DE102020124327A1

DE102020124327A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt

Info

Publication number: DE102020124327A1
Application number: DE102020124327.8A
Authority: DE
Inventors: Anton Huber; Stefan Poeschl; Tobias Bock; Josef DOBLINGER
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen von Behältern (100) mit einem Füllprodukt (110), vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei das Verfahren aufweist: Behandeln eines Behälters (100), umfassend ein Einleiten des Füllprodukts (110) in den Behälter (100), wobei die Behandlung durch einen oder mehrere Prozessparameter bestimmt ist; Detektieren und Aufnehmen während der Behandlung des Behälters (100) eines zeitlichen Druckverlaufs im Innenraum des Behälters (100); Verändern zumindest eines der Prozessparameter auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs; und Anwenden des veränderten Prozessparameters auf die Behandlung eines oder mehrerer nachfolgender Behälter (100).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage.
Stand der Technik
Zum Abfüllen von Füllprodukten wie etwa Getränken in einer Getränkeabfüllanlage sind Füllorgane unterschiedlicher Bauart bekannt. Zum Abfüllen karbonisierter Füllprodukte, beispielsweise Bier, Mineralwasser oder Softdrinks, ist es üblich, den zu befüllenden Behälter vor dem Einleiten des Füllprodukts mit einem Spanngas auf einen Überdruck vorzuspannen. Als Spanngas wird beispielsweise CO₂ verwendet. Entsprechend wird das in dem karbonisierten Füllprodukt gebundene CO₂ beim Einfüllen in den zu befüllenden Behälter gegen den erhöhten CO₂-Druck eingefüllt, so dass ein Entbinden des CO₂ aus dem Füllprodukt verringert oder sogar ganz verhindert werden kann. Dieses Verfahren wird auch als Gegendruckverfahren bezeichnet. Die Neigung des Füllprodukts zum Aufschäumen wird reduziert, so dass auf diese Weise der Füllvorgang insgesamt beschleunigt werden kann.
Vor dem Vorspannen kann der Behälter zunächst evakuiert, mit einem Spülgas gespült und dann erneut evakuiert werden, bevor der Behälter vor dem eigentlichen Befüllen mit dem Spanngas auf den gewünschten Vorspanndruck gebracht wird. Auf diese Weise kann eine definierte Gasatmosphäre im Behälter geschaffen werden, insbesondere eine weitgehend sauerstofffreie Atmosphäre, die speziell bei Bier oder anderen sauerstoffempfindlichen Produkten sinnvoll ist. Nach dem anschließenden Befüllen des Behälters unter Überdruck wird der Behälter entlastet, um den Behälterinnenraum vor dem Verschließen auf Umgebungsdruck oder einen anderen definierten Druck zu bringen.
Gegenwärtig werden die einzelnen Behandlungsschritte - Evakuieren, Spülen, gegebenenfalls erneut Evakuieren, Vorspannen, Befüllen und Entlasten - entlang eines fest vorgegebenen Zeitstrahls durchgeführt. Die Zeitpunkte der Behandlungsschritte und deren jeweilige Behandlungsdauer werden zumeist durch Tests ermittelt oder aus Erfahrungswerten gewonnen.
Es ist bekannt, einen Druckaufnehmer im Füllorgan zu verbauen, um das Füllende anhand des Druckverlaufs im Behälter zu bestimmen, vgl. DE 10 2014 104 873 A1 und DE 10 2014 116 267 B3 . Ferner kann ein solcher Drucksensor genutzt werden, um eine Druckkurve während der Behandlungsschritte auszulesen. Auf diese Weise können eine Diagnose durchgeführt und Fehler erkannt werden. Anpassungen des Füllprozesses an geänderte Umgebungs- und/oder Prozessparameter, wie etwa an einen Wechsel von Behälterformaten, des Füllniveaus, an Änderungen des Drucks, der Temperatur und dergleichen, erfordern üblicherweise das Eingreifen einer Bedienperson.
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Füllprozess eines Behälters zu verbessern, insbesondere die Anpassung an veränderte Umgebungs- und/oder Prozessparameter zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Vorrichtungsanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung dienen dem Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt. Sie kommen besonders bevorzugt in einer Getränkeabfüllanlage zur Anwendung, beispielsweise zum Abfüllen von Wasser (karbonisiert oder still), Bier, Wein, Saft, Softdrinks, Smoothies, Milchprodukten und dergleichen.
Das Verfahren weist eine Behandlung eines Behälters auf, umfassend ein Einleiten des Füllprodukts in den Behälter, wobei die Behandlung durch einen oder mehrere Prozessparameter bestimmt ist. Als Prozessparameter kommen beispielsweise eine oder mehrere Behandlungszeiten, welche die Zeitdauer zumindest eines Schritts oder einer Phase der Behandlung kennzeichnen, ein oder mehrere Drücke des Behälterinnenraums während einer Evakuierung, eines Spülens, Vorspannens, Befüllens, Entlastens, eine oder mehrere Temperaturen während der Behandlung und dergleichen in Betracht.
Es sei darauf hingewiesen, dass hierin sprachlich zwischen dem „Behandlungsverfahren“ bzw. „Behandlungsprozess“ einerseits und dem „Füllverfahren“ bzw. „Füllvorgang“ andererseits unterschieden wird. Letzteres bezieht sich auf das eigentliche Einleiten des Füllprodukts in den Behälter, während der Behandlungsprozess bzw. das Behandlungsverfahren weitere für das Abfüllen notwendige, sinnvolle oder gewünschte Vorgänge umfassen kann, wie beispielsweise das Evakuieren, Spülen, gegebenenfalls erneut Evakuieren, Vorspannen und Entlasten des Behälters.
Erfindungsgemäß wird während der Behandlung des Behälters ein zeitlicher Druckverlauf im Innenraum des Behälters detektiert und aufgenommen. In anderen Worten, es wird der Druck als eine Funktion der Zeit ermittelt, wobei der Druckverlauf eine Reihe von zeitabhängigen diskreten, quasi-kontinuierlichen oder kontinuierlichen Druckwerten umfassen kann.
Der so ermittelte Druckverlauf dient nun als Grundlage zur Veränderung zumindest eines der Prozessparameter. So kann beispielsweise die Evakuierungszeit des Behälters verkürzt werden, wenn der Druckverlauf darauf hindeutet, dass der maximale, beabsichtigte oder erforderliche Evakuierungsgrad bereits vor Ablauf der geltenden Evakuierungszeit erreicht wurde. Alternativ kann die Evakuierungszeit verlängert werden, wenn der Druckverlauf darauf hindeutet, dass beim Abschalten der Evakuierung der maximale, beabsichtigte oder erforderliche Evakuierungsgrad noch nicht erreicht wurde. Als weiteres Beispiel sei die Veränderung der Füllzeit genannt, wenn der Druckverlauf darauf hindeutet, dass sich die Behältergröße geändert hat. Bevorzugte veränderliche und automatisch anpassbare Prozessparameter werden weiter unten im Detail dargelegt.
Nach der Veränderung, d.h. Anpassung, Einstellung, Justierung usw., des zumindest einen Prozessparameters wird dieser erfindungsgemäß auf die Behandlung eines oder mehrerer nachfolgender Behälter angewendet.
In anderen Worten, die Behandlung erfolgt fortan auf der Grundlage eines oder mehrerer optimierter oder an veränderte Umgebungs- und/oder Prozessbedingungen angepasster Prozessparameter, wobei die aufgenommenen Druckkurven dieser nachfolgenden Behandlung(en) wiederum zur Optimierung bzw. Anpassung von Prozessparametern dienen kann, wodurch ein selbstlernendes und sich selbst optimierendes Verfahren zum Befüllen von Behältern realisierbar ist. Durch eine solche automatische Anpassung der Prozessparameter kann der Behandlungsprozess insgesamt optimiert und/oder Energie eingespart werden, beispielsweise durch eine Verringerung der Behandlungszeit(en) und/oder des Verbrauchs an Behandlungsgas wie etwa CO₂.
Dadurch, dass das Verfahren sowie die weiter unten beschriebene Vorrichtung die nötigen Parametereinstellungen für die Behälterbehandlung „selbst lernt“, ist eine vorgegebene Ziel- oder Sollkurve, die beispielsweise Drücke und/oder Ventilöffnungspositionen als Regelungsziel vorgibt, nicht unbedingt erforderlich. Aus diesem Grund erfolgt die Veränderung des zumindest einen Prozessparameters sowie die Ansteuerung des Füllorgans während der Behandlung besonders bevorzugt ohne Regelung auf der Grundlage einer vorgegebenen Sollkurve, d.h. insbesondere ohne Vergleich mit einer solchen Sollkurve.
Vorzugsweise ist der auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs veränderte Prozessparameter eine Behandlungszeit, welche die Zeitdauer zumindest eines Schritts oder einer Phase der Behandlung kennzeichnet. Solche Behandlungsschritte bzw. Behandlungsphasen können sich entsprechend auf eine Evakuierung, ein Spülen, gegebenenfalls eine erneute Evakuierung, ein Vorspannen, gegebenenfalls eine erneute Evakuierung, das Befüllen, d.h. Einleiten des Füllprodukts in den Behälter, und Entlasten des Behälters beziehen. Durch Anpassung einer oder mehrerer Behandlungszeiten kann der Behandlungsprozess insgesamt zeitlich sowie im Hinblick auf die verwendeten Ressourcen optimiert werden.
Vorzugsweise umfasst die Behandlung zumindest einen Schritt der Evakuierung des Behälters vor dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter, wobei auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs die Evakuierungszeit als Prozessparameter verändert wird. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck der Evakuierungsgrad aus dem zeitlichen Druckverlauf ermittelt und zur Veränderung des Prozessparameters herangezogen. Beispielsweise kann aus der zeitlichen Druckveränderung, d.h. aus der Ableitung bzw. Steigung der Funktion, ermittelt werden, ob der Evakuierungsgrad ein Minimum erreicht hat. So lässt sich feststellen, ob die aktuelle Evakuierungszeit länger als erforderlich ist, wenn der Boden, d.h. der maximale, beabsichtigte oder erforderliche Evakuierungsgrad, bereits vor dem Ende des Evakuierungsschritts erreicht ist. Analog kann eine etwaige zu kurze Evakuierungszeit festgestellt werden. Die Behälterbehandlung kann mehrere Evakuierungsschritte umfassen, wobei die vorstehend beschriebene Optimierung in diesem Fall für mehrere oder alle Evakuierungsschritte durchführbar ist.
Vorzugsweise umfasst die Behandlung zumindest einen Schritt des Spülens des Behälters mit einem Spülgas, vorzugsweise CO₂, vor dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter, wobei auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs die Spülzeit als Prozessparameter verändert wird. Die Spülzeit kann durch Nachverfolgen des Druckaufbaus durch das Spülgas im Behälter automatisch optimiert und/oder für die aktuelle Behältergröße, Gasdruck und dergleichen eingestellt werden. Ein zu hoher Gasdruck im Behälter während des Spülens, feststellbar beispielsweise durch Vergleich mit einem Schwellwert, kann darauf hindeuten, dass die Spülzeit länger als erforderlich ist. Analog kann eine etwaige zu kurze Spülzeit ermittelt werden. Der Behälter wird vorzugsweise nach einem Schritt der Evakuierung gespült. Nach dem Spülen kann der Behälter erneut evakuiert werden.
Vorzugsweise umfasst die Behandlung zumindest einen Schritt des Vorspannens des Behälters mit einem Vorspanngas, vorzugsweise CO₂, vor dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter, wobei auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs die Vorspannzeit als Prozessparameter verändert wird. Die Vorspannzeit kann durch Nachverfolgen des Druckaufbaus durch das Vorspanngas im Behälter automatisch optimiert und/oder für die aktuelle Behältergröße, Gasdruck und dergleichen eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, aus der Vorspannzeit, die erforderlich ist, um einen bestimmten Druck im Behälter zu erreichen, auf die Behältergröße zu schließen. Das Vorspannen erfolgt vorzugsweise unmittelbar vor dem eigentlichen Befüllen, d.h. vor dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter.
Vorzugsweise umfasst die Behandlung zumindest einen Schritt des Entlastens des Behälters, d.h. des Druckabbaus, nach dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter, wobei auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs die Entlastungszeit als Prozessparameter verändert wird und/oder die Größe eines Kopfraums des Behälters und/oder der zu erwartende Innendruck des Behälters nach dem Verschließen des Behälters ermittelt wird. Die Entlastungszeit kann durch Nachverfolgung des Druckverlaufs optimiert und/oder für die aktuelle Behältergröße eingestellt werden. Aus dem zeitlichen Druckabfall während des Entlastens kann zudem auf die Größe des Kopfraums des Behälters geschlossen werden sowie auf den zu erwartenden Innendruck des Behälters nach dem Verschließen. Daraus kann eine zu erwartende CO₂-Verarmung des Füllprodukts ermittelt werden. Bei einer zweistufigen Entlastung kann ferner durch Auswertung des Druckaufbaus während einer Beruhigungsphase zwischen zwei Entlastungsschritten auf die Qualität einer CO₂-Imprägnierung des Füllprodukts geschlossen werden.
Vorzugsweise wird auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs zumindest eine Eigenschaft des Behälters ermittelt. Insbesondere kann die Größe des Behälters, d.h. sein Innenvolumen, ermittelt werden. Insbesondere der Druckverlauf und/oder die Dauer einer Evakuierung oder eines Vorspannens können hierfür herangezogen werden.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, gelöst. Die Vorrichtung weist auf:

ein Füllorgan, das zum Behandeln eines Behälters, umfassend das Einleiten des Füllprodukts in den Behälter, eingerichtet ist, wobei die Behandlung durch einen oder mehrere Prozessparameter bestimmt ist; einen Druckaufnehmer und eine mit diesem (drahtlos oder drahtgebunden) in Kommunikation stehende Steuereinrichtung, die eingerichtet sind, um während der Behandlung des Behälters einen zeitlichen Druckverlauf im Innenraum des Behälters zu detektieren und aufzunehmen; wobei die Steuereinrichtung ferner mit dem Füllorgan (drahtlos oder drahtgebunden) in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um zumindest einen der Prozessparameter auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs zu verändern und das Füllorgan so anzusteuern, dass der veränderte Prozessparameter auf die Behandlung eines oder mehrerer nachfolgender Behälter angewendet wird.

Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, gelten analog für die Vorrichtung.
So ist die Steuereinrichtung aus den oben genannten Gründen vorzugsweise eingerichtet, um eine Behandlungszeit, welche die Zeitdauer zumindest eines Schritts oder einer Phase der Behandlung kennzeichnet, als Prozessparameter zu verändern.
Vorzugsweise ist das Füllorgan aus den oben genannten Gründen eingerichtet, um als Teil der Behandlung zumindest einen Schritt der Evakuierung des Behälters vor dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter durchzuführen, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs die Evakuierungszeit als Prozessparameter zu verändern.
Vorzugsweise ist das Füllorgan aus den oben genannten Gründen eingerichtet, um als Teil der Behandlung zumindest einen Schritt des Spülens des Behälters mit einem Spülgas, vorzugsweise CO₂, vor dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter durchzuführen, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs die Spülzeit als Prozessparameter zu verändern.
Vorzugsweise ist das Füllorgan aus den oben genannten Gründen eingerichtet, um zumindest einen Schritt des Vorspannens des Behälters mit einem Vorspanngas, vorzugsweise CO₂, vor dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter durchzuführen, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs die Vorspannzeit als Prozessparameter zu verändern.
Vorzugsweise ist das Füllorgan aus den oben genannten Gründen eingerichtet, um als Teil der Behandlung zumindest einen Schritt des Entlastens des Behälters nach dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter durchzuführen, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs die Entlastungszeit als Prozessparameter zu verändern und/oder die Größe eines Kopfraums des Behälters und/oder den zu erwartenden Innendruck des Behälters nach einem Verschließen des Behälters zu ermitteln.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung aus den oben genannten Gründen eingerichtet, um auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs zumindest eine Eigenschaft des Behälters, vorzugsweise seine Größe, zu ermitteln.
Das eigentliche Einleiten des Füllprodukts in den Behälter kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. So kann das Füllprodukt unter einem Fülldruck in den Behälter, der sich relativ zum Fülldruck unter Unterdruck befindet, eingeleitet werden. Dieser Fall wird hierin auch als „schlagartiges Befüllen“ bezeichnet, da das Einleiten des Füllprodukts besonders schnell stattfindet. Alternativ kann das Füllprodukt im Wesentlichen ohne Druckdifferenz zum Behälterinnendruck eingeleitet werden, wie dies beispielsweise im Fall des Freistrahlfüllens der Fall ist. Alternativ kann das Füllprodukt durch ein Gegendruckverfahren in den Behälter eingeleitet werden, bei dem das Füllprodukt gegen einen erhöhten Behälterinnendruck eingeleitet wird..
Verschiedene Methoden des Befüllens sowie weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die darin 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 Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt;
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
3a ein Diagramm, das einen beispielhaften Druckverlauf im Behälter vor dem Einleiten eines Füllprodukts in den Behälter zeigt; und
3b ein Diagramm, das einen beispielhaften Druckverlauf im Behälter nach dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter zeigt.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanz zu vermeiden.
Die 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zum Befüllen eines Behälters 100 mit einem Füllprodukt 110. Die Vorrichtung 1 kommt besonders bevorzugt in einer Getränkeabfüllanlage zur Anwendung, wobei als Füllprodukte 110 beispielsweise Wasser (karbonisiert oder still), Bier, Wein, Saft, Softdrinks, Smoothies, Milchprodukte und dergleichen in Betracht kommen.
Das abzufüllende Füllprodukt 110 ist in einer Füllproduktzuführung in Form eines Füllproduktreservoirs 2 aufgenommen, das beispielsweise als Zentralkessel oder Ringkessel eines Rundläuferfüllers realisiert sein kann. Das Füllprodukt 110 liegt im unteren Teil des Füllproduktreservoirs 2 vor, so dass oberhalb des Füllprodukts 110, d.h. in einem Kopfraum des Füllproduktreservoirs 2, ein Gasraum 20 ausgebildet ist.
In dem Gasraum 20 befindet sich abhängig von dem jeweiligen abzufüllenden Füllprodukt 110 ein entsprechendes Gas oder Gasgemisch. Beispielsweise wird der Gasraum 20 bei einem abzufüllenden karbonisierten Getränk CO₂ aufweisen, das vorzugsweise unter einem Überdruck vorliegt, der dazu führt, dass sich das im karbonisierten Getränk gebundene CO₂ nicht entbindet. Weiterhin kann durch das CO₂ der Sauerstoff aus dem Gasraum 20 verdrängt werden, so dass im Füllproduktreservoir 2, sofern gewünscht oder erforderlich, kaum oder kein Sauerstoff vorhanden ist, was gerade bei sauerstoffempfindlichen Füllprodukten wie beispielsweise Bier sinnvoll ist. Beim Abfüllen stiller Getränke kann im Gasraum 20 auch ein anderes Inertgas vorliegen, was einen besonders schonenden Umgang mit dem Füllprodukt 110 ermöglicht.
Die Vorrichtung 1 weist ferner zumindest ein Füllorgan 10 mit einer Füllproduktleitung 3 auf, die vorzugsweise eine Zentrierglocke 30 umfasst. An die Zentrierglocke 30 wird der zu befüllende Behälter 100 mit seiner Mündung 102 abdichtend angepresst, so dass eine gasdichte und flüssigkeitsdichte Verbindung ausgebildet wird. Entsprechend besteht eine gasdichte und flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen der Füllproduktleitung 3 und dem Innenraum des zu behandelnden Behälters 100.
Über ein Füllproduktventil 32 kann das Füllprodukt 110 aus dem Füllproduktreservoir 2 über die Füllproduktleitung 3 in das Innere des Behälters 100 gelangen. Das Füllproduktventil 32 steuert den Füllbeginn, das Füllende und gegebenenfalls den Volumendurchfluss, so dass der Behälter 100 mit einer vorgegebenen Menge an Füllprodukt 110 befüllt wird.
Das Füllende und damit das Schließen des Füllproduktventils 32 kann beispielsweise durch das Erreichen eines vorgegebenen Füllniveaus N im Behälter 100, durch Erreichen eines vorgegebenen Füllgewichts und/oder durch Erreichen eines vorgegebenen Füllvolumens bestimmt werden. Als weitere Möglichkeit kann auch eine Dosierkammer vorgesehen sein, in welche das Füllprodukt vordosiert wird und dann in dieser Dosierkammer vorzugsweise unter einem Überdruck vorliegt. Bei entleerter Dosierkammer endet der Füllvorgang.
Als eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung des Füllendes kann der Druckverlauf im zu befüllenden Behälter 100 während des Füllvorgangs mit dem Füllprodukt 110 überwacht und der Füllvorgang, insbesondere das Füllende, auf Grundlage des Druckverlaufs gesteuert werden. Beispielsweise kann das Füllende erreicht werden, wenn ein bestimmter Abschaltdruck im Inneren des Behälters 100 überschritten wird.
Zu diesem Zweck und/oder zur Steuerung etwaiger weiterer Prozessparameter, wie beispielsweise zur Steuerung einer oder mehrerer Behandlungszeiten, wie weiter unten im Detail dargelegt, ist in der Füllproduktleitung 3 ein Druckaufnehmer 38 installiert, der die Druckverhältnisse im Behälter 100 während der Behandlung detektieren und gemeinsam mit einer Steuereinrichtung 7 überwachen bzw. aufnehmen und zur Steuerung sowie Optimierung des Füllvorgans heranziehen kann. In einer weiteren Ausführung kann der Druckaufnehmer 38 in einem Gasweg des Füllventils, der mit dem Behälterinnenraum verbunden ist, installiert sein.
Sofern das Füllproduktventil 32 als reines Sperrventil ausgeführt ist, kann ein Drosselventil 36 vor dem Füllproduktventil 32 in der produktführenden Leitung vorgesehen sein, mittels dem die maximale Durchflussmenge bei geöffnetem Füllproduktventil 32 steuerbar ist. Durch das Drosselventil 36 kann der Verlauf des Füllvorgangs gezielt beeinflusst werden. So lässt sich beispielsweise zum Ende des Füllvorgangs hin ein reduzierter Durchfluss einstellen, beispielsweise um das Füllende exakt zu erreichen und/oder einem Aufschäumen entgegenzuwirken.
Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Vakuumvorrichtung 4 auf, die über ein Vakuumventil 40 ebenfalls mit der Füllproduktleitung 3 und damit auch mit dem Innenraum des Behälters 100 in Fluidkommunikation gebracht werden kann. Mittels der Vakuumvorrichtung 4 kann der Innenraum des Behälters 100 evakuiert, d.h. das sich im Innenraum des Behälters 100 befindliche Gas abgezogen werden. Der mit der Vakuumvorrichtung 4 im Innenraum des Behälters 100 erzeugbare Druck liegt vorzugsweise bei einem Absolutdruck von 0,5 bar bis 0,05 bar, bevorzugt bei 0,3 bar bis 0,1 bar, besonders bevorzugt bei ca. 0,1 bar.
Der Gasraum 20 des Füllproduktreservoirs 2 ist über eine Druckleitung 22 mit einem Überdruck beaufschlagbar, so dass das Füllproduktreservoir 2 insgesamt unter Druck steht. Das im Gasraum 20 des Füllproduktreservoirs 2 aufgenommene Gas ist bevorzugt ein Inertgas, besonders bevorzugt CO₂, insbesondere dann, wenn es sich bei dem Füllprodukt 110 um ein karbonisiertes Getränk, beispielsweise Bier, einen Softdrink oder Mineralwasser handelt.
Wenn das Füllprodukt 110 ein karbonisiertes Füllprodukt ist, kann durch das Zuführen von CO₂ über die Druckleitung 22 in den Gasraum 20 oberhalb des Füllprodukts 110 ein solcher Druck bereitgestellt werden, der ein Entbinden des CO₂ aus dem Füllprodukt 110 unterbindet. Besonders bevorzugt wird hier ein Absolutdruck von 1 bar bis 9 bar bereitgestellt, bevorzugt ein Absolutdruck von 2,5 bar bis 6 bar, wobei besonders bevorzugt ein Absolutdruck von 2,8 bar bis 3,3 bar im Gasraum 20 gehalten wird.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Füllprodukt 110 im Füllproduktreservoir 2 unter einem Überdruck, der dem Umgebungsdruck entspricht oder größer ist, bereitgestellt, bevorzugt unter einem Absolutdruck von 1 bar oder mehr. Das Füllprodukt 110 kann im Füllproduktreservoir 2 auch unter einem Überdruck, der dem Sättigungsdruck des Füllprodukts 110 entspricht, bereitgestellt werden, vorzugsweise bei einem Absolutdruck von 1,1 bar bis 6 bar. Das Füllprodukt 110 kann im Füllproduktreservoir gemäß einer weiteren Ausbildung auch unter einem Überdruck, der über dem Sättigungsdruck des Füllprodukts 110 liegt, bereitgestellt werden, vorzugsweise unter einem Absolutdruck von 1,6 bar bis 9 bar.
Mittels der Vakuumvorrichtung 4, die über die Füllproduktleitung 3 mit dem Innenraum des Behälters 100 in Fluidverbindung bringbar ist, kann der Behälter 100 vor der eigentlichen Befüllung mit dem Füllprodukt 110 evakuiert werden. Hierzu wird bei geöffnetem Vakuumventil 40 über die Vakuumvorrichtung 4 das Gas, das sich im Behälter 100 befindet, abgezogen. Wenn der Behälter 100 beispielsweise aus der Umgebungsatmosphäre kommend mit der Zentrierglocke 30 verbunden wird, so wird über die Vakuumvorrichtung 4 die sich im Behälter 100 befindliche Umgebungsluft abgezogen. Wenn der Behälter 100 bereits mit einer Gasatmosphäre, beispielsweise einem Inertgas oder CO₂, beaufschlagt wurde, so pumpt die Vakuumvorrichtung 4 entsprechend diese Gasatmosphäre aus dem Behälter 100 ab. Die Vakuumvorrichtung 4 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie im Behälter 100 einen deutlichen Unterdruck, beispielsweise im Bereich eines Absolutdrucks von 0,5 bis 0,05 bar, erzeugen kann.
Die Ventile, insbesondere das Füllproduktventil 32, das Drosselventil 36, das Vakuumventil 40, die Vakuumvorrichtung 4 sowie der Druckaufnehmer 38 stehen mit der oben erwähnten Steuereinrichtung 7 drahtlos oder drahtgebunden in Kommunikation. Die Steuereinrichtung 7 dient zur Auswertung von Messdaten sowie zur Ansteuerung der für den Füllprozess relevanten Komponenten. Die Steuereinrichtung 7 kann als analoge Steuerung ausgeführt sein oder zweckmäßigerweise als programmierbare Steuerung, beispielsweise in Form eines PC oder Industrie PC. Die Steuereinrichtung 7 kann auch als ein elektronisches Modul der gesamten Anlagensteuerung eines Rundläuferfüllers, eines Rundläuferverschließers oder einer Füllanlage vorgesehen sein. Die Steuereinrichtung 7 kann zentral oder dezentral realisiert sein, Bestandteil internetbasierter und/oder cloudbasierter Anwendungen oder auf andere Weise implementiert sein, sowie gegebenenfalls auf Datenbanken zugreifen.
Die Steuereinrichtung 7 ist eingerichtet, um eines oder mehrere der nachstehend beschriebenen Behandlungsverfahren durchzuführen, d.h. die entsprechenden Anlagenkomponenten für den Behandlungsprozess anzusteuern. Die Komponenten werden dabei so angesteuert, dass das Verfahren in der beschriebenen Form abläuft. Hierbei sei sprachlich zwischen dem „Behandlungsverfahren“ bzw. „Behandlungsprozess“ einerseits und dem „Füllverfahren“ bzw. „Füllvorgang“ andererseits unterschieden. Der Füllvorgang bezieht sich auf das eigentliche Einleiten des Füllprodukts 110 in den Behälter 100, während der Behandlungsprozess weitere für das Abfüllen notwendige, bevorzugte oder gewünschte Abläufe umfasst, wie beispielsweise das Evakuieren, Spülen, gegebenenfalls erneut Evakuieren, Vorspannen, gegebenenfalls erneut Evakuieren und Entlasten des Behälters 100.
Zunächst wird das Füllproduktreservoir2 beziehungsweise dessen Gasraum 20 mit einem Überdruck beaufschlagt. Der Überdruck kann beispielsweise durch das Zuführen eines entsprechenden Gases unter Druck über die Druckleitung 22 erzeugt werden.
Gemäß einer in den 1 und 2 nicht gezeigten Ausführungsform kann die Füllproduktzuführung 2 auch in Form einer Leitung bereitgestellt werden, in der das Füllprodukt 110 unter Druck geführt wird. Besonders bevorzugt kann dabei eine sogenannte schwarzgefüllte Leitung, d.h. eine vollständig und ohne Gasraum gefüllte Leitung, verwendet werden.
Um einen Behälter 100 mit dem Füllprodukt 110 gemäß einem Verfahren, das hierin auch als „schlagartiges Befüllen“ bezeichnet ist, zu befüllen, wird der Innenraum des Behälters 100 bei verschlossenem Füllproduktventil 32 und geöffnetem Vakuumventil 40 über die Vakuumvorrichtung 4 evakuiert und entsprechend auf einen Unterdruck gebracht. Ist der vorgegebene Unterdruck, beispielsweise 0,1 bar, in dem Behälter 100 erreicht, wird das Vakuumventil 40 verschlossen und das Füllproduktventil 32 geöffnet. Durch die große Druckdifferenz zwischen dem Innenraum des Behälters 100, in dem nun ein Unterdruck herrscht, und dem Füllproduktreservoir 2, in dem ein Überdruck (relativ zum Unterdruck im Behälter 100 und/oder relativ zum Normaldruck) herrscht, kommt es zu einer schlagartigen Befüllung des Behälters 100 mit dem Füllprodukt 110. Der Füllvorgang kann damit sehr schnell durchgeführt werden und ist entsprechend auch schnell beendet.
Da gemäß diesem schlagartigen Befüllen während des Füllvorgangs aufgrund des sich bereits im Behälter 100 befindlichen Unterdrucks zumindest in der ersten Phase der Befüllung kein Gas aus dem Behälter 100 verdrängt sondern lediglich der Unterdruck abgebaut wird, kann das Füllprodukt auch über den gesamten Mündungsquerschnitt der Mündung 102 des Behälters 100 hinweg in den Behälter 100 einströmen. Maßnahmen zum Ableiten eines während der Befüllung verdrängten Gases sind nicht erforderlich.
Damit kann beim Befüllen des Behälters 100 mit dem Füllprodukt 110 der Füllvorgang zumindest über den größten Bereich des Füllvorganges hinweg mit einem Fluidstrom in nur eine Richtung erreicht werden, nämlich einem Fluidstrom, der ausschließlich in den Behälter 100 hinein gerichtet ist. Ein Gegenstrom eines Fluids, beispielsweise eines Gases, findet nicht statt, da eine Verdrängung von Gas aus dem Behälter 100 in die Füllproduktleitung 3 und/oder in das Füllproduktreservoir 2 nicht stattfindet. Vielmehr wird durch die Befüllung des Behälters 100 lediglich der sich im Behälter 100 befindliche Unterdruck langsam abgebaut. Erst zum Ende des Füllvorganges hin, wenn es im Kopfraum K des Behälters 100, also in dem über dem Füllniveau N des Füllprodukts 110 im Behälter 100 liegenden Raum, zu einem langsamen Anstieg des Druckes und eventuell zu einem Angleichen der Druckverhältnisse im Behälter 100 an die Druckverhältnisse in der Füllproduktleitung 3 kommt, wird sich das Einströmen des Füllprodukts 110 aus dem Füllproduktreservoir 2 verlangsamen.
Abhängig von dem jeweiligen im Behälter 100 bereitgestellten Unterdruck kann eine solche Verlangsamung aber auch vermieden werden. Je niedriger der Druck im zu befüllenden Behälter 100, desto geringer wird die Verlangsamung ausfallen, da bei einem niedrigeren Druck des zu befüllenden Behälters 100 auch zum Zeitpunkt des Verschließens des Füllproduktventils 32 noch ein signifikanter Unterdruck im Behälter 100 herrschen kann.
Der Zeitpunkt der Verlangsamung hängt daher von dem im Behälter 100 vorliegenden Unterdruck und mithin von der Auslegung der Vakuumvorrichtung 4 ab. Je niedriger der Druck im Behälter 100 ist, desto später kommt es zu einer Angleichung der Druckverhältnisse beziehungsweise in einem Extremfall eines besonders hohen Vakuums in dem Behälter 100 überhaupt nicht zu einer Angleichung der Druckverhältnisse, sondern es wird im Kopfraum K immer noch ein Unterdruck bestehen, auch wenn das gewünschte Füllniveau N bereits erreicht und das Füllproduktventil 32 bereits geschlossen wurde.
Der Überdruck im Füllproduktreservoir 2 bleibt über die Zeit hinweg im Wesentlichen konstant. Während der Befüllung steigt der Druck im Behälter 100 hingegen wegen des einfließenden Füllprodukts 110 an. Ist der Unterdruck im zu befüllenden Behälter 100 so gewählt, dass zum Ende des Füllvorganges hin der Druck im Behälter 100 und insbesondere im Kopfraum K ein bestimmtes Niveau überschritten hat, so kann auch durch den ansteigenden Druck eine Regulierung des in den Behälter 100 einfließenden Füllproduktstroms erreicht werden. Entsprechend verlangsamt sich zum Ende des Füllvorgangs hin der Füllproduktstrom, so dass das Erreichen des Füllendes einfach unterstützt werden und dann das Füllproduktventil 32 geschlossen werden kann.
Entsprechend kann mittels der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 zum Befüllen eines Behälters 100 mit einem Füllprodukt 110 ein sehr schnelles, schlagartiges Abfüllen des Füllprodukts 110 in den Behälter 100 erreicht werden, dadurch, dass ein großes Druckgefälle zwischen dem Füllproduktreservoir 2 und dem Innenraum des Behälters 100 vorliegt und damit eine hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden kann, da das Füllprodukt durch den Druckgradienten quasi in den Behälter 100 gepresst (aus Sicht des Füllproduktreservoirs 2) und gesaugt (aus Sicht des Behälters 100) wird. Gleichzeitig sorgt der Unterdruck in dem zu befüllenden Behälter 100 dafür, dass ein ausschließlich in den Behälter 100 hinein gerichteter Fluidstrom vorliegt und kein entgegen gerichteter Gasstrom auftritt, so dass die Befüllung des Behälters unter Ausnutzung des gesamten Mündungsquerschnitts der Mündung 102 des Behälters durchgeführt werden kann.
Hierdurch ist es möglich, das Befüllen des Behälters 100 in sehr kurzen Füllzeiten zu erreichen, beispielsweise beim Befüllen einer herkömmlichen 0,5 I Bierflasche in einer Füllzeit von 0,3 Sekunden. Zum Vergleich sind die Füllzeiten einer gleichen Bierflasche im Gegendruckverfahren durch einen hydrostatischen Druck bei etwa 4,5 Sekunden angesiedelt. Somit kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine schlagartige Befüllung des zu befüllenden Behälters 100 erreicht werden, so dass der Füllprozess insgesamt schneller durchführbar ist. Hieraus kann sich entweder eine höhere Kapazität bei gegebener Füllergröße ergeben, oder aber ein Füller, beispielsweise ein Rotationsfüller, kann mit geringeren Dimensionen und einer reduzierten Anzahl an Füllstellen ausgebildet werden.
Beim schlagartigen Befüllen, der auf einem Unterdruck im Behälter 100 beruht, kann somit auf ein übliches Rückgasrohr zum Abtransport eines verdrängten Gases verzichtet werden.
Alternativ kann das Befüllen des Behälters 100 mit einem höheren Ausgangsdruck im Behälter, beispielsweise im Gegendruckverfahren erfolgen. In diesem Fall kann das Füllorgan 10 mit einem in den Figuren nicht gezeigten Rückgasrohr zum Abtransport des während des Einleitens des Füllprodukts 110 in den Behälter 100 verdrängten Gases ausgestattet sein.
Im Fall des schlagartigen Befüllens aber auch beim Gegendruckverfahren kann der Behälter 100 vor dem Befüllen vorgespannt werden. Zu diesem Zweck wird der Behälter 100 vor dem Einleiten des Füllprodukts 110 mit einem Spanngas beaufschlagt und auf einen entsprechenden Vorspanndruck gebracht. Das Spanngas kann dem Gasraum 20 entnommen werden oder über eine gesonderte Spanngaszufuhr zugeführt werden.
Die 2 zeigt zu diesem Zweck eine Weiterbildung der Vorrichtung 1, wobei neben dem Füllproduktreservoir 2, das über das Füllproduktventil 32 mit der Füllproduktleitung 3 verbindbar ist, und der Vakuumvorrichtung 4, die über das Vakuumventil 40 mit der Füllproduktleitung 3 verbindbar ist, weiterhin eine Spanngasvorrichtung 5 vorgesehen ist, die über ein Spanngasventil 50 ebenfalls mit der Füllproduktleitung 3 verbindbar ist. Auch das Spanngasventil 50 kann mittels der Steuereinrichtung 7 angesteuert werden.
Mittels der Spanngasvorrichtung 5 kann bei geöffnetem Spanngasventil 50 ein Spanngas, beispielsweise CO₂, über die Füllproduktleitung 3 in den Behälter 100 eingeleitet werden. Als Spanngas kann auch ein anderes Inertgas verwendet werden. Das Spanngas kann unter einem Absolutdruck von 2 bar bis 9 bar, bevorzugt unter einem Absolutdruck von 3,5 bar bis 7 bar, besonders bevorzugt unter einem Absolutdruck von 3,8 bar bis 5,5 bar, den befüllten Behälter 100 beaufschlagen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Spanngasvorrichtung 5 mit dem Gasraum 20 des Füllproduktreservoirs 2 verbunden. Das dem Behälter 100 auf diese Weise zuzuführende Spanngas steht entsprechend unter dem gleichen Druck, wie das im Gasraum 20 aufgenommene Gas und es handelt sich entsprechend auch um das gleiche Gas.
Ein bevorzugter Behandlungsprozess, der eine Weiterbildung des in Bezug auf die 1 beschriebenen Verfahrens ist, ermöglicht zunächst ein Evakuieren des Behälters 100 durch Öffnen des Vakuumventils 40 bei geschlossenem Füllproduktventil 32 und geschlossenem Spanngasventil 50 mittels der Vakuumvorrichtung 4. Bei einem Druck von 0,1 bar durch das Evakuieren sind entsprechend 90% des Luftsauerstoffs aus dem Behälter 100 entfernt. Ist der gewünschte Unterdruck im Behälter 100 erreicht, beispielsweise ein Druck von 0,1 bar, wird das Vakuumventil 40 geschlossen und das Spanngasventil 50 geöffnet, und über die Spanngasvorrichtung 5 wird Spanngas, beispielsweise CO₂, in den Behälter 100 eingeleitet.
Nach dem Einleiten des Spanngases über die Spanngasvorrichtung 5 werden das Spanngasventil 50 wieder verschlossen und das Vakuumventil 40 erneut geöffnet, so dass über die Vakuumvorrichtung wiederum das Gasgemisch aus dem Behälter 100 abgezogen werden kann. Auf diese Weise wird bei einem Reduzieren des Druckes im Behälter 100 wiederum auf 0,1 bar eine gegenüber dem Ausgangszustand 99%-ige Reduktion des Sauerstoffgehalts in dem Behälter 100 erreicht.
Dann wird der auf diese Weise evakuierte und entsprechend unter Unterdruck stehende Behälter 100 nach Verschließen des Vakuumventils 40 und Öffnen des Füllproduktventils 32 schlagartig mit dem Füllprodukt 110 aus dem Füllproduktreservoir2 befüllt. Das Füllproduktventil 32 wird verschlossen, wenn das gewünschte Füllniveau N bzw. die gewünschte Füllmenge im Behälter 100 erreicht ist.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung kann nach dem Verschließen des Füllproduktventils 32 wiederum das Spanngasventil 50 geöffnet werden und Spanngas über die Spanngasvorrichtung 5 in die Füllproduktleitung 3 eingebracht werden. Hierdurch wird der sich noch im Kopfraum K beziehungsweise in dem Behälter 100 befindliche Unterdruck abgebaut und anstelle dessen ein Überdruck aufgebaut oder ein bereits im Kopfraum K vorliegender vorhandener Überdruck weiter erhöht. Gleichzeitig wird durch das einströmende Spanngas sich in der Füllproduktleitung 3 befindliches Restfüllprodukt in den Behälter 100 gedrückt. Insbesondere beim Füllen eines Füllprodukts 110 mit einer hohen Aufschäumneigung kann es nach dem schlagartigen Befüllen des Behälters 100 mit dem Füllprodukt dazu kommen, dass in der Füllproduktleitung 3 und dem Kopfraum K des Behälters 100 noch Füllproduktschaum vorliegt. Durch das Öffnen des Spanngasventils 50 und das Beaufschlagen der Füllproduktleitung 3 sowie des Kopfraums K mit dem Spanngas kann dieser Schaum in den Behälter 100 zurückgedrückt werden, so dass in der Füllproduktleitung 3 im Wesentlichen kein Füllprodukt, insbesondere auch kein Füllproduktschaum, mehr vorliegt.
Bei einer Beaufschlagung des Behälters 100 beziehungsweise des Kopfraums K des Behälters 100 mit einem Spanngas, beispielsweise CO₂, unter einem erhöhten Druck, beispielsweise bei 1,1 bis 3 bar, bevorzugt bei 2 bar, kann weiterhin das Entbinden eines karbonisierten Füllprodukts 110 im Behälter 100 unterdrückt werden beziehungsweise ein erneutes Binden von beim Füllvorgang entbundenem CO₂ durch den erhöhten Druck unterstützt werden.
Alternativ kann nach dem Vorspannen auf ein Evakuieren des Behälters 100 verzichtet werden, so dass die Befüllung in einem Gegendruckverfahren durchgeführt wird. Ferner ist es möglich, den Behandlungsprozess anstelle des Vorspannens oder zusätzlich zum Vorspannen, vorzugsweise vor dem Vorspannen, mit einem Spülvorgang zu ergänzen. Als Spülgas kommt wieder ein Inertgas, vorzugsweise CO₂, in Betracht.
Durch die Installation des Druckaufnehmers 38 im Füllorgan 10, eingebaut in einem Gasraum, der eine Verbindung zum Innenraum des Behälters 100 aufweist, kann die Druckkurve des Behandlungsprozesses, der zumindest den eigentlichen Füllvorgang und gegebenenfalls weitere Behandlungsschritte wie beispielsweise Evakuieren, Spülen, Vorspannen und/oder Entlasten umfasst, detektiert und aufgenommen werden. Durch Auswertung der Druckkurve mittels der Steuereinrichtung 7 können die Füllzeit, Evakuierungszeit, Spülzeit, Vorspannzeit und/oder Entlastungszeit automatisch ausgewertet werden und an neue geränderte Umgebungs- und/oder Prozessparameter, wie etwa Füllniveau N, Druck, Temperatur usw., angepasst werden. Die Druckkurve erlaubt auch die Bestimmung von Behältereigenschaften, insbesondere der Behältergröße, denn die Zeit einer Bodenbildung bei der Evakuierung oder einer Plateaubildung im Fall der Erzeugung eines Überdrucks im Behälter 100 korreliert mit der Behältergröße.
Das Eingreifen einer Bedienperson ist zur Einstellung des Behandlungsprozesses nicht mehr erforderlich, da die Vorrichtung 1 durch die Druckaufzeichnung und Auswertung mittels des Druckaufnehmers 38 und der Steuereinrichtung 7 imstande ist, sich selbst an etwaige Änderungen der Umgebungs- und/oder Prozessparameter anzupassen.
Wie dies konkret erfolgen kann, wird nun anhand eines beispielhaften Zeitverlaufs und einer entsprechenden Druckkurve, aufgezeichnet vom Druckaufnehmer 38 und der Steuereinrichtung 7, gemäß den 3a und 3b dargelegt. Die 3a konzentriert sich hierbei auf mögliche Behandlungsschritte vor dem eigentlichen Füllvorgang, während die 3b einen beispielhaften Zeitverlauf während der Entlastung des Behälters 100, d.h. Behandlungsschritte nach dem eigentlichen Füllvorgang, zeigt.
Die Behandlung gemäß der 3a umfasst einen Schritt der Evakuierung, bezeichnet als „Vakuum 1“, einen Schritt des Spülens mit einem Spülgas, bezeichnet als „Spülen“, einen weiteren Schritt der Evakuierung , bezeichnet als „Vakuum 2“ sowie einen Schritt des Vorspannens mit einem Vorspanngas, bezeichnet als „Vorspannen“. Die gezeigten Behandlungsschritte sind selbstverständlich nur beispielhaft. So kann in bestimmten Fällen beispielsweise auf ein Vorspannen und/oder Spülen verzichtet werden. Auch ein zweimaliges Evakuieren kann je nach Anwendung entbehrlich sein.
Aus der 3a ist ersichtlich, dass die Evakuierungszeiten während Vakuum 1 und Vakuum 2 länger sind als erforderlich, da der Boden, d.h. beabsichtigte Evakuierungsgrad, im Wesentlichen bereits im Bereich der Pfeile erreicht wurde und die weitere Evakuierungszeit keine weitere Verbesserung des Vakuums bewirkt.
Auch die Spülzeit ist im vorliegenden Beispiel länger als nötig, da der durch das Spülen erzeugte Druck im Behälter 100 größer als erforderlich ist, beispielsweise oberhalb der Normalisierten 0-Linie). Eine Bedienperson kann dies nicht ohne weiteres erkennen.
Durch eine automatische Justierung der Prozessparameter kann der Behandlungsprozess optimiert bzw. an geänderte Umgebungs- und/oder Prozessbedingungen angepasst werden, beispielsweise durch eine Verringerung der Behandlungszeit und/oder des Verbrauchs an Behandlungsgas wie etwa CO₂.
Im Beispiel der 3a können die Zeiten für Vakuum 1 und Vakuum 2 sowie für das Spülen verkürzt werden, wodurch der Behandlungsprozess insgesamt verkürzt wird. Ferner kann durch die Zeit der Bodenbildung während Vakuum 1 und/oder Vakuum 2 und/oder durch die Dauer des Vorspannens die Behältergröße ermittelt werden. Die Vorrichtung 1 „lernt selbst“ die nötigen Parametereinstellungen.
Der Behandlungsprozess gemäß der 3a umfasst in Kurzform die folgenden Schritte oder Phasen: Evakuieren - Spülen - Evakuieren - Vorspannen. Allerdings ist dieser Prozessverlauf nur beispielhaft. So kann für eine Verbesserung der Sauerstoffwerte beispielsweise der folgende dreifache Zyklus angewendet werden: Evakuieren - Spülen - Evakuieren - Spülen - Evakuieren - Vorspannen. In einigen Fällen, wie beispielsweise beim Abfüllen von Biermischgetränken, Wein und dergleichen, genügt oft nur eine Evakuierung mit nachfolgender Vorspannung, und in anderen Fällen, wie beispielsweise beim Abfüllen von Limonaden, kann der Behandlungsprozess gegebenenfalls noch weiter verkürzt werden, indem er auf das Vorspannen reduziert wird.
Im Anschluss an die vorbereitende Behandlung des Behälters 100 wird dieser gefüllt, beispielsweise entsprechend dem in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen schlagartigen Befüllen, bei dem das Füllprodukt 110 unter einem Fülldruck in den Behälter 100, der sich relativ zum Fülldruck unter Unterdruck befindet, eingeleitet wird. Zu diesem Zweck kann vor dem Einleiten des Füllprodukts 110 eine Evakuierung des Behälters 100 stattfinden, so dass das Füllprodukt 110 in ein Vakuum eingeleitet wird. Alternativ können vorbereitende Behandlungen, wie etwa das Vorspannen, auf einem niedrigen Druckniveau stattfinden, so dass dem Einleiten des Füllprodukts 110 keine Evakuierung unmittelbar vorausgehen muss.
Alternativ zum schlagartigen Befüllen kann die Einleitung des Füllprodukts 110 in den Behälter 100 ohne oder ohne wesentliche Druckdifferenz erfolgen, beispielsweise allein schwerkraftbedingt. Dies kann beispielsweise in einem Freistrahlfüllverfahren erfolgen.
Alternativ kann das Einleiten des Füllprodukts 110 in den Behälter 100 durch ein Gegendruckverfahren erfolgen, bei dem das Füllprodukt 110 gegen einen erhöhten Behälterinnendruck eingeleitet wird.
Die 3b zeigt eine beispielhafte Druckkurve während der Entlastung des Behälters 100, nachdem der Behälter 100 mit Füllprodukt 100 befüllt wurde. In der 3b ist ein zweistufiges Entlasten dargestellt, das einen ersten Schritt der Entlastung, bezeichnet als „Entlasten 1“, eine Beruhigungsphase mit leichtem Druckaufbau, bezeichnet als „Beruhigung“, und einen zweiten Schritt der Entlastung, bezeichnet als „Entlasten 2“, umfasst.
Aus dem zeitlichen Druckabfall während Entlasten 1 kann auf die Größe des Kopfraums K des Behälters 100 nach dem Befüllen geschlossen werden sowie auf den zu erwartenden Innendruck des Behälters 100 nach dem Verschließen. Daraus kann eine zu erwartende CO₂-Verarmung des Füllprodukts 110 ermittelt, beispielsweise errechnet, werden. Bei der beispielhaften zweistufigen Entlastung kann ferner durch Auswertung des Druckaufbaus während der Beruhigungsphase auf die Qualität einer CO₂-Imprägnierung des Füllprodukts 110 beim Mixer geschlossen werden. Eine automatische Regelung, insbesondere Zeitoptimierung, der Entlastung(en) und Beruhigung sind auch hier möglich.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend dargelegte automatische Optimierung und/oder Justierung der Vorrichtung 1 an veränderte Umgebungs- und/oder Prozessbedingungen nicht auf die Auswertung einer Druckkurve beschränkt ist. Vielmehr können alternativ oder zusätzlich auch andere Fluidparameter während der Behandlungsschritte herangezogen werden, wie beispielsweise der Volumendurchfluss von Behandlungsgasen, Temperaturänderungen und dergleichen. Somit kann zusätzlich zum Druckaufnehmer 38 ein Durchflussmesser, Druckdifferenzmesser, Temperatursensor usw. im Füllorgan 10 installiert sein, oder der Druckaufnehmer 38 kann durch einen oder mehrere solcher Sensoren ersetzt werden. Entsprechend stehen diese mit der Steuereinrichtung 7 in Kommunikation, drahtlos oder drahtgebunden, um die jeweiligen Messdaten aufzuzeichnen und zur „selbstlernenden“ Optimierung bzw. Anpassung der Vorrichtung 1 zu verwenden.
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: Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt
10: Füllorgan
2: Füllproduktreservoir
20: Gasraum
22: Druckleitung
3: Füllproduktleitung
30: Zentrierglocke
32: Füllproduktventil
36: Drosselventil
38: Druckaufnehmer
4: Vakuumvorrichtung
40: Vakuumventil
5: Spanngasvorrichtung
50: Spanngasventil
7: Steuereinrichtung
100: Behälter
102: Mündung
110: Füllprodukt
N: Füllniveau
K: Kopfraum des Behälters

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014104873 A1 [0005]
DE 102014116267 B3 [0005]

Claims

Verfahren zum Befüllen von Behältern (100) mit einem Füllprodukt (110), vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei das Verfahren aufweist: Behandeln eines Behälters (100), umfassend ein Einleiten des Füllprodukts (110) in den Behälter (100), wobei die Behandlung durch einen oder mehrere Prozessparameter bestimmt ist; Detektieren und Aufnehmen während der Behandlung des Behälters (100) eines zeitlichen Druckverlaufs im Innenraum des Behälters (100); Verändern zumindest eines der Prozessparameter auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs; und Anwenden des veränderten Prozessparameters auf die Behandlung eines oder mehrerer nachfolgender Behälter (100).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs veränderte Prozessparameter eine Behandlungszeit ist, welche die Zeitdauer zumindest eines Schritts oder einer Phase der Behandlung kennzeichnet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zumindest einen Schritt der Evakuierung des Behälters (100) vor dem Einleiten des Füllprodukts (110) in den Behälter (100) umfasst und die Evakuierungszeit als Prozessparameter auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs verändert wird, wobei dazu vorzugsweise der Evakuierungsgrad aus dem zeitlichen Druckverlauf ermittelt und zur Veränderung des Prozessparameters herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zumindest einen Schritt des Spülens des Behälters (100) mit einem Spülgas, vorzugsweise CO₂, vor dem Einleiten des Füllprodukts (110) in den Behälter (100) umfasst und die Spülzeit als Prozessparameter auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zumindest einen Schritt des Vorspannens des Behälters (100) mit einem Vorspanngas, vorzugsweise CO₂, vor dem Einleiten des Füllprodukts (110) in den Behälter (100) umfasst und die Vorspannzeit als Prozessparameter auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zumindest einen Schritt des Entlastens des Behälters (100) nach dem Einleiten des Füllprodukts (110) in den Behälter (100) umfasst und auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs die Entlastungszeit als Prozessparameter verändert wird und/oder die Größe eines Kopfraums (K) des Behälters (100) und/oder der zu erwartende Innendruck des Behälters (100) nach einem Verschließen des Behälters (100) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs zumindest eine Eigenschaft des Behälters (100), vorzugsweise seine Größe, ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllprodukt (110) unter einem Fülldruck in den Behälter (100), der sich relativ zum Fülldruck unter Unterdruck befindet, eingeleitet wird, oder das Füllprodukt (110) im Wesentlichen ohne Druckdifferenz zum Behälterinnendruck eingeleitet wird, oder das Füllprodukt (110) durch ein Gegendruckverfahren in den Behälter (100) eingeleitet wird, bei dem das Füllprodukt (110) gegen einen erhöhten Behälterinnendruck eingeleitet wird.
Vorrichtung (1) zum Befüllen von Behältern (100) mit einem Füllprodukt (110), vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung (1) aufweist: ein Füllorgan (10), das zum Behandeln eines Behälters (100), umfassend ein Einleiten des Füllprodukts (110) in den Behälter (100), eingerichtet ist, wobei die Behandlung durch einen oder mehrere Prozessparameter bestimmt ist; einen Druckaufnehmer (38) und eine mit diesem in Kommunikation stehende Steuereinrichtung (7), die eingerichtet sind, um während der Behandlung des Behälters (100) einen zeitlichen Druckverlauf im Innenraum des Behälters (100) zu detektieren und aufzunehmen; wobei die Steuereinrichtung (7) ferner mit dem Füllorgan (10) in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um zumindest einen der Prozessparameter auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs zu verändern und das Füllorgan (10) so anzusteuern, dass der veränderte Prozessparameter auf die Behandlung eines oder mehrerer nachfolgender Behälter (100) angewendet wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) eingerichtet ist, um eine Behandlungszeit, welche die Zeitdauer zumindest eines Schritts oder einer Phase der Behandlung kennzeichnet, als Prozessparameter zu verändern.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllorgan (10) eingerichtet ist, um zumindest einen Schritt der Evakuierung des Behälters (100) vor dem Einleiten des Füllprodukts (110) in den Behälter (100) durchzuführen, und die Steuereinrichtung (7) eingerichtet ist, um die Evakuierungszeit als Prozessparameter auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs zu verändern.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllorgan (10) eingerichtet ist, um zumindest einen Schritt des Spülens des Behälters (100) mit einem Spülgas, vorzugsweise CO₂, vor dem Einleiten des Füllprodukts (110) in den Behälter (100) durchzuführen, und die Steuereinrichtung (7) eingerichtet ist, um die Spülzeit als Prozessparameter auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs zu verändern.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllorgan (10) eingerichtet ist, um zumindest einen Schritt des Vorspannens des Behälters (100) mit einem Vorspanngas, vorzugsweise CO₂, vor dem Einleiten des Füllprodukts (110) in den Behälter (100) durchzuführen, und die Steuereinrichtung (7) eingerichtet ist, um die Vorspannzeit als Prozessparameter auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs zu verändern.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllorgan (10) eingerichtet ist, um zumindest einen Schritt des Entlastens des Behälters (100) nach dem Einleiten des Füllprodukts (110) in den Behälter (100) durchzuführen, und die Steuereinrichtung (7) eingerichtet ist, um auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs die Entlastungszeit als Prozessparameter zu verändern und/oder die Größe eines Kopfraums (K) des Behälters (100) und/oder den zu erwartenden Innendruck des Behälters (100) nach einem Verschließen des Behälters (100) zu ermitteln.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) eingerichtet ist, um auf Grundlage des aufgenommenen Druckverlaufs zumindest eine Eigenschaft des Behälters (100), vorzugsweise seine Größe, zu ermitteln.