DE4331463A1 - Maschine zum Sterilisieren und Füllen von Gefäßen unter Gegendruck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits eine derartige Maschine bekannt, bei der zum Ausspülen des Dampfes und des Kondensats im Anschluß an die Sterilisationsphase unter dem eingestellten Gegendruck stehendes Spanngas über ein Gasrohr in die Gefäße eingeführt wird (DE 40 36 290 A1). Gleichzeitig wird die Mischung aus Spanngas, Dampf und Kondensat über die vom Füllorgan beabstandete Gefäßmündung oder über die Rückgasleitung im Füllorgan ins Freie abgeleitet. Hierdurch ist im allgemeinen eine weitgehende Entfernung des Dampfes und des beim Dämpfen entstehenden Kondensats aus den Gefäßen möglich. Bei relativ hohen Gefäßen und relativ geringem Gegendruck jedoch kann es vorkommen, daß eine mehr oder weniger große Restmenge an Kondensat im Gefäß verbleibt, die das nachfolgend unter Gegendruck eingefüllte Getränk oder dgl. verdünnt.

Entsprechendes gilt für eine andere bekannte Maschine zum Sterilisieren und Füllen von Gefäßen unter Gegendruck, bei welcher das Spülgas dem Rückgasbehälter entnommen und über ein langes Füllrohr ins Gefäß eingeleitet wird (DE 42 13 737 A1). Nachdem das während des Einlaufens der Flüssigkeit aus dem Gefäß verdrängte Rückgas einen wesentlich niedrigeren Druck aufweist als das Spanngas, ist hierbei die Spülwirkung noch geringer als bei einem Spülen mittels Spanngas, nicht zuletzt auch aufgrund des großen Querschnitts des Füllrohrs, der keine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Spülgases erlaubt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Maschine der eingangs genannten Art die Spülwirkung spürbar zu erhöhen, so daß auch beim Füllen mit niedrigem Gegendruck oder beim Füllen von ungünstig geformten Gefäßen das beim Sterilisieren mittels Dampf entstehende Kondensat zuverlässig aus den Gefäßen entfernt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer erfindungsgemäßen Maschine kann die Art und der erhöhte Druck des Spülgases unabhängig vom Spanngas frei gewählt und somit optimal an die Abfüllbedingungen angepaßt werden. Es ist somit bei jedem Gegendruck und bei jeder Gefäßform die gewünschte hohe Strömungsgeschwindigkeit des Spülgases und damit Spülwirkung erzielbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Maschine sind in den Unteransprüchen enthalten. Sie tragen alle zu einer effektiven Spülung bei geringem Gasverbrauch bei.

Im Nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Füllmaschine im Bereich eines Füllorgans, teilweise in schematischer Darstellung.

Die in der Zeichnung dargestellte Maschine ist zum Füllen von Flaschen 1 aus Glas mit einem kohlensäurehaltigen Getränk, z. B. Bier unter einem überatmosphärischen Gegendruck von 3 bar eingerichtet. Sie weist einen ringförmigen, geschlossenen Kessel 2 mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, der um eine senkrechte Drehachse 33 umläuft. Der Kessel 2 ist bis zum Pegel 34 mit dem Getränk und darüber mit einem Spanngas in Form eines hochprozentigen CO₂-Luftgemisches mit einem Überdruck von 2 bar gefüllt. Die Zuführung des Getränks und des Spanngases erfolgt in der üblichen Weise durch nicht gezeigte radiale Rohrleitungen, Drehverteiler, Druckregelventile, Pumpen usw. Der Kessel 2 dient somit gleichzeitig als Flüssigkeitsbehälter und als Spanngasbehälter.

An der Unterseite des Kessels 2 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt mehrere Füllorgane 45 mit je einem Ventilblock 35 befestigt, an deren Unterseite jeweils ein Füllstutzen 3 mit einer senkrechten, zylindrischen Auslauföffnung ausgebildet ist. Der Füllstutzen 3 geht nach oben hin über eine konische Erweiterung in eine konzentrische, senkrechte Bohrung 4 mit zylindrischer Mantelfläche über. In dieser ist ein Ventilkörper 7 mit gleichfalls zylindrischer Mantelfläche höhenbeweglich angeordnet. Der Ventilkörper 7, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 4, ist am Umfang mit einer spiraligen Leitfläche 32 für die Flüssigkeit versehen, durch die er außerdem beweglich in der Bohrung 4 zentriert ist. Der Ventilkörper 7 bildet zusammen mit der konischen Übergangsfläche zwischen Füllstutzen 3 und Bohrung 4 ein Flüssigkeitsventil 8. Die nach oben hin völlig offene Bohrung 4 ist über eine kreisförmige Öffnung 5 im Boden 6 des Kessels 2 an dessen Innenraum direkt angeschlossen.

Im Ventilblock 35 ist weiter ein schräg nach unten in den Füllstutzen 3 einmündender Kanal 27 ausgebildet, der über eine Drossel 29 und ein Entlastungsventil 28 an einen ringförmigen Behälter 30 angeschlossen ist. Über ein weiteres Steuerventil 31 ist der Kanal 27 unter Umgehung der Drossel 29 direkt an den Behälter 30 angeschlossen. Dieser ist im normalen Füllbetrieb mit der Atmosphäre verbunden, so daß er beim Entlasten der Flasche 1 am Ende des Füllvorgangs über die Drossel 29 bei geöffnetem Entlastungsventil 28 das entweichende Gas aufnimmt. Im Reinigungsbetrieb kann der Kanal 30 zum Zuführen oder Abführen des Reinigungsmediums dienen, wobei das Steuerventil 31 geöffnet wird. Der Behälter 30 ist konzentrisch zur Drehachse 33 angeordnet und läuft zusammen mit dem Kessel 2 um.

Unterhalb des Ventilblocks 35 ist eine Zentrierglocke 36 mit einem Dichtring 37 für die Flaschenmündung vorgesehen, die mittels eines Schlittens 38 höhenbeweglich am Kessel 2 gelagert ist. Außerdem ist jedem Füllorgan 45 ein Huborgan 48 zugeordnet, das zusammen mit dem Kessel 2 umläuft und in der üblichen Weise unter Zwischenschaltung des Dichtrings 37 die Flasche 1 gas- und flüssigkeitsdicht an den Füllstutzen 3 anpreßt.

An der Unterseite des Ventilkörpers 7 ist ein senkrechtes Gasrohr 9 befestigt, das den Füllstutzen 3 mittig durchdringt, so daß ein ringförmiger Kanal für die auslaufende Flüssigkeit verbleibt. Das Gasrohr 9 ragt nach unten hin aus dem Füllstutzen 3 etwas heraus bzw. in eine an diesen angepreßte Flasche 1 hinein. Nach oben hin schließt sich an das Gasrohr 9 eine senkrechte, rohrartige Verlängerung 15 an, die einstückig mit dem Ventilkörper 7 ausgebildet ist. Die Verlängerung 15 sitzt konzentrisch zum Gasrohr 9 und weist in etwa den gleichen freien Querschnitt auf, so daß die Bohrungen von Gasrohr 9, Ventilkörper 7 und Verlängerung 15 einen durchgehenden Gaskanal bilden.

Die Verlängerung 15 durchdringt höhenmäßig den gesamten Innenraum des Kessels 2 und ragt nach oben hin aus diesem bzw. dessen Deckel 14 ein Stück hinaus. Dieser überstehende Bereich der Verlängerung 15 ist in einem Steuerblock 39 höhenbeweglich und gasdicht geführt. Der Steuerblock 39 ist auf dem Deckel 14 des Kessels 2 im Bereich einer Öffnung 40 befestigt, die konzentrisch zur Öffnung 5 im Boden 6 angeordnet ist bzw. exakt darüber sitzt.

Im Steuerblock 39 ist eine die Verlängerung 15 ringförmig umgebende Gaskammer 41 ausgebildet, die über eine Querbohrung in der Verlängerung 15 mit deren Innenraum in andauernder Verbindung steht. Ferner ist im Steuerblock 39 eine Spanngasleitung 17 ausgebildet, die einerseits über eine Drossel 19 und ein Steuerventil 18 und andererseits über ein Spanngasventil 16 und weitere Leitungen an die Gaskammer 41 angeschlossen ist. Durch entsprechende Betätigung des Steuerventils 18 und des Spanngasventils 16 kann somit das Gasrohr 9 gedrosselt und/oder ungedrosselt mit dem Spanngasraum des Kessels 2 verbunden werden. Im allgemeinen dient der ungedrosselte Weg bei geöffnetem Spanngasventil 16 zum Vorspannen der Flasche 1 vor dem Einlauf der Flüssigkeit sowie zum ungedrosselten Rückführen des aus der Flasche 1 beim Einlaufen der Flüssigkeit verdrängten Spanngases zurück in den Kessel 2. Durch Abführen des Rückgases über die Drossel 19 durch Öffnen des Steuerventils 18 und Schließen des Spanngasventils 16 kann das Abströmen des Spann- oder Rückgases gebremst und dadurch die Füllgeschwindigkeit verlangsamt werden.

Im Inneren des Gasrohres 9 und dessen Verlängerung 15 ist eine stabförmige Füllstandssonde 10 angeordnet. Diese besteht im wesentlichen aus einem geradlinigen Drahtstück aus rostfreiem Stahl, das mit Ausnahme eines innerhalb des Gasrohres 9 befindlichen länglichen Meßbereichs durchgehend isoliert ist. Mittels nicht gezeigter Abstandshalter, die Teil des Isolationsmantels sind, wird die Füllstandssonde 10 mittig im Gasrohr 9 bzw. dessen Verlängerung 15 fixiert, so daß zwischen ihr und der Längsbohrung des Gasrohres 9 bzw. dessen Verlängerung 15 ein ausreichend großer ringförmiger Gaskanal verbleibt. Am oberen Ende weist die Füllstandssonde 10 eine zylindrische Verdickung 42 aus leitendem, mit einer Isolierschicht bedeckten Material auf, mittels der sie unter Mitwirkung eines nicht gezeigten Gewindestopfens lösbar und gasdicht in der ansonsten geschlossenen oberen Stirnseite der Verlängerung 15 befestigt ist. Nach Lösen des nicht gezeigten Gewindestopfens kann also die Füllstandssonde 10 nach oben hin aus dem Gasrohr 9 bzw. der Verlängerung 15 entfernt werden. Die Verdickung 42 ragt mit einem abisolierten oberen Endteil aus der Verlängerung 15 heraus, worauf ein elektrischer Kontaktstecker 43 mit einer zu einer elektronischen Steuereinrichtung 12 führenden flexiblen Anschlußleitung 11 befestigt ist.

Zwischen der Unterseite des Kontaktsteckers 43 und der Oberseite des Steuerblocks 39 ist konzentrisch zur Verlängerung 15 eine Druckfeder 44 angeordnet, die den Kontaktstecker 43 und damit die Verlängerung 15 einschließlich des Ventilkörpers 7 nach oben zu bewegen sucht. An der Oberseite des Kontaktsteckers 43 greift ein Stellorgan 13 in Form eines Pneumatikzylinders an, das an der Oberseite des Steuerblocks 39 befestigt ist. Das Stellorgan 13 wird durch die elektronische Steuereinrichtung 12 betätigt. In der in der Zeichnung dargestellten Phase ist das Stellorgan 13 mit Druckluft beaufschlagt, so daß sein Kolben über den Kontaktstecker 43 und die Verlängerung 15 den Ventilkörper 7 nach unten gegen seinen Ventilsitz drückt und damit das Flüssigkeitsventil 8 entgegen der Kraft der Feder 44 geschlossen hält.

Die Gaskammer 41 ist über einen weiteren Kanal 20 und ein Dampfventil 21 mit einem Dampfbehälter 22 und über ein Spülgasventil 23 mit einem Spülgasbehälter 24 verbunden. Die beiden Ventile 21 und 23 sind an die elektronische Steuereinrichtung 12 angeschlossen und werden durch diese zeitabhängig geöffnet und geschlossen. Der Dampfbehälter 22 enthält Sattdampf mit einer Temperatur von beispielsweise 105 Grad. Er ist durch eine Leitung und einen Drehverteiler 25 an einen entsprechenden Dampferzeuger 26 angeschlossen.

Der Spülgasbehälter 24 enthält Stickstoff mit einem Druck von beispielsweise 12 bar und ist über eine Leitung und den Drehverteiler 25 sowie ein Druckregelventil 46 mit einer Stickstoffquelle 47 verbunden. Die beiden Behälter 22 und 24 sind ringförmig gestaltet, konzentrisch zur Drehachse 33 angeordnet und räumlich getrennt vom Kessel 2, so daß sie einen anderen Innendruck aufweisen können. Sie laufen zusammen mit dem Kessel 2 um.

Die im vorstehenden beschriebene Füllmaschine arbeitet wie folgt: Die einem Huborgan 48 zugeführte leere Flasche 1 wird durch dieses angehoben und unter Zwischenschaltung des Dichtrings 37 fest an das Füllorgan 45 bzw. dessen Füllstutzen 3 angepreßt. Dabei sind alle Ventile des Füllorgans 45 geschlossen. Durch kurzzeitiges Öffnen des Dampfventils 21 und des Steuerventils 31 wird nun das Flascheninnere über das Gasrohr 9 intensiv mit Sattdampf gespült und dabei auf eine Oberflächentemperatur von ca. 105 Grad erhitzt. Der Dampf und die mitgerissene Luft entweichen über den Kanal 27, das Steuerventil 31 und den Behälter 30 ins Freie. Am Ende der Sterilisationsphase wird die Flasche 1 mittels des Huborgans 48 etwas abgesenkt, wodurch zwischen dem Füllstutzen 3 und dem Dichtring 37 ein definierter Ringspalt gebildet wird. Der Dampf entweicht durch diesen Ringspalt direkt aus der Flasche 1 ins Freie, wodurch die umströmten Teile mitsterilisiert werden.

Nach Schließen des Dampfventils 21 und des Steuerventils 31 wird jetzt das Spülgasventil 23 kurzzeitig geöffnet, so daß über das nach wie vor in die Flasche 1 eintauchende Gasrohr 9 Stickstoff mit hohem Druck eingeblasen wird. Diese Ventilstellung ist in der Zeichnung dargestellt. Der Stickstoff strömt mit hoher Geschwindigkeit bzw. hoher Energie gegen den Flaschenboden und treibt das während der Sterilisationsphase entstandene Kondensat sowie den noch in der Flasche 1 enthaltenen Dampf an der Seitenwandung entlang nach oben und über die Flaschenmündung und den Ringspalt zwischen Füllstutzen 3 und Dichtring 37 ins Freie. Aufgrund des hohen Drucks des Stickstoffs kann in kurzer Zeit das Flascheninnere praktisch vollständig von Dampf und Kondensat befreit werden.

Die Flasche 1 kann während des Spülens mit Stickstoff auch fest an das Füllorgan 45 angepreßt verbleiben, wobei dann durch Öffnen des Steuerventils 31 eine Verbindung zum Behälter 30 geschaffen wird.

Nach Schließen des Spülgasventils 23 wird das Spanngasventil 16 geöffnet, so daß CO₂ aus dem Kessel 2 über das Gasrohr 9 in die Flasche 1 einströmt. Dadurch wird der Stickstoff weitgehend durch CO₂ ersetzt und evtl. noch in der Flasche 1 vorhandene Dampf- oder Luftreste werden verdrängt. Nun wird die Flasche 1 durch das Huborgan 48 wieder fest an das Füllorgan 45 angepreßt, so daß sich bei weiterhin geöffnetem Spanngasventil 16 der Gegendruck von drei bar in der Flasche 1 aufbauen kann. Daraufhin öffnet das Flüssigkeitsventil 8 unter Einfluß der Druckfeder 44 selbsttätig und das Getränk strömt über den Füllstutzen 3 in die weitestgehend keim- und sauerstofffreie Flasche 1 ein. Dabei wird das CO₂ über das Gasrohr 9 und das Spanngasventil 16 zurück in den Kessel 2 gedrängt.

Auf das Verdrängen des Stickstoffs durch CO₂ kann auch verzichtet werden, da Stickstoff als inertes Gas keine schädlichen Einwirkungen auf die üblichen Getränke hat. In diesem Falle wird die Flasche nach dem Spülen mit Stickstoff sofort angehoben, gegen das Füllorgan 45 gepreßt und erst dann das Spanngasventil 16 geöffnet.

Das einlaufende Getränk steigt schließlich bis zur Füllstandssonde 10 an, die bei Erreichen der vorgewählten Füllhöhe über die Steuereinrichtung 12 ein Schließen des Flüssigkeitsventils 8 mittels des Stellorgans 13 und ein Schließen des Spanngasventils 16 auslöst. Nun wird das Entlastungsventil 28 kurzzeitig geöffnet, so daß sich der in der Flasche 1 herrschende Gegendruck über die Drossel 29 und dem Behälter 30 auf Atmosphärendruck entspannen kann. Die Flasche 1 ist nunmehr fertig gefüllt und wird mittels des Huborgans 48 abgesenkt und aus der Maschine heraus transportiert.

Anstelle des Stickstoffs kann auch ein anderes geeignetes Spülgas, z. B. Sterilluft oder CO₂, verwendet werden. Entscheidend ist, daß durch den hohen Druck im Spülgasbehälter 24 das Spülgas als gebündelter, energiereicher Strahl aus dem Gasrohr 9 aus tritt und daher eine besonders effektive Spülwirkung aufweist.

Claims (10)

1. Maschine zum Sterilisieren und Füllen von Gefäßen unter Gegendruck, mit mindestens einem Füllorgan, das über ein steuerbares Flüssigkeitsventil an einen Flüssigkeitsbehälter, über ein steuerbares Spanngasventil an einen Spanngasbehälter und über ein steuerbares Dampfventil an einen Dampfbehälter angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllorgan (45) zusätzlich über ein steuerbares Spülgasventil (23) an einen vom Spanngasbehälter (2) getrennten Spülgasbehälter (24) angeschlossen ist, dessen Innendruck größer ist als der Innendruck des Spanngasbehälters (2).

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülgasbehälter (24) vom Rückgasbehälter (2) getrennt ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Spülgasbehälter (24) mindestens der doppelte Druck herrscht wie im Spanngasbehälter (2).

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Spülgasbehälter (24) ein Druck von mindestens 10 bar herrscht.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülgasbehälter (24) an eine CO₂-Quelle angeschlossen ist.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülgasbehälter (24) an eine Stickstoffquelle (47) angeschlossen ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülgasbehälter (24) an eine Sterilluftquelle angeschlossen ist.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllorgan (45) ein in das Gefäß einführbares Gasrohr (9) aufweist und daß der Spülgasbehälter (24) über das steuerbare Spülgasventil (23) an das Gasrohr (9) angeschlossen ist.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllorgan ein in das Gefäß einführbares Füllrohr aufweist und daß der Spülgasbehälter über das Spülgasventil an das Füllrohr angeschlossen ist.

10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsbehälter und der Spanngasbehälter durch einen einzigen Kessel (2) gebildet werden, der vom Spülgasbehälter (24) getrennt ist.