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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abfüllung eines Füllprodukts in einen zu befüllenden Behälter und ein Verfahren zur Abfüllung des Füllprodukts. Die Vorrichtung und das Verfahren können beispielsweise zur Abfüllung eines Getränks in einen Getränkebehälter in einer Getränkeabfüllanlage vorgesehen sein.
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Stand der Technik
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Die effiziente Abfüllung von Füllprodukten wie beispielsweise von Getränken in Flaschen oder andere Behälter stellt einen komplexen Prozess dar. Um den hohen Ansprüchen der Verbraucher an die abgefüllten Füllprodukte gerecht zu werden, muss der gesamte Abfüllprozess hygienisch und präzise sein.
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Insbesondere bei nicht karbonisierten Getränken besteht ein Problem darin, dass abhängig von der Zusammensetzung des Füllprodukts während der gesamten Aufbereitung und Förderung des Füllprodukts bis zum Füllerkessel der Abfüllmaschine Luftblasen und insbesondere Mikroblasen in dem Füllprodukt entstehen können. Diese Mikroblasen können beispielsweise beim Mischen, Homogenisieren, und/oder Fördern mittels Pumpen in das Füllprodukt eingebracht werden. Milchmischprodukte sind beispielsweise besonders anfällig für die Ausbildung von lange verweilenden Mikroblasen.
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Gelangt das mit diesen Mikroblasen durchsetzte Füllprodukt in das Füllorgan, kann dies zu Ungenauigkeiten bei der Abfüllung führen, da die Mikroblasen die Bestimmung des abzufüllenden Volumens oder der zu erreichenden Füllhöhe in dem zu befüllenden Behälter beeinträchtigen. Beispielsweise kann die Genauigkeit der Messung durch einen Volumenstrommesser oder eine Höhensonde auf diese Weise negativ beeinträchtigt werden. Damit kann es zu einer Unterfüllung der jeweiligen mit dem Füllprodukt befüllten Behälter kommen. Auch bei dem Versuch einer Kompensation durch ein leichtes Überfüllen kann es zu Ungenauigkeiten kommen, da das durch die Mikroblasen eingetragene Gasvolumen variiert und nie genau bekannt ist. In jedem Fall ist das Füllergebnis nicht perfekt.
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Eine Möglichkeit zur Entfernung der unerwünschten Mikroblasen besteht darin, das Füllprodukt vor der Abfüllung so lange ruhen zu lassen, bis die Mikroblasen an die Oberfläche des Füllprodukts aufgestiegen sind und in die Umgebung entweichen. Für eine vollständige Entfernung der Mikroblasen kurz vor der Abfüllung ist jedoch die Verweildauer des Füllprodukts im Füllproduktreservoir der Abfüllmaschine zu kurz. Eine Verlängerung der Verweildauer des Füllprodukts im Füllproduktreservoir würde die Anlagenleistung und damit den Anlagenwirkungsgrad unnötig verringern, wodurch die Abfüllkosten steigen würden.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zu Entgasung von Flüssigkeiten bekannt, bei denen die Flüssigkeit in Schwingung versetzt wird. Jedoch geschieht dies in gesonderten Entgasungsbehältern, die der Abfüllanlage vorgeschaltet sind, sodass zwischen dem Entgasungsbehälter und der eigentlichen Abfüllung durch weitere Prozessschritte wie beispielsweise durch das Fördern erneut Mikroblasen im Füllprodukt entstehen können. Ein Beispiel hierfür ist in der
DE 10 2005 060 846 A1 gezeigt, welche ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgasen eines flüssigen bis pastösen Mediums beschreibt.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Abfüllung von Füllprodukt, sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Abfüllung eines Füllprodukts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren.
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Entsprechend wird eine Vorrichtung zur Abfüllung eines Füllprodukts in einen zu befüllenden Behälter vorgeschlagen, bevorzugt zur Abfüllung eines Getränks in einen Getränkebehälter in einer Getränkeabfüllanlage, umfassend ein Füllproduktreservoir zum Bereitstellen des Füllprodukts und ein mit dem Füllproduktreservoir über eine Produktzuführungsleitung kommunizierendes Füllorgan zum Abfüllen des Füllprodukts in den zu befüllenden Behälter. Erfindungsgemäß ist ein mit der Produktzuführungsleitung verbundener Schwingungserzeuger zum Aufbringen einer Schwingung auf das in der Produktzuführungsleitung vorliegende Füllprodukt vorgesehen.
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In dem Füllproduktreservoir der Abfüllvorrichtung wird das abzufüllende Füllprodukt aufgenommen, bevor es mittels der Füllorgane in die zu befüllenden Behälter gefüllt wird. Bei einem Rundläuferfüller wird das Füllprodukt beispielsweise über einen Ventilknoten in ein als Zentralkessel oder Ringkessel ausgebildetes Füllproduktreservoir geleitet, wobei das Füllproduktreservoir als Puffer für die Abfüllung dient. Von dem Füllproduktreservoir aus wird das Füllprodukt dann durch die Produktzuführungsleitungen an die Füllorgane, welche das Füllprodukt in die entsprechenden zu befüllenden Behälter leiten, weitergegeben.
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Das Füllorgan steuert dabei das Starten und Beenden des Füllvorgangs durch eine entsprechende Beeinflussung des Füllproduktstroms und kann auch das Füllende ermitteln, beispielsweise durch einen Durchflussmesser oder eine Höhensonde.
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Der Schwingungserzeuger ist dazu eingerichtet, das in der Produktzuführungsleitung vorliegende Füllprodukt in Schwingung zu versetzen und auf diese Weise eine Entgasung des Füllprodukts zu unterstützen. Durch die aufgebrachten Schwingungen werden die Mikroblasen dazu gebracht, sich zu größeren Blasen zu verbinden, welche dann aufgrund ihres größeren Gasvolumens schneller an die Oberfläche des Füllprodukts aufsteigen können. Auf diese Weise wird ein Teil der Mikroblasen zügig aus dem Füllprodukt entfernt.
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Damit kann die Verweildauer des Füllprodukts im Füllproduktreservoir, welche zur Entgasung benötigt wird, deutlich verkürzt werden. Eine kürzere Verweildauer des Füllprodukts im Füllproduktreservoir erhöht die Anlagenleistung und damit den Anlagenwirkungsgrad.
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Weiterhin kann durch die Entgasung in der Produktzuführungsleitung eine Entgasung zu einem möglichst späten Zeitpunkt und gezielt stattfinden, so dass die Entgasung kurz vor dem Einleiten in den zu befüllenden Behälter kontrolliert werden kann und damit eine vorgegebene Produktqualität noch besser sichergestellt werden kann.
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Zur Bestimmung des Füllvolumens und damit zur Bestimmung des Schließzeitpunkts für das jeweilige Füllorgan kann eine Messeinrichtung wie beispielweise ein Durchflussmesser vorgesehen sein. Alternativ kann auch eine Füllhöhensonde vorgesehen sein, welche das Schließen des Füllorgans auslöst, sobald eine vorgegebene Füllhöhe erreicht wurde. Andere Verfahren sind aber ebenfalls denkbar und vorgesehen.
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Füllprodukt bezeichnet vorliegend verschiedene Flüssigkeiten, welche in zu befüllende Behälter abgefüllt werden. Bevorzugt werden Getränke und Lebensmittel abgefüllt, es ist jedoch auch möglich Non-Food-Artikel wie beispielsweise Reinigungsmittel oder Kosmetika abzufüllen.
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Als Schwingungserzeuger kann ein piezoelektrischer, ein kapazitiver oder ein elektrostatischer Schwingungserzeuger vorgesehen sein. In dem Füllproduktreservoir kann ein einziger Schwingungserzeuger angeordnet sein, der auf das gesamte im Füllproduktreservoir aufgenommene Füllprodukt wirkt. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere Schwingungserzeuger in dem Füllproduktreservoir vorgesehen sind. Bevorzugt sind die von dem Schwingungserzeuger erzeugten Schwingungen hochfrequent.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schwingungserzeuger eine Ultraschallquelle. Die Ultraschallquelle kann in Form einer Sonotrode vorgesehen sein, wobei diese eine beliebige Form aufweisen kann, wie beispielsweise eine Rund-, Block- oder Zapfensonotrode.
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Mittels der Ultraschallquelle wird das in der jeweiligen Produktzuführungsleitung aufgenommene Füllprodukt mit Ultraschall beaufschlagt. Bei der Behandlung des Füllprodukts mit Schwingungen und insbesondere mit Ultraschall erzeugen die durch die Flüssigkeit dringenden Schallwellen einen alternierenden Zyklus von Überdruck und Unterdruck. Die in dem Füllprodukt vorliegenden Mikroblasen migrieren in Bereiche niedrigen Drucks und verbinden sich dort zu größer werdenden Blasen. Weiterhin werden an der Innenwand der Produktzuführungsleitung haftende Mikroblasen abgeschüttelt.
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Durch die Schallbehandlung und insbesondere durch die Ultraschallbehandlung des Füllprodukts in der Produktzuführungsleitung unmittelbar vor der Abfüllung in die zu befüllenden Behälter wird die Anzahl der im Füllprodukt vorliegenden Mikroblasen reduziert und das Füllprodukt entsprechend entgast.
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Dadurch, dass zwischen der Schallbehandlung und insbesondere der Ultraschallbehandlung des Füllprodukts und der Abfüllung in die zu befüllenden Behälter kein weiterer Prozessschritt vorgesehen ist, wird verhindert, dass erneut Mikroblasen im Füllprodukt entstehen. Das heißt, der Einfluss der Mikroblasenbildung durch die Förderung des Füllproduktes in einem Rohrleitungssystem von vorgelagerten Anlagenelementen ist für die Abfüll- und Produktqualität unerheblich. Somit ist es möglich, das Füllprodukt mit einer reduzierten Menge von unerwünschten Mikroblasen oder gar im Wesentlichen blasenfrei abzufüllen.
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Das entsprechend im Wesentlichen blasenfreie Füllprodukt ermöglicht eine präzise Bestimmung der Abfüllmenge, wodurch Über- und Unterfüllungen von Behältern aufgrund fehlerhafter Messergebnisse der Abfüllmengen verhindert werden können. Durch die geringeren Fehlfüllungen werden insgesamt die Anlagenleistung und damit der Anlagenwirkungsgrad erhöht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Füllproduktreservoir ein Zentralkessel und/oder ein Ringkessel und/oder ein nebengestellter Kessel und/oder eine Füllproduktverteilung, beispielsweise für eine Rotationsfüllmaschine und ein weiterer Schwingungserzeuger ist an dem Füllproduktreservoir vorgesehen. Es sind jedoch auch andere Bauformen möglich, beispielsweise ein Füllerkessel für eine Linearmaschine.
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Der weitere Schwingungserzeuger kann an einem für ein Rührwerk vorgesehenen Anschlussflansch des Zentralkessels und/oder des Ringkessels und/oder des nebengestellten Kessels und/oder der Füllproduktverteilung montiert sein. Auf diese Weise kann eine bereits vorgesehene Montagemöglichkeit genutzt werden. Somit sind keine konstruktiven Änderungen an dem Füllproduktreservoir notwendig und auch bereits vorhandene Abfüllmaschinen können einfach und kostengünstig nachgerüstet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Abfüllung eines nichtkarbonisierten Füllprodukts ausgebildet. Das nichtkarbonisierte Füllprodukt kann hierbei ein Getränk, wie beispielsweise Milch, Milchmischprodukte oder Fruchtsaft, ein flüssiges Lebensmittel wie beispielsweise Ketchup oder Speiseöl oder ein Non-Food-Artikel wie beispielsweise ein Reinigungsmittel sein. Entsprechend kann das Füllprodukt in verschiedenste Behälter, wie beispielsweise Flaschen, Dosen oder Beutel, abgefüllt werden.
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Bevorzugt ist in der Produktzuführungsleitung ein Durchflussmesser zur Messung des Durchflusses des Füllprodukts vorgesehen und der Schwingungserzeuger ist zwischen dem Füllproduktreservoir und dem Durchflussmesser angeordnet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann in der Produktzuführungsleitung ein Durchflussmesser zur Messung des Durchflusses des Füllprodukts vorgesehen sein und der Schwingungserzeuger ist zwischen dem Durchflussmesser und dem Füllorgan angeordnet.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Boden des Füllproduktreservoirs als Klöpperboden ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann eine Vorrichtung zum Beaufschlagen des Füllproduktreservoirs mit einem Unterdruck vorgesehen sein. Durch das Bereitstellen eines Unterdrucks im Füllproduktreservoir kann das Entweichen der Mikroblasen und der sich durch die Schallbeaufschlagung gebildeten größeren Blasen aus dem Füllprodukt unterstützt werden.
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Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Abfüllung von Füllprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren.
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Entsprechend wird ein Verfahren zur Abfüllung eines Füllprodukts in einen zu befüllenden Behälter, bevorzugt zur Abfüllung eines Getränks in einen Getränkebehälter in einer Getränkeabfüllanlage, vorgeschlagen, wobei erfindungsgemäß das Füllprodukt zur Entgasung unmittelbar vor der Abfüllung mit Schwingungen beaufschlagt wird.
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Unmittelbar vor der Abfüllung bedeutet dabei, dass zwischen dem in Schwingung Versetzen des Füllprodukts und der Abfüllung des Füllprodukts in einen Behälter kein weiterer Prozessschritt vorgesehen ist, bei dem Mikroblasen in dem Füllprodukt entstehen können.
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Das Füllprodukt kann während der gesamten Abfüllung, d.h. kontinuierlich in Schwingung versetzt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass das Füllprodukt diskontinuierlich, d.h. nur für bestimmte Zeitintervalle, in Schwingung versetzt wird. Wenn mehrere Schwingungserzeuger vorgesehen sind, beispielsweise in allen Produktzuführungsleitungen und auch im Füllproduktreservoir, können alle Schwingungserzeuger gleichzeitig betätigt werden, oder beispielsweise entsprechend des jeweiligen Prozessschritts oder der Produktionsphase des jeweiligen Füllorgans nacheinander, sequentiell oder abwechselnd.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der Schwingungserzeuger eine Ultraschallquelle und das Füllprodukt wird unmittelbar vor der Abfüllung mit Ultraschall beaufsch lagt.
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Dadurch, dass das Füllprodukt mittels einer Ultraschallquelle unmittelbar vor der Abfüllung mit Ultraschall beaufschlagt wird, werden in dem Füllprodukt vorhandenen Mikroblasen effektiv ausgetragen und zusätzlich wird verhindert, dass erneut Mikroblasen in dem Füllprodukt entstehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Füllprodukt zusätzlich mit einem Unterdruck beaufschlagt. Mit anderen Worten wird hier das Füllproduktreservoir zusätzlich mit einem Unterdruck beaufschlagt. Hierbei wird das Füllproduktreservoir auf wenige mbar evakuiert. Der Unterduck in dem Füllproduktreservoir ist bevorzugt niedriger als der Partialdruck des gelösten Gases in dem Füllprodukt.
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Eine zusätzliche Beaufschlagung des Füllproduktreservoirs mit Unterdruck fördert das Entweichen der durch den Schwingungserzeuger bzw. die Ultraschallquelle an die Oberfläche des Füllprodukts geförderten Mikroblasen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Füllprodukt eine höhere Viskosität aufweist.
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Bevorzugt wird das Verfahren mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung durchgeführt. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für die Vorrichtung offenbart und umgekehrt.
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Figurenliste
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figur näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 einen Querschnitt einer schematischen Vorrichtung zur Abfüllung von Füllprodukt mit einem Schwingungserzeuger.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figur beschrieben.
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In 1 ist schematisch ein Querschnitt einer Vorrichtung 1 zur Abfüllung von Füllprodukt gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Füllproduktreservoir 2 mit einem Klöpperboden 7. An der Unterseite des Füllproduktreservoirs 2 ist schematisch ein Anschluss gezeigt, an dem eine Produktzuführungsleitung 9 abzweigt, um das Füllprodukt aus dem Füllproduktreservoir 2 zu einem Füllorgan 3 zu leiten.
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Das Füllorgan 3 ist hier schematisch in Form eines Füllventils gezeigt, das zum Steuern des Füllproduktstroms in einen zu befüllenden Behälter 100 geöffnet und geschlossen werden kann. Durch ein entsprechendes Steuern des Füllventils kann das Füllprodukt in den zu befüllenden Behälter 100 eingeleitet werden und auf diese Weise eine gezielte Befüllung des zu befüllenden Behälters 100 vorgenommen werden.
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In der Produktzuführungsleitung 9 ist ein Durchflussmesser 8 zum Messen des Durchflusses des Füllprodukts angeordnet. Mittels des Durchflussmessers 8 kann das in den zu befüllenden Behälter 100 einströmende Füllproduktvolumen gemessen werden und damit die Befüllung geregelt werden. Insbesondere kann auf diese Weise das Füllende bestimmt werden, so dass das Füllventil dann entsprechend geschlossen werden kann. Das Füllende ist beispielsweise nach dem Einfüllen eines vorgegebenen Füllproduktvolumens in den zu befüllenden Behälter 100 erreicht.
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Ein mit der Produktzuführungsleitung 9 verbundener Schwingungserzeuger 40, 42 zum Aufbringen einer Schwingung auf das in der Produktzuführungsleitung 9 vorliegende Füllprodukt ist vorgesehen. Auf diese Weise kann eine Entgasung des in der Produktzuführungsleitung 9 vorliegenden Füllprodukts erreicht werden, wobei sich durch die Entgasung bildende Gasblasen durch die Produktzuführungsleitung 9 in das Füllproduktreservoir 2 aufsteigen. Damit kann eine Entgasung des Füllprodukts direkt vor dessen Einfließen in den zu befüllenden Behälter 100 erreicht werden.
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Der Schwingungserzeuger 40 kann dazu zwischen dem Füllproduktreservoir 2 und dem Durchflussmesser 8 angeordnet sein. Damit findet ein direktes und ungehindertes Aufsteigen der sich bildenden Gasblasen in das Füllproduktreservoir 2 statt.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Schwingungserzeuger 42 zwischen dem Durchflussmesser 8 und dem Füllorgan 3 angeordnet sein. Damit findet eine Entgasung unmittelbar vor dem Eintreten des Füllprodukts in den zu befüllenden Behälter 100 statt.
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In dem Klöpperboden 3 des Füllproduktreservoirs 2 ist ein Anschlussflansch 5 vorgesehen. Dieser Anschlussflansch 5 ist bei herkömmlichen Füllerkesseln häufig vorgesehen, beispielsweise um ein Rührwerk zu montieren. An diesem Anschlussflansch 5 kann zusätzlich ein weiterer Schwingungserzeuger 4 montiert sein. Der Schwingungserzeuger 4 ist derart in dem Füllproduktreservoir 2 angeordnet, dass er sich während eines Füllvorgangs unterhalb eines Füllniveaus 6 des Füllprodukts im Füllproduktreservoir 2 befindet. Dadurch wird sichergestellt, dass das Füllprodukt optimal in Schwingung versetzt wird.
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Für die Abfüllung eines Füllprodukts wird das Füllprodukt über einen nicht gezeigten Ventilknoten in das Füllproduktreservoir 1 eingeleitet.
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Optional kann das Füllproduktreservoir 2 mit einem Unterdruck beaufschlagt werden, um das Entgasen des Füllprodukts zusätzlich zu fördern. Das Füllproduktreservoir 1 dient als Puffer für den Abfüllvorgang. Sobald der Schwingungserzeuger 40, 42 an der Produktzuführungsleitung 9 und eventuell zusätzlich der Schwingungserzeuger 4 in dem Füllproduktreservoir 2 mit Füllprodukt beaufschlagt ist bzw. das gewünschte Füllniveau 6 im Füllproduktreservoir erreicht ist, kann mit der Schwingungserzeugung begonnen werden.
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Die Schwingungserzeugung kann kontinuierlich während des gesamten Abfüllprozesses oder diskontinuierlich, also nur für bestimmte Zeitintervalle - beispielsweise nur während das jeweilige Füllorgan 3 geschlossen ist oder aber wenn es geöffnet ist und ein Durchfluss stattfindet - stattfinden.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Abfüllung von Füllprodukt
- 100
- Behälter
- 2
- Füllproduktreservoir
- 3
- Füllorgan
- 4
- Schwingungserzeuger
- 40
- Schwingungserzeuger
- 42
- Schwingungserzeuger
- 5
- Anschlussflansch
- 6
- Flüssigkeitsniveau
- 7
- Klöpperboden
- 8
- Durchflussmesser
- 9
- Produktzuführungsleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005060846 A1 [0006]
