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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abfüllen von Getränken, insbesondere Spirituosen, in Flaschen und eine Füllmaschine für Getränke, insbesondere Spirituosen.
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Insbesondere für vergleichsweise hochwertige und alkoholhaltige Getränke, wie Spirituosen oder Wein, hat sich eine Abfüllung in Flaschen unter Gleichdruckatmosphäre und mit einer Vakuumkorrektur des Füllstands bewährt. Das Vakuum kann hierbei einerseits dazu verwendet werden, die Füllventile nach dem Abziehen der Flaschen tropffrei zu halten. Zum anderen lässt sich nach Absenken der Flasche vom Füllventil um einen vorgegebenen Korrekturhub die Füllhöhe korrigieren, indem das Getränk durch das noch eintauchende Rückgasrohr abgesaugt wird.
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Die Füllventile sind vorzugsweise an einem teilgefüllten und ringförmigen Produktbehälter angeschlossen. Wie beispielsweise aus der
EP 2 386 518 A1 bekannt ist, können für das Rückgas und die Absaugung weitere ringförmige Kanäle vorhanden sein. Nachteilig bei derartigen Vakuumkorrekturfüllern und den entsprechenden Füllverfahren ist jedoch, dass in der Regel nur eine einzige Füllgeschwindigkeit zur Abfüllung von Getränken in Flaschen möglich ist. Hierbei ist einerseits die für den Abfüllvorgang insgesamt benötigten Zeit zu minimieren und andererseits die Fließgeschwindigkeit des Getränks zu begrenzen, um eine kontrollierte Füllung der Flaschen am Ende des Füllvorgangs zu ermöglichen. Zudem muss der Füllvorgang gegebenenfalls mit unterschiedlichen Getränkesorten durchführbar sein.
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Bisher konnten diese Gesichtspunkte gleichzeitig nicht zufriedenstellend optimiert werden. Es besteht daher Bedarf für diesbezüglich verbesserte Abfüllverfahren und Füllmaschinen.
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Die gestellte Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Abfüllen von Getränken, insbesondere Spirituosen, in Flaschen gemäß Anspruch 1 gelöst. Demnach wird das Getränk in einem ringförmigen Produktkanal unter Überdruck vorgehalten und läuft durch Öffnen daran angeschlossener Füllventile unter Überfüllung in die Flaschen. Dabei strömt Rückgas durch den Füllventilen zugeordnete Rückgasventile in einen ringförmigen Rückgaskanal. Ferner wird dabei überfülltes Getränk nach Schließen der Füllventile und zugeordneter Rückgasventile durch Öffnen zugeordneter Vakuumventile in einen ringförmigen Vakuumkanal abgesaugt.
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Da die Rückgasventile und die Vakuumventile unabhängig voneinander zum Öffnen und Schließen geschaltet werden können, lässt sich das Getränk unter einem für die Abfüllung geeigneten und den Abfüllprozess insgesamt beschleunigenden Überdruck im Produktkanal vorhalten. Folglich kann die Fließgeschwindigkeit des abzufüllenden Getränks gegenüber einem auf Umgebungsdruck gehaltenen Produktbehälter nennenswert erhöht werden.
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Der Überdruck bezieht sich auf den Innenraum der Flaschen, der beim Einfüllen des Getränks vorzugsweise auf Umgebungsdruck gehalten wird.
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Der Überdruck kann beispielsweise durch Druckminderung so begrenzt werden, dass das Getränk ausschließlich füllstandgeregelt eingefüllt wird. Nach dem Schließen des Füllventils kann überfülltes Getränk unabhängig vom Überdruck im Produktkanal abgesaugt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit eine füllstandgeregelte Überdruckabfüllung mit integrierter Vakuumkorrektur des Füllstands.
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Vorzugsweise strömt das Rückgas jeweils zuerst durch ein erstes Rückgasventil und dann mit einem demgegenüber gedrosselten Rückgasstrom und unter Umgehung des ersten Rückgasventils durch ein zweites Rückgasventil ab. Somit lässt sich zum einen die Füllgeschwindigkeit in einer anfänglichen und mittleren Phase des Füllvorgangs erhöhen und gleichzeitig in einer abschließenden Phase des Füllvorgangs so reduzieren, dass der eigentliche Füllvorgang durch Hochsteigen des Getränks im Rückgasrohr mit einer gezielten Überfüllung der Flaschen, also füllstandgeregelt, beendet wird.
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Vorzugsweise wird das erste Rückgasventil beim Öffnen des zweiten Rückgasventils geschlossen. Dies ermöglicht eine reproduzierbare und vergleichsweise einfache Steuerung des Rückgasstroms gegen Ende des Füllvorgangs. Das erste und zweite Rückgasventil können beispielsweise gleichzeitig oder mit einem geeigneten Zeitversatz zueinander zentral geschaltet werden.
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Vorzugsweise werden die Rückgasventile und die Vakuumventile zwischen geöffneter und geschlossener Stellung maschinell geschaltet. Die Rückgasventile und die Vakuumventile sind dann als sogenannte Schaltventile ausgebildet, wodurch eine vergleichsweise einfache Steuerung des Abfüllprozesses ermöglicht wird.
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Vorzugsweise wird im Produktkanal ein Überdruck von 0,01 bis 0,2 bar und insbesondere von 0,02 bis 0,05 bar erzeugt. Zum einen lässt sich dadurch die Fließgeschwindigkeit des Getränks nennenswert erhöhen und somit die Fülldauer reduzieren. Zum anderen kann der Füllvorgang dann noch zuverlässig durch das Hochsteigen des Getränks im Rückgasrohr gegen den sich im geschlossenen Rückgasrohr aufbauenden Überdruck kontrolliert und bei geeigneter Überfüllung des Getränks in der Flasche beendet werden. Vergleichsweise hohe Überdrücke eignen sich vorrangig für Produkte mit vergleichsweise hoher Viskosität und umgekehrt.
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Vorzugsweise füllt das Getränk den Produktkanal vollständig aus. Bei regulärer Abfüllung bildet sich im Produktkanal somit kein Gasraum über dem Getränk aus. Dadurch lässt sich das Getränk präzise und auf einfache Weise auf dem vorgegebenen Überdruck vorhalten.
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Vorzugsweise steigt das Getränk bei der Überfüllung in Rückgasrohren hoch, bis die Zufuhr des Getränks in die Flaschen jeweils zum Erliegen kommt. Anschließend werden die Flaschen um einen vorgegebenen Korrekturhub vom Füllventil bis in eine Korrekturstellung abgesenkt, und überfülltes Getränk wird bis zu einer durch den Korrekturhub vorgegebenen Füllhöhe durch die Rückgasrohre abgesaugt.
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Somit lässt sich die Füllhöhe des Getränks in den Flaschen zuverlässig und exakt an einen Sollwert angleichen. Ferner können die Füllventile tropffrei gehalten werden. Somit eignet sich das Verfahren besonders für hochwertige Getränke, wie beispielsweise Spirituosen oder Wein. Zudem ist für die Einstellung der Füllhöhe keine aktiv betriebene Sonde erforderlich, deren Betrieb in einer Atmosphäre mit nennenswertem Partialdruck von Alkohol problematisch wäre.
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Die gestellte Aufgabe wird ebenso gelöst mit einer Füllmaschine für Getränke, insbesondere Spirituosen, gemäß Anspruch 8. Diese umfasst ein Füllerkarussell mit jeweils an dessen Rotor ringförmig ausgebildetem Produktkanal, Rückgaskanal und Vakuumkanal, wobei der Produktkanal zum Vorhalten des Getränks unter Überdruck (bezüglich der zu füllenden Flaschen) ausgebildet und an einer Vielzahl von Füllventilen für die Flaschen angeschlossen ist. Den Füllventilen sind Rückgasventile zugeordnet, die sich für ein Abströmen von Rückgas aus den Flaschen in den Rückgaskanal einzeln maschinell gesteuert öffnen lassen. Zudem sind den Füllventilen zugeordnete und an den Vakuumkanal angeschlossene Vakuumventile vorhanden, die sich zum Absaugen überfüllten Getränks aus den Flaschen einzeln und maschinell gesteuert öffnen lassen. Dies hat die bezüglich des Anspruchs 1 beschriebenen Vorteile.
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Vorzugsweise sind jeweils ein Vakuumventil sowie ein erstes und ein zweites Rückgasventil an den Füllventilen zugeordnete Rückgasrohre angeschlossen. Damit können die Rückgasrohre wahlweise zum Abströmen von Rückgas oder zur Absaugung von Getränk aus den um einen Korrekturhub abgesenkten Flaschen verwendeten werden.
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Vorzugsweise liegt das zweite Rückgasventil in einer Umgehungsleitung um das erste Rückgasventil, und die Verbindung vom Rückgasrohr zum Rückgaskanal durch das zweite Rückgasventil ist gegenüber der Verbindung durch das erste Rückgasventil gedrosselt. Dies ermöglicht eine vergleichsweise einfache Verkleinerung oder Vergrößerung des Rückgasstroms durch das Rückgasrohr durch wechselweises Öffnen und Schließen des ersten und zweiten Rückgasventils. Zudem kann das zweite Rückgasventil in der Umgehungsleitung vergleichsweise flexibel an geeigneter Stelle im Bereich einer umlaufenden Füllstation angeordnet werden.
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Vorzugsweise ist das zweite Rückgasventil oberhalb des Vakuumventils und/oder des ersten Rückgasventils angeordnet. Das Vakuumventil und das erste Rückgasventil können dann unmittelbar an den Vakuumkanal und den Rückgaskanal angeschlossen werden. Unterhalb des Vakuumventils und des ersten Rückgasventils kann das Rückgasrohr auf bewährte Weise am Füllventil angeordnet werden. Oberhalb angeordnete zweite Rückgasventile ermöglichen kompakte Füllstationen, die sich platzsparend an einem Füllerkarussell anordnen lassen.
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Vorzugsweise ist jedem Füllventil ein Ventilblock zugeordnet umfassend eine Verbindungsleitung vom Ausgang des ersten Rückgasventils zum Rückgaskanal und die Umgehungsleitung zwischen der Verbindungsleitung und dem Eingang des ersten Rückgasventils und/oder des Vakuumventils, wobei das zweite Rückgasventil am/im Ventilblock angeordnet ist.
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Vorzugsweise sind die Rückgasventile und die Vakuumventile an einem den Rückgaskanal und den Vakuumkanal tragenden oberen Ringträger und die Füllventile an einem den Produktkanal tragenden unteren Ringträger angeordnet. Dies ermöglicht eine kompakte Anordnung der einzelnen Ventile am Rotor der Füllmaschine und minimiert somit den Bedarf für Verbindungsleitungen, Anschlüsse oder dergleichen. Die einzelnen Ventile können beispielsweise direkt und/oder mittels Ventilblöcken an die zugeordneten Ringkanäle angeflanscht werden.
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Vorzugsweise lassen sich die Füllventile durch Anpressen der Flaschen nach oben gegen eine mechanische Federvorspannung öffnen. Derartige Füllventile haben sich für eine füllstandgeregelte Abfüllung von Getränken in Flaschen bewährt und arbeiten im Wesentlichen rein fluidmechanisch. Es sind somit keine aktiv betriebenen Komponenten am Füllventil zur Steuerung des Füllvorgangs nötig. Dies ist für alkoholhaltige Getränke aufgrund des vergleichsweise flüchtigen Alkohols besonders vorteilhaft.
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Vorzugsweise sind die Rückgasventile und die Vakuumventile elektronisch steuerbare Schaltventile. Dies ermöglicht eine flexible zeitliche Anpassung von Schaltzeitpunkten und eine vergleichsweise kostengünstige und einfache Bauweise der einzelnen Füllorgane am Rotor.
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Vorzugsweise umfasst die Füllmaschine eine Druckluftversorgung für den Produktkanal zur Herstellung eines dortigen Überdrucks von 0,01 bis 0,2 bar und insbesondere von 0,02 bis 0,05 bar, beispielsweise mittels Druckminderung aus einer zentralen Druckluftleitung oder zugehöriger Medienversorgung. Dies ermöglicht eine flexibel anpassbare füllstandgeregelte Überdruckabfüllung von Getränken mit signifikant reduzierter Dauer einzelner Füllvorgänge.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist zeichnerisch dargestellt. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Teilquerschnitt durch die Füllmaschine;
- 2 eine schematische Darstellung eines Vakuumventils und zweiter Rückgasventile bei schnellem Füllen; und
- 3 die Ventile gemäß 2 bei langsamem Füllen.
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Wie die 1 erkennen lässt, umfasst die Füllmaschine 1 zur Abfüllung von Getränken 2 in Flaschen 3 ein (schematisch angedeutetes) Füllerkarussell 4, an dessen Rotor eine Vielzahl von Füllstationen 5 auf prinzipiell bekannte Weise befestigt sind.
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Die Füllstationen 5 umfassen jeweils ein Füllventil 6, ein Rückgasrohr 7, ein als Schaltventil ausgebildetes Vakuumventil 8, ein als Schaltventil ausgebildetes erstes Rückgasventil 9 sowie ein als Schaltventil ausgebildetes zweites Rückgasventil 10.
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Jeder Füllstation 5 ist ferner eine (nur teilweise dargestellte) Hubvorrichtung 11 mit einer Zentrierglocke 6a zur Führung der Flaschen 3 gegen das Füllventil 6 zugeordnet. Die Hubvorrichtung 11 ermöglicht zum einen das Anpressen der Flaschen 3 nach oben hin gegen die Vorspannung einer an dem Füllventil 6 ausgebildeten Feder 6b zum Öffnen des Füllventils 6. Zum anderen ermöglicht die Hubvorrichtung 11 ein gezieltes Absenken der Flaschen 3 vom Füllventil 6 um einen Korrekturhub 12.
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Ausgehend von einer Füllstellung 13 der Flasche 3 am geöffneten Füllventil 6 wird die Flasche 3 durch den Korrekturhub 12 bis auf eine Korrekturstellung 14 mit geschlossenem Füllventil 6 abgesenkt. Dort wird überfülltes Getränk 2 bis zu einer durch die Korrekturstellung 14 vorgegebenen Sollfüllhöhe aus der Flasche 3 abgesaugt.
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Am Füllerkarussell 4 ist ein ringförmiger Produktkanal 15 für das Produkt 2 mittels eines unteren Ringträgers 16 befestigt sowie ein ringförmiger Rückgaskanal 17 und ein ringförmiger Vakuumkanal 18 mittels eines oberen Ringträgers 19.
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Das Getränk 2 wird im Produktkanal 15 unter einem Überdruck bezüglich den Füllventilen 6 und dem Inneren daran angesetzter Flaschen 3 vorgehalten. Dabei füllt das Getränk 2 den ringförmigen Produktkanal 15 vorzugsweise vollständig aus. Folglich kann sich im laufenden Abfüllbetrieb kein Gasraum über dem Getränk 2 innerhalb des Produktkanals 15 ausbilden. Dadurch lässt sich der Überdruck im Produktkanal 15 präzise und einfache sowie weitgehend unabhängig von äußeren Einflüssen einstellen und einhalten.
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Das Vakuumventil 8 sowie das erste und zweite Rückgasventil 9, 10 sind beispielsweise in einen Ventilblock 20 integriert und/oder an diesem angeordnet.
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Wie die 2 und 3 erkennen lassen, sind im Ventilblock 20 sowohl eine Verbindungsleitung 21 vom Vakuumventil 8 zum Vakuumkanal 18 als auch eine Verbindungsleitung 22 vom ersten Rückgasventil 9 zum Rückgaskanal 17 ausgebildet. Das zweite Rückgasventil 10 ist über eine Umgehungsleitung 23 zur Umgehung des ersten Rückgasventils 9 einerseits an das Rückgasrohr 7 und andererseits an den Rückgaskanal 17 angeschlossen.
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Die 2 zeigt den Ventilblock 20 in einem ersten Schaltzustand des ersten Rückgasventils 9 und des zweiten Rückgasventils 10 für vergleichsweise schnelles Füllen insbesondere in einer anfänglichen und mittleren Phase des jeweiligen Füllvorgangs. Wie der durch Pfeile symbolisierte Strömungsverlauf des Rückgases 24 durch den Ventilblock 20 erkennen lässt, ist das erste Rückgasventil 9 beim schnellen Füllen geöffnet und das zweite Rückgasventil 10 geschlossen. Das Vakuumventil 8 ist während des Füllvorgangs, also bei abströmenden Rückgas 24, geschlossen. Bei offenem ersten Rückgasventil 9 und geschlossenem zweiten Rückgasventil 10 ergibt sich ein vergleichsweise schneller Rückgasstrom 24a für schnelles Füllen.
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Die 3 verdeutlicht einen zweiten Schaltzustand der Rückgasventile 9, 10 für vergleichsweise langsames Füllen insbesondere in einer abschließenden Phase des Füllvorgangs. Demnach ist das erste Rückgasventil 9 dann geschlossen und das zweite Rückgasventil 10 geöffnet, sodass das Rückgas 24 das erste Rückgasventil 9 über die Umgehungsleitung 23 umgeht. Bei geschlossenem ersten Rückgasventil 9 und offenem zweiten Rückgasventil 10 ergibt sich ein langsamerer Rückgasstrom 24b für langsameres Füllen.
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Zur Drosselung des Rückgasstromes 24b für vergleichsweise langsames Füllen kann in die Umgehungsleitung 23 und/oder das zweite Rückgasventil 10 eine (nur in der 3 dargestellte) querschnittverengende Blende 23a oder dergleichen integriert sein. Das Abströmen des Rückgases 24 durch den Ventilblock 20, also vom Rückgasrohr 7 in den ringförmigen Rückgaskanal 17, lässt sich dadurch auf einfache Weise drosseln. Die Blende 23a könnte auch austauschbar sein, um unterschiedliche Drosselstufen zu realisieren. Auch anderweitig einstellbare Drosseln oder geeignet reduzierte Leitungsquerschnitte wären prinzipiell denkbar.
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Im Vergleich zum ersten Schaltzustand der Rückgasventile 9, 10 reduziert der erhöhte Strömungswiderstand zwischen dem Rückgasrohr 7 und dem Rückgaskanal 17 im zweiten Schaltzustand in jedem Fall die Fließgeschwindigkeit des abzufüllenden Getränks 2 in die Flaschen 3. Auch beim langsamen Füllen gemäß 3 ist das Vakuumventil 8 geschlossen.
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Um den Füllvorgang insgesamt zu beschleunigen, herrscht im Produktkanal 15 vorzugsweise ein Überdruck von 0,01 bis 0,2 bar und insbesondere von 0,02 bis 0,05 bar. Dadurch lässt sich die Fließgeschwindigkeit des Getränks durch das Füllventil 6 gegenüber einer Gleichdruckabfüllung insgesamt erhöhen. Der Überdruck lässt sich beispielsweise durch prinzipiell bekannte Druckminderung aus einer zentralen Druckluftversorgung (nicht dargestellt) herstellen.
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Durch Umschalten der Rückgasventile 9, 10 lässt sich die Fließgeschwindigkeit des Getränks 2 jedoch insbesondere in einer abschließenden Phase des Füllvorgangs so reduzieren, dass der Zufluss des Getränks 2 durch dessen Hochsteigen im Rückgasrohr 7 füllstandgeregelt, also rein fluidmechanisch, zum Erliegen kommt.
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Durch das Hochsteigen des Getränks 2 im Rückgasrohr 7 wird bei einem abschließenden Abziehen der Flaschen 3 von den Füllventilen 6 eine Überfüllung des Getränks 2 gegenüber einer herzustellenden Sollfüllhöhe des Getränks 2 in den Flaschen 3 verursacht.
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Das Abziehen der Flaschen 3 von den Füllventilen 6 schließt zum einen das Füllventil 6, so dass kein weiteres Getränk 2 nachfließen kann. Zum anderen lassen sich die Flaschen 3 um den Korrekturhub 12 nach unten hin vom Füllventil 6 absenken, so dass das Rückgasrohr 7 noch in die jeweilige Flasche 3 hineinragt und bis zur Sollfüllhöhe in das Getränk 2 eintaucht.
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Bei geschlossenen Rückgasventilen 9, 10 kann das Vakuumventil 8 schließlich geöffnet werden, so dass überfülltes Getränk 2 aus den Flaschen 3 durch das Rückgasrohr 7 in den ringförmigen Vakuumkanal 18 abgezogen wird. Eine derartige Vakuumkorrektur des Füllstands ist prinzipiell bekannt und daher an dieser Stelle nicht weiter im Detail erläutert.
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Durch die Kombination der Überdruckabfüllung des im Produktkanal 15 vorgehaltenen Getränks 2 lässt sich jedoch sowohl eine beschleunigte Abfüllung insgesamt erzielen als auch eine im Zusammenspiel mit der Vakuumkorrektur des Füllstands exakte Abfüllung und somit wirtschaftliche Verwertung hochwertiger Getränke.
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Das beschriebene Verfahren lässt sich stichpunktartig wie folgt zusammenfassen. Getränke 2 werden unter Überdruck in Flaschen 3 eingefüllt, nachdem diese zugeordnete Füllventil 6 durch Anpressen geöffnet haben. Dabei wird anfänglich nur das erste Rückgasventil 9 für vergleichsweise schnelles Füllen geöffnet, um einen Großteil der abzufüllenden Getränkemenge bei vergleichsweise hoher Fließgeschwindigkeit abzufüllen.
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Gegen Ende des Füllvorgangs wird das erste Rückgasventil 9 geschlossen und das zweite Rückgasventil 10 für langsameres Füllen geöffnet. Der Zufluss des Getränks 2 endet mit dessen Hochsteigen im Rückgasrohr 7 von selbst.
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Nach Absenken der Flasche 3 um den Korrekturhub 12 wird das Vakuumventil 8 geöffnet und überfülltes Getränk 3 bis zum Sollfüllstand abgesaugt. Die Abfüllung des Getränks 2 ist damit abgeschlossen.
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Alternativ dazu lassen sich mit der Füllmaschine 1 prinzipiell auch die folgenden Abfüllungen durchführen.
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Möglich ist eine Gleichdruckabfüllung, also bei einem Produktkanal 15 auf Umgebungsdruck, wobei die Flaschen 3, wie zuvor beschrieben, die Füllventile 6 öffnen und Rückgas durch die geöffneten ersten Rückgasventile 9 für schnelles Füllen in den Rückgaskanal 17 strömt. Durch Abziehen der Flaschen 3 nach unten werden die Füllventile 6 jeweils geschlossen, so dass der Füllvorgang dadurch beendet ist.
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Möglichst ist ebenso eine Gleichdruckabfüllung wie oben beschrieben mit zusätzlicher Vakuumkorrektur des Füllstands, wobei unmittelbar nach Schließen des ersten Rückgasventils 9 für schnelles Füllen das Vakuumventil 8 zur Korrektur der Füllhöhe geöffnet wird.
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Möglich ist ferner eine durch Vakuum unterstützte Füllung der Flaschen 3, bei der das Füllventil 6 zunächst auf beschriebene Weise durch die Flaschen 3 geöffnet wird und das Vakuumventil 8 lediglich vorübergehend gezielt geöffnet wird. Im Anschluss, also bei geschlossenem Vakuumventil 8, wird das erste Rückgasventil 9 für schnelles Füllen geöffnet, die Flasche 3 um den Korrekturhub 12 abgesenkt und das Vakuumventil 8 zur Vakuumkorrektur des Füllstands wieder geöffnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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