DE102019123460A1 - Verfahren zum Befüllen und Verschließen von Behältern - Google Patents

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Bernd BRUCH
Ludwig Clüsserath
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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zum Füllen und Verschließen von Behältern an einem Füll- und Verschließorgan einer Behandlungsstation, bei dem an dem Füll- und Verschließorgan eine abdichtbare Prozesskammer mit zumindest einem Drucksensor zur Erfassung der in der Prozesskammer vorherrschenden Ist-Druckwerten vorgesehen wird.Dabei wird zumindest der Innenraum des Behälters vor der Füllphase zumindest einmalig auf einen Unterdruck von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Restdruck evakuiert und anschließend mit Dampf und/oder mit dampfhaltigen Spülgas so gespült, dass vor dem Öffnen des Füllventils zum Befüllen des Behälters der Spülgasdruck in dem Behälter mindestens auf Atmosphärendruck erhöht wird. Anschließend wird das Füllventil geöffnet, so dass das flüssige Füllgut in den in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan angeordneten Behälter einströmt. Nach der Füllphase wird eine Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan durchgeführt, in der die Prozesskammer insbesondere oberhalb der Mündung des Behälters mittels einem Dampf und/oder dampfhaltigen Gas auf einen Druck eingestellt wird, der auf einem CO2-Sättigungsdruckdes abgefüllten Füllgutes oder darüber liegt. Dann wird der Behälter nach der Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan der Behandlungsstation durch Aufpressen eines Verschlussdeckels bei den während der Beruhigungsphase eingestellten Druckverhältnissen verschlossen, bevor der Innendruck der Prozesskammer auf Atmosphärendruck entlastet, wobei zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist-Druckwerten des Drucksensors gesteuert und/oder geregelt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut und zum Verschließen der Behälter mit einem Verschlussdeckel, insbesondere einem Kronkorken.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Behälterbehandlungssystem, wie es in Behälterbehandlungsmaschinen in der Getränkeindustrie, insbesondere Behälterbehandlungsmaschinen mit Leistungen von mehr als 10000 Behältern pro Stunde, insbesondere Behälterbehandlungsmaschinen mit einer Leistung von mehr als 50000 Behältern pro Stunde, zum Einsatz kommen kann. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren für ein Behälterbehandlungssystem, welches eine so genannte Füllmaschine oder Füller für die Befüllung der Behälter mit flüssigem Füllgut umfasst. Die Erfindung betrifft auch Behälterbehandlungssystem, welches gleichzeitig die Funktion eines Verschließers zum Verschließen befüllter Behälter mit umfasst, und dabei insbesondere zum Verschließen befüllter Behälter mit Verschlussdeckel wie beispielsweise Kronkorken ausgebildet ist.
  • Füllmaschinen der genannten Art verfügen über eine Vielzahl von Behandlungsstationen bzw. -positionen welche auch als Füllstationen oder Füllpositionen verstanden werden können. An jeder Füllstation der Füllmaschine ist ein Füllelement oder Füllorgan mit einem Füllventil bzw. Flüssigkeitsventil vorgesehen, über dessen Abgabeöffnung das flüssige Füllgut in den Behälter abgegeben wird. Beispielsweise erfolgt die Abgabe des Füllgutes in die Behälter mittels eines so genannten „Freistrahlfüllens“.
  • Unter „Freistrahlfüllen“ oder Freistrahlbefüllung‟ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung 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. 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.
    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 oder durch Beaufschlagung mit einem Unterdruck auf diesen, vom Umgebungsdruck abweichenden Druck eingestellt, welcher sowohl über, als auch unter dem Umgebungsdruck liegen kann.
  • Verschließer der oberhalb genannten Art verfügen in der Regel ebenfalls über eine Vielzahl von Behandlungsstationen bzw. -positionen welche auch als Verschließstationen oder Verschließpositionen verstanden werden können. An jeder Verschließstation des Verschließers ist ein Verschließorgan oder Verschließwerkzeug mit einem Verschließstempel vorgesehen, über das bzw. den ein Kronkorken auf die Behältermündung gepresst und schließlich durch Verformung dichtend befestigt wird.
  • Bei aus dem Stand der Technik, nämlich der DE 10 2014 104 873 A1 , ist ein bereits ein Behälterbehandlungssystem für einen Getränke-Abfüllprozess bekannt, bei der ein CO2-haltiges Getränk in einen evakuierten Behälter, insbesondere eine Flasche, gefüllt wird. Bei diesem Einfüllen in die evakuierte Flasche erfolgt der Füllvorgang blitzartig mit sehr hoher Geschwindigkeit, wodurch ein zeitnahes Entlasten und Abziehen des Behälters von der Füllstelle nicht möglich ist, da dieses unweigerlich zu einem übermäßigen Aufschäumen des Füllgutes führen würde. Der Füllvorgang wird daher in diesem bekannten Verfahren direkt an der Füllstelle mit dem Verschließprozess kombiniert. Dabei erfolgt der Verschließvorgang in einem geschlossenen Gasraum oberhalb der Flasche und unter einem Druck oberhalb des CO2-Sättigungsdruckes. Hierbei wird der zu befüllende Behälter vor dem eigentlichen Evakuieren mit einem dampfhaltigen Spülgas gespült.
  • Dabei gilt es die Behandlungszeiten, während derer die Behälter, oftmals Glasflaschen, in Kontakt mit dem heißen, dampfhaltigen Spülgas in Kontakt kommen zu begrenzen, da ansonsten durch den Temperaturschock ein unverhältnismäßig hoher Glasbruch droht.
  • Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowohl zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut als auch zum Verschließen der Behälter mit einem Verschlussdeckel aufzuzeigen, bei dem die Behälter im Vergleich zum Stand der Technik einer deutlich kürzeren Kontaktzeit mit dem dampfhaltigen Spülgas ausgesetzt werden.
  • Die Aufgabe wird durch Verfahren zum Füllen und Verschließen von Behältern an einem Füll- und Verschließorgan einer Behandlungsstation gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Gemäß einem wesentlichen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Füllen und Verschließen von Behältern an einem Füll- und Verschließorgan einer Behandlungsstation, bei dem an dem Füll- und Verschließorgan eine abdichtbare Prozesskammer mit zumindest einem Drucksensor zur Erfassung der in der Prozesskammer vorherrschenden Ist-Druckwerten vorgesehen wird.
  • Dabei wird vor dem Einleiten einer Füllphase zumindest der Innenraum des in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan angeordneten Behälters in einer Evakuierungsphase zunächst zumindest einmalig auf einen Unterdruck von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Restdruck evakuiert und anschließend in einer Spülphase mit einem Dampf und/oder dampfhaltigen Spülgas derart gespült wird, dass vor dem Öffnen des Füllventils zum Befüllen des Behälters mit dem flüssigen Füllgut der Spülgasdruck in dem Behälter mindestens auf Atmosphärendruck erhöht wird.
  • Ferner wird in der eigentlichen Füllphase das Füllventil geöffnet, so dass das flüssige Füllgut in den weiterhin in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan angeordneten Behälter einströmt.
  • Nach Beendigung der Füllphase wird eine Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan der Behandlungsstation durchgeführt, während welcher die Prozesskammer insbesondere oberhalb der Mündung des Behälters durch Dampf und/oder ein dampfhaltiges Gas auf einen Druck eingestellt wird, der auf einem CO2-Sättigungsdruck des abgefüllten Füllgutes oder darüber liegt.
  • Nachfolgend wird der Behälter nach der Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan der Behandlungsstation durch Aufpressen eines Verschlussdeckels bei den während der Beruhigungsphase eingestellten Druckverhältnissen verschlossen, bevor der Innendruck der Prozesskammer auf Atmosphärendruck entlastet wird, wobei bevorzugt zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist-Druckwerten des Drucksensors gesteuert und/oder geregelt wird bzw. werden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Dauer der Prozessschritte der Evakuierungsphase und/oder der Spülphase und/oder der Beruhigungsphase, insbesondere das Spülen des Behälters mit Dampf zwischen Evakuierungsphasen, das Beaufschlagen des Behälters mit Dampf auf Atmosphärendruck kurz vor Einleitung der Füllphase sowie das Beaufschlagen der Prozesskammer mit Dampf und der Mündung des Behälters nach Füllende in der Beruhigungsphase, durch die druckabhängige Umschaltung möglichst kurz gehalten werden. So können die Dampfbehandlungszeiten druckabhängig auf ein Minimum beschränkt werden. Durch die druckabhängige Steuerung und/oder Regelung lässt sich auch die eingeblase Dampfmenge und somit der Energieeintrag in den Behälter auf das notwendige Mindestmaß reduzieren. Besonders vorteilhaft, können dabei auch die unmittelbar nach der Füllphase folgenden Verfahrensschritte des Wegschiebens des in dem Schieberelement ausgebildeten Füllstutzens sowie das eigentliche Verschließen des Behälters noch an dem Füll- und Verschließorgan in einer möglichst kurzen Prozesszeit erfolgen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren macht prinzipiell davon Gebrauch, dass ein kohlensäurehaltiges Getränk mit sehr niedrigem Sauerstoff- oder sonstigen Fremdgasgehalt, gefüllt in einen Behälter unter Vakuum, bei dem der Restgasgehalt im Behälter überwiegend aus CO2 besteht, ohne übermäßige Schaumbildung nach Beendigung des Füllvorgangs, genauer genommen ohne übermäßige Schaumbildung bei der Entlastung mit hoher Füllgeschwindigkeit gefüllt werden kann.
  • Der Behälter, insbesondere die Flasche, wird hierfür in einer Evakuierungsphase auf ein Vakuum von vorzugsweise 0,05-0,15 bar evakuiert. Anschließend erfolgt in einer Spülphase eine Spülung des Behälters, insbesondere mit überhitztem Dampf unter Vakuum, um möglichst die Restluft vollständig zu entfernen.
  • Insbesondere am Ende dieses Spülvorgangs der Spülphase kann auch eine bestimmte Menge CO2 in den Dampfstrom oder separat am Ende der Dampfbehandlung in den Behälter dosiert werden. Auch während und/oder am Ende des Füllvorgangs in der dann nachgeschalteten Füllphase kann noch zusätzlich CO2 unter Druck in den Behälter eingeblasen werden, um sicherzustellen, dass am Ende des Füllvorgangs der Füllphase ein Druck in dem Behälter vorherrscht, bei dem in der der Füllphase zeitlich nachgeschalteten Beruhigungsphase ein Sättigungsdruck erreicht oder überschritten wird.
  • Durch die, in der vorgeschalteten Evakuierungs- und Spülphase erzeugte, sehr reine CO2-Atmosphäre im Behälter, in die ein Getränk mit geringen gelösten Sauerstoffanteilen oder sonstigen Fremdgasanteilen gefüllt wird, entsteht beim Einfüllen des flüssigen Füllgutes während der Füllphase trotz der, durch das schnelle Einströmen hervorgerufenen starken Strömungsturbulenzen, nur sehr begrenzt Schaum. So kann z.B. in einer reinen CO2-Druckatmosphäre die, zunächst als Schaum aus dem Getränk ausgetretene Kohlensäure, sehr schnell wieder im Getränk gelöst werden.
  • Kurz vor dem Öffnen des Füllventils wird hierfür in der Spülphase der Dampfdruck in dem Behälter auf Atmosphärendruck oder einen Druck darüber erhöht. Öffnet das Füllventil dann in der sich daran anschließenden Füllphase unter diesen Bedingungen, so kommt es beim Einströmen des kalten flüssigen Füllgutes zu einer schlagartigen Kondensation zumindest eines Teilvolumens des im Behälter befindlichen Dampfes. Dadurch erfolgt eine schlagartige Befüllung des Behälters. Wenn in eine solche Atmosphäre mit hoher Turbulenz gefüllt wird, kommt es anfänglich zu einer starken CO2-Entbindung und damit zu einem Übergang von CO2 aus der Flüssig- in die Gasphase. Verursacht durch diesen Effekt und die vom einfließenden kalten Füllgut komprimierte Restgasatmosphäre steigt der Druck in dem Behälter 2 wieder an. Übersteigt der Druck in dieser Füllphase den CO2-Sättigungsdruck erfolgt eine Rückkarbonisierung mit dem vorher entbundenen CO2 und dem jetzt durch das einfließende Füllgut komprimierten Rest CO2, dass nach dem Evakuieren in der Evakuierungsphase noch in dem Behälter verblieben ist. D.h. das CO2 bzw. die Kohlensäure wird mit zunehmendem Druckanstieg - bis zum Sättigungsdruck oder auch darüber - wieder blitzartig im Getränk gelöst. Daher bleibt die erzeugte Schaumbildung in Grenzen. Um zu verhindern, dass es in Verbindung mit einer reinen Dampfatmosphäre zu einer Implosion des Behälters kommt, reicht eine geringe CO2-Dosage in den Behälter vor dem Füllvorgang in der Füllphase aus. Diese Dosage kann auch dazu beitragen, dass in der Beruhigungsphase der Sättigungsdruck an CO2 erreicht wird. Kommt dabei nur Dampf zur Anwendung, so kann mit Hilfe des Dampfspülverfahrens in dem Behälter 2 eine Atmosphäre geschaffen werden kann, die praktisch frei von Restluft (Sauerstoff) ist.
  • Auch bei diesem Verfahren kann die Einfließgeschwindigkeit des Füllgutes in die Flasche über eine Kombination Durchflussmesser und Regelventil geregelt werden.
  • Vorzugsweise wird, insbesondere falls eine volumetrische Messung mittels Durchflussmesser für die schlagartige Befüllung zu langsam ist, die erforderliche Füllmenge des Füllgutes in ein Vorgefäß dosiert und schlagartig in die Flasche abgelassen. Dies ist vorteilhaft, wenn der Durchflussmesser aufgrund der hohen Füllgeschwindigkeit nicht mehr in der Lage ist, eine ausreichende Messgenauigkeit zu erreichen.
  • Die Anwendung von Dampf als Spülmedium in der Spülphase hat zusätzlich den Effekt, dass getränkeschädigende Mikroorganismen abgetötet werden.
  • Das Getränk bzw. Füllgut wird vorzugsweise über eine dichte Verbindung zwischen einem Füllgutkessel und dem zu befüllenden Behälter mittels eines schaltbaren Füllventils abgefüllt. Im Füllgutbehälter, welcher vorzugsweise auch die CO2-Quelle bildet, ist vorzugsweise ein Druck eingestellt, der dem CO2-Sättigungsdruckentspricht oder darüber liegt.
  • Es ist auch denkbar, den Druck in dem Behälter durch Zugabe von CO2 nach der Evakuierung höher einzustellen. Je nach Druck, der nach Füllende im Behälter eingeregelt wird erfolgt dann eine Nachkarbonisierung des Produkts in dem Behälter. Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, den Evakuierungsprozess zum Entfernen der Restluft durch einen reinen CO2-Spülprozess zu ersetzten.
  • Das Verfahren hat den Vorteil, dass aufgrund der großen Druckdifferenz zwischen dem Füllgutkessel und dem Behälter der Füllprozess sehr schnell abläuft. Die führt zu kurzen Füllzeiten und damit zu deutlich kleiner dimensionierte Füllmaschinen.
  • Die Einfüllgeschwindigkeit kann bei Bedarf auch über ein im Zulauf zum Behälter angeordnetes Regelventil in Abhängigkeit von dem vom Durchflussmesser ermittelten Volumenstrom geregelt werden.
  • Bei nicht karbonisierten, stillen Getränken kann der Druck im Vorratsbehälter auch der Atmosphärendruck sein, oder ein Druck, der etwas darüber liegt.
  • Vorzugsweise wird als Spülgas während der Evakuierungsphase und/oder während der Spülphase überhitzter Dampf oder eine Mischung aus überhitztem Dampf und CO2 verwendet. Dies hat den Vorteil, dass zum einen eventuell im Behälter befindliche Mikroorganismen beim bzw. vor dem Abfüllen abgetötet werden. Zum anderen kondensiert der überhitzte Dampf während des Einfüllens schlagartig, so dass quasi eine Vakuumbefüllung erzielt wird. Dies führt zu einem sehr schnellen Füllvorgang. Durch eine entsprechende Wahl des CO2-Gehalts im Spülgas kann darüber hinaus bewirkt werden, dass sich der Druck im Behälter während der Beruhigungsphase auf den CO2-Sättigungsdruck oder darüber einstellt. Dies führt dazu, dass das eingefüllte Füllgut nach dem Entlasten nicht mehr ausgast. Hierzu kann vorzugsweise auch nach Spülphase und vor der Füllphase ein partieller CO2-Druck in dem Behälter von 0,02 bis 0,2, insbesondere 0,05 bis 0,1 bar eingestellt werden. Auch dies führt dazu, dass beim Beruhigen des Getränks der Druck im Behälter über den CO2-Sättigungsdruckansteigt, so dass in der Beruhigungsphase das Getränk nicht entgast.
  • Um die Kondensationswirkung in dem Behälter noch weiter zu erhöhen kann dazu vorgesehen sein, dass die Bauteile des Füll- und Verschließorgans, welche mit dem Dampf in Berührung kommen, aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität hergestellt werden, so dass die Kondensationswirkung näherungsweise ausschließlich in dem Behälter erzeugt wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass unter Einbindung zumindest eines Drucksensors ein Regelkreis ausgebildet wird, mittels dem zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von den erfassten Ist-Druckwerten gesteuert und/oder geregelt werden, wobei das Füllventil und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile als Stellglied in dem Regelkreis vorgesehen wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass bei dem Verfahren die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase über vorauswählbare Druck-Kennlinien unter Einbindung des Regelkreises gesteuert und/oder geregelt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass in dem Regelkreis die von dem Drucksensor erfassten Ist-Druckwerte an eine Maschinensteuerung übermittelt und mit dort hinterlegten Soll-Druckwerten verglichen werden und basierend darauf das Füllventil und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile als Stellglied angesteuert werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass für den jeweiligen Beginn sowie das Ende der Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase Soll-Druckwerte festgelegt werden, die mit den jeweiligen Ist-Druckwerten der aktuell durchgeführten Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase verglichen werden und bei Erreichen der Soll-Druckwerte ein unmittelbares Umschalten von der entsprechend aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerte Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase durchgeführt wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase jeweils mehrfach durchgeführt werden, und zwar beispielsweise durch alternierendes hin- und herschalten zwischen der Evakuierungsphase und der Spülphase.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass druckabhängig unmittelbar nach Erreichen eines vorbestimmten Soll-Druckwertes von der aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerte Phase im Füll- und Verschließprozess umgeschaltet wird, und zwar abhängig von ermittelten Ist-Druckwerten des Drucksensors.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass die in dem Füll- und Verschließorgan die mit Dampf beaufschlagten Bauteile aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und /oder Wärmekapazität hergestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass der Behälter in seiner abgedichteten Füll- und Verschließstellung mittels eines Trägerelements gegen ein Dichtelement in Dichtlage gedrückt wird, das eine Abgabeöffnung für das flüssige Füllgut konzentrisch umschließt, wobei das Dichtelement an einem quer zur Vertikalachse verschiebbar innerhalb der Prozesskammer aufgenommenen Schieberelementes angeordnet wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass in dem Schieberelement ein Flüssigkeitskanal ausgebildet wird, der unter Zwischenschaltung des Füllventils über eine Füllgutleitung mit einem Füllgutkessel verbindbar ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass in dem Schieberelement ein Gaskanal ausgebildet wird, der über ein erstes Steuerventil sowie über eine erste Zufuhrleitung und unter Zwischenschaltung eines dritten Steuerventils mit einer CO2-Quelle, über ein viertes Steuerventil mit einer Dampfquelle und über ein fünftes Steuerventil mit einer Vakuumquelle fluidisch verbindbar ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass in der Prozesskammer zumindest ein Temperatursensor zur Erfassung der in der Prozesskammer vorherrschenden Ist-Temperaturwerte vorgesehen wird, die als Regelgröße mit in dem Regelkreis berücksichtigt werden.
  • Unter „Behälter“ im Sinne der Erfindung werden jedwede Behälter verstanden, insbesondere Flaschen, Dosen, Becher etc., jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, vorzugsweise aus PET (Polyethylenterephthalat).
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine grob schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälterbehandlungssystems,
    • 2 ein Beispiel für eine Ausführungsvariante eines Füll- und Verschließorgans,
    • 3. bis 8 unterschiedlichen Phasen des Füll- und Verschließvorgangs an dem Füll- und Verschließvorgang der Ausführungsvariante gemäß 2,
    • 9 ein Beispiel für eine weitere Ausführungsvariante eines Füll- und Verschließorgans,
    • 10 stark vereinfacht und grob schematisch skizziert den Mechanismus zur Erzeugung eines Verschließvorgangs anhand einer isoliert dargestellten Behandlungsstation und
    • 11 eine Ausführungsvariante eines Füll- und Verschließorgans in einer vergrößerten Ansicht.
  • 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.
  • Das in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Behälterbehandlungssystem zum Füllen und Verschließen von Behältern 2 ist dabei zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und in dem dargestellten Beispiel gemäß der 1 als Behälterbehandlungssystem bzw. Maschine umlaufender Bauart ausgebildet, wobei die Maschine vorliegend auch als Behälterbehandlungsmaschine und insbesondere als Füll- und Verschließmaschine 1 verstanden wird, also zum Füllen und Verschließen von Behältern 2 ausgebildet ist.
  • Das als umlaufende Füll- und Verschließmaschine ausgebildete Behälterbehandlungssystem 1 weist dabei mehrere, um eine vertikale Mittelachse MA angeordnete Behandlungsstationen S, S' auf, welche sich jeweils entlang einer jeweiligen Vertikalachse VA erstrecken und am Umfang eines motorisch umlaufend angetriebenen Maschinenkarussels 9 vorgesehen sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der 1 jeweils lediglich zwei der mehreren Behandlungsstationen S, S' dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt.
  • An jeder Behandlungsstation S, S' des Behälterbehandlungssystems 1 ist an einem Karusselloberteil 9.1 des Maschinenkarussels 9 jeweils zumindest ein Füll- und Verschließorgan 4 angeordnet, welches sich jeweils im Wesentlichen ebenfalls in Richtung entlang der Vertikalachse VA der jeweiligen Behandlungsstation S, S' erstreckt.
  • Das als umlaufende Füll- und Verschließmaschine ausgebildete Behälterbehandlungssystem 1 umfasst ferner ein in vertikaler Richtung unterhalb des Karusselloberteils 9.1 angeordnetes Karussellunterteil 9.2, welches einen Trägerkranz 8 aufweist, an dessen Umfang mehrere Trägerelemente 3 zur tragenden Aufnahme der Behälter 2 vorgesehen sind. Jeder Behandlungsstation S, S' ist dabei ein Trägerelement 3 zugeordnet, so dass jeder zu behandelnde Behälter 2 während der Behandlung in einer Behandlungsstation S auf einem dieser entsprechenden Behandlungsstation S, S' zugeordneten Trägerelement 3 lagert, insbesondere auf dem Trägerelement 3 steht.
  • Das als Füll- und Verschließmaschine ausgebildete Behälterbehandlungssystem 1 ist insbesondere zum Befüllen der Behälter 2 mit einem flüssigen Füllgut sowie zum anschließenden Verschließen der Behälter 2 mit einem in Form eines Kronkorkens ausgebildeten Verschlussdeckel 6 eingerichtet und ausgelegt. Die vorliegende Füll- und Verschließmaschine 1 funktioniert daher zumindest für den Funktionsbereich des Verschließens der Behälter 2, nämlich für die Verschließfunktion wie ein Kronkorker.
  • Üblicherweise ist bei einer derartigen Füll- und Verschließmaschine 1 eine in den Figuren nicht nähergehend dargestellte und in einer Transportrichtung vorgeschaltete Behälterzuführeinrichtung vorgesehen. Beispielsweise kann auch eine - ebenfalls nicht in den Figuren dargestellte - weitere Behandlungsmaschine vorgeschaltet sein, welche für weitere, vorangehende Behandlungsschritte der Behälter 2 eingerichtet ist, wie zum Beispiel für eine Reinigung, Sterilisation, Trocknung oder Inspektion der Behälter oder dergleichen.
  • Die Behälter 2 werden in der Regel über Transporteinrichtungen, beispielsweise Transportbänder, an die Füll- und Verschließmaschine 1 befördert und hier eingangsseitig von nur ausschnittsweise und andeutungsweise in der 1 angegebenen Transferelementen 13, beispielweise einem Einlaufstern, an die eigentliche Füll- und Verschließmaschine 1 übergeben. Nach dem Durchlaufen der Füll- und Verschließmaschine 1 in der nachfolgend noch nähergehend erläuterten Art und Weise, also nach dem Füllen und Verschließen der einzelnen Behälter 2, werden die mit einem Verschlussdeckel 6, insbesondere einem Kronkorken, verschlossenen Behälter 2 ausgangsseitig der Füll- und Verschließmaschine 1 von einem weiteren nicht dargestellten und in Transportrichtung auf die Füll- und Verschließmaschine 1 nachfolgend vorgesehenen Transferelement, beispielsweise einem Auslaufstern, übernommen und auf dem Fachmann wohl bekannte Art und Weise abtransportiert.
  • Mit dem als Füll- und Verschließmaschine ausgebildeten Behälterbehandlungssystem 1, insbesondere mit den bei jeder Behandlungsstation S, S' vorgesehenen Füll- und Verschließorganen 4, stehen weiterhin eine Füllgutzuführung (dargestellt in 2 oder 3) zum Zuführen des flüssigen Füllgutes sowie eine Verschlussdeckelzuführung 15 zum Zuführen der als Kronkorken ausgebildeten Verschlussdeckel 6 in Verbindung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Verschlussdeckelzuführung 15 zum Zuführen der einzelnen Kronkorken 6, welche Zuführung auf an sich bekannte Art und Weise erfolgen kann, in der 1 lediglich schemenhaft und abschnittsweise angedeutet.
  • Bei der in der 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante des als Füll- und Verschließmaschine ausgebildeten Behälterbehandlungssystems 1 ist jeweils das Maschinenkarussell 9 über eine sich entlang der vertikalen Mittelachse MA erstreckende Zentralsäule 14 auf einem Maschinensockel 12 rotierend gelagert, wobei der Maschinensockel 12 vorliegend beispielsweise einen Standfuß 12.1 und ein mit dem Standfuß 12.1 verbundenes, auf dem Untergrund lagerndes Maschinenfundament 12.2 aufweist.
  • Im Bereich der Zentralsäule 14 ist bei der dargestellten Ausführungsform des als Füll- und Verschließmaschine ausgebildeten Behälterbehandlungssystems 1 eine Höhenverstelleinrichtung 7 angeordnet, über die das Karusselloberteil 9.1 und das Karussellunterteil 9.2 in vertikaler Richtung entlang der Mittelachse MA relativ zueinander bewegt werden können, um das Behälterbehandlungssystem 1 an unterschiedliche Behälterformate, insbesondere an unterschiedliche Höhen von Behältern 2 anpassen zu können. Dabei kann die Höhenverstellung mittels der Höhenverstelleinrichtung 7 bzw. die Anpassung des Maschinenkarussells 9 an verschiedene Behälterhöhen auf eine dem Fachmann wohl bekannte Art erfolgen.
  • Jedes an einer jeweiligen Behandlungsstation S, S' angeordnete Füll- und Verschließorgan 4 weist wenigstens ein Füllventil 4.1 (siehe auch 2 und 3) und zumindest einen in vertikaler Richtung oberhalb der zu befüllenden und zu verschließenden Behälter 2 angeordnetes Verschließelement 5 auf, wobei das Verschließelement 5 insbesondere beim Verschließvorgang der Behälter 2 die Funktion eines Verschließstempels übernimmt.
  • Das Füll- und Verschließorgan 4 kann somit auch als kombiniertes Füll- und Verschließwerkzeug, insbesondere als Kombiwerkzeug, verstanden werden, welches sowohl die zum Befüllen erforderlichen Werkzeug-Komponenten als auch die zum Verschließen der Behälter 2 erforderlichen Werkzeugkomponenten aufweist. Das Füllventil 4.1 und das Verschließelement 5, welche jeweils eine Werkzeugkomponente zum Befüllen beziehungsweise eine Werkzeugkomponente zum Verschließen bilden, sind insbesondere als in dem Füll- und Verschließorgan 4 integrierte Komponenten ausgebildet. Eine mögliche Ausführungsform eines als derartiges Kombiwerkzeug ausgebildeten Füll- und Verschließorgans 4 ist beispielhaft in den 2 und 3 grob skizziert.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement 3 und das Verschließelement 5 zur Ausübung einer in Richtung der Vertikalachse VA der Behandlungsstation S, S' orientierten, gesteuerten Relativbewegung zueinander ausgebildet sind, und zwar derart, dass das Trägerelement 3 und das Verschließelement 5 aufgrund der gesteuerten Relativbewegung ausgehend von einer Ausgangsstellung weitere Stellungen relativ zueinander einnehmen, nämlich mindestens eine Füll- und Verschließstellung PV.
  • In dem Beispiel der 1 ist die Ausgangsstellung jeweils für die Behandlungsstation S dargestellt und die Füll- und Verschließstellung PV ist an der jeweiligen Behandlungsstation S' skizziert. Insbesondere ist das Behälterbehandlungssystem 1 dazu eingerichtet, die Behälter 2 an einer jeweiligen Behandlungsstation S, S' sowohl zu befüllen als auch zu verschließen. Insbesondere wird dabei in der Füll- und Verschließstellung PV zumindest eine Evakuierungsphase und/oder eine Spülphase und/oder eine Füllphase und/oder eine Beruhigungsphase ausgeführt sowie der Behälter 2 in einem Verschließvorgang mit einem Verschlussdeckel 6 verschlossen. Insbesondere muss also der Behälter während der Vorbehandlung in einer Evakuierungs- und Spülphase, der eigentlichen Füllphase sowie des Verschließens, bzw. Abdichten mittels eines Verschlussdeckels 6 nicht vertikal bewegt werden, da der jeweilige Behälter 2 für sämtliche vorgenannten Teilprozessschritte in der Füll- und Verschließstellung PV an der Behandlungsstation S verbleiben kann.
  • 2 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsvariante eines in dem vorliegenden Behälterbehandlungssystems 1 zur Anwendung kommenden Füll- und Verschließorgans 4, bei dem ein zu behandelnder, insbesondere zu befüllender und zu verschließender Behälter 2 hierfür derart von der freiendseitigen Unterseite des Füll- und Verschließorgans 4 in dieses eingefahren werden kann, dass die Behältermündung 2.1 innerhalb einer gegenüber der äußeren Atomsphäre abdichtbaren Prozesskammer 17 angeordnet werden kann, um dort während des gesamten Füll- und Verschließvorganges, insbesondere während der Evakuierungsphase und/oder der Spülphase und/oder der Füllphase und/oder der Beruhigungsphase zu verbleiben.
    Insbesondere ist der Behälter 2 dabei in seiner in 2 gezeigten abgedichteten Füll- und Verschließstellung PV mittels des Trägerelements 3 bevorzugt gegen ein Dichtelement 33 in Dichtlage gedrückt, das eine Abgabeöffnung 37 für das flüssige Füllgut konzentrisch umschließt, wobei das Dichtelement 33 an einem quer zur Vertikalachse VA gesteuert und/oder geregelt verschiebbar innerhalb der Prozesskammer 17 aufgenommenen Schieberelementes 21 angeordnet ist.
  • Das Schieberelement 21 kann dabei zudem einen Flüssigkeitskanal 23 aufweisen, der unter Zwischenschaltung des Füllventils 4.1 über eine Füllgutleitung 24 mit einem Füllgutkessel 25 verbunden ist. Der Füllgutleitung 24 kann dabei ein Durchflussmesser 24.1 zugeordnet sein, mittels dem der über die Füllgutleitung 24 aus dem Füllgutkessel 25 dem Flüssigkeitskanal 23 zugeführte Volumenstrom an flüssigem Füllgut, Füllgutmenge pro Zeiteinheit, erfassbar ist.
  • Neben dem Flüssigkeitskanal 23 kann das Schieberelement 21 auch einen Gaskanal 27 aufweisen, der über ein erstes Steuerventil SV1 sowie über eine erste Zufuhrleitung 29.1 und unter Zwischenschaltung eines dritten Steuerventils SV3 mit einer CO2-Quelle 30 (z.B. dem Gasraum 25.1 des Füllgutkessels 25), über ein viertes Steuerventil SV4 mit einer Dampfquelle 34, sowie über ein fünftes Steuerventil SV5 mit einer Vakuumquelle 28 fluidisch verbunden ist.
  • Ferner ist die Prozesskammer 17 über eine zweite Zufuhrleitung 29.2 und unter Zwischenschaltung eines zweites Steuerventils SV2 oder des dritten Steuerventils SV3 mit der CO2-Quelle 30 fluidisch verbindbar.
  • Dabei kann die abdichtbare Prozesskammer 17, vorzugweise der Flüssigkeitskanal 23 des Schieberelements 21, zumindest einen Drucksensor DS zur Erfassung der in der Prozesskammer 17 vorherrschenden Ist-Druckwerte ausweisen.
  • Hierfür bildet der zumindest eine Drucksensor DS zusammen mit dem Füllventil 4.1 sowie zumindest einem der ersten bis fünften Steuerventile SV1... SV5 einen Regelkreis RK, insbesondere einen Druckregelkreis, aus, mittels dem zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist-Druckwerten steuer- und/oder regelbar ist, wobei das Füllventil 4.1 und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile SV1 ... SV5 als Stellglied in dem Regelkreis RK, insbesondere in dem Druckregelkreis, vorgesehen sind.
  • Dabei kann die abdichtbare Prozesskammer 17, auch zumindest einen Temperatursensor TS zur Erfassung der in der Prozesskammer 17 vorherrschenden Ist-Temperaturwerte ausweisen. Beispielsweise ist der zumindest eine Temperatursensor im Flüssigkeitskanal 23 des Schieberelements 21 angeordnet. Dabei können die mittels des Temperatursensors TS erfassten Ist-Temperaturwerte als Regelgröße mit in die Regelung des Druckregelkreises einfließen. Dabei können bei einer Berücksichtigung, insbesondere einer Kombination der erfassten Ist-Druckwerte als auch der erfassten Ist-Temperaturwerte, Abkühl- und Kondensationseffekte in dem Behälter 2 kompensiert werden.
  • Das Schieberelement 21 kann mittels eines Antriebs 40 für die Füllphase in eine Position unterhalb des Verschließelements 5, also im Wesentlichen in eine Position entlang der Vertikalachse VA, derart vorgeschoben werden, dass sowohl der Flüssigkeitskanal 23 als auch der Gaskanal 27 des Schieberelementes 21 seitlich an dem Füllventil 4.1 sowie dem ersten Steuerventil SV1 kontaktschlüssig und in Dichtlage anliegt.
    Weiterhin kann das Schieberelement 21 mittels des Antriebs 40 für einen Verschließvorgang aus der zentrischen Position entlang der Vertikalachse VA seitlich derart zurückgezogen werden (also in eine von dem Füllventil 4.1 horizontal weggerichtete Richtung), dass das Verschließelement 5 nach unten, in Richtung der an dem Füll- und Verschließorgans 4 in Dichtlage angeordneten Behälter 2 frei verschiebbar ist.
  • Zum besseren Verständnis des Verschließvorgangs, bzw. der Verschließphase des gefüllten Behälters 2 mit dem Verschlussdeckel 6 ist in 10 noch einmal das Zusammenwirken bzw. der Wirkmechanismus zwischen Trägerelement 3 und dem vertikal entlang der Vertikalachse VA bewegbaren Verschließelement 5 schematisch dargestellt.
  • Durch die gesteuerte Relativbewegung (angedeutet in 10 mit dem strichliert gezeichneten Doppelpfeil) des Trägerelementes 3 und des Verschließelements 5 relativ zueinander wird der Abstand zwischen Trägerelement 3 und Verschließelement 5 gesteuert verändert.
  • Der befüllte und nun zu verschließende Behälter 2 ist während der Verschließphase zwischen Trägerelement 3 und Verschließelement 5 angeordnet, wobei sich zumindest die Position des Verschließelementes 5 während der Durchführung der verschiedenen, aufeinanderfolgenden Funktionsschritte „Abdichten“, „Befüllen“ und „Verschließen“ auch in Relation zum Behälter 2 ändert.
  • Durch die gesteuerte Relativbewegung wird der, während des Verschließvorganges erforderliche Anpressdruck zwischen Kronkorken 6 und Behälter 2 erzeugt. Dabei ist der Behälter 2 mit dem auf der Behältermündung 2.1 positionierten Kronkorken 6 zwischen Trägerelement 3 und Verschließelement 5 eingespannt, wobei das Verschließelement 5 eine, von oben auf den Kronkorken 6 und damit auch auf den Behälter 2 wirkende Verschließkraft Fy vermittelt bzw. ausübt. Der Behälter 2 wird durch das Trägerelement 3 mit einer der Verschließkraft Fy entgegenwirkenden, nach oben gerichteten Haltekraft Fy' gehalten, wobei die Verschließkraft Fy und die Haltekraft Fy' im Zusammenspiel das Anpressen des Kronkorkens 6 auf die Behältermündung 2.1 und das anschließende dichte Verschließen des Behälters 2 bewirken.
  • Wie aus der 10 hervorgeht, sind Trägerelement 3 und/oder Verschließelement 5 hub- und senkbeweglich ausgebildet, und können daher einen Bewegungsweg entlang der Vertikalachse VA zurücklegen. Zur Einleitung der Vertikalbewegung auf das Verschließelement 5 kann dieses im Bereich einer freien, der Prozesskammer 17 abgewandten, Stirnseite mit einer Antriebseinrichtung 5 zusammenwirken. Ferner erzeugen Trägerelement 3 und/oder Verschließelement 5 eine entlang der Vertikalachse VA orientierte Kraft, nämlich die senkrecht nach oben wirkende Haltekraft Fy' bzw. die senkrecht nach unten wirkende Verschließkraft Fy.
  • Die für das endgültige dichte Verschließen des Behälters mit dem Kronkorken 6 notwendige plastische Verformung des Kronkorkenrandes erfolgt durch ein zumindest teilweises Eintauchen des Kronkorkens 6 in den Ziehring 11.1 der Ziehringanordnung 11.
    Dazu kann beispielsweise der Ziehring 11.1 feststehend ausgebildet sein und der Behälter relativ zum Ziehring 11.1 nach oben bewegt werden. Alternativ kann der Ziehring 11.1 in vertikaler Richtung beweglich ausgebildet sein, wodurch sich dieser beispielsweise entlang der Vertikalachse VA relativ zum unbewegten Kronkorken 6 bzw. zum Behälter bewegt. Die mögliche Bewegung des Ziehringes 11.1 ist in 10 durch den Doppelpfeil mit durchgezogener Linie angedeutet.
    Alternativ bewegen sich sowohl Ziehring 11.1, als auch Trägerelement 3 und Verschließelement 5.
  • Dabei kann das Verschließelement 5 insbesondere als Magnetstößel ausgebildet sein, der an seinem dem Trägerelement 3 zugewandten freien Ende den jeweils auf die Behältermündung 2.1 aufzupressenden Verschlussdeckel 6, insbesondere den Kronenkorken, magnetisch hält, bevor der Verschlussdeckel 6 mittels des Ziehringanordnung 11 an dem jeweiligen Behälter 2 fixiert wird.
    Alternativ kann des Verschließelement 5 den Verschlussdeckel 6 auch durch die Kraftwirkung von Unterdruck halten.
  • Im Füllgutkessel 25 (2) sind während des Füllbetriebs ein oberer Gasraum 25.1 und ein unterer Flüssigkeitsraum 25.2 ausgebildet. Dient das Behälterbehandlungssystem 1 dabei zum Druckabfüllen des flüssigen Füllgutes in die Behälter 2, so ist der obere Gasraum 25.1 mit einem unter einem Fülldruck stehenden Inerertgas (CO2-Gas) beaufschlagt. Der Druck des Inertgases ist gesteuert, bzw. geregelt. Das Füllgut wird dem Füllgutkessel 25 über eine nicht nähergehend dargestellte Versorgungsleitung zugeführt.
  • Ferner ist unterhalb der Abgabeöffnung 37 eine gesteuert und/oder geregelt betätigbare Halsdichtungsvorrichtung 26 vorgesehen, mittels der der jeweilige Behälter 2 unterhalb seiner Behältermündung 2.1 im Bereich seines entsprechenden Behälterhals 2.2 abdichtbar ist und wodurch auch insbesondere die Prozesskammer 17 in der abgedichteten Füll- und Verschließstellung PV gegenüber der Umgebung abgedichtet wird. Da die Behältermündung 2.1 damit in der abgedichteten Füll- und Verschließstellung PV innerhalb der Prozesskammer 17 angeordnet ist, kann dies auch als ein Abdichten des Behälters 2 verstanden werden.
  • Unterschiedlich zu der Ausführungsvariante des Füll- und Verschließorgans 4 der 2 weist die Ausführungsvariante des Füll- und Verschließorgans 4 der 9 keine Zuführung für eine CO2-Quelle 30 auf, sondern lediglich für eine Vakuumquelle 28 sowie eine Dampfquelle 34, so dass hier während der Spülphase und/oder die Beruhigungsphase eine reine Dampfbeaufschlagung sowohl des Behälters 2 als auch der Prozesskammer 17 erfolgt und keine Beimischung von CO2 über die (nicht vorhandene) CO2-Quelle 30.
  • Hierfür kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Füllen und Verschließen der Behältern 2 an dem Füll- und Verschließorgan 4 der Behandlungsstation S, S' vor dem Einleiten einer Füllphase zumindest der Innenraum des in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan 4 angeordneten Behälters 2 in einer Evakuierungsphase zunächst zumindest einmalig auf einen Unterdruck von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Restdruck evakuiert werden und anschließend in einer Spülphase mit einem Dampf und/oder dampfhaltigen Spülgas derart gespült werden, dass vor dem Öffnen des Füllventils 4.1 zum Befüllen des Behälters 2 mit dem flüssigen Füllgut der Spülgasdruck in dem Behälter 2 mindestens auf Atmosphärendruck erhöht wird, also ansteigt.
  • Anschließend wird in der eigentlichen Füllphase das Füllventil 4.1 geöffnet, so dass das flüssige Füllgut in den weiterhin in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan 4 angeordneten Behälter 2 einströmt.
  • Nach Beendigung der Füllphase wird eine Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan 4 der Behandlungsstation S durchgeführt wird, in der die Prozesskammer 17 insbesondere oberhalb der Mündung des Behälters 2 mittels einem Dampf und/oder dampfhaltigen Gas auf einen Druck eingestellt wird, der auf einem CO2-Sättigungsdruckdes abgefüllten Füllgutes oder darüber liegt.
  • Wiederum nachfolgend wird der Behälter 2 nach der Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan 4 der Behandlungsstation S durch Aufpressen eines Verschlussdeckels 6 bei den während der Beruhigungsphase eingestellten Druckverhältnissen verschlossen, bevor der Innendruck der Prozesskammer 17 auf Atmosphärendruck entlastet wird.
  • Erfindungsgemäß wird dabei zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist-Druckwerten des Drucksensors DS gesteuert und/oder geregelt wird.
  • Hierfür bildet der zumindest eine Drucksensor DS zusammen mit dem Füllventil 4.1 sowie zumindest einem des ersten bis fünften Steuerventils SV1... SV5 einen Regelkreis RK, insbesondere einen Druckregelkreis, aus, mittels dem zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist-Druckwerten steuer- und/oder regelbar ist, wobei das Füllventil 4.1 und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile SV1 ... SV5 als Stellglied in dem Regelkreis RK, insbesondere in dem Druckregelkreis, vorgesehen sind.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist dabei vorgesehen, dass das Behälterbehandlungssystem 1 dazu ausgebildet ist, die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase über vorauswählbare Druck-Kennlinien unter Einbindung des Regelkreises RK zu steuern und/oder zu regeln.
  • Vorzugsweise werden für den Regelkreis RK die von dem Drucksensor DS erfassten IST-Druckwerte an die Maschinensteuerung übermittelt und mit dort hinterlegten SOLL-Druckwerten verglichen und basierend darauf das Füllventil 4.1 und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile SV1 ... SV5 als Stellglied angesteuert. Der Drucksensor DS liefert hierbei für den Regelkreis RK den Regelparameter der Regelgröße.
  • Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass für den jeweiligen Beginn sowie das Ende der Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase Soll-Druckwerte festgelegt werden, die mit den jeweiligen IST-Druckwerten der aktuell durchgeführten Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase verglichen werden und bei Erreichen der Soll-Druckwerte ein unmittelbares Umschalten von der entsprechend aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerte Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase erfolgt.
  • Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase mehrfach durchgeführt wird, und zwar durch alternierendes hin- und herschalten zwischen der Evakuierungsphase und der Spülphase.
  • Damit wird sichergestellt, dass druckabhängig unmittelbar nach Erreichen eines vorbestimmten Soll-Druckwertes von der aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerten Phase im Füll- und Verschließprozess umgeschaltet wird, und zwar abhängig von den ermittelten IST-Druckwerten.
  • Mehr im Detail verläuft das Verfahren beispielsweise mit einem wie in 2 dargestellten Füll- und Verschließorgan 4 wie folgt:
    • Wie aus der 3 ersichtlich, wird zunächst das Verschließelement 5 zur beispielsweisen magnetischen Aufnahme eines Verschlussdeckels 6 in seine untere Position gefahren.
  • Das Schieberelement 21 befindet sich hierfür in seiner zurückgezogenen Position, in der das Verschließelement 5 axial frei beweglich entlang der Vertikalachse VA nach unten über die Abgabeöffnung 37 hinausgeschoben werden kann, um so den Verschlussdeckel 6 aufzunehmen, und zwar von der Verschlussdeckelzuführung 15.
    Das Füllventil 4.1 sowie sämtliche Steuerventile SV1 ... SV5 sind hierbei geschlossen. Der Verschlussdeckel 6 kann dabei insbesondere magnetisch an dem Verschließelement 5 gehalten werden.
  • Der Verschlussdeckel 6 wird damit bei der anschließend noch nähergehend beschriebenen Dampfbehandlung vor und während des Verschließvorgangs sterilisiert.
  • Anschließend fährt das Verschließelement 5 samt des daran gehaltenen Verschlussdeckels 6 in seine angehobene Position. Anschließend wird das Schieberelement 21 unter das Verschließelement 5 kontaktschlüssig an das Füllventil 4.1 sowie das erste Steuerventil SV1 verfahren. Zudem wird anschließend der Behälter 2 auf dem Trägerelement 3 zentrisch unter dem Füll- und Verschließorgan 4 positioniert und durch Anheben des Trägerelements 3 in Dichtlage mit dem Füll- und Verschließorgan 4, insbesondere mit dem Schieberelement 21 gebracht (siehe 4).
  • Anschließend wird die Halsdichtungsvorrichtung 26 mit Druck beaufschlagt, so dass eine Abdichtung des Behälter 2 im Bereich seines Behälterhalses 2.2 gegenüber der Umgebung erfolgt (siehe 5). Nachfolgend wird der Behälter 2 in vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Öffnen des ersten und fünften Steuerventils SV1, SV5 in der Evakuierungsphase auf einen Wert von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 bar als Soll-Druckwert evakuiert. Die Ermittlung der Ist-Druckwerte erfolgt dabei mittels des Drucksensors DS, der diese für den Regelkreis RK zur Verfügung stellt.
    Anschließend wird bei weiterhin geöffneten ersten Steuerventil SV1 das fünfte Steuerventil SV5 geschlossen und dabei gleichzeitig oder näherungsweise gleichzeitig das vierte Steuerventil SV4 zur Einleitung der Spülphase kurzzeitig geöffnet, und zwar druckgesteuert über den Regelkreis RK, bis in dem Behälter 2 ein Druckanstieg auf mindestens Atmosphärendruck erfolgt, so dass der Behälter mit Dampf aus der Dampfleitung 34 gespült wird. Eventuell wird hierbei etwas CO2 durch gesteuerte Öffnung des dritten Steuerventils SV3 zugeführt, um nachher sicherzustellen, dass der CO2-Druck in der Flasche in der Beruhigungsphase über den Sättigungsdruck des CO2 ansteigt. Diese Prozessschritte werden solange wiederholt, bis im Innenraum des Behälters 2 die gewünschte O2-Reduktion erreicht ist. Es erfolgt dabei also die Initiierung der Spül- und/oder Evakuierungsphase erfindungsgemäß druckgesteuert- und/oder geregelt in Abhängigkeit der von dem Drucksensor DS ermittelten Ist-Druckwerte. Zum Abschluss dieser Behandlungsphase ist der Behälter vorzugsweise vollständig mit Dampf gefüllt.
  • Wie der 6 zu entnehmen ist, werden nun, zur Einleitung der Füllphase, das erste Steuerventil SV1 und das vierte Steuerventil SV4 geschlossen und das Füllventil 4.1 wird geöffnet, um dem Behälter 2 das Füllgut zuzuführen. Zudem wird bei geöffneten Füllventil 4.1 das zweite Steuerventil SV 2 geöffnet und die Prozesskammer 17 mit Spanngas aus dem CO2- Quelle 30 beaufschlagt. Nach Beendigung des Füllvorgangs wird das Füllventil 4.1 wieder geschlossen, wobei die Menge des zugeführten Füllgutes über den volumetrischen Durchflussmesser 24.1 ermittelt wird. Alternativ dazu kann das Produkt jedoch auch aus einem Dosageraum schlagartig zugeführt werden. In diesem Fall erfolgt die volumetrische Messung bei der Zuführung des Füllgutes in den Dosageraum und nicht im Füllelement 4.
  • Während der Füllphase bzw. des Füllvorgangs kann optional der Behälter 2 durch geregeltes Öffnen des dritten Steuerventils SV3 mit CO2 beaufschlagt werden. Nach dem Schließen des Füllventils 4.1 setzt die Beruhigungsphase ein, in welcher sich das Getränk beruhigt und der Druck in dem Behälter 2 über den CO2-Sättigungsdruckansteigt.
  • Für die Aufrechterhaltung der Druckverhältnisse nach der Füllphase verbleibt in der anschließenden Beruhigungsphase das zweite Steuerventil SV2 zur Beaufschlagung der Prozesskammer 17 mit Spanngas geöffnet. Ferner wird das erste und dritte Steuerventil SV1, SV3 geöffnet, so dass ein Druckausgleich zwischen Behälter 2 und Prozesskammer 17 stattfindet. Es erfolgt dabei die Initiierung der Beruhigungsphase erfindungsgemäß druckgesteuert- und/oder geregelt in Abhängigkeit der von dem Drucksensor DS ermittelten Ist-Druckwerte. Noch bevor das Schieberelement 21 wieder zurückgeschoben wird, wird dabei das dritte Steuerventil SV3 geschlossen, während das erste und zweite Steuerventil SV1, SV2 weiterhin geöffnet bleiben (Siehe 7).
  • Anschließend wird auch das zweite Steuerventil SV2 bei noch weiterhin geöffneten ersten Steuerventil SV1 geschlossen und das Verschließelement 5 mit dem daran gehaltenen Verschlussdeckel 6 auf die Behältermündung 2.1 aufgesetzt und der weiter obenstehend im Zusammenhang der 10 erläuterten Vorgehensweise zunächst auf den Behälter 2 mit der notwendigen Kraft aufgepresst, und dann durch plastische Verformung des Randes des Verschlussdeckels 6 dicht mit dem Behälter verbunden.
  • Schließlich wird bei weiterhin geöffneten ersten Steuerventil SV1 der Behälter 2 entlastet und nach unten über das Trägerelement 3 abgesenkt (Siehe 8).
  • 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. Der Inhalt der Patentansprüche wird zum Gegenstand der Beschreibung erklärt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Behälterbehandlungsvorrichtung
    2
    Behälter
    2.1
    Behältermündung
    2.2
    Behälterhals
    3
    Trägerelement
    4
    Füll- und Verschließorgan
    4.1
    Füllventil
    5
    Verschließelement
    6
    Verschlussdeckel
    7
    Höhenverstelleinrichtung
    8
    Trägerkranz
    9
    Maschinenkarussell
    9.1
    Karusselloberteil
    9.2
    Karussellunterteil
    11
    Ziehringanordnung
    11.1
    Ziehring
    12
    Maschinensockel
    12.1
    Standfuß
    12.2
    Maschinenfundament
    13
    Transferelement
    14
    Zentralsäule
    15
    Verschlussdeckelzuführung
    17
    Prozesskammer
    21
    Schieberelement
    23
    Flüssigkeitskanal
    24
    Füllgutleitung
    24.1
    Durchflussmesser
    25
    Füllgutkessel
    25.1
    Gasraum
    25.2
    Flüssigkeitsraum
    26
    Halsdichtungsvorrichtung
    27
    Gaskanal
    28
    Vakuumquelle
    29.1
    Zufuhrleitung
    29.2
    Zufuhrleitung
    30
    CO2-Quelle
    33
    Dichtelement
    34
    Dampfquelle
    37
    Abgabeöffnung
    Fy
    Verschließkraft
    Fy'
    Haltekraft
    DS
    Drucksensor
    TS
    Temperatursensor
    MA
    Mittelachse
    PV
    Füll- und Verschließstellung
    RK
    Regelkreis
    VA
    Vertikalachse
    S
    Behandlungsstation
    SV1 ... SV5
    erstes bis fünftes Steuerventil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014104873 A1 [0006]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Füllen und Verschließen von Behältern (2) an einem Füll- und Verschließorgan (4) einer Behandlungsstation (S), bei dem an dem Füll- und Verschließorgan (4) eine abdichtbare Prozesskammer (17) mit zumindest einem Drucksensor (DS) zur Erfassung der in der Prozesskammer (17) vorherrschenden Ist-Druckwerten vorgesehen wird, bei dem vor dem Einleiten einer Füllphase zumindest der Innenraum des in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan (4) angeordneten Behälters (2) in einer Evakuierungsphase zunächst zumindest einmalig auf einen Unterdruck von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Restdruck evakuiert und anschließend in einer Spülphase mit einem Dampf und/oder dampfhaltigen Spülgas derart gespült wird, dass vor dem Öffnen des Füllventils (4.1) zum Befüllen des Behälters (2) mit dem flüssigen Füllgut der Spülgasdruck in dem Behälter (2) mindestens auf Atmosphärendruck erhöht wird, bei dem in der eigentlichen Füllphase das Füllventil (4.1) geöffnet wird und das flüssige Füllgut in den weiterhin in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan (4) angeordneten Behälter (2) einströmt, bei dem nach Beendigung der Füllphase eine Beruhigungsphase an dem Füll- und Verschließorgan (4) der Behandlungsstation (S) durchgeführt wird, in der die Prozesskammer (17) insbesondere oberhalb der Mündung des Behälters (2) mittels einem Dampf und/oder dampfhaltigen Gas auf einen Druck eingestellt wird, der auf einem CO2-Sättigungsdruck des abgefüllten Füllgutes oder darüber liegt, bei dem der Behälter (2) nach der Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan (4) der Behandlungsstation (S) durch Aufpressen eines Verschlussdeckels (6) bei den während der Beruhigungsphase eingestellten Druckverhältnissen verschlossen wird, bevor der Innendruck der Prozesskammer (17) auf Atmosphärendruck entlastet wird, und bei dem zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist-Druckwerten des Drucksensors (DS) gesteuert und/oder geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter Einbindung des zumindest einen Drucksensors (DS) ein Regelkreis (RK) ausgebildet wird, mittels dem zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von den erfassten Ist-Druckwerten gesteuert und/oder geregelt werden, wobei das Füllventil (4.1) und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile (SV1...SV5) als Stellglied in dem Regelkreis (RK) vorgesehen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase über vorauswählbare Druck-Kennlinien unter Einbindung des Regelkreises (RK) gesteuert und/oder geregelt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regelkreis (RK) die von dem Drucksensor (DS) erfassten Ist-Druckwerte an eine Maschinensteuerung übermittelt und mit dort hinterlegten Soll-Druckwerten verglichen werden und basierend darauf das Füllventil (4.1) und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile (SV1...SV5) als Stellglied angesteuert werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den jeweiligen Beginn sowie das Ende der Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase Soll-Druckwerte festgelegt werden, die mit den jeweiligen Ist-Druckwerten der aktuell durchgeführten Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase verglichen werden und bei Erreichen der Soll-Druckwerte ein unmittelbares Umschalten von der entsprechend aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerte Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase jeweils mehrfach durchgeführt werden, und zwar durch alternierendes hin- und herschalten zwischen der Evakuierungsphase und der Spülphase.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass druckabhängig unmittelbar nach Erreichen eines vorbestimmten Soll-Druckwertes von der aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerte Phase im Füll- und Verschließprozess umgeschaltet wird, und zwar abhängig von ermittelten Ist-Druckwerten des Drucksensors (DS).
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Füll- und Verschließorgan (4) die mit Dampf beaufschlagten Bauteile aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und /oder Wärmekapazität hergestellt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2) in seiner abgedichteten Füll- und Verschließstellung (PV) mittels eines Trägerelements (3) gegen ein Dichtelement (33) in Dichtlage gedrückt wird, das eine Abgabeöffnung (37) für das flüssige Füllgut konzentrisch umschließt, wobei das Dichtelement (33) an einem quer zur Vertikalachse (VA) verschiebbar innerhalb der Prozesskammer (17) aufgenommenen Schieberelementes (21) angeordnet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schieberelement (21) ein Flüssigkeitskanal (23) ausgebildet wird, der unter Zwischenschaltung des Füllventils (4.1) über eine Füllgutleitung (24) mit einem Füllgutkessel (25) verbindbar ist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schieberelement (21) ein Gaskanal (27) ausgebildet wird, der über ein erstes Steuerventil (SV1) sowie über eine erste Zufuhrleitung (29.1) und unter Zwischenschaltung eines dritten Steuerventils (SV3) mit einer CO2-Quelle (30), über ein viertes Steuerventil (SV4) mit einer Dampfquelle (34) und über ein fünftes Steuerventil (SV5) mit einer Vakuumquelle (28) fluidisch verbindbar ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesskammer (17) zumindest ein Temperatursensor (TS) zur Erfassung der in der Prozesskammer (17) vorherrschenden Ist-Temperaturwerte vorgesehen wird, die als Regelgröße mit in dem Regelkreis (RK) berücksichtigt werden.
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