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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Behältern. Die Erfindung betrifft auch einen Füller mit einer Vorrichtung zum Behandeln von Behältern.
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Technischer Hintergrund
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Verfahren und Füllvorrichtungen zum Abfüllen von sauerstoffempfindlichen Flüssigkeit, wie z. B. Bier, in Flaschen oder dgl. sind an sich bekannt. Die Behälter sollten vor dem eigentlichen Füllvorgang möglichst frei von Sauerstoff sein, da der Sauerstoff das Füllgut geschmacklich verändern und die Haltbarkeit des Füllguts im Behälter verringern kann.
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Zum Verringern der Sauerstoffkonzentration im Behälter kann der Behälter vor dem eigentlichen Abfüllen mit einem Spülgas, z. B. reinem Inertgas (bevorzugt CO2) oder einem Gasgemisch (Inertgas und 02) durchspült werden. Der Spülvorgang kann solange durchgeführt werden, bis eine gewünschte Sauerstoffkonzentration im Behälter erreicht wurde. Die Länge des Spülvorgangs kann hierbei abhängig von der Reinheit des Gases, der Größe des Behälters und dem gewünschten Sauerstoffwert sein.
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Beispielsweise offenbart die
DE 10 2005 014 076 A1 ein Verfahren zum Spülen von Gefäßen mit einem gasförmigen Medium. Ein Gasstrahl ist ins Innere der Gefäße gerichtet, der schräg zur Gefäßmündung verläuft. Die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung weist eine Halterung zur Aufnahme eines zu spülenden Gefäßes und einen auf dessen Mündung gerichteten Gaskanal auf, der derart ausgebildet ist, dass der aus dem Endstück austretende Gasstrahl schräg zur Gefäßmündung verläuft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Technik zum Spülen eines Behälters zu schaffen, die vorzugsweise konstruktiv weniger aufwendig ist sowie eine verringerte Spülgasmenge je Behälter, eine wirksamere Spülung und/oder eine kürzere Spüldauer ermöglicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Vorrichtung, vorzugsweise Füllstation, zum Behandeln von Behältern (z. B für einen Füller einer Behälterbehandlungsanlage). Die Vorrichtung weist eine Spülgaszufuhreinrichtung auf, die bevorzugt dazu ausgebildet ist, verdichtetes Spülgas (z. B. Inertgas, wie CO2, oder Inertgasgemisch) mit einem Druck von ≥ 8 bar bereitzustellen. Die Vorrichtung weist ferner ein Füllorgan auf. Das Füllorgan weist eine Düse auf, die mit der Spülgaszufuhreinrichtung fluidisch verbunden und dazu ausgebildet ist, aus dem verdichteten Spülgas einen den Behälter bis zum Erreichen eines Bodens des Behälters durchströmenden Freistrahl zu erzeugen.
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Vorteilhaft kann die Vorrichtung einen Freistrahl aus dem auf ≥ 8 bar verdichteten Spülgas erzeugen, der bis zum Boden des Behälters reicht, nicht auf dem Weg zum Boden abgelenkt wird und als scharf berandeter Freistrahl auf dem Weg zum Boden keine bzw. kaum Turbulenzen in der Luft im Behälter erzeugt. Vorteilhaft kann damit die Luft (und der darin enthaltene Sauerstoff) vom Boden des Behälters her durch ein am Boden des Behälters befindliches Volumen aus Spülgas, das sich durch den Freistrahl zunehmend vergrößert, ausgeschoben bzw. leergedrückt werden. Die vorliegende Technik zielt damit bspw. nicht auf eine herkömmliche Verdünnung der Luft im Behälter durch das Spülgas ab, sondern primär auf das Ausschieben bzw. Ersetzen der Luft durch das Spülgas. Das Verfahren kann dadurch besonders wirksam sein, wodurch Spülgas eingespart und/oder eine Spülgasdauer erheblich verringern werden kann. Beispielsweise ist weniger Inertgas nötig, um die gleichen O2-Werte zu erreichen wie beim herkömmlichen Stand der Technik. Zudem ist es vorteilhaft nicht erforderlich, eine aufwändige, verschleißanfällige und teure Mechanik im Füllorgan und/oder zum Anheben des Behälters zu verbauen, mit der ein Spülgasrohr bis nahe des Bodens des Behälters in den Behälter eintauchen kann, um vergleichbare Effekte zu erzielen. Der Druckwert des verdichteten Spülgases, aus dem der Freistrahl erzeugt werden kann, kann mit ≥ 8 bar wesentlich oberhalb der bisher verwendeten Spülgas-Druckwerte liegen, sodass das vorliegende Prinzip auch als Hochdruck-Spülen bezeichnet werden kann.
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Der beschriebene Effekt des besonders wirksamen Herausschiebens der Luft aus dem Behälter konnte in Versuchen visuell und durch Messungen nachgewiesen werden. In visuellen Tests konnte bspw. beobachtet werden, wie in Behältern befindlicher Rauch mittels des sich am Boden des Behälters vergrößernden Volumens, gespeist durch den Freistrahl, aus dem Behälter gedrückt werden konnte. In Test konnte gemessen werden, dass die vorliegende Technik im Vergleich zu einer herkömmlichen Standardspülung, einen besseren Sauerstoffwert erreichen kann. Konkret konnten mit der gleichen Spüldauer ein dreifach besserer Sauerstoffpartialdruck erreicht werden. Der maximal mögliche Durchfluss konnte dabei bspw. von 4620 ml/s (Standard mit 3 bar Spüldruck) auf 1520 ml/s bei einer Düse mit 0,6 mm Auslassöffnungsquerschnitt und einem Druck des zugeführten Spülgases von 10 bar gesenkt werden. Bei einer Düse mit 0,4 mm Auslassöffnungsquerschnitt konnte dieser Wert sogar nochmals auf 515 ml/s bei einem Druck des zugeführten Spülgases von 10 bar gesenkt werden. Der erhöhte Spülgasdruck bei der Zuführung führt also nicht zu einem Mehrverbrauch des Spülgases, da dieser erhöhte Druck nicht dazu verwendet wird, die Durchflussmenge zu erhöhen, sondern aufgrund der vorzugsweise wesentlich kleiner als herkömmlich dimensionierten Düse zum Erzeugen eines dünnen, scharf begrenzten, schnellen Freistrahls, der sicher bis zum Boden des Behälters reicht.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Spülgaszufuhreinrichtung dazu ausgebildet, das Spülgas mit einem Druck ≥ 10 bar, ≥ 15 bar, ≥ 20 bar, ≥ 25 bar oder ≥ 30 bar zu dem Füllorgan zuzuführen. Alternativ oder zusätzlich kann die Spülgaszufuhreinrichtung dazu ausgebildet sein, das Spülgas mit einem Druck ≤ 40 bar, ≤ 35 bar oder ≤ 30 bar zu dem Füllorgan zuzuführen. Vorteilhaft eignen sich die genannte Druckwerte besonders dafür, den Freistrahl von der Düse wie gewünscht und erläutert erzeugen zu lassen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner einen Füllguttank auf, der mit dem Füllorgan zum Befüllen des Behälters mit einem flüssigen oder pastösen (zum Beispiel sauerstoffempfindlichen) Füllgut aus dem Füllguttank fluidisch verbunden ist. Vorteilhaft kann die Vorrichtung den Behälter damit nach dem Spülen mit dem Füllgut aus dem Füllguttank füllen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Spülgaszufuhreinrichtung einen Verdichter auf, der in Fluidverbindung zwischen dem Füllguttank und dem Füllorgan angeordnet ist. Vorzugsweise kann der Verdichter dazu ausgebildet sein, das Spülgas auf einen Druck ≥ 8 bar, ≥ 10 bar, ≥ 15 bar, ≥ 20 bar, ≥ 25 bar oder ≥ 30 bar und/oder auf einen Druck ≤ 40 bar, ≤ 35 bar oder ≤ 30 bar zu verdichten. Vorteilhaft kann das Vorsehen des Verdichters ermöglichen, die vorliegend erforderlichen hohen Druckwerte zu erzeugen, die bspw. nicht durch eine herkömmliche Produktionsgasquelle bereitgestellt werden können, da diese herkömmlich lediglich Produktionsgas bzw. Spülgas mit einem Druck von rd. 5 bar bereitstellen. Zudem kann der Verdichter ermöglichen, dass das Spülgas genau dort verdichtet wird, wo es mit einem hohen Druck gebraucht wird, nämlich nahe des Füllorgans. Somit können Druckverluste auf dem Weg zum Füllorgan minimiert werden.
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In einer Ausführungsform ist der Verdichter in Fluidverbindung mit mindestens einem weiteren Füllorgan der Vorrichtung zum Zuführen von verdichtetem Spülgas zu dem mindestens einen weiteren Füllorgan. Alternativ kann das Füllorgan das einzige Füllorgan sein, mit dem der Verdichter in Fluidverbindung ist, wobei vorzugsweise das Füllorgan und der Verdichter in einer gemeinsamen Baugruppe umfasst sind. Vorteilhaft kann der Verdichter somit für mehrere oder nur für ein Füllorgan verwendet werden.
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Durch gezielte Maßnahmen ist es möglich, den Freistrahl als einen dünnen, besonders scharf begrenzten und vergleichsweise schnellen Freistrahl aus dem verdichteten Spülgas zu erzeugen, um sicher den Boden des Behälters zu erreichen und auf dem Weg dorthin Verwirbelungen im Behälter zu minimieren, die den Gasaustausch verlangsamen würden (Verdünnung der Luft satt Ausschieben der Luft). In einer weiteren Ausführungsform können diese Maßnahmen die nachfolgenden Merkmale einzeln oder in jeglicher Kombination umfassen:
- - eine Auslassöffnung der Düse (z. B. die einzige Auslassöffnung) weist einen Innendurchmesser von ≤ 2 mm, ≤ 1,5 mm, ≤ 1 mm, ≤ 0,6 mm oder ≤ 0,4 mm auf;
- - die Düse ist im Wesentlichen auf einer Höhe einer Anpressfläche des Füllorgans angeordnet oder die Düse ragt um ≤ 50 mm, bevorzugt ≤ 40 mm, über eine Anpressfläche des Füllorgans nach unten hinaus;
- - die Düse ist rohrförmig;
- - ein Auslassabschnitt der Düse weist einen im Wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitt entlang einer Strömungsrichtung durch die Düse auf;
- - die Düse ist dazu ausgebildet, den Freistrahl im Wesentlichen zylinderförmig, vorzugsweise kreiszylinderförmig, zu erzeugen;
- - die Düse ist dazu ausgebildet, den Freistrahl parallel zu einer Hochachse des (z. B. angepressten oder unter dem Füllorgan positionierten) Behälters zu erzeugen, vorzugsweise zentrisch oder exzentrisch zu einer Mittelhochachse des Behälters;
- - die Düse ist dazu ausgebildet, den Freistrahl als einen Vollstrahl (im Gegensatz zu einem Sprühstrahl) zu erzeugen; und
- - die Düse ist dazu ausgebildet, den Freistrahl mit einem scharf begrenzten Strahlrand zu erzeugen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner eine Vakuumquelle auf, die mit dem Füllorgan zum Absaugen von Luft aus dem Behälter während des Erzeugens des Freistrahls verbindbar ist (z. B. mittels einer dazu konfigurierten Steuereinrichtung der Vorrichtung). Vorteilhaft kann das Ausschieben der Luft mit dem Sauerstoff auf diese Weise besonders wirksam unterstützt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Füllorgan einen Entlastungskanal zur Umgebung auf, in den Luft aus dem Behälter während des Erzeugens des Freistrahls ausschiebbar ist.
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Es ist möglich, dass die Vorrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, die dazu konfiguriert ist, ein Spülen des Behälters mittels des Freistrahls auf eine Spüldauer von ≤ 150 ms, ≤ 100 ms, ≤ 90 ms, ≤ 80 ms oder ≤ 70 ms zu einzustellen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Behälter mit dessen Behältermündung an das Füllorgan anpressbar (und bspw. in diesem Zustand gespült wird) oder der Behälter ist frei unter dem Füllorgan positionierbar (und bspw. in diesem Zustand gespült wird), z. B. ohne an das Füllorgan angepresst zu sein.
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Vorzugsweise kann die Vorrichtung eine Hubvorrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, das Füllorgan und den Behälter aneinanderzupressen (z. B. mittels einer Hubvorrichtung der Vorrichtung, die bspw. den Behälter anhebt und/oder das Füllorgan absenkt). Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung eine bspw. ringförmige Anpressfläche zum Anpressen des Behälters aufweisen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen Füller, vorzugsweise Rundläufer-Füller oder Linear-Füller, aufweisend mehrere Vorrichtungen wie hierin offenbart.
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Beispielsweise kann der Füller in einer Behälterbehandlungsanlage zum Herstellen, Reinigen, Beschichten, Prüfen, Abfüllen, Verschließen, Etikettieren, Bedrucken und/oder Verpacken von Behältern für flüssige Medien, vorzugsweise Getränke oder flüssige Nahrungsmittel, umfasst sein.
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Bevorzugt können die Behälter als Flaschen, Dosen, Kanister, Kartons, Flakons usw. ausgeführt sein.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Behältern, vorzugsweise mittels einer Vorrichtung wie hierin offenbart (oder eines Füllers wie hierin offenbart), z. B. gesteuert durch eine Steuereinrichtung. Das Verfahren weist ein Positionieren eines Behälters mit dessen Behältermündung unter ein Füllorgan und ein Zuführen von Spülgas bevorzugt mit einem Druck ≥ 8 bar zu dem Füllorgan (z. B. mittels einer Spülgaszufuhreinrichtung) auf. Das Verfahren weist ferner ein Ausschieben von Luft aus dem Behälter durch Auffüllen des Behälters mit dem Spülgas von einem Boden des Behälters her auf, wobei das Spülgas als ein den Behälter bis zum Erreichen des Bodens des Behälters durchströmender Freistrahl aus einer Düse des Füllorgans zugeführt wird, die den Freistrahl aus dem zugeführten Spülgas erzeugt. Optional kann das Verfahren ferner ein Füllen des Behälters, aus dem die Luft ausgeschoben wurde, mit einem, vorzugsweise flüssigen oder pastösen, Füllgut mittels des Füllorgans, zum Beispiel aus einem Füllguttank, aufweisen. Vorteilhaft lassen sich mit dem Verfahren die gleichen Vorteile erzielen, die bereits unter Bezugnahme auf die Vorrichtung beschrieben wurden. Selbiges gilt für die unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele des Verfahrens.
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In einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ferner ein Unterstützen des Ausschiebens mittels einer Vakuumquelle durch zusätzliches Absaugen der Luft und/oder ein Ableiten der ausgeschobenen Luft über einen Entlastungskanal des Füllorgans in die Umgebung aufweisen.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner ein Füllen des Behälters, aus dem die Luft ausgeschoben wurde, mit einem, vorzugsweise flüssigen oder pastösen, Füllgut mittels des Füllorgans auf, zum Beispiel aus einem Füllguttank.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist eine (z. B. die einzige) Auslassöffnung der Düse einen Innendurchmesser von ≤ 2 mm, ≤ 1,5 mm, ≤ 1 mm, ≤ 0,6 mm oder ≤ 0,4 mm auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Düse den Freistrahl beispielsweise im Bereich der Behältermündung, in einem oberen Drittel des Behälters oder in einem oberen Viertel des Behälters erzeugen, wobei vorzugsweise die Düse weniger als 50 mm, besonders bevorzugt weniger als 40 mm, in den Behälter ragt.
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Im einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Freistrahl im Wesentlichen zylinderförmig, vorzugsweise kreiszylinderförmig. Alternativ oder zusätzlich verläuft der Freistrahl parallel zu einer Hochachse des Behälters, vorzugsweise zentrisch oder exzentrisch zu einer Mittelhochachse des Behälters. Alternativ oder zusätzlich ist der Freistrahl ein Vollstrahl (im Gegensatz zu einem Sprühstrahl). Alternativ oder zusätzlich weist der Freistrahl einen scharf begrenzten Strahlrand auf. Alternativ oder zusätzlich weist der Freistrahl einen Außendurchmesser von ≤ 2 mm, ≤ 1,5 mm, ≤ 1 mm, ≤ 0,6 mm oder ≤ 0,4 mm auf. Alternativ oder zusätzlich durchströmt der Freistrahl den Behälter bis zum Erreichen des Bodens im Wesentlichen ohne Erzeugung von Turbulenzen der Luft im Behälter.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Spülgas mit einem Druck ≥ 10 bar, ≥ 15 bar, ≥ 20 bar, ≥ 25 bar oder ≥ 30 bar zu dem Füllorgan zugeführt. Alternativ oder zusätzlich wird das Spülgas mit einem Druck ≤ 40 bar, ≤ 35 bar oder ≤ 30 bar zu dem Füllorgan zugeführt.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Spülgas stromaufwärts von dem Füllorgan mittels eines Verdichters verdichtet, vorzugsweise auf einen Druck ≥ 10 bar, ≥ 15 bar, ≥ 20 bar, ≥ 25 bar oder ≥ 30 und/oder auf einen Druck ≤ 40 bar, ≤ 35 bar oder ≤ 30 bar.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Positionieren ein Anpressen des Behälters mit dessen Behältermündung an das Füllorgan auf (z. B. mittels einer Hubeinrichtung). Alternativ kann das Positionieren ein beabstandetes Positionieren des Behälters mit dessen Behältermündung unter das Füllorgan aufweisen.
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Vorzugsweise kann sich der hierin verwendete Begriff „Steuereinrichtung“ auf eine Elektronik (z. B. ausgeführt als eine Treiberschaltung oder mit Mikroprozessor(en) und Datenspeicher) und/oder eine mechanische, pneumatische und/oder hydraulische Steuerung beziehen, die je nach Ausbildung Steuerungsaufgaben und/oder Regelungsaufgaben und/oder Verarbeitungsaufgaben übernehmen kann. Auch wenn hierin der Begriff „Steuern“ verwendet wird, kann damit gleichsam zweckmäßig auch „Regeln“ bzw. „Steuern mit Rückkopplung“ und/oder „Verarbeiten“ umfasst bzw. gemeint sein.
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Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Behandeln von Behältern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Behandeln von Behältern gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
- 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Behandeln von Behältern gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
- 4 eine schematische Darstellung eines Spülvorgangs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und
- 5 eine schematische Darstellung eines Spülvorgangs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Behandeln von Behältern B. Bevorzugt kann die Vorrichtung 10 die Behälter B spülen und anschließend mit einem flüssigen oder pastösen Füllgut befüllen. Bevorzugt kann die Vorrichtung 10 die Behälter B vor dem Spülen zusätzlich evakuieren und/oder nach dem Spülen zusätzlich vorspannen.
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Vorzugsweise kann ein Füller einer Behälterbehandlungsanlage mehrere der Vorrichtungen 10 aufweisen. Der Füller kann als ein Rundläufer-Füller bzw. ein Füllerkarussell mit mehreren um einen Umfang des Rundläufer-Füllers angeordneten Vorrichtungen 10 ausgeführt sein. Alternativ kann der Füller beispielsweise als ein Linear-Füller mit mehreren nebeneinander und/oder hintereinander angeordneten Vorrichtungen 10 ausgeführt sein. Der Füller kann mittels der mehreren Vorrichtungen 10 bevorzugt mehrere Behälter B gleichzeitig bzw. mit zeitlicher Überlappung befüllen.
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Beispielsweise kann der Füller behälterstromabwärts von einer Reinigungsvorrichtung zum Reinigen der Behälter B und/oder einer Herstellvorrichtung zum Herstellen der Behälter B angeordnet sein. Der Füller kann behälterstromaufwärts von einem Verschließer zum Verschließen der Behälter B angeordnet sein.
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Die Vorrichtung 10 weist ein Füllorgan 12 mit einer Düse 14 und eine Spülgaszufuhreinrichtung 16 auf. Optional kann das Füllorgan 12 ferner einen Spülgaskanal 18, einen Füllgutkanal 20, einen Vorspannkanal 24, einen Entlastungskanal 26 und/oder einen Vakuumkanal 28 aufweisen. Bevorzugt kann die Vorrichtung 10 ferner einen Füllguttank 22 und/oder eine Vakuumquelle 30 aufweisen.
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Der Behälter B kann mittels des Füllorgans 12 behandelt werden. Das Füllorgan 12 spült den Behälter B. Das Füllorgan 12 kann den Behälter B ferner bspw. evakuieren, vorspannen, füllen und/oder entlasten.
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Vor einer Behandlung des Behälters B kann der Behälter B unter das Füllorgan 12 positioniert werden. Hierbei kann der Behälter B beispielsweise an das Füllorgan 12 angepresst werden. Während einer Behandlung des Behälters B können eine Behältermündung des Behälters B und das Füllorgan 12 aneinandergepresst sein, bevorzugt im Wesentlichen gasdicht. Das Aneinanderpressen kann bspw. mittels mindestens einer Hubvorrichtung erfolgen (nicht in den Figuren dargestellt). Die mindestens eine Hubvorrichtung kann bspw. das Füllorgan 12 vollständig oder teilweise zum Anpressen auf den Behälter B absenken und/oder den Behälter B zum Anpressen an das Füllorgan 12 anheben, z. B. über einen Hubteller.
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Beispielsweise kann das Füllorgan 12 eine Anpressfläche 13, vorzugsweise Dichtfläche, aufweisen, an die der Behälter B mit dessen Behältermündung angepresst werden kann. Die Anpressfläche 13 kann unterseitig an dem Füllorgan 12 angeordnet sein. Die Anpressfläche 13 kann ringförmig sein. Beispielsweise kann ein Anpressgummi die Anpressfläche 13 aufweisen. Die Anpressfläche 13 kann als Abdichtung zwischen dem Füllorgan 12 und dem Behälter B dienen. Die innere Atmosphäre des Behälters B kann so von der äußeren Atmosphäre bzw. einer Umgebung außerhalb des Behälters B getrennt werden.
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Alternativ zu dem Anpressen kann der Behälter B mit dessen Behältermündung bspw. frei bzw. beabstandet zu dem Füllorgan 12, d. h. ohne Anpressen an das Füllorgan 12, positioniert werden.
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Die Düse 14 ist mit der Spülgaszufuhreinrichtung 16 fluidisch verbunden, z. B. über eine entsprechende Fluidleitungen. Beispielsweise kann die Düse 14 über den Spülgaskanal 18 des Füllorgans 12 fluidisch mit der Spülgaszufuhreinrichtung 16 verbunden sein. Die Düse 14 kann den Behälter B mit einem Spülgas von der Spülgaszufuhreinrichtung 16 spülen. Die Düse 14 kann verdichtetes Spülgas von der Spülgaszufuhreinrichtung 16 empfangen.
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Die Düse 14 kann einen Freistrahl F aus Spülgas erzeugen und in den angepressten oder frei unter dem Füllorgan 12 positionierten Behälter B abgeben. Der Freistrahl F durchströmt den Behälter B bis zum Erreichen des Bodens des Behälters B. Das Spülgas ist bevorzugt ein Inertgas, z. B. CO2.
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Die Düse 14 ist bevorzugt rohrförmig. Vorzugsweise weist ein Auslassabschnitt der Düse 14 einen im Wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitt entlang einer Strömungsrichtung durch die Düse 14 auf. Ein Strömungsquerschnitt des Auslassabschnitts der Düse 14 kann sich entlang der Strömungsrichtung durch die Düse 14 weder erweitern noch verjüngen. Die Düse 14 weist bevorzugt eine Auslassöffnung mit einem vergleichsweise geringen Innendurchmesser auf. Der Innendurchmesser ist bevorzugt ≤ 2 mm, ≤ 1,5 mm, ≤ 1 mm, ≤ 0,6 mm oder ≤ 0,4 mm. Die Auslassöffnung kann in einem stromabwärtsseitigen Ende des Auslassabschnitts der Düse 14 angeordnet sein. Bevorzugt weist die Düse 14 lediglich eine einzige Auslassöffnung auf.
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Der Freistrahl F kann von der Düse 14 bevorzugt im Bereich der Behältermündung, in einem oberen Drittel des Behälters B oder in einem oberen Viertel des Behälters B erzeugt werden. Vorzugsweise kann die Düse 14 so angeordnet sein, dass sie direkt oberhalb der Behältermündung des Behälters B angeordnet ist oder etwas in den Behälter B hineinragt. Beispielsweise kann die Düse 14 auf einer Höhe mit der Anpressfläche 13 angeordnet sein. Alternativ kann die Düse 14 nach unten über die Anpressfläche 13 hinausragen und/oder in den Behälter B hineinragen, z. B. um ≤ 50 mm oder ≤ 40 mm. Beispielsweise kann die Düse 14 zwischen 10 mm und 40 mm nach unten über die Anpressfläche 13 hinausragen und/oder in den Behälter B hineinragen.
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Bevorzugt wandelt die Düse 14 das mit einem hohen Druck, z. B. zwischen 8 bar und 40 bar, empfangene Spülgas zu dem Freistrahl F um. Der Freistrahl F kann damit auch als ein Hochgeschwindigkeitsstrahl oder Treibstrahl bezeichnet werden. Das Spülen mittels der Vorrichtung 10 kann daher auch als ein Hochdruck- bzw. Hochgeschwindigkeitsspülen bezeichnet werden.
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Bevorzugt kann die Düse 14 den Freistrahl F derart erzeugen, dass der Freistrahl F im Wesentlichen zylinderförmig, vorzugsweise kreiszylinderförmig, ist. Der Freistrahl F kann im Wesentlichen parallel zu einer Hochachse des Behälters B erzeugt werden. Beispielsweise kann der Freistrahl F zentrisch oder exzentrisch zu einer Mittelhochachse des Behälters B verlaufen. Bevorzugt ist der Freistrahl F ein Vollstrahl, zum Beispiel im Gegensatz zu einem Sprühstrahl. Der Freistrahl F weist bevorzugt einen scharf begrenzten Strahlrand auf.
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Die Spülgaszufuhreinrichtung 16 stellt verdichtetes Spülgas bereit. Bevorzugt stellt die Spülgaszufuhreinrichtung 16 das Spülgas mit einem Druck bereit, der höher als ein Druck des Spülgases im Kopfraum des Füllguttank 22 ist. Der Druck des Spülgases im Kopfraum des Füllguttanks 22 kann beispielsweise bei rund 5 bar liegen.
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Die Spülgaszufuhreinrichtung 16 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das Spülgas mit einem Druck ≥ 8 bar, ≥ 10 bar, ≥ 15 bar, ≥ 20 bar, ≥ 25 bar oder ≥ 30 bar bereitzustellen. Das Spülgas kann bevorzugt einen Druck ≤ 40 bar, ≤ 35 bar oder ≤ 30 bar aufweisen. Bevorzugt kann der Druck des Spülgases zwischen ≥ 8 bar und ≤ 30 bar sein.
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Die Spülgaszufuhreinrichtung 16 kann das verdichtete Spülgas zu dem Füllorgan 12, bevorzugt zu dem Spülgaskanal 18, zuführen. Die Spülgaszufuhreinrichtung 16 kann von extern der Vorrichtung 10 mit dem verdichteten Spülgas versorgt werden, wie in 1 schematisch dargestellt ist. Es ist allerdings auch möglich, dass die Spülgaszufuhreinrichtung 16 selbst mindestens einen Verdichter aufweist, wie später hierin beispielhaft unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben ist.
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Wie bereits erwähnt, ist bevorzugt, dass das Füllorgan 12 den angepressten oder frei unter dem Flugorgan 12 positionierten Behälter B mit einem flüssigen oder pastösen Füllgut befüllen kann, nachdem der Behälter B gespült wurde. Das Füllorgan 12 kann das Füllgut über den Füllgutkanal 20 empfangen. Der Füllgutkanal 20 des Füllorgans 12 kann fluidisch mit dem Füllguttank 22 verbunden sein. Beispielsweise kann eine Füllgutleitung den Füllguttank 22 und das Füllorgan 12 bzw. dessen Füllgutkanal 20 miteinander verbinden.
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Der Füllgutkanal 20 kann das flüssige oder pastöse Füllgut von dem Füllguttank 22 empfangen. Das empfangene Füllgut kann von dem Füllorgan 12 in den Behälter B gefüllt werden, nachdem der Behälter B gespült wurde. Das Füllorgan 12 kann bspw. ein Füllventil aufweisen. In einem Öffnungszustand kann das Füllventil das Füllgut in den Behälter B leiten. In einem Schließzustand kann das Füllventil ein Füllen des Behälters B mit dem Füllgut blockieren.
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Im Füllguttank 22 kann ein flüssiges oder pastöses Füllgut (z. B. Getränk oder flüssiges/pastöses Nahrungsmittel) gespeichert sein, mit dem die Behälter B zu befüllen sind. Bevorzugt ist der Füllguttank 22 als ein Produktkessel ausgeführt. Beispielsweise kann der Füllguttank 22 ein Volumen zwischen 100 l und 300 l für das Füllgut aufweisen, z. B. rund 200 l. Der Füllguttank 22 kann mit einer Füllgutquelle verbunden sein. Über die Füllgutquelle kann dem Füllguttank 22 das flüssige Füllgut zugeführt werden.
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Der Füllguttank 22 kann ferner mit einer Produktionsgasquelle fluidisch verbunden sein, z. B. über eine Produktionsgasleitung. Die Produktionsgasquelle kann verdichtetes Produktionsgas, das auch als Spülgas und/oder als Spanngas verwendbar ist bzw. bezeichnet werden kann, bereitstellen und zu dem Füllguttank 22 zuführen.
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Wie bereits erwähnt, ist ebenfalls bevorzugt, dass das Füllorgan 12 den bevorzugt angepressten Behälter B vorspannen kann, z. B. nach dem Spülen oder vor dem Füllen des Behälters B. Das Füllorgan 12 kann ein Vorspanngas über den Vorspannkanal 24 empfangen. Der Vorspannkanal 24 des Füllorgans 12 kann fluidisch mit einem Kopfraum des Füllguttanks 22 und/oder mit einer Vorspanngasquelle bzw. Produktionsgasquelle verbunden sein. Beispielsweise kann eine Vorspanngasleitung den Kopfraum des Füllguttanks 22 und/oder die Vorspanngasquelle und den Vorspannkanal 24 fluidisch miteinander verbinden.
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Es ist ebenfalls möglich, dass das Füllorgan 12 den bevorzugt angepressten Behälter B entlasten kann. Das Füllorgan 12 kann den bevorzugt angepressten Behälter B über den Entlastungskanal 26 entlasten. Der Entlastungskanal 26 kann mit einer Umgebung der Vorrichtung 10 verbunden sein. Über den Entlastungskanal 26 kann beispielsweise Luft aus dem bevorzugt angepressten Behälter B in die Umgebung abgeführt werden.
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Bevorzugt kann der Entlastungskanal 26 zum Entlasten des bevorzugt angepressten Behälters B verwendet werden, wenn die Behandlung des bevorzugt angepressten Behälters B abgeschlossen wird, zum Beispiel nach dem Spülen und Füllen des Behälters B. Alternativ oder zusätzlich kann der Entlastungskanal 26 während des Spülens des bevorzugt angepressten Behälters B die aus dem bevorzugt angepressten Behälter B gespülte Luft in die Umgebung ableiten.
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Es ist auch möglich, dass das Füllorgan 12 Luft aus dem bevorzugt angepressten Behälter B absaugen kann. Das Füllorgan 12 kann Luft aus dem bevorzugt angepressten Behälter B über den Vakuumkanal 28 absaugen der Vakuumkanal 28 kann fluidisch mit einer Vakuumquelle 30 verbunden sein. Die Vakuumquelle 30 kann beispielsweise als eine Vakuumpumpe ausgeführt sein.
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Bevorzugt kann der Vakuumkanal 28 zum Absaugen von Luft aus dem bevorzugt angepressten Behälter B zum Evakuieren des bevorzugt angepressten Behälters B vor dem Spülen und Füllen des Behälters B verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Vakuumkanal 28 das Spülen des bevorzugt angepressten Behälters B durch Absaugen der Luft aus einem Kopfraum des bevorzugt angepressten Behälters B unterstützen.
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Eine nicht gesondert in den Figuren dargestellte Steuereinrichtung der Vorrichtung 10 kann dazu konfiguriert sein, das Füllorgan 12 entsprechend dessen hierin erläuterten Funktionen, wie Evakuieren, Spülen, Vorspannen, Füllen, Entlasten usw., zu betreiben, zum Beispiel unter Verwendung von geeigneter Ventiltechnik.
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Die 2 zeigt eine gegenüber der Vorrichtung 10 von 1 modifizierte Vorrichtung 10'.
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Die Vorrichtung 10' kann eine Spülgaszufuhreinrichtung 16' mit einem Verdichter 32 aufweisen.
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Der Verdichter 32 kann jegliche bekannte Bauform aufweisen. Beispielsweise kann der Verdichter 32 als ein Kolbenverdichter, ein Schraubenverdichter oder ein Turboverdichter ausgeführt sein.
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Der Verdichter 32 kann in Fluidverbindung zwischen einem Kopfraum des Füllguttanks 22 und dem Füllorgan 12, vorzugsweise dessen Spülgaskanal 18, angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Gasleitung den Verdichter 32 und den Kopfraum des Füllguttanks 22 fluidisch miteinander verbinden. Bevorzugt kann die Gasleitung auch in Fluidverbindung mit dem Vorspannkanal 24 des Füllorgans 12 sein.
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Bevorzugt ist der Verdichter 32 derart angeordnet, dass er nicht nur in Fluidverbindung mit dem Füllorgan 12 ist, sondern zusätzlich mit weiteren Füllorganen (nicht dargestellt) der Vorrichtung 10' bzw. des Füllers. Der Verdichter 32 kann somit nicht nur das eine Füllorgan 12 mit verdichtetem Spülgas versorgen, sondern mehrere Füllorgane.
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Der Verdichter 32 kann vorverdichtetes Spülgas aus dem Füllguttank 22 empfangen. Beispielsweise kann das Spülgas aus dem Füllguttank 22 einen Druck von rd. 5 bar aufweisen. Der Verdichter 32 kann das empfangene, vorverdichtete Spülgas weiter verdichten.
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Der Verdichter 32 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das Spülgas auf einen Druck ≥ 8 bar, ≥ 10 bar, ≥ 15 bar, ≥ 20 bar, ≥ 25 bar oder ≥ 30 bar und/oder ≤ 30 bar, ≤ 35 bar oder ≤ 40 bar zu verdichten. Bevorzugt kann der Verdichter 32 das Spülgas auf einen Druck zwischen ≥ 8 bar und ≤ 30 bar verdichten.
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Die 3 zeigt eine weitere gegenüber der Vorrichtung 10 von 1 modifizierte Vorrichtung 10".
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Die Vorrichtung 10" kann eine Spülgaszufuhreinrichtung 16" mit einem Verdichter 34 aufweisen.
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Der Verdichter 34 kann jegliche bekannte Bauform aufweisen. Beispielsweise kann der Verdichter 34 als ein Kolbenverdichter, ein Schraubenverdichter oder ein Turboverdichter ausgeführt sein.
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Der Verdichter 34 kann in Fluidverbindung zwischen einem Kopfraum des Füllguttanks 22 und dem Füllorgan 12, vorzugsweise dessen Spülgaskanal 18, angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Gasleitung den Verdichter 34 und den Kopfraum des Füllguttanks 22 fluidisch miteinander verbinden. Bevorzugt kann die Gasleitung auch in Fluidverbindung mit dem Vorspannkanal 24 des Füllorgans 12 sein.
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Bevorzugt kann der Verdichter 34 und das Füllorgan 12 eine gemeinsame Baugruppe bilden bzw. miteinander integriert ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Verdichter 34 an das Füllorgan 12 angeflanscht oder in das Füllorgan 12 integriert sein.
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Vorzugsweise versorgt der Verdichter 34 nur das Füllorgan 12 mit verdichtetem Spülgas. Sofern mehrere Füllorgane 12 umfasst sind, kann diesen jeweils ein eigener Verdichter 34 zugeordnet sein.
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Ansonsten kann der Verdichter 34 das Spülgas auf die gleiche Weise wie bereits für den Verdichter 32 erläutert verdichten.
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Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf die 4 und 5 die besondere Funktionsweise des vorliegend offenbarten Spülverfahrens beschrieben.
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Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Freistrahl F zentrisch zu einer Mittelhochachse des Behälters B verläuft bzw. die Düse 14 zentrisch zu der Mittelhochachse des Behälters B angeordnet ist.
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Die 5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem der Freistrahl F exzentrisch zu einer Mittelhochachse des Behälters B verläuft bzw. die Düse 14 exzentrisch zu der Mittelhochachse des Behälters B angeordnet ist.
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Der von der Düse 14 erzeugte Freistrahl F durchströmt den Behälter B parallel zu einer Hochachse des Behälters B bis er einen Boden des Behälters B erreicht. Der Freistrahl F füllt den Behälter B von dessen Boden her mit dem Spülgas auf. Der Behälter B kann somit bodenseitig mit einem Volumen S aus Spülgas aufgefüllt werden. Der Freistrahl F kann somit als ein Treibstrahl zum Auffüllen des Volumens S dienen. Das Volumen S kann sich mit zunehmender Spüldauer vergrößern. Das Volumen S kann hierdurch ein Volumen O aus Luft, die Sauerstoff (02) aufweist, in einer Richtung zu der Behältermündung verdrängen. Die Luft bzw. das Volumen O kann somit von dem Spülgas S bzw. dem Volumens S aus dem Behälter B ausgeschoben werden.
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Beispielsweise kann die ausgeschobene Luft in den Entlastungskanal 26 (siehe 1 bis 3) ausgeschoben und schließlich in die Umgebung abgeleitet werden. Alternativ ist es jedoch bevorzugt, dass das Ausschieben der Luft durch ein Absaugen dieser Luft mittels des Vakuumkanals 28 und der Vakuumquelle 30 (siehe ebenfalls 1 bis 3) unterstützt wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und beispielsweise unabhängig von den Merkmalen bezüglich des Vorhandenseins und/oder der Konfiguration der Spülgaszufuhreinrichtung, des Füllorgans und/oder der Düse des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. Alle Bereichsangaben hierin sind derart offenbart zu verstehen, dass gleichsam alle in den jeweiligen Bereich fallenden Werte einzeln offenbart sind, z. B. auch als jeweils bevorzugte engere Außengrenzen des jeweiligen Bereichs.
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Bezugszeichenliste
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- B
- Behälter
- F
- Freistrahl
- O
- Volumen aus Luft mit Sauerstoff
- S
- Volumen aus Spülgas
- 10
- Vorrichtung zum Behandeln von Behältern
- 12
- Füllorgan
- 13
- Anpressfläche
- 14
- Düse
- 16
- Spülgaszufuhreinrichtung
- 18
- Spülgaskanal
- 20
- Füllgutkanal
- 22
- Füllguttank
- 24
- Vorspannkanal
- 26
- Entlastungskanal
- 28
- Vakuumkanal
- 30
- Vakuumquelle
- 32
- Verdichter
- 34
- Verdichter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005014076 A1 [0004]
