EP1162167A1 - Verfahren zum Füllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut sowie Füllmaschine - Google Patents

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EP1162167A1
EP1162167A1 EP01112180A EP01112180A EP1162167A1 EP 1162167 A1 EP1162167 A1 EP 1162167A1 EP 01112180 A EP01112180 A EP 01112180A EP 01112180 A EP01112180 A EP 01112180A EP 1162167 A1 EP1162167 A1 EP 1162167A1
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EP
European Patent Office
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filling
container
gas
pressure
filling material
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EP01112180A
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Ludwig Clüsserath
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KHS Maschinen und Anlagenbau AG
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KHS Maschinen und Anlagenbau AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/06—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure
    • B67C3/10—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure preliminary filling with inert gases, e.g. carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B67C3/06—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure
    • B67C3/065—Filling siphons, e.g. carbonating beverages during filling

Definitions

  • the invention relates to a method for filling bottles, cans or the same container with a liquid filling material, in particular with beverages Preamble claim 1 and a filling machine according to the preamble Claim 19.
  • the object of the invention is to demonstrate a method which simplifies the manufacture of bottled carbonated products, especially of carbonated beverages.
  • the peculiarity of the invention is that the displacement of the contents with Carbonic acid, i.e. not carbonizing the product in one Carbonization device, but in the filling machine, i.e. in the respective Container is done.
  • the filling material for example water or a fully mixed beverage without CO2 or with a reduced or negligible CO2 content
  • the container at the supplied each filling point and only mixed with CO2 gas there so that the The contents in the container finally have the required CO2 content.
  • the filling machine is used for filling Containers, namely bottles 2 with a liquid filling material in the form of a Beverages, for example with lemonades, table and mineral water, as well as then placing the contents in the respective bottle 2 with carbon dioxide or CO2 gas (carbonization).
  • a liquid filling material in the form of a Beverages, for example with lemonades, table and mineral water, as well as then placing the contents in the respective bottle 2 with carbon dioxide or CO2 gas (carbonization).
  • the filling machine 1 has in a known manner a rotor 3 rotating around a vertical machine axis in uniform Angular distances distributed a large number of filling points, each by one Filling element 4 and a container carrier 5 are formed, which in the illustrated Embodiment, the respective bottle 2 on a bottle neck in the area of Bottle mouth 2 'formed behind and controlled by a fixed flange Lift curve 6 and a lifting cylinder 7 a vertical lifting movement for lifting and Lowering the bottle 2 against the associated filling element 4 or from this executes.
  • the upright bottles 2 are placed on one by a conveyor 8 Bottle inlet 9 individually fed to the filling stations 4/5.
  • the filled bottles 2 with the carbonized contents are filled at a bottle outlet 10 4/5 removed and handed over to the transporter 8.
  • the rotor 3 is in the direction of arrow A of Figure 1 driven all round.
  • the filling machine 1 shows how to carry out the aforementioned method steps the embodiment shown a training from that in Figure 2 for a Filler 4 is shown in detail.
  • the filler tube-less filling element 4 has in a housing 11 a liquid channel 12 with a liquid valve, which by an actuator, not shown, to initiate the actual Filling phase is opened and closed again at the end of the filling phase.
  • the liquid wedge channel 12 is provided with an annular bowl 14 provided on the rotor 3 or connected to the local product space 14 'occupied by the product, and via a line 12 '.
  • the product space 14 " is connected to the liquid product via a line 15 provided.
  • the product level is kept at a predetermined level.
  • the Gas space 14 " is supplied via a gas line 16 with CO2 gas under atmospheric pressure provided.
  • Each filling element 4 also has a return gas tube 22, which is on the filling element 4 attached bottle 2 with its lower, open end in the interior of the Bottle 2 and with its upper, open end in a formed in the housing 11 Gas channel 23 'opens, the component of further executed in the housing 11 and in Fig. 2 is generally designated 23 gas paths.
  • the return gas pipe 22 is on the underside of the housing 11 from the annular liquid opening 12 "of the Liquid channel 12 enclosed, the (liquid opening) in the direction of flow of the filling material follows the liquid valve 13.
  • Each filler element 4 is provided with an individually controllable control valve device 24 controllable such that the interior of the respective filling element 4 with the Bottle mouth 2 'in the sealing position provided bottle 2 for the individual process or Treatment steps, among others also with the respective process step corresponding ring channel 17, 19 and 20 can be connected, as this will be explained in more detail below.
  • the control valve assembly 24 has the Embodiment shown three individually controllable control valves 24 ', which in suitably control the inner gas paths 23, i.e. especially opening and Conclude.
  • Each filling element 4 also has a carbonization tube 25, which inside of the return gas tube 22 and is arranged coaxially with it, in such a way that the carbonization tube 25 with its lower, open end relatively far above that protrudes lower, open end of the return gas tube 22. With the top end it is Carbonization tube 25 sealed by the gas space or channel 23 ' passed and connected to the ring channel 20 via a line 26.
  • Line 26 is provided individually for each filling element 4 Control valve 27 and also a volume or quantity measuring device 28 with which which, when the control valve 27 is open, flows through the line 26 and at the bottom, open end of the carbonization tube 25 emerging amount of CO2 gas measured becomes.
  • the line 26 is connected to the gas channel 23 'via a check valve 29.
  • the check valve 29 is further designed so that it for opens a gas flow from the line 26 into the gas channel 23 'for a gas flow in the opposite direction but locks.
  • annular return gas channel 30 is formed between the inside diameter of the return gas pipe 22 and the outside diameter the carbonization tube 25 between the inside diameter of the return gas pipe 22 and the outside diameter the carbonization tube 25 is an annular return gas channel 30 is formed, the lower end of the return gas pipe 22 is open and at the upper end of the return gas pipe in the gas channel 23 'opens.
  • the execution of the described process steps are the following Filling a bottle 2 possible, the filling machine 1 before the start of filling of course with all the media required for filling (filling material and CO2 gas in the Ring boiler 14 and CO2 gas are supplied under pressure in the ring channel 20):
  • control valve 27 is opened and at the same time the Control valve assembly 24 is controlled so that this in the direction of flow part of the liquid channel 12 formed below the liquid valve 13 with the Ring channel 19 is connected.
  • CO2 gas thus flows via the opened valve 27 into the carbonation tube 25 and enters at the bottom, far into the bottle 2 protruding end of this tube in a jet towards the bottom of the bottle and thus displaces the air in the bottle 2 from below, which passes through the Ring opening 12 "from the bottle reaches channel 19.
  • a certain proportion of CO2 gas passes through the check valve 29 into the gas channel 23 ', from there into the Return gas channel 30 also flows in via the lower open end of the gas channel 30 the interior of the bottle 2 and contributes to the displacement of the air from the bottle 2.
  • the duration of the rinsing process is, for example, one Time control set.
  • the gas channel 23 'with the ring channel is via the control valve device 24 17 connected so that in the bottle 2 the pressure of the gas space 14 ", i.e. at shown embodiment sets the atmospheric pressure. Then that will Liquid valve 13 opened so that the filling material via the ring opening 12 "along the Inner surface of bottle 2 flows into the bottle interior. As soon as the target filling quantity is reached, the liquid valve 13 is closed. In parallel, is also about the control valve device 24 disconnects the connection to the ring channel 17. For Control of the target filling quantity is in the ring bowl 14 with the liquid channel 12 connecting line 12 'in the illustrated embodiment Volume measuring device 33 is provided.
  • the level of the product level in bottle 2 is below the lower level Opening of the gas channel 30, but far above the lower end of the carbonization tube 25th
  • the filled bottle is first pre-stressed with CO2 gas.
  • CO2 gas arrives at this level in the above the product level formed and not occupied by the contents of the respective bottle 2.
  • the bias pressure is so set that when prestressing the pressure in the bottle 2 to a pressure level increases, which is in the range of the saturation pressure.
  • the preload required amount of gas is very small since the head space of the respective bottle 2 only has a relatively small volume and only this head space with the span gas filled and brought to the tension or saturation pressure.
  • a CO2 pressure is regulated in the ring channel 20, which is clearly above the Saturation pressure, i.e. above the external pressure at which the desired amount of CO2 gas is dissolved in the finished beverage.
  • Control valve 27 opened so that 25 CO2 gas under pressure through the carbonation tube flows into the filling in a jet. Due to the relatively long length, this is Carbonation tube 25 immersed deep in the contents.
  • the one you want Degree of carbonization or the desired amount of that supplied during carbonization CO2 gas is in the illustrated embodiment on the Volume measuring device 28 controlled. Basically, however, is also a time control or a combination of time control and mass or volume measurement possible.
  • the control valve 27 is closed. about the control valve assembly 24 becomes the gas channel 23 'and thus the interior of the Bottle 2 connected to the ring channel 19, whereby the pressure in the bottle 2 throttled to a regulated pressure that is significantly below the CO2 saturation pressure is in the product or beverage. At this pressure level takes place then a temporary calming of the filling takes place. Still in the product remaining gas bubbles rise to the surface without any appreciable foam formation Surface on.
  • the carbonizing tube 25 is over the Check valve 29 connected to the gas channel 23 'so that this residual CO2 gas the carbonization tube 25 via the gas channel 23 ′ and the control valve arrangement 24 is also discharged into the ring channel 19.
  • the pressure in the carbonization tube 25 is significant higher than the gas pressure in the bottle head space or in the gas channel 30 and gas space 23 ', so that the check valve 29 is closed during the carbonation process. Only after carbonation has been completed, i.e. after the valve 27 closes equal pressure between the carbonation tube 25 and the bottle head space a, so that the pressures during the pre-relief and calming phase in the carbonizing tube 25 and in the head space of the bottle 2 when open Check valve 29 can dismantle in parallel, to avoid a harmful gas leakage from carbonization tube 25 as above has been described.
  • the gas path is preferably a throttle element, for example a nozzle with a predetermined flow cross section is provided so that the internal pressure of the bottle 2nd is reduced in a controlled manner to atmospheric pressure.
  • the additional process time required for carbonization can be determined by a Acceleration of the filling are compensated in the previous filling step, in particular because it is compared to products containing CO2 the filling with still products or drinks much faster and therefore in can be done in a shorter time.
  • the filling machine 1 can therefore be the same Filling capacity can be dimensioned in the order of magnitude common today, but with the advantage that a separate carbonation plant is no longer is needed.
  • the invention has been described above using an exemplary embodiment. It it goes without saying that numerous changes and modifications are possible without that this leaves the inventive idea on which the invention is based.
  • the respective bottle 2 pretensioned Prestressing or saturation pressure to provide an additional ring channel that the CO2 gas leads under saturation pressure and is common to all filling elements 4.
  • pretension the bottles 2 the bias or saturation pressure before the filling step, then the Gas space 14 "of the ring bowl 14 which is under prestressing or saturation pressure CO2 gas.
  • the above-described version in which the pretensioning only after the filling phase takes place, but has the advantage that only small amounts of CO2 gas for the biasing is required as described above.

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Abstract

Bei einem Verfahren bzw. einer Füllmaschine zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut wird das flüssige Füllgut erst im jeweiligen Behälter durch Einleiten eines CO2-Gases unter Druck mit Kohlensäure versetzt bzw. karbonisiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere mit Getränken gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 19.
Es ist heute üblich, kohlensäurehaltige Getränke vor dem Abfüllen in Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter in einer einer Füllmaschine vorgeschalteten Ausmischanlage durch Mischen von Wasser mit wenigstens einer weiteren Komponente und durch anschließendes Versetzen mit Kohlensäure (Karbonisieren) herzustellen, und zwar letzteres in eine Karbonisierungseinrichtung, die Bestandteil der Abmischanlage oder ein gesondertes Gerät ist. Dies bedeutet u.a., daß zusätzlich zur Füllmaschine auch eine Karbonisierungseinrichtung notwendig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches eine Vereinfachung der Herstellung von abgefüllten kohlensäurehaltigen Produkten, insbesondere auch von kohlensäurehaltigen Getränken ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 und eine Füllmaschine zum Durchführen dieses Verfahrens entsprechend dem Patentanspruch 19 ausgebildet.
Die Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß das Versetzen des Füllgutes mit Kohlensäure, d.h. das Karbonisieren des Füllgutes nicht in einer Karbonisierungseinrichtung, sondern in der Füllmaschine, d.h. in dem jeweiligen Behälter erfolgt.
Das Füllgut, beispielsweise Wasser oder fertig ausgemischtes Getränk ohne CO2- oder mit einem reduzierten bzw. vernachlässigbaren CO2-Gehalt wird dem Behälter an der jeweiligen Füllstelle zugeführt und erst dort mit CO2-Gas derart versetzt, daß das Füllgut im Behälter schließlich den geforderten CO2-Gehalt aufweist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann z.B. bei der Produktion von abgefüllten CO2-haltigen Getränken, wie Mineral- oder Tafelwässern, Limonaden usw. auf die bisher notwendige, dem Füller vorgeschaltete Karbonisierungseinrichtung oder -anlage verzichtet werden. Es ist insbesondere auch möglich, beispielsweise Getränke, die in einem Tank ausgemischt werden, direkt der Füllmaschine zuzuführen.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, es zeigen:
Fig. 1
in sehr vereinfachter schematischer Darstellung und in Draufsicht eine Füllmaschine umlaufender Bauart zum Füllen von Flaschen;
Fig. 2
in vereinfachter Darstellung ein Füllelement der Füllmaschine der Figur 1.
Die in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Füllmaschine dient zum Füllen von Behältern, nämlich von Flaschen 2 mit einem flüssigen Füllgut in Form eines Getränkes, beispielsweise mit Limonaden, Tafel- und Mineralwasser, sowie zum anschließenden Versetzen des Füllgutes in der jeweiligen Flasche 2 mit Kohlensäure bzw. CO2-Gas (Karbonisieren). Die Füllmaschine 1 besitzt in bekannter Weise an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufenden Rotor 3 in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt eine Vielzahl von Füllstellen, die jeweils von einem Füllelement 4 und einem Behälterträger 5 gebildet sind, der bei der dargestellten Ausführungsform die jeweilige Flasche 2 an einem am Flaschenhals im Bereich der Flaschenmündung 2' gebildeten Flansch hintergreift und gesteuert durch eine ortsfeste Hubkurve 6 und einen Hubzylinder 7 eine vertikale Hubbewegung zum Anheben und Absenken der Flasche 2 gegen das zugehörige Füllelement 4 bzw. von diesem ausführt.
Über einem Transporteur 8 werden die aufrecht stehenden Flaschen 2 an einem Flascheneinlauf 9 den Füllstellen 4/5 einzeln zugeführt. Die gefüllten Flaschen 2 mit dem karbonisierten Füllgut werden an einem Flaschenauslauf 10 den Füllstellen 4/5 entnommen und an den Transporteur 8 übergeben. Der Rotor 3 ist dabei in Richtung des Pfeiles A der Figur 1 umlaufend angetrieben.
Zwischen dem Flascheneinlauf 9 und dem Flaschenauslauf 10 erfolgt bei an die Füllelemente 4 angehobenen und dort in Dichtlage befindlichen Flaschen 2 der Füllund Karbonisierunsprozeß, und zwar in mehreren Prozeßschritten, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform in insgesamt sechs zeitlich aufeinander folgenden Prozeßschritten, nämlich:
  • Spülen der jeweiligen Flasche 2 mit CO2-Gas,
  • Füllen der jeweiligen Flasche 2 mit dem flüssigen, CO2-freien Füllgut (Getränk),
  • Vorspannen der gefüllten Flasche mit CO2-Gas,
  • Karbonisieren des Füllgutes,
  • Beruhigen und Vorentlasten der mit dem karbonisierten Füllgut gefüllten Flasche,
  • Restentlasten.
Zur Durchführung der vorgenannten Verfahrensschritte weist die Füllmaschine 1 bei der dargestellten Ausführungsform eine Ausbildung aus, die in der Figur 2 für ein Füllelement 4 im Detail wiedergegeben ist. Das füllrohrlose Füllelement 4 besitzt in einem Gehäuse 11 einen Flüssigkeitskanal 12 mit einem Flüssigkeitsventil, welches durch eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung zum Einleiten der eigentlichen Füllphase geöffnet und am Ende der Füllphase wieder geschlossen wird.
Der Flüssigkeilskanal 12 ist mit einem am Rotor 3 vorgesehenen Ringkessel 14 bzw. mit dem dortigen, von dem Füllgut eingenommenen Füllgutraum 14' verbunden, und zwar über eine Leitung 12'. Oberhalb des Füllgutraumes 14' ist im Ringkessel 14 ein Gasraum 14" gebildet, der bei der dargestellten Ausführungsform druckloses CO2-Gas, d.h. CO2-Gas unter Atmosphärendruck oder annähernd unter Atmosphärendruck enthält. Der Füllgutraum 14" wird über eine Leitung 15 mit dem flüssigen Füllgut versorgt. Der Füllgutspiegel wird dabei auf einem vorgegebenen Niveau gehalten. Der Gasraum 14" wird über eine Gasleitung 16 mit CO2-Gas unter Atmosphärendruck versorgt.
Für die einzelnen Behandlungs- bzw. Prozeßschritte sind am Rotor 3 bei der dargestellten Ausführungsform für sämtliche Füllelemente 4 gemeinsam noch vorgesehen:
  • Ein CO2-Ringkanal 17, der über eine Leitung 18 mit der Leitung 16 bzw. mit dem Gasraum 14" verbunden ist,
  • ein Rückgas-Ringkanal 19, der der Vorentlastung dient und in dem ein dem Vorentlastungsdruck entsprechender Druck eingeregelt ist,
  • ein Ringkanal 20, der von einer nicht dargestellten CO2-Gas-Quelle über eine Leitung 21 mit CO2-Gas mit einem Druck versorgt wird, der über einem Sättigungsdruck liegt
  • ein Ringkanal 35 für die Restentlastung.
Jedes Füllelement 4 besitzt weiterhin ein Rückgasrohr 22, welches bei am Füllelement 4 angesetzter Flasche 2 mit seinem unteren, offenen Ende in den Innenraum der Flasche 2 und mit seinem oberen, offenen Ende in einen im Gehäuse 11 ausgebildeten Gaskanal 23' mündet, der Bestandteil von weiteren im Gehäuse 11 ausgeführten und in der Fig. 2 allgemein mit 23 bezeichneten Gaswegen ist. Das Rückgasrohr 22 ist an der Unterseite des Gehäuses 11 von der ringförmingen Flüssigkeitsöffnung 12" des Flüssigkeitskanales 12 umschlossen, die (Flüssigkeitsöffnung) im Strömungsrichtung des Füllgutes auf das Flüssigkeitsventil 13 folgt. Die Gaswege 23 sind über eine an jedem Füllelement 4 vorgesehene, individuell steuerbare Steuerventileinrichtung 24 derart steuerbar, daß der Innenraum der am jeweiligen Füllelement 4 mit der Flaschenmündung 2' in Dichtlage vorgesehenen Flasche 2 für die einzelnen Prozeßoder Behandlungsschritte u.a. auch mit dem dem jeweiligen Prozeßschritt entsprechenden Ringkanal 17, 19 bzw. 20 verbunden werden kann, wie dies nachstehend noch näher erläutert wird. Die Steuerventilanordnung 24 besitzt bei der dargestellten Ausführungsform drei individuell steuerbare Steuerventile 24', die in geeigneter Weise die inneren Gaswege 23 steuern, d.h. insbesondere Öffnen und Schließen.
Jedes Füllelement 4 besitzt weiterhin ein Karbonisierungsrohr 25, welches innerhalb des Rückgasrohrs 22 und achsgleich mit diesem angeordnet ist, und zwar derart, daß das Karbonisierungsrohr 25 mit seinem unteren, offenen Ende relativ weit über das untere, offene Ende des Rückgasrohrs 22 vorsteht. Mit dem oberen Ende ist das Karbonisierungsrohr 25 abgedichtet durch den Gasraum bzw. -kanal 23' hindurchgeführt und über eine Leitung 26 mit dem Ringkanal 20 verbunden. In der Leitung 26 befindet sich ein für jedes Füllelement 4 individuell vorgesehenes Steuerventil 27 sowie auch eine Volumen- oder Mengenmeßeinrichtung 28, mit der die bei geöffnetem Steuerventil 27 die die Leitung 26 durchströmende und am unteren, offenen Ende des Karbonisierungsrohrs 25 austretende Menge an CO2-Gas gemessen wird. Über ein Rückschlagventil 29 ist die Leitung 26 mit dem Gaskanal 23' verbunden, und zwar in Strömungsrichtung des die Leitung 26 durchströmenden und aus dem unteren Ende des Karbonisierungsrohrs 25 austretenden CO2-Gases hinter dem Steuerventil 27. Das Rückschlagventil 29 ist weiterhin so ausgebildet, daß es für eine Gasströmung aus der Leitung 26 in den Gaskanal 23' öffnet, für eine Gasströmung in umgekehrter Richtung aber sperrt.
Zwischen dem Innendurchmesser des Rückgasrohrs 22 und dem Außendurchmesser des Karbonisierungsrohrs 25 ist ein ringförmiger Rückgaskanal 30 gebildet, der am unteren Ende des Rückgasrohrs 22 offen ist und am oberen Ende des Rückgasrohrs in den Gaskanal 23' mündet.
Im Einzelnen sind der beschriebenen Ausführung folgende Verfahrensschritte beim Füllen einer Flasche 2 möglich, wobei die Füllmaschine 1 vor dem Füllbeginn selbstverständlich mit allen für das Füllen benötigten Medien (Füllgut und CO2-Gas im Ringkessel 14 sowie CO2-Gas unter Druck im Ringkanal 20) versorgt ist:
1. Flasche mit CO2 Spülen
Nach dem Anheben der jeweiligen Flasche 2 gegen das Füllelement 1 liegt diese schließlich mit ihrer Flaschenmündung 2' abgedichtet gegen die Unterseite des Füllelementes 4 bzw. gegen eine dortige Dichtung 31 derart an, daß das Rückgasrohr 22 und das Karbonisierungsrohr 25 durch die Flaschenmündung 2' in den Innenraum der Flasche 2 hineinreichen und der Innenraum der Flasche 2 auch mit der in Strömungsrichtung hinter dem Flüssigkeitsventil 13 vorgesehenen ringförmigen Flüssigkeitsöffnung 12" des Flüssigkeitskanales 12 in Verbindung steht. Das Flüssigkeitsventil 13 ist geschlossen.
Zum Einleiten des Spülprozesses wird das Steuerventil 27 geöffnet und gleichzeitig die Steuerventilanordnung 24 so angesteuert, daß über diese der in Strömungsrichtung unterhalb des Flüssigkeitsventils 13 gebildete Teil des Flüssigkeitskanales 12 mit dem Ringkanal 19 in Verbindung steht. Über das geöffnete Ventil 27 strömt damit CO2-Gas in das Karbonisierungsrohr 25 und tritt am unteren, weit in die Flasche 2 hineinreichenden Ende dieses Rohrs strahlförmig in Richtung des Flaschenbodens aus und verdrängt damit von unten her die in der Flasche 2 vorhandene Luft, die über die Ringöffnung 12" aus der Flasche in den Kanal 19 gelangt. Ein gewisser Anteil an CO2-Gas gelangt über das Rückschlagventil 29 auch in den Gaskanal 23', von dort in den Rückgaskanal 30, strömt über das untere offene Ende des Gaskanales 30 ebenfalls in den Innenraum der Flasche 2 und trägt zur Verdrängung der Luft aus der Flasche 2 bei.
Dieser Spülprozeß wird solange fortgesetzt, bis die gewünschte Inertgasatmosphäre in der Flasche 2 erreicht ist. Die Dauer des Spülprozesses ist beispielsweise durch eine Zeitsteuerung festgelegt.
2. Füllung der Flasche 2 mit dem nicht karbonisierten Füllgut.
Bei wieder geschlossenem Ventil 27 und bei durch die Steuerventileinrichtung 24 unterbrochener Verbindung zwischen dem unteren Ende des Flüssigkeitskanals 12 und dem Ringkanal 19 erfolgt das Füllen der Flasche 2 mit dem flüssigen Füllgut.
Hierfür wird über die Steuerventileinrichtung 24 der Gaskanal 23' mit dem Ringkanal 17 verbunden, so daß sich in der Flasche 2 der Druck des Gasraumes 14", d.h. bei der dargestellten Ausführungsform der Atmosphärendruck einstellt. Anschließend wird das Flüssigkeitsventil 13 geöffnet, so daß das Füllgut über die Ringöffnung 12" entlang der Innenfläche der Flasche 2 in den Flascheninnenraum fließt. Sobald die Sollfüllmenge erreicht ist, wird das Flüssigkeitsventil 13 geschlossen. Parallel hierzu wird auch über die Steuerventileinrichtung 24 die Verbindung zum Ringkanal 17 unterbrochen. Zur Steuerung der Sollfüllmenge ist in der den Ringkessel 14 mit dem Flüssigkeitskanal 12 verbindenden Leitung 12' bei der dargestellten Ausführungsform eine Volumenmeßeinrichtung 33 vorgesehen.
Bei Sollfüllhöhe liegt das Niveau des Füllgutspiegels in der Flasche 2 unter der unteren Öffnung des Gaskanals 30, aber weit über dem unteren Ende des Karbonisierungsrohrs 25.
3. Vorspannen der gefüllten Flasche
Um das flüssige Füllgut in einem späteren Verfahrensschritt karbonisieren zu können, erfolgt zunächst ein Vorspannen der gefüllten Flasche mit CO2-Gas. Hierfür wird über die Steuerventilanordnung 24 der Gaskanal 23' über eine Leitung 34 mit dem Ringkanal 20 verbunden, der das CO2-Gas unter Druck führt. Über den Rückgaskanal 30 gelangt das CO2-Gas bei diesem Vorspannen in den oberhalb des Füllgutspiegels gebildeten und vom Füllgut nicht eingenommenen Kopfraum der jeweiligen Flasche 2.
Durch nicht dargestellte Mittel in der Leitung 34 ist der Vorspanndruck ist so eingestellt, daß beim Vorspannen der Druck in der Flasche 2 auf ein Druckniveau ansteigt, welches im Bereich des Sättigungsdruckes liegt. Die zum Vorspannen erforderliche Gasmenge ist sehr gering, da der Kopfraum der jeweilige Flasche 2 nur ein relativ kleines Volumen besitzt und nur dieser Kopfraum mit dem Spanngas aufgefüllt und auf den Spann- bzw. Sättigungsdruck gebracht werden muß.
Mit dem Vorspannen der Flasche 2 wird beim anschließenden Karbonisieren eine Schaumbildung vermieden. Weist das Füllgut oder Getränk nur eine geringe Neigung zur Schaumentwicklung auf und/oder soll bei dem nachfolgenden Karbonisierungsschritt nur ein geringer Kohlensäuregehalt erzeugt werden, so kann grundsätzlich auf das Vorspannen verzichtet werden.
4. Füllgut karbonisieren
Im Ringkanal 20 ist ein CO2-Druck eingeregelt, der deutlich oberhalb des Sättigungsdruckes liegt, d.h. oberhalb desjenigen äußeren Drucks, bei dem die gewünschte Menge an CO2-Gas im fertigen Getränk gelöst ist.
Zum Karbonisieren des in die jeweilige Flasche abgefüllten Füllguts wird das Steuerventil 27 geöffnet, so daß über das Karbonisierungsrohr 25 CO2-Gas unter Druck strahlförmig in das Füllgut einströmt. Durch die relativ große Länge ist das Karbonisierungsrohr 25 tief in das Füllgut eingetaucht. Der gewünschte Karbonisierungsgrad bzw. die gewünschte Menge des beim Karbonisieren zugeführten CO2-Gases wird bei der dargestellten Ausführungsform über die Volumenmeßeinrichtung 28 gesteuert. Grundsätzlich ist aber auch eine Zeitsteuerung oder eine Kombination aus Zeitsteuerung und Masse- oder Volumenmessung möglich.
Während der Karbonisierung steigt der Druck in der Flasche 2 deutlich über den Sättigungsdruck an. Das Füllgut absorbiert unter diesen Bedingungen die Kohlensäure sofort.
5. Beruhigen und Vorentlasten
Nach Abschluß der Karbonisierungsphase wird das Steuerventil 27 geschlossen. Über die Steuerventilanordnung 24 wird der Gaskanal 23' und damit der Innenraum der Flasche 2 mit dem Ringkanal 19 verbunden, womit der Druck in der Flasche 2 gedrosselt auf einem geregelten Druck abgesenkt wird, der deutlich unterhalb des CO2-Sättigungsdruckes im Füllgut bzw. Getränk liegt. Auf diesem Druckniveau findet dann eine zeitlich begrenzte Beruhigung des Füllgutes statt. Noch im Füllgut verbliebene Gasblasen steigen dabei ohne nennenswerte Schaumbildung an die Oberfläche auf.
Um zu vermeiden, daß vom Karbonisierungsschritt im Inneren des Karbonisierungsrohrs 25 noch vorhandenes und beim Beruhigen und Vorentlasten dann expandierendes CO2-Gas aus dem unteren Ende des Karbonisierungsrohrs 25 als Gasblasen austritt und es hierdurch zu einer Beunruhigung oder zu einem Überschäumen des Füllgutes kommt, ist das Karbonisierungsrohr 25 über das Rückschlagventil 29 mit dem Gaskanal 23' verbunden, so daß dieses CO2-Restgas aus dem Karbonisierungsrohr 25 über den Gaskanal 23' und die Steuerventilanordnung 24 ebenfalls in den Ringkanal 19 abgeführt wird.
Während der Karbonisierungsphase ist der Druck im Karbonisierungsrohr 25 signifikant höher als der Gasdruck im Flaschenkopfraum bzw. im Gaskanal 30 und Gasraum 23', so daß das Rückschlagventil 29 während des Karbonisierungsprozesses geschlossen ist. Erst nach Abschluß der Karbonisierung, d.h. nach dem Schließen des Ventils 27 stellt sich zwischen dem Karbonisierungsrohr 25 und dem Flaschenkopfraum Gleichdruck ein, so daß sich dann während der Vorentlastungs- und Beruhigungsphase die Drücke im Karbonisierungsrohr 25 und im Kopfraum der Flasche 2 bei geöffnetem Rückschlagventil 29 parallel abbauen können, und zwar zur Vermeidung eines schädlichen Gasaustritts aus dem Karbonisierungsrohr 25, wie dies vorstehend beschrieben wurde.
6. Restentlasten
Kurz bevor die jeweilige Flasche 2 von dem Füllelement 4 abgezogen wird, wird über die Steuerventileinrichtung 24 der Innenraum der Flasche zur Atmosphäre hin oder aber über den für sämtliche Füllelemente 4 gemeinsamen Ringkanal 35 entlüftet, der mit der Atmosphäre in Verbindung steht. In dem für dieses Restentlasten vorgesehenen Gasweg ist vorzugsweise eine Drosselorgan, beispielsweise eine Düse mit einem vorgegebenen Strömungsquerschnitt vorgesehen, so daß der Innendruck der Flasche 2 kontrolliert auf Atmosphärendruck abgebaut wird.
Die für die Karbonisierung erforderliche zusätzliche Prozeßzeit kann durch eine Beschleunigung der Füllung in dem vorausgehenden Füllschritt kompensiert werden, und zwar insbesondere auch deswegen, weil im Vergleich zu CO2-haltigen Produkten die Füllung mit stillen Produkten oder Getränken wesentlich schneller und somit in kürzerer Zeit durchgeführt werden kann. Die Füllmaschine 1 kann daher bei gleicher Füll-Leistung in den heute üblichen Größenordnungen dimensioniert werden, allerdings mit dem Vorteil, daß eine gesonderte Karbonisierungsanlage nicht mehr benötigt wird.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise möglich, für das Vorspannen der jeweiligen Flasche 2 auf den Vorspann- bzw. Sättigungsdruck einen zusätzlichen Ringkanal vorzusehen, der das CO2-Gas unter Sättigungsdruck führt und für sämtliche Füllelemente 4 gemeinsam ist. Weiterhin ist es selbstverständlich auch möglich, das Vorspannen der Flaschen 2 auf dem Vorspann- bzw. Sättigungdruck vor dem Füllschritt vorzunehmen, wobei dann der Gasraum 14" des Ringkessels 14 das unter Vorspann- oder Sättigungsdruck stehende CO2-Gas aufweist. Die vorbeschriebene Ausführung, bei der das Vorspannen erst nach der Füllphase erfolgt, hat aber den Vorteil, daß nur geringe Mengen an CO2-Gas für das Vorspannen benötigt werden, wie dies vorstehend beschrieben wurde.
Bezugszeichenliste
1
Füllmaschine
2
Flasche
2'
Flaschenmündung
3
Rotor
4
Füllelement
5
Behälterträger
6
Hubkurve
7
Hubzylinder
8
Transporteur
9
Flascheneinlauf
10
Flaschenauslauf
11
Gehäuse
12
Flüssigkeitskanal
12'
Leitung
12"
Ringöffnung
13
Flüssigkeitsventil
14
Ringkanal
14'
Füllgutraum
14"
Gasraum
15, 16
Leitung
17
Ringkanal
18
Leitung
19
Ringkanal
20
Ringkanal
21
Leitung
22
Rückgasrohr
23
Gasweg
23'
Gaskanal
24
Steuerventi lanordnung
24'
Steuerventil
25
Karbonisierungsrohr
26
Leitung
27
Steuerventil
28
Volumen- oder Mengenmeßelement
29
Rückschlagventil
30
Gaskanal im Rückgasrohr
31
Dichtung
33
Volumenmeßeinrichtung
34
Leitung
35
Ringkanal
A
Drehrichtung des Rotors

Claims (23)

  1. Verfahren zum Füllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, unter Verwendung einer Füllmaschine (1) mit mehreren Füllpositionen, die jeweils ein Füllelement (4) aufweisen, an welchem der jeweilige Behälter (2) zumindest während eines Teils eines Füllprozesses mit einer Behältermündung (2') in Dichtlage anliegt und über welches der Innenraum des Behälters in einer Füllphase gesteuert mit dem flüssigen Füllgut gefüllt und in wenigstens einem Verfahrensschritt mit einem unter Druck stehenden CO2-Gas beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Füllgut im jeweiligen Behälter (2) durch Einleiten des CO2-Gases unter Druck mit Kohlensäure versetzt bzw. karbonisiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Karbonisieren des Füllgutes im Behälter (2) nach Abschluß der Füllphase erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das während der Füllphase in den Behälter (2) eingebrachte Füllgut ein solches ohne CO2-Gehalt oder ein solches mit einem CO2-Gehalt ist, der wesentlich niedriger ist als der CO2-Gehalt des abgefüllten Füllgutes.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Karbonisieren des Füllgutes im Behälter (2) über wenigstens eine im flüssigen Füllgut eingetauchte Gas-Öffnung durch Einleiten des CO2-Gases unter Druck erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Karbonisieren des Füllgutes über ein Karbonisierungsrohr (25) erfolgt, welches mit einem unteren, die Gasöffnung bildenden Ende durch die Behälteröffnung (2') in das flüssige Füllgut mit Abstand unterhalb des Füllgutspiegels eingetaucht ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Karbonisieren des flüssigen Füllgutes ein Vorspannen des Behälters (2) auf einen Vorspann- oder Sättigungsdruck erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannen des Behälters in einer der Füllphase vorausgehenden Vorspannphase erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannen des Behälters nach der Füllphase erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Karbonisieren das CO2-Gas mit einem Druck in das flüssige Füllgut eingebracht wird, der deutlich über den Vorspann- oder Sättigungsdruck liegt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Behälter (2) vor dem Karbonisieren auf einen Vorspann- oder Sättigungsdruck vorgespannt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Behälters (2) in einem der Füllphase vorausgehenden Verfahrensschritt mit einem Inert-Gas gespült wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülen mit dem Inert- oder CO2-Gas über das Karbonisierungsrohr (25) erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllen des Behälters (2) während der Füllphase unter Atmosphärendruck erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllen des Behälters (2) während der Füllphase unter Gegendruck erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Karbonisieren die Entlastung des Behälters auf Atmosphärendruck erfolgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlasten auf Atmosphärendruck in wenigstens zwei Schritten erfolgt, und zwar zunächst ein Vorentlasten auf einen über dem Atmosphärendruck liegenden Vorentlastungsdruck und anschließend ein Restentlasten auf Atmosphärendruck.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Entlasten auf den Vorentlastungsdruck und dem Restentlasten eine Beruhigungsphase vorgesehen ist.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Karbonisieren und während des Entlastens eine Entlastung auch des Innenraumes des Karbonisierungsrohrs (25) erfolgt.
  19. Füllmaschine zum Füllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit mehreren Füllpositionen, die jeweils ein Füllelement (4) aufweisen, an welchem der jeweilige Behälter (2) zumindest während eines Teils eines Füllprozesses mit einer Behältermündung (2') in Dichtlage anliegt und über welches der Innenraum des Behälters in einer Füllphase gesteuert mit dem flüssigen Füllgut gefüllt und in wenigstens einem Verfahrensschritt mit einem unter Druck stehenden CO2-Gas beaufschlagt wird, gekennzeichnet durch Mittel (25) zum Karbonisieren des flüssigen Füllguts im jeweiligen Behälter (2) durch Einleiten des CO2-Gases unter Druck in das Füllgut.
  20. Füllmaschine nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch wenigstens eine Gas-Öffnung am Füllelement, die im flüssigen Füllgut eingetaucht ist und über die das Karbonisieren des Füllgutes im Behälter (2) durch Einleiten des CO2-Gases unter Druck erfolgt.
  21. Füllmaschine nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch ein Karbonisierungsrohr (25), welches mit einem unteren Ende die Gasöffnung bildet und über die Unterseite des Füllelementes (4) wegsteht.
  22. Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllelemente (4) solche ohne Füllrohr sind.
  23. Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Korbonisierungsrohr (25) aus einer Öffnung eines Rückgaskanals (30) über die Unterseite des Füllelementes (4) wegsteht.
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