllorgans (3) von dem Behälter (120), Verschließen des in der Behandlungskammer (2) aufgenommenen Behälters (120) mit einem Behälterverschluss,- nach dem Verschließen des Behälters (120), Entlasten des in der Behandlungskammer (2) vorliegenden Vorspanndrucks und Entnehmen des Behälters (120) aus der Behandlungskammer (2), wobei der in der Behandlungskammer (2) vorliegende Vorspanndruck zumindest teilweise in den Spülgaskanal (80) entlastet wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt, beispielsweise in einer Getränkeabfüllanlage.
Technischer Hintergrund
Füllverfahren und Vorrichtungen zur Durchführung eines Füllverfahrens sind bekannt, bei welchen ein zu befüllender Behälter mit einer Behandlungskammer abgedichtet wird, ein Füllventil mit der Mündung des zu befüllenden Behälters verbunden wird und der Behälterinnenraum des zu befüllenden Behälters mit einem Spülgas zur Reduktion des Sauerstoffgehalts gespült wird. Nach dem Spülen des Behälterinnenraums mit dem Spülgas wird der Behälterinnenraum dann mit dem Füllprodukt befüllt. Vor dem Befüllen kann - je nach gewähltem Füllverfahren und je nach abzufüllendem Füllprodukt - auch ein Vorspannen oder Evakuieren des zu befüllenden Behälters durchgeführt werden.
Gleichzeitig mit dem Befüllen des Behälterinnenraums mit dem Füllprodukt, auch davor oder auch danach, wird die Behandlungskammer auf einen Überdruck gebracht und dann das Füllventil von der Mündung des bereits mit dem Füllprodukt befüllten Behälters entfernt. Durch den in der Behandlungskammer vorliegenden Überdruck findet beim Entfernen des Füllventils von der Mündung des mit dem Füllprodukt befüllten Behälters ein Überlaufen, Herausspritzen oder Überschäumen, insbesondere von einem karbonisierten Füllprodukt, nicht statt. Die unter dem Überdruck stehende Behandlungskammer kommuniziert entsprechend mit dem Behälterinnenraum.
In einem nächsten Behandlungsschritt wird dann in der noch immer unter Überdruck stehenden Behandlungskammer ein Behälterverschluss auf den Behälter aufgebracht und der Behälter entsprechend verschlossen. Nachfolgend wird der in der Behandlungskammer vorliegende Überdruck im Wesentlichen auf Umgebungsdruck reduziert und dann der befüllte und verschlossene Behälter aus der Behandlungskammer entfernt. Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind beispielsweise aus der EP 2 937 310 A2 bekannt.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung so weiterzubilden, dass der Füllvorgang noch effizienter durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie den Figuren.
Entsprechend wird ein Verfahren zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt vorgeschlagen, das die Schritte des abdichtenden Aufnehmens des zu befüllenden Behälters in einer Behandlungskammer, des abdichtenden Aufbringens eines Füllorgans auf den Behälter, nach dem abdichtenden Aufbringen des Füllorgans auf den Behälter des Spülens des Behälters mit einem durch einen Spülgaskanal in den Behälter eingeleiteten Spülgas, nach dem Spülen des Behälters mit dem Spülgas des Befüllens des Behälters mit dem Füllprodukt, des Vorspannens der Behandlungskammer mit einem Spanngas durch einen Spanngaskanal, nach dem Befüllen des Behälters und dem Vorspannen der Behandlungskammer des Entfernens des Füllorgans von dem Behälter, nach dem Entfernen des Füllorgans von dem Behälter des Verschließens des in der Behandlungskammer aufgenommenen Behälters mit einem Behälterverschluss und nach dem Verschließen des Behälters des Entlastens des in der Behandlungskammer vorliegenden Vorspanndrucks und des Entnehmens des Behälters aus der Behandlungskammer aufweist. Erfindungsgemäß wird der in der Behandlungskammer vorliegende Vorspanndruck zumindest teilweise in den Spülgaskanal entlastet.
Dadurch, dass das Entlasten des Vorspanndrucks in der Behandlungskammer zumindest teilweise durch den Spülgaskanal erreicht wird, wird eine Wiederverwendung des in der Behandlungskammer zur Vorspannung verwendeten Gases ermöglicht. Das in der Behandlungskammer verwendete Spanngas kann insbesondere nachfolgend zum Spülen eines weiteren zu befüllenden Behälters verwendet werden.
Insbesondere ist es aufgrund der Druckverhältnisse beim Spülen des Behälters mit dem Spülgas vor dem eigentlichen Befüllen des Behälters mit dem Füllprodukt nicht notwendig, das Spülen mit einem hohen Druck durchzuführen. Vielmehr wird das Spülen bevorzugt unter einem Druck durchgeführt, der unterhalb des Drucks des Füllprodukts liegt. Beispielsweise kann ein Spülen mit einem Spülgas bei einem geringen Druck, beispielsweise bei 0,5 bar bis 4 bar Absolutdruck, bevorzugt bei einem Absolutdruck von 1,4 bar bis 1,9 bar, durchgeführt werden, wobei der Behälter gleichzeitig über einen Vakuumkanal mit einem Unterdruck in Kommunikation steht, der unter dem Druck des Spülgases liegt. Entsprechend wird das Spülgas aus dem Spülgaskanal quasi durch den zu spülenden Behälter hindurchgesaugt.
Unter „Vakuum“ des Vakuumkanals wird in diesem Zusammenhang entsprechend nur verstanden, dass der Druck im Vakuumkanal während des Spülens des Behälters mit dem Spülgas unterhalb des im Spülgaskanal vorliegenden Drucks liegt, um entsprechend einen Strom von Spülgas aus dem Spülgaskanal hinaus in den Behälter und durch diesen hindurch zu erreichen.
Die Behandlungskammer hingegen wird, um einen entsprechenden Gegendruck gegen das Entbinden des Gases aus einem karbonisierten Füllprodukt bereitzustellen, mit einem Druck von 2 bar bis 11 bar Absolutdruck, bevorzugt mit einem Absolutdruck von 5 bar bis 9 bar, mit dem Spanngas beaufschlagt. Durch die Beaufschlagung der Behandlungskammer mit dem Spanngas kann erreicht werden, dass insbesondere ein karbonisiertes Füllprodukt beim Entfernen des Füllorgans von der Mündung des dann befüllten Behälters nicht dazu neigt, das im Füllprodukt gebundene CO₂ zu entbinden.
Dadurch kann entsprechend erreicht werden, dass die Aufschäumneigung beziehungsweise überhaupt ein Aufschäumen und Austreten des in dem Behälter aufgenommenen Füllprodukts aus der Mündung des befüllten Behälters durch den Vorspanndruck in der Behandlungskammer unterdrückt wird. Weiterhin wird möglicherweise im Mündungsbereich des befüllten Behälters vorliegender Schaum aufgrund des Überdrucks in der Behandlungskammer in den befüllten Behälter zurückgedrückt. Dieser Überdruck in der Behandlungskammer wird aufrechterhalten, bis der Behälter mittels des Verschließers sicher mit einem Behälterverschluss verschlossen ist.
Um sowohl die Spülwirkung des Spülgases als auch die Vorspannwirkung des Spanngases effizient zu erreichen steht weiterhin der Spanngaskanal unter einem höheren Druck als der Spülgaskanal. Damit wird auch sichergestellt, dass das Spanngas aus der unter Druck mit dem Spanngas beaufschlagten Behandlungskammer zumindest teilweise beim Öffnen eines Spülgasventils in den Spülgaskanal strömt.
Es kann so erreicht werden, dass ein Teil des Gasvolumens des Spanngases, das unter hohem Druck in der Behandlungskammer zur Vorspannung vorliegt, nach dem Verschließen des Behälters zum Entlasten der Behandlungskammer in den Spülgaskanal eingebracht wird. In dem Spülgaskanal liegt ein geringerer Druck vor, so dass ein beträchtlicher Teil des Gasvolumens aus der Behandlungskammer in den Spülgaskanal abfließen kann. Dieses Gasvolumen kann nachfolgend wieder dafür verwendet werden, den nächsten zu spülenden Behälter zu spülen.
Hierzu ist anzumerken, dass Behälter beispielsweise mit dem doppelten Volumen ihres Behältervolumens mit Spülgas gespült werden. Die Behandlungskammer weist hingegen typischerweise ein deutlich geringeres Volumen auf, als das Behältervolumen.
In einer exemplarischen Ausbildung weist die Behandlungskammer ein Volumen von 100 ml auf, wohingegen ein zu befüllender Behälter ein Volumen von 500 ml bis 1 l aufweist. Damit ergibt sich bei einem Absolutdruck von 5 bar in der mit dem Spanngas aus dem Spanngaskanal vorgespannten Behandlungskammer und einem Absolutdruck von 1 bar im Spülgaskanal, dass das Spanngasvolumen aus der Behandlungskammer, welches in den Spülgaskanal zur Entlastung zurückgeflossen ist, beim nächsten Spülen eines zu befüllenden Behälters vollständig in dem zu spülenden Behälter verbraucht wird. Nachfolgend fließt dann auch noch frisches Spülgas aus einem Spülgasreservoir nach.
Auf diese Weise lässt sich erreichen, dass der Verbrauch von Spanngas und Spülgas, welches üblicherweise jeweils CO₂ ist, reduziert werden kann, da das in der Behandlungskammer als Spanngas verwendete CO₂ nachfolgend als Spülgas recycelt werden kann. Entsprechend ergibt sich eine Recyclingquote von etwa 80% des als Spanngas in der Behandlungskammer verwendeten CO₂.
Bevorzugt wird anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks in den Spülgaskanal der in der Behandlungskammer verbleibende Vorspanndruck durch einen mit der Umgebung in Kommunikation stehenden Entlastungskanal weiter entlastet, bevorzugt auf Umgebungsdruck. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass vor dem Entnehmen des befüllten und verschlossenen Behälters aus der Behandlungskammer die Behandlungskammer weiter entlastet ist und entsprechend ein sicheres Öffnen der Behandlungskammer und ein sicheres Entnehmen des Behälters möglich ist.
Bevorzugt wird das nach dem Entnehmen des verschlossenen Behälters vorgenommene Spülen eines nachfolgend in der Behandlungskammer aufgenommenen zu befüllenden Behälters mit dem Spülgas zumindest teilweise mit dem in den Spülgaskanal geflossenen Spanngas durchgeführt. Damit kann entsprechend eine effiziente Wiederverwendung des Gases erreicht werden.
Bevorzugt wird zum Spülen des Behälters zusätzlich zu dem in den Spülgaskanal entlasteten Spanngas ein Spülgas aus einer Spülgasquelle verwendet. Damit kann die Zufuhr frischen Spülgases sichergestellt werden.
Bevorzugt steht der Spülgaskanal unter einem Absolutdruck von 0,5 bar bis 4 bar, besonders bevorzugt unter einem Absolutdruck von 1,4 bar bis 1,9 bar, und der Spanngaskanal steht unter einem Absolutdruck von 2 bar bis 11 bar, bevorzugt unter einem Absolutdruck von 5 bar bis 9 bar.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks der Behandlungskammer in den Spülgaskanal der in der Behandlungskammer verbleibende Vorspanndruck durch einen über eine Vakuumleitung bereitgestellten Unterdruck weiter entlastet, bevorzugt auf Umgebungsdruck. Durch die Verbindung der Behandlungskammer mit der Vakuumleitung kann entsprechend eine sehr schnelle Entlastung bereitgestellt werden.
Bevorzugt wird anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks der Behandlungskammer in den Spülgaskanal der in der Behandlungskammer verbleibende Vorspanndruck durch ein Zurückziehen des Füllorgans und/oder eines Verschließorgans aus der Behandlungskammer weiter entlastet, bevorzugt auf Umgebungsdruck.
Damit kann mit der durch das Zurückziehen des Füllorgans und/oder des Verschließorgans einhergehenden Volumenvergrößerung in der Behandlungskammer ein Druckabbau des in der Behandlungskammer verbleibenden Vorspanndrucks erreicht werden, so dass auf das Bereitstellen einer Entlastungsleitung verzichtet werden kann.
Das Zurückziehen des Verschließorgans nach dem teilweisen Entlasten des Vorspanndrucks in den Spülgaskanal ist ohnehin notwendig, um die Behandlungskammer wieder in die Ausgangsposition zu versetzen und die Aufnahme eines neuen zu befüllenden Behälters vorzubereiten. In diesem Prozess wird gleichzeitig auch die definierte Entlastung der Behandlungskammer vorgenommen.
Bevorzugt wird während des Einbringens des Spülgases in den zu befüllenden Behälter der zu befüllende Behälter mit einem über eine Vakuumleitung bereitgestellten Unterdruck beaufschlagt, bevorzugt um einen Spülgasstrom in dem zu befüllenden Behälter bereit zu stellen. Dies ermöglicht eine effiziente Spülung des Behälters.
Vorteilhaft wird vor dem Einbringen des Füllprodukts in den zu befüllenden Behälter der zu befüllende Behälter auf einen Unterdruck gebracht und ein unter Überdruck stehendes Füllprodukt wird in den unter Unterdruck stehenden Behälter eingebracht.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie den Figuren.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters mit einem Füllprodukt vorgeschlagen, umfassend eine Behandlungskammer zum dichtenden Aufnehmen des zu befüllenden Behälters, ein Füllorgan zum abdichtenden Aufbringen auf den mit der Behandlungskammer abgedichteten Behälter sowie zum Einbringen eines Füllprodukts in den Behälter, einen Spülgaskanal zum Einbringen eines Spülgases in den zu befüllenden Behälter, einen Spanngaskanal zum Einbringen eines Spanngases in die Behandlungskammer, und ein Verschließorgan zum Aufbringen eines Behälterverschlusses auf einen befüllten Behälter innerhalb der Behandlungskammer. Erfindungsgemäß ist eine Steuerung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, nach dem Verschließen des Behälters ein zumindest teilweises Entlasten des in der Behandlungskammer vorliegenden Vorspanndrucks in den Spülgaskanal vorzunehmen.
Mittels dieser Vorrichtung können die oben zum Verfahren beschriebenen Vorteile erreicht werden.
Bevorzugt ist die Steuerung dazu eingerichtet, anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks der Behandlungskammer in den Spülgaskanal den in der Behandlungskammer verbleibenden Vorspanndruck durch einen mit der Umgebung in Kommunikation stehenden Entlastungskanal weiter zu entlasten, bevorzugt auf Umgebungsdruck.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuerung dazu eingerichtet, anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks der Behandlungskammer in den Spülgaskanal den in der Behandlungskammer verbleibenden Vorspanndruck durch einen über eine Vakuumleitung bereitgestellten Unterdruck weiter zu entlasten, bevorzugt auf Umgebungsdruck.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuerung dazu eingerichtet, anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks der Behandlungskammer in den Spülgaskanal den in der Behandlungskammer verbleibenden Vorspanndruck durch ein Zurückziehen des Füllorgans und/oder des Verschließorgans aus der Behandlungskammer weiter zu entlasten, bevorzugt auf Umgebungsdruck.
Bevorzugt ist die Steuerung dazu eingerichtet, das nach dem Entnehmen des verschlossenen Behälters vorgenommene Spülen eines nachfolgend in der Behandlungskammer aufgenommenen zu befüllenden Behälters zumindest teilweise mit dem in den Spülgaskanal entlastete Spanngas durchzuführen.
Vorteilhaft ist die Steuerung dazu eingerichtet, zum Spülen des Behälters zusätzlich zu dem in den Spülgaskanal entlasteten Spanngas ein Spülgas aus einer Spülgasquelle zu verwenden.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt und einem nachfolgenden Verschließen des Behälters mit einem Behälterverschluss, wobei eine Behandlungskammer zur Aufnahme des Behälters, ein auf den in der Behandlungskammer aufgenommenen Behälter wirkendes Füllorgan und ein auf den in der Behandlungskammer aufgenommenen Behälter wirkendes Verschließelement vorgesehen sind;
2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus der 1, wobei das Verschließelement über den Mündungsbereich des befüllten Behälters geführt ist, um einen Behälterverschluss auf den befüllten Behälter aufzubringen; und
3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus den vorhergehenden Figuren, wobei das Verschließelement wieder in die Ausgangsposition zurückgezogen ist und der befüllte und verschlossene Behälter nach unten hin aus der Behandlungskammer herausgeführt wurde.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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.
In den Figuren sind schematisch unterschiedliche Ausschnitte, Detaildarstellungen und Zustände einer Vorrichtung 1 zum Befüllen eines Behälters 120 mit einem Füllprodukt und zum anschließenden Verschließen des mit dem Füllprodukt befüllten Behälters 120 mit einem Behälterverschluss gezeigt.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Behandlungskammer 2, ein Füllorgan 3 und ein Verschließorgan 4, die nachfolgend im Einzelnen beschrieben werden.
Die Behandlungskammer 2 dient dazu, vorgegebene Druckverhältnisse und/oder eine vorgegebene Atmosphäre für den zu befüllenden Behälter 120 beziehungsweise dessen Innenraum bereit zu stellen, wenn die Mündung 122 des zu befüllenden Behälters 120 in Kommunikation mit der Behandlungskammer 2 steht.
Das Füllorgan 3 dient dazu, den Innenraum des zu befüllenden Behälters 120 in an sich bekannter Weise mit einer vorgegebenen Menge an Füllprodukt zu befüllen.
Das Verschließorgan 4 dient dazu, den mit dem Füllprodukt befüllten Behälter 120 schließlich mit einem Behälterverschluss zu verschließen.
Die Vorrichtung 1 kann beispielsweise in einer Getränkeabfüllanlage vorgesehen sein, wobei dann ein Getränk in eine zu befüllende Getränkeflasche eingefüllt wird und die Getränkeflasche nach der Befüllung mit dem Getränk mit einem Behälterverschluss verschlossen wird. Es sind aber auch Anlagen zur Abfüllung anderer Füllprodukte, beispielsweise aus dem Lebensmittelbereich, dem Pharmabereich, dem Hygienebereich oder dem Mineralölbereich angedacht.
In einer solchen Anlage ist übliche Weise eine Mehrzahl der gezeigten Vorrichtungen 1 um den Umfang eines Behandlungskarussells herum angeordnet. Die Vorrichtungen 1 laufen entsprechend um die Rotationsachse des Behandlungskarussells um, um entsprechend eine kontinuierliche Verarbeitung und insbesondere eine kontinuierliche Befüllung und ein kontinuierliches Verschließen von kontinuierlich zugeführten zu befüllenden Behältern 120, beispielsweise in einer Getränkeabfüllanlage, bereitzustellen. Dabei wird ein Strom von befüllten und verschlossenen Behältern 120 hergestellt.
Die Behandlungskammer 2 der jeweiligen Vorrichtung 1 ist dazu vorgesehen, zumindest einen Teil des zu befüllenden Behälters 120 aufzunehmen. Hierzu weist die Behandlungskammer 2 an ihrem unteren Ende eine Behälteraufnahmeöffnung 20 auf, durch welche hindurch der jeweils zu befüllende Behälter 120 mit seiner Behältermündung 122 voraus in die Behandlungskammer 2 eingeschoben werden kann.
Durch das Einführen des zu befüllenden Behälters 120 mit seiner Behältermündung 122 in die Behandlungskammer 2 wird die Behälteraufnahmeöffnung 20 - beispielsweise mittels einer schaltbaren Dichtung 60 - gasdicht gegenüber der Umgebung verschlossen, so dass die Behälteraufnahmeöffnung 20 der Behandlungskammer 2 bei eingeschobenem Behälter 120 gasdicht gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
Der Behälter 120 ist damit abdichtend mit der Behandlungskammer 2 aufgenommen. In einer alternativen Ausgestaltung kann nicht nur ein Teil des Behälters 120 - wie in der gezeigten Ausführungsform der Mündungsbereich - sondern der gesamte Behälter 120 in der Behandlungskammer 2 aufgenommen sein.
Die Behandlungskammer 2 weist an ihrem oberen Ende weiterhin eine Verschließeraufnahmeöffnung 22 auf. Durch die Verschließeraufnahmeöffnung 22 hindurch kann das Verschließorgan 4 beziehungsweise ein Verschließelement 40 des Veschließorgans 4 auf die Behältermündung 122 eines dann befüllten Behälters 120 einwirken, um einen Behälterverschluss aufzubringen. Durch das Absenken des Verschließorgans 4 und eines Verschließerflansches 42 des Verschließorgans 4 kann die Verschließeraufnahmeöffnung 22 gasdicht gegenüber der Umgebung abgeschlossen werden.
Damit wird durch das Einführen des Behälters 120 in die Behälteraufnahmeöffnung 20 und durch das Absenken des Verschließorgans 4 auf die Verschließeraufnahmeöffnung 22 der Innenraum der Behandlungskammer 2 gasdicht gegenüber der Umgebung abgeschlossen. Innerhalb der Behandlungskammer 2 kann entsprechend ein sich von der Umgebung unterscheidender Druck aufgebracht werden und/oder es kann in der Behandlungskammer 2 eine sich von der Umgebungsatmosphäre unterscheidende Atmosphäre beziehungsweise Gasmischung oder ein Gas bereitgestellt werden.
In der Behandlungskammer 2 kann beispielsweise durch das Einbringen eines Überdrucks ein gegenüber der Umgebung unterschiedlicher Druck vorgesehen werden, der in der Behandlungskammer 2 und damit dann auch in dem Innenraum des gasdicht gegenüber der Umgebung mit der Behandlungskammer 2 abgeschlossenen zu befüllenden Behälters 120 erreicht wird, wenn die Behältermündung 122 unabgedichtet in die Behandlungskammer 2 ragt und entsprechend der Behälterinnenraum mit der Behandlungskammer 2 in Kommunikation steht.
Durch das Beaufschlagen der Behandlungskammer 2 mit einem Gas oder einem Gasgemisch wie beispielsweise durch Einleiten von CO₂ oder einem anderen Inertgas über einen mit der Behandlungskammer 2 in Kommunikation stehenden Spanngaskanal 84 kann in der Behandlungskammer 2 eine sich von der Umgebung unterscheidende Atmosphäre bereitgestellt werden.
In der Behandlungskammer 2 ist ein Füllproduktauslauf 30 des Füllorgans 3 vorgesehen, mittels welchem das abzufüllende Füllprodukt in den Innenraum des zu befüllenden Behälters 120 eingefüllt werden kann. Das Füllorgan 3 weist eine den Füllproduktauslauf 30 umgebende Füllproduktauslaufdichtung 300 auf, an welche die Mündung 122 des Behälters 120 angepresst werden kann und mittels welcher eine abdichtende Verbindung zwischen dem Behälterinnenraum und dem Füllorgan 3 hergestellt werden kann.
Im Innenraum des gasdicht gegenüber der Umgebung mit der Behandlungskammer 2 abgeschlossenen zu befüllenden Behälters 120 wird im Wesentlichen der gleiche Druck und im Wesentlichen die gleiche Atmosphäre wie in der Behandlungskammer 2 bereitgestellt, wenn die Behältermündung 122 offen in die Behandlungskammer 2 mündet.
Ist die Behältermündung 122 des zu befüllenden Behälters 120 hingegen gegenüber der Behandlungskammer 2 gasdicht abgeschlossen, beispielsweise dadurch, dass die Behältermündung 122 mit dem Füllorgan 3 abgedichtet ist, hat der in der Behandlungskammer 2 vorliegende Druck und die in der Behandlungskammer 2 vorliegende Atmosphäre keinen Einfluss auf den im Innenraum des Behälters 120 vorliegenden Druck beziehungsweise die in diesem vorliegende Gaszusammensetzung.
Das Füllorgan 3 und damit auch der Füllproduktauslauf 30 kann in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Richtung des gezeigten Pfeils F, welcher die Füllorganbewegungsrichtung andeutet, bewegt werden, derart, dass der Füllproduktauslauf 30 entweder in einer Behandlungsposition so über der Behälteraufnahmeöffnung 20 angeordnet ist, dass ein zu befüllender Behälter 120 durch seine Behältermündung 122 hindurch mit dem durch den Füllproduktauslauf 30 ausströmenden Füllprodukt beaufschlagt werden kann, oder aber das Füllorgan 3 und der Füllproduktauslauf 30 werden in eine zurückgezogene Parkposition bewegt, derart, dass das Verschließorgan 4 in einer nachfolgend beschriebenen Weise einen Behälterverschluss auf den dann befüllten Behälter 120 aufbringen kann.
Das Verschließorgan 4 weist ein Verschließelement 40 auf, mittels welchem der eigentliche Behälterverschluss auf den immer noch in der Behandlungskammer 2 aufgenommenen, befüllten, aber noch nicht verschlossenen Behälter 120 aufgebracht werden kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Verschließelement 40 dazu ausgebildet, auf dem zu verschließenden Behälter 120 einen Kronkorkenverschluss aufzubringen. Das Verschließelement 40 kann jedoch je nach Bedarf und je nach gefordertem Behälterverschluss ausgebildet sein und kann insbesondere, neben der Ausbildung als Kronkorkenverschließer, auch als Schraubverschließer zum Aufbringen eines als Formteil bereitgestellten Schraubverschlusses, als Aufroll- beziehungsweise Anrollverschließer zum Aufrollen beziehungsweise Anrollen einer Behälterverschlusshülse auf ein Außengewinde eines befüllten Behälters, als Verschließelement zum Aufbringen von Stopfen, Korken oder in jeglicher anderer Art und Weise zum Verschließen des befüllten Behälters 120 ausgebildet sein.
Sobald nun die gasdichte Abdichtung zwischen dem Füllproduktauslauf 30 und dem Behälter 120 hergestellt ist, kann ein Spülen des Behälters 120 mit einem über einen Spülgaskanal 80 zugeführtes Spülgas, beispielsweise CO₂, stattfinden. Bevorzugt kann auch ein Vakuumkanal 88 vorgesehen sein, mittels welchem der Behälter 120 mit einem Unterdruck beaufschlagt wird. Auf diese Weise kann ein Spülgasstrom durch den Behälter 120 streichen und auf diese Weise den verbleibenden Sauerstoff in dem Behälter 120 verdrängen. Oder es kann durch abwechselndes Beaufschlagen mit Unterdruck und Spülgas eine effiziente Spülung des Behälters 120 erreicht werden.
In dem Spülgaskanal 80 liegt bevorzugt ein Absolutdruck von 0,5 bar bis 4 bar vor. Der im Behälter 120 vorliegende Druck muss entsprechend durch das Schalten des Vakuumkanals 88 auf einem Druck gehalten werden, der unterhalb des im Spülgaskanal 80 anliegenden Druck liegt, wenn ein Einströmen des Spülgases in den Behälter 120 ermöglicht werden soll.
Eine Steuerung 9 dient dazu, ein Spülgasventil 82 und ein Vakuumventil 89 so zu schalten, dass der Behälter 120 auf die vorbeschriebene Weise mit dem Spülgas gespült wird und entsprechend eine vorgegebene Spülgaskonzentration im Behälter 120 erreicht wird. Damit kann beispielsweise eine sauerstoffarme Atmosphäre im Behälter 120 erreicht werden.
Dann kann das Füllprodukt in den dann gespülten Behälter 120 eingebracht werden. Vor dem Einbringen des Füllprodukts kann in bevorzugten Ausgestaltungen in dem Behälter 120 entweder ein Unterdruck bereitgestellt werden, in welchen das dann relativ dazu unter Überdruck stehende Füllprodukt eingeleitet wird, oder der Behälter 120 wird auf einen oberhalb des Sättigungsdrucks des Füllprodukts liegenden Druck mit einem Spanngas vorgespannt und das Füllprodukt wird in den vorgespannten Behälter 120 eingebracht.
Weiterhin wird, wenn die Behandlungskammer 2 gegenüber dem Behälter 120 durch das Aufpressen des Füllorgans 3 druckdicht abgedichtet ist, über eine Spanngasleitung 84 die Behandlungskammer 2 mit einem Spanngas vorgespannt. Die Steuerung 9 steuert diese Beaufschlagung der Behandlungskammer 2 mit dem Spanngas entsprechend durch das Schalten eines Spanngasventils 86.
Um sowohl die Spülwirkung des Spülgases als auch die Vorspannwirkung des Spanngases effizient zu erreichen, steht der Spülgaskanal 80 bevorzugt unter einem Absolutdruck von 0,5 bar bis 4 bar, bevorzugt einem Absolutdruck von 1,4 bar bis 1,9 bar, und der Spanngaskanal 84 unter einem Absolutdruck von 2 bar bis 11 bar, bevorzugt einem Absolutdruck von 5 bar bis 9 bar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens steht der Spülgaskanal 80 unter einem Absolutdruck von in etwa 1,7 bar und der Spanngaskanal 84 steht unter einem Absolutdruck von in etwa 7 bar.
Um sowohl die Spülwirkung des Spülgases als auch die Vorspannwirkung des Spanngases effizient zu erreichen steht weiterhin der Spanngaskanal 84 unter einem höheren Druck als der Spülgaskanal 80.
Ist in der Behandlungskammer 2 der gewünschte Vorspanndruck erreicht und der Behälter 120 mit dem Füllprodukt befüllt, so kann das Füllorgan 3 von der Mündung 122 des Behälters 120 abgehoben werden. Der Innenraum des Behälters 120 sowie das darin vorliegende Füllprodukt wird dann dadurch, dass die Behandlungskammer 2 dann in Kommunikation mit dem Behälter 120 steht, mit dem Vorspanndruck der Behandlungskammer 2 beaufschlagt. Auf diese Weise kann das Überschäumen des Füllprodukts durch das Entbinden des im Füllprodukt gebundenen Gas - beispielsweise CO₂ - reduziert oder vermieden werden, wenn das Füllorgan 3 abgehoben wird.
Nachfolgend wird das Füllorgan 3 in der Füllorganbewegungsrichtung F zurückgezogen und der Verschließer 4 - wie in 2 schematisch gezeigt - abgesenkt, um einen Verschluss auf die Mündung 122 des dann befüllten Behälters 120 aufzubringen. Der Behälter 120 beziehungsweise der Behälterinnenraum steht hierbei die ganze Zeit in Kommunikation mit der Behälterbehandlungskammer 2, welche ihrerseits unter dem Vorspanndruck steht.
Nach dem Verschließen des Behälters 120 wird dann die Behandlungskammer 2 auf einen niedrigeren Druck entlastet, dadurch, dass der Spülgaskanal 80 mittels des Spülgasventils 82 geöffnet wird. Da der Spülgaskanal 80 auf einem niedrigen Druck, beispielsweise in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei einem Absolutdruck von 1,7 bar, steht, strömt das in der Behandlungskammer 2 unter einem hohen Druck, beispielsweise in diesem Ausführungsbeispiel bei einem Absolutdruck von 7 bar, vorliegende Gas in den Spülgaskanal 80 zurück, wenn das Spülgasventil 82 geöffnet wird. Entsprechend wird - abhängig von den Druckverhältnissen - zumindest ein Teil des in der Behandlungskammer 2 vorliegenden Spanngases in den Spülgaskanal 80 zurückfließen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel steht die Behandlungskammer 2 auch bei zurückgezogenem Füllorgan 3 in Kommunikation mit diesem und insbesondere über den Füllproduktauslauf 30 auch mit dem Spülgaskanal 80 und dem Vakuumkanal 88.
Da bei bestimmten Druckverhältnissen ein vollständiges Entlasten der Behandlungskammer 2 auf Umgebungsdruck in den Spülgaskanal 80 hinein nicht stattfinden kann, kann ein vollständiges Entlasten des Druckes in der Behandlungskammer 2 auf Umgebungsdruck beispielsweise durch eine Verbindung der Behandlungskammer 2 mit dem Vakuumkanal 88 erreicht werden.
In einer Alternative oder zusätzlich kann ein Entlasten der Behandlungskammer 2 auf Umgebungsdruck auch oder zusätzlich über einen Entlastungskanal 800 erreicht werden, der mit der Umgebung in Kommunikation steht.
In einer weiteren Alternative oder zusätzlich zu einer oder beiden der oben genannten Möglichkeiten zur Entlastung der Behandlungskammer 2 kann anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks der Behandlungskammer 2 in den Spülgaskanal 80 der in der Behandlungskammer 2 verbleibende Vorspanndruck durch ein Zurückziehen des Füllorgans 3 und/oder des Verschließorgans 4 aus der Behandlungskammer 2 weiter entlastet werden, bevorzugt auf Umgebungsdruck.
Dabei wird nach dem Entlasten der Behandlungskammer 2 in den Spülgaskanal 80 der das Spülgasventil 82 wieder geschlossen und dann das Verschließelement 40 aus der Behandlungskammer 2 herausbewegt. Die dabei entstehende Volumenvergrößerung des freien Volumens in der Behandlungskammer 2 bewirkt ebenfalls ein Entlasten des in der Behandlungskammer 2 noch vorliegenden Vorspanndrucks. Dieses Zurückziehen kann bis zur Entlastung auf Umgebungsdruck durchgeführt werden. Der befüllte und verschlossene Behälter kann dann aus der Behandlungskammer 2 entnommen werden.
Die jeweiligen Vorgänge werden über die Steuerung 9 angesteuert, die ihrerseits jeweiligen Ventile schaltet, beispielsweise das Spanngasventil 86 und/oder das Spülgasventil 82 und/oder das Vakuumventil 89 und/oder das Entlastungsventil 802.
Nachdem die Behandlungskammer 2 auf Umgebungsdruck gebracht wurde, kann der dann befüllte und verschlossene Behälter 120, so wie in 3 schematisch angedeutet, aus der Behandlungskammer 2 entnommen werden.
Beim erneuten Spülen eines nachfolgend in der Behandlungskammer 2 aufgenommenen, zu befüllenden Behälters 120 wird das in den Spülgaskanal 80 zurückgeflossene Spanngas, welches nun als Spülgas fungiert, entsprechend wiederverwendet. Das zurückgeflossene Spanngas wird dabei im Spülgaskanal 80 zwischengespeichert. Das Volumen des Spülgaskanals 80 ist entsprechend ausgelegt und kann beispielsweise durch einen zwischengeschalteten Druckspeicher erweitert werden.
Da das in den Spülgaskanal 80 zurückgeflossene Spanngas möglichweise vom Volumen her für den nächsten Spülvorgang eines weiteren zu befüllenden Behälters 120 nicht ausreicht, kann frisches Spülgas aus einer Spülgasquelle 820 - beispielsweise einem Spülgastank - zugeführt werden. Durch das Verwenden des in den Spülgaskanal 80 zurückgeflossenen Spanngases als Spülgas kann der Verbrauch von frischem Spülgas jedoch reduziert werden.
Bevorzugt ist der Spülgaskanal 80 dabei so ausgebildet, dass das gesamte zurückfließende Spanngasvolumen im Spülgaskanal 80 aufgenommen werden kann, ohne dass zurückfließendes Spanngas in die Spülgasquelle 820 eintritt, um hier mögliche Verunreinigungen auszuschließen.
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.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
120: Behälter
122: Behältermündung
2: Behandlungskammer
20: Behälteraufnahmeöffnung
22: Verschließeraufnahmeöffnung
3: Füllorgan
30: Füllproduktauslauf
300: Füllproduktauslaufdichtung
4: Verschließorgan
40: Verschließelement
60: schaltbare Dichtung
80: Spülgaskanal
82: Spülgasventil
84: Spanngaskanal
86: Spanngasventil
88: Vakuumkanal
89: Vakuumventil
800: Entlastungskanal
802: Entlastungsventil
820: Spülgasquelle
9: Steuerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2937310 A2 [0004]

Claims

Verfahren zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters (120) mit einem Füllprodukt, umfassend die Schritte: - abdichtendes Aufnehmen des zu befüllenden Behälters (120) in einer Behandlungskammer (2), - abdichtendes Aufbringen eines Füllorgans (3) auf den Behälter (120), - nach dem abdichtenden Aufbringen des Füllorgans (3) auf den Behälter (120), Spülen des Behälters (120) mit einem durch einen Spülgaskanal (80) in den Behälter eingeleiteten Spülgas, - nach dem Spülen des Behälters (120) mit dem Spülgas, Befüllen des Behälters (120) mit dem Füllprodukt, - Vorspannen der Behandlungskammer (2) mit einem Spanngas durch einen Spanngaskanal (84), - nach dem Befüllen des Behälters (120) und dem Vorspannen der Behandlungskammer (2), Entfernen des Füllorgans (3) von dem Behälter (120), - nach Entfernen des Füllorgans (3) von dem Behälter (120), Verschließen des in der Behandlungskammer (2) aufgenommenen Behälters (120) mit einem Behälterverschluss, - nach dem Verschließen des Behälters (120), Entlasten des in der Behandlungskammer (2) vorliegenden Vorspanndrucks und Entnehmen des Behälters (120) aus der Behandlungskammer (2), dadurch gekennzeichnet, dass der in der Behandlungskammer (2) vorliegende Vorspanndruck zumindest teilweise in den Spülgaskanal (80) entlastet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks in den Spülgaskanal (80) der in der Behandlungskammer (2) verbleibende Vorspanndruck durch einen mit der Umgebung in Kommunikation stehenden Entlastungskanal (800) weiterentlastet wird, bevorzugt auf Umgebungsdruck.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das nach dem Entnehmen des verschlossenen Behälters (120) vorgenommene Spülen eines nachfolgend in der Behandlungskammer (2) aufgenommenen zu befüllenden Behälters (120) mit dem Spülgas zumindest teilweise mit dem in den Spülgaskanal (80) entlastete Spanngas durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Spülen des Behälters (120) zusätzlich zu dem in den Spülgaskanal (80) entlasteten Spanngas ein Spülgas aus einer Spülgasquelle (820) verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülgaskanal (80) unter einem Absolutdruck von 0,5 bar bis 4 bar, bevorzugt unter einem Absolutdruck von 1,4 bis 1,9 bar, steht und der Spanngaskanal (84) unter einem Absolutdruck von 2 bar bis 11 bar, bevorzugt einem Absolutdruck von 5 bar bis 9 bar, steht.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanngaskanal (84) unter einem höheren Druck steht, als der Spülgaskanal (80).
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks der Behandlungskammer (2) in den Spülgaskanal (80) der in der Behandlungskammer (2) verbleibende Vorspanndruck durch einen über eine Vakuumleitung (88) bereitgestellten Unterdruck weiter entlastet wird, bevorzugt auf Umgebungsdruck.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks der Behandlungskammer (2) in den Spülgaskanal (80) der in der Behandlungskammer (2) verbleibende Vorspanndruck durch ein Zurückziehen des Füllorgans (3) und/oder eines Verschließorgans (4) aus der Behandlungskammer (2) weiter entlastet wird, bevorzugt auf Umgebungsdruck.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einbringens des Spülgases in den zu befüllenden Behälter (120) der zu befüllende Behälter (120) mit einem über eine Vakuumleitung (88) bereitgestellten Unterdruck beaufschlagt wird, bevorzugt um einen Spülgasstrom in dem zu befüllenden Behälter (120) bereit zu stellen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen des Füllprodukts in den zu befüllenden Behälter (120), der zu befüllende Behälter (120) auf einen Unterdruck gebracht wird und ein unter Überdruck stehendes Füllprodukt in den unter Unterdruck stehenden Behälter (120) eingebracht wird.
Vorrichtung (1) zum Befüllen eines zu befüllenden Behälters (120) mit einem Füllprodukt, umfassend - eine Behandlungskammer (2) zum dichtenden Aufnehmen des zu befüllenden Behälters (120), - ein Füllorgan (3) zum abdichtenden Aufbringen auf den mit der Behandlungskammer (2) abgedichteten Behälter (120) sowie zum Einbringen eines Füllprodukts in den Behälter (120), - einen Spülgaskanal (80) zum Einbringen eines Spülgases in den zu befüllenden Behälter (120), - einen Spanngaskanal (84) zum Einbringen eines Spanngases in die Behandlungskammer (2), und - ein Verschließorgan (4) zum Aufbringen eines Behälterverschlusses auf einen befüllten Behälter (120) innerhalb der Behandlungskammer (2), gekennzeichnet durch eine Steuerung (9), die dazu eingerichtet ist nach dem Verschließen des Behälters (120) ein zumindest teilweises Entlasten des in der Behandlungskammer (2) vorliegenden Vorspanndrucks in den Spülgaskanal (80) vorzunehmen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) dazu eingerichtet ist, anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks der Behandlungskammer (2) in den Spülgaskanal (80) den in der Behandlungskammer (2) verbleibenden Vorspanndruck durch einen mit der Umgebung in Kommunikation stehenden Entlastungskanal (800) weiter zu entlasten, bevorzugt auf Umgebungsdruck.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) dazu eingerichtet ist, anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks der Behandlungskammer (2) in den Spülgaskanal (80) den in der Behandlungskammer (2) verbleibenden Vorspanndruck durch einen über eine Vakuumleitung (88) bereitgestellten Unterdruck weiter zu entlasten, bevorzugt auf Umgebungsdruck.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) dazu eingerichtet ist, anschließend an die Entlastung des Vorspanndrucks der Behandlungskammer (2) in den Spülgaskanal (80) den in der Behandlungskammer (2) verbleibenden Vorspanndruck durch ein Zurückziehen des Füllorgans (3) und/oder des Verschließorgans (4) aus der Behandlungskammer (2) weiter zu entlasten, bevorzugt auf Umgebungsdruck.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) dazu eingerichtet ist, das nach dem Entnehmen des verschlossenen Behälters (120) vorgenommene Spülen eines nachfolgend in der Behandlungskammer (2) aufgenommenen zu befüllenden Behälters (120) zumindest teilweise mit dem in den Spülgaskanal (80) entlastete Spanngas durchzuführen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) dazu eingerichtet ist, zum Spülen des Behälters (120) zusätzlich zu dem in den Spülgaskanal (80) entlasteten Spanngas ein Spülgas aus einer Spülgasquelle (820) zu verwenden.