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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
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Verfahren sowie Füllsysteme zum Füllen von Behältern mit flüssigem Füllgut, insbesondere auch zum Druckfüllen, sind dem Fachmann in verschiedenen Ausführungen bekannt.
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Unter „Freistrahlfüllen“ oder Freistrahlbefüllung“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Füllsystem bzw. ein Füllverfahren verstanden, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter ab dem Flüssigkeitsventil in einem freien Füllstrahl oder Füllgutstrahl zuströmt, wobei die Strömung des Füllgutes nicht durch Leitelemente wie z.B. Ableitschirme, Drallkörper, kurze oder lange Füllrohre beeinflusst oder verändert wird.
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Freistrahlfüllen kann sowohl drucklos, also auch unter Druck erfolgen. Bei der drucklosen Freistrahlfüllung weist der Behälter Umgebungsdruck auf, wobei der Behälter in der Regel mit seiner Behältermündung oder -öffnung nicht am Füllelement anliegt, sondern von dem Füllelement bzw. von einer vorgesehenen Abgabeöffnung beabstandet ist. Liegt der Behälter bei der drucklosen Freistrahlfüllung doch mit seiner Behältermündung am Füllelement an, so stellt ein Gasweg eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Behälters und der Umgebung her, wodurch eine drucklose Füllung ermöglicht wird. Bevorzugt entweicht über diesen Gasweg auch das im Behälter enthaltene und durch das in den Behälter einströmende Getränk verdrängte Gas in die Umgebung.
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Erfolgt die Freistrahlfüllung unter einem vom Umgebungsdruck abweichenden Druck, so wird der Behälter mit seiner Mündung gegen das Füllelement angepresst und abgedichtet, der Druck im Innenraum des Behälters wird durch Beaufschlagung mit einem Spanngas (Inertgas bzw. CO2-Gas) oder durch Beaufschlagung mit einem Unterdruck auf diesen, vom Umgebungsdruck abweichenden Druck eingestellt, welcher sowohl über, als auch unter dem Umgebungsdruck liegen kann.
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Für das nachfolgend weiter im Detail beschriebene, erfindungsgemäße Füllverfahren ist die Ausbildung als Freistrahlfüllverfahren nicht zwingend erforderlich. Das erfindungsgemäße Füllverfahren ist ohne Einschränkungen auch als ein Füllverfahren ausbildbar, bei dem das Füllgut über die Flaschenwandung in den zu befüllenden Behälter eingeleitet wird.
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Somit ist das obenstehend beschriebene Freistrahlfüllverfahren lediglich aus eine mögliche Ausführungsform und nicht als zwingendes Merkmal der vorliegenden Erfindung zu verstehen.
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In Dichtlage mit dem Füllelement befindlicher Behälter bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass der jeweils zu füllende Behälter in der dem Fachmann bekannten Art und Weise mit seiner Behältermündung dicht an das Füllelement bzw. an eine dortige, die wenigstens eine Abgabeöffnung umgebende Dichtung angepresst liegt.
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Bekannt ist speziell auch ein Verfahren zum Druckfüllen (
DE 42 25 476 A1 ), bei dem nach Abschluss der Füllphase zunächst eine Vorentlastung des jeweiligen in Dichtlage am Füllelement vorgesehenen Behälters auf einen noch über dem Atmosphärendruck liegenden Vorentlastungsdruck in eine für sämtliche Füllelemente des Füllsystems gemeinsame Vorentlastungskammer erfolgt und erst anschließend in einer Restentlastungsphase ein Restentlasten des jeweiligen Behälters auf Atmosphären- bzw. Umgebungsdruck. Bei diesem bekannten Verfahren ist auch vorgesehen, die Behälter mit dem Inertgas aus der Vorentlastungskammer zu spülen.
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Die Verwendung von Inertgas, d. h. insbesondere von CO2-Gas beim Spülen der Behälter stellt einen nicht unerheblichen Kostenfaktor und Umweltbelastung beim Befüllen von Behältern dar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik den Verbrauch an Inertgas zur Reduzierung der Kosten und aus Umweltgesichtspunkten deutlich senkt.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung.
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Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Druckfüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems mit wenigstens einem Füllelement. Dabei wird vor dem Einleiten einer Füllphase der Innenraum des in Dichtlage am Füllelement angeordneten Behälters in wenigstens einer Evakuierungs- und Spülphase durch Verbinden mit einem Vakuumkanal evakuiert und anschließend der evakuierte und weiterhin mit dem Vakuumkanal verbundene Behälterinnenraum mit einem Spülgas gespült. Ferner wird der Behälterinnenraum nach der Evakuierungs- und Spülphase mit einem unter Druck stehenden Inert-Gas vorgespannt, dann mit flüssigem Füllgut befüllt und im Anschluss daran in einen Entlastungskanal entlastet. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Spülen des jeweiligen Behälterinnenraums in der wenigstens einen Evakuierungs- und Spülphase zumindest teilweise mit Dampf aus einem mit Dampf beaufschlagten Ringkanal als Spülgas erfolgt. Dabei ist Dampf als Spülgas deutlich preiswerter und auch weniger umweltbelastend als ein inertes Gas oder CO2-Gas. Dabei gilt es auch zu berücksichtigen, dass der Verbrauch von CO2 zwangsläufig auch CO2-Emmissionen mit sich bringt, welche es generell zu vermeiden gilt. Im Gegensatz dazu, kann für die Erzeugung es Dampfes Energie aus regenativen Energiequellen verwendet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass der Ringkanal mit Wasserdampf als Spülgas beaufschlagt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass zumindest ein erstes Steuerventil zum gesteuerten Schalten des mit Dampf beaufschlagten Ringkanals zu einem ersten und zweiten Gasraum hin mittels eines Hitzeisolators isoliert wird.
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Gemäß einer noch weiter vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass die Evakuierungs- und Spülphase einen Evakuierungsschritt sowie einen zeitlich nachgelagerten Spülschritt umfasst, wobei in einem Evakuierungsschritt der Innenraum des Behälters auf einen Druck zwischen 0,1 bar bis 0,3 bar absolut abgesenkt wird.
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Gemäß einer noch weiter vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass in dem zeitlich nachgelagerten Spülschritt Dampf aus dem Ringkanal gedrosselt über eine Querschnittsverengung eines Rückgasrohres zentrisch derart zugeführt wird, dass der Druck im Innenraum des Behälters im Vergleich zum Ende des Evakuierungsschrittes um 0,1bar bis 0,5bar, vorzugsweise um 0,1 bar bis 0,3 bar ansteigt.
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Gemäß einer noch weiter vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass durch das gedrosselte Spülen mit Dampf aus dem Ringkanal während des Spülschrittes ein überhitzter Dampf in dem Behälterinnenraum des Behälters erzeugt wird.
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Gemäß einer noch weiter vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass während des Spülschrittes etwa das 0,5fache bis 3,0fache Behälterinnenvolumen als Dampfmenge zu dosiert wird.
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Gemäß einer noch weiter vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass der abgesaugte Dampf auf dem Weg zum Ringkanal kondensiert wird. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Dampf von einer Vakuumpumpe abgesaugt wird, wobei der abgesaugte Dampf auf dem Weg zum Ringkanal und/oder auf dem Weg zur Vakuumpumpe kondensiert oder kondensiert wird.
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Gemäß einer noch weiter vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass ein Relativ- und/oder Absolutdruck innerhalb eines ersten und/oder zweiten Gasraums und/oder an jeder Füllstelle im Behältnis und/oder innerhalb eines ersten und/oder zweiten Gaskanals mittels zumindest eines Drucksensors überwacht und/oder gesteuert wird.
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Gemäß einer noch weiter vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass zumindest der Spülschritt unter Einbindung des wenigstens einen Drucksensors druckgesteuert und/oder -geregelt wird.
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Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bzw. „etwa“ bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Füllmaschine beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Füllverfahrens darstellen, so dass ein Block- oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparates) wie z. B. einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 bis 8 beispielhaft eine Ausführungsvariante eines vereinfacht und in Schnittdarstellung gezeigten Füllelementes eines Füllsystems gemäß der Erfindung in verschiedenen Phasen des Füllprozesses;
- 9 beispielhaft eine weitere Ausführungsvariante eines vereinfacht und in Schnittdarstellung gezeigten Füllelementes eines Füllsystems gemäß der Erfindung.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
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Das in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem ist Bestandteil einer Füllmaschine umlaufender Bauart zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen 2 oder dergleichen Behälter. Das Füllsystem 1 kann insbesondere zur Freistahlfüllung und/oder Füllung über die Behälterwandung und/oder für die Langrohrfüllung ausgebildet sein.
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Das Füllsystem 1 umfasst hierfür u. a. Füllelemente 3, 3a, von denen in der 1 nur ein Füllelement 3 gezeigt ist und die in gleichmäßigen Winkelabständen am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotors 4 der Füllmaschine vorgesehen sind. An dem nur teilweise dargestellten Rotor 4 befindet sich ein für sämtliche Füllelemente 3 gemeinsamer Füllgutkessel 5, der beispielsweise als Ringkessel ausgebildet ist, und während des Füllbetriebes bis zu einem vorgegebenen Niveau niveaugesteuert mit dem Füllgut teilgefüllt ist. Neben dem Füllgutkessel 5 befinden sich an dem Rotor 4 auch für sämtliche Füllelemente 1.1 der Füllmaschine gemeinsame Ringkanäle 30 und 40.
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Im Füllgutkessel 5 sind somit während des Füllbetriebes ein oberer Gasraum 5.1 und ein unterer Flüssigkeitsraum 5.2 ausgebildet. Dient das Füllsystem 1 zum Druckabfüllen des flüssigen Füllgutes in die Behälter bzw. Flaschen 2, so ist der Gasraum 5.1 druckgesteuert mit einem unter einem Fülldruck stehenden Inertgas (CO2-Gas) beaufschlagt. Das flüssige Füllgut wird dem Füllgutkessel 5 über eine nicht nähergehend dargestellte Versorgungsleitung gesteuert zugeführt.
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Die Verwendung eines nur teilweise mit Füllgut gefüllten Füllgutkessels ist jedoch nicht zwingend. Die entsprechenden Ausführungen dienen lediglich als Ausführungsbeispiel. Das erfindungsgemäße Füllverfahren ist auch bei solchen Füllmaschinen anwendbar, bei denen ein vollständig oder nahezu vollständig mit Füllgut gefüllter Füllgutkessel zur Anwendung kommt.
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Die Ringkanäle 30 und 40 können je nach Füllverfahren unterschiedliche Funktionen erfüllen. Beispielsweise kann der Ringkanal 30 zur Führung des Inertgases unter Druck, insbesondere als Trinox-Gas-Kanal oder Spanngaskanal, und/oder der Ringkanal 40 als Vakuumkanal zum Evakuieren oder Entlasten der Behälter 2 ausgebildet sein und hierbei beispielsweise einen Druck von 0,05 bar - 0,25 bar aufweisen.
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In einem Gehäuse 6 des Füllelementes 3 ist u. a. ein Flüssigkeitskanal 7 ausgebildet, der über eine Leitung 8 mit dem Flüssigkeitsraum 5.2 des Kessels 5 in Verbindung steht. Der Leitung 8 kann dabei ein Durchflussmesser 8.1 zugeordnet sein, mittels dem der über die Leitung 8 dem Flüssigkeitskanal 7 zugeführte Volumenstrom an flüssigen Füllgut, also die Füllgutmenge pro Zeiteinheit, erfassbar ist.
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Zudem kann in der Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsraum 5.2 des Kessels 5 und dem Flüssigkeitskanal 7 auch ein Umschaltventil 8.2 vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Schaltstellungen aufweist, so dass ein variabler Produktdurchfluss (Liter pro Zeiteinheit) mittels der unterschiedlichen Schaltstellungen einstellbar ist.
Alternativ kann anstatt eines Umschaltventils 8.2 auch ein Regelventil vorgesehen sein, welches eine noch variablere Einstellung und/oder Regelung des Produktdurchflusses erlaubt.
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Ferner ist im Flüssigkeitskanal 7 ein Flüssigkeitsventil 9 vorgesehen, und zwar zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes über eine, eine vertikale Füllelementachse FA konzentrisch umschließende ringförmige Abgabeöffnung 10, die an der Unterseite des Füllelementes 3 von dem dortigen, offenen Ende des Flüssigkeitskanals 7 gebildet ist.
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An der Abgabeöffnung 10 ist eine Zentriertulpe 11 mit Dichtung 12 vorgesehen, die die Abgabeöffnung 10 ringförmig umschließt und gegen die der jeweilige Behälter 2 während des Füllens, insbesondere auch während des Druckfüllens und/oder während des Evakuierungs- und Spülphase mit seiner Behältermündung 2.1 angepresst ist, d. h. in Dichtlage anliegt.
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Das Flüssigkeitsventil 9 besteht im Wesentlichen aus einem im Flüssigkeitskanal 7 angeordneten Ventilkörper 9.1, der mit einem an der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 7 ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Ventilkörper 9.1 an einem achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordneten und beidendig offenen Ventil- oder Gasrohr 13 vorgesehen oder ausgebildet, welches zugleich als Ventilstößel zur Betätigung des Flüssigkeitsventils 9 dient und hierfür mit einer nur schematisch andeuteten Betätigungseinrichtung 14 zusammenwirkt, mit der das Gasrohr 13 und damit der Ventilkörper 9.1 zu Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 9 um einen vorgegebenen Hub axial in der Füllelementachse FA bewegbar sind.
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Mit dem unteren, offenen Ende steht das Gasrohr 13 durch die Abgabeöffnung 11 hindurch über die Unterseite des Gehäuses 6 vor und reicht somit während des Füllens mit diesem Ende in den Innenraum des Behälters 2 hinein. Mit seinem oberen, ebenfalls offenen Ende reicht das Gasrohr 13 in einen ersten Gasraum 15 hinein und bildet somit einen ersten Gaskanal 21 aus, der sich von Innenraum des Behälters 2 in den ersten Gasraum 15 erstreckt.
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Ferner kann das entsprechende Füllelement 3 des Füllsystems 1 ein achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnetes, die Füllhöhe in dem jeweiligen Behälter 2 bestimmende Rückgasrohr 16 aufweisen, das als Trinox-Rohr ausgebildet sein kann und das sich durch das Gasrohr 13 hindurch erstreckt und mit seinem unteren Ende aus dem unteren offenen Ende des Gasrohres 13 vorsteht. Mehr im Detail weist das Füllelement 3 das achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnete, beidendig offene und vom Gasrohr 13 mit Abstand umschlossene Rückgasrohr 16 auf, welches als füllhöhebestimmendes Element mit seinem Ende 16.1 während des Füllbetriebs ebenfalls in den oberen Bereich bzw. Kopfraum des Behälters 2 hineinreicht und über das untere Ende des Gasrohres 13 vorsteht.
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Das Rückgasrohr 16 ist durch das Gehäuse 6 des Füllelementes 3 hindurchgeführt, steht mit einer oberen Länge über die Oberseite des Gehäuses 6 vor und ist mit dem dortigen an einem Tragarm 18 einer Verstelleinrichtung 19 gehalten. Die Verstelleinrichtung 19 ist dabei dazu ausgebildet, den Tragarm 18 einschließlich des daran gehaltenen, also fest angeordneten, Rückgasrohres 16 axial entlang der Füllelementachse FA zu bewegen, insbesondere zu heben und zu senken, und zwar vorzugsweise in der nachstehend noch nähergehend beschriebenen Weise jeweils aus einer oberen Ausgangs- oder Hubstellung nach unten für die Einstellung unterschiedlicher Füllhöhen während des Füllvorgangs des Füllelementes 3. Ferner mündet ein in dem Rückgasrohr 16 ausgebildeter zweiter Gaskanal 17 in einem innerhalb des Gehäuses 6 ausgebildeten zweiten Gasraum 20. Hierfür kann das Rückgasrohr 16 im Bereich des zweiten Gasraum 20 radiale Öffnungen 16.2 aufweisen, die den zweiten Gaskanal 17 mit dem zweiten Gasraum 20 fluidisch verbinden.
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Über das als Trinox-Rohr ausgebildete Rückgasrohr 16 wird am Ende des jeweiligen Füllprozesses durch Druck-Beaufschlagung des vom Füllgut nicht eingenommenen Kopfraums des gefüllten Behälters 2 überschüssiges Füllgut solange in den Füllgutkessel 5 zurückgeführt, bis das untere, offene Ende des Trinox-Rohres sich oberhalb des Füllgutspiegels im Behälter 2 befindet und damit die genaue Füllguthöhe eingestellt ist.
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Um beim axialen Verstellen des Rückgasrohres 16, d. h. bei der Einstellung der Füllhöhe, bis zu der die Behälter 2 jeweils mit dem flüssigen Füllgut gefüllt werden, ein Eindringen von Schmutz und/oder Keimen in kritische Bereiche bzw. in die Prozessseite des Füllelementes 1 zu vermeiden, kann das Rückgasrohr 16 vor seinem Austritt an der Oberseite des Gehäuses 6 durch einen in dem Gehäuse 6 ausgebildeten Schutz- oder Schleusenabschnitt 22 geführt sein, der bei der dargestellten Ausführungsform kreiszylinderförmig konzentrisch zur Füllelementachse FA ausgebildet ist und bezogen auf die Füllelementachse FA eine axiale Länge aufweist, die wenigstens gleich dem maximalen Einstellhub entspricht, um den das Rückgasrohr 16 zwischen der Einstellung „maximale Füllhöhe“ und der Einstellung „minimale Füllhöhe“ bewegt wird.
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Ferner weist das Füllelement 3, 3a einen weiteren Ringkanal 50 auf, der als Dampfkanal ausgebildet ist - also mit Dampf beaufschlagt ist, bzw. Dampf, insbesondere Wasserdampf, enthält und mittels einer Verbindungsleitung 51 mit einem als Füllelement 3, 3a ausgebildeten Ventilblock, insbesondere einem ersten Steuerventil SV1 des Ventilblocks verbunden ist.
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Mehr im Detail sind der erste und zweite Gasraum 15, 20 Teil, die Steuerventile SV1 bis SV4 des Füllelementes 3, 3a enthaltener Gaswege, über die zumindest der erste und zweite Gaskanal 17, 21 gesteuert mit dem Gasraum 5.2 sowie die drei Ringkanäle 30, 40 sowie 50 verbunden werden können, die für sämtliche Füllelemente 3, 3a der Füllmaschine bzw. des Füllsystems 1 gemeinsam vorgesehen sind. Insbesondere umfasst der Ventilblock hierfür das erstes Steuerventil SV1, ein zweites Steuerventil SV2, ein drittes Steuerventil SV3 sowie ein viertes Steuerventil SV4. Das erste bis vierte Steuerventile SV1 bis SV4 kann dabei jeweils als steuer- und/oder regelbare Membranventile ausgebildet sein.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest das mit der Verbindungsleitung 51 fluidisch verbundene erste Steuerventil SV 1 zu dem ersten und zweiten Gasraum 15, 20 hin mittels eines Hitzeisolators 52 gegen die Wärmeeinwirkung des Dampfes isoliert ist.
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Ferner kann das Füllelement 3, 3a auch zumindest einen Drucksensor DS zur Erfassung des Relativ- und/oder Absolutdrucks innerhalb des ersten und/oder zweiten Gasraums 15, 20 sowie innerhalb des ersten und/oder zweiten Gaskanals 17, 21 aufweisen. Besonders vorteilhaft ist der Drucksensor DS dabei zumindest zur Erfassung des Drucks, beispielsweise des Relativ- und/oder Absolutdrucks, innerhalb des ersten Gasraums 15, welcher mit dem Innenraum des Behälters in Verbindung steht, ausgebildet.
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Eine Besonderheit des Füllelementes bzw. des mit diesem Füllelement 1.1 durchgeführten Verfahrens besteht in der speziellen Art und Ausgestaltung des Spülens des Innenraumes der jeweiligen in Dichtlage am Füllelement 1 angeordneten Behälter 2 zum Verdrängen von in dem Behälter 2 mitgeführter Umgebungsluft aus dem Innenraum der Behälter 2.
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Die zusätzlichen Verfahrensschritte des Füllprozesses, wie Vorspannen des Flascheninnenraums mit Inertgas aus dem Gasraum 5.1 auf den Fülldruck, das Druckfüllen der Behälter 2 mit flüssigen Füllgut sowie das Entlasten der gefüllten Behälter 2 auf Atmosphärendruck, beispielsweise in den Ringkanal 40, entsprechend z. B. üblichen, bekannten Verfahrensschritten.
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Hierfür wird bei einem Verfahren zum Druckfüllen von Behältern 2 mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems 1 mit wenigstens einem Füllelement 3, 3a vor dem Einleiten einer Füllphase der Innenraum des in Dichtlage am Füllelement 3, 3a angeordneten Behälters 2 in wenigstens einer Evakuierungs- und Spülphase durch Verbinden mit einem Ringkanal 40 evakuiert.
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Anschließend wird der evakuierte und weiterhin mit dem Ringkanal 40 verbundene Behälterinnenraum des entsprechenden Behälters 2 mit einem Spülgas gespült und der Behälterinnenraum nach der Evakuierungs- und Spülphase mit einem unter Druck stehenden Inert-Gas aus einem Ringkanal 30 vorgespannt, bevor der Behälter 2 mit flüssigem Füllgut befüllt und im Anschluss daran in den Ringkanal 40 auf Atmosphärendruck entlastet wird.
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Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Spülen des jeweiligen Behälterinnenraums in der wenigstens einen Evakuierungs- und Spülphase zumindest teilweise mit Dampf aus einem mit Dampf beaufschlagten Ringkanal 50 als Spülgas erfolgt.
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Angestrebt ist ein wirksames Spülen des Flascheninnenraums bei geringem Verbrauch an Dampf als Spülgas. Hierfür kann die Evakuierungs- und Spülphase wenigstens zwei Verfahrensschritte umfassen, nämlich einen Evakuierungsschritt und einen zeitlich nachgelagerten Spülschritt. In dem Evakuierungsschritt wird bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 9 und geschlossenen Steuerventilen SV1, SV2 und SV3 über das geöffnete vierte Steuerventil SV4, über den ersten Gasraum 15 und über den ersten Gaskanal 21 der Innenraum des Behälters 2 evakuiert, und zwar beispielsweise auf ein Vakuum oder auf einen Druck im Bereich von 0,1-0,3 bar absolut (2).
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In wenigstens einem, zeitlich nachgelagerten Spülschritt wird dann bei weiterhin geöffnetem vierten Steuerventil SV4 auch das erste Steuerventil SV1 geöffnet, so dass der Dampf aus dem mit Dampf beaufschlagten Ringkanal 50 über das geöffnete erste Steuerventil SV1 und gedrosselt über eine Querschnittsverengung im Rückgasrohr 16 in den zweiten Gasraum 20 und aus diesem über den zweiten Gaskanal 17 zentrisch, d. h. in Richtung der Füllelementachse FA nach unten als Spülgas in den Innenraum des Behälters 2 bzw. in das dortige Hochvakuum eingeblasen wird (3). Beispielsweise kann die Drosselung mittels der Querschnittsverengung durch den Öffnungsdurchmesser und/oder die Anzahl der Öffnungen 16.2 eingestellt werden. Es ist somit vorgesehen, dass durch das gedrosselte Spülen mit Dampf aus dem Ringkanal 50 in den unter Vakuum stehenden Behälterinnenraum des Behälters 2 ein überhitzter Dampf gebildet wird.
Im Behandlungsprozess können auch mehrere Evakuierungs- und/oder Spülphasen auch beliebig wechselseitig aufeinander folgend geschaltet oder ausgeführt werden.
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Da sich das Rückgasrohr 16 weit in den Innenraum des Behälters 2 nach unten erstreckt, gelangt das aus dem Rückgasrohr 16 in Form von Dampf austretende Spülgas u. a. auch bis an den Boden des Behälters 2. Über den ersten Gaskanal 21, den ersten Gasraum 15 und das geöffnete vierte Steuerventil SV4 werden das Spülgas und die von diesem aus dem Innenraum des Behältnisses verdrängte Luft in den Ringkanal 40 abgeführt.
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Mit Hilfe einer Querschnittsverengung im Rückgasrohr 16 sind der aus Dampf gebildete Spülgasstrom bzw. der Volumenstrom des dampfförmigen Spülgases so weit gedrosselt, dass der Unterdruck, der sich beim Spülen in dem Behälter 2 am Ende des ersten Evakuierungsschrittes eingestellt hat, nur leicht ansteigt, beispielsweise um etwa 0,1 bar-0,2 bar. So dass sich im zweiten Spülschritt ein Innendruck oder Spüldruck in dem Behälter 2 einstellt, der immer noch erheblich unter dem Umgebungsdruck liegt, und beispielsweise etwa 0,15 bar-0,45 bar beträgt. Dabei ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Querschnittsverengung im Rückgasrohr 16 entweder durch eine Verringerung des Innendurchmessers des Rückgasrohres 16 oder durch ein Regelventil gebildet wird.
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Dabei entstehen durch die sehr dünne Atmosphäre im Behälterinnenraum Turbulenzen, die eine optimale Vermischung von Restluft und überhitztem Dampf erzeugen. Besonders vorteilhaft wird dabei vorgesehen, dass die zudosierte Dampfmenge während des Spülschritts in etwa dem 0,5 bis 3,0fachen Behältervolumens des spülenden Behälters 2 entspricht und die zudosierte Dampfmenge der in den Ringkanal 40 entlassenen Spülgasmenge entspricht. Damit wird eine sehr schnelle Entfernung der Restluft aus dem Behälterinnenraum bei gleichzeitig niedrigen Dampfverbräuchen erreicht.
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Ferner führt der in den evakuierten Behälter 2 in dem Spülschritt eingeblasene Dampf zu einem Spüleffekt und mindert den Luftanteil im Behälterinnenraum des Behälters 2. Der abgesaugte Dampf wird dann auf dem Weg zum Ringkanal 40 und weiter auf dem Weg zur Vakuumpumpe zumindest teilweise kondensiert und muss somit im Gegensatz zu CO2 nicht mehr bzw. nicht mehr vollständig durch die Vakuumpumpe abgesaugt zu werden, wodurch sich erhebliche Energie- und somit Kosteneinsparungen beim Betrieb der Vakuumpumpe ergeben.
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Besonders vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass an dem Füllsystem 1 gleichzeitig mehrere Füllelemente 3 mit jeweils einem in Dichtlage an dem entsprechenden Füllelement 3 angeordneten Behälter 2, bzw. deren Behälterinnenräume, mit dem Ringkanal 40 während eines gleichzeitigen Spülschrittes verbunden sind, so dass es zwischen den angeschlossenen Behälterinnenräumen der Behälter 2 zu einem Druckausgleich kommt.
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Zur Intensivierung der Spülung kann die Zuführung des dampfförmigen Spülgases im zweiten Verfahrensschritt zeitgesteuert und ohne Unterbrechungen erfolgen. Alternativ kann die Zuführung des dampfförmigen Spülgases aber auch intervallmäßig, also in mehreren Teilschritten erfolgen.
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Vorteilhaft kann auch vorgesehen sein, dass zumindest der Spülschritt unter Einbindung des wenigstens einen Drucksensors DS druckgesteuert- und/oder -geregelt wird.
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Für die Spülgaszuführung ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Verbindung des Innenraums des Behälters 2 mit dem das Vakuum führenden Ringkanal 40 stets geöffnet ist, da so die Spülung des Innenraums des Behälters 40 besonders intensiv ist.
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Besonders vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass das Spülrohr 16 auch als elektrische Sonde zur Füllhöhenbestimmung ausgebildet ist.
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Nach erfolgter Evakuierungs- und Spülphase wird der Behälterinnenraum mit einem unter Druck stehenden Inert-Gas aus einem Ringkanal 30 vorgespannt, wozu das zweite Steuerventil SV2 geöffnet und die restlichen drei Steuerventile SV1, SV3 sowie SV4 geschlossen sind, so dass Inert-Gas aus dem Ringkanal 30 über den ersten Gasraum 15 sowie den ersten Gaskanal 21 in den Behälterinnenraum strömt und diesen mit Inert-Gas beaufschlagt (4).
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Anschließend erfolgt die eigentliche Füllphase, bei der der Behälter
2 mit flüssigen Füllgut befüllt wird und sich weiterhin in Dichtlage an dem Füllelement
3,
3a befindet. Eine derartige Füllphase ist beispielsweise in der
DE 10 2013 109 430 A1 beschrieben und dem Fachmann bekannt. Diesbezügliche Textpassagen werden durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung erklärt und in den
5 und
6 gezeigt.
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Zum Entlasten insbesondere des Kopfraums des gefüllten Behälters 2 wird durch Öffnen des dritten Steuerventile SV3 der erste Gaskanal 21 über den ersten Gasraum 15 mit dem Ringkanal 40 verbunden, so dass Inert-Gas aus dem Kopfraum in den als Entlastungskanal ausgebildeten Ringkanal 40 strömt (7). Anschließend wird der befüllte Behälter 2 abgesenkt (8). Alternativ kann die Entlastung des Behälters natürlich auch als separate Funktion ausgebildet sein, bei welcher die Entlastung in einen separaten, an der Füllmaschine zusätzlich ausgebildeten Entlastungskanal erfolgt,
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9 zeigt eine weitere Ausführungsvariante eines Füllelements 3a, bei dem unterschiedlich zu der vorherigen Ausführungsvariante das Rückgasrohr 16 durch das Gehäuse 6 des Füllelementes 3 hindurchgeführt ist, mit einer oberen Länge über die Oberseite des Gehäuses 6 vorsteht und mit dem dortigen, ebenfalls offenen Ende 16.3 an einem Tragarm 18 einer Verstelleinrichtung 19 gehalten ist. Die Verstelleinrichtung 19 ist dabei dazu ausgebildet, den Tragarm 18 einschließlich des daran gehaltenen, also fest angeordneten, Rückgasrohres 16 axial entlang der Füllelementachse FA zu bewegen, insbesondere zu heben und zu senken. Ferner ist das obere offene Ende 16.3 über die Verbindungsleitung 51 mit dem unter Dampf stehenden Ringkanal 50 verbunden, und zwar unter Zwischenschaltung des ersten Steuerventils SV1.
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Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass eine Vielzahl von Änderungen oder Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.
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So beziehen sich wesentliche Teile vor vorstehenden Beschreibung bzw. der Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren zur Druckfüllung von Behältern. Selbstverständlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur drucklosen Abfüllung, d.h. zur Abfüllung unter Normaldruck bzw. unter Umgebungsdruck verwenden, wobei Füllgüter abgefüllt werden, welche frei von CO2 oder vergleichbaren Druckgasen sind.
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Die Patentansprüche werden zu einem Bestandteil der Beschreibung erklärt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Füllsystem
- 2
- Behälter
- 2.1
- Behältermündung
- 3, 3a
- Füllelement
- 4
- Rotor
- 5
- Füllgutkessel
- 5.1
- Gasraum
- 5.2
- Flüssigkeitsraum
- 6
- Gehäuse
- 7
- Flüssigkeitskanal
- 8
- Leitung
- 8.1
- Durchflussmesser
- 9
- Flüssigkeitsventil
- 9.1
- Ventilkörper
- 10
- Abgabeöffnung
- 11
- Zentriertulpe
- 12
- Dichtung
- 13
- Gasrohr
- 14
- Betätigungseinrichtung
- 15
- erster Gasraum
- 16
- Rückgasrohr
- 16.1
- unteres Ende
- 16.2
- Öffnungen
- 16.3
- offenes Ende
- 17
- zweiter Gaskanal
- 18
- Tragarm
- 19
- Verstelleinrichtung
- 20
- zweiter Gasraum
- 21
- erster Gaskanal
- 22
- Schleusenbereich
- 30
- Ringkanal
- 40
- Ringkanal
- 50
- Ringkanal
- 51
- Leitung
- 52
- Hitzeisolator
- DS
- Drucksensor
- FA
- Füllelementachse
- MA
- Maschinenachse
- SV1
- erstes Steuerventil
- SV2
- zweites Steuerventil
- SV3
- drittes Steuerventil
- SV4
- viertes Steuerventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4225476 A1 [0009]
- DE 102013109430 A1 [0064]
