DE4036290A1 - Verfahren und vorrichtung zum sterilen abfuellen von getraenkefluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sterilen Abfüllen von Getränkeflüssigkeiten in Flaschen od. dgl. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, mit der ein solches Verfahren durchgeführt werden kann.

Bekanntermaßen ist man beim Abfüllen von Getränken bemüht, die Getränke so abzufüllen, daß eine möglichst lange Haltbarkeit der abgefüllten 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 verkürzenden Bakterien beim Abfüllvorgang im Produkt zurückbleiben. Vorteile einer keimfreien bzw. sterilen Abfüllung ergeben sich insbesondere bei Fruchtsäften, aber auch bei Bier oder ähnlichen Getränken.

Um einen hohen Grad an Keimfreiheit beim Abfüllvorgang zu erzielen, ist es bekannt, eine Dampfsterilisierung der Flaschen vorzunehmen. In dieser Dampfsterilisierungsphase werden die Flaschen (dies gilt selbstverständlich auch für Getränkedosen) mit Heißdampf durchspült. Zu diesem Zweck hat man bereits vorgeschlagen (US-PS 26 95 743), durch ein bei der Dampfsterilisation oberhalb des Flaschenrands liegendes kurzes Füllrohr, das während des Füllvorgangs mit seiner Mündung im Flaschenhals 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 in den Flaschenhals eingefahren und durch das Füllrohr, durch das auch der Dampf eingeleitet worden ist, dann die abzufüllende Flüssigkeit in die Flasche eingefüllt.

An diesem Verfahren ist der relativ große Steuerungsaufwand nachteilig. Außerdem hat man an diesem Verfahren kritisiert (siehe EP-A-03 03 135), daß eine ausreichende Sterilisierung insbesondere des Innenraums der Flasche nicht möglich ist, da dort mit einem kurzen Füllrohr gearbeitet wird.

Um diesen Nachteil zu umgehen, wird in der EP-A-03 03 135, bei der ebenfalls eine Dampfsterilisierungsphase vorgesehen ist, ein langes Dampfzuleitungsrohr verwendet, das in der Dampfsterilisierungsphase so weit in die Flasche eingeführt ist, daß der Mündungsbereich des Dampfzuleitungsrohres nur unwesentlich über dem Boden der zu sterilisierenden Flasche liegt. Der Dampf strömt dann vom Flaschenboden an den Wänden entlang nach oben. Außerdem wird bei der Dampfsterilisierungsphase über die Flasche eine Glocke gestülpt. Innerhalb dieser Glocke wird ebenfalls eine Dampfatmosphäre erzeugt, so daß die Flasche dann von außen und von innen mit Heißdampf behandelt ist.

Nachteilig an diesem Verfahren ist einmal der große Aufwand, der für die Dampfsterilisierungsphase erforderlich ist (zusätzliche Glocke), insbesondere ist aber auch nachteilig, daß aufgrund des langen Dampfzuleitungsrohres große Relativverschiebungen zwischen Dosierorgan und Flasche 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 Fülltakt das durch die abgefüllte Flüssigkeit abgekühlte Füllrohr neu aufgeheizt werden muß, wodurch viel unerwünschtes Kondensat anfällt.

Gegenüber diesem Stand der Technik will die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung vorschlagen, mit dem/der eine einfache und effektive, für einen großen Anwendungsbereich ausreichende sterile Flaschenabfüllung möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte vorgesehen. Gemäß diesen Verfahrensmerkmalen wird zunächst in einer Positionierphase die Flasche von unten auf das Füllorgan hin bewegt, wobei diese Bewegung mindestens so weit erfolgt, daß die Mündung eines kurzen, am Füllorgan vorgesehenen Dampfzuleitungsrohres im Mündungsbereich innerhalb des Flaschenkopfes zu liegen kommt. Es wird dann in der nachfolgenden Sterilisationsphase Dampf durch das Dampfzuleitungsrohr in die Flasche eingeleitet, wobei dadurch, daß die Mündung des Dampfzuleitungsrohres innerhalb des Flaschenkopfes liegt, der Dampf unmittelbar gezielt in die Flasche eingeleitet wird und so in einen relativ scharfen und gebündelten Stahl nach unten strömen kann und dadurch alle Bereiche der Flasche, auch den Flaschenboden und die Eckbereiche zwischen Boden und Wänden erreichen kann. Die Dampfzufuhr kann bis zum Erreichen eines bestimmten Druckes im Flascheninneren aufrechterhalten werden.

Nach dieser Sterilisierungsphase wird die Flasche wie an sich bekannt, mit einem inerten Spanngas vorgespannt, wobei ein Gegendruck in der Flasche erzeugt wird, der bei Erreichen eines bestimmten Wertes das Flüssigkeitsventil im Füllorgan beispielsweise automatisch öffnet.

Es wird sodann in der Füllphase die Getränkeflüssigkeit unter Umströmung des Außenmantels des Dampfzuleitungsrohres in die Flasche eingefüllt. Dabei bedeutet "Umströmung des Außenmantels", daß die Flüssigkeit also nicht im Inneren des Dampfzuleitungsrohres zugeführt wird, sondern in dem Bereich zwischen der Innenwandung der Flasche und dem Außenmantel des Dampfzuleitungsrohres. Die Umströmung des Außenmantels kann dabei in direktem oder indirektem Kontakt mit dem Außenmantel stattfinden. Dadurch, daß die abzufüllende Flüssigkeit unter Umströmung des Außenmantels im oben gegebenen Sinne in die Flasche eingefüllt wird, kann das aufgrund der vorangegangenen Sterilisationsphase noch heiße Dampfzuleitungsrohr die abzufüllende Flüssigkeit auf einer relativ großen Fläche, nämlich der Umfangsfläche des Dampfzuleitungsrohres direkt oder indirekt, etwas erwärmen. Diese Erwärmung führt dazu, daß die Flüssigkeit nicht kalt gegen die aufgrund der vorangegangenen Sterilisationsphase erhitzten Innenwand der Flasche auftritt, sondern hier eine gewisse Verringerung der Temperaturdifferenz stattfindet, was die Gefahr des Flaschenbruchs aufgrund sonst möglicher, großer Temperaturdifferenzen, stark reduziert. Bei diesem Füllvorgang wird das Spanngas verdrängt und als Rückgas durch das Dampfzuleitungsrohr abgeführt. Nach Erreichen des gewünschten Füllstandes wird die Flasche dann in an sich bekannter Weise schließlich vom Füllorgan nach unten abgezogen.

Da anders als nach dem Stand der Technik nach der US-PS 26 95 743 das kurze Dampfzuleitungsrohr bereits in der Sterilisationsphase im Flaschenmündungsbereich liegt und für den Füllvorgang keine Verschiebung des Dampfzuleitungsrohres erforderlich ist, ergibt sich gegenüber diesem Stand der Technik eine einfachere und wirkungsvollere Möglichkeit, die Sterilisationsphase durchzuführen, andererseits ergibt sich nicht die Notwendigkeit der langen Hubbewegungen, wie dies in der EP-A-03 03 135 der Fall ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher einfach und trotzdem effizient durchgeführt werden. Da zur Führung der Flüssigkeit und der Prozeßgase völlig getrennte Kanäle benutzt werden, kann der Flüssigkeitskanal unterhalb des Flüssigkeitsventils frei von Anschnitten für Gaskanäle gehalten werden, wodurch sich eine widerstands- und wirbelarme Strömung und gute Reinigung ergibt. Ferner kommen die an das Dampfzuleitungsrohr angeschlossenen Gaskanäle praktisch nicht mit dem Füllgut in Berührung, was die Bildung von Keimherden vermeidet.

Es bestehen gemäß den abhängigen Ansprüchen 2 bis 13 verschiedene Varianten, das erfindungsgemäße Verfahren weiter auszugestalten.

Bei einer dieser vorteilhaften Ausführungsvarianten wird die Flasche in der Positionierphase nur bis kurz unterhalb des Füllorgans ohne Anpressen gegen das Füllorgan angehoben und es wird in dieser Stellung dann die Sterilisationsphase durchgeführt. Auch bei dieser Variante wird darauf geachtet, daß die Mündung des Dampfzuleitungsrohres bereits im Flaschenhals liegt, wenn die Hubbewegung der Flasche gestoppt wird. In der Dampfphase kann der Dampf dann die Flasche durchströmen und tritt zwischen Dampfzuleitungsrohr und Flaschenhals nach oben aus der Flasche ins Freie aus, so daß dabei dann auch der obere Flaschenrand und insbesondere der Bereich, in dem der Flaschenverschluß später aufgebracht wird, außerhalb der Flasche mit sterilisationsbehandelt wird. Es findet also eine Mündungssterilisation von außen statt. Im weiteren Verlauf kann die Flasche dicht an das Füllorgan unter gleichzeitig anhaltender Dampfzufuhr angepreßt werden.

An diese Mündungssterilisation kann sich auch gemäß einer weiteren Variante eine Vorspülphase anschließen, in der wiederum inertes Spanngas in die Flasche eingeleitet wird, das dann den Zweck hat, den Heißdampf aus der Flasche auszuspülen. Wenn während dieser Spülphase dann nach dem Austreiben des Heißdampfes die Flasche weiter angehoben wird, bis die dichtend am Füllorgan anliegt, kann man von dieser Spülphase unmittelbar in die Vorspannphase übergehen, in der dann der Gegendruck in der Flasche zum anschließenden Öffnen des Füllventils erzeugt wird.

Bei einer anderen Variante ist vorgesehen, daß die Flasche bereits in der Positionierphase gegen eine Dichtung des Füllorgans gepreßt wird. Zwischen der so durchgeführten Positionierphase und der Sterilisationsphase kann dann eine Vorevakuierung der Flasche erfolgen. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ebenfalls wiederum das Dampfzuleitungsrohr herangezogen, indem dieses an eine Vakuumleitung angeschlossen wird. Nach dieser ersten Vorevakuierung kann dann die Sterilisationsphase erfolgen, während dann wiederum zur Dampfentfernung eine Evakuierungsphase sich anschließen kann.

Durch diese Maßnahmen kann die Keimabtötung im Flascheninneren wirkungsvoll unterstützt werden.

Bei einer anderen Verfahrensvariante ist vorgesehen, daß nach der Sterilisationsphase eine Vorspülphase mit durch das Dampfzuleitungsrohr eingeleitetem Spanngas durchgeführt wird und daß während der Vorspülphase der Dampf und das Kondensat durch eine in dieser Vorspülphase zur Flaschenmündung hin geöffnete Entlastungsleitung ausgeblasen wird.

Bei dieser Variante wird die Flasche ebenfalls gegen eine Dichtung des Füllorgans gepreßt, wobei jedoch der Anpreßdruck zunächst nur so zu sein braucht, daß die Flasche dicht am Füllorgan sitzt. Wenn dann nach der Sterilisationsphase, der keine Vorevakuierungsphase vorausgegangen sein muß, die Vorspülphase eingeleitet wird, so kann das eingeleitete Spanngas den Dampf und insbesondere das sich in der Sterilisationsphase im Flaschenboden sammelnde Kondensat nach oben aus der Flasche drücken, wobei dieser heiße Dampf dann nicht ins Freie abgegeben wird, wo er evtl. benachbarte Flaschen beeinträchtigen könnte, sondern einer Entlastungsleitung zugeführt wird, und kann dann gezielt an einer geeigneten Stelle abgegeben werden. Zur Beendigung der Vorspülphase kann die Entlastungsleitung geschlossen werden, so daß das zunächst als Spülgas eingeleitete Gas nicht mehr entweicht und sich dann die Vorspannphase anschließt. In vorteilhafter Ausgestaltung wird die Entlastungsleitung durch eine Hubbewegung der Flasche verschlossen. Das kann dadurch geschehen, daß die Flasche dann nach Beendigung der Vorspülphase weiter angehoben wird, wobei durch eine geeignete Ausbildung der Zentrierglocke automatisch das Verschließen der Mündung der Entlastungsleitung stattfindet.

In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Füllphasse die Flüssigkeit durch einen über der Flaschenmündung sitzenden Umlenkkörper an die Innenwand des Flaschenkopfes hingelenkt wird. Dieser Umlenkkörper hat die Aufgabe, die Flüssigkeit unmittelbar im Mündungsbereich der Flasche an die Innenwand der Flasche hinzulenken, wo sie dann aufgenommen wird und unter der Adhäsionswirkung an der Flascheninnenwand entlang in die Flasche nach unten strömt. Damit ergibt sich eine gleichmäßige, von oben nach unten erfolgende Abkühlung der Flasche beim Füllvorgang, beginnend im besonders starkwandigen Kopfbereich der Flasche, so daß es nicht zu Temperaturschocks und damit zum Flaschenbruch kommt.

Bei allen Verfahrensvarianten kann in der Abziehphase vorgesehen sein, die Flasche nur teilweise vom Füllorgan abzuziehen, und dann eine Spülung des Mündungsbereichs der gefüllten Flasche durch Anblasen mit inertem Spanngas, das ebenfalls wieder durch das Dampfzuleitungsrohr geleitet wird, vorzunehmen. Danach kann die Flasche dann vollständig vom Füllorgan abgezogen werden. Mit diesem Nachspülen wird im Bereich der Flaschenmündung, wie an sich bekannt, eine inerte Atmosphäre geschaffen, so daß der Flascheninnenraum bis zum Verschließen nicht mehr mit eventuell noch Keime enthaltender Luft in Berührung kommt.

Ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildetes Füllorgan weist ein Flüssigkeitsventil auf sowie Zuführkanäle für die abgefüllte Flüssigkeit und für ein inertes Spanngas sowie ein kurzes Dampfzuleitungsrohr, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfzuleitungsrohr das Flüssigkeitsventil und einen oberhalb des Flüssigkeitsventils liegenden, auch bei geschlossenen Flüssigkeitsventil mit Flüssigkeit beaufschlagten Raum durchsetzt und daß die Zuführleitung für das inerte Spanngas ggf. eine Zuführleitung für Vakuum sowie eine Zuführleitung für Heißdampf oberhalb des Flüssigkeitsventils an das Dampfzuleitungsrohr angeschlossen sind.

Mit diesen Merkmalen wird ein Flüssigkeitsorgan geschaffen, bei dem das Dampfzuleitungsrohr nicht nur das Flüssigkeitsventil, sondern auch einen darüberliegenden, produktflüssigkeitsbeaufschlagten Raum durchsetzt, was zur Folge hat, daß auch in der Sterilisationsphase mit Heißdampf der durch das Dampfzuleitungsrohr geführte Dampf Wärme an das Flüssigkeitsventil einerseits und das in diesem Bereich anstehende Produkt abgeben kann, so daß das Produkt etwas vorgewärmt wird, mit der oben beschriebenen Folge, daß die Temperaturdifferenzen beim Auftreffen auf die Flaschenwand geringer sind. Neben diesen Vorteilen ergibt sich eine bedeutende Vereinfachung dadurch, daß das Dampfzuleitungsrohr nicht nur zur Zuleitung von Heißdampf, sondern auch als Zuleitungsrohr für das Spanngas und für das Vakuum dient. Dadurch, daß die einzelnen Verfahrensschritte wie Spülen mit inertem Spanngas, Vorevakuieren, Spülen mit Heißdampf immer separat ausgeführt werden, ist es möglich, alle diese Vorgänge durch das Dampfzuleitungsrohr zu steuern. Dies hat nicht nur eine vereinfachte Konstruktion zur Folge, sondern bringt darüber hinaus auch noch den Vorteil, daß in der Sterilisationsphase auch die Spanngasleitung und die Vakuumleitung sowie die Rückgasleitung mit Heißdampf bis zu den entsprechenden Ventilen beaufschlagt und damit immer wieder ebenfalls sterilisiert werden, so daß keine eventuell mögliche Verschleppung von Bakterien von einem Füllvorgang auf den nächsten Füllvorgang stattfinden kann.

Bei einer konkreten Ausführungsform ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, daß die Zuführleitung für das inerte Spanngas, die Zuführleitung für Vakuum sowie die Zuführleitung für Dampf in einer gemeinsamen Anschlußleitung münden, die dann wiederum ihrerseits in das Dampfzuleitungsrohr einmündet.

Außerdem kann das Dampfzuleitungsrohr auch zum Entspannen der gefüllten Flasche auf Atmosphärendruck benutzt werden.

Die Dichtung, gegen die die Flasche an der Zentrierglocke angepreßt wird, ist vorteilhafterweise Teil einer höhenbeweglichen Zentrierglocke, die bei einer Ausführungsform in einer ersten Lage eine Kammer oberhalb der Flaschenmündung bildet. In dieser Situation ist also die Flasche an der Zentrierglocke angepreßt, es entsteht jedoch um den Mündungsbereich herum in der Zentrierglocke eine Kammer, die es ermöglicht, in der Vorspülphase den Heißdampf aus der Flasche in die Kammer und über die Kammer in eine dort mündende Entlastungsleitung hinein zu blasen. In einer zweiten Lage, in der die Zentrierglocke noch weiter angehoben ist, können Teile der Zentrierglocke bei entsprechender Ausbildung die Mündungsöffnung der Entlastungsleitung verschließen, so daß sich dann in der Flasche in der Vorspannphase wie gewünscht der erforderliche Gegendruck aufbauen kann.

Als weiterhin sehr vorteilhaft hat sich herausgestellt, das Dampfzuleitungsrohr zumindest im Mündungsbereich zur Flasche hin als Ringdüse auszubilden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man im Innern des Dampfzuleitungsrohres eine Sonde anordnet, die zur Erfassung des Füllstands dient. Diese Sonde wirkt in der Sterilisationsphase auf den Dampfstrom strömungsleitend, was zu einem entsprechend gebündelten Dampfstrahl führt, der auf den Boden der Flasche gerichtet ist und sich dann von dort an den Wänden der Flasche entlang nach oben ausbreiten kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, weiter erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Füllorgans in schematischer Darstellung,

Fig. 2 die einzelnen Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer ersten Variante und

Fig. 3 die einzelnen Phasen einer zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante,

Fig. 4 den Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Füllorgans in schematischer Darstellung,

Fig. 5 eine Teilschnittdarstellung einer konkreteren, nach dem anhand von Fig. 4 erläuterten Prinzip arbeitenden Füllorgan in der Vorspülphase und

Fig. 6 das Füllorgan der Fig. 5 in der Füllphase.

In der Fig. 1 ist ein Füllorgan schematisch dargestellt und mit 1 bezeichnet. Dieses Füllorgan befindet sich in einer nicht dargestellten Gegendruckfüllmaschine, deren prinzipieller Aufbau bekannt ist und hier nicht weiter erläutert zu werden braucht. In diesem Zusammenhang kann z. B. auf die DE-OS 38 25 093 oder die DE-OS 38 36 489 hingewiesen werden. In diesen Druckschriften wird der prinzipielle Aufbau derartiger Maschinen beschrieben.

Dem Füllorgan 1 sind verschiedene, in einem Ventilblock untergebrachte Ventile 2, 3, 4 und 5 zugeordnet. Das Ventil 2 dient als Dampfventil und ist eingangsseitig an eine Dampfzuführleitung 6 angeschlossen. Das Ventil 3 dient zur Vorevakuierung und ist eingangsseitig mit einer evakuierten Leitung 7 verbunden. Das Ventil 4 dient als Inertgas-Ventil und ist zu diesem Zweck eingangsseitig mit der Inertgasleitung 8 verbunden. Schließlich dient das Ventil 5 als Rückgasventil zum Ablassen von Rückgas über die Rückgasleitung 9. Alle Ventile 2 bis 5 sind ausgangsseitig an eine gemeinsame Leitung 10 angeschlossen, die wiederum über eine Anschlußleitung 11 an das obere Ende eines Dampfzuleitungsrohres 12 angeschlossen ist. Dieses Dampfzuleitungsrohr durchsetzt den Ventilkörper 13 des eigentlichen Flüssigkeitsventils 14. Oberhalb des Flüssigkeitsventils 14 befindet sich ein Produktsammelraum 15, in den die Produktleitung 15 mündet. Im Kopf des Füllorgans ist der Antrieb 23 für das Füllorgan untergebracht, der es ermöglicht, das Flüssigkeitsventil 14 zur geeigneten Zeit zu öffnen bzw. wieder zu schließen.

In der dargestellten Position liegt an einer unteren Dichtung 17 des Füllorgans der Kopf 18 einer zu füllenden Flasche an. Das Dampfzuleitungsrohr 12 endet im Bereich des Flaschenhalses mit seiner Mündungsöffnung 19 unterhalb der Flaschenmündung 20. In dem Dampfzuleitungsrohr ist des weiteren eine Sonde 21 untergebracht, die als Füllstanddetektorsonde dient und Signale zur Beendigung des Füllvorgangs gibt, wenn die Sonde beim Füllvorgang mit Flüssigkeit in Berührung kommt. Die Mündungsöffnung 19 kann vorteilhafterweise über den vorgesehenen Füllstand enden, so daß keine Flüssigkeit in das Innere des Dampfzuleitungsrohres eindringt. Die Ventile 2 bis 5 werden je nach gewünschtem Verfahrensablauf elektrisch oder auch mechanisch geöffnet oder geschlossen.

Mit einem derartigen Füllorgan läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren in verschiedenen Varianten bzw. Ausführungsbeispielen durchführen.

Eine erste derartige Variante wird im folgenden anhand der Fig. 2 weiter erläutert. In der Fig. 2 (ebenso wie in der Fig. 3) sind nacheinanderfolgend die einzelnen Positionen der verschiedenen Ventile in den einzelnen Phasen des Füllvorgangs dargestellt. Dabei stehen in der linken Spalte jedes Kästchens die offenen Ventile. In der rechten Spalte sind die geschlossenen Ventile in den einzelnen Phasen gezeigt. Die Zahlen entsprechen den Bezugszeichen der Ventile in der Fig. 1, d. h. das Ventil 2 ist das Dampfventil, das Ventil 3 ist das Vorevakuierungsventil, das Ventil 4 das Inertgasventil und das Ventil 5 das Rückgasventil. Mit 14 ist das eigentliche Füllventil bezeichnet.

Gemäß einer ersten Variante, die in Fig. 2 dargestellt ist, wird eine Flasche in der Positionierphase gegen das Füllorgan 1 durch Anheben des Hubtellers 22, auf dem die Flasche steht, so in Position gebracht, daß der obere Rand der Flasche nicht gegen die Dichtung 17 (vgl. Fig. 1) des Füllorgans gepreßt ist, sondern beabstandet dazu liegt. Allerdings liegt die Mündung 19 des Dampfzuleitungsrohres 12 bereits innerhalb der Mündung 18 der Flasche. Sämtliche Ventile 2 bis 5 und 14 sind dabei geschlossen. Im nächsten Schritt wird nun zunächst das Dampfventil 2 geöffnet. Das hat zur Folge, daß Heißdampf in die Flasche einströmt. Der Heißdampf erreicht sämtliche Bereiche der Flasche und entweicht durch den Spalt zwischen Mündung des Dampfzuleitungsrohres und Flaschenkopf ins Freie. Dabei wird der Mündungsbereich der Flasche auch von außen sterilisiert und damit keimfrei. Diese Phase ist daher die Sterilisationsphase. Zur Beendigung der Sterilisationsphase wird das Dampfventil 2 geschlossen. Es folgt sodann eine Vorspülphase, in der mit inertem Gas, nämlich CO₂, ein Spülen der Flasche vorgenommen wird. Dazu wird das CO₂-Ventil 4 geöffnet. Das CO₂ strömt ebenfalls auf das Dampfzuleitungsrohr in die Flasche, verteilt sich dort gleichmäßig, verdrängt den dort noch vorhandenen Restdampf und gelangt zum Teil durch den in dieser Phase noch vorhandenen Abstand zwischen oberem Flaschenrand und unterer Dichtung 17 am Füllorgan ins Freie. Bei geöffnetem CO₂-Ventil wird sodann die Flasche durch Anheben des Hubtellers 22 gegen die Dichtung 17 gefahren. Dies ist durch den Pfeil mit der entsprechenden Darstellung im Funktionsablauf gezeigt. Durch das weitere Einleiten des CO₂ bei geöffnetem CO₂-Ventil entsteht nun in der Flasche ein Gegendruck, der schließlich dazu führt, daß sich das Füllventil 14 öffnet. Diese Phase ist als Vorspannphase bezeichnet. Mit dem Öffnen des Füllventils 14 wird auch das Rückgasventil 5 geöffnet und das CO₂-Ventil 4 sodann geschlossen. Es findet nun die Füllphase statt, wobei die Flüssigkeit in die Flasche einläuft und dabei durch das Rückgasventil 5 CO₂ aus der Flasche entweichen kann. Zum Bremsen des Füllvorgangs kann das Rückgasventil periodisch geöffnet und geschlossen werden, um das Einlaufen der Flüssigkeit zu verlangsamen. Bei Erreichen des gewünschten Füllstands schließt das Füllventil 14 wieder. Sodann wird durch Öffnen des Rückgasventils 5 in bekannter Weise entlastet.

Nachfolgend kann durch Absenken des Hubtellers 22 um einen Teilhub die Flasche etwas von der Dichtung am Füllorgan abgesenkt werden, so daß zwischen oberem Rand der Flasche und der Dichtung ein Zwischenraum entsteht. Nun kann noch einmal das CO₂-Ventil 4 geöffnet werden, so daß im Mündungsbereich eine CO₂-Atmosphäre geschaffen wird, die das Eindringen von Luft und damit eventuellen Keimen in das Flascheninnere verhindert.

Nach Beendigung dieser Nachspülphase werden sämtliche Ventile geschlossen und die Flasche dann vom Füllventil vollständig abgezogen. Damit ist dann die Ausgangsposition wieder eingenommen und der Füllvorgang kann für die nächste Flasche entsprechend beginnen.

Bei einer anderen, in der Fig. 3 dargestellten Variante wird die Flasche in der Positionierphase bereits vollständig gegen das Füllorgan gepreßt, so daß also kein Abstand wie im ersten Beispiel zwischen oberem Flaschenrand und der Füllorgandichtung verbleibt. Es folgt dann als nächstes eine Vorevakuierungsphase, indem das Ventil 3 geöffnet wird. Dann erst wird die Sterilisationsphase durchgeführt. Hierzu wird das Vorevakuierungsventil 3 geschlossen und das Dampfventil 2 geöffnet. Nach dieser Sterilisationsphase kann sich erneut eine Evakuierungsphase anschließen, in der dann der Dampf durch Erzeugen eines Vakuums aus der Flasche entfernt wird. Danach schließt sich die Vorspannphase an. Hierzu wird das CO₂-Ventil geöffnet und es wird ein Überdruck in der Flasche erzeugt, der dann zum Öffnen des Füllventils führt, so daß dann in die Füllphase übergegangen wird. Die weiteren Schritte stimmen mit denjenigen überein, wie sie anhand der Fig. 2 erläutert worden sind, für das dies hier nicht noch einmal wiederholt zu werden braucht.

Bei der Durchführung dieser verschiedenen Füllverfahren kann das in der Fig. 1 gezeigte Füllventil verwendet werden. Wie man der Fig. 1 entnehmen kann, sind die Ausgangsleitungen der einzelnen Ventile 2 bis 5 zu der Sammelleitung 10 zusammengefaßt, die ihrerseits in die Anschlußleitung 11 mündet. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Ventile über eine einzige Leitung in das Dampfzuleitungsrohr 12 einmünden. Dies führt nicht nur zu einem einfachen Aufbau des Füllorgans, sondern hat auch zur Folge, daß in der Sterilisationsphase sämtliche Leitungen zu den einzelnen Ventilen hin ebenfalls mit Heißdampf sterilisiert werden. Dies führt zu einer hohen Keimfreiheit in dem gesamten Leitungssystem. Da das Produkt 16 oberhalb des Füllventils 13 in der dort vorhandenen Kammer 15 bei geschlossenem Füllventil 13 ansteht und da sich das Dampfzuleitungsrohr 12 durch diese Kammer 15 hindurch erstreckt, wird eine Teilmenge der abzufüllenden Flüssigkeit, nämlich diejenige, die zuerst in die Flasche einläuft, vorerwärmt, was einen Temperaturschock in der Flasche mit dem daraus eventuell resultierenden Flaschenbruch verhindern kann. Da außerdem die Produktflüssigkeit bei geöffnetem Füllventil den Außenmantel des Dampfzuleitungsrohres umspült, erfolgt hierdurch eine noch weitere Erwärmung und es wird außerdem die Flasche vom Kopf her bereits durch an den Wänden direkt beim Eintritt in die Flasche entlanglaufende Produktflüssigkeit abgekühlt. Durch diesen kontinuierlich stattfindenden Vorgang wird ebenfalls ein Temperaturschock verhindert. Anders wäre dies, wenn die Produktflüssigkeit durch das Dampfzuleitungsrohr abgefüllt würde, weil dadurch ein unkontrolliertes Anströmen der Flaschenwandung und damit die Gefahr lokaler Spannungen größer würde.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß auf die Vorevakuierungsleitung 7 und das Vorevakuierungsventil 3 verzichtet worden ist und daß im Bereich der Dichtung 17, die Teil der nicht näher dargestellten Zentrierglocke ist, eine Kammer 22 ausgebildet ist, deren Funktion noch weiter erläutert werden wird. Die Kammer 22 steht in der in Fig. 4 gezeigten Stellung mit der Entlastungsleitung 23 in Verbindung, die wiederum in die Rückgasleitung 9 mündet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Flasche in zwei Stufen gegen die Dichtung 17 in der Zentrierglocke gedrückt, wobei in der ersten Stufe nur erreicht werden soll, daß sich eine dichtende Anlage des Mündungskopfes der Flasche an der Zentrierglocke ergibt. Wenn dann nach der Sterilisationsphase der Dampf bei der nachfolgenden Spülphase mit CO₂ aus der Flasche gedrückt wird, kann der Dampf und auch das Kondensat in die Kammer 22 hinein und durch die Entlastungsleitung in die Rückgasleitung gedrängt werden, weil dann eine Durchflußverbindung zwischen dem Ringraum um das Dampfzuleitungsrohr herum und der Kammer 22 und damit auch zur Entlastungsleitung 23 besteht. Nach Beendigung des Dampfausblasens in der Spülphase kann die Flasche in der zweiten Stufe weiter angehoben werden, wobei sich dann die Dichtung 17 nach oben bewegt, und zwar derart, daß sie die Kammer 22 so weit volumenmäßig verringt bzw. ganz volumenmäßig einnimmt, daß keine Durchflußverbindung mehr zur Entlastungsleitung 23 besteht. Dann kann sich der Druck aufbauen. Bei dieser Art der Verfahrensführung ergeben sich zusammenhängend die folgenden Schritte:

Zunächst wird die Flasche bis in die in Fig. 4 gezeigte Position gefahren, wo sie druckdicht am Füllorgan anliegt. Es kann dann unmittelbar die Sterilisationsphase angeschlossen werden, wobei Dampf über die Dampfzuleitung 6 und das Dampfzuleitungsrohr in die Flasche eingeblasen wird. Das sich in der Flasche befindende Gas entweicht durch die Entlastungsleitung, weil die Kammer 22 diese Leitung öffnet. Danach kann sich die Vorspülphase anschließen, wobei Inertgas über die Leitung 8 unter Druck angeleitet wird. Dieses Inertgas drückt den Heißdampf und das Kondensat über dieselbe Entlastungsleitung in den Rückgaskanal 9. Dann wird die Flasche weiter angehoben, wobei sich die Dichtung 17 nach oben bewegt und die Entlastungsleitung und die Kammer 22 verschließt. Nun kann sich Gegendruck in der Flasche aufbauen, der dann letztlich in der bereits beschriebenen Weise zum Abheben des Füllventils 13 und damit zum Beginn der Füllphase führt. Die übrigen Phasen finden entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel statt.

In konkreter Weise läßt sich der Mündungsbereich des Füllorgans wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ausgestalten. Wie zu sehen ist, ist am unteren Bereich des Füllorgans ein Bodenstück 24 angebracht, das einen Ansatz 25 aufweist, der zur Führung der Zentrierglocke 26 dient. Die Zentrierglocke 26 ist gegenüber dem Ansatz 25 gegen die Kraft einer Feder 27 höhenbeweglich gelagert. Des weiteren besitzt die Zentrierglocke eine Verschließfläche 28, die der Mündung 29 der Entlastungsleitung 23 zugeordnet ist. In der Fig. 5 ist diejenige Stellung gezeigt, die die Zentrierglocke während der Sterilisationsphase einnimmt. Es ist zu erkennen, daß eine Durchflußverbindung von der Kammer 22 zum Flascheninneren einerseits und zur Entlastungsleitung 23 andererseits besteht. Der eingeleitete Dampf kann also bereits während der Sterilisationsphase durch diese Entlastungsleitung gezielt gesammelt und an eine gewünschte Stellung über die Entlastungs- bzw. Rückgasleitung transportiert werden. Die Führung der Zentrierglocke gegenüber dem Ansatz 25 am Bodenstück 24 erfolgt unter Einschluß einer leicht gängigen Dichtung 30, die verhindert, daß der Dampf in dem Spalt zwischen Zentrierglocke und Ansatz entweichen kann.

Beim weiteren Anheben der Flasche wird die Stellung eingenommen, die schließlich in der Fig. 6 zu sehen ist. Die Verschließfläche 28 schließt dabei die Mündung der Entlastungsleitung 23 ab, so daß nun keine Verbindung zwischen Flascheninnenraum und Entlastungsleitung besteht. In dieser Phase wird dann der Füllvorgang durchgeführt.

Es sei schließlich noch darauf hingewiesen, daß das Dampfzuleitungsrohr durch den mittigen Verlauf der Sonde 21 durch dieses Rohr hindurch in der Art einer Ringdüse ausgebildet ist, die einschnürend auf den Dampfstrahl wirkt, was zur Folge hat, daß der Dampfstrahl gezielt zum Flaschenboden gerichtet werden kann. Schließlich ist in der Fig. 6 noch ein Umlenkkörper 31 zu erkennen, der am Außenmantel des Dampfzuleitungsrohres angeordnet ist und der die Aufgabe hat, den Flüssigkeitsstrom in der Füllphase entlang des dargestellten Pfeiles in der Fig. 6 an die Innenwandung der Mündung der angedrückten Flasche zu lenken, was dann in der bereits geschilderten Weise zu einem Entlangfließen des Flüssigkeitsstroms an der Innenwandung der Flasche führt.

Mit dem erfindungsgemäßen Füllorgan und mit den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten läßt sich ein steriles Abfüllen nicht nur von Flaschen, sondern auch von Dosen oder anderen Behältern in einfacher und effizienter Weise durchführen, ohne daß mit einem Langrohr gearbeitet werden muß und ohne daß die sonst bei bekannten, zu diesem Zweck des sterilen Abfüllens verwendeten Kurzrohrffüllern in Kauf zu nehmenden Nachteile auftreten.

Die beschriebenen Verfahren und das zugehörige Füllventil mit einem Dampfzuleitungsrohr können auch bei einem Füllorgan mit einer entlang dem Füllstutzen gesteuert verschiebbar geführten Zentrierdichtung eingesetzt werden, wobei das Dampfzuleitungsrohr verschiebbar im Füllventil gelagert und über einen Steg mit der Zentrierdichtung verbunden sein kann. In diesem Fall kann auf höhenbewegliche Hubteiler zugunsten von höhenfesten Standflächen verzichtet werden. Diese Ausführung ist insbesondere bei Dosen besonders vorteilhaft, da hier der Füllspiegel üblicherweise dicht am oberen Dosenrand liegt.

Claims (23)

1. Verfahren zum sterilen Abfüllen von Getränkeflüssigkeiten in Flaschen od. dgl., wobei zumindest die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden:

• a) Die Flaschen werden durch eine vertikale Hubbewegung von unten auf ein Füllorgan zu bewegt, wobei ein am Füllorgan angeordnetes Dampfzuleitungsrohr mit seiner Mündung im Mündungsbereich innerhalb der Flasche zu liegen kommt (Positionierphase);
• b) es wird Dampf durch das Dampfzuleitungsrohr in die Flasche zur Sterilisation der Flasche eingeleitet (Sterilisationsphase);
• c) die Flasche wird mit inertem, durch das Dampfzuleitungsrohr in die Flasche eingeleitetem Spanngas vorgespannt (Vorspannphase);
• d) die Getränkeflüssigkeit wird unter Umströmung des Außenmantels des Dampfzuleitungsrohres in die Flasche eingefüllt, wobei gleichzeitig das Spanngas beim Einfüllvorgang durch das Dampfzuleitungsrohr abgeführt wird (Füllphase);
• e) nach Erreichen des gewünschten Füllstandes wird die Flasche durch Absenken vom Füllorgan nach unten abgezogen (Abziehphase).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flasche in der Positionierphase bis kurz unterhalb des Füllorgans ohne Anpressen an das Füllorgan angehoben wird, und daß dann die Sterilisationsphase durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sterilisationsphase und der Vorspannphase die Flasche mit dem durch das Dampfzuleitungsrohr eingeleiteten Spanngas vorgespült wird (Vorspülphase).

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flasche vor der Vorspannphase druckdicht gegen eine Dichtung am Füllorgan gepreßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flasche in der Positionierphase gegen eine Dichtung am Füllorgan gepreßt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Positionierphase und der Sterilisationsphase eine Vorevakuierung der Flasche durchgeführt wird, wobei das Vorvakuum über das Dampfzuleitungsrohr erzeugt wird (Vorevakuierungsphase).

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sterilisationsphase und der Vorspannphase eine Vorevakuierung der Flasche durchgeführt wird, wobei das Vorvakuum über das Dampfzuleitungsrohr erzeugt wird (Vorevakuierungsphase II).

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Sterilisationsphase eine Vorspülphase mit durch das Dampfzuleitungsrohr eingeleitetem Spanngas durchgeführt wird und daß während der Vorspülphase der Dampf und das Kondensat durch eine in dieser Vorspülphase zur Flaschenmündung hin geöffnete Entlastungsleitung ausgeblasen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beendigung der Vorspülphase die Entlastungsleitung geschlossen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsleitung durch eine Hubbewegung der Flasche verschlossen wird.

11. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flasche in der Abziehphase zunächst nur teilweise vom Füllorgan abgezogen wird, daß dann eine Spülung des Mündungsbereiches der Flasche durch Anblasen mit inertem Spanngas, das durch das Dampfzuleitungsrohr geleitet wird, erfolgt und das danach die Flasche vollständig vom Füllorgan abgezogen wird.

12. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf am oberen Ende des das Flüssigkeitsventil im Füllorgan durchsetzenden Dampfzuleitungsrohres eingeleitet wird.

13. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Füllphase die Flüssigkeit durch einen über der Flaschenmündung sitzenden Umlenkkörper an die Innenwände des Flaschenkopfes hingelenkt wird.

14. Füllorgan zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Flüssigkeitsventil, mit einem Zuführkanal für die abzufüllende Flüssigkeit und für ein inertes Spanngas und mit einem Dampfzuleitungsrohr, das bei einer gegen eine Dichtung am Füllorgan gepreßten Flasche mit seinem Mündungsbereich im Flaschenhals endet, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfzuleitungsrohr (12) das Flüssigkeitsventil (14) und einen oberhalb des Flüssigkeitsventils (14) liegenden, auch bei geschlossenem Flüssigkeitsventil flüssigkeitsbeaufschlagten Raum (15) durchsetzt und daß die Zuführleitung für das inerte Spanngas, ggf. eine Zuführleitung für ein Vakuum sowie eine Zuführleitung für Heißdampf oberhalb des Flüssigkeitsventils an das Dampfzuleitungsrohr angeschlossen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung für das inerte Spanngas, die Zuführleitung für Vakuum sowie die Zuführleitung für Dampf in eine gemeinsame Anschlußleitung (11) münden, die in das Dampfzuleitungsrohr (12) einmündet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Flasche beim Füllen verdrängte Rückgas durch die Anschlußleitung (11) und ein daran angeschlossenes Rückgasventil geführt wird.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen eines vorgegebenen Füllspiegels in der Flasche ein Druckabbau auf Atmosphärendruck durch das Dampfzuleitungsrohr (12) erfolgt.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnung (19) des Dampfzuleitungsrohres (12) oberhalb eines vorgegebenen Füllspiegels in der Flasche endet.

19. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung Teil einer höhenbeweglichen Zentrierglocke (26) ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierglocke (26) in einer ersten Lage eine oberhalb der Flaschenmündung liegende Kammer (22) bildet, in die eine Entlastungsleitung (23) mündet.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierglocke (26) in einer zweiten Lage die Mündungsöffnung (29) der Entlastungsleitung (23) verschließt.

22. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenmantel des Dampfzuleitungsrohres ein Umlenkkörper (31) angeordnet ist, der den Flüssigkeitsstrom zur Innenwand des Flaschenkopfes hinlenkt.

23. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfzuleitungsrohr (12) zumindest im Mündungsbereich zur Flasche hin als Ringdüse ausgebildet ist.