EP3795531A1 - Qualitätskontrolle beim befüllen eines behälters mit einem füllprodukt - Google Patents

Qualitätskontrolle beim befüllen eines behälters mit einem füllprodukt Download PDF

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EP3795531A1
EP3795531A1 EP20194856.9A EP20194856A EP3795531A1 EP 3795531 A1 EP3795531 A1 EP 3795531A1 EP 20194856 A EP20194856 A EP 20194856A EP 3795531 A1 EP3795531 A1 EP 3795531A1
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EP
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filling
container
product
gas
product tank
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Florian POESCHL
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Krones AG
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    • B67C3/22—Details

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for filling a container with a filling product, preferably in a beverage filling plant for filling beverages such as water, carbonated or non-carbonated, soft drinks, wine, beer or mixed drinks.
  • beverages such as water, carbonated or non-carbonated, soft drinks, wine, beer or mixed drinks.
  • the WO 2009/068144 A1 propose to arrange a measuring device in a return line in which the filling product is circulated through a filler kettle.
  • the measuring device is set up, for example, to measure the sugar content, the cloudiness, the carbon dioxide content or the temperature of the filling product. From the WO 94/26651 A1 is known to measure the oxygen content in the container to be filled.
  • the filling process can be influenced by monitoring the quality of the filling product during filling. So is from the above WO 2009/068144 A1 known, in the case of a too low carbon dioxide content in the filling product, determined by the measuring device in the return line, to additionally supply carbon dioxide through a metering device.
  • One difficulty is to take into account the quality of the process gases for pretreating the containers when determining the quality of the filled product.
  • the exact gas composition in the product boiler is usually unknown and can only be estimated through approximate calculations.
  • the gas composition in the product kettle can change, for example, due to gas flowing back from the treated and filled containers. Since it is desirable that different filling processes can be carried out with one filling system and the filling processes can differ greatly from one another, for example with regard to carbon dioxide flushing, blowing out, evacuating, filling pressure, filling temperature and the like, an exact determination of the process gas composition, in particular the residual gas in the container that can be absorbed by the filling product is almost impossible by calculation. Any sensor system in each filling station would entail high costs and also hardly allow any conclusions to be drawn about the overall system.
  • One object of the invention is to improve the filling of a container, preferably in a beverage filling plant, in particular to ensure a constant quality of the filled products with little mechanical engineering effort.
  • the method and the device according to the invention are used to fill a container with a filling product.
  • the filling product is preferably a drink, such as, for example, water, carbonated or non-carbonated, soft drinks, wine, beer or mixed drinks.
  • the device has a product tank for providing the filling product.
  • the product tank is preferably arranged to rotate about an axis of rotation. Alternatively, the product tank can also be arranged rigidly.
  • the product tank has, for example, a bowl shape or a ring shape.
  • Above the filling product there is a head space in the product tank with a gas atmosphere which can have normal pressure (ie about 1 bar), overpressure or underpressure relative to normal pressure. Spatial information such as "above”, “below” and the like are clearly determined by the installation position of the device and the direction of gravity.
  • the device furthermore has at least one filling element with a filling valve which is in fluid connection with the product tank stands.
  • the one or more filling members serve to introduce the filling product from the product tank into the container or containers to be filled.
  • the one or more filling members also each have a gas channel for treating the container to be filled with a gas and / or for discharging gas from the container, preferably partially or completely into the product tank.
  • the product tank and the filling elements are preferably components of a filling machine with a rotary design.
  • the device according to the invention also has a measuring device for analyzing the gas atmosphere in the headspace of the product tank and a control device which is communicatively coupled or connected to the measuring device and is set up to obtain a process quality, preferably quality, from the analysis of the gas atmosphere in the headspace of the product tank of the filled filling product.
  • the control device is preferably set up to change the treatment of the container, including, for example, filling and / or purging and / or pretensioning of the container with a gas, preferably carbon dioxide, nitrogen or oxygen, depending on the process quality determined by the control device.
  • a gas preferably carbon dioxide, nitrogen or oxygen
  • the measuring device particularly preferably has at least one gas sensor which is set up to determine the gas composition in the head space of the product tank or to do so contributes.
  • the gas composition in the product tank in particular the change in the gas composition over time, allows conclusions to be drawn about the gas atmosphere in the container to be filled and thus also about the quality of the filling product in the filled container.
  • the gas sensor is preferably an oxygen sensor, the control device in this case being set up to determine the process quality taking into account the amount of oxygen in the head space of the product tank.
  • the term “amount of oxygen” encompasses all variables that are a measure of the absolute oxygen content, oxygen content, oxygen content and the like in the head space of the product tank.
  • the amount of oxygen or the residual oxygen in the product tank can be viewed as an indication of the oxygen content in the container to be filled, since this, for example, is displaced directly into the product tank with the filling product.
  • a low-oxygen filling process is very important for wine or beer, for example.
  • container treatments such as rinsing and / or pretensioning of the containers, also affect the quality of the filled product.
  • a deterioration in product quality can be counteracted by lengthening the flushing time of the container, preferably with carbon dioxide, optimizing any vacuum in the container and / or pretensioning the container.
  • the gas channel is particularly preferably in fluid connection with the product tank, so that gas that is displaced from the container during filling and / or is released during expansion of the container after filling passes through the gas channel into the head space of the product tank.
  • the gas atmosphere in the product tank is directly related to the gas atmosphere in the containers, which further improves the accuracy and reliability of the analysis method set out herein.
  • the above-mentioned object is also achieved by a method for filling a container with a filling product, preferably in a beverage filling plant.
  • the method comprises: providing the filling product in a product tank, a head space with a gas atmosphere being located above the filling product in the product tank; Introducing the filling product from the product tank through a filling valve of a filling element into the container, the filling element also having a gas channel for treating the container before filling and / or for discharging gas from the Container, preferably partially or completely in the product tank; Analyzing the gas atmosphere in the head space of the product tank by means of a measuring device; and using a control device that is communicatively coupled to the measuring device, determining a process quality, preferably the quality of the filled filling product, from the analysis of the gas atmosphere in the head space of the product tank.
  • the treatment of the container including, for example, filling and / or purging and / or pretensioning of the container with a gas, for example carbon dioxide, nitrogen or oxygen, is preferably changed or changed as a function of the process quality determined by the control device . customized.
  • a gas for example carbon dioxide, nitrogen or oxygen
  • the measuring device preferably has at least one gas sensor, the analysis of the gas atmosphere in the head space of the product tank preferably including a complete or partial determination of the gas composition in the head space.
  • the gas sensor is preferably an oxygen sensor, the process quality preferably being determined taking into account the amount of oxygen in the head space of the product tank.
  • a flushing time of the container preferably with carbon dioxide, is preferably lengthened and / or a vacuum in the container and / or a pretensioning of the container is optimized.
  • the gas channel is preferably in fluid connection with the product tank, gas that is displaced from the container during filling and / or is released during expansion of the container after filling through the gas channel into the head space of the product tank got.
  • the Figure 1 shows schematically a rotary filling machine 100 with a plurality of filling members 1 for filling a respective container 4 to be filled with a filling product.
  • a product tank 2 for example the central boiler shown schematically, is supplied with the filling product to be filled into the container 4 to be filled via a product inlet 20.
  • the filling product is, for example, a carbonized filling product, such as soft drinks, mineral water, wine or beer.
  • the product tank 2 has a head space 2a above the filling product, in which there is a gas atmosphere, the composition of which can change in the course of regular operation of the rotary filling machine 100, ie during the filling process.
  • a gas atmosphere the composition of which can change in the course of regular operation of the rotary filling machine 100, ie during the filling process.
  • a CO 2 atmosphere in the head space 2a is contaminated by air, thus oxygen, which is displaced from the containers 4 into the product tank 2 during the filling.
  • the product tank 2 is pressurized with an overpressure in the case of filling carbonized filling products, preferably via a tensioning gas feed line 24 by introduced tensioning gas.
  • tensioning gas in this case, carbon dioxide is provided as the tensioning gas; alternatively, other gases such as nitrogen or oxygen can also be provided as the tensioning gas.
  • the product tank 2 is under overpressure, and above the filling product there is preferably a CO 2 atmosphere under a sufficiently high pressure that prevents the CO 2 from being released from the filling product, so that a filling product with the desired filler can be supplied to the filling members 1 Carbonization is pending, which can then be filled into the container 4 to be filled.
  • the product tank 2 is connected to a filling valve 12 of the corresponding filling element 1, through which a container 4 to be filled is filled with the filling product.
  • the container 4 to be filled is received in a container receptacle 42 and is pressed by this with its container opening 40 or mouth against an outlet opening 30 of the filling valve 12 so that a liquid- and gas-tight contact is established between the outlet opening 30 and the container opening 40.
  • the container 4 to be filled is preferably pre-tensioned with the tensioning gas.
  • the tensioning gas can, for example, be conducted from the product tank 2 via a tensioning gas line 22 via a valve provided on the filling valve 12 to the container 4 to be filled, which is already pressed gas-tight against the outlet opening 30.
  • the tensioning gas is then passed through the filling product flowing into the container 4 via a gas channel (cf. Figure 2 ) derived, preferably displaced back into the product tank 2, where it reaches the head space 2a of the product tank 2.
  • This process is also known as "back pressure filling”.
  • the filling product is filled from the product tank 2, which is under overpressure, into a container 4 to be filled, which is also under overpressure.
  • the pressure present in the container 4 is released in a controlled manner in order to counteract excessive release of the CO 2 in this phase as well.
  • the overpressure would be abruptly reduced, which would also cause a sudden release of part of the CO 2 dissolved in the filling product and correspondingly part of the filling product would escape from the container 4 or can overflow.
  • This overflow can be counteracted by the controlled release of the overpressure, which is also referred to as "relieving" or "relaxing".
  • the container 4 to be filled can be flushed with an inert flushing gas before the actual pre-tensioning before filling - for example also with CO 2 . Rinsing of the container 4 can also be carried out in cases in which pretensioning is not required.
  • back pressure filling is only an example.
  • the container 4 does not necessarily have to be under excess pressure during filling.
  • the rotary filling machine 100 has an insulator 5, in the interior of which an essentially sterile area 6 is provided.
  • the outlet opening 30 of the filling valve 12 as well as the container receptacle 42 and the container 4 are arranged in the sterile area 6 so that the filling product can be aseptically filled into the container 4 to be filled.
  • the opened container 4 to be filled can first be transported to the container receptacle 42 in a sterile atmosphere, picked up by the latter and then pressed against the outlet opening 30. After filling, the then filled container 4 can again be released from the outlet opening 30 and further transported in the sterile atmosphere to a downstream closer.
  • the fact that the container 4 and the outlet opening 30 are guided in the sterile atmosphere can prevent these elements from becoming infected.
  • the sterile area 6 has essentially atmospheric pressure, with a slight overpressure being usually provided in the sterile area 6 compared to the non-sterile atmosphere outside the isolator 5 in order to ensure that the container 4 is in the sterile at any leakage points or at transfer locks for the transfer Area 6 no contaminants can get into the sterile area 6.
  • a further container 4 is shown, which is received in a further container receptacle 42 '.
  • the further container receptacle 42 ′ is in a lowered state compared to the container receptacle 42, so that the container 4 and the outlet opening 30 are spaced apart from one another.
  • the container receptacle 42 ' is in a transfer position for transferring the containers 4, in which the containers 4 to be filled are taken over by an inlet star (not shown) and filled containers 4 are transferred to an outlet star (not shown).
  • the transfer positions for removal and for return are located next to one another, so that a large treatment angle is provided for treating the containers 4.
  • the product tank 2 is arranged to rotate about an axis of rotation R.
  • the product tank can also be arranged rigidly and the filling product can be fed to the individual rotating filling valves via a rotary distributor. It is also possible to provide the product tank as a rotating ring container.
  • the filling elements 1 fixedly arranged on the product tank 2 rotate with the product tank 2 due to the concept.
  • the filling valves 12 are gas-tightly connected to a rotating insulator cover 50, which is sealed gas-tight with a dynamic seal, for example in the form of a water lock 54, from a rigidly arranged insulator pan 52.
  • the outlet openings 30 are arranged in such a way that they are surrounded by the sterile area 6.
  • the rotary filling machine 100 from Figure 1 furthermore has a relief arrangement 7 which is connected to the filling valve 12.
  • a relief valve 70 is provided in order to be able to control or regulate the opening and closing of a gas path through the relief arrangement 7.
  • the relief arrangement 7 here has a relief line 71, the outlet opening 72 of which opens through the insulator cover 50 into the sterile area 6.
  • This arrangement prevents contamination of the filling product when the container 4 is relieved, since the outlet opening 72 of the relief arrangement 7 does not come into contact with the non-sterile atmosphere and therefore no germs get into the relief arrangement 7. Furthermore, it can be ruled out that a biofilm forms in the relief arrangement 7 during long production cycles, which biofilm grows up the relief line 71 to the filling valve 12 and which ultimately contaminates the filling product and / or the container 4 to be filled. In comparison to the prior art, improved hygiene of the rotary filling machine 100 is thus achieved in a simple manner.
  • the relief line 71 is provided with a gradient so that product particles and / or product aerosols slide off due to the gradient and thus no biofilm can form which would contaminate parts of the rotary filling machine 100 and / or the filling product. This also ensures that condensate of a gas or steam or a cleaning liquid, which is used to clean the rotary filling machine 100, can flow out completely from the relief arrangement 7 on the inner walls of the relief arrangement 7.
  • a throttle arrangement is provided in the relief arrangement 7, by means of which a volume flow of the tensioning gas to be conducted out of the filled container 4 can be regulated in order to achieve a controlled venting and thus a foaming of the filling product and thus a filling loss due to a too rapid lowering of the pre-tensioning pressure prevent.
  • the relief with regard to the filling product to be filled and the container 4 can be optimally adjusted and, for example, the course of the relief with regard to the saturation pressure of the filling product can be set.
  • various treatment areas are provided on the rotary filling machine 100, in which the container 4 is subjected to different treatment steps.
  • pretreatment steps such as sterilization, evacuation and / or intermediate rinsing
  • the container 4 is preferably pretensioned from the product tank 2 by means of the tensioning gas.
  • the filling valve 12 is then opened and the filling of the container 4 to be filled with the filling product begins.
  • the container 4 must be calmed down and relieved.
  • the subsequent calming and relief phase is used to lower the filling pressure in order to avoid the release of CO 2 from the filling product and the associated filling loss due to foam formation.
  • CO 2 present in gaseous form can rise in the filling product, so that it does not lead to foam formation when the load is released.
  • the relief can also take place in several steps or stages. After the head space of the container 4 has been relieved via the relief arrangement 7, the pressure prevailing in the sterile area 6 is again present in the container 4. The container 4 is then brought into the transfer position by lowering the container receptacle 42 and then preferably transferred to a closure device arranged below.
  • the discharge can alternatively take place in the external environment or in the product tank 2.
  • the insulator 5 set forth herein is optional. It is advantageous when particularly hygienic filling is required, but can be omitted if necessary.
  • the filling valve 12 In order to flush and / or pretension the container 4 and / or to discharge the atmosphere in the container 4 in a controlled manner during filling and, if necessary, during discharge, the filling valve 12 has the above-mentioned gas channel, which is in the Figure 1 is not shown separately, but from the embodiment of FIG Figure 2 emerges.
  • the filling element 1 accommodated in a valve base body 10, has: a filling product line 11 which is in fluid connection with the product tank 2; the filling valve 12, which is arranged at the lower, ie downstream end of the filling product line 11; the mentioned gas channel 13; and a gas valve 14 arranged at the lower end of the gas passage 13.
  • the container 4 can be flushed and / or pretensioned with a gas, for example inert gas, nitrogen and / or carbon dioxide, via the gas channel 13 and the gas valve 14. Furthermore, the The interior of the container is adjusted to a desired pressure, for example evacuated. The diverted gas can be conducted completely or partially into the head space 2a of the product tank 2.
  • the gas channel 13 can be a multi-channel construction, for example by means of a tube-in-tube construction, can comprise several gas lines in order to physically separate the supply of one or more gases into the container 4 and / or the discharge of gas from the container 4, if necessary .
  • the gas valve 14 comprises, for example, a gas valve cone and a gas valve seat, which are set up to regulate the gas flow.
  • the gas valve cone can be switched via an actuator (not shown).
  • the filling product line 11 is preferably designed as a ring line which extends essentially concentrically to the gas channel 13.
  • the filling valve 12 comprises, for example, a filling valve cone and a filling valve seat, which are designed to regulate the flow of the filling product.
  • the filling valve 12 is set up to enable the flow of filling product to be shut off completely. In the simplest case, the filling valve 12 has two positions, one open and one completely closed. For this purpose, the filling valve 12 can be switched via an actuator (not shown).
  • the actuation of the gas valve 14 and the filling valve 12 takes place via actuators which are not shown in detail. It should be pointed out that the gas valve 14 and filling valve 12 can be operatively connected to one another, so that, for example, an actuator can be set up for common use in order to simplify the construction of the filling element 1 and to increase the reliability.
  • the filling element 1 has an opening section 15 which is set up in such a way that the container opening can be brought against the opening section 15 in a sealing manner.
  • the mouth section 15 preferably has a centering bell with a suitably shaped contact rubber.
  • the filling member 1 with the mouth section 15 is set up for what is known as wall filling, in which the filling product flows down the container wall after exiting the mouth section 15.
  • the filling product line 11 and the mouth section 15 are preferably designed or have corresponding means that the filling product is set in a twist during filling, whereby the filling product is driven outwards due to centrifugal force and flows downwards in a spiral movement after exiting the mouth section 15.
  • spatial information such as “below”, “below”, “above”, “above”, “down” etc. relate to the installation position of the filling element 1, which is clearly determined by the direction of gravity.
  • the structure of the filling element 1 shown is only an example.
  • the filling element 1 can have any suitable structure, provided it is equipped with a gas channel 13 which is set up for purging and / or pretensioning the container 4 and / or for discharging gas from the container 4.
  • the measuring device 80 for analyzing the gas atmosphere in the head space 2a of the product tank 2 is provided.
  • the measuring device 80 here has at least one gas sensor 81 which is set up or contributes to determining the gas composition in the head space 2a of the product tank 2.
  • the gas sensor 81 is preferably set up to measure the amount of oxygen in the product tank 2 or its head space 2a.
  • the measuring device 80 is communicatively coupled to a control device 90, which is an electronic device for monitoring and controlling the rotary filling machine 100.
  • the control device 90 also communicates with actuators of the rotary filling machine 100, such as the filling valves 12, in order to control the treatment process for the containers 4.
  • the data transfer can be wireless or wired.
  • the sensor system comprising the measuring device 80 and the control device 90 make it possible to determine the gas composition in the head space 2a of the product tank 2 completely or at least partially and to draw conclusions about the process quality.
  • the residual oxygen in the product tank 2 can be viewed as a measure or indication of the oxygen content in the container 4 to be filled, since this is displaced into the product tank 2 with the filling product.
  • the residual oxygen in the product tank 2 can thus act as a process quality parameter. If the oxygen content in the product tank 2 increases, a deterioration in the product quality can be counteracted by optimizing the treatment process. This can be achieved, for example, by extending the flushing time of the container 4, optimizing the vacuum in the container 4 or by pretensioning the container 4.
  • the monitoring of the gas atmosphere in the product tank 2 creates independence from expensive and often unreliable analytical devices which can only determine a reduction in quality afterwards, ie on the filled product.
  • the optimization of the treatment process including, for example, the rinsing and / or pre-tensioning and the filling of the container 4, can take place in real time and in an automated manner, which eliminates the expense of a subsequent quality control omitted or can at least be reduced. This means that fewer filled containers 4 have to be removed afterwards.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Befüllen eines Behälters (4) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Produkttank (2) zur Bereitstellung des Füllprodukts, wobei sich oberhalb des Füllprodukts im Produkttank (2) ein Kopfraum (2a) mit einer Gasatmosphäre befindet; zumindest ein Füllorgan (1) mit einem Füllventil (12), das mit dem Produkttank (2) in Fluidverbindung steht, zum Einleiten des Füllprodukts aus dem Produkttank (2) in den zu befüllenden Behälter (4) und einem Gaskanal (13) zur Behandlung des zu befüllenden Behälters (4) mit einem Gas und/oder Ableiten von Gas aus dem Behälter (4); eine Messeinrichtung (80) zur Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2); und eine Steuereinrichtung (90), die kommunikativ mit der Messeinrichtung (80) gekoppelt und eingerichtet ist, um aus der Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2) eine Prozessgüte, vorzugsweise Qualität des abgefüllten Füllprodukts, zu ermitteln.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage zum Abfüllen von Getränken, wie etwa Wasser, karbonisiert oder nicht-karbonisiert, Softdrinks, Wein, Bier oder Mischgetränken.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Es ist bekannt, einen Behälter, bevor er mit einem Füllprodukt befüllt wird, mit einem Prozessgas zu behandeln, beispielsweise zu spülen und/oder vorzuspannen. Je nach Füllprodukt können unterschiedliche Prozessgase, wie beispielsweise Kohlendioxid, Stickstoff oder Sauerstoff, angewendet werden. Ebenso ist es wichtig, unerwünschte Gase vor dem Befüllen so gut wie möglich aus dem Innenraum des Behälters zu entfernen. So wird beispielsweise für Wein oder Bier ein sauerstoffarmer Abfüllprozess angestrebt. Da es vorkommen kann, dass sich im Laufe des Füllbetriebs Konzentration und Zusammensetzung der Prozessgase ändern, schlagen sich Behälterbehandlungen mittels eines Prozessgases auch auf die Qualität des abgefüllten Füllprodukts nieder. So kann sich etwa die Sauerstoffaufnahme durch das Füllprodukt in dem oben genannten Beispiel von Bier und Wein nach und nach ändern; eine Qualitätsminderung, die normalerweise erst nach dem Abfüllprozess mit aufwendigen Messungen untersucht und beurteilt werden kann.
  • Um die Qualität des Füllprodukts während des Abfüllens zu überwachen, schlägt die WO 2009/068144 A1 vor, eine Messvorrichtung in einer Rücklaufleitung, in der das Füllprodukt zirkulierend durch einen Füllerkessel geleitet wird, anzuordnen. Die Messvorrichtung ist beispielsweise eingerichtet, um den Zuckergehalt, die Trübung, den Gehalt an Kohlendioxid oder die Temperatur des Füllprodukts zu messen. Aus der WO 94/26651 A1 ist bekannt, den Sauerstoffgehalt im zu befüllenden Behälter zu messen.
  • Durch eine Überwachung der Füllproduktqualität während des Abfüllens kann auf den Abfüllprozess eingewirkt werden. So ist aus der vorstehend genannten WO 2009/068144 A1 bekannt, im Fall eines zu geringen Kohlendioxidgehalts im Füllprodukt, festgestellt durch die Messvorrichtung in der Rücklaufleitung, zusätzlich Kohlendioxid durch eine Dosiervorrichtung zuzuführen.
  • Eine Schwierigkeit besteht jedoch darin, die Qualität der Prozessgase zur Vorbehandlung der Behälter bei der Qualitätsbestimmung des abgefüllten Produkts zu berücksichtigen. So ist die genaue Gaszusammensetzung im Produktkessel normalerweise unbekannt und kann lediglich durch Annäherungsrechnungen geschätzt werden. Es kommt hinzu, dass sich die Gaszusammensetzung im Produktkessel beispielsweise durch rückströmendes Gas aus den behandelten und abgefüllten Behältern ändern kann. Da es wünschenswert ist, dass mit einer Abfüllanlage unterschiedliche Abfüllprozesse durchführbar sind und sich die Abfüllprozesse stark voneinander unterscheiden können, beispielsweise hinsichtlich Kohlendioxid-Spülung, Ausblasen, Evakuieren, Abfülldruck, Abfülltemperatur und dergleichen, ist eine exakte Bestimmung der Prozessgaszusammensetzung, insbesondere des Restgases im Behälter, das vom Füllprodukt aufgenommen werden kann, durch Berechnung nahezu unmöglich. Eine etwaige Sensorik in jeder Füllstation würde hohe Kosten nach sich ziehen und zudem kaum Rückschlüsse auf das Gesamtsystem erlauben.
    • Darstellung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Befüllung eines Behälters, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, zu verbessern, insbesondere eine gleichbleibende Qualität der abgefüllten Produkte bei geringem maschinenbaulichen Aufwand zu gewährleisten.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
  • Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung dienen dem Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Füllprodukt um ein Getränk, wie beispielsweise Wasser, karbonisiert oder nicht-karbonisiert, Softdrinks, Wein, Bier oder Mischgetränke.
  • Die Vorrichtung weist einen Produkttank zur Bereitstellung des Füllprodukts auf. Der Produkttank ist vorzugsweise um eine Rotationsachse rotierend angeordnet. Alternativ kann der Produkttank auch starr angeordnet sein. Der Produkttank weist beispielsweise eine Kesselform oder Ringform auf. Oberhalb des Füllprodukts befindet sich im Produkttank ein Kopfraum mit einer Gasatmosphäre, die Normaldruck (d.h. etwa 1 bar), Überdruck oder Unterdruck relativ zum Normaldruck aufweisen kann. Räumliche Angeben, wie etwa "oberhalb", "unterhalb" und dergleichen, sind durch die Einbaulage der Vorrichtung und die Schwerkraftrichtung eindeutig bestimmt. Die Vorrichtung weist ferner zumindest ein Füllorgan mit einem Füllventil auf, das mit dem Produkttank in Fluidverbindung steht. Das eine oder die mehreren Füllorgane dienen zum Einleiten des Füllprodukts aus dem Produkttank in den bzw. die zu befüllenden Behälter. Das eine oder die mehreren Füllorgane weisen ferner jeweils einen Gaskanal zur Behandlung des zu befüllenden Behälters mit einem Gas und/oder Ableiten von Gas aus dem Behälter, vorzugsweise teilweise oder vollständig in den Produkttank, auf. Der Produkttank sowie die Füllorgane sind vorzugsweise Komponenten einer Füllmaschine in Rundläuferbauweise.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist ferner eine Messeinrichtung zur Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum des Produkttanks und eine Steuereinrichtung auf, die kommunikativ mit der Messeinrichtung gekoppelt bzw. verbunden und eingerichtet ist, um aus der Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum des Produkttanks eine Prozessgüte, vorzugsweise Qualität des abgefüllten Füllprodukts, zu ermitteln.
  • In anderen Worten, durch Analyse bzw. Überwachung der Gasatmosphäre im Produkttank können Rückschlüsse auf die Prozessgüte, insbesondere die Qualität der abgefüllten Produkte, gezogen werden. Dadurch wird eine Unabhängigkeit von teuren und oft wenig verlässlichen Analysegeräten geschaffen, die im Nachhinein die abgefüllten Produkte bewerten. Die Prozessgüteermittlung anhand der Gasatmosphäre im Produkttank kann anstelle oder zusätzlich zur herkömmlichen Qualitätskontrolle angewendet werden. Eine etwaige Optimierung des Behandlungsprozesses, umfassend etwa das Spülen und/oder Vorspannen und/oder das Befüllen der Behälter, kann in Echtzeit und automatisiert erfolgen, wodurch der Aufwand einer nachträglichen Qualitätskontrolle entfällt oder zumindest vermindert werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Anzahl der im Nachhinein aufgrund von Qualitätsproblemen ausgeschleusten Behälter verringern. Die Auswirkungen unterschiedlicher Gaszusammensetzungen auf die Abfüllung können gezielt untersucht werden. Schlechte Prozesse können automatisch aufgedeckt werden und überflüssige Prozessschritte, etwa eine Evakuierung und CO2-Spülung, können optimiert oder sogar eliminiert werden. Auf diese Weise kann nicht nur der Prozessablauf insgesamt optimiert, sondern der Ressourcenverbrauch, beispielsweise der CO2-Verbrauch, minimiert werden.
  • Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um die Behandlung des Behälters, umfassend etwa das Befüllen und/oder ein Spülen und/oder ein Vorspannen des Behälters mit einem Gas, vorzugsweise Kohlendioxid, Stickstoff oder Sauerstoff, in Abhängigkeit der durch die Steuereinrichtung ermittelten Prozessgüte zu ändern. Auf diese Weise lässt sich während des regulären Betriebs der Vorrichtung eine Optimierung des Behandlungsprozesses durchführen.
  • So weist die Messeinrichtung besonders bevorzugt zumindest einen Gassensor auf, der zur Ermittlung der Gaszusammensetzung im Kopfraum des Produkttanks eingerichtet ist oder dazu beiträgt. Die Gaszusammensetzung im Produkttank, insbesondere die Änderung der Gaszusammensetzung im Verlaufe der Zeit, lässt Rückschlüsse auf die Gasatmosphäre im zu befüllenden Behälter und damit auch auf die Füllproduktqualität im abgefüllten Behälter zu.
  • Vorzugsweise ist der Gassensor ein Sauerstoffsensor, wobei die Steuereinrichtung in diesem Fall eingerichtet ist, um die Prozessgüte unter Berücksichtigung der Sauerstoffmenge im Kopfraum des Produkttanks zu ermitteln. Die Bezeichnung "Sauerstoffmenge" umfasst sämtliche Größen, die ein Maß für den absoluten Sauerstoffinhalt, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffanteil und dergleichen im Kopfraum des Produkttanks sind. So kann die Sauerstoffmenge bzw. der Restsauerstoff im Produkttank als Hinweis für den Sauerstoffgehalt im abzufüllenden Behälter angesehen werden, da dieser beispielsweise durch Verdrängung mit dem Füllprodukt unmittelbar in den Produkttank gelangt. Beispielsweise für Wein oder Bier ist ein sauerstoffarmer Abfüllprozess sehr wichtig. Da es vorkommen kann, dass sich im Laufe des Füllbetriebs Konzentration und Zusammensetzung der Prozessgase ändern, schlagen sich Behälterbehandlungen, wie etwa das Spülen und/oder Vorspannen der Behälter, auch auf die Qualität des abgefüllten Füllprodukts nieder. Durch Analyse des Sauerstoffgehalts im Produkttank kann nun die Sauerstoffaufnahme durch das Füllprodukt im Vorhinein abgeschätzt werden, und bei einer zu erwartenden zu hohen Sauerstoffaufnahme kann eine Optimierung des Prozesses vorgenommen werden.
  • Steigt beispielsweise der Sauerstoffgehalt im Produkttank an, kann einer Verschlechterung der Produktqualität dadurch entgegengewirkt werden, dass eine Spülzeit des Behälters, vorzugsweise mit Kohlendioxid, verlängert, ein etwaiges Vakuum im Behälter und/oder ein Vorspannen des Behälters optimiert werden.
  • Besonders bevorzugt steht der Gaskanal mit dem Produkttank in Fluidverbindung, so dass Gas, das während der Befüllung aus dem Behälter verdrängt wird und/oder während einer Entspannung des Behälters nach dem Befüllen freigesetzt wird, durch den Gaskanal in den Kopfraum des Produkttanks gelangt. Auf diese Weise hängt die Gasatmosphäre im Produkttank unmittelbar mit der Gasatmosphäre in den Behältern zusammen, wodurch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der hierin dargelegten Analysemethode weiter verbessert werden.
  • Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, gelöst. Das Verfahren weist auf: Bereitstellen des Füllprodukts in einem Produkttank, wobei sich oberhalb des Füllprodukts im Produkttank ein Kopfraum mit einer Gasatmosphäre befindet; Einleiten des Füllprodukts aus dem Produkttank durch ein Füllventil eines Füllorgans in den Behälter, wobei das Füllorgan ferner einen Gaskanal zur Behandlung des Behälters vor dem Befüllen und/oder zum Ableiten von Gas aus dem Behälter, vorzugsweise teilweise oder vollständig in den Produkttank, aufweist; Analysieren der Gasatmosphäre im Kopfraum des Produkttanks mittels einer Messeinrichtung; und Ermitteln mittels einer Steuereinrichtung, die mit der Messeinrichtung kommunikativ gekoppelt ist, einer Prozessgüte, vorzugsweise Qualität des abgefüllten Füllprodukts, aus der Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum des Produkttanks.
  • Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren.
  • So wird aus den oben genannten Gründen vorzugsweise die Behandlung des Behälters, umfassend etwa das Befüllen und/oder ein Spülen und/oder ein Vorspannen des Behälters mit einem Gas, beispielsweise Kohlendioxid, Stickstoff oder Sauerstoff, in Abhängigkeit der durch die Steuereinrichtung ermittelten Prozessgüte geändert bzw. angepasst.
  • Vorzugsweise weist aus den oben genannten Gründen die Messeinrichtung zumindest einen Gassensor auf, wobei die Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum des Produkttanks vorzugsweise eine vollständige oder teilweise Ermittlung der Gaszusammensetzung im Kopfraum umfasst.
  • Vorzugsweise ist aus den oben genannten Gründen der Gassensor ein Sauerstoffsensor, wobei die Prozessgüte vorzugsweise unter Berücksichtigung der Sauerstoffmenge im Kopfraum des Produkttanks ermittelt wird.
  • Vorzugsweise werden aus den oben genannten Gründen bei einer steigenden Sauerstoffmenge im Kopfraum des Produkttanks eine Spülzeit des Behälters, vorzugsweise mit Kohlendioxid, verlängert und/oder ein Vakuum im Behälter und/oder ein Vorspannen des Behälters optimiert.
  • Vorzugsweise steht aus den oben genannten Gründen der Gaskanal mit dem Produkttank in Fluidverbindung, wobei Gas, das etwa während der Befüllung aus dem Behälter verdrängt wird und/oder während einer Entspannung des Behälters nach dem Befüllen freigesetzt wird, durch den Gaskanal in den Kopfraum des Produkttanks gelangt.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    schematisch eine Rundläufer-Füllmaschine zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt in einem Isolator gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    Figur 2
    eine Querschnittsansicht eines Füllorgans, das ein Füllventil und einen Gaskanal aufweist.
    Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Um Redundanzen zu vermeiden, wird auf eine widerholte Beschreibung dieser Elemente in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet.
  • Die Figur 1 zeigt schematisch eine Rundläufer-Füllmaschine 100 mit einer Vielzahl von Füllorganen 1 zum Befüllen jeweils eines zu befüllenden Behälters 4 mit einem Füllprodukt. Über einen Produktzulauf 20 wird ein Produkttank 2, beispielsweise der schematisch gezeigte Zentralkessel, mit dem in die zu befüllenden Behälter 4 einzufüllenden Füllprodukt versorgt. Bei dem Füllprodukt handelt es sich beispielsweise um ein karbonisiertes Füllprodukt, wie etwa Softdrinks, Mineralwasser, Wein oder Bier.
  • Der Produkttank 2 weist einen Kopfraum 2a oberhalb des Füllprodukts auf, in dem sich eine Gasatmosphäre befindet, deren Zusammensetzung sich im Verlauf des regulären Betriebs der Rundläufer-Füllmaschine 100, d.h. während des Abfüllprozesses, ändern kann. So ist es beispielsweise möglich, dass eine CO2-Atmosphäre im Kopfraum 2a durch Luft, somit Sauerstoff, das beim Befüllen aus den Behältern 4 in den Produkttank 2 verdrängt wird, verunreinigt wird.
  • Da die Kohlensäure unter atmosphärischem Druck aus dem Füllprodukt entbindet, ist der Produkttank 2 im Fall des Abfüllens karbonisierter Füllprodukte vorzugsweise über eine Spanngaszuleitung 24 durch eingeleitetes Spanngas mit einem Überdruck beaufschlagt. Als Spanngas wird hierbei Kohlendioxid bereitgestellt, alternativ können auch andere Gase, wie Stickstoff oder Sauerstoff als Spanngas bereitgestellt werden. Entsprechend steht der Produkttank 2 unter einem Überdruck, und über dem Füllprodukt liegt bevorzugt eine CO2-Atmosphäre unter einem hinreichend hohen Druck vor, der ein Entbinden des CO2 aus dem Füllprodukt verhindert, so dass an den Füllorganen 1 entsprechend ein Füllprodukt mit der gewünschten Karbonisierung ansteht, welches dann entsprechend in die zu befüllenden Behälter 4 abgefüllt werden kann.
  • Der Produkttank 2 ist mit einem Füllventil 12 des entsprechenden Füllorgans 1 verbunden, durch welches ein zu befüllender Behälter 4 mit dem Füllprodukt befüllt wird. Der zu befüllende Behälter 4 ist in einer Behälteraufnahme 42 aufgenommen und wird durch diese mit seiner Behälteröffnung 40 bzw. Mündung so an eine Auslauföffnung 30 des Füllventils 12 gedrückt, dass ein flüssigkeits- und gasdichter Kontakt zwischen Auslauföffnung 30 und Behälteröffnung 40 hergestellt ist.
  • Um zu verhindern, dass CO2 während des Befüllens aus dem Füllprodukt entbindet und entsprechend während des Füllvorgangs ein starkes Aufschäumen des Füllprodukts stattfindet, welches ein effizientes Füllen verhindern würde, wird der zu befüllende Behälter 4 vorzugsweise mit dem Spanngas vorgespannt. Das Spanngas kann beispielsweise aus dem Produkttank 2 über eine Spanngasleitung 22 über ein am Füllventil 12 vorgesehenes Ventil auf den zu befüllenden, bereits an die Auslauföffnung 30 gasdicht angepressten zu befüllenden Behälter 4 geleitet werden. Bei geöffnetem Füllventil 12 wird das Spanngas dann durch das in den Behälter 4 fließende Füllprodukt über einen Gaskanal (vgl. Figur 2) abgeleitet, vorzugsweise wieder in den Produkttank 2 zurück verdrängt, wo es in den Kopfraum 2a des Produkttanks 2 gelangt. Dieser Vorgang wird auch als "Gegendruckfüllen" bezeichnet. Mit anderen Worten, das Füllprodukt wird aus dem unter Überdruck stehenden Produkttank 2 in einen ebenfalls unter Überdruck stehenden zu befüllenden Behälter 4 gefüllt.
  • Vor dem Lösen des dann befüllten Behälters 4 von der Auslauföffnung 30 wird der in dem Behälter 4 vorliegende Druck kontrolliert abgelassen, um entsprechend auch in dieser Phase einem übermäßigen Entbinden des CO2 entgegenzuwirken. Bei einem sofortigen Lösen der gasdichten Verbindung zwischen Behälteröffnung 40 und Auslauföffnung 30 würde der Überdruck nämlich schlagartig abgebaut werden, wodurch ein ebenfalls schlagartiges Entbinden eines Teils des im Füllprodukt gelösten CO2 hervorgerufen werden würde und entsprechend ein Teil des Füllprodukts aus dem Behälter 4 austreten bzw. überlaufen kann. Durch das kontrollierte Ablassen des Überdrucks, was auch als "Entlasten" oder "Entspannen" bezeichnet wird, kann diesem Überlaufen entgegen gewirkt werden.
  • Um bei sauerstoffempfindlichen Produkten das Füllprodukt noch weiter zu schonen, kann der zu befüllende Behälter 4 vor dem eigentlichen Vorspannen vor dem Befüllen noch mit einem inerten Spülgas gespült werden - beispielsweise ebenfalls mit CO2. Ein Spülen des Behälters 4 kann ebenso in Fällen durgeführt werden, in denen ein Vorspannen nicht erforderlich ist.
  • Das vorstehend dargelegte "Gegendruckfüllen" ist nur beispielhaft. So ist es etwa möglich, insbesondere zum Abfüllen nicht-karbonisierter Füllprodukte, das Füllprodukt ohne Überdruck, allein durch dessen statischen Druck in den Behälter 4 einzuleiten. Ebenso muss der Behälter 4 beim Abfüllen nicht unbedingt unter einem Überdruck stehen.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Rundläufer-Füllmaschine 100 einen Isolator 5 auf, in dessen Inneren ein im Wesentlichen steriler Bereich 6 bereitstellt ist. Dabei sind die Auslauföffnung 30 des Füllventils 12 sowie die Behälteraufnahme 42 und der Behälter 4 in dem sterilen Bereich 6 angeordnet, so dass ein aseptisches Abfüllen des Füllprodukts in den zu befüllenden Behälter 4 realisierbar ist. Mit anderen Worten, der geöffnete, zu befüllende Behälter 4 kann in einer sterilen Atmosphäre zunächst zu der Behälteraufnahme 42 transportiert, von dieser aufgenommen und dann an die Auslauföffnung 30 angepresst werden. Nach dem Befüllen kann der dann befüllte Behälter 4 wieder von der Auslauföffnung 30 gelöst und weiterhin in der sterilen Atmosphäre zu einem nachgelagerten Verschließer transportiert werden. Durch das Bereitstellen des Isolators 5 und der darin vorgehaltenen sterilen Atmosphäre kann entsprechend die Keimbelastung der zu befüllenden Behälter 4 sowie der befüllten Behälter 4 und des darin aufgenommenen Füllprodukts minimiert werden, so dass das Füllprodukt eine möglichst hohe Haltbarkeit erhält.
  • Dadurch, dass der Behälter 4 und die Auslauföffnung 30 in der sterilen Atmosphäre geführt werden, kann einem Verkeimen dieser Elemente entgegengewirkt werden. Der sterile Bereich 6 weist im Wesentlichen Atmosphärendruck auf, wobei im sterilen Bereich 6 im Vergleich zur unsterilen Atmosphäre außerhalb des Isolators 5 üblicher Weise ein leichter Überdruck bereitgestellt ist, um sicherzustellen, dass an etwaigen Leckstellen oder an Übergabeschleusen zur Übergabe der Behälter 4 in den sterilen Bereich 6 keine kontaminierenden Stoffe in den sterilen Bereich 6 gelangen.
  • Ferner ist in der Figur 1 ein weiterer Behälter 4 gezeigt, welcher in einer weiteren Behälteraufnahme 42' aufgenommen ist. Die weitere Behälteraufnahme 42' befindet sich im Vergleich zur Behälteraufnahme 42 in einem abgesenkten Zustand, so dass der Behälter 4 und die Auslauföffnung 30 voneinander beabstandet sind. Die Behälteraufnahme 42' befindet sich hierbei in einer Übergabeposition zur Übergabe der Behälter 4, in der zu befüllende Behälter 4 von einem nicht gezeigten Einlaufstern übernommen werden und befüllte Behälter 4 an einen nicht gezeigten Auslaufstern übergeben werden. Bei der gezeigten Rundläufer-Füllmaschine 100 befinden sich die Übergabepositionen zur Entnahme und zur Rückführung nebeneinander, so dass ein großer Behandlungswinkel zur Behandlung der Behälter 4 bereitgestellt wird. Der Produkttank 2 ist dabei um eine Rotationsachse R rotierend angeordnet. Alternativ kann der Produkttank auch starr angeordnet sein und das Füllprodukt über einen Drehverteiler an die einzelnen rotierenden Füllventile geleitet werden. Ebenso ist es möglich, den Produkttank als einen rotierenden Ringbehälter bereitzustellen.
  • Die fest am Produkttank 2 angeordneten Füllorgane 1 rotieren konzeptbedingt mit dem Produkttank 2. Die Füllventile 12 sind mit einer rotierenden Isolatordecke 50 gasdicht verbunden, die mit einer dynamischen Dichtung beispielsweise in Form eines Wasserschlosses 54 gegenüber einer starr angeordneten Isolatorwanne 52 gasdicht abgedichtet ist. Die Auslauföffnungen 30 sind hierbei derart angeordnet, dass sie von dem sterilen Bereich 6 umgeben ist.
  • Die Rundläufer-Füllmaschine 100 aus Figur 1 weist ferner eine Entlastungsanordnung 7 auf, welche mit dem Füllventil 12 verbunden ist. Ein Entlastungsventil 70 ist vorgesehen, um das Öffnen und Schließen eines Gaswegs durch die Entlastungsanordnung 7 steuern bzw. regeln zu können. Die Entlastungsanordnung 7 weist hierbei eine Entlastungsleitung 71 auf, deren Auslassöffnung 72 durch die Isolatordecke 50 in den sterilen Bereich 6 mündet. So wird bei einem Entlasten des befüllten Behälters 4 vordem Lösen der gasdichten Verbindung zwischen Behälteröffnung 40 und Auslauföffnung 30 des Füllventils 12 das Spanngas direkt in den sterilen Bereich 6 entlüftet.
  • Durch diese Anordnung wird verhindert, dass es beim Entlasten des Behälters 4 zu einer Kontamination des Füllprodukts kommt, da die Auslassöffnung 72 der Entlastungsanordnung 7 nicht mit der unsterilen Atmosphäre in Verbindung kommt und somit auch keine Keime in die Entlastungsanordnung 7 gelangen. Ferner kann ausgeschlossen werden, dass sich während langer Produktionszyklen ein Biofilm in der Entlastungsanordnung 7 bildet, der die Entlastungsleitung 71 bis zum Füllventil 12 heraufwächst und der letztlich das Füllprodukt und/oder den zu befüllenden Behälter 4 kontaminiert. Somit wird im Vergleich zum Stand der Technik auf einfache Weise eine verbesserte Hygiene der Rundläufer-Füllmaschine 100 erreicht.
  • Die Entlastungsleitung 71 ist mit einem Gefälle versehen, so dass Produktpartikel und/oder Produktaerosole aufgrund des Gefälles abgleiten und sich somit kein Biofilm bilden kann, welcher Teile der Rundläufer-Füllmaschine 100 und/oder das Füllprodukt kontaminieren würde. Weiterhin wird dadurch erreicht, dass Kondensat eines Gases oder eines Dampfes oder eine Reinigungsflüssigkeit, welche zum Reinigen der Rundläufer-Füllmaschine 100 verwendet wird, an den Innenwänden der Entlastungsanordnung 7 vollständig aus der Entlastungsanordnung 7 ausfließen können.
  • Ferner ist in der Entlastungsanordnung 7 eine Drosselanordnung vorgesehen, mittels welcher ein Volumenstrom des aus dem befüllten Behälter 4 zu leitenden Spanngases regelbar ist, um ein kontrolliertes Entlüften zu erreichen und damit ein Aufschäumen des Füllprodukts und somit einen Füllverlust aufgrund eines zu schnellen Absenkens des Vorspanndrucks zu verhindern. So kann das Entlasten hinsichtlich des abzufüllenden Füllprodukts und des Behälters 4 optimal eingestellt werden und beispielsweise der Verlauf des Entlastens hinsichtlich des Sättigungsdrucks des Füllprodukts eingestellt werden.
  • Innerhalb des Behandlungswinkels sind an der Rundläufer-Füllmaschine 100 verschiedene Behandlungsbereiche vorgesehen, in denen der Behälter 4 unterschiedlichen Behandlungsschritten unterzogen wird. Nach Vorbehandlungsschritten, wie Sterilisieren, Evakuieren und/oder Zwischenspülen wird der Behälter 4 vorzugsweise mittels des Spanngases aus dem Produkttank 2 vorgespannt. Anschließend wird das Füllventil 12 geöffnet und das Befüllen des zu befüllenden Behälters 4 mit dem Füllprodukt beginnt. Nach Beendigung des Füllvorgangs und einer etwaigen erforderlichen Füllhöhenkorrektur müssen die Behälter 4 beruhigt und entlastet werden. Die nachfolgende Beruhigungs- und Entlastungsphase dient dazu, den Abfülldruck abzusenken, um ein Entbinden von CO2 aus dem Füllprodukt und den damit verbundenen Füllverlust durch Schaumbildung zu vermeiden. In der Beruhigungszeit kann gasförmig vorliegendes CO2 in dem Füllprodukt aufsteigen, so dass sie bei der Entlastung nicht zu einer Schaumbildung führen. Je nach Anforderungen kann das Entlasten auch in mehreren Schritten oder Stufen stattfinden. Nach dem Entlasten des Kopfraums des Behälters 4 über die Entlastungsanordnung 7 liegt in dem Behälter 4 wieder der im sterilen Bereich 6 herrschende Druck vor. Anschließend wird der Behälter 4 durch Herabsenken der Behälteraufnahme 42 in die Übergabeposition gebracht und dann bevorzugt an einen nachfolgend angeordneten Verschließer übergeben.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Entlastung alternativ in die äußere Umgebung oder auch in den Produkttank 2 erfolgen kann. Ferner ist der hierin dargelegte Isolator 5 optional. Er ist von Vorteil, wenn ein besonders hygienisches Abfüllen erforderlich ist, kann jedoch gegebenenfalls entfallen.
  • Um den Behälter 4 zu spülen und/oder vorzuspannen und/oder die Atmosphäre im Behälter 4 während des Befüllens und gegebenenfalls bei der Entlastung kontrolliert abzuführen, weist das Füllventil 12 den oben erwähnten Gaskanal auf, der in der Figur 1 nicht gesondert eingezeichnet ist, jedoch aus dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 hervorgeht.
  • So zeigt die Figur 2 eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Füllorgans 1. Das Füllorgan 1 weist aufgenommen in einem Ventilgrundkörper 10 auf: eine Füllproduktleitung 11, die mit dem Produkttank 2 in Fluidverbindung steht; das Füllventil 12, das am unteren, d.h. stromabwärts gelegenen Ende der Füllproduktleitung 11 angeordnet ist; den erwähnten Gaskanal 13; und ein Gasventil 14, das am unteren Ende des Gaskanals 13 angeordnet ist.
  • Über den Gaskanal 13 und das Gasventil 14 kann der Behälter 4 mit einem Gas, etwa Inertgas, Stickstoff und/oder Kohlenstoffdioxid, gespült und/oder vorgespannt werden. Ferner kann der Behälterinnenraum darüber auf einen gewünschten Druck eingestellt, etwa evakuiert, werden. Das abgeleitete Gas kann vollständig oder teilweise in den Kopfraum 2a des Produkttanks 2 geleitet werden. Der Gaskanal 13 kann eine Mehrkanalkonstruktion sein, beispielsweise durch einen Rohrin-Rohr-Aufbau mehrere Gasleitungen umfassen kann, um die Zufuhr von einem oder mehreren Gasen in den Behälter 4 und/oder die Ableitung von Gas aus dem Behälter 4 physisch zu trennen, sofern erforderlich.
  • Das Gasventil 14 umfasst beispielsweise einen Gasventilkegel und einen Gasventilsitz, die eingerichtet sind, um den Gasdurchfluss zu regeln. Zu diesem Zweck ist der Gasventilkegel über einen nicht dargestellten Aktuator schaltbar.
  • Die Füllproduktleitung 11 ist vorzugsweise als Ringleitung ausgeführt, die sich im Wesentlichen konzentrisch zum Gaskanal 13 erstreckt. Das Füllventil 12 umfasst beispielsweise einen Füllventilkegel und einen Füllventilsitz, die eingerichtet sind, um den Durchfluss des Füllprodukts zu regeln. Das Füllventil 12 ist eingerichtet, um ein vollständiges Absperren des Füllproduktstroms zu ermöglichen. Im einfachsten Fall weist das Füllventil 12 zwei Stellungen auf, eine geöffnete und eine vollständig geschlossene. Zu diesem Zweck ist das Füllventil 12 über einen nicht dargestellten Aktuator schaltbar.
  • Die Betätigung des Gasventils 14 und des Füllventils 12 findet über nicht näher dargelegte Aktuatoren statt. Es sei darauf hingewiesen, dass das Gasventil 14 und Füllventil 12 miteinander in Wirkverbindung stehen können, so dass beispielsweise ein Aktuator zur gemeinsamen Nutzung eingerichtet sein kann, um den Aufbau des Füllorgans 1 zu vereinfachen und die Zuverlässigkeit zu erhöhen.
  • Das Füllorgan 1 weist am Austrittsende der Medien einen Mündungsabschnitt 15 auf, der so eingerichtet ist, dass die Behältermündung dichtend gegen den Mündungsabschnitt 15 gebracht werden kann. Zu diesem Zweck weist der Mündungsabschnitt 15 vorzugsweise eine Zentrierglocke mit einem geeignet geformten Anpressgummi auf. Das Füllorgan 1 mit dem Mündungsabschnitt 15 ist für eine sogenannte Wandfüllung eingerichtet, bei der das Füllprodukt nach Austritt aus dem Mündungsabschnitt 15 an der Behälterwand abwärts strömt. Vorzugsweise sind die Füllproduktleitung 11 und der Mündungsabschnitt 15 so beschaffen oder weisen entsprechende Mittel auf, dass das Füllprodukt beim Abfüllen in Drall versetzt wird, wodurch das Füllprodukt zentrifugalkraftbedingt nach außen getrieben wird und nach Austritt aus dem Mündungsabschnitt 15 in einer Spiralbewegung abwärts strömt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass sich räumliche Angaben, wie etwa "unter", "unterhalb", "über", "oberhalb", "abwärts" usw. auf die Einbaulage des Füllorgans 1 beziehen, die durch die Schwerkraftrichtung eindeutig bestimmt ist.
  • Der in der Figur 2 gezeigte Aufbau des Füllorgans 1 ist nur beispielhaft. Das Füllorgan 1 kann jeden geeigneten Aufbau aufweisen, sofern es mit einem Gaskanal 13 ausgestattet ist, der zum Spülen und/oder Vorspannen des Behälters 4 und/oder zum Ableiten von Gas aus dem Behälter 4 eingerichtet ist.
  • Zurückkommend auf die Figur 1 ist eine Messeinrichtung 80 zur Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum 2a des Produkttanks 2 vorgesehen. Die Messeinrichtung 80 weist hierin zumindest einen Gassensor 81 auf, der zur Ermittlung der Gaszusammensetzung im Kopfraum 2a des Produkttanks 2 eingerichtet ist oder dazu beiträgt. So ist der Gassensor 81 vorzugsweise eingerichtet, um die Sauerstoffmenge im Produkttank 2 bzw. dessen Kopfraum 2a zu messen.
  • Die Messeinrichtung 80 ist kommunikativ mit einer Steuereinrichtung 90 gekoppelt, die eine elektronische Einrichtung zur Überwachung und Steuerung der Rundläufer-Füllmaschine 100 ist. Zu diesem Zweck kommuniziert die Steuereinrichtung 90 ferner mit Aktuatoren der Rundläufer-Füllmaschine 100, wie etwa den Füllventilen 12, um den Behandlungsprozess der Behälter 4 zu steuern. Die Datenübertragung kann kabellos oder kabelgebunden erfolgen.
  • Die Sensorik umfassend die Messeinrichtung 80 sowie die Steuereinrichtung 90 ermöglicht es, die Gaszusammensetzung im Kopfraum 2a des Produkttanks 2 vollständig oder zumindest teilweise zu ermitteln und Rückschlüsse auf die Prozessgüte zu ziehen. So kann beispielsweise der Restsauerstoff im Produkttank 2 als Maß oder Hinweis für den Sauerstoffgehalt im abzufüllenden Behälter 4 angesehen werden, da dieser durch Verdrängung mit dem Füllprodukt in den Produkttank 2 gelangt. Der Restsauerstoff im Produkttank 2 kann somit als Prozessgüteparameter fungieren. Steigt der Sauerstoffgehalt im Produkttank 2 an, kann einer Verschlechterung der Produktqualität dadurch entgegengewirkt werden, dass der Behandlungsprozess optimiert wird. Dies kann beispielsweise durch Verlängerung der Spülzeit des Behälters 4, Optimierung des Vakuums im Behälter 4 oder des Vorspannens des Behälters 4 erzielt werden.
  • Die Überwachung der Gasatmosphäre im Produkttank 2 schafft eine Unabhängigkeit von teuren und oft wenig verlässlichen Analysegeräten, die eine Qualitätsminderung erst im Nachhinein, d.h. am abgefüllten Produkt, feststellen können. Die Optimierung des Behandlungsprozesses, umfassend etwa das Spülen und/oder Vorspannen sowie das Befüllen der Behälter 4, kann in Echtzeit und automatisiert erfolgen, wodurch der Aufwand einer nachträglichen Qualitätskontrolle entfällt oder zumindest vermindert werden kann. Somit müssen weniger abgefüllte Behälter 4 im Nachhinein ausgeschleust werden.
  • Die Auswirkungen unterschiedlicher Gaszusammensetzungen auf die Abfüllung können gezielt untersucht werden. Schlechte Prozesse können automatisch aufgedeckt werden, und überflüssige Prozessschritte, etwa eine Evakuierung und CO2-Spülung, können optimiert oder sogar eliminiert werden. Auf diese Weise kann nicht nur der Prozessablauf insgesamt optimiert, sondern der Ressourcenverbrauch, beispielsweise der CO2-Verbrauch, minimiert werden.
  • Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in dem Ausführungsbeispiel dargestellt sind, miteinander kombiniert und / oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Rundläufer-Füllmaschine
    1
    Füllorgan
    2
    Produkttank
    2a
    Kopfraum
    10
    Ventilgrundkörper
    11
    Füllproduktleitung
    12
    Füllventil
    13
    Gaskanal
    14
    Gasventil
    15
    Mündungsabschnitt
    20
    Produktzulauf
    22
    Spanngasleitung
    24
    Spanngaszuleitung
    30
    Auslauföffnung
    4
    Behälter
    40
    Behälteröffnung
    42, 42'
    Behälteraufnahme
    5
    Isolator
    50
    Isolatordecke
    52
    Isolatorwanne
    6
    Steriler Bereich
    7
    Entlastungsanordnung
    70
    Entlastungsventil
    71
    Entlastungskanal
    72
    Auslassöffnung
    80
    Messeinrichtung
    81
    Gassensor
    90
    Steuereinrichtung
    R
    Rotationsachse

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters (4) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung aufweist:
    einen Produkttank (2) zur Bereitstellung des Füllprodukts, wobei sich oberhalb des Füllprodukts im Produkttank (2) ein Kopfraum (2a) mit einer Gasatmosphäre befindet;
    zumindest ein Füllorgan (1) mit einem Füllventil (12), das mit dem Produkttank (2) in Fluidverbindung steht, zum Einleiten des Füllprodukts aus dem Produkttank (2) in den zu befüllenden Behälter (4) und mit einem Gaskanal (13) zur Behandlung des zu befüllenden Behälters (4) mit einem Gas und/oder zum Ableiten von Gas aus dem Behälter (4);
    eine Messeinrichtung (80) zur Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2); und
    eine Steuereinrichtung (90), die kommunikativ mit der Messeinrichtung (80) gekoppelt und eingerichtet ist, um aus der Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2) eine Prozessgüte, vorzugsweise Qualität des abgefüllten Füllprodukts, zu ermitteln.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, um eine Behandlung des Behälters (4), umfassend das Befüllen und/oder ein Spülen und/oder ein Vorspannen des Behälters (4) mit einem Gas, vorzugsweise Kohlendioxid, Stickstoff oder Sauerstoff, in Abhängigkeit der durch die Steuereinrichtung (90) ermittelten Prozessgüte zu ändern.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (80) zumindest einen Gassensor (81) aufweist, der zur Ermittlung der Gaszusammensetzung im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2) eingerichtet ist oder dazu beiträgt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (81) ein Sauerstoffsensor ist und die Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, um die Prozessgüte unter Berücksichtigung der Sauerstoffmenge im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2) zu ermitteln.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, um bei einer steigenden Sauerstoffmenge im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2) eine Spülzeit des Behälters (4), vorzugsweise mit Kohlendioxid, zu verlängern und/oder ein Vakuum im Behälter (4) und/oder ein Vorspannen des Behälters (4) zu optimieren.
  6. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (13) mit dem Produkttank (2) in Fluidverbindung steht, so dass Gas, das während der Befüllung aus dem Behälter (4) verdrängt wird und/oder während einer Entspannung des Behälters (4) nach dem Befüllen freigesetzt wird, durch den Gaskanal (13) in den Kopfraum (2a) des Produkttanks (2) gelangt.
  7. Verfahren zum Befüllen eines Behälters (4) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei das Verfahren aufweist:
    Bereitstellen des Füllprodukts in einem Produkttank (2), wobei sich oberhalb des Füllprodukts im Produkttank (2) ein Kopfraum (2a) mit einer Gasatmosphäre befindet;
    Einleiten des Füllprodukts aus dem Produkttank (2) durch ein Füllventil (12) eines Füllorgans (1) in den Behälter (4), wobei das Füllorgan (1) einen Gaskanal (13) zur Behandlung des Behälters (4) vor dem Befüllen und/oder zum Ableiten von Gas aus dem Behälter (4) aufweist;
    Analysieren der Gasatmosphäre im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2) mittels einer Messeinrichtung (80); und
    Ermitteln mittels einer Steuereinrichtung (90), die mit der Messeinrichtung (80) kommunikativ gekoppelt ist, einer Prozessgüte, vorzugsweise Qualität des abgefüllten Füllprodukts, aus der Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2).
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Behandlung des Behälters (4), umfassend das Befüllen und/oder ein Spülen und/oder ein Vorspannen des Behälters (4) mit einem Gas, vorzugsweise Kohlendioxid, Stickstoff oder Sauerstoff, in Abhängigkeit der durch die Steuereinrichtung (90) ermittelten Prozessgüte geändert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (80) zumindest einen Gassensor (81) aufweist und die Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2) eine vollständige oder teilweise Ermittlung der Gaszusammensetzung im Kopfraum (2a) umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (81) ein Sauerstoffsensor ist und die Prozessgüte unter Berücksichtigung der Sauerstoffmenge im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2) ermittelt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer steigenden Sauerstoffmenge im Kopfraum (2a) des Produkttanks (2) eine Spülzeit des Behälters (4), vorzugsweise mit Kohlendioxid, verlängert und/oder ein Vakuum im Behälter (4) und/oder ein Vorspannen des Behälters (4) optimiert werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (13) mit dem Produkttank (2) in Fluidverbindung steht und Gas, das während der Befüllung aus dem Behälter (4) verdrängt wird und/oder während einer Entspannung des Behälters (4) nach dem Befüllen freigesetzt wird, durch den Gaskanal (13) in den Kopfraum (2a) des Produkttanks (2) gelangt.
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