DE4207829A1

DE4207829A1 - Verfahren und vorrichtung zum sterilen abfuellen von getraenken

Info

Publication number: DE4207829A1
Application number: DE19924207829
Authority: DE
Inventors: Adalbert Dr Ing Broll; Wolfgang Frank; Gerd Dipl Ing Hoekelmann; Roland Dipl Ing Topf
Original assignee: MAGDEBURG GETRAENKEMASCH
Current assignee: MAGDEBURG GETRAENKEMASCH
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1993-09-16

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sterilen Abfüllen von Getränken auf Flaschen und dergl. entspre chend jeweils dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4.

Beim Abfüllen von Getränken steht die Forderung die Getränke so abzufüllen, daß eine möglichst lange Haltbarkeit der abgefüllten Produkte erreicht wird. Soll dieses nicht mit chemischen Zusätzen oder durch ein nachträgliches Pasteurisieren durch Erhitzen er reicht werden, muß der Abfüllvorgang steril bzw. möglichst keim frei erfolgen, damit keine Mikroorganismen im abgefüllten Getränk verbleiben und sich anschließend vermehren können.

Um einen hohen Grad an Keimfreiheit beim Abfüllvorgang zu erzie len, ist es bekannt, eine Dampfsterilisierung der Flaschen vorzu nehmen. In dieser Dampfsterilisierungsphase werden die Flaschen mit Heißdampf durchspült. Zu diesem Zweck ist es bereits bekannt (US-PS 26 95 743), daß durch ein bei der Dampfsterilisation sich oberhalb des Flaschenrandes befindliches kurzes Füllrohr, welches mit seiner Mündung im Flaschenhals eintaucht, Dampf in den Mün dungsbereich der Flasche zu bringen, indem das Füllrohr in Durch flußverbindung 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, wird dann die Flüssigkeit in die Flasche eingefüllt.

An diesem Verfahren ist der relativ große Steuerungsaufwand nach teilig. Außerdem ist eine ausreichende Sterilisierung insbesonde re des Innenraums der Flasche nicht möglich ist, da mit einem kurzen Füllrohr gearbeitet wird.

Zur Beseitigung dieser Nachteile ist es weiterhin bekannt (EP 0 30 31 345) vor dem Abfüllen eine Dampfsterilisierungsphase vorzusehen. Dazu wird ein langes Dampfzuleitungsrohr verwendet, das in der Dampfsterilisierungsphase so weit in die Flasche ein geführt 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 Dampfsterilisierungspha se 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 durch die zusätzliche Glocke, sowie daß aufgrund des langen Dampfzulei tungsrohres 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 ver gleichsweise hohe Wärmespeicherkapazität, so daß im Anschluß nach einem erfolgten Fülltakt das durch die abgefüllte Flüssigkeit abgekühlte Füllrohr neu aufgeheizt werden muß.

Ähnliche Verfahren und Vorrichtungen mit langem Füllrohr und einer Glocke sind durch die DE 38 09 852 und DE 38 09 855 bekannt.

Bekannt ist auch das gattungsgemäße Verfahren mit zugehöriger Vorrichtung nach DE 40 36 290. Gemäß dem Verfahren zum sterilen Abfüllen von Getränkeflüssigkeiten in Flaschen 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 Dampfzulei tungsrohres im Mündungsbereich innerhalb des Flaschenkopfes zu liegen kommt. Es wird dann in der nachfolgenden Sterilisations phase Dampf durch ein Dampfzuleitungsrohr in die Flasche einge leitet, wobei dadurch, daß die Mündung des Dampfzuleitungsrohres innerhalb des Flaschenkopfes liegt, der Dampf unmittelbar gezielt in die Flasche eingeleitet wird und so in einem relativ scharfen und gebündelten Strahl nach unten strömen kann und dadurch wie angegeben alle Bereiche der Flasche, auch der Flaschenboden und die Eckbereiche zwischen Boden und Wänden erreicht werden. Die Dampfzufuhr kann bis zum Erreichen eines bestimmten Druckes im Flascheninneren aufrechterhalten werden. Nach dieser Sterilisie rungsphase 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 Flüssigkeits ventil im Füllorgan automatisch öffnet. Es wird dann in einer Füllphase die Getränkeflüssigkeit unter Umströmung des Außenman tels des Dampfzuleitungsrohres in die Flasche eingefüllt. Bei diesem Füllvorgang wird das Spanngas verdrängt und als Rückgas durch das Dampfzuleitungsrohr abgeführt. Nach Erreichen des ge wünschten Füllstandes wird die Flasche dann in an sich bekannter Weise schließlich vom Füllorgan nach unten abgezogen.

Ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebilde tes Füllorgan weist ein Flüssigkeitsventil sowie Zuführkanäle für die abgefüllte Flüssigkeit und für inertes Spanngas sowie ein kurzes Dampfzuleitungsrohr mit einer Mittelsonde als Füllstands sonde auf. Dabei durchsetzt das Dampfzuleitungsrohr das Flüssig keitsventil und einen oberhalb des Flüssigkeitsventils liegenden, auch bei geschlossenen Flüssigkeitsventil mit Flüssigkeit beauf schlagten Raum. Weiterhin sind die Zuführleitung für das inerte Spanngas, eine Zuführleitung für Vakuum sowie eine Zuführleitung für Heißdampf oberhalb des Flüssigkeitsventils an das Dampfzulei tungsrohr angeschlossen.

Der Nachteil dieses Verfahrens und dieser Vorrichtung ist, daß der Flüssigkeitszulauf durch den Dampf aufgeheizt wird, da das Dampfzuleitungsrohr sich mittig im Flüssigkeitsströmungskanal befindet. Damit wird auch das Getränk zumindest in der Anfang sphase des Füllvorganges erwärmt. Diese Erwärmung erfordert nachfolgend einen höheren Druck bei der Abfüllung, insbesondere von kohlensäurehaltigen Getränken. Die Wärme des Dampfrohres wird an die Flüssigkeit abgegeben, mit der Folge eines höheren Ener gieverbrauches.

Weiterhin erreicht der einströmende Dampf für die Sterilisie rung wesentliche Bauteile im Strömungskanal des Füllventiles erst nach der Umlenkung am Flaschenboden und der damit verbundenen Abkühlung an der Flasche nur als Dampf-Luftgemisch, d. h. eine Sterilisierung wird nur durch eine höhere Dampfzuführung mit einem höheren Druck erreicht oder es wird keine ausreichende Sterilisierung des Oberteiles der Flasche und der Zentriertulpe erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ein Verfahren und eine Vorrichtung, insbesondere gashaltige, sauerstoffempfindliche Getränke steril abzufüllen, indem vor dem Abfüllvorgang die Fla schen und Teile des Füllventiles durch Einleiten von Dampf steri lisiert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der im Kennzeichen des Anspruches 1 und 4 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere günstige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht hauptsächlich darin, daß der Dampf in eine evakuierte Flasche eingeleitet wird. Damit ist keine Luftverdrängung durch den Dampf notwendig. Der Dampf vermischt sich nicht mit Luft, wodurch weniger Dampf zur Sterilisierung aufgewendet werden muß. Die Dampftemperatur wird nicht durch einen kälteren Luftanteil abgesenkt, so daß ein besserer Sterilisierungseffekt vorhanden ist, weil Dampf mit einer höheren Temperatur an die mikrobiologisch bedenklichen Stellen gelangt. Der Dampf gelangt nur an die Oberfläche der zu sterilisierenden Teile bzw. der Teile, die den Dampf zuführen. Da die Zuführung nicht durch das gesamte Füllventil bzw. den Füllka nal erfolgt, wird auch das Getränk nicht erwärmt. Das ist für gashaltige Getränke sehr wesentlich, da diese bei Erwärmung auf schäumen.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Eine Schnittdarstellung eines Füllventiles mit waagerechtem Ventilstößel des Öffnungsventiles

Fig. 2: einen Querschnitt von Fig. 1 in Höhe des Steuerkörpers

Fig. 3: eine Schnittdarstellung eines Füllventiles mit senkrechtem Ventilstößel des Öffnungsventiles

Fig. 4: einen Querschnitt von Fig. 3 in Höhe des Steuerkörpers.

Das Verfahren zum sterilen Abfüllen von Getränken auf Flaschen oder dergl., insbesondere zum Abfüllen von gashaltigen Getränken basiert auf dem füllrohrlosen Abfüllsystem nach dem Einkammer prinzip.

Bei diesem Abfüllverfahren wird je Flasche nach dem Zuführen zu einer Füllmaschine gasdicht über eine Zentrierglocke angepreßt und durch Anschließen an eine Vakuumquelle bis zu einem Druck von etwa 0,1 bar evakuiert. Anschließend wird in die evakuierte Fla sche mit etwa 10 % Restluft Dampf eingeleitet. Die Einleitung des Dampfes erfolgt in einen Strömungskanal unterhalb des Flüssig keitsventiles. In diesen Strömungskanal mündet auch die Vakuum leitung, so daß der Dampf in einen evakuierten Raum im Füllven til, in der sich anschließenden Zentrierglocke und in der evaku ierten Flasche zur Wirkung kommt. Diejenigen Maschinenteile und die Flasche, die mit dem abzufüllenden Getränk in Berührung kom men, werden somit sterilisiert. Der Dampf, der eine Temperatur von etwa 115°C und Normaldruck oder einen Überdruck von 0,2 bar aufweist, wird in die evakuierte Flasche gesaugt. Da der Dampf tangential und schräg nach unten eingeleitet wird, entsteht eine Drehbewegung des Dampfes und damit durch die Zentrifugalkraft hervorgerufen eine nach unten gerichtete Drehbewegung des Dampfes an den Innenseiten bis zum Flaschenboden. Dort verwirbelt sich der Dampf und füllt nach oben steigend die gesamten Räume, d. h. den Strömungskanal, die Vakuumleitung, die Zentrierglocke und die Flasche aus. Anschließend wird das Dampf-Luftgemisch nochmal evakuiert. Anschließend kann dann entweder die Flasche nochmals mit Inertgas gespült und wiederum evakuiert oder die Flasche gleich mit Gas aus dem Ringkanal vorgespannt werden. Nach diesem Vorspannen erfolgt dann wie üblich das Füllen, das Entlasten und das Abziehen.

Die zugeordnete Vorrichtung zum sterilen Abfüllen von Getränken auf Flaschen, oder dergl., insbesondere zum Abfüllen von gashal tigen, sauerstoffempfindlichen Getränken besteht aus einer Füll maschine mit einem Maschinengestell und einem um eine Mittelachse rotierenden Oberteil. Am Oberteil ist u. a. ein Ringkanal 1, in welchem sich das abzufüllende Getränk und Spanngas befindet. Das Getränk wird höhenabhängig zugeführt und das Spanngas über ein Druckregelventil von einer mit einer Inertgasquelle in Verbindung stehenden Inertgasleitung entnommen. Am Ringkanal 1 sind Füllven tile angeordnet. Jedes Füllventil ist mit seinem Ventilkörper 2 am Ringkanal 1 befestigt und besitzt eine Zentrierglocke 3, an die die Flaschen durch die Aufwärtsbewegung eines Hubzylinders gasdicht angepreßt werden. An der Zentrierglocke 3 ist ein Steu erkörper 4 befestigt. Dieser Steuerkörper 4 ist in Führungsstan gen 5 geführt. Das Füllventil steht einerseits mit dem Ringkanal 1 über einen Flüssigkeitseinlauf 6 und andererseits durch ein federbelastetes Flüssigkeitsventil 7 mit Siphonverschluß und einem Strömungskanal 8 sowie Zentrierglocke 3 mit einer Flasche in Verbindung. Zentrisch im Füllventil ist ein Gasrohr 9 angeord net, welches im Füllventil befestigt ist und nach oben im Ring kanal 1 oberhalb des abzufüllenden Getränkes endet und nach unten in die Flasche hineinragt. Desweiteren sind Leitungen vorhanden. Eine Vakuumleitung 10 verbindet den Strömungskanal 8 über ein federbelastetes, kurvengesteuertes Vakuumventil 11 mit einem Vakuumkanal 12. Eine Entlastungsleitung 13 verbindet den Strö mungskanal 8 über ein ebenfalls federbelastetes, kurvengesteuer tes Entlastungsventil 14 mit der Atmosphäre. Weiterhin ist eine Dampfringleitung 15 vorhanden. Über eine Dampfleitung 16 und über ein Öffnungsventil 17 mit federbelasteten, gesteuerten Ven tilstößel 18 mit Ventilteller steht die Dampfringleitung 15 durch ein Dampfzuleitungsrohr 19 mit dem Strömungskanal 8 in Verbin dung. Das Dampfzuleitungsrohr 19 mündet tangential in den Strö mungskanal 8. Das Öffnungsventil 17 ist am Ventilkörper 2 befe stigt und zur Wärmeisolierung ist zwischen dem Öffnungsventil 17 und dem Ventilkörper 2 eine Isolierschicht 20 z. B. eine Kunst stoff- oder Keramikplatte angebracht. Auch das Dampfzuleitungs rohr besteht aus einem isolierenden Material bzw. ist die Bohrung mit einem isolierenden Material versehen.

Die Steuerung des Öffnungsventiles 17 , nach Fig. 1, bei der der Ventilstößel 18 waagerecht angeordnet ist erfolgt, indem am Öff nungsventil 17 senkrecht nach unten ein Bolzen 21 befestigt ist, an dem sich drehbar ein Kipphebel 22 befindet. Die eine Hebelsei te 23 des Kipphebels 22 betätigt den federbelasteten Ventilstößel 18, während die andere Hebelseite 24, die mit einer Anlaufschräge versehen ist, von einer Steuerstange 25 bewegt wird. Die Steuer stange 25 ist im Steuerkörper 4 durch Nocken gesichert geführt und ist durch eine am Maschinengestell ortsfest angeordnete Steu erkurve 26 betätigbar.

Die Steuerung des Öffnungsventiles 17, nach Fig. 3, bei der der Ventilstößel 18 senkrecht angeordnet ist erfolgt, indem am Steu erkörper 4 ein Steuerwinkel 27 angeordnet ist, der den federbe lasteten Ventilstößel 18 betätigt. Bei dieser Lösung ist in der Dampfleitung 16 ein Ventil notwendig, welches im Beispiel aus einem signalgesteuerten Magnetventil 28 besteht.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
Nach den Verfahrensschritten Anpressen einer Flasche zentriert durch eine Zentrierglocke 3 an das Füllorgan und Evakuieren der Flasche erfolgt das Sterilisieren der Flasche und von Bauteilen des Füllorganes durch Dampf.
Der Verfahrensschritt des Einleitens des Dampfes kann durch ver schiedene Vorrichtungen erfolgen. Nach der dargestellten Vorrich tung erfolgt die Zuführung des Dampfes von einer Dampfringleitung 15 über eine Dampfleitung 16 zu einem Öffnungsventil 17 und von dort aus über ein Dampfzuleitungsrohr 19 in den Strömungskanal 8. Der Dampf wird schräg nach unten und tangential in den evakuier ten Strömungskanal und in die evakuierte Flasche eingeleitet. Der Dampf erhält somit eine nach unten gerichtete Drehbewegung und strömt an den Wandungen bis zum Flaschenboden, verwirbelt sich dort und füllt die gesamten Räume, den Strömungskanal 8, Bauteile der Zentrierglocke 3, Bauteile des Vakuum- und Entlastungsventi les und die Flasche selbst aus.
Es erfolgt also eine umfassende Sterilisierung aller Bauteile unterhalb des Flüssigkeitsventiles 7, die mit dem Getränk in Berührung kommen.
Das Öffnungsventil 17 wird durch die Anwesenheit einer Flasche gesteuert. Die Steuerung erfolgt durch das Anheben der Zentrier glocke 3 durch die Flasche. Es sind zwei Lösungen vorgesehen. Bei beiden Lösungen kann ein Öffnen des Öffnungsventiles 17 durch eine Betätigung des federbelasteten Ventilstößels 18 nur erfol gen, wenn sich die Zentrierglocke 3 In ihrer oberen Stellung, durch eine angepreßte Flasche befindet, d. h. wenn eine Flasche vorhanden ist. Ist am Füllventil keine Flasche vorhanden wird die Zentrierglocke 3 nicht nach oben bewegt und die Steuerorgane für den Ventilstößel 18 bleiben außer Eingriff. Damit bleibt das Öffnungsventil 17 geschlossen und es wird kein Dampf aus der Dampfleitung 16 entnommen.

Aufstellung der Bezugszeichen

1 Ringkanal
2 Ventilkörper
3 Zentrierglocke
4 Steuerkörper
5 Führungsstange
6 Flüssigkeitseinlauf
7 Flüssigkeitsventil
8 Strömungskanal
9 Gasrohr
10 Vakuumleitung
11 Vakuumventil
12 Vakuumkanal
13 Entlastungsleitung
14 Entlastungsventil
15 Dampfringleitung
16 Dampfleitung
17 Öffnungsventil
18 Ventilstößel
19 Dampfzuleitungsrohr
20 Isolierschicht
21 Bolzen
22 Kipphebel
23 Hebelseite
24 Hebelseite
25 Steuerstange
26 Steuerkurve
27 Steuerwinkel
28 Magnetventil

Claims

1. Verfahren zum sterilen Abfüllen von Getränken auf Flaschen oder dergl., insbesondere zum Abfüllen von gashaltigen Getränken, bei dem jede Flasche nach dem Zuführen zu einer Füllmaschine durch Anheben an eine Zentrierglocke gasdicht an ein Füllventil angepreßt, dann die Flasche vorevakuiert, anschließend durch Einleiten von Dampf sterilisiert und nochmals evakuiert, sodann die Flasche mit Inertgas vorgespült und dann mit Gas aus einem Ringkanal vorgespannt und mit dem Getränk gefüllt und nach Errei chen des vorgesehenen Füllstandes entlastet und abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf zum Sterilisieren vor dem Abfüllen des Getränkes mittels eines füllrohrlosen Füllventiles durch ein Dampfzuleitungsrohr in den gleichfalls wie die Flasche evakuierten Strömungskanal unterhalb des Flüssigkeitsventiles eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dampf mit einer Temperatur von etwa 115°C mit Normaldruck bzw. mit einem Überdruck von 0,2 bar tangential und schräg nach unten eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Einleiten des Dampfes sich gebildete Dampf-Luftgemisch nochmals evakuiert und anschließend wie bekannt die Flasche mit Inertgas vorgespannt wird.

4. Vorrichtung zum sterilen Abfüllen von Getränken auf Flaschen oder dergl., insbesondere zum Abfüllen von gashaltigen Getränken, bei der an einem Ringkanal, in dem sich das abzufüllende Getränk und Spanngas befindet, Füllventile angeordnet sind, wobei jedes Füllventil eine durch eine Flasche höhengewegbare Zentrierglo cke, die durch Führungsstangen geführt ist, und einen Ventilkör per besitzt, in dem ein Flüssigkeitsventil angeordnet ist, wel ches mit dem Ringkanal über einen Flüssigkeitseinlauf und mit der Flasche über einen Strömungskanal, der sich unterhalb des Flüssig keitsventiles befindet, in Verbindung steht und im Ventilkörper zentrisch ein Gasrohr angeordnet ist und in den Strömungskanal eine Vakuumleitung mündet, sowie ein Entlastungsventil vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strömungskanal (8) ein Dampfzuleitungsrohr (19) mündet, welches über ein flaschenabhän gig mittels federbelastetem Ventilstößel (18) gesteuertes Öffnungsventil (17) mit einer Dampfleitung (16), die an eine Dampf ringleitung (15) angeschlossen ist, in Verbindung steht und an der Zentrierglocke (3) ein den Ventilstößel (18) über Steuerorga ne betätigender Steuerkörper (4) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der federbelastete Ventilstößel (18) des Öffnungsventiles (17) waage recht angeordnet ist und am Öffnungsventil (17) senkrecht nach unten ein Bolzen 21 befestigt ist, an dem sich drehbar ein Kipp hebel 22 befindet, wobei die eine Hebelseite 23 des Kipphebels 22 den federbelasteten Ventilstößel (18) betätigt, während die ande re Hebelseite (24) von einer Steuerstange (25) bewegt wird, wel che im Steuerkörper (4) geführt und durch eine am Maschinenge stell ortsfest angeordnete Steuerkurve 26, bei angehobener Zen trierglocke (3), betätigbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der federbelastete Ventilstößel (18) des Öffnungsventils (17) senk recht angeordnet ist und mittels eines Steuerwinkels (27), der sich an dem Steuerkörper (4) befindet, bei angehobener Zentrier glocke (3), betätigbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Öffnungsventil (17) und dem Ventilkörper (2) eine Iso lierschicht (20) z. B. bestehend aus Kunststoff oder Keramik ange ordnet ist und das Dampfzuleitungsrohr (19) aus isolierendem Material besteht bzw. die Bohrung mit einer Isolierschicht verse hen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfzuleitungsrohr (19) zum Zwecke der besseren Vermischung mit dem Restgas in der Flasche in den Strömungskanal (8) tangen tial mündend und schräg nach unten gerichtet angeordnet ist.