DE102020134269A1

DE102020134269A1 - Verfahren zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten

Info

Publication number: DE102020134269A1
Application number: DE102020134269.1A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath; Thomas Stienen; Andreas Will
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken, bei dem- Wasser in einen Wassertank (101) eingeleitet und in dem Wassertank (101) entgast wird,- das entgaste Wasser mit einem Konzentrat und/oder Sirup gemischt wird, um ein Fluidgemisch zu erzeugen,- in das Fluidgemisch Kohlendioxid injiziert wird, um das karbonisierte Fluidprodukt zu erzeugen,- das derart erzeugte karbonisierte Fluidprodukt in einem Produkttank (111) zwischengespeichert und von dort an eine mit dem Produkttank (111) fluidisch verbundene Füllmaschine (1) geleitet wird,- das karbonisierte Fluidprodukt mittels der Füllmaschine (1) in Behälter (2) abgefüllt wird, und- das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt vor der Abfüllung in die Behälter (2) gegenüber einer Ausgangstemperatur (T1) erwärmt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Anlage zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken.
Mehr im Detail betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren sowie eine Anlage zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten bzw. kohlesäurehaltigen Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken, mit einer Behälterbehandlungsmaschine wie diese in der Getränkeindustrie Anwendung findet und mit einer Leistung von beispielsweise mehr als 10.000 Behältern pro Stunde, vorzugsweise mit einer Leistung von mehr als 50.000 Behältern pro Stunde, zum Einsatz kommen kann. Insbesondere kann die Behälterbehandlungsmaschine der Anlage als Füllmaschine zum Befüllen von Behältern ausgebildet sein.
Füllmaschinen solcher Anlagen der genannten Art verfügen über eine Vielzahl von Behandlungsstationen bzw. -positionen welche auch als Füllstationen oder Füllpositionen verstanden werden können. An jeder Füllstation der Füllmaschine ist ein Füllelement oder Füllorgan mit einem Füllventil bzw. Flüssigkeitsventil vorgesehen, über dessen Abgabeöffnung das flüssige Füllgut in den Behälter abgegeben wird. Beispielsweise erfolgt die Abgabe des Füllgutes in die Behälter mittels eines sogenannten „Freistrahlfüllens“.
Unter „Freistrahlfüllen“ oder „Freistrahlbefüllung“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Füllverfahren verstanden, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter ab dem Flüssigkeitsventil in einem freien Füllstrahl oder Füllgutstrahl zuströmt, wobei die Strömung des Füllgutes nicht durch Leitelemente wie z.B. Ableitschirme, Drallkörper, kurze oder lange Füllrohre beeinflusst oder verändert wird. Freistrahlfüllen kann sowohl drucklos, also auch unter Druck erfolgen. Bei der drucklosen Freistrahlfüllung weist der Behälter Umgebungsdruck auf, wobei der Behälter in der Regel mit seiner Behältermündung oder -öffnung nicht am Füllelement anliegt, sondern von dem Füllelement bzw. von einer vorgesehenen Abgabeöffnung beabstandet ist. Liegt der Behälter bei der drucklosen Freistrahlfüllung doch mit seiner Behältermündung am Füllelement an, so stellt ein Gasweg eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Behälters und der Umgebung her, wodurch eine drucklose Füllung ermöglicht wird. Bevorzugt entweicht über diesen Gasweg auch das im Behälter enthaltene und durch das in den Behälter einströmende Getränk verdrängte Gas in die Umgebung.
Erfolgt die Freistrahlfüllung unter einem vom Umgebungsdruck abweichenden Druck, so wird der Behälter mit seiner Mündung gegen das Füllelement angepresst und abgedichtet, der Druck im Innenraum des Behälters wird durch Beaufschlagung mit einem Spanngas oder durch Beaufschlagung mit einem Unterdruck auf diesen, vom Umgebungsdruck abweichenden Druck eingestellt, welcher sowohl über, als auch unter dem Umgebungsdruck liegen kann.
Verfahren und Füllsysteme zum Füllen von Behältern mit einem karbonisierten Fluidprodukt sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt, wobei bei diesen bekannten Verfahren und Füllsystemen der eigentlichen Füllphase, die z.B. aus wenigstens zwei Teilphasen in Form einer Schnellfüllphase und wenigstens einer Langsamfüllphase bestehen kann, in der Regel zeitlich wenigstens eine Spülphase vorausgeht, in der der Innenraum der Behälter mit einem Spülgas, d.h. mit Inertgas, wie z.B. CO₂-Gas, gespült wird.
Bekannt ist speziell auch ein Verfahren zum Druckfüllen ( DE 42 25 476 A1 ), bei dem nach Abschluss der Füllphase zunächst eine Vorentlastung des jeweiligen in Dichtlage am Füllelement vorgesehenen Behälters auf einen noch über dem Atmosphärendruck liegenden Vorentlastungsdruck in eine für sämtliche Füllelemente des Füllsystems gemeinsame Vorentlastungskammer erfolgt und erst anschließend in einer Restentlastungsphase ein Restentlasten des jeweiligen Behälters auf Atmosphären- bzw. Umgebungsdruck. Bei diesem bekannten Verfahren ist auch vorgesehen, die Behälter mit dem Inertgas aus der Vorentlastungskammer zu spülen.
Aus dem Stand der Technik, nämlich der DE 10 2014 104 873 A1 , ist auch bereits eine Füllmaschine für einen Getränke-Abfüllprozess bekannt, bei der ein CO₂-haltiges Getränk, also ein karbonisiertes Fluidprodukt, in einen evakuierten Behälter, insbesondere eine Flasche, gefüllt wird. Bei diesem Einfüllen in die evakuierte Flasche erfolgt der Füllvorgang mit sehr hoher Geschwindigkeit, wodurch ein zeitnahes Entlasten und Abziehen des Behälters von der Füllstelle nicht möglich ist, da dieses unweigerlich zu einem übermäßigen Aufschäumen des Füllgutes führen würde. Der Füllvorgang wird daher in diesem bekannten Verfahren direkt an der Füllstelle mit dem Verschließprozess kombiniert. Dabei erfolgt der Verschließvorgang in einem geschlossenen Gasraum oberhalb der Flasche und unter einem Druck oberhalb des CO₂-Sättigungsdruckes. Hierbei wird der zu befüllende Behälter vor dem eigentlichen Evakuieren mit einem dampfhaltigen Spülgas gespült.
Um jedoch ein übermäßiges Aufschäumen der abzufüllenden, karbonisierten Fluidprodukte während und/oder nach Abschluss des Füllverfahrens zu vermeiden, werden die karbonisierten Fluidprodukte im Stand der Technik üblicherweise in einem dem Fachmann als „Kaltabfüllung“ bekannten Füllverfahren in solchen Anlagen zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten abgefüllt. Nachteilig, insbesondere bei sauerstoffempfindlichen Fluidprodukten ist hierbei, dass es in solchen Anlagen zu einer übermäßigen Sauerstoffaufnahme der in die Behälter abgefüllten karbonisierten Fluidprodukte am Ende des Abfüllvorgangs kommen kann, da sich auf Grund des fehlenden Aufschäumens im Behälterhals noch Restsauerstoff befindet, der nicht verdrängt wird. Dies kann nach Verschließen der Behälter eine Verringerung der Haltbarkeit sowie eine unerwünschte Geschmacksveränderung der abgefüllten karbonisierten Fluidprodukte verursachen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken, aufzuzeigen, das die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet bzw. verringert und dabei insbesondere bessere Produkteigenschaften des abzufüllenden karbonisierten Fluidproduktes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken, gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird zur Lösung der Aufgabe eine Anlage zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken, in Patentanspruch 16 angegeben. Die jeweiligen Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken, bei dem Wasser in einen Wassertank eingeleitet und in dem Wassertank entgast wird. Ferner wird dabei dem erfindungsgemäßen Verfahren das entgaste Wasser mit einem Konzentrat und/oder Sirup gemischt, um ein Fluidgemisch zu erzeugen.
In das Fluidgemisch wird Kohlendioxid (CO₂) injiziert, um das karbonisierte Fluidprodukt zu erzeugen. Anschließend wird das derart erzeugte karbonisierte Fluidprodukt in einem Produkttank zwischengespeichert und von dort an eine mit dem Produkttank fluidisch verbundene Füllmaschine geleitet. Mittels der Füllmaschine wird das karbonisierte Fluidprodukt in Behälter abgefüllt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt vor der Abfüllung in die Behälter gegenüber einer Ausgangstemperatur erwärmt wird.
Technisch vorteilhaft kommt es durch die Erwärmung des Wassers und/oder des Fluidgemisches und/oder des karbonisierten Fluidproduktes vor der Abfüllung in die Behälter zu einer Verringerung der Sauerstoffaufnahme am Ende des Abfüllvorgangs, insbesondere da die Erwärmung zu einem gezielten Aufschäumen des abzufüllenden karbonisierten Fluidproduktes bzw. einem gezielten Ausgasen des Kohlendioxids führt und dies eine Verdrängung des Restsauerstoffes aus dem Kopf des Behälters verursacht. Dies ist deshalb möglich, da sämtliche erfindungsgemäß vorgeschlagenen Erwärmungsschritte bzw. Erwärmungszeitpunkte zu einer Erwärmung und damit einem Temperaturanstieg des abzufüllenden karbonisierten Fluidproduktes vor dessen eigentlichen Abfüllung führen.
Zudem führt die höhere Temperatur des Fluidprodukts zu einer geringeren Sauerstofflöslichkeit. Vorteilhaft wird durch die höhere Temperatur des Fluidprodukts vor dessen Abfüllung auch dessen Viskosität verringert und damit die Handhabbarkeit des karbonisierten Fluidproduktes erleichtert. Zudem kann durch die höhere Temperatur des karbonisierten Fluidproduktes Kondensat an den Außenoberflächen der Behältnisse vermieden werden, was zu einer besseren Etikettenhaftung in einem nachgelagerten Etikettierverfahren und einer Vermeidung von Verformungen der (Gebinde-)Kartonverpackungen führt, die auf Grund des Kondensates mechanische Stabilität einbüßen können. Im Sinne eines besonders ökologischen und ökonomischen Betriebs einer Anlage zur Herstellung und Abfüllung eines karbonisierten Fluidproduktes kann durch das Wasser, das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt ein weiteres Medium innerhalb der Abfüllanlage und/oder eine oder mehrere Anlagenkomponenten gekühlt werden.
Die Ausgangstemperatur kann beispielsweise eine Temperatur des Wassers, insbesondere im Wassertank oder stromabwärts des Wassertanks, eine Temperatur des Fluidgemisches oder eine Temperatur des karbonisierten Fluidproduktes vor dessen Abfüllung in die Behälter sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Ausgangstemperatur erfasst wird und die Temperatur des Wassers in einer Förderrichtung stromaufwärts des Wassertanks und/oder die Temperatur des Wassers in dem Wassertank und/oder die Temperatur des Wassers in Förderrichtung stromabwärts des Wassertanks und/oder die Temperatur des Fluidgemischs und/oder die Temperatur des karbonisierten Fluidproduktes vor der Abfüllung in die Behälter in Abhängigkeit der erfassten Ausgangstemperatur erwärmt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Temperatur des Wassers und/oder des Fluidgemisches und/oder des karbonisierten Fluidproduktes vor der Abfüllung in die Behälter kontinuierlich erhöht wird.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt auf eine zweite Temperatur (im Folgenden „Heiztemperatur“ genannt) vor Abfüllung des karbonisierten Fluidproduktes in die Behälter erwärmt wird, die in etwa mindestens 2° Celsius, insbesondere mindestens 3° Celsius, über der erfassten Ausgangstemperatur liegt. Vorzugsweise liegt die Heiztemperatur höchstens 10° Celsius, insbesondere höchstens 8° Celsius, über der erfassten Ausgangstemperatur. Die Heiztemperatur kann insbesondere gleich der Abfülltemperatur sein, mit welcher das karbonisierte Fluidprodukt in die Behälter abgefüllt wird.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt vor der Abfüllung in die Behälter gegenüber der Ausgangstemperatur mittels zumindest einer Heizeinrichtung erwärmt wird, die als Bestandteil eines Steuer- und/oder Regelkreises ausgebildet ist und deren Heizleistung mittels einer Steuereinheit des Steuer- und/oder Regelkreises gesteuert und/oder geregelt wird.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass mittels des Steuer- und/oder Regelkreises die Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung in Abhängigkeit der erfassten Ausgangstemperatur und/oder der erfassten Heiztemperatur gesteuert und/oder geregelt wird, und zwar insbesondere derart, dass die Heiztemperatur um einige Grad Celsius, vorzugsweise um 2° Celsius bis 10° Celsius, über der Ausgangstemperatur liegt.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das karbonisierte Fluidprodukt im Produkttank und/oder nach Verlassen des Produkttanks sowie vor Abfüllung in die Behälter mittels der zumindest einen Heizeinrichtung erwärmt wird.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Ausgangstemperatur und die Heiztemperatur erfasst und verglichen werden und die Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung in Abhängigkeit einer aus der Ausgangstemperatur und der Heiztemperatur ermittelten Temperaturdifferenz gesteuert und/oder regelt wird.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung derart in Abhängigkeit der sich ergebenden Temperaturdifferenz zwischen der erfassten Ausgangtemperatur und der erfassten Heiztemperatur gesteuert und/oder regelt werden, dass bei Erreichen und/oder Überschreiten einer vorgegebenen Temperaturdifferenz die Heizleistung gegenüber der aktuellen Heizleistung verringert wird und/oder bei Unterschreiten einer vorgegebenen Temperaturdifferenz die Heizleistung gegenüber der aktuellen Heizleistung erhöht wird.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Ausgangstemperatur in Förderrichtung vor der zumindest einen Heizeinrichtung erfasst wird und mit der in Förderrichtung nach der zumindest einen Heizeinrichtung erfassten Heiztemperatur verglichen wird und die Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung in Abhängigkeit einer aus der Ausgangstemperatur und der Heiztemperatur ermittelten Temperaturdifferenz gesteuert und/oder geregelt wird.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass als Wärmequelle für die zumindest eine Heizeinrichtung die Abwärme eines Füllmaschinenantriebs der Füllmaschine und/oder die Abwärme einer Wasserförderpumpe und/oder die Abwärme einer Entgasungseinheit und/oder die Abwärme einer Karbonisierungspumpe verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Abwärme einer ggf. vorhandenen Behälterreinigungsmaschine und/oder die von einer Kühlzone eines ggf. vorhandenen (Tunnel-)Pasteurs abgeführte Abwärme als Wärmequelle für die zumindest eine Heizeinrichtung verwendet werden.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Heizleistung zur Erwärmung des Wassers und/oder des Fluidgemischs und/oder des karbonisierten Fluidproduktes mittels eines Wärmetauschers der Heizeinrichtung aus der Abwärme rückgewonnen wird.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Heizleistung des Wärmetauschers mittels der Steuereinheit des Steuer- und/oder Regelkreises gesteuert und/oder geregelt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass mittels der Steuereinheit die Förderleistung eine Förderpumpe, welche ein Medium, wie z.B. Wasser, durch den Wärmetauscher fördert, gesteuert und/oder geregelt wird.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Heizleistung der Heizeinrichtung, insbesondere deren gesamte Heizleistung, mittels zumindest eines elektrischen Heizers, wie z.B. eines als Heizpatrone ausgebildeten elektrischen Heizers, bereitgestellt wird.
Gemäß einer nochmals weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass zumindest eine fluidische Verbindungsleitung, vorzugsweise eine den Produkttank mit der Füllmaschine fluidisch verbindende Produktleitung, zumindest abschnittsweise eine Ummantelung aufweist, die mit einem Heizmedium befüllt ist, welches beispielsweise mittels eines elektrischen Heizers erwärmt wird. Die besagte fluidische Verbindungsleitung kann dabei z.B. zumindest abschnittsweise als Doppelrohr (Rohr-In-Rohr-System) ausgebildet sein, wobei das Heizmedium durch das äußere Rohr geleitet wird. Alternativ ist es bei einer Ausgestaltung als Doppelrohr möglich, das Heizmedium durch das innere Rohr zu leiten.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Anlage zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken, zumindest aufweisend einen Wassertank, in welchen Wasser von einer Wasserquelle einleitbar ist, und eine Entgasungseinheit zum Entgasen des Wassers in dem Wassertank. Weiter umfasst die Anlage eine Mischeinrichtung zum Mischen des entgasten Wassers mit einem Konzentrat und/oder Sirup, um ein Fluidgemisch zu erzeugen, und eine Karbonisierungseinheit zum Injizieren von Kohlendioxid in das Fluidgemisch, um das karbonisierte Fluidprodukt zu erzeugen. Zudem umfasst die Anlage einen Produkttank zum Zwischenspeichern des derart erzeugten karbonisierten Fluidprodukts, eine mit dem Produkttank fluidisch verbundene Füllmaschine zum Abfüllen des karbonisierten Fluidprodukts in Behälter und zumindest eine Heizeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt vor der Abfüllung in die Behälter gegenüber einer Ausgangstemperatur zu erwärmen.
„In Dichtlage mit dem Behandlungskopf oder Füllelement befindlicher Behälter“ bedeutet im Sinne der Erfindung, dass der jeweilige Behälter in der dem Fachmann bekannten Weise mit seiner Behältermündung dicht an den Behandlungskopf oder an das Füllelement bzw. an eine dortige Dichtung angepresst anliegt.
Unter „Behälter“ im Sinne der Erfindung werden jedwede Behälter verstanden, insbesondere Flaschen, Dosen, Becher etc., jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, vorzugsweise aus PET (Polyethylenterephthalat).
„Füllmaschine umlaufender Bauart“ ist im Sinne der Erfindung eine Füllmaschine mit einem umlaufend angetriebenen Transportelement, vorzugsweise Rotor, und mit am Transportelement gebildeten Füllpositionen zum Füllen der Behälter.
Die Ausdrücke „im Wesentlichen“, „etwa“ und „circa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um bis zu +/- 10%, bevorzugt bis zu um +/- 5%, und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch werden die Merkmale bzw. Merkmalskombinationen der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung erklärt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 in grob schematischer Ansicht eine beispielhafte Ausführungsvariante einer Anlage zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist;
2 in grob schematischer Ansicht eine weitere beispielhafte Ausführungsvariante einer Anlage zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, die ebenfalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist;
3 in grob schematischer Ansicht eine nochmals weitere beispielhafte Ausführungsvariante einer Anlage zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, die ebenfalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist;
4 in grob schematischer Darstellung und im Schnitt eine beispielhafte Ausführungsvariante eines Füllelementes zur Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten einer Füllmaschine einer Anlage gemäß einer der 1 bis 3;
5 und 6 in vergrößerter Darstellung Details des beispielhaften Füllelementes der 4;
7 in schematischer Einzeldarstellung das Spülrohr und den dieses Spülrohr umschließenden ringförmigen Rückgaskanal des beispielhaften Füllelementes der 4.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren, soweit zweckdienlich, identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
In den Figuren bezieht sich das Bezugszeichen 100 auf eine Anlage zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidproduktenauszuführen.
Die Anlage 100 weist einen Wassertank 101 auf, der mit einer Wasserquelle 102 zum Speisen der Anlage 100 mit Wasser fluidisch verbunden ist. Dabei kann es sich bei dem Wasser der Wasserquelle 102 um aufbereitetes Wasser handeln. Insbesondere bildet dabei das Wasser das Ausgangsfluid zur Herstellung des karbonisierten Fluidproduktes, insbesondere des karbonisierten Erfrischungsgetränkes, das im weiteren Verlauf mittels der Anlage 100, also insbesondere in einer Förderrichtung FR stromabwärts der Anlage 100, zu dem dann letztlich abzufüllenden karbonisierten Fluidprodukt weiterverarbeitet wird.
Der Wassertank 101 ist dabei zum Speichern und/oder Zwischenspeichern des von der Wasserquelle 102 in den Wassertank 101 eingeleiteten Wassers ausgebildet. Insbesondere kann das Wasser mit einer Temperatur von näherungsweise 6° Celsius bis in etwa 17° Celsius aus der Wasserquelle 102 in Förderrichtung FR in die Anlage 100 strömen und mit näherungsweise dieser Temperatur in den Wassertank 101 eingeleitet werden bzw. in den Wassertank 101 eintreten. Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Wassertank 101 thermisch isoliert ist. Besonders bevorzugt weist das Wasser eine Temperatur von ca. 6° Celsius bis in etwa 12° Celsius auf.
Die Anlage 100 weist zudem zumindest eine Entgasungseinheit 115 auf, welche in fluidischer Wirkverbindung mit dem Wassertank 101 steht und mittels welcher das in dem Wassertank 101 befindliche Wasser entgast werden kann. Dabei kann die zumindest eine Entgasungseinheit 115 eine Vakuumpumpe und/oder eine thermische Entgasungsvorrichtung und/oder eine Ultraschallentgasungsvorrichtung umfassen. Insbesondere kann die Entgasungseinheit 115 Luft und/oder Gase aus dem Wasser des Wassertanks 101 und/oder dem Innern des Wassertanks 101 entfernen, mithin also das Wasser entgasen. Vorteilhaft kann dabei mittels der Entgasungseinheit 115 innerhalb des Wassertanks 101 ein Unterdruck von mindestens 0,8 bar, besonders bevorzugt von näherungsweise 0,91 bar, erzeugt werden.
Ferner weist die Anlage 100 eine vorzugsweise ausgangsseitig mit dem Wassertank 101 fluidisch verbundene, vorzugsweise motorisch angetriebene Wasserförderpumpe 104 auf, mittels der das dann entgaste Wasser aus dem Wassertank 101 angesaugt und in Förderrichtung FR an eine dem Wassertank 101 nachgeschaltete Mischeinrichtung 105 geleitet bzw. gefördert werden kann. Mittels der Mischeinrichtung 105 wird dem entgasten Wasser ein Konzentrat und/oder Sirup in einem vorzugsweise vorbestimmten Mischverhältnis hinzugefügt und mit dem Wasser derart vermischt, dass ein flüssiges Fluidgemisch erzeugt wird. Vorzugsweise ist das Mischverhältnis aus entgastem Wasser und Konzentrat in der Anlage 100 steuer- und oder regelbar.
Hierfür kann die Mischeinrichtung 105 der Anlage 100 zumindest einen Konzentratbehälter 106 aufweisen, in dem das Sirup und/oder Konzentrat zur Weiterverarbeitung bevorratet aufgenommen ist. Beispielsweise kann es sich bei dem in dem Konzentratbehälter 106 bevorrateten Konzentrat um ein Sirup mit Getränkearoma handeln.
Nachdem das Fluidgemisch erzeugt wurde, wird dieses Fluidgemisch in Förderrichtung FR an eine Karbonisierungseinheit 108 gefördert, die ebenfalls Teil oder Bestandteil der Anlage 100 ist und mittels der Kohlendioxid in das Fluidgemisch injiziert und damit das karbonisierte Fluidprodukt erzeugt wird. Insbesondere handelt es sich bei dem solchermaßen hergestellten karbonisierten Fluidprodukt und ein kohlesäurehaltiges Erfrischungsgetränk. Mehr im Detail kann die Karbonisierungseinheit 108 hierfür eine motorisch angetriebene Karbonisierungspumpe 109, insbesondere eine CO₂-Pumpe, sowie eine mit der Karbonisierungspumpe 109 zusammenwirkenden Kohlendioxid-Dosiervorrichtung 110 aufweisen. Vorteilhaft kann das Injizieren des Fluidgemisches mit Kohlendioxid bei einem Druck in einem Bereich von ungefähr 3,2 bar bis ungefähr 4,2 bar erfolgen.
Anschließend wird das derart erzeugte karbonisierte Fluidprodukt in einen Produkttank 111 geleitet, der ebenfalls Teil oder Bestandteil der Anlage 100 ist, und dort gespeichert, insbesondere zwischengespeichert. Es kann vorgesehen sein, dass auch der Produkttank 111 thermisch isoliert ausgebildet ist. Ferner wird das in dem Produkttank 111 zwischengespeicherte karbonisierte Fluidprodukt von dort an eine mit dem Produkttank 111 fluidisch verbundene Füllmaschine 1 geleitet. Mehr im Detail kann der Produkttank 111 mittels einer Produktleitung 112, die vorzugsweise im tiefsten Punkt des Produkttanks 111 in diesen mündet, fluidisch mit der Füllmaschine 1 verbunden sein. Das abzufüllende karbonisierte Fluidprodukt wird dabei von dem Produkttank 111 über die Produktleitung 112 in Förderrichtung FR an bzw. in die Füllmaschine 1 geleitet.
Auch die Füllmaschine 1 ist dabei Teil oder Bestandteil der Anlage 100 zum Herstellen und Abfüllen von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken. Gemäß einer Ausführungsvariante kann der Produkttank 111 mit einem Druck von ungefähr 5,5 bar beaufschlagt werden. Insbesondere kann der Druck im Produkttank 111 in etwa 0,5 bar über dem Fülldruck der Füllmaschine 1 liegen. Schließlich kann das karbonisierte Fluidprodukt mittels der nachstehend noch nähergehend beschriebenen Füllmaschine 1 in Behälter 2 abgefüllt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt vor der Abfüllung in die Behälter 2 gegenüber einer Ausgangstemperatur T1 erwärmt wird. Dabei kann die Ausgangstemperatur T1 die Temperatur des Wassers nach Einleiten durch die Wasserquelle 102 in die Anlage 100 und/oder die Temperatur des Fluidgemisches und/oder die Temperatur des karbonisierten Fluidproduktes vor dessen Abfüllung in die Behälter 2 sein. Die Ausgangstemperatur T1 kann dabei als Referenztemperatur fungieren, gegenüber der das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt vor der Abfüllung in die Behälter 2 erwärmt wird.
Mehr im Detail kann vorgesehen sein, dass die Ausgangstemperatur T1 erfasst wird und die Temperatur des Wassers in einer Förderrichtung FR stromaufwärts des Wassertanks 101 und/oder die Temperatur des Wassers in dem Wassertank 101 und/oder Temperatur des Wassers in einer Förderrichtung FR stromabwärts des Wassertanks 101 und/oder des Fluidgemischs und/oder des karbonisierten Fluidproduktes vor der Abfüllung in die Behälter 2 in Abhängigkeit der erfassten Ausgangstemperatur T1 erwärmt wird.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Temperatur des Wassers und/oder des Fluidgemisches und/oder des karbonisierten Fluidproduktes vor der Abfüllung in die Behälter 2 kontinuierlich erhöht wird.
Das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt kann auf eine Heiztemperatur T2 vor Abfüllung des karbonisierten Fluidproduktes in die Behälter 2 erwärmt werden, die in etwa 2° Celsius bis ca. 10° Celsius über, also oberhalb, der erfassten Ausgangstemperatur T1 liegt.
Beispielhaft wird in den gezeigten Ausführungsvarianten der 1 bis 3 davon ausgegangen, dass es sich bei der Ausgangstemperatur T1 um die Temperatur des karbonisierten Fluidproduktes im Produkttank 111 handelt, die mittels eines ersten Temperatursensors TS1 erfasst werden kann
Die Heiztemperatur T2 kann mittels eines zweiten Temperatursensors TS2 erfasst werden, der beispielsweise in Förderrichtung FR gesehen nach dem Produkttank 111 angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsvariante der 1 bis 3 ist der zweite Temperatursensor TS2 in der Produktleitung 112 vorgesehen und dazu ausgebildet, die Temperatur des abzufüllenden karbonisierten Fluidproduktes vor, insbesondere unmittelbar vor dessen Abfüllung mittels der Füllmaschine 1, zu erfassen.
Die Anlage 100 kann ferner einen Steuer- und/oder Regelkreis RK aufweisen, der wenigstens eine Steuereinheit SE zur Steuerung und/oder Regelung der Heizleistung wenigstens einer Heizeinrichtung 120 sowie zumindest den ersten Temperatursensor TS1 zur Erfassung der Ausgangstemperatur T1 und vorzugsweise auch den zweiten Temperatursensor TS2 zur Erfassung der Heiztemperatur T2 vor Abfüllung des karbonisierten Fluidproduktes in die Behälter 2 aufweist. Der erste und zweite Temperatursensor TS1 und TS2 sind jeweils über eine Signalleitung mit der Steuereinheit SE verbunden. Mittels der zumindest einen Heizeinrichtung 120 kann dabei das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt vor der Abfüllung in die Behälter 2 gegenüber der Ausgangstemperatur T1 erwärmt werden.
Mittels des Steuer- und/oder Regelkreises RK kann die Heizleistung der wenigstens einer Heizeinrichtung 120 in Abhängigkeit der Ausgangstemperatur T1 und/oder der Heiztemperatur T2 gesteuert und/oder geregelt werden, und zwar insbesondere derart, dass die Heiztemperatur T2 um einige Grad Celsius, vorzugsweise um 2° Celsius bis 10° Celsius, über der Ausgangstemperatur T1 liegt.
Als Wärmequelle für die zumindest eine Heizeinrichtung 120 kann z.B. die Abwärme von in der Anlage 100 vorhandenen Wärmequellen, wie insbesondere die Abwärme des Füllmaschinenantriebs 1.1 der Füllmaschine 1 und/oder die Abwärme der Wasserförderpumpe 104 und/oder die Abwärme der Entgasungseinheit 115 und/oder die Abwärme der Karbonisierungspumpe 109, verwendet werden. Alternativ oder kumulativ können als Wärmequelle für die zumindest eine Heizeinrichtung 120 auch zusätzliche Wärmequellen, wie insbesondere zusätzliche elektrische Heizer 140, beispielsweise in Form von einer oder mehreren Heizpatronen, verwendet werden. Dies wird nachstehend im Zusammenhang der Beschreibung von 3 noch nähergehend erläutert.
Bei Ausführungsbeispielen, bei denen als Wärmequelle für die zumindest eine Heizeinrichtung 120 die Abwärme von in der Anlage 100 vorhandenen Wärmequellen, wie insbesondere die Abwärme des Füllmaschinenantrieb 1.1 der Füllmaschine 1 (vgl. 1) verwendet wird, kann die Heizeinrichtung 120 hierfür wenigstens einen Wärmetauscher 121, insbesondere in Form eines Platten- oder Rohrwärmetauschers, mit vollständig getrennten Medienfluss zwischen seiner Primärseite 122 und seiner Sekundärseite 123 umfassen.
Der Wärmetauscher 121 ist dabei dazu ausgebildet, an seiner Primärseite 122 ein warmes Medium abzukühlen und an seiner Sekundärseite 123 die Wärme an ein zu erwärmendes Medium abzugeben. Insbesondere wird dabei durch die Primärseite 122 des Wärmtauschers 121 ein Kühlkreislauf KK für ein warmes Medium geleitet, das abzukühlen ist, und durch seine Sekundärseite 123 die Produktleitung 112 mit dem abzufüllenden karbonisierten Fluidprodukt, das zu erwärmen ist. Als Steuerelement für die Steuerung der Heizleistung der Heizeinrichtung 120 fungiert eine Kühlmittelpumpe 124, die über eine Steuerleitung ebenfalls mit der Steuereinheit SE verbunden ist. Über eine Änderung des mittels der Kühlmittelpumpe 124 durch den Kühlkreislauf KK gepumpten Volumenstroms kann dabei die Heizleistung des Wärmetauschers 121 von der Steuereinheit SE gesteuert werden. Insbesondere wird der Volumenstrom der Kühlmittelpumpe 124 des Kühlkreislaufes KK in Abhängigkeit der erfassen Ausgangstemperatur T1 und/oder Heiztemperatur T2 mittels der Steuereinheit SE gesteuert und/oder geregelt.
Als Wärmequelle für die Primärseite 122 des Wärmetauschers 121 kann dabei die Abwärme einer oder mehrerer vorhandener Anlagenkomponenten der Anlage 100 verwendet werden. Wie in der 1 gezeigt, kann dabei über den Kühlkreislauf KK die Primärseite 122 des Wärmetauschers 121 von der Abwärme des Füllmaschinenantriebs 1.1 der Füllmaschine 1 als Wärmequelle gespeist werden. Damit dient in der Ausführungsvariante der 1 als Wärmequelle für die Speisung der zumindest einen Heizeinrichtung 120 die Abwärme von einer in der Anlage 100 vorhandenen Wärmequelle.
Wie in der Ausführungsvariante der 2 gezeigt, kann dabei alternativ oder kumulativ über den Kühlkreislauf KK die Primärseite 122 des Wärmetauschers 121 auch von der Abwärme der Wasserförderpumpe 104 und/oder der Entgasungseinheit 115 und/oder der Karbonisierungspumpe 109 als Wärmequelle gespeist werden. Gemäß einer nicht gezeigten Ausführungsvariante können die Wasserförderpumpe 104 und/oder der Entgasungseinheit 115 und/oder der Karbonisierungspumpe 109 auch jeweils einen eigenen Kühlkreislauf KK aufweisen. Vorteilhaft können jedoch mehrere, vorzugsweise alle dieser genannten Einheiten, d.h. die Wasserförderpumpe 104, die Entgasungseinheit 115 und die Karbonisierungspumpe 109, einen gemeinsamen Kühlkreislauf KK ausbilden bzw. umfassen.
Alternativ oder kumulativ zu den Wärmequellen für die zumindest eine Heizeinrichtung 120, die die Abwärme von in der Anlage 100 vorhandenen Wärmequellen, wie insbesondere die Abwärme des Füllmaschinenantrieb 1.1 der Füllmaschine 1 verwenden, können als Wärmequelle für die zumindest eine Heizeinrichtung 120, d.h. zur Bereitstellung der Heizleistung der Heizeinrichtung 120, auch zusätzliche Wärmequellen, wie insbesondere zusätzliche elektrische Heizer 140, verwendet bzw. eingesetzt werden. Der zumindest eine zusätzliche Heizer 140 kann beispielsweise in Form von einer Heizpatrone ausgebildet sein. Eine solche Ausführungsvariante ist in 3 beispielhaft mit zwei elektrischen Heizern 140 gezeigt. Diese zusätzlichen Heizer 140 können ebenfalls mittels Steuerleitungen mit der Steuereinheit SE verbunden sein und damit als Teil oder Bestandteil des Steuer- und/oder Regelkreises RK fungieren.
Beispielhaft ist dabei ein elektrischer Heizer 140 im Produkttank 111 zur vorzugsweise direkten Erwärmung des im Produkttanks 111 zwischengespeicherten karbonisierten Fluidproduktes vorgesehen und ein weiterer elektrischer Heizer 140 in der Produktleitung 112 selbst, und zwar zwischen dem Produkttank 111 und der Füllmaschine 1, sodass damit das durch die Produktleitung 112 geleitete karbonisierte Fluidprodukt vorzugsweise direkt erwärmt werden kann. Alternativ oder kumulativ können gemäß einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsvariante die elektrischen Heizer 140 jedoch auch in Förderrichtung FR gesehen stromaufwärts des Produkttanks 111 in der Anlage 100 vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein elektrischer Heizer 140 auch zwischen dem Produkttank 111 und dem Wassertank 101 und/oder zwischen dem Produkttank 111 und der Mischeinrichtung 105 angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann zumindest eine fluidische Verbindungsleitung innerhalb der Anlage 100, insbesondere die den Produkttank 111 mit der Füllmaschine 1 fluidisch verbindende Produktleitung 112, zumindest abschnittsweise eine Ummantelung 117 aufweisen, die mit einem Heizmedium, beispielsweise einem beheizbaren Fluid, befüllt ist. Insbesondere kann dabei zumindest eine fluidische Verbindungsleitung zumindest abschnittsweise als Doppelrohr (Rohr-In-Rohr-System) ausgebildet sein, in dessen äußerem Rohr ein Heizmedium eingefüllt sein kann. Alternativ kann das Doppelrohr auch derart ausgebildet sein, dass das Heizmedium im inneren Rohr geführt ist. Vorzugsweise kann das Heizmedium mittels eines elektrischen Heizers 140 erwärmt werden.
Der Steuer- und/oder Regelkreis RK kann dabei insbesondere in der nachstehend beschriebenen Art und Weise betrieben werden.
Dabei wird in den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen davon ausgegangen, dass das karbonisierte Fluidprodukt nach Verlassen des Produkttanks 111 mittels der Heizeinrichtung 120 erwärmt wird. Ebenso könnte aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch bereits das Wasser nach dessen Einspeisung und/oder das Wasser in und/oder stromabwärts des Wassertanks 101 und/der das Fluidgemisch mittels der Heizeinrichtung 120 erwärmt werden.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Ausgangstemperatur T1 und die Heiztemperatur T2 erfasst und verglichen werden und die Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung 120 in Abhängigkeit einer aus der Ausgangstemperatur T1 und der Heiztemperatur T2 ermittelten Temperaturdifferenz gesteuert und/oder regelt wird. Insbesondere kann die Heizleistung der wenigstens einer Heizeinrichtung 120 derart gesteuert und/oder geregelt werden, dass die Heiztemperatur T2 um in etwa 2° Celsius bis ca. 10° Celsius über, also oberhalb, der erfassten, zumindest einen Ausgangstemperatur T1 liegt.
Die Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung 120 kann derart in Abhängigkeit der sich ergebenden Temperaturdifferenz zwischen der erfassten Ausgangtemperatur T1 und der erfassten Heiztemperatur T2 gesteuert und/oder regelt werden, dass bei Erreichen und/oder Überschreiten einer vorgegebenen Temperaturdifferenz die Heizleistung gegenüber der aktuellen Heizleistung verringert wird und/oder bei Unterschreiten einer vorgegebenen Temperaturdifferenz die Heizleistung gegenüber der aktuellen Heizleistung erhöht wird. Das Verfahren kann hierfür Speichern von vorgegebenen Parameterwerten vorzugsweise in der Steuereinheit SE für die vorgegebene Temperaturdifferenz zwischen der erfassten Ausgangtemperatur T1 und der erfassten Heiztemperatur T2 umfassen. Insbesondere sind dabei als vorgegebene Parameterwerte für die Temperaturdifferenz 2° Celsius bis ca. 10° gespeichert.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Ausgangstemperatur T1 in Förderrichtung FR gesehen vor der zumindest einen Heizeinrichtung 120 erfasst wird und mit einer in Förderrichtung FR gesehen nach der zumindest einen Heizeinrichtung 120 erfassten Heiztemperatur T2 verglichen wird und die Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung 120 in Abhängigkeit einer aus der Ausgangstemperatur T1 und der Heiztemperatur T2 ermittelten Temperaturdifferenz gesteuert und/oder regelt wird.
Es kann auch der Volumenstrom der Kühlmittelpumpe 124 des zumindest einen Kühlkreislaufes KK in Abhängigkeit der erfassen Ausgangstemperatur T1 und/oder Heiztemperatur T2 mittels der Steuereinheit SE geregelt und/oder gesteuert werden.
Die in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Füllmaschine ist dabei Teil oder Bestandteil der erfindungsgemäßen Anlage 100 zum Herstellen und Abfüllen von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken. Mehr im Detail ist die Füllmaschine 1 dazu ausgebildet, den Füllschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem das karbonisierte Fluidprodukt mittels der Füllmaschine 1 in die Behälter 2 abgefüllt wird, durchzuführten.
Hierfür ist die Füllmaschine 1 der Anlage 100 zum Füllen, vorzugsweise Druckfüllen, von Behältern 2, beispielsweise in Form von Flaschen, mit dem karbonisierten Fluidproduktausgebildet und damit insbesondere zur Durchführung des Füllschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Befüllung mit dem karbonisierten Fluidprodukt in die Behältern 2 geeignet bzw. eingerichtet.
Die Füllmaschine 1 umfasst u.a. eine Vielzahl von Füllelementen 3, die an einem für sämtliche Füllelemente 3 gemeinsamen Füllgutkessel 4 vorgesehen sind, der insbesondere bei Ausbildung der Füllmaschine 1 als Füllmaschine umlaufender Bauart als ein Ringkessel ausgeführt ist, welcher eine vertikale Maschinenachse MA ringförmig umschließt. Das Füllelement 3 ist damit Teil bzw. Bestandteil der Füllmaschine 1 umlaufender Bauart und hierbei mit einer Vielzahl gleichartiger weiterer Füllelemente 3 am Umfang eines um die vertikale Maschinenachse MA umlaufend angetriebenen Rotors 20 vorgesehen. Ein die Füllmaschine 1, insbesondere zumindest den Rotor 20 der Füllmaschine 1, motorisch antreibender Füllmaschinenantrieb 1.1 ist in den 1 und 3 nur schematisch angedeutet.
Während des Füllbetriebes ist der Füllgutkessel 4 mit dem flüssigen, karbonisierten Fluidprodukt teilgefüllt, sodass im Inneren des Kessels ein unterer Flüssigkeitsraum 4.1 und darüber liegend ein oberer Gasraum 4.2 gebildet sind, wobei Letzterer von einem Inertgas (z.B. CO₂-Gas) unter Druck (z.B. Fülldruck) ausgefüllt ist.
Jedes Füllelement 3 umfasst ein Füllelementgehäuse 5 mit einem Flüssigkeitskanal 6, der über eine Verbindung 7 mit dem Flüssigkeitsraum 4.2 in Verbindung steht und an der Unterseite des Füllelementgehäuses 5 eine ringförmige Füllgutabgabeöffnung 8 bildet, über die während der eigentlichen Füllphase das karbonisierte Fluidprodukt dem jeweiligen in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälter 2 zufließt. Zur gesteuerten Abgabe des karbonisierten Fluidproduktes in den jeweiligen Behälter 2 ist in Strömungsrichtung des karbonisierte Fluidproduktes vor der Füllgutabgabeöffnung 8 ein Flüssigkeitsventil 9 vorgesehen, welches im Wesentlichen aus einem Ventilkörper 10 besteht, der zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 9 in einer vertikalen Füllelementachse FA gesteuert angehoben und abgesenkt wird und mit einem Ventilsitz im Flüssigkeitskanal 6 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 10 ist an einem als Ventilstößel wirkenden Rückgasrohr 11 vorgesehen, welches mit seiner Achse achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet ist, während der jeweiligen Füllphase mit einer unteren Teillänge in den oberen Bereich (Kopfraum) des Behälters 2 hineinreicht und mit einer Betätigungseinrichtung 12 zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 9 zusammenwirkt. Achsgleich mit der Füllelementachse FA ist weiterhin ein Spülrohr 13 angeordnet, welches ebenso wie das Rückgasrohr 11 am oberen und unteren Ende offen und von dem Rückgasrohr 11 mit Abstand umschlossen ist, sodass einerseits im Inneren des Rückgasrohres 11 ein ringförmiger das Spülrohr 13 umschließender Rückgaskanal 14 und andererseits im Spülrohr 13 ein Spülkanal 15 gebildet sind. Das Spülrohr 13 steht mit seinem unteren offenen Ende über das untere offene Ende des Rückgasrohres 11 vor.
Am oberen Ende mündet der Rückgaskanal 14 in einen im Füllelementgehäuse 5 gebildeten Gasraum 16. Analog hierzu mündet das obere Ende des Spülkanals 15 in einen ebenfalls im Füllelementgehäuse 5 ausgebildeten Gasraum 17. Die beiden Gasräume 16 und 17 sind Bestandteil von im Füllelementgehäuse 5 ausgebildeten gesteuerten Gaskanälen, die ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet sind und über die in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise verschiedene, auch der eigentlichen Füllphase vorausgehende Vorbehandlungen des Innenraumes des jeweiligen am Füllelement 3 in Dichtlage angeordneten Behälters 2 durchgeführt und/oder gesteuert werden.
Die Füllmaschine 1 umfasst bei der dargestellten Ausführungsform weiterhin einen Vakuumkanal 18 sowie einen Entlastungskanal 19, die für sämtliche Füllelemente 3 der Füllmaschine 1 gemeinsam vorgesehen und in der ebenfalls nachstehend noch näher beschriebenen Weise mit den gesteuerten Gaswegen 21 des jeweiligen Füllelementes 3 verbunden sind. Bei Ausbildung des Füllsystems 1 als Füllmaschine umlaufender Bauart sind der Füllgutkessel 4, Vakuumkanal 18 und der Entlastungskanal 19 an dem die Füllelemente 3 tragenden und um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotor 20 vorgesehen.
Zur Ausbildung der gesteuerten Gaswege 21 umfasst das Füllelement 3 bei der dargestellten Ausführungsform insgesamt sechs Gas- oder Steuerventile 21.1 - 21.6. Diese Ventile sind bevorzugt pneumatisch betätigbare Ventile und in Gaswegen 21 angeordnet, die eine gesteuerte Verbindung der Gasräume 16 und 17 mit dem Gasraum 4.2, mit dem Vakuumkanal 18 und mit dem Entlastungskanal 19 ermöglichen, wie dies nachstehend noch beschrieben wird.
Der Vakuumkanal 18 ist an eine nicht dargestellte Vakuumquelle oder Vakuumpumpe angeschlossen, die im Vakuumkanal 18 beispielsweise einen Unterdruck zwischen 90 mbar und 110 mbar, z.B. von etwa 100 mbar erzeugt. Der Entlastungskanal 19 dient bei der dargestellten Ausführungsform zur Aufnahme des Inertgases, z.B. des CO₂-Gases beim Restentlasten des jeweiligen Behälters 2 am Ende der Füllphase auf Umgebungsdruck.
Insbesondere ist die obig beschriebene Füllmaschine 1 der Anlage 100 zum Herstellen und Abfüllen von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken, dazu ausgebildet bzw. eingerichtet, den Füllschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem das karbonisierte Fluidprodukt mittels der Füllmaschine 1 in die Behälter 2 abgefüllt wird, durchzuführten. Nachstehend wird davon ausgegangen, dass sich das Flüssigkeitsventil 9 sowie auch die Steuerventile 21.1 - 21.6 jeweils in ihrem geschlossenen Zustand befinden, sofern der geöffnete Zustand nicht ausdrücklich angegeben ist.
Beispielsweise wird das in der Anlage 100 hergestellte karbonisierte Fluidprodukt mittels der Füllmaschine 1 mittels nachstehend nähergehend beschriebenem Füllverfahren in die Behälter 2 abgefüllt:
1. Evakuierungsphase des jeweiligen Behälters
Bei in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälter 2 wird der Innenraum dieses Behälters 2 durch Öffnen des Steuerventils 21.2 evakuiert, und zwar über den Rückgaskanal 14. Hierfür wird der Gasraum 16 durch Öffnen des Steuerventils 21.2 mit dem Vakuumkanal 18 verbunden.
2. Spülphase des jeweiligen Behälters 2 mit Inertgas
Zum Spülen des Innenraums des in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälters 2 werden der Gasraum 17 und damit der Spülkanal 15 durch Öffnen des Steuerventils 21.4 mit dem Entlastungskanal 19 sowie der Gasraum 16 und damit der Rückgaskanal 14 durch Öffnen des Steuerventils 21.2 mit dem Vakuumkanal 18 verbunden, sodass CO₂-Gas aus dem Entlastungskanal 19 über den Spülkanal 15 in den evakuierten Innenraum des jeweiligen Behälters 2 einströmen und hierbei aus dem Behälterinnenraum verdrängtes Gas über den Rückgaskanal 14 in den Vakuumkanal 18 strömen kann.
3. Abschließende Evakuierungsphase des jeweiligen Behälters
Für das endgültige Evakuieren des weiterhin in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälters 2 ist der Behälterinnenraum bei weiterhin geöffnetem Steuerventil 21.2 über den Rückgaskanal 14 und den Gasraum 16 mit dem Vakuumkanal 18 verbunden, und zwar bei geschlossenem Steuerventil 21.4.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass vor dem Einleiten einer Füllphase der Innenraum des in Dichtlage an dem Füllelement 3 angeordneten Behälters 2 in einer abschließenden Evakuierungsphase zumindest einmalig auf einen Unterdruck evakuiert wird.
4. Vorspann- und Füllphase des jeweiligen Behälters
Dabei wird der Behälterinnenraum des jeweiligen Behälters 2 nach der Evakuierungs- und Spülphase und vor einer abschließenden Entlastungsphase in einer Vorspannphase mit einem unter Druck stehenden Inertgas auf einen Fülldruck vorgespannt, der auf einem CO₂-Sättigungsdruck des abzufüllenden Füllgutes oder darüber liegt, und in der Füllphase mit dem karbonisierten Fluidprodukt gefüllt, bevor nach Beendigung dieser Vorspann- und Füllphase der jeweilige Behälter 2 in der Entlastungsphase auf Atmosphärendruck entlastet wird.
5. Füllende und Beruhigung des abgefüllten Füllgutes
Zur Beendigung der eigentlichen Füllphase wird bei geschlossenen Steuerventilen 21.1 - 21.6 auch das Flüssigkeitsventil 9 geschlossen.
6. Restentlasten des jeweiligen Behälters
Nach Beendigung der Füllphase erfolgt bei weiterhin in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälter 2 das Restentlasten des vom Füllgut nicht eingenommenen Kopfraumes sowie auch des Rückgaskanales 14, des Spülkanales 15 und zumindest teilweise der gesteuerten Gaswege 21 des Füllelementes 3 durch Öffnen der Steuerventile 21.1 und 21.4, d.h. durch Verbinden der Gasräume 16 und 17 mit dem Entlastungskanal 19.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei sind die vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten im Rahmen der vorliegenden Erfindung beliebig untereinander kombinierbar. Es versteht sich, dass eine Vielzahl von Änderungen oder Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4225476 A1 [0007]
DE 102014104873 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, insbesondere von karbonisierten Erfrischungsgetränken, bei dem - Wasser in einen Wassertank (101) eingeleitet und in dem Wassertank (101) entgast wird, - das entgaste Wasser mit einem Konzentrat und/oder Sirup gemischt wird, um ein Fluidgemisch zu erzeugen, - in das Fluidgemisch Kohlendioxid injiziert wird, um das karbonisierte Fluidprodukt zu erzeugen, - das derart erzeugte karbonisierte Fluidprodukt in einem Produkttank (111) zwischengespeichert und von dort an eine mit dem Produkttank (111) fluidisch verbundene Füllmaschine (1) geleitet wird, - das karbonisierte Fluidprodukt mittels der Füllmaschine (1) in Behälter (2) abgefüllt wird, und - das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt vor der Abfüllung in die Behälter (2) gegenüber einer Ausgangstemperatur (T1) erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Ausgangstemperatur (T1) erfasst wird und die Temperatur des Wassers in einer Förderrichtung (FR) stromaufwärts des Wassertanks (101) und/oder die Temperatur des Wassers in dem Wassertank (101) und/oder die Temperatur des Wassers in Förderrichtung (FR) stromabwärts des Wassertanks (101) und/oder die Temperatur des Fluidgemischs und/oder die Temperatur des karbonisierten Fluidproduktes vor der Abfüllung in die Behälter (2) in Abhängigkeit der erfassten Ausgangstemperatur (T1) erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Wassers und/oder des Fluidgemisches und/oder des karbonisierten Fluidproduktes vor der Abfüllung in die Behälter (2) kontinuierlich erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt auf eine Heiztemperatur (T2) vor Abfüllung des karbonisierten Fluidproduktes in die Behälter (2) erwärmt wird, die in etwa 2° Celsius bis ca. 10° Celsius über der erfassten Ausgangstemperatur (T1) liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt vor der Abfüllung in die Behälter (2) gegenüber der Ausgangstemperatur (T1) mittels zumindest einer Heizeinrichtung (120) erwärmt wird, die als Bestandteil eines Steuer- und/oder Regelkreises (RK) ausgebildet ist und deren Heizleistung mittels einer Steuereinheit (SE) des Steuer- und/oder Regelkreises (RK) gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Steuer- und/oder Regelkreises (RK) die Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung (120) in Abhängigkeit der erfassten Ausgangstemperatur (T1) und/oder der erfassten Heiztemperatur (T2) gesteuert und/oder geregelt wird, und zwar insbesondere derart, dass die Zieltemperatur (T2) um einige Grad Celsius, vorzugsweise um 2° Celsius bis 10° Celsius, über der Ausgangstemperatur (T1) liegt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das karbonisierte Fluidprodukt im Produkttank (111) und/oder nach Verlassen des Produkttanks (111) sowie vor Abfüllung in die Behälter (2) mittels der zumindest einen Heizeinrichtung (120) erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausgangstemperatur (T1) und die Heiztemperatur (T2) erfasst und verglichen werden und die Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung (120) in Abhängigkeit einer aus der Ausgangstemperatur (T1) und der Heiztemperatur (T2) ermittelten Temperaturdifferenz gesteuert und/oder regelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung (120) derart in Abhängigkeit der sich ergebenden Temperaturdifferenz zwischen der erfassten Ausgangtemperatur (T1) und der erfassten Heiztemperatur (T2) gesteuert und/oder regelt wird, dass bei Erreichen und/oder Überschreiten einer vorgegebenen Temperaturdifferenz die Heizleistung gegenüber der aktuellen Heizleistung verringert wird und/oder bei Unterschreiten einer vorgegebenen Temperaturdifferenz die Heizleistung gegenüber der aktuellen Heizleistung erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangstemperatur (T1) in Förderrichtung (FR) vor der zumindest einen Heizeinrichtung (120) erfasst wird und mit der in Förderrichtung (FR) nach der zumindest einen Heizeinrichtung (120) erfassten Heiztemperatur (T2) verglichen wird und die Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung (120) in Abhängigkeit einer aus der Ausgangstemperatur (T1) und der Heiztemperatur (T2) ermittelten Temperaturdifferenz gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle für die zumindest eine Heizeinrichtung (120) die Abwärme eines Füllmaschinenantriebs (1.1) der Füllmaschine (1) und/oder die Abwärme einer Wasserförderpumpe (104) und/oder die Abwärme einer Entgasungseinheit (115) und/oder die Abwärme einer Karbonisierungspumpe (109) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung zur Erwärmung des Wassers und/oder des Fluidgemischs und/oder des karbonisierten Fluidproduktes mittels eines Wärmetauschers (121) der Heizeinrichtung (120) aus der Abwärme rückgewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung des Wärmetauschers (121) mittels der Steuereinheit (SE) des Steuer- und/oder Regelkreises (RK) gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Heizleistung der zumindest einen Heizeinrichtung (120) mittels zumindest eines elektrischen Heizers (140), insbesondere eines als Heizpatrone ausgebildeten elektrischen Heizers, bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine fluidische Verbindungsleitung, insbesondere eine den Produkttank (111) mit der Füllmaschine (1) fluidisch verbindende Produktleitung (112), zumindest abschnittsweise eine Ummantelung (117) aufweist, die mit einem Heizmedium befüllt ist, das vorzugsweise mittels eines elektrischen Heizers (140) erwärmt wird.
Anlage (100) zur Herstellung und Abfüllung von karbonisierten Fluidprodukten, wie z.B. von karbonisierten Erfrischungsgetränken, insbesondere gemäß einem der vorangehenden Verfahrensansprüchen 1 bis 15, zumindest aufweisend - einen Wassertank (101), in welchen Wasser von einer Wasserquelle (102) einleitbar ist, - eine Entgasungseinheit (115) zum Entgasen des Wassers in dem Wassertank (101), - eine Mischeinrichtung (105) zum Mischen des entgasten Wassers mit einem Konzentrat und/oder Sirup, um ein Fluidgemisch zu erzeugen, - eine Karbonisierungseinheit (108) zum Injizieren von Kohlendioxid in das Fluidgemisch, um das karbonisierte Fluidprodukt zu erzeugen, - einen Produkttank (111) zum Zwischenspeichern des derart erzeugten karbonisierten Fluidprodukts, - eine mit dem Produkttank (111) fluidisch verbundene Füllmaschine (1) zum Abfüllen des karbonisierten Fluidprodukts in Behälter (2) und - zumindest eine Heizeinrichtung (120), die dazu eingerichtet ist, das Wasser und/oder das Fluidgemisch und/oder das karbonisierte Fluidprodukt vor der Abfüllung in die Behälter (2) gegenüber einer Ausgangstemperatur (T1) zu erwärmen.