EP1215166B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut Download PDF

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EP1215166B1
EP1215166B1 EP01120678A EP01120678A EP1215166B1 EP 1215166 B1 EP1215166 B1 EP 1215166B1 EP 01120678 A EP01120678 A EP 01120678A EP 01120678 A EP01120678 A EP 01120678A EP 1215166 B1 EP1215166 B1 EP 1215166B1
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EP
European Patent Office
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filling
liquid
path
filler
valve
Prior art date
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EP01120678A
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EP1215166A2 (de
EP1215166A3 (de
Inventor
Ludwig Clüsserath
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KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
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Publication date
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
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Publication of EP1215166A3 publication Critical patent/EP1215166A3/de
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    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
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    • 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
    • B67C3/001—Cleaning of filling devices
    • B67C3/002—Cleaning of filling devices using cups or dummies to be placed under the filling heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
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    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
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    • B67C3/22—Details
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B67C3/2642—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks specially adapted for sterilising prior to filling
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    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/286—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow rate control, i.e. controlling slow and fast filling phases

Definitions

  • the invention relates to a method for filling bottles, cans or the like containers with a liquid product according to the preamble of claim 1 and in particular to a method for hot, i. Sterile or germ-free filling of contents, for example of fruit and vegetable juices and / or other drinks based on juice.
  • a method according to the preamble of claim 1 is known, for example, from US-A-5,313,990.
  • the invention further relates to a filling system or a filling machine for carrying out the method according to the preamble of claim 8.
  • a filling machine is known for example from US-A-5 313 990.
  • Fruit and vegetable juices and beverages based on juices are used to obtain the required shelf life, i. to prevent infestation by microorganisms and the resulting rapid spoilage of the bottled product, pasteurized in a heater system and bottled or bottled while still hot. Immediately thereafter, the closure is done while the drink is still hot.
  • a critical temperature limit in which a sterile and germ-free filling, i. a kill of the beverage-damaging microorganisms is certainly guaranteed.
  • the filling material flows to the filling machine with a temperature which is adjusted so that adjusts itself to the filling elements, the contents of the filling leading parts as well as in the bottles, which in any case above the above-mentioned critical temperature limit lies. To ensure this, for example, the bottles are heated accordingly before their entry into the filling machine.
  • this hot hold circuit also includes the provided on the rotor of the filling machine Basin- or annular channel, to which the filling elements are connected, can not be prevented that these lying outside of the holding circuit filling elements and their contents leading parts, such as in particular Guelementgetude and possibly filling tube under cool the critical temperature. For this reason, it has hitherto been necessary for a longer interruption of the filling process (more than 3 to 5 minutes) in spite of the holding circuit for the contents that the filled in the first round of the filling machine after an interruption container are discarded and discarded, which, among other additional production costs means.
  • the object of the invention is to provide a method and a filling machine, which avoid this disadvantage and even after a prolonged temporary interruption of the filling process already at the first resumption of the filling process a bottling with a temperature above the critical temperature limit and thus ensure a germ-free and sterile filling Without having to be discharged after a break filled containers and discarded
  • a particular advantage of the filling machine according to the invention is that a safe, hygienic or germ-free and sterile filling of the filling material is realized immediately after an interruption of the filling process with particularly simple means, u.a. using filling elements which correspond structurally substantially already proven filling elements and need only be slightly modified for use in the invention.
  • filling element is part of a filling machine otherwise not shown circumferential type and is provided together with a plurality of similar filling elements in each uniform angular intervals on the circumference of a rotor 2.
  • a first annular channel 3 and a second annular channel 4 are formed in this rotor 2, which respectively surround concentrically the vertical rotor or machine axis and of which during the usual filling process the annular channel 3 leads to the product to be filled into the bottles 5 and the annular channel 4 is a pressureless, open to the atmosphere channel.
  • the filling machine is used specifically for sterile or germ-free filling of a pasteurized filling, in particular of beverages, such as fruit and vegetable juices or other drinks, the basis of which are juices, in the hot state such that in any case, up to the immediately following the filling Closing the bottles 5, the temperature of the contents and the respective bottle 5 does not fall below the sterility of the contents guaranteed temperature limit.
  • beverages such as fruit and vegetable juices or other drinks, the basis of which are juices
  • an actuating unit 11 is provided at the top of the housing 6, in a housing a pneumatic lifting cylinder 13 with the piston 13 'and a lower cylinder chamber 14 and a limiting cylinder 15 with the piston 15' and with an upper cylinder space 16, which has its minimum volume in the state shown in the figures.
  • a compression spring 17 is provided, which biases the piston 13 and thus also connected via the piston rod or the plunger 18 to the piston 13 liquid valve or its closing body in the closed position.
  • the cylinder chambers 14 and 15 are connected to a pneumatic control circuit 19 which has two individually controllable control or solenoid valves 20 and 21 in leading to the cylinder chambers 14 and 16 pneumatic lines 20 'and 21' and in turn to a compressed air source 22 is connected.
  • the pneumatic valves or control valves 20 and 21 are individually provided for each filling element 1 and individually controlled.
  • Each full element 1 further has, in addition to the actuating element 11, a pneumatic control cylinder or a pneumatically actuated diaphragm control valve 23, the control input of which is likewise connected to the pneumatic control circuit 19 is and via the associated solenoid valves 20 and 21 is controlled.
  • the control valve 23 is provided in a partially formed in the housing 6 Gasweg 24, with a first portion 24 'in the liquid channel 7 in the flow direction of the filling material behind the liquid valve 8 and its valve seat 8' and with a second portion 24 "in the annular channel Partly in the housing 6 and partly in an approximately tulip-like housing extension 25 provided on the underside of this housing, a further gas path 26 is provided, with its upper end in the section 24 "and with its lower end in the direction of Greelementunterseite open interior 25 'of the extension 25 opens.
  • a check valve 27 is provided, which is designed so that it allows a flow through the gas path 26 only from the interior 25 in the section 24 "or in the adjacent annular channel 4, but blocks for a flow in the opposite direction ,
  • control valve 23 is basically in the closed state, unless indicated below for a specific filling phase of the open state of this control valve:
  • both the limiting cylinder 15 and the lifting cylinder 13 are activated by appropriate control of the valves 20 and 21, so that the contents then reduced by a defined by the activated limiting cylinder 15 reduced opening gap of the liquid valve 8 and with a resulting reduced Flow rate flows into the bottle 5 and there soft and without foaming on the bottom of the bottle.
  • This low-turbulence, slow An Collllphase is maintained until the rising Medgutacious exceeds the lower end of the filling tube 10.
  • This slow filling phase is timed, using a timing, e.g. is stored for the respective bottling and / or the respective bottles 5 in a control device of the filling machine.
  • the respective bottle 5 is not in sealing position with the filling element 1, but the displaced from the inflowing medium from the bottle directly through the air formed between the bottle mouth 5 'and the filling tube Ring opening into the interior 25 'and escape from this into the atmosphere.
  • the liquid valve 8 After slow stuffing, the liquid valve 8 is closed and thus the filling process is briefly interrupted, so that air or gas bubbles, which are located in the medium can rise to the surface of the product.
  • the lifting cylinder 13 When not activated limiting cylinder 15, the lifting cylinder 13 is activated again, so that the full flow cross-section of the liquid valve 8 is released and when dipped into the filling material filling tube 10 a fast, bubble-free filling of the generally uncritical, cylindrical middle part of the bottle 5 can be done.
  • This rapid filling is done with time, ie after a predetermined time, the fast filling is transferred to the subsequent brake and correction fills.
  • the limiting cylinder 15 is activated, which pushes back the lifting cylinder 13 in the limited stroke position due to the larger surface of its piston 15 ', so that the still open liquid valve 8 has only the reduced opening gap or flow cross-section.
  • the product level can now rise slowly and with a smooth surface image to the filling height probe integrated in the filling tube 28.
  • an electrical circuit is closed, thereby causing the deactivation of the lifting cylinder 13 and thus the closing of the liquid valve 8, wherein the closing of the liquid valve 8 after the queuing of the probe signal, for example, time-delayed, to achieve a Greinkorrektur ,
  • the portion 24 'in the vicinity of the valve seat 8' of the liquid valve opens into the liquid channel 7.
  • the filling elements 1 or their parts carrying the filling material remain on a high temperature guaranteeing the sterility of the filled filling material.
  • the filling process or filling process is interrupted, for example because of a lack of bottles at the inlet of the filling machine or because of a bottle backlog after the filling machine, the contents within the filling machine in a hot holding circuit, which also includes the annular channel 3, but the filling elements 1 and the filling tubes 10 can not provide sufficient heat and thus can not prevent cooling of these elements.
  • the heating of the filling elements 1 at a fault-related interruption is of course in still circulating filling machine or continue circulating rotor 2, wherein at least in a longer disruption, the filling machine is increasingly emptied to cool the liquid filling material in the still existing in the machine bottles. 5 below the critical temperature limit.
  • the application of the water vapor is then - controlled by the respective control valve 23 on each filling element 1 - in the predetermined angular range between the container outlet and the container inlet. But it is also possible to initiate the heating always when at a fault interruption is on the relevant filling element 1 no bottle 5, wherein the heating or keeping warm with the water vapor is stopped before after the termination of the interruption of the filling process to the relevant Filling element 1 again a bottle 5 passes.
  • the water vapor in the annular channel 4 also heats the e.g. consisting of steel rotor 2 and thus causes heat transfer to the contents in the annular channel 3, i. the steam in the annular channel 4 supports the heat retention of the contents in the hot holding circuit, wherein overheating of the filling material in the annular channel 3 is prevented by the product circulation in this channel and in the hot holding circuit.
  • a flushing cap 30 is placed on each filling element 1 according to FIG. 3, which receives the respective filling tube 10 in a flushing chamber 31 which is tightly closed towards the outside.
  • the cleaning agents flow through the annular channel 3, the opened liquid channels 7 of the filling elements 1 and thereby past the liquid valves 8 and their valve seats 8 ', through the filling tube channel 9 of each filling tube 10 and then through the flushing chamber 31 the outside of the filling tube 10 over by the gas path 26 with the open check valve 27 in the annular channel 4, from which the cleaning agents are then discharged.
  • the cleaning agents are supplied via the annular channel 4 and flow through the section 24 ", through the opened control valve 23 and the section 24 'in the liquid passage 7 and then past the respective opened liquid valve 8 in the annular channel 3, from which the cleaning agents are removed.
  • the sterility guaranteeing temperature allows and in particular also allows the necessary for sterility temperature even at a longer interruption of the normal filling process or To maintain filling process.
  • the inventive construction also allows optimal CIP cleaning of the filling elements.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)
  • Basic Packing Technique (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 und dabei insbesondere auf ein Verfahren zum heißen, d.h. sterilen bzw. keimfreien Abfüllen von Füllgut, beispielsweise von Frucht- und Gemüsesäften und/oder anderen Getränken auf Saftbasis. Ein solches Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist zum Beispiel aus US-A-5 313 990 bekannt. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Füllsystem oder eine Füllmaschine zum Durchführen des Verfahrens gemäß Oberbegriff Patentanspruch 8. Eine solche Füllmaschine ist zum Beispiel aus US-A-5 313 990 bekannt.
  • Frucht- und Gemüsesäfte sowie Getränke, deren Basis Säfte sind, werden zur Erzielung der erforderlichen Haltbarkeit, d.h. zur Verhinderung eines Befalls durch Mikroorganismen und eines hieraus resultierenden schnellen Verderbs des abgefüllten Produktes, in einer Erhitzeranlage pasteurisiert und im noch erhitzten Zustand in Flaschen oder Dosen abgefüllt. Unmittelbar im Anschluß daran erfolgt das Verschließen, solange das Getränk noch heiß ist. Von größter Wichtigkeit hierbei ist, daß in keiner Phase des Abfüllprozesses die Temperatur des Füllgutes, auch in unmittelbarer Nähe der Wandung eines Behälter unter einen kritischen Temperaturgrenzwert sinkt, bei dem ein steriles und keimfreies Abfüllen, d.h. ein Abtöten der getränkeschädigenden Mikroorganismen mit Sicherheit noch gewährleistet ist.
  • Solange der Abfüllprozeß auf einer Füllmaschine kontinuierlich abläuft, sind diese Voraussetzungen für eine hygienische einwandfreie, insbesondere auch keimfreie Abfüllung ohne Probleme durch eine entsprechende Aufrechterhaltung der Temperatur des Füllgutes einzuhalten. Das Füllgut fließt dabei der Füllmaschine mit einer Temperatur zu, die so eingestellt ist, daß sich an den Füllelementen, deren das Füllgut führenden Teilen sowie auch in den Flaschen eine Temperatur einstellt, die auf jeden Fall oberhalb des vorstehend angesprochenen kritischen Temperaturgrenzwertes liegt. Um dies sicherzustellen, werden beispielsweise auch die Flaschen vor ihrem Einlauf in die Füllmaschine entsprechend erhitzt.
  • Im praktischen Betrieb einer Füllmaschine kommt es aber regelmäßig zu vorübergehenden Produktionsunterbrechungen bzw. zu Unterbrechungen des Abfüllprozesses. Diese Unterbrechungen sind in erster Linie durch Mangel an Flaschen am Behältereinlauf der Füllmaschine oder aber durch einen Rückstau von Flaschen in dem auf die Füllmaschine folgenden Transporteuren oder Aggregaten zurückzuführen. Um eine Abkühlung des Getränks unter den kritischen Temperaturgrenzwert zu vermeiden, ist es bereits üblich, bei einer solchen vorübergehenden Unterbrechung des Abfüllprozesses das Füllgut in einen Heißhaltekreislauf zu bewegen, der dann auch die Erhitzeranlage mit einschließt. Obwohl dieser Heißhaltekreislauf auch den am Rotor der Füllmaschine vorgesehenen Füllgut- oder Ringkanal mit einschließt, an den die Füllelemente angeschlossen sind, kann nicht verhindert werden, daß diese außerhalb des Heißhaltekreislaufes liegenden Füllelemente und deren das Füllgut führende Teile, wie insbesondere Füllelementgehäuse und eventuell Füllrohr unter die kritische Temperatur abkühlen. Aus diesem Grunde ist es bisher bei einer längeren Unterbrechung des Abfüllprozesses (mehr als 3 bis 5 Minuten) trotz des Heißhaltekreislaufs für das Füllgut notwendig, daß die im ersten Umlauf der Füllmaschine nach einer Unterbrechung gefüllten Behälter ausgeschleust und verworfen werden, was unter anderem zusätzliche Produktionskosten bedeutet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Füllmaschine aufzuzeigen, die diesen Nachteil vermeiden und auch nach einer längeren vorübergehenden Unterbrechung des Abfüllprozesses bereits bei der ersten Wiederaufnahme des Füllprozesses ein Abfüllen mit einer Temperatur oberhalb des kritischen Temperaturgrenzwertes und damit ein keimfreies und steriles Abfüllen gewährleisten, ohne daß nach einer Unterbrechung gefüllten Behälter ausgeschleust und verworfen werden müssen
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sind ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 und eine Füllmaschine entsprechend dem Patentanspruch 8 ausgebildet.
  • Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Füllmaschine besteht darin, daß ein sicheres, hygienisches bzw. keimfreies und steriles Abfüllen des Füllgutes unmittelbar nach einer Unterbrechung des Abfüllprozesses mit besonders einfachen Mitteln realisiert ist, und zwar u.a. unter Verwendung von Füllelementen, die konstruktiv im wesentlichen bereits bewährten Füllelementen entsprechen und für die Verwendung bei der Erfindung nur geringfügig modifiziert werden müssen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in vereinfachter Darstellung ein Füllelement einer Füllmaschine umlaufender Bauart, zusammen mit einer Teildarstellung einer Flasche, und zwar bei einem normalen Füllbetrieb oder -prozeß;
    Fig. 2
    das Füllelement der Figur 1, bei einer vorübergehenden Unterbrechung des Füllprozesses und bei durch Dampf beheiztem Füllrohr;
    Fig. 3
    das Füllelement der Figur 1 während der CIP-Reinigung
  • Das in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Füllelement ist Bestandteil einer ansonsten nicht näher dargestellten Füllmaschine umlaufender Bauart und ist zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente in jeweils gleichmäßigen Winkelabständen am Umfang eines Rotors 2 vorgesehen. In diesem Rotor 2 sind bei der dargestellten Ausführungsform ein erster Ringkanal 3 und ein zweiter Ringkanal 4 ausgebildet, die jeweils die vertikale Rotor- bzw. Maschinenachse konzentrisch umschließen und von denen während des üblichen Füllprozesses der Ringkanal 3 das in die Flaschen 5 zu füllende Füllgut führt und der Ringkanal 4 ein druckloser, zur Atmosphäre hin offener Kanal ist. Die Füllmaschine dient speziell zum sterilen bzw. keimfreien Abfüllen eines pasteurisierten Füllgutes, insbesondere von Getränken, wie Frucht- und Gemüsesäfte oder anderen Getränken, deren Basis derartige Säfte sind, im heißen Zustand derart, daß auf jeden Fall bis zu dem unmittelbar an das Füllen anschließenden Verschließen der Flaschen 5 die Temperatur des Füllgutes und auch der jeweiligen Flasche 5 den die Keimfreiheit des Füllgutes garantierenden Temperaturgrenzwert nicht unterschreitet.
  • Im einzelnen weist das Füllelement 1 in einem Gehäuse 6 einen Flüssigkeitskanal 7 auf, in dem das allgemein mit 8 bezeichnete Flüssigkeitsventil mit zugehörigem Ventilsitz 8' angeordnet ist und der mit seinem bezogen auf die Strömungsrichtung des Füllgutes beim Füllen oberen Ende in den für alle Füllelemente 1 der Füllmaschine gemeinsamen Ringkanal 3 mündet und sich mit seinem anderen Ende in dem Kanal 9 eines über das Gehäuse 6 nach unten wegstehenden und am unteren Ende offenen Füllrohres 10 fortsetzt.
  • Zur Betätigung des Flüssigkeitsventils 8, d.h. zum gesteuerten Öffnen und auch Schließen dieses Ventils ist an der Oberseite des Gehäuses 6 eine Betätigungseinheit 11 vorgesehen, die in einem Gehäuse einen pneumatischen Hubzylinder 13 mit dem Kolben 13' und einem unteren Zylinderraum 14 sowie auch einen Begrenzungszylinder 15 mit dem Kolben 15' und mit einem oberen Zylinderraum 16 aufweist, der bei dem in den Figuren dargestellten Zustand sein Minimal-Volumen aufweist. Zwischen den beiden Kolben 13 und 15 ist eine Druckfeder 17 vorgesehen, die den Kolben 13 und damit auch das über die Kolbenstange oder den Stößel 18 mit dem Kolben 13 verbundene Flüssigkeitsventil bzw. dessen Schließkörper in die Schließlage vorspannt.
  • Die Zylinderräume 14 und 15 sind mit einem Pneumatik-Steuerkreis 19 verbunden, der zwei individuell steuerbare Steuer- oder Magnetventile 20 und 21 in an die Zylinderräume 14 bzw. 16 führenden Pneumatik-Leitungen 20' bzw. 21' aufweist und der seinerseits an eine Druckluftquelle 22 angeschlossen ist. Die Pneumatik-Ventile bzw. Steuerventile 20 und 21 sind für jedes Füllelement 1 individuell vorgesehen und individuell ansteuerbar.
  • Jedes Fullelement 1 besitzt weiterhin zusätzlich zum Betätigungselement 11 einen Pneumatik-Steuerzylinder bzw. ein pneumatisch betätigbares Membran-Steuerventil 23, dessen Steuereingang ebenfalls an den Pneumatik-Steuerkreis 19 angeschlossen ist und über die zugehörigen Magnetventile 20 und 21 ansteuerbar ist. Das Steuerventil 23 ist in einem teilweise im Gehäuse 6 ausgebildeten Gasweg 24 vorgesehen, der mit einem ersten Abschnitt 24' in den Flüssigkeitskanal 7 in Strömungsrichtung des Füllgutes hinter dem Flüssigkeitsventil 8 bzw. dessen Ventilsitz 8' und mit einem zweiten Abschnitt 24" in den Ringkanal 4 mündet. Teilweise im Gehäuse 6 und teilweise in einer an der Unterseite dieses Gehäuses vorgesehenen in etwa tulpenartig ausgebildeten Gehäuseverlängerung 25 ist ein weiterer Gasweg 26 vorgesehen, der mit seinem oberen Ende in den Abschnitt 24" und mit seinem unteren Ende in den zur Füllelementunterseite hin offenen Innenraum 25' der Verlängerung 25 mündet. In dem Gasweg 26 ist ein Rückschlagventil 27 vorgesehen, welches so ausgebildet ist, daß es eine Strömung durch den Gasweg 26 nur von dem Innenraum 25 in den Abschnitt 24" bzw. in den benachbarten Ringkanal 4 zuläßt, für eine Strömung in umgekehrter Richtung aber sperrt.
  • Mit der die Füllelemente 1 aufweisenden Füllmaschine ist beispielsweise ein Füllprozeß mit den nachfolgend angegebenen Prozeßphasen oder -schritten möglich, wobei sich das Steuerventil 23 grundsätzlich im geschlossenen Zustand befindet, sofern nicht nachstehend für eine konkrete Füllphase der geöffnete Zustand dieses Steuerventils angegeben ist:
    • 1. Langsames Anfüllen
  • Nachdem die jeweilige Flasche 5 über einen Flascheneinlauf in die von dem jeweiligen Füllelement 1 und dem nicht dargestellten zugehörigen Flaschenträger gebildete Füllposition eingelaufen und über den Flaschenträger an das Füllelement 1 soweit angehoben ist, daß das Füllrohr 10 durch die Flaschenmündung 5' in das Innere der Flasche 5 eingeführt und die Flasche mit ihrer Mündung 5' im Innenraum 25' aufgenommen ist, wird das Flüssigkeitsventil 8 mit einem Teilhub geöffnet. Hierfür werden sowohl der Begrenzungszylinder 15 als auch der Hubzylinder 13 durch entsprechende Ansteuerung der Ventile 20 und 21 aktiviert, so daß das Füllgut dann durch einen vom aktivierten Begrenzungszylinder 15 definierten reduzierten Öffnungsspalt des Flüssigkeitsventils 8 und mit einer hieraus resultierenden reduzierten Fließgeschwindigkeit in die Flasche 5 einfließt und dort weich und ohne Schaumentwicklung auf den Flaschenboden auftrifft.
  • Diese turbulenzarme, langsame Anfüllphase wird solange aufrechterhalten, bis der aufsteigende Füllgutspiegel das untere Ende des Füllrohres 10 übersteigt. Diese langsame Anfüllphase erfolgt zeitgesteuert, und zwar unter Verwendung einer Zeitvorgabe, die z.B. für das jeweilige Abfüllgut und/oder die jeweiligen Flaschen 5 in einer Steuereinrichtung der Füllmaschine abgelegt ist.
  • Bei diesem langsamen Anfüllen, aber auch bei allen anderen Phasen des Füllprozesses befindet sich die jeweilige Flasche 5 nicht in Dichtlage mit dem Füllelement 1, vielmehr kann die vom einfließenden Füllgut aus der Flasche verdrängte Luft direkt über die zwischen der Flaschenmündung 5' und dem Füllrohr gebildete Ringöffnung in den Innenraum 25' und aus diesem in die Atmosphäre entweichen.
    • 2. Füllpause
  • Nach dem langsamen Anfüllen wird das Flüssigkeitsventil 8 geschlossen und damit der Füllvorgang kurzzeitig unterbrochen, so daß Luft- oder Gasblasen, die sich im Füllgut befinden, an die Füllgutoberfläche aufsteigen können.
    • 3. Schnellfüllen
  • Bei nicht aktiviertem Begrenzungszylinder 15 wird der Hubzylinder 13 erneut aktiviert, so daß der volle Strömungsquerschnitt des Flüssigkeitsventils 8 freigegeben ist und bei in das Füllgut eingetauchtem Füllrohr 10 ein schnelles, blasenfreies Füllen des in der Regel unkritischen, zylindrischen Mittelteils der Flasche 5 erfolgen kann. Auch diese Schnellfüllung erfolgt mit Zeitvorgabe, d.h. nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit wird das Schnellfüllen in das nachfolgende Brems- und Korrekturfüllen übergeleitet.
    • 4. Brems-und Korrekturfüllen
  • In dem sich verengenden Flaschenhals wird wieder auf die niedrigere Füllgeschwindigkeit des langsamen Anfüllens zurückgeschaltet. Hierfür wird der Begrenzungszylinder 15 aktiviert, der aufgrund der größeren Fläche seines Kolbens 15' den Hubzylinder 13 in die begrenzte Hubstellung zurückdrückt, so daß das weiterhin geöffnete Flüssigkeitsventil 8 nur noch den reduzierten Öffnungsspalt bzw. Strömungsquerschnitt besitzt. Der Füllgutspiegel kann nun langsam und mit glattem Oberflächenbild an die im Füllrohr integrierte Füllhöhensonde 28 ansteigen. Sobald das Füllgut diese Sonde 28 erreicht, wird ein elektrischer Schaltkreis geschlossen und hierdurch auch das Deaktivieren des Hubzylinders 13 und damit das Schließen des Flüssigkeitsventils 8 veranlaßt, wobei das Schließen des Flüssigkeitsventils 8 nach dem Anstehen des Sondensignals beispielsweise zeitverzögert erfolgt, um eine Füllhöhenkorrektur zu erreichen.
    • 5. Füllrohr entleeren
  • Nach dem Beenden des Brems- und Korrekturfüllens wird die jeweilige Flasche 5 mit dem Flaschenträger abgesenkt. Gleichzeitig wird das Steuerventil 23 geöffnet, so daß über die Kanalabschnitte 24' und 24" eine Verbindung zwischen dem Füllrohrkanal 9 und dem mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Ringkanal 4 hergestellt ist und somit sich das im Füllrohrkanal 9 befindliche Füllgut in die Flasche 5 entleeren kann, insbesondere auch keine Füllgutreste im Füllrohrkanal 9 sowie im Abschnitt 24' verbleiben.
  • Wie dargestellt, mündet der Abschnitt 24' in der Nähe des Ventilsitzes 8' des Flüssigkeitsventils in den Flüssigkeitskanal 7. Wie weiterhin dargestellt ist, verläuft der Kanalabschnitt 24' von dem Flüssigkeitskanal 7 schräg nach oben bis zu einem Niveau, auf dem sich auch der Ventilsitz 8' befindet, oder bis auf ein etwas höheres Niveau. Bei dem Entleeren des Füllrohres 10 wird auf jeden Fall auch der Abschnitt 24' entleert. Durch den beschriebenen Verlauf des Abschnittes 24' wird auch verhindert, daß beim Entleeren des Füllrohres 10 Füllgut in das Steuerventil 23 fließen kann.
    • 6. Füllelemente und Füllrohre mit Dampf heiß halten
  • Während des vorstehend beschriebenen normalen Betriebs der Füllmaschine verbleiben die Füllelemente 1 bzw. deren das Füllgut führenden Teile (Gehäuse 6 und Füllrohr 10) auf einer die Keimfreiheit des abgefüllten Füllgutes garantierenden hohen Temperatur.
  • Wird aber der Füllprozeß oder Füllablauf unterbrochen, beispielsweise wegen eines Flaschenmangels am Einlauf der Füllmaschine oder aber wegen eines Flaschenrückstaus nach der Füllmaschine, so geht das Füllgut innerhalb der Füllmaschine in einen Heißhaltekreislauf, der auch den Ringkanal 3 mit einschließt, der aber die Füllelemente 1 und deren Füllrohre 10 nicht ausreichend mit Wärme versorgen und damit ein Abkühlen dieser Elemente nicht verhindern kann.
  • Um hier Abhilfe zu schaffen, öffnet ein für alle Füllelemente 1 gemeinsam vorgesehenes Steuer- oder Regelventil 29 für ein Zuführen von Wasserdampf in den Ringkanal 4 und verschließt diesen Ringkanal gleichzeitig zur Atmosphäre, so daß sich in dem Ringkanal 4 ein Wasserdampfdruck von beispielsweise 0,5 bis 1,0 bar einstellt.
  • In einem vorgegebenen oder frei wählbaren Winkel der Umlaufbewegung des Rotors 2, beispielsweise in dem zwischen dem Flaschenauslauf und dem Flascheneinlauf gebildeten Winkel der Drehbewegung des Rotors 2, wird dann an jedem Füllelement 1, an dem sich keine Flasche 5 befindet, bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 8 das Steuerventil 23 gesteuert geöffnet, wie dies in der Figur 2 dargestellt ist, so daß dann der heiße Wasserdampf den Flüssigkeitskanal 7 hinter dem Flüssigkeitsventil 8 und das Füllrohr 10 durchströmt und am unteren Ende des Füllrohres 10 austritt. Hierdurch erfolgt eine Beheizung des Füllelementes 1 und des Füllrohres 10 in der Weise, daß selbst bei längerer Unterbrechung des eigentlichen Füllablaufs die Füllelemente 1 und deren Füllrohre 10 auf einer Temperatur oberhalb des kritischen Temperaturgrenzwertes gehalten werden, bis eine Wiederaufnahme des Füllvorganges erfolgen kann. Das Rückschlagventil 27 verhindert ein Ausströmen des Dampfes über den Kanal 26 direkt in den Raum 25', d.h. der Dampfstrom wird somit ausschließlich durch die jeweiligen Füllrohre 10 gezwungen.
  • Das Beheizen der Füllelemente 1 bei einer störungsbedingten Unterbrechung erfolgt selbstverständlich bei weiterhin umlaufender Füllmaschine bzw. bei weiterhin umlaufendem Rotor 2, wobei zumindest bei einer längeren Störung die Füllmaschine zunehmend leergefahren wird, um ein Abkühlen des flüssigen Füllgutes in den in der Maschine noch vorhandenen Flaschen 5 unter den kritischen Temperaturgrenzwert zu vermeiden. Die Beaufschlagung mit dem Wasserdampf erfolgt dann - gesteuert durch das jeweilige Steuerventil 23 an jedem Füllelement 1 - in dem vorgegebenen Winkelbereich zwischen dem Behälterauslauf und dem Behältereinlauf. Es ist aber auch möglich, die Beheizung immer dann einzuleiten, wenn bei einer störungsbedingten Unterbrechung sich an dem betreffenden Füllelement 1 keine Flasche 5 befindet, wobei das Beheizen oder Warmhalten mit dem Wasserdampf beendet wird, bevor nach der Beendigung der Unterbrechung des Füllprozesses an das betreffende Füllelement 1 wieder eine Flasche 5 gelangt.
  • Der Wasserdampf in dem Ringkanal 4 erwärmt auch den z.B. aus Stahl bestehenden Rotors 2 und bewirkt damit eine Wärmeübertragung an das Füllgut im Ringkanal 3, d.h. der Dampf in dem Ringkanal 4 unterstützt das Heißhalten des Füllgutes im Heißhaltekreislauf, wobei eine Überhitzung des Füllgutes im Ringkanal 3 durch den Füllgutumlauf in diesem Kanal und im Heißhaltekreislauf verhindert ist.
    • 6. CIP-Reinigung
  • Für die CIP-Reinigung wird entsprechend der Figur 3 auf jedes Füllelement 1 eine Spülkappe 30 aufgesetzt, die das jeweilige Füllrohr 10 in einem nach außen hin dicht abgeschlossenen Spülraum 31 aufnimmt. In einem ersten Schritt der CIP-Reinigung fließen die Reinigungsmittel durch den Ringkanal 3, die geöffneten Flüssigkeitskanäle 7 der Füllelemente 1 und dabei an den Flüssigkeitsventilen 8 und deren Ventilsitze 8' vorbei, durch den Füllrohrkanal 9 jedes Füllrohrs 10 und dann durch den Spülraum 31 an der Außenseite des Füllrohres 10 vorbei durch den Gasweg 26 mit dem geöffneten Rückschlagventil 27 in den Ringkanal 4, aus welchem die Reinigungsmittel dann abgeleitet werden. In einem zweiten Schritt der CIP-Reinigung werden die Reinigungsmittel über den Ringkanal 4 zugeführt und strömen durch den Abschnitt 24", durch das geöffnete Steuerventil 23 und den Abschnitt 24' in den Flüssigkeitskanal 7 und dann an dem jeweils geöffneten Flüssigkeitsventil 8 vorbei in den Ringkanal 3, aus dem die Reinigungsmittel abgeführt werden.
  • Die vorstehende Beschreibung hat gezeigt, daß das Füllelement 1 trotz einer einfachen Ausbildung ein zuverlässiges Abfüllen eines pasteurisierten Füllgutes bei einer hohen, die Keimfreiheit garantierenden Temperatur ermöglicht und es insbesondere auch ermöglicht, die für die Keimfreiheit notwendige Temperatur selbst bei einer längeren Unterbrechung des normalen Füllablaufs bzw. Füllprozesses aufrechtzuerhalten. Die erfindungsgemäße Ausbildung erlaubt ferner eine optimale CIP-Reinigung der Füllelemente.
  • 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 möglich anstelle von Wasserdampf auch ein anderes heißes Medium zum Warmhalten der Füllelemente 1 vorzusehen, beispielsweise heiße Luft, ein heißes Inertgas oder heißes Wasser.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Füllelement
    2
    Rotor
    3, 4
    Ringkanal
    5
    Flasche
    5'
    Flaschenmündung
    6
    Füllelementgehäuse
    7
    Flüssigkeitskanal
    8
    Flüssigkeitsventil
    8'
    Ventilsitz
    9
    Füllrohrkanal
    10
    Füllrohr
    11
    Betätigungselement
    12
    Gehäuse
    13
    Hubzylinder
    13'
    Kolben
    14
    Zylinderraum
    15
    Begrenzungszylinder
    15'
    Kolben
    16
    Zylinderraum
    17
    Druckfeder
    18
    Kolbenstange oder Stößel
    19
    Pneumatiksteuerkreis
    20, 21
    Steuerventil
    22
    Druckluftquelle
    23
    Entleerungszylinder oder Steuerventil
    24
    Kanal
    24', 24"
    Kanalabschnitt
    25
    Gehäuseverlängerung
    25'
    Innenraum
    26
    Kanal
    27
    Rückschlagventil
    28
    Sensor
    29
    Regelventileinrichtung
    30
    Spülkappe
    31
    Spülraum

Claims (17)

  1. Verfahren zum Füllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter (5) mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung einer Füllmaschine mit mehreren Füllelementen (1), über welche der Innenraum des jeweiligen Behälters in einer Füllphase über einen Flüssigkeitsweg (7, 9) mit dem flüssigen Füllgut im heißen Zustand gefüllt wird, und zwar gesteuert durch ein im Flüssigkeitsweg (7, 9) vorgesehenes Flüssigkeitsventil (8) und bei auf eine Füllelement-Temperatur erwärmten Füllelementen (1), dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei einer störungsbedingten Unterbrechung des Füllprozesses der Flüssigkeitsweg (7, 9) wenigstens in einem bezogen auf die Strömungsrichtung des Füllgutes beim Füllen auf das Flüssigkeitsventil (8) folgenden Abschnitt zur Aufrechterhaltung der Füllelement-Temperatur gesteuert durch Steuerelemente oder Steuerventile (23, 29) mit einem heißen Strömungs-Medium beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungsmedium ein heißes gas- und/oder dampfförmiges Medium, beispielsweise Wasserdampf verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungsmedium ein heißes flüssiges Medium, beispielsweise heißes Wasser verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Unterbrechung des Füllprozesses ein für sämtliche Füllelemente (1) gemeinsamer Gaskanal (4) der Füllmaschine über Steuermittel (29) mit einer Quelle für das heiße Strömungsmedium verbunden wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Gaskanal mit der Atmosphäre in Verbindung steht und bei einer Unterbrechung des Füllablaufes durch die Steuermittel (29) gegenüber der Atmosphäre gesperrt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein an jedem Füllelement (1) vorgesehenes und individuell ansteuerbares Steuerventil (23) bei einer Unterbrechung des Füllablaufs und bei Fehlen eines Behälters (5) am Füllelement zum Einleiten des heißen Strömungsmediums in den Flüssigkeitsweg (7, 9) dieses Füllelementes (1) geöffnet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein an jedem Füllelement (1) vorgesehenes und individuell ansteuerbares Steuerventil (23) bei einer Unterbrechung des Füllablaufs in einem für das Öffnen vorgesehenen Winkelbereich der Umlaufbewegung des Rotors (2) geöffnet wird.
  8. Füllmaschine zum Füllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behältern (5) mit einem flüssigen Füllgut, die mindestens ein Steuerelement und ein Steuerventil (23,29) und mehrere Füllelement mit jeweils einem Flüssigkeitsweg (7,9) und jeweils einem darin vorgesehenen Flüssigkeitsventil (8) umfaßt, mit mehreren Füllpositionen, die jeweils einem der Füllelemente (1) entsprechen , über welches der Innenraum des Behälters in einer Füllphase über den entsprechenden Flüssigkeitsweg (7, 9) mit dem heißen, flüssigen Füllgut gefüllt wird, und zwar gesteuert durch das im Flüssigkeitsweg (7, 9) vorgesehene Flüssigkeitsventil (8) und bei, auf eine Füllelement-Temperatur erwärmten Füllelementen (1), wobei der Flüssigkeitsweg (7, 9) wenigstens in einem bezogen auf die Strömungsrichtung des Füllgutes beim Füllen auf das Flüssigkeitsventil (8) folgenden Abschnitt zur Aufrechterhaltung der Füllelement-Temperatur mit einem heißen Strömungs-Medium beaufschlagbar ist, und zwar gesteuert durch Steuerelemente oder Steuerventile (23, 29) wobei in jedem Füllelement (1) ein erster Gasweg (24) gebildet ist, der mit einem Ende in den Flüssigkeitsweg (7) bezogen auf die Strömungsrichtung des Füllgutes stromabwärts von dem Flüssigkeitsventil (8) mündet und mit seinem anderen Ende in einen für sämtliche Füllelemente (1) gemeinsamen Gaskanal (4), wobei in dem ersten Gasweg (24) ein Steuerventil, vorzugsweise ein pneumatisch betätigbares Steuerventil (23) zum gesteuerten Öffnen und Sperren des ersten Gasweges (24) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass Steuermittel (29) vorgesehen sind, die bei einer Unterbrechung des Füllablaufes den gemeinsamen Gaskanal (4) mit einer Quelle für das heiße Strömungsmedium verbinden.
  9. Füllmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmedium ein heißes gas- und/oder dampfförmiges Medium, beispielsweise Wasserdampf ist.
  10. Füllmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmedium ein heißes flüssiges Medium, beispielsweise heißes Wasser ist.
  11. Füllmaschine nach Anspruch 8 oder einen der darauf folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllelemente (1) solche mit einem Füllrohr (10) sind, die mit einem Füllrohrkanal (9) einen Teil des mit dem heißen Strömungsmedium beaufschlagbaren Flüssigkeitsweges bilden.
  12. Füllmaschine nach Anspruch 8 oder einen der darauf folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Gaskanal (4) über die Steuermittel (29) mit der Atmosphäre verbunden ist, und daß die Steuermittel (29) bei einer Unterbrechung des Füllablaufes den gemeinsamen Gaskanal (4) gegenüber der Atmosphäre sperren.
  13. Füllmaschine nach Anspruch 8 oder einen der darauf folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das im ersten Gasweg (24) jedes Füllelementes (1) angeordnete Steuerventil (23) durch eine Steuereinrichtung individuell derart ansteuerbar ist, daß es bei einer Unterbrechung des Füllablaufs dann öffnet, wenn sich an diesem Füllelement (1) kein Behälter (5) befindet.
  14. Füllmaschine nach Anspruch 8 oder einen der darauf folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (23) im ersten Gasweg (24) dann öffnet, wenn sich das betreffende Füllelement (1) in einem für dieses Öffnen vorgegebenen Winkelbereich der Umlaufbewegung des Rotors befindet.
  15. Füllmaschine nach Anspruch 8 oder einen der darauf folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (6) der Füllelemente (1) ein zweiter Gasweg (26) ausgebildet ist, der mit einem Ende ebenfalls mit dem gemeinsamen Gaskanal (4) in Verbindung steht und dessen anderes Ende an der Unterseite des Füllelementes (1) an einem Bereich (25') offen ist, der bei einer für die Reinigung der Füllmaschine auf das jeweilige Füllelement (1) aufgesetzten Spülkappe (30) sich innerhalb des von dieser Spülkappe (30) gebildeten, nach außen hin geschlossenen Spülraumes (31) befindet.
  16. Füllmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Gasweg (26) Ventilmittel, vorzugsweise Rückschlagventilmittel (27) vorgesehen sind, die einen Fluss durch den zweiten Gasweg (26) in den ersten Gasweg (24) oder in den gemeinsamen Gaskanal (4) ermöglichen, für einen Fluss in umgekehrter Richtung aber sperren.
  17. Füllelement nach Anspruch 8 oder einen der darauf folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gasweg (26) in einen nach unten offenen Innenraum (25') eines glockenförmigen, den jeweiligen Behälter (5) mit seiner Behältermündung (5') beim Füllen aufnehmenden Abschnitts (25) an einer Füllelement-Unterseite(1) mündet.
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