DE102019135259A1

DE102019135259A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt

Info

Publication number: DE102019135259A1
Application number: DE102019135259.2A
Authority: DE
Inventors: Valentin Becher; Florian Habersetzer; Norman Narayanan; Heinrich Bielmeier; Josef Knott; Ute Winter
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-24
Also published as: CN113003518A; EP3838838A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters (200) mit einem karbonisierten Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei das Verfahren aufweist: Spülen des Behälters (200) mit Kohlenstoffdioxid; Evakuieren des Behälters (200) auf einen spezifischen Unterdruck (Plow), so dass sich im Behälter (200) eine definierte Menge an Kohlenstoffdioxid befindet; Einleiten des Füllprodukts in eine Füllproduktleitung (22) eines Füllorgans (20); und Einleiten des Füllprodukts aus der Füllproduktleitung (22) unter einem Überdruck in den evakuierten Behälter (200).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem karbonisierten Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage zum Abfüllen von Getränken, wie etwa Softdrinks, Bier oder Mischgetränken.
Stand der Technik
Um Füllprodukte bestehend aus mehreren Komponenten zu mischen und abzufüllen, sind verschiedene Technologien zum Dosieren der einzelnen Komponenten bekannt, die im Folgenden kurz vorgestellt werden:

So lassen sich die gewünschten Komponenten beispielsweise über separate Dosierstationen einzeln dosieren und abfüllen, wie es beispielsweise aus der US 2008/0271809 A1 bekannt ist. Die Verwendung von separaten Dosierstationen für eine Vielzahl von Komponenten führt jedoch zu einem komplexen Anlagenaufbau und Prozessablauf, da die Abfüllung jedes Behälters auf mehrere separate Dosier-/Abfüllstationen aufgeteilt wird, an denen der Behälter für die jeweiligen Dosierzeiten positioniert werden muss. Es ist zwar prinzipiell möglich, die mehreren Komponenten über separate Leitungen und Abgabeöffnungen gleichzeitig und an einer gemeinsamen Abfüllstation in die Behälter einzudosieren, dies ist jedoch durch die Größe der Flaschen- bzw. Behältermündung begrenzt.

Alternativ kann die Zusammenführung der Komponenten in einem gemeinsamen Füllventil realisiert werden, vgl. beispielsweise EP 0 775 668 A1 und WO 2009/114121 A1 . Die Dosierung einer einem Basisfluid hinzuzufügenden Komponente erfolgt hierbei vor dem Füllventilauslauf, wobei die gewünschte Menge beispielsweise durch eine Volumenmessung mittels eines Durchflussmessers ( EP 0 775 668 A1 ) oder durch eine andere volumetrische Dosiertechnologie ( WO 2009/114121 A1 ), etwa mittels eines Dosierkolbens und/oder einer Membranpumpe, abgemessen werden kann.
Hohe Dosiergenauigkeiten lassen sich durch eine Abmessung mit Hilfe eines Durchflussmessers erreichen. Dieser misst das zu dosierende Volumen oder die zu dosierende Masse und schließt bei Erreichen eines Schwellwertes ein Absperrventil in der Dosageleitung. Andere volumetrische Dosierverfahren, wie etwa die Verwendung von Pumpen oder das Zeit-/Druckfüllen, weisen oft größere Unsicherheiten auf und reagieren tendenziell empfindlicher auf Änderungen des Dosagemediums, beispielsweise auf Änderungen des Drucks, der Temperatur oder Zusammensetzung. Eine häufige Kalibrierung, insbesondere bei einem Wechsel des Dosagemediums, ist die Folge. Eine gravimetrische Messung der Dosagen ist aufgrund großer Unterschiede zwischen dem Dosagegewicht bei Kleinstmengen (µl) und dem Behältergewicht kaum realisierbar.
Die vorstehend dargelegten Technologien zeichnen sich dadurch aus, dass die Komponenten zu einem späten Zeitpunkt, d.h. entweder während oder kurz vor der Abfüllung, vermischt werden. Das späte Abmischen ist jedoch auch mit technischen Schwierigkeiten verbunden. So ist eine zeitliche Optimierung des Abfüllvorgangs nicht ohne weiteres möglich, da der Dosiervorgang, beispielsweise unter Verwendung eines Durchflussmessers, nicht beliebig beschleunigt werden kann. Die Zeit, die der Behälter unter der Dosierstelle verbleibt, ist direkt proportional zu der Leistung der Abfülllinie. Bei einem höheren Leistungsbedarf muss daher entweder die Dosierzeit und damit der Dosierbereich verringert oder eine zweite parallele Dosierlinie aufgebaut werden. Der mögliche Dosierbereich ist von der zur Verfügung stehenden Dosierzeit und damit von der Linienleistung abhängig.
Es kommt hinzu, dass das späte Ausmischen eine nicht unerhebliche bauliche Komplexität nach sich zieht. Im Fall kleiner Behältermündungen ist es nur schwer möglich, einen sich bewegenden Behälter mit einem feststehenden Dosierkopf zu befüllen. Daher muss sich entweder der Dosierkopf mit dem Behälter mitbewegen (beispielsweise als Rundläufer) oder der Behälter unter dem Dosierkopf für den Dosier- und Abfüllvorgang stehen bleiben, wie etwa bei einer Lineartaktmaschine. Wenn nun eine Vielzahl von verschiedenen Dosagekomponenten gleichzeitig zur Verfügung stehen soll, sind beide Lösungen aufgrund der Vielzahl an Füllstellen und/oder Dosagekomponenten am Füllventil maschinenbautechnisch aufwendig, kosten- sowie wartungsintensiv und benötigen viel Bauraum.
Jene Dosagetechniken, die gleichzeitig das Volumen bestimmen und das Medium fördern, etwa mittels Pumpen oder Kolbendosierer, weisen einen Nachteil darin auf, dass keine Rückmeldung über das tatsächlich in den Behälter eingeleitete Volumen an die Steuerung gegeben werden kann. Dies gilt gleichermaßen für die Zeit-/Druckfüllung. Falls ein Ventil nicht öffnet oder die Leitung verstopft ist, kann dies vom System nicht ohne weiteres sofort erkannt werden. Da eine nachträgliche Qualitätskontrolle des befüllten Behälters bei einer individualisierten Befüllung mit mehreren Komponenten nicht oder nur sehr aufwändig realisierbar ist, ist eine Rückmeldung des Dosagesystems über die tatsächlich dosierte Menge wünschenswert, wenn nicht zwingend erforderlich.
Die vorstehend beschriebenen technischen Probleme haben zu einer Weiterentwicklung des Dosier-/Abfüllprozesses geführt, die beispielsweise aus der EP 2 272 790 A1 und DE 10 2009 049 583 A1 hervorgeht. Hierbei werden direkt bei der Abfüllung die Komponenten des Füllprodukts mittels eines Durchflussmessers dosiert und gemeinsam in den zu befüllenden Behälter eingeleitet, wobei beim Dosieren eine Hauptkomponente von der zudosierten Komponente rückwärts verdrängt wird. Das verdrängte Volumen der Hauptkomponente wird mittels des Durchflussmessers ermittelt, und damit ist ebenfalls das Volumen der zudosierten Komponente bekannt und steuerbar. Bei der anschließenden Abfüllung des Füllprodukts in den Behälter wird die Hauptkomponente zusammen mit der zudosierten Komponente vollständig aus dem Füllventil in den Behälter gespült, wobei gleichzeitig die Gesamtfüllmenge mit demselben Durchflussmesser ermittelt werden kann. Beim nächsten Abfüllzyklus können die Füllmengen und auch die zudosierten Komponentenmengen neu bestimmt werden. Damit ist eine hochflexible Abfüllung individualisierter Getränke ohne Umstellzeiten möglich.
Eine Schwierigkeit bei der flexiblen Abfüllung durch Eindosieren von Komponenten in das Füllventil besteht darin, dass der Kohlenstoffdioxidgehalt des Füllprodukts nicht ohne weiteres flexibilisierbar, d.h. behälter- und/oder sortenweise einstellbar ist. Die Hauptkomponente des Füllprodukts, beispielsweise Wasser oder Bier, hat normalerweise einen definierten Kohlensäuregehalt. Die Dosagekomponente, sofern vorhanden (beispielsweise Fruchtsirup), hat einen definierten Brixgehalt. Kohlensäuregehalt und Brixgehalt definieren das Mischungsverhältnis eindeutig. Für eine Sorte des Füllprodukts kann der Kohlensäuregehalt der Hauptkomponente so angepasst werden, dass nach der Mischung und Abfüllung der gewünschte Gehalt im Behälter enthalten ist. Wird stets nur eine Sorte des Füllprodukts auf dem Füller abgefüllt, kann bei der nächsten Sorte der Kohlensäuregehalt der Hauptkomponente sortenspezifisch angepasst werden. Sollen jedoch zwei oder mehr Sorten unmittelbar nacheinander oder gleichzeitig durch mehrere miteinander gekoppelte Füllventile abgefüllt werden, was prinzipiell durch die individuelle Zugabe von Dosagekomponenten möglich ist, kann der Kohlensäuregehalt des abgefüllten Füllprodukts nicht mehr individuell eingestellt werden, da dieser von der Hauptkomponente bestimmt wird.
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die flexible Abfüllung zu verbessern, insbesondere eine behälterweise und/oder sortenspezifische Einstellung des Kohlenstoffdioxidgehalts zu ermöglichen oder zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem karbonisierten Füllprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Das Verfahren und die Vorrichtung dienen dem Befüllen eines Behälters mit einem karbonisierten Füllprodukt. Das Füllprodukt kann, abgesehen von der Kohlensäure, ein mehrkomponentiges Füllprodukt aus zumindest zwei Komponenten sein, wobei eine der Komponenten zur sprachlichen Unterscheidung hierin als „Basisflüssigkeit“ oder „Hauptkomponente“ bezeichnet ist. Etwaige weitere Komponenten sind als „Dosagekomponente(n)“ bezeichnet. Neben dem Abfüllen des Füllprodukts ist die Vorrichtung im Fall mehrerer Komponenten zum Zusammenführen und gegebenenfalls zumindest teilweise Mischen der Komponenten eingerichtet und übernimmt insofern zumindest einen Teil des Herstellungsprozesses des abzufüllenden Füllprodukts. Die Basisflüssigkeit ist beispielsweise Wasser (still oder karbonisiert) oder Bier. Die Dosagekomponente(n) kann/können Sirup, Fruchtfleisch enthaltende Flüssigkeiten, Pulpe, Aromen usw. umfassen. Besteht das Füllprodukt nur aus einer Hauptkomponente, ohne Dosagekomponente(n), dann werden die Bezeichnungen „Hauptkomponente“ und „Füllprodukt“ synonym verwendet. Das Verfahren und die Vorrichtung finden somit besonders bevorzugt in einer Getränkeabfüllanlage Anwendung. Kohlenstoffdioxid, dessen flexible Einstellung bzw. Zugabe durch den hierin beschriebenen Füllprozess ermöglicht oder zumindest verbessert wird, fällt hierin nicht unter die Bezeichnung „Dosagekomponente“.
Das hierin vorgeschlagene Verfahren weist auf: Spülen des Behälters mit Kohlenstoffdioxid; Evakuieren des Behälters auf einen spezifischen Unterdruck P_low, so dass sich im Behälter eine definierte Menge an Kohlenstoffdioxid befindet; Einleiten des Füllprodukts in eine Füllproduktleitung eines Füllorgans; und Einleiten des Füllprodukts aus der Füllproduktleitung unter einem Überdruck in den evakuierten Behälter.
Es sei darauf hingewiesen, dass die gewählte Auflistung der Schritte nicht notwendigerweise eine zeitliche Reihenfolge vorgibt. So kann das Einleiten des Füllprodukts in die Füllproduktleitung vor, nach oder im Wesentlichen parallel zum Spülen des Behälters mit CO₂ und/oder Evakuieren desselben stattfinden. Ferner ist ersichtlich, dass die Bezeichnungen „Evakuierung“, „evakuieren“ und dergleichen hierin nicht unbedingt das Bestreben, den Unterdruck im Behälter möglichst einem perfekten Vakuum anzunähern, implizieren. Vielmehr dient das Evakuieren dem Aufbau eines spezifischen Unterdrucks im Behälter, wodurch die Evakuierung vor dem Befüllen synergetisch zur Einstellung des Kohlensäuregehalts im fertigen Produkt genutzt wird.
Somit kann nahezu jeder beliebige Kohlensäuregehalt individuell, insbesondere sortenspezifisch und/oder behälterweise, eingestellt werden. Es sind gleichzeitig verschiedene Füllprodukte mit verschiedenen Kohlensäuregehalten abfüllbar. Eine Änderung der Basisflüssigkeit, etwa eine Anpassung der Wasserqualität, kann bei einem Sortenwechsel entfallen, wodurch etwaige Ausschubmengen minimiert werden können. So muss beispielsweise Wasser lediglich einer Qualität (z.B. still oder vorkarbonisiert - beispielsweise zur Herstellung eines sanften Mineralwassers) als Basisflüssigkeit zur Verfügung gestellt werden. Hierbei ist eine Ausrichtung auf das Füllprodukt mit dem niedrigsten Kohlensäuregehalt nicht zwingend erforderlich. Zudem können auch stille Füllprodukte parallel zu karbonisierten Füllprodukten abgefüllt werden. Durch die hohe Druckdifferenz im System während der Abfüllung wird die Ausspülung des Füllorgans optimiert, wodurch etwaige Produkt- oder Aromaverschleppungen in Folgebehälter unterbunden oder zumindest minimiert werden. Da zudem während der Befüllung kein Rückgas aus dem Behälter abzuleiten ist, kann auch über diesen Weg kein Aroma in das System, insbesondere Produktkessel, gelangen.
Die Bezeichnungen „Unterdruck“ und „Überdruck“ sind zunächst relativ zueinander zu verstehen. Allerdings liegt der Unterdruck P_low nach der Evakuierung vorzugsweise unterhalb des Atmosphärendrucks (=Normaldruck). Der Überdruck des Füllprodukts, unter dem abgefüllt wird, kann dem Atmosphärendruck entsprechen, liegt jedoch vorzugsweise darüber.
Mit anderen Worten kann es sich bei einem Unterdruck auch um einen Druck handeln, der über dem Atmosphärendruck liegt. Ein Evakuieren des Behälters auf diesen Druck kann daher auch einer Erhöhung des Drucks gegenüber der Umgebung entsprechen, wobei dann bevorzugt in dem Behälter eine solche Atmosphäre vorgesehen wird, die dann einer definierten Menge an Kohlenstoffdioxid entspricht. Bevorzugt ist das den Unterdruck im Behälter bereitstellende Gas hauptsächlich Kohlenstoffdioxid.
So wird der Behälter vor dem Einleiten des Füllprodukts vorzugsweise auf einen Unterdruck P_low mit einem Absolutdruck von 0,5 bis 0,05 bar, bevorzugt 0,3 bis 0,1 bar, besonders bevorzugt von etwa 0,1 bar evakuiert. Vorzugsweise liegt der Überdruck oberhalb des Atmosphärendrucks, etwa bei einem Absolutdruck von 1,1 bar bis 6 bar. Vorzugsweise wird der Behälter so evakuiert, dass bei der Befüllung mit dem Füllprodukt im Wesentlichen kein Gas durch das Füllprodukt verdrängt wird und entsprechend auch kein Gas aus dem Innenraum des Behälters ausströmen muss. Vielmehr kann der gesamte Mündungsquerschnitt des Behälters zum Einleiten des Füllprodukts verwendet werden. Mit anderen Worten, es tritt beim Befüllen nur ein in den Behälter hinein gerichteter Füllproduktstrom, jedoch kein entgegengesetzter Fluidstrom auf.
Der Unterdruck im Behälter, der vorzugsweise im Wesentlichen durch gasförmiges Kohlenstoffdioxid aufgebaut wird, kann aber auch über Atmosphärendruck liegen, beispielsweise bei einem Absolutdruck von 1,1 bis 2 bar. Der Überdruck liegt dann über dem jeweiligen Unterdruck und besonders bevorzugt um 1 bis 5 bar über dem jeweiligen Unterdruck, also beispielsweise bei einem Absolutdruck von 2,2 bis 7 bar. Beim schlagartigen Einfüllen den auf dem Überdruck liegenden Füllprodukts in den auf dem Unterdruck liegenden Behälter kommt es zu einem umfangreichen spontanen Binden des Kohlendioxids in dem Füllprodukt, so dass ein aus dem Behälter heraus gerichteter Gasstrom nicht auftritt, sondern das Gas im Füllprodukt absorbiert wird.
Vorzugsweise wird das Verfahren ferner so ausgeführt, dass der zu befüllende Behälter zur Evakuierung und Befüllung zumindest teilweise in eine Behandlungskammer eingebracht wird; das Füllorgan einen Mündungsabschnitt aufweist, der zum Evakuieren und Befüllen des Behälters mit diesem in der Behandlungskammer dichtend in Fluidkommunikation gebracht wird; die Behandlungskammer zur äußeren Umgebung hin abgedichtet wird und auf einen Überdruck P_high gebracht wird; und der Mündungsabschnitt nach Beendigung des Füllprozesses vom Behälter gelöst wird, wodurch auf das Füllprodukt im Behälter der Überdruck P_high der Behandlungskammer wirkt. Nach dem Lösen bzw. Entfernen des Mündungsabschnitts steht der Kopfraum des Behälters somit unter dem Überdruck der Behandlungskammer.
Auf diese Weise lässt sich ein Überschäumen nach dem Befüllen, insbesondere nach dem Entfernen des Füllorgans von der Behältermündung, unterbinden. Zudem wird einer etwaigen Entbindung des Kohlenstoffdioxids aus dem Behälter entgegengewirkt, wodurch der Kohlensäuregehalt im abgefüllten Behälter besonders präzise eingestellt und bis zum Verschließen beibehalten werden kann.
Vorzugsweise wird der Behälter nach dem Lösen des Mündungsabschnitts vom Behälter unter dem Überdruck P_high der Behandlungskammer mit einem Verschluss verschlossen, wodurch der zuvor eingestellte Kohlensäuregehalt im fertigen Produkt zuverlässig aufrechterhalten werden kann.
Vorzugsweise entspricht der Überdruck P_high der Behandlungskammer dem Sättigungsdruck des Kohlenstoffdioxids oder liegt darüber, wodurch einer etwaigen Entbindung des Kohlenstoffdioxids aus dem Behälter wirksam entgegengewirkt wird und der Kohlensäuregehalt im abgefüllten Behälter besonders präzise eingestellt und bis zum Verschließen beibehalten werden kann.
Der CO₂-Gehalt im abgefüllten Behälter kann zudem durch Kombination des beschriebenen Verfahrens mit einer oder mehreren weiteren Methoden sortenspezifisch und behälterweise eingestellt werden. So kann Kohlenstoffdioxid in die Füllproduktleitung eingeleitet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Füllprodukt vor dem Einleiten in den Behälter einen Kohlenstoffdioxidgehalt ungleich Null aufweisen. Einzelne Komponenten des Füllprodukts, wie etwa die Basisflüssigkeit und etwaige Dosagekomponente(n), können individuell karbonisiert sein. Somit kann nahezu jeder beliebige Kohlensäuregehalt behälterweise und sortenspezifisch eingestellt werden. So muss beispielsweise Wasser als mögliche Hauptkomponente lediglich einer Qualität (z.B. still oder in einem bestimmten Grad karbonisiert) als Basisflüssigkeit zur Verfügung gestellt werden. Hierbei ist eine Ausrichtung auf das Füllprodukt mit dem niedrigsten Kohlensäuregehalt nicht zwingend erforderlich. Zudem können auch stille Füllprodukte parallel zu karbonisierten Füllprodukten abgefüllt werden. Gemäß einer Ausführungsvariante kann Kohlenstoffdioxid direkt über die Behandlungskammer im Anschluss an das Befüllen eingebracht werden, indem die Atmosphäre der Behandlungskammer CO₂ umfasst.
Vorzugsweise ist der Unterdruck P_low des evakuierten Behälters variabel einstellbar, um so den Kohlenstoffdioxidgehalt besonders flexibel einstellen zu können. Auf diese Weise wird die Evakuierung des Behälters, somit das schlagartige Abfüllen, synergetisch mit dem individuellen Karbonisieren des Füllprodukts kombiniert.
Vorzugsweise wird der Überdruck, mit dem das Füllprodukt in den Behälter eingeleitet wird, an den Unterdruck P_low angepasst, besonders bevorzugt so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Überdruck und dem Unterdruck P_low im Wesentlichen konstant bleibt. Somit wirkt sich die Variation des Unterdrucks P_low nicht notwendigerweise auf die Abfüllgeschwindigkeit und somit die Dauer des Abfüllprozesses aus. Die Druckdifferenz kann so gewählt werden, dass das behälterweise, sortenspezifische Karbonisieren die Steuerung des Füllprozesses, insbesondere Taktrate, Zyklusdauer usw., unberührt lässt.
Vorzugsweise umfasst das Füllprodukt mehrere Komponenten, wobei in diesem Fall das Füllprodukt in die Füllproduktleitung des Füllorgans eingeleitet wird, indem eine Basisflüssigkeit und eine oder mehrere Dosagekomponenten in die Füllproduktleitung eingeleitet werden.
Somit können hochflexibel, nahezu beliebig viele Geschmacksrichtungen, individuell karbonisiert abgefüllt werden, ohne dass es dabei zu signifikanten Aromaverschleppungen oder dergleichen kommt. Denn durch die hohe Druckdifferenz im System während der Abfüllung wird die Ausspülung des Füllorgans optimiert, wodurch etwaige Produkt- oder Aromaverschleppungen in Folgebehälter unterbunden oder zumindest minimiert werden. Da zudem während der Befüllung kein Rückgas aus dem Behälter abzuleiten ist, kann auch über diesen Weg kein Aroma in das System, insbesondere Produktkessel, gelangen. Eine Änderung der Basisflüssigkeit, etwa eine Anpassung der Wasserqualität, kann bei einem Sortenwechsel entfallen, wodurch etwaige Ausschubmengen minimiert werden können. So muss beispielsweise Wasser lediglich einer Qualität (z.B. still) als Basisflüssigkeit zur Verfügung gestellt werden. In Bezug auf die Einmischung muss sich während der Dosierphase kein Behälter am Füllorgan befinden, da die Dosierung bzw. Einmischung nicht beim Abfüllen sondern in der Füllproduktleitung erfolgt. Die Zeit zum Einmischen kann synergetisch für den Behältertransport verwendet werden. Damit ist das hierin dargestellte Konzept sowohl für Lineartaktmaschinen mit einer oder mehreren Füllstellen als auch Rundläufermaschinen anwendbar. Im Fall von Rundläufermaschinen können die Behälter das Karussell schon nach einem geringen Drehwinkel wieder verlassen.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner auf: Einleiten der Basisflüssigkeit aus einem Basisreservoir in die Füllproduktleitung; Einleiten einer Dosagekomponente aus einem Dosagezweig in die Füllproduktleitung, während ein Durchflussmesser die in der Füllproduktleitung rückwärtsverdrängte Fluidmenge bestimmt; und Entleeren der Füllproduktleitung in den Behälter, wodurch das Füllprodukt in den evakuierten Behälter eingeleitet wird.
Mit der so implementierten „Rückstrommessung“, d.h. der Bestimmung des von der eingeleiteten Dosagekomponente rückwärts verdrängten Volumens der Basisflüssigkeit, ist das Mischungsverhältnis auf maschinenbaulich einfache, kompakte und zuverlässige Weise bestimmbar. Insbesondere ist lediglich ein einziger Durchflussmesser (pro Linie) erforderlich, um sowohl die Basisflüssigkeit als auch die Dosagekomponente(n) einzumessen und damit deren Verhältnis zu bestimmen. Während der Dosierphase muss sich kein Behälter am Füllorgan befinden, da die Dosierung bzw. Einmischung nicht beim Abfüllen sondern in der Füllproduktleitung vorgenommen wird. Die Zeit zum Dosieren kann synergetisch für den Behältertransport verwendet werden. Der Durchflussmesser wird zudem stets nur von der Basisflüssigkeit, d.h. in den meisten Fällen Wasser, durchflossen. Damit ändern sich die Medieneigenschaften nicht, und das Leitungssystem wird in diesen Bereichen nicht durch unterschiedliche Fluide verschmutzt.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem karbonisierten Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, gelöst. Die Vorrichtung weist ein Füllorgan auf, das eine Gasleitung, um den zu befüllenden Behälter auf einen spezifischen Unterdruck P_low zu evakuieren, und eine Füllproduktleitung, um ein Füllprodukt aus einem Basisreservoir unter einem Überdruck in den evakuierten Behälter einzuleiten, auf, wobei das Füllorgan eingerichtet ist, um den Behälter vor dem Evakuieren mit Kohlenstoffdioxid zu spülen, so dass sich nach dem Evakuieren eine definierte Menge an Kohlenstoffdioxid im Behälter befindet.
Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, gelten analog für die Vorrichtung.
So weist das Füllorgan vorzugsweise zumindest eine Dosagezuleitung, vorzugsweise mit Dosageventil, auf, die eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente aus einem Dosagereservoir in die Füllproduktleitung einzuleiten.
Der Abschnitt der Füllproduktleitung, in den die Dosagekomponente(n) eingeleitet wird, ist hierin auch als „Dosierraum“ bezeichnet. Das eine oder die mehreren Dosageventile sind bevorzugte Ausprägungen von Dosagezuleitungen. In anderen Worten: In bestimmten Ausführungsformen, in denen die Einleitung und etwaige Abmessung der Dosagekomponente(n) in den Dosierraum durch bezüglich des Füllorgans externe Mittel realisiert wird, kann gegebenenfalls auf die Dosageventile verzichtet werden. Zudem sei darauf hingewiesen, dass keine wesentliche oder gar vollständige Durchmischung der Komponenten im Dosierraum stattfinden muss. Eine tatsächliche Durchmischung kann auch während des Abfüllens oder später im Behälter stattfinden. Vielmehr dient der Dosierraum in erster Linie zum Eindosieren einer oder mehrerer Dosagekomponenten in die Hauptkomponente.
Vorzugsweise ist aus den oben dargelegten Gründen eine Behandlungskammer vorgesehen, in die der zu befüllende Behälter zur Evakuierung und Befüllung zumindest teilweise einbringbar ist, die zur äußeren Umgebung hin abdichtbar ist und über eine Gasversorgung verfügt, die eingerichtet ist, um einen Überdruck P_high in der Behandlungskammer zu erzeugen, der vorzugsweise dem Sättigungsdruck des Kohlenstoffdioxids des fertig ausgemischten Getränks entspricht oder darüber liegt.
Vorzugsweise weist aus den oben dargelegten Gründen das Füllorgan einen Mündungsabschnitt auf und ist in diesem Fall so eingerichtet, dass der Mündungsabschnitt zum Spülen, Evakuieren und Befüllen des Behälters in der Behandlungskammer mit diesem dichtend in Fluidkommunikation bringbar ist, wobei das Füllorgan dazu zumindest teilweise verfahrbar ist.
Vorzugsweise ist aus den oben dargelegten Gründen ein Verschließorgan vorgesehen, das eingerichtet ist, um einen Verschluss aufzunehmen und den Behälter in der Behandlungskammer nach dem Befüllen mit dem Verschluss zu verschließen.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung Mittel zum Einbringen von Kohlenstoffdioxid in die Füllproduktleitung auf. Alternativ oder zusätzlich kann das Füllprodukt vor dem Einleiten in den Behälter einen Kohlenstoffdioxidgehalt ungleich Null aufweisen.
Vorzugsweise ist das Füllorgan aus den oben dargelegten Gründen eingerichtet, um den Behälter auf einen variablen Unterdruck P_low zu evakuieren, um so den Kohlenstoffdioxidgehalt im abgefüllten Füllprodukt einzustellen.
Vorzugsweise ist das Füllorgan aus den oben dargelegten Gründen eingerichtet, um den Überdruck, mit dem das Füllprodukt in den Behälter eingeleitet wird, an den Unterdruck P_low anzupassen, besonders bevorzugt so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Überdruck und dem Unterdruck P_low im Wesentlichen konstant bleibt.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung zum Befüllen des Behälters mit einem karbonisierten, mehrkomponentigen Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist, eingerichtet und weist in diesem Fall besonders bevorzugt ferner auf: ein Basisreservoir, das eingerichtet ist, um die Basisflüssigkeit bereitzustellen; eine Basislinie mit einer Basisleitung, die das Basisreservoir mit der Füllproduktleitung des Füllorgans in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser, der an der Basisleitung zwischen dem Basisreservoir und dem Füllorgan angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Basisleitung den Durchflussmesser passierende Fluidmenge zu bestimmen; und zumindest einen Dosagezweig, der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente über die Dosagezuleitung in die Füllproduktleitung einzuleiten.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Querschnittsansicht von der Seite betrachtet, die einen Ausschnitt einer Füllvorrichtung zeigt;
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt; und
3 ein Diagramm, das den Ablauf eines beispielhaften Verfahrens zum Befüllen eines Behälters mit einem karbonisierten Füllprodukt veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
Die 1 zeigt einen Ausschnitt einer Füllvorrichtung 1 zum Befüllen eines Behälters (in der 1 nicht gezeigt) mit einem karbonisierten Füllprodukt und Verschließen des Behälters mit einem Verschluss 2 in einer Getränkeabfüllanlage.
Die Füllvorrichtung 1 weist ein Füllorgan 20 auf, das in dem in der 1 gezeigten Prozessstadium in eine Behandlungskammer 10 ragt. Das Füllorgan 20 weist aufgenommen in einem Füllorgangehäuse 21 auf: eine Füllproduktleitung 22; ein Füllventil 23, das am unteren, d.h. stromabwärts gelegenen Ende der Füllproduktleitung 22 angeordnet ist; eine Gasleitung 24; und ein Gasventil 25, das am unteren Ende der Gasleitung 24 angeordnet ist.
Über die Gasleitung 24 und das Gasventil 25 kann der Behälter mit einem Gas, etwa Inertgas, Stickstoff und/oder Kohlenstoffdioxid, gespült und/oder vorgespannt werden. Ferner kann der Behälterinnenraum darüber auf einen gewünschten Druck eingestellt, etwa evakuiert, werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Gasleitung 24 eine Mehrkanalkonstruktion sein kann, beispielsweise durch einen Rohr-in-Rohr-Aufbau mehrere Gasleitungen umfassen kann, um die Zufuhr von einem oder mehreren Gasen in den Behälter und/oder die Ableitung von Gas aus dem Behälter physisch zu trennen, sofern erforderlich.
Das Gasventil 25 umfasst beispielsweise einen Gasventilkegel und einen Gasventilsitz, die eingerichtet sind, um den Gasdurchfluss zu regeln. Zu diesem Zweck ist der Gasventilkegel über einen nicht dargestellten Aktuator schaltbar.
Die Füllproduktleitung 22 ist vorzugsweise als Ringleitung ausgeführt, die sich im Wesentlichen konzentrisch zur Gasleitung 24 erstreckt. Das Füllventil 23 umfasst beispielsweise einen Füllventilkegel und einen Füllventilsitz, die eingerichtet sind, um den Durchfluss des Füllprodukts zu regeln. Das Füllventil 23 ist eingerichtet, um ein vollständiges Absperren des Füllproduktstroms zu ermöglichen. Im einfachsten Fall weist das Füllventil 23 zwei Stellungen auf, eine geöffnete und eine vollständig geschlossene. Zu diesem Zweck ist das Füllventil 23 über einen nicht dargestellten Aktuator schaltbar.
Die Betätigung des Gasventils 25 und des Füllventils 23 finden über nicht näher dargelegte Aktuatoren statt. Es sei darauf hingewiesen, dass das Gasventil 25 und Füllventil 23 miteinander in Wirkverbindung stehen können, so dass beispielsweise ein Aktuator zur gemeinsamen Nutzung eingerichtet sein kann, um den Aufbau des Füllorgans 20 zu vereinfachen und die Zuverlässigkeit zu erhöhen.
Das Füllorgan 20 weist am Austrittsende der Medien einen Mündungsabschnitt 26 auf, der so eingerichtet ist, dass die Behältermündung dichtend gegen den Mündungsabschnitt 26 gebracht werden kann. Zu diesem Zweck weist der Mündungsabschnitt 26 vorzugsweise eine Zentrierglocke mit einem geeignet geformten Anpressgummi auf. Das Füllorgan 20 mit dem Mündungsabschnitt 26 ist für eine sogenannte Wandfüllung eingerichtet, bei der das Füllprodukt nach Austritt aus dem Mündungsabschnitt 26 an der Behälterwand abwärts strömt. Vorzugsweise sind die Füllproduktleitung 22 und der Mündungsabschnitt 26 so beschaffen oder weisen entsprechende Mittel auf, dass das Füllprodukt beim Abfüllen in Drall versetzt wird, wodurch das Füllprodukt zentrifugalkraftbedingt nach außen getrieben wird und nach Austritt aus dem Mündungsabschnitt 26 in einer Spiralbewegung abwärts strömt.
Optional weist das Füllorgan 20 ein oder mehrere, vorzugsweise zumindest zwei, Dosageventile 27, 28 auf, die in einen Dosierraum 22a münden, wodurch ein rascher Sortenwechsel, im Wesentlichen ohne Umstellzeit realisierbar ist.
Die Dosageventile 27, 28 sind bevorzugte Ausprägungen bzw. Ausführungen von Dosagezuleitungen. In anderen Worten: In bestimmten Ausführungsformen, in denen die Einleitung und etwaige Abmessung der Dosagekomponente(n) in den Dosierraum 22a durch bezüglich des Füllorgans 20 externe Mittel realisiert wird, kann gegebenenfalls auf die Dosageventile 27, 28 verzichtet werden, so dass beispielsweise lediglich entsprechende Dosageleitungen oder -kanäle in den Dosierraum 22a münden.
Der Dosierraum 22a kann ein Abschnitt oder geeignet ausgeformter Teil der Füllproduktleitung 22 sein. Über die Dosageventile 27, 28, an welche entsprechende Dosageleitungen angebunden sind, können einer über die Füllproduktleitung 22 in den Dosierraum 22a eingeleiteten Hauptkomponente, beispielsweise Wasser oder Bier, eine oder mehrere Dosagekomponenten, beispielsweise Sirup, Pulpe, Aromen usw., hinzudosiert werden. Wie die Abmessung bei der Eindosierung der Dosagekomponenten stattfinden kann, wird weiter unten in Bezug auf die 2 erläutert.
Das Füllorgan 20 ist zumindest teilweise verfahrbar eingerichtet, so dass der in der 1 gezeigte armartige Abschnitt des Füllorgans 20 in die Behandlungskammer 10 eingefahren und entweder darin zurückgezogen oder teilweise oder sogar vollständig daraus entfernt werden kann. Dadurch ist es möglich, die Behältermündung für den Abfüllvorgang an den Mündungsabschnitt 26 des Füllorgans 20 anzupressen und anschließend nach Beendigung des Abfüllprozesses das Füllorgan 20 soweit zurückzuziehen, dass der Behälter in der Behandlungskammer 10 verschließbar ist.
Um die Verfahrbarkeit des Füllorgans 20 zu gewährleisten, ohne dass die Atmosphäre der Behandlungskammer 10 unkontrollierten äußeren Einflüssen ausgesetzt ist, sind entsprechend Mittel zur Abdichtung vorgesehen, die in der 1 nicht dargestellt sind. Beispielsweise kann der Behandlungskammerdruck nach Beendigung des Abfüllvorgangs größer sein als der Druck der äußeren Umgebung, der hierbei nicht der Atmosphärendruck sein muss, wodurch ein Eindringen von Verunreinigungen in die Behandlungskammer 10 nahezu ausgeschlossen werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann sich die Behandlungskammer 10 in einem Reinraum befinden oder einen solchen ausbilden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Füllvorrichtung 1 ferner ein Verschließorgan 30 zum Verschließen des Behälters auf. Das Verschließorgan 30 weist einen Verschließerkopf 31 auf, der in die Behandlungskammer 10 ragt und im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen vertikal verfahrbar ist. Wie das Füllorgan 20 ist das Verschließorgan 30 zur Wandung der Behandlungskammer 10 hin abgedichtet, um eine Kontamination bzw. unkontrollierte Beeinträchtigung der Atmosphäre im Innern der Behandlungskammer 10 durch äußere Einflüsse zu vermeiden.
Das Verschließorgan 30 ist dazu ausgebildet und eingerichtet, um am Verschließerkopf 31 einen Verschluss 2 aufzunehmen und zu halten. Zu diesem Zweck kann der Verschließerkopf 31 einen Magneten aufweisen, wodurch auf baulich einfache Weise ein Verschluss 2, insbesondere wenn dieser ein metallischer Kronkorken ist, zentriert aufgenommen und zum Verschließen des Behälters auf die Behältermündung abgesetzt werden kann. Alternativ kann der Verschluss 2 durch geeignete Greif- oder Klemmmittel erfasst, gehalten und auf die Behältermündung aufgebracht werden, so dass das hierin dargelegte Konzept auch für Kunststoffverschlüsse, Drehverschlüsse usw. anwendbar ist.
Der Verschließerkopf 31 ist in der Auf-/Abrichtung verfahrbar eingerichtet, wobei dieser im Wesentlichen koaxial zur Behältermündung angeordnet ist, um den Verschluss 2 zuverlässig auf den Behälter applizieren zu können.
Die Übergabe eines Verschlusses 2 an den Verschließerkopf 31 kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Beispielsweise kann pro Füll-/Verschließzyklus in einem ersten Schritt ein Verschluss 2 beispielsweise von einem Sortierwerk und einer Zuführrinne in die Behandlungskammer 10 eingebracht werden. Zu diesem Zweck kann die Behandlungskammer 10 Teil des Verschließorgans 30 sein und eine Relativbewegung zur Verschlusszuführung, etwa der Zuführrinne oder einem Übergabearm, ausführen, wobei der Verschließerkopf 31 einen Verschluss 2 von der Verschlusszuführung pickt und hält.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Verschließen des Behälters auch an anderer Stelle erfolgen kann. Insbesondere im Fall kohlenstoffdioxidhaltiger Füllprodukte findet das Verschließen jedoch vorzugsweise unmittelbar nach dem Befüllen und in der Behandlungskammer 10 unter Überdruck statt, wie nachstehend erläutert.
Zum Befüllen des Behälters wird dieser relativ zur Behandlungskammer 10 angehoben, die Behältermündung wird in die Behandlungskammer 10 eingebracht und gegenüber der Behandlungskammer 10 abgedichtet. Die Behältermündung wird dichtend gegen den Mündungsabschnitt 26 des in Füllposition ausgefahrenen Füllorgans 20 angedrückt. Der Mündungsabschnitt 26 des Füllorgans 20 markiert damit die Endposition des Behälterhubs. Der Verschließerkopf 31 nimmt den Verschluss 2 auf und fährt in die Behandlungskammer 10 ein. Die Abdichtung der Behandlungskammer 10 gegenüber der Umgebung und gegenüber dem Behälter beziehungsweise dessen Mündungsbereich kann durch Aufblasen einer oder mehrerer Dichtungen erfolgen. Die Behandlungskammer 10 selbst führt vorzugsweise keine Hubbewegung aus.
Während des Füllvorgangs findet vorzugsweise eine Gaszufuhr in die Behandlungskammer 10 statt. Durch eine solche Parallelausführung lässt sich der Gesamtprozess optimieren. Während des Füllprozesses ist die Behandlungskammer 10 zu allen Seiten hin abgedichtet, wodurch ein geeigneter Innendruck in der Behandlungskammer 10 aufgebaut werden kann. Dieser entspricht bei kohlenstoffdioxidhaltigen Füllprodukten vorzugsweise dem Fülldruck oder Sättigungsdruck des Kohlenstoffdioxids, wodurch ein Auf- oder Überschäumen des Füllprodukts nach Beendigung des Füllprozesses wirksam unterbunden wird.
Die Gasversorgung für die Behandlungskammer 10 kann mittels eines in der 1 nicht dargestellten Ventils in der Wandung der Behandlungskammer 10 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Gasversorgung zumindest teilweise im Füllorgan 20 integriert sein. So weist zu diesem Zweck das Füllorgan 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Behandlungskammergasleitung 29 auf. Die Behandlungskammergasleitung 29, insbesondere deren Auslass in die Behandlungskammer 10, kann so eingerichtet sein, dass der austretende Gasstrahl auf die Unterseite des Verschlusses 2 trifft, wenn sich das Füllorgan 20 in der Füllposition befindet. Auf diese Weise findet gleichzeitig eine Reinigung des Verschlusses 2 während des Füllvorgangs statt. Als Gas wird vorzugsweise Kohlenstoffdioxid verwendet, jedoch ist auch ein anderes Medium, wie zum Beispiel Sterilluft, anwendbar.
Ist nun der Behälter gefüllt und der Innenraum der Behandlungskammer 10 auf den gewünschten Druck gebracht, wird das Füllorgan 20 zurückgezogen, und der Verschließerkopf 31 setzt seine Abwärtsbewegung fort, bis beim Erreichen der Behältermündung diese verschlossen wird.
Ein bevorzugter Prozess zum schlagartigen Befüllen und Verschließen des Behälters mit einem Füllprodukt kann wie folgt durchgeführt werden:

a) Evakuieren des Behälters auf einen Unterdruck P_low;
b) Einfüllen des Füllprodukts in den Behälter, vorzugsweise unter einem Überdruck;
c) Erzeugen eines Überdrucks P_high in der Behandlungskammer 10 sowie gegebenenfalls im Kopfraum des Behälters, um beim Lösen des Füllorgans 20 von der Behältermündung ein auf- und überschäumen des Füllprodukts zu vermeiden;
d) Aufbringen des Verschlusses 2 auf die Behältermündung und Verschließen des Behälters, ohne vorherige Entlastung auf Umgebungsdruck;
f) Entlüften der Behandlungskammer 10 und Ausbringen des Behälters zur weiteren Verarbeitung (bspw. Etikettierung, Verpackung usw.).

Die Bezeichnungen „Unterdruck“ und „Überdruck“ sind zunächst relativ zueinander zu verstehen. Allerdings liegt der Unterdruck P_low nach der Evakuierung im Schritt a) vorzugsweise unterhalb des Atmosphärendrucks (=Normaldruck). Der im Schritt c) erzeugte Überdruck P_high kann dem Atmosphärendruck entsprechen, liegt jedoch vorzugsweise darüber.
Mit anderen Worten kann es sich bei einem Unterdruck auch um einen Druck handeln, der über dem Atmosphärendruck liegt. Ein Evakuieren des Behälters auf diesen Druck kann daher auch einer Erhöhung des Drucks gegenüber der Umgebung entsprechen, wobei dann bevorzugt in dem Behälter eine solche Atmosphäre vorgesehen wird, die dann einer definierten Menge an Kohlenstoffdioxid entspricht. Bevorzugt ist das den Unterdruck im Behälter bereitstellende Gas hauptsächlich Kohlenstoffdioxid.
So wird der Behälter vor dem Einleiten des Füllprodukts vorzugsweise auf einen Unterdruck P_low mit einem Absolutdruck von 0,5 bis 0,05 bar, bevorzugt 0,3 bis 0,1 bar, besonders bevorzugt von etwa 0,1 bar evakuiert. Vorzugsweise liegt der Überdruck P_high oberhalb des Atmosphärendrucks, etwa bei einem Absolutdruck von 1,1 bar bis 6 bar. Auf diese Weise ist der Behälter so evakuiert, dass bei der Befüllung mit dem Füllprodukt im Wesentlichen kein Gas durch das Füllprodukt verdrängt wird und entsprechend auch kein Gas aus dem Innenraum des Behälters ausströmen muss. Vielmehr kann der gesamte Mündungsquerschnitt des Behälters zum Einleiten des Füllprodukts verwendet werden. Mit anderen Worten, es tritt beim Befüllen nur ein in den Behälter hinein gerichteter Füllproduktstrom, jedoch kein entgegengesetzter Fluidstrom, auf.
Der Unterdruck im Behälter, der vorzugsweise im Wesentlichen durch gasförmiges Kohlenstoffdioxid aufgebaut wird, kann aber auch über Atmosphärendruck liegen, beispielsweise bei einem Absolutdruck von 1,1 bis 2 bar. Der Überdruck liegt dann über dem jeweiligen Unterdruck und besonders bevorzugt um 1 bis 5 bar über dem jeweiligen Unterdruck, also beispielsweise bei einem Absolutdruck von 2,2 bis 7 bar. Beim schlagartigen Einfüllen den auf dem Überdruck liegenden Füllprodukts in den auf dem Unterdruck liegenden Behälter kommt es zu einem umfangreichen spontanen Binden des Kohlendioxids in dem Füllprodukt, so dass ein aus dem Behälter heraus gerichteter Gasstrom nicht auftritt, sondern das Gas im Füllprodukt absorbiert wird.
Die 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Befüllen eines Behälters 200 mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt.
Die Vorrichtung 100 weist ein Basisreservoir 110 für eine Basisflüssigkeit, die auch als Hauptprodukt angesehen werden kann, sowie eine Füllvorrichtung 1 mit Füllorgan 20 gemäß der vorstehenden Beschreibung auf. Die Füllvorrichtung 1 ist in der 2 der Übersichtlichkeit halber nur schematisch, insbesondere ohne Behandlungskammer 10 und ohne Verschließorgan 30 gezeigt.
Die Basisflüssigkeit und etwaige Dosagekomponenten, die über ein nachstehend beschriebenes Fluidsystem hinzugemischt werden können, werden über das Füllorgan 20 in den Behälter 200 eingeleitet. Die Basisflüssigkeit ist beispielsweise Wasser oder Bier. Die Dosagekomponenten können beispielsweise Sirup, Fruchtfleisch enthaltende Flüssigkeiten, Pulpe, Aromen usw. umfassen.
Die Vorrichtung 100 weist eine Basislinie 120 auf, die für das Einleiten der Basisflüssigkeit in das Füllorgan 20 eingerichtet ist, und in die Dosagekomponenten eingeleitet werden können. Es können weitere, hierin nicht dargelegte Linien, auch als „Nebenlinien“ bezeichnet, vorgesehen sein, um unterschiedliche Mengen und/oder weitere Dosagekomponenten einzumischen.
Die Basislinie 120 weist zu diesem Zweck eine Basisleitung 121 auf, die sich vom Basisreservoir 110 zum Füllorgan 20 erstreckt. Die Basisleitung 121 ist mit einem Durchflussmesser 122 ausgestattet. Der Durchflussmesser 122 ist vorzugsweise eine berührungslose, etwa eine induktive, Messeinrichtung zur Bestimmung des den Durchflussmesser 122 passierenden Flüssigkeitsstroms, Volumenstroms, der transportierten Masse oder dergleichen.
Der Abschnitt der Basisleitung 121, der sich zwischen dem Durchflussmesser 122 und dem Füllventil 23 befindet, sei als Dosierraum 22a bezeichnet oder enthält einen solchen. Der Dosierraum 22a ist zur Abmessung der einzuleitenden Dosagekomponenten durch Rückwärtsverdrängung, wie nachstehend beschrieben, eingerichtet.
In den Dosierraum 22a münden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Dosagezweige 124, 125 ein. Die beiden Dosagezweige 124, 125 weisen jeweils ein Dosagereservoir 124a, 125a, eine damit in Fluidverbindung stehende Dosageleitung 124b, 125b sowie ein Dosageventil 27, 28 auf, das die zugehörige Dosageleitung 124b, 125b mit dem Dosierraum 22a schaltbar in Fluidverbindung bringt.
Mit der Auswahl der Nennweiten des Dosierraums 22a, des Durchflussmessers 122 und/oder der Dosagezweige 124, 125 wird ein Dosierbereich für die Basislinie 120 festgelegt.
Nachfolgend wird der Dosage- und Abfüllprozess anhand der Vorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 beschrieben:

Die Basislinie 120 wird zu Beginn jedes Füllzyklus mit der Basisflüssigkeit gespült, wodurch der zugehörige Dosierraum 22a bei geschlossenem Füllorgan 20 mit der Basisflüssigkeit gefüllt wird. Beim Füllen des Dosierraums kann der zugehörige Durchflussmesser 122 den Durchfluss an Basisflüssigkeit in der Vorwärtsrichtung, d.h. der Füllrichtung, messen. Auf diese Weise lässt sich das gewünschte Gesamtfüllvolumen des Dosierraums 22a ermitteln und einstellen. Dieser Schritt ist nicht notwendigerweise bei jedem Füllzyklus durchzuführen, sondern eine Bestimmung des Gesamtfüllvolumens kann etwa nur bei Betriebsstart durchgeführt werden oder in Ausführungsvarianten, bei denen das Gesamtfüllvolumen bekannt ist, sogar entfallen.

Anschließend werden in den Dosierraum 22a die Dosagekomponenten eingeleitet, indem die entsprechenden Dosageventile 27, 28 geöffnet werden. Die Dosagekomponenten können gleichzeitig oder nacheinander eingeleitet werden. Das Einleiten der Dosagekomponenten führt dazu, dass ein Teil der Basisflüssigkeit rückwärts aus dem Dosierraum 22a heraus verdrängt wird. Hierbei wird der rückwärtsgerichtete Durchfluss vom Durchflussmesser 122 detektiert. Die Dosageventile 27, 28, die als reine Absperrventile oder auch als regelbare Absperrventile ausgeführt sein können, bleiben solange geöffnet, bis das gewünschte Volumen der Dosagekomponente(n) in den Dosierraum 22a eingefüllt ist. Zu diesem Zweck sind der Durchflussmesser 122 sowie die Ventile der Vorrichtung 100 mit einer Steuereinrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) kommunizierend verbunden, die auf der Grundlage der Detektionsergebnisse des Durchflussmessers 122 den Zeitpunkt des Öffnens/Schließens oder allgemein das Schaltverhalten der beteiligten Komponenten bestimmt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Menge jeder einzelnen Dosagekomponente mit nur einem Durchflussmesser 122 genau bestimmt werden kann, indem unterschiedliche Dosagekomponenten einer Linie nacheinander eingeleitet werden.
In der anschließenden Abfüllphase, vorstehend in Bezug auf die 1 dargelegt, wird der Dosierraum 22a in den Behälter 200 entleert, wodurch die Linie vollständig gespült wird.
Die Reservoire 110, 124a, 125a für die Basisflüssigkeit und die Dosagekomponenten können jeweils separat oder gemeinsam mit einem Gasdruck im Kopfraum beaufschlagt werden, um die notwendige Druckdifferenz für die Förderung der entsprechenden Fluide sicherzustellen. Alternativ oder zusätzlich können die statischen Höhen der Reservoire 110, 124a, 125a so gewählt werden, dass die Druckdifferenzen ein Einleiten der Dosagekomponenten in die Basisflüssigkeit ermöglichen.
Durch die so vorgenommene Einleitung und Abmessung der Dosagekomponente(n) durch Rückwärtsverdrängung lässt sich eine genaue Dosierung erzielen. Durch das schlagartige Abfüllen aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem unter Unterdruck stehenden Behälter 200 und dem unter Überdruck stehenden Füllprodukt wird nicht nur der Füllvorgang beschleunigt, sondern es kann somit eine optimale Ausspülung des Füllorgans 20 erzielt werden, wodurch eine Verschleppung von Aromen oder Füllproduktresten wirksam unterbunden wird.
Die hierin dargelegte Technologie zum behälter- und sortenweisen, schnellen und zuverlässigen Befüllen von Behältern 200 erlaubt es, das Füllprodukt individuell mit Kohlensäure zu versetzen. Der Kohlensäuregehalt kann auf verschiedene Art und Weise und insbesondere durch Kombination verschiedener Methoden eingestellt werden:

Die Evakuierung des Behälters 200 vor dem Befüllen kann synergetisch zur Einstellung des Kohlensäuregehalts im fertigen Produkt genutzt werden. Dazu wird der gewünschte Kohlensäuregehalt durch den Gehalt an CO₂ im Behälter 200 vor dem Abfüllen festgelegt. Dies ist möglich, da der Behälter 200 vor dem Befüllen auf den Unterdruck P_low gebracht wird. Wird der Behälter 200 vor der Evakuierung mit CO₂ gespült, kann durch Einstellen von P_low der Kohlensäuregehalt individuell, insbesondere sortenspezifisch und behälterweise, eingestellt werden.

Damit sich eine Variation des Unterdrucks P_low nicht auf die Dauer des Abfüllprozesses auswirkt, kann der Überdruck, mit dem das Füllprodukt in den Behälter 200 eingeleitet wird, entsprechend angepasst werden. Vorzugsweise wird der Überdruck so gewählt, dass die Druckdifferenz zwischen diesem und P_low für unterschiedliche, den CO₂-Gehalt bestimmende P_low, in etwa konstant bleibt.
Der Kohlensäuregehalt kann ferner durch direktes Einleiten von CO₂ in den Dosierraum 22a und/oder in den Behälter 200 während des Befüllens oder am Ende des Füllvorgangs in den Kopfraum des Behälters 200 eingestellt werden. Zu diesem Zweck können die Gasleitung 24 und das Gasventil 25, ein Dosageventil 27, 28 oder eine andere Einrichtung des Füllorgans 20 eingerichtet sein, um das CO₂ aus einer CO₂-Quelle in das Füllprodukt einzuleiten. Alternativ oder zusätzlich können die Basisflüssigkeit und/oder eine oder mehrere der optionalen Dosagekomponenten mit CO₂ versetzt werden, so dass die sortenspezifische Vermischung der Komponenten ebenso zu einem sortenspezifischen CO₂-Gehalt im fertigen Füllprodukt führt.
Wird der Innendruck der Behandlungskammer 10 durch Kohlenstoffdioxid oder ein kohlenstoffdioxidhaltiges Gas erzeugt, kann auch auf diese Weise nach dem Befüllen das Füllprodukt im Behälter 200 mit Kohlenstoffdioxid versetzt werden. Durch die Wahl des Überdrucks in der Behandlungskammer 10 lässt sich somit der CO₂-Gehalt im Füllprodukt behälter- und sortenweise einstellen.
Mit Bezug auf die 3 kann ein bevorzugter Prozess zum schlagartigen Befüllen und Einstellen des Kohlensäuregehalts im Behälter 200 durchgeführt werden, indem in einem ersten Schritt S1 die Behältermündung dichtend mit dem Mündungsabschnitt 26 des Füllorgans 22 in Kontakt gebracht wird. Anschließend wird der Behälter 200 in einem Schritt S2 mit CO₂ gespült und danach in einem Schritt S3 auf einen spezifischen Unterdruck P_low evakuiert, wodurch sich im Behälter 200 eine definierte Menge an CO₂ befindet. In einem Schritt S4, der zuvor, anschließend oder auch parallel zum Schritt S1 und/oder S2 ausgeführt werden kann, wird das Füllprodukt der Basislinie 120 in den Dosierraum 22a eingeleitet, und optional findet im Schritt S5 eine Zudosierung von Dosagekomponenten in den Dosierraum 22a statt. Ebenso zuvor, anschließend oder im Wesentlichen parallel zu einem oder mehreren der Schritte S2 bis S5 wird in einem Schritt S6 ein Überdruck P_high in der Behandlungskammer 10 erzeugt. In einem Schritt S7 wird das Füllprodukt in den Behälter 200, vorzugsweise unter einem Überdruck, eingeleitet. Dies erfolgt nach der Evakuierung des Behälters, kann jedoch gleichzeitig zum Druckaufbau in der Behandlungskammer durchgeführt werden. Das Füllprodukt bindet das im Behälter 200 befindliche CO₂, und da ein Überdruck P_high in der Behandlungskammer 10 erzeugt wurde, kann in einem Schritt S8 beim Lösen des Füllorgans 20 von der Behältermündung einer Entbindung des Kohlenstoffdioxids entgegengewirkt werden, wodurch das Füllprodukt mit einem definierten Kohlensäuregehalt versetzt ist, der behälterweise und/oder sortenspezifisch einstellbar ist. Anschließend wird in einem Schritt S9 der Verschluss 2 auf die Behältermündung aufgebracht, ohne vorherige Entlastung auf Umgebungsdruck.
Der CO₂-Gehalt im abgefüllten Behälter 200 kann zudem durch Kombination dieses Verfahrens mit einer oder mehreren der oben beschriebenen Methoden noch flexibler eingestellt werden.
Somit kann nahezu jeder beliebige Kohlensäuregehalt individuell, insbesondere sortenspezifisch und/oder behälterweise, eingestellt werden. Es sind gleichzeitig verschiedene Füllprodukte mit verschiedenen Kohlensäuregehalten abfüllbar. Es können hochflexibel nahezu beliebig viele Geschmacksrichtungen behälterindividuell abgefüllt werden, ohne dass es zu signifikanten Aromaverschleppungen oder dergleichen kommt. Eine Änderung der Basisflüssigkeit, etwa eine Anpassung der Wasserqualität, kann bei einem Sortenwechsel entfallen, wodurch etwaige Ausschubmengen minimiert werden können. So muss beispielsweise Wasser lediglich einer Qualität (z.B. still oder karbonisiert) als Basisflüssigkeit zur Verfügung gestellt werden. Hierbei ist eine Ausrichtung auf das Füllprodukt mit dem niedrigsten Kohlensäuregehalt nicht zwingend erforderlich. Zudem können auch stille Füllprodukte parallel zu karbonisierten Füllprodukten abgefüllt werden. Durch die hohe Druckdifferenz im System während der Abfüllung wird die Ausspülung des Füllorgans 20 optimiert, wodurch etwaige Produkt- oder Aromaverschleppungen in Folgebehälter unterbunden oder zumindest minimiert werden. Da zudem während der Befüllung kein Rückgas aus dem Behälter 200 abzuleiten ist, kann auch über diesen Weg kein Aroma in das System, insbesondere Produktkessel, gelangen.
In Bezug auf die Dosierung, sofern angewendet, muss während der Dosierphase kein Behälter 200 am Füllorgan 20 anliegen, da die Dosierung bzw. Einmischung nicht beim Abfüllen sondern im Dosierraum 22a vorgenommen wird. Die Zeit zum Dosieren kann synergetisch für den Behältertransport verwendet werden. Damit ist das hierin dargestellte Konzept sowohl für Lineartaktmaschinen mit einer oder mehreren Füllstellen als auch Rundläufermaschinen anwendbar. Im Fall von Rundläufermaschinen können die Behälter 200 das Karussell schon nach einem geringen Drehwinkel wieder verlassen.
Der Durchflussmesser 122 wird stets nur von der Basisflüssigkeit, d.h. in den meisten Fällen von Wasser, durchflossen. Damit ändern sich die Medieneigenschaften nicht und das Leitungssystem wird in diesen Bereichen nicht durch unterschiedliche Fluide verschmutzt.
Der maschinenbauliche Aufwand zur Realisierung der Vorrichtung 100 ist vertretbar, da das Leitungssystem durch Rohre oder Schlauchleitungen mit wenigen Ventilen und nur einem einzigen Durchflussmesser (pro Linie) realisierbar ist. Es müssen keine komplizierten Geometrien eingebaut werden, wodurch die Vorrichtung 100 einfach zu reinigen und zu warten ist. Das Verstopfungsrisiko ist gering. Die Vorrichtung 100 ist zudem zum Dosieren hochviskoser Fluide geeignet.
Soweit anwendbar können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Füllvorrichtung
2: Verschluss
10: Behandlungskammer
20: Füllorgan
21: Füllorgangehäuse
22: Füllproduktleitung
22a: Dosierraum
23: Füllventil
24: Gasleitung
25: Gasventil
26: Mündungsabschnitt
27: Dosageventil
28: Dosageventil
29: Behandlungskammergasleitung
30: Verschließorgan
31: Verschließerkopf
100: Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt
110: Basisreservoir
120: Basislinie
121: Basisleitung
122: Durchflussmesser
124: Erster Dosagezweig
124a: Dosagereservoir des ersten Dosagezweigs
124b: Dosageleitung des ersten Dosagezweigs
125: Zweiter Dosagezweig
125a: Dosagereservoir des zweiten Dosagezweigs
125b: Dosageleitung des zweiten Dosagezweigs
200: Behälter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0271809 A1 [0002]
EP 0775668 A1 [0003]
WO 2009/114121 A1 [0003]
EP 2272790 A1 [0008]
DE 102009049583 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Befüllen eines Behälters (200) mit einem karbonisierten Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei das Verfahren aufweist: Spülen des Behälters (200) mit Kohlenstoffdioxid; Evakuieren des Behälters (200) auf einen spezifischen Unterdruck (P_low), so dass sich im Behälter (200) eine definierte Menge an Kohlenstoffdioxid befindet; Einleiten des Füllprodukts in eine Füllproduktleitung (22) eines Füllorgans (20); und Einleiten des Füllprodukts aus der Füllproduktleitung (22) unter einem Überdruck in den evakuierten Behälter (200).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu befüllende Behälter (200) zur Evakuierung und Befüllung zumindest teilweise in eine Behandlungskammer (10) eingebracht wird; das Füllorgan (20) einen Mündungsabschnitt (25) aufweist, der zum Evakuieren und Befüllen des Behälters (200) mit diesem in der Behandlungskammer (10) dichtend in Fluidkommunikation gebracht wird; die Behandlungskammer (10) zur äußeren Umgebung hin abgedichtet wird und auf einen Überdruck (P_high) gebracht wird; und der Mündungsabschnitt (25) nach Beendigung des Füllprozesses vom Behälter (200) gelöst wird, wodurch auf das Füllprodukt im Behälter (200) der Überdruck (P_high) der Behandlungskammer (10) wirkt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (200) nach dem Lösen des Mündungsabschnitts (25) vom Behälter (200) unter dem Überdruck (P_high) der Behandlungskammer (10) mit einem Verschluss (2) verschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck (P_high) der Behandlungskammer (10) dem Sättigungsdruck des Kohlenstoffdioxids entspricht oder darüber liegt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoffdioxid in die Füllproduktleitung (22) eingeleitet wird und/oder das Füllprodukt vor dem Einleiten in den Behälter (200) einen Kohlenstoffdioxidgehalt ungleich Null aufweist.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck (P_low) des evakuierten Behälters (200) variabel einstellbar ist.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck, mit dem das Füllprodukt in den Behälter (200) eingeleitet wird, an den Unterdruck (P_low) angepasst wird, vorzugsweise so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Überdruck und dem Unterdruck (P_low) im Wesentlichen konstant bleibt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllprodukt mehrere Komponenten umfasst und in die Füllproduktleitung (22) des Füllorgans (20) eingeleitet wird, indem eine Basisflüssigkeit und eine oder mehrere Dosagekomponenten in die Füllproduktleitung (22) eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner aufweist: Einleiten der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir (110) in die Füllproduktleitung (22); Einleiten einer Dosagekomponente aus einem Dosagezweig (124) in die Füllproduktleitung (22), während ein Durchflussmesser (122) die in der Füllproduktleitung (22) rückwärtsverdrängte Fluidmenge bestimmt; und Entleeren der Füllproduktleitung (22) in den Behälter (200), wodurch das Füllprodukt in den evakuierten Behälter (200) eingeleitet wird.
Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters (200) mit einem karbonisierten Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, die ein Füllorgan (20) aufweist, das eine Gasleitung (24), um den zu befüllenden Behälter (200) auf einen spezifischen Unterdruck (P_low) zu evakuieren, und eine Füllproduktleitung (22), um ein Füllprodukt aus einem Basisreservoir (110) unter einem Überdruck in den evakuierten Behälter (200) einzuleiten, aufweist, wobei das Füllorgan (20) eingerichtet ist, um den Behälter (200) vor dem Evakuieren mit Kohlenstoffdioxid zu spülen, so dass sich nach dem Evakuieren eine definierte Menge an Kohlenstoffdioxid im Behälter (200) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllorgan (20) zumindest eine Dosagezuleitung, vorzugsweise Dosageventil (27, 28), aufweist, die eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente aus einem Dosagereservoir (124a, 125a) in die Füllproduktleitung (22) einzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Behandlungskammer (10) vorgesehen ist, in die der zu befüllende Behälter (200) zur Evakuierung und Befüllung zumindest teilweise einbringbar ist, die zur äußeren Umgebung hin abdichtbar ist und über eine Gasversorgung verfügt, die eingerichtet ist, um einen Überdruck (P_high) in der Behandlungskammer (10) zu erzeugen, der vorzugsweise dem Sättigungsdruck des Kohlenstoffdioxids entspricht oder darüber liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllorgan (20) einen Mündungsabschnitt (25) aufweist und so eingerichtet ist, dass der Mündungsabschnitt (25) zum Spülen, Evakuieren und Befüllen des Behälters (200) in der Behandlungskammer (10) mit diesem dichtend in Fluidkommunikation bringbar ist, wobei das Füllorgan (20) dazu zumindest teilweise verfahrbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschließorgan (30) vorgesehen ist, das eingerichtet ist, um einen Verschluss (2) aufzunehmen und den Behälter (200) in der Behandlungskammer (10) nach dem Befüllen mit dem Verschluss (2) zu verschließen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel zum Einbringen von Kohlenstoffdioxid in die Füllproduktleitung (22) aufweist und/oder das Füllprodukt vor dem Einleiten in den Behälter (200) einen Kohlenstoffdioxidgehalt ungleich Null aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllorgan (20) eingerichtet ist, um den Behälter (200) auf einen variablen Unterdruck (P_low) zu evakuieren.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllorgan (20) eingerichtet ist, um den Überdruck, mit dem das Füllprodukt in den Behälter (200) eingeleitet wird, an den variablen Unterdruck (P_low) anzupassen, vorzugsweise so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Überdruck und dem Unterdruck (P_low) im Wesentlichen konstant bleibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass diese zum Befüllen des Behälters (200) mit einem karbonisierten Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist, eingerichtet ist und ferner aufweist: ein Basisreservoir (110), das eingerichtet ist, um die Basisflüssigkeit bereitzustellen; eine Basislinie (120) mit einer Basisleitung (121), die das Basisreservoir (110) mit der Füllproduktleitung (22) des Füllorgans (20) in Fluidverbindung bringt, und einem Durchflussmesser (122), der an der Basisleitung (121) zwischen dem Basisreservoir (110) und dem Füllorgan (20) angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Basisleitung (121) den Durchflussmesser (122) passierende Fluidmenge zu bestimmen; und zumindest einen Dosagezweig (124), der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente über eine Dosagezuleitung, vorzugsweise Dosageventil (27, 28), in die Füllproduktleitung (22) einzuleiten.