DE20213676U1 - Vorrichtung zum sterilen Abfüllen von Getränkeflüssigkeiten in Behältern - Google Patents

Description

Vorrichtung zum sterilen Abfüllen von Getränkeflüssiqkeiten in Behältern.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum sterilen Abfüllen von Getränkeflüssigkeiten in Behälter wie z.B. Flaschen, Dosen oder dergleichen.

In der Technik sind zahlreiche Vorschläge bekannt geworden, welche sich mit dem Befüllen von Behältern mit flüssigen Füllgütern wie Getränke und dergleichen befassen.

Bei bekannten Ausgestaltungen wird der zu füllende Behälter mit einem Füllventil in eine Dichtlage gebracht, worauf anschließend der aus mehreren Prozessschritten, wie z.B. Spülen, Vorspannen, Füllen, langsames Restfüllen, Vorentlastung und Restentlastung bestehende Füllprozess beginnen kann.

Während des Füllens des Behälters mit der Getränkeflüssigkeit ergibt sich das Problem, dass das im Behälter enthaltene Gasvolumen aus diesem entweichen muss. Da sich der Behälter aber in der Regel zu diesem Zeitpunkt noch immer in Dichtlage mit dem Füllventil befindet, müssen Mittel vorgesehen sein, welche es dem Gasvolumen gestatten, aus dem Behälter zu entweichen. Dazu sind neben zahlreichen anderen Ausgestaltungen auch Lösungen bekannt geworden, welche ein so genannten Rückgasrohr vorsehen.

Des weiteren ist man bekanntermaßen beim Abfüllen von Getränken bemüht, die Getränke so abzufüllen, dass eine möglichst lange Haltbarkeit dieser Produkte erreicht wird. Wenn man dies nicht mit chemischen Zusätzen oder ein nachträgliches Pasteurisieren durch Erhitzen erreichen will, ist man darauf angewiesen, den Abfüllvorgang möglichst keimfrei, d.h. steril durchzuführen, damit keine, die Haltbarkeit des abgefüllten Produkts verkürzende Bakterien oder Keime beim Abfüllvorgang in dem Behälter verbleiben oder in das Produkt gelangen.

Vorteile einer keimfreien bzw. sterilen Abfüllung ergeben sich insbesondere bei Fruchtsäften, aber auch bei Milch, Bier oder ähnlichen Getränken.

Um einen hohen Grad an Keimfreiheit beim Abfüllvorgang zu erzielen, ist es bekannt, am Anfang des Füllprozesses eine Dampfsterilisierung der Behälter vorzunehmen. In dieser Dampfsterilisierungsphase werden die Behälter mit Heißdampf durchspült.

Ein weiteres Problem beim Füllen von Behältern ergibt sich aus der Notwendigkeit, die gewünschte Füllhöhe in den Behältern genau einzuhalten. Dazu sind Lösungen bekannt geworden, bei denen die Füllhöhe durch die Länge des Füllrohes bestimmt wird. Bei derartigen Vorrichtungen steigt der Flüssigkeitsspiegel im Behälter so lange an, bis die Flüssigkeit das Rückgasrohr erreicht und dessen Öffnung quasi verschließt, wodurch dem im Behälter eingeschlossenen Gasvolumen die Möglichkeit genommen wird, weiter aus dem Behälter zu entweichen. Dadurch wird weiteres Nachfließen von Flüssigkeit unterbunden, was letztlich zur Folge hat, dass sich die gewünschte Füllhöhe einstellt.

Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabenstellungen sind Vorrichtungen bekannt geworden, bei denen jeweils Teilaspekte, nicht aber die Gesamtheit der dargestellten Problemstellungen betrachtet und gelöst wurden.

Nachfolgend werden die relevanten Teillösungen kurz behandelt.

Zur Sterilisation von Behältern während des Füllprozesses hat man bereits in der US 26 95 743 vorgeschlagen, durch ein bei der Dampfsterilisation oberhalb des Behälterrands liegendes kurzes Füllrohr, das während des Füllvorgangs mit seiner Mündung in die Behälteröffnung eintaucht, Dampf in den Mündungsbereich der Flasche zu bringen, indem das Füllrohr in Durchflussverbindung mit einer Dampfzuleitung gebracht wird.

Nach der Dampfspülung des Mündungsbereichs wird das Füllrohr dann weiter in den Behälter eingefahren und durch das Füllrohr, durch welches auch der Dampf eingeleitet worden ist, wird dann die abzufüllende Flüssigkeit in den Behälter eingefüllt. An diesem Verfahren ist der relativ große Steuerungsaufwand nachteilig. Außerdem hat man an diesem Verfahren kritisiert ( siehe EP-A-0303135), dass eine ausreichende Sterilisierung insbesondere des Innenraums des Behälters nicht möglich ist, da bei diesem Verfahren mit einem kurzen Füllrohr gearbeitet wird.

Um diesen Nachteil zu umgehen, wird in der EP-A-0303135, bei der ebenfalls eine Dampfsterilisationsphase vorgesehen ist, ein langes Dampfzuleitungsrohr verwendet, das in der Dampfsterilisationsphase so weit in den Behälter eingeführt ist, dass der Mündungsbereich des Dampfzuleitungsrohres nur unwesentlich über dem Boden des zu sterilisierenden Behälters liegt. Der Dampf strömt dann vom Behälterboden an den Wänden entlang nach oben. Außerdem wird während der Dampfsterilisationsphase eine Glocke über den Behälter gestülpt. Innerhalb dieser Glocke wird ebenfalls eine Dampfatmosphäre erzeugt, so dass der Behälter dann von außen und von innen mit Heißdampf behandelt ist.

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Nachteilig an diesem Verfahren ist einmal der große Aufwand, der für die Sterilisationsphase erforderlich ist, insbesondere ist aber auch nachteilig, dass aufgrund des langen Dampfzuleitungsrohres große Relatiwerschiebungen zwischen Dosierorgan und Behälter stattfinden müssen, was wiederum mit dem entsprechenden Vorrichtungsaufwand und zusätzlicher Prozesszeit beim Abheben und Absenken verbunden ist. Das Langrohr besitzt außerdem eine vergleichsweise hohe Wärmespeicherkapazität, so dass im Anschluss nach einem erfolgten Füllvorgang das durch die abgefüllte Flüssigkeit abgekühlte Füllrohr bei der nachfolgenden Dampfsterilisation neu aufgeheizt werden muss, wodurch unerwünschtes Kondensat anfällt.

Ebenfalls bekannt geworden ist eine Vorrichtung nach der EP 0531358, bei welcher das Dampfzuführungsrohr auch zur Ausleitung des Rückgases aus dem zu füllenden Behälter verwendet wird. Da das Dampfzuführungsrohr oberhalb des angestrebten Füllstandes endet, müssen zur Kontrolle bzw. Steuerung des Füllstandes besondere Mittel vorgesehen sein, wobei die EP 053 1358 dazu eine, innerhalb des Dampfzuführungsrohres angeordnete Sonde vorsieht, welche bei einer Berührung durch den Flüssigkeitsspiegel ein Signal abgibt, welches die Unterbrechung der Flüssigkeitszufuhr veranlasst. Eine derartige Vorrichtung ist aufgrund der zahlreichen erforderlichen Bauteile mechanisch und elektronisch aufwändig und teuer. Zur Problematik des in der Praxis gewünschten langsamen Restfüllens zeigt diese Erfindung keine Lösungen auf. Zur Dampfsterilisation der Behälter schlägt diese Schrift im wesentlichen vor, dass der, aus dem Dampfzuführungsrohr strömende Dampf in einem scharfen, auf den Behälterboden gerichteten Strahl austritt, wodurch sowohl der Behälterboden, als auch die Behälterwände sterilisiert werden.

Aufgabe und Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, hier Abhilfe und Verbesserung zu schaffen, so dass Dampfsterilisation, Rückgasführung, Füllhöhenkontrolle und langsame Restfüllung mit geringem mechanischem und auch elektronischem Aufwand realisiert werden können.

Dazu ist vorgesehen, dass das Dampfzuführungsrohr auch als Rückgasrohr verwendet wird, wobei das Dampfzuführungsrohr so lang ausgeführt ist, dass es in den endgültigen Flüssigkeitsspiegel des gefüllten Behälters eintaucht. Des weiteren ist vorgesehen, dass das Dampfzuführungsrohr an seinem unteren, in die Flüssigkeit eintauchenden Ende Ausnehmungen und/oder an seiner Umfangsfläche Öffnungen aufweist, welche den Ausströmungsquerschnitt des aus dem Behälter entweichenden Gasvolumens bei weiter ansteigendem Flüssigkeitsspiegel im Behälter in vorbestimmter Weise verringern.

Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Im Einzelnen zeigt die

Figur 1 in einer Schnittdarstellung einen, in Dichtlage an einer Füllstelle befindlichen Behälter

Figur 2 in einer Schnittdarstellung ein, in den Flüssigkeitsspiegel des Behälters

eintauchendes Dampfzuführungsrohr/Rückgasrohr

Figur 3 in einer Seitenansicht ein Dampfzuführungs-/Rückgasrohr mit einer füll-

höhenbestimmenden Sonde in verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungsmöglichkeiten des eintauchenden Endes des Dampfzuführungs-/Rückgasrohres und

Figur 4 in einer Seitenansicht ein Dampfzuführungs-/Rückgasrohr mit einer füllhöhenbestimmenden Sonde in verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungsmöglichkeiten der, an der Umfangsfläche befindlichen Öffnungen.

Wie in der Figur 1 dargestellt, befindet sich der zu befüllende Behälter 2 in Dichtlage mit einem vereinfacht dargestellten Füllventil. Das auch als Rückgasrohr verwendete Dampfzuführungsrohr 1 ragt so weit in den Behälter 2, dass es nach der Beendigung des Füllprozesses mindestens geringfügig in den Flüssigkeitsspiegel eintaucht.

Es wird zur Sterilisation des Behälters mit Dampf oder einem anderen Inertgas vor dem Befüllungsprozess in der, im einleitenden Teil beschriebenen Weise eingesetzt.

Während des Befüllens des Behälters mit Flüssigkeit strömt diese zwischen dem Dampfzuführungsrohr 1 und der Behälterwandung in den Behälter 2.

Dabei können Mittel vorgesehen sein, welche den Flüssigkeitsstrom gezielt zur Behälterwand leiten, so dass die Flüssigkeit im wesentlichen entlang der Behälterwand in den Behälter strömt.

Zeitgleich mit dem Einströmen der Flüssigkeit entweicht die in dem Behälter 2 enthaltene Luft durch das dann als Rückgasrohr eingesetzte Dampfzuführungsrohr 1. Dabei benutzt die entweichende Luft alle verfügbaren Öffnungen. Da diese Öffnungen, wie noch erläutert werden wird, für den Füllprozess von ausschlaggebender Bedeutung sind, wird deren Ausgestaltung im Rahmen der vorliegenden Erfindung besondere Aufmerksamkeit beigemessen.

Zunächst weist das untere Ende des Dampfzuführungsrohres 1 eine Querschnittsöffnung auf, deren Gestaltung im wesentlichen durch die Querschnittsfläche des verwendeten Dampfzuführungsrohres bestimmt wird.

Als besonders vorteilhaft hat sich für das Dampfzuführungsrohr 1 ein kreisförmiger Querschnitt herausgestellt. Es sind aber auch andere mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt versehene Ausgestaltungen möglich.

Des weiteren kann das untere Ende des Dampfzuführungsrohres 1 eine oder mehrere Ausnehmungen aufweisen. Einige Beispiele für die zahlreichen Gestaltungsmöglichkeiten dieser Ausnehmungen zeigt die Figur 3. Dabei wird Pfad der vorliegenden technischen Lehre auch dann nicht verlassen, wenn in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung Ausnehmungen vorgesehen sind, welche in ihrer Gestalt von den dargestellten Beispielen abweichen und/oder Kombinationen dargestellter oder beliebiger anderer Ausnehmungen verwenden.

Zusätzlich zu den, aber auch anstatt der oben beschriebenen Ausnehmungen können auch an der Umfangsfläche des Dampfzuführungsrohres 1 Öffnungen vorgesehen sein.

Beispiele für die Gestaltung dieser Öffnungen sind in der Figur 3 dargestellt. Auch bezüglich der an der Umfangsfläche angebrachten Öffnungen wird der Pfad der vorliegenden technischen Lehre nicht verlassen, wenn die am Dampfzuführungsrohr 1 angebrachten Öffnungen in ihrer Gestalt von den in Figur 3 dargestellten Beispielen abweichen oder beliebige Kombinationen von Gestaltungen verwendet werden.

Zu Beginn des Füllprozesses stehen alle Öffnungen und/oder Ausnehmungen des nun als Rückgasrohr verwendeten Dampfzuführungsrohres 1 für die Ableitung des, im Behälter 2 enthaltenen Gasvolumens zur Verfügung. Aufgrund des großen zur Verfügung stehenden Öffnungsquerschnittes kann das enthaltene Gasvolumen mit minimalen Druckverlusten und folglich mit maximalem Volumenstrom aus dem Behälter 2 entweichen. Die Flüssigkeit kann demzufolge entsprechend mit maximaler Geschwindigkeit in den Behälter 2 einströmen.

Mit steigendem Flüssigkeitsspiegel im Behälter erreicht die Flüssigkeit das untere Ende des Dampfzuführungsrohres 1 und verschließt, wenn dieses in die Flüssigkeit eintaucht, die untere stirnseitige Querschnittsöffnung. Dadurch steht für die entweichende Luft nur noch ein reduzierter Öffnungsquerschnitt zur Verfügung, wodurch der entweichende Volumenstrom aufgrund des erhöhten Strömungswiderstandes

deutlich reduziert wird. Dadurch wird aber auch zwangsläufig der Volumenstrom der einströmenden Flüssigkeit reduziert, wodurch die gewünschte Phase des langsamen Restfüllens ohne aufwändige elektronische oder mechanische Bauteile und/oder Steuerungen realisiert und ausgelöst wird, bzw. zusätzlich bewirkt werden kann.

Mit weiter steigendem Flüssigkeitsspiegel werden nach und nach auch die noch verbliebenen Ausnehmungen am unteren Ende und/oder Öffnungen am Umfang des Dampfzuführungsrohres 1 durch die aufsteigende Flüssigkeit verschlossen, wodurch der Volumenstrom der einströmenden Flüssigkeit entsprechend reduziert wird.

Ist schließlich auch die letzte z.B. am Umfang des Dampfzuführungsrohres 1 befindliche Öffnung verschlossen, so kann zum einen die Luft nicht weiter aus dem Behälter 2 entweichen und zum anderen kann ebenfalls keine weitere Flüssigkeit in den Behälter strömen, wodurch die, durch die Gestaltung des Dampfzuführungsrohres 1 vorbestimmte Füllhöhe erreicht ist.

Der Füllprozess kann nun mit beliebigen Prozessschritten wie z.B. Vorentlastung, Entlastung usw. fortgesetzt und dann schließlich in bekannter Weise beendet werden.

Dieses Vorbeschriebene Prinzip mit nur geringfügig in den endgültigen Füllspiegel eintauchendem Dampfzuführungsrohr 1 bzw. dem im Sinne eines Rückgasrohres eingesetzten Dampfzuführungsrohres 1 kann natürlich auch bei Sonden- oder Volumenfüllmaschinen mit dem gleichen Vorteil eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Füllmaschine mit wenigstens einem Füllorgan mit einem Flüssigkeitsventil, einem Zuführkanal für die abzufüllende Flüssigkeit, mit einem Zuführkanal für inertes Spanngas und mit einer Einrichtung zur Zuführung von Dampf über eine Dampfzuleitung zu einem Dampfzuleitungsrohr (1), das das Flüssigkeitsventil und einen oberhalb des Flüssigkeitsventils liegenden, auch bei geschlossenem Flüssigkeitsventil flüssigkeitsbeaufschlagten Raum durchsetzt und das bei einer gegen eine Dichtung am Füllorgan angepressten Behälter mit seinem Mündungsbereich im Behälterhals endet, wobei die Zuführleitung für das inerte Spanngas und die Zuführleitung für Dampf oberhalb des Flüssigkeitsventils sowie die Abführleitung des Rückgases an das Dampfzuleitungsrohr angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfzuleitungsrohr (1) unterhalb eines vorgegebenen endgültigen Füllspiegels in dem Behälter endet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfzuleitungsrohr (1) an seinem unteren, in den vorgegebenen Füllspiegel eintauchenden Ende eine oder mehrere Ausnehmungen aufweist.

3. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfzuleitungsrohr (1) an seiner Umfangsfläche eine oder mehrere Öffnungen aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfzuführungsrohr (1) auch als Rückgasrohr verwendet wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfzuführungsrohr (1) zur Steuerung der Füllhöhe verwendet wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfzuführungsrohr (1) zur Auslösung und Steuerung des langsamen Restfüllens verwendet wird.