EP4385939A1 - Freistrahlfüllen eines behälters mit einem mehrkomponentigen füllprodukt - Google Patents

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EP4385939A1
EP4385939A1 EP23215702.4A EP23215702A EP4385939A1 EP 4385939 A1 EP4385939 A1 EP 4385939A1 EP 23215702 A EP23215702 A EP 23215702A EP 4385939 A1 EP4385939 A1 EP 4385939A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
product
filling
product components
free jet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23215702.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas HIPPEL
Stefan Elsperger
Michael Neubauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krones AG
Original Assignee
Krones AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krones AG filed Critical Krones AG
Publication of EP4385939A1 publication Critical patent/EP4385939A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/023—Filling multiple liquids in a container
    • B67C3/026—Filling the liquids simultaneously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D1/00—Apparatus or devices for dispensing beverages on draught
    • B67D1/0015—Apparatus or devices for dispensing beverages on draught the beverage being prepared by mixing at least two liquid components
    • B67D1/0021—Apparatus or devices for dispensing beverages on draught the beverage being prepared by mixing at least two liquid components the components being mixed at the time of dispensing, i.e. post-mix dispensers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
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    • B67D1/00—Apparatus or devices for dispensing beverages on draught
    • B67D1/0042—Details of specific parts of the dispensers
    • B67D1/0043—Mixing devices for liquids
    • B67D1/0051—Mixing devices for liquids for mixing outside the nozzle
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D1/00—Apparatus or devices for dispensing beverages on draught
    • B67D1/08—Details
    • B67D1/0889—Supports
    • B67D1/0894—Supports for the vessel to be filled

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for free-jet filling a container with a filling product, preferably a beverage, comprising several product components.
  • a filling product preferably a beverage
  • the device is particularly suitable as a beverage dispensing system or beverage dispenser, wherein the device preferably enables the containers to be reused by refilling.
  • Drink dispensers that allow containers to be reused by refilling, for example, are becoming increasingly popular.
  • the components of the filling product are or at least partially mixed in the filling jet, ie before the filling product enters the container.
  • the filling jet can become very turbulent, particularly at high filling speeds, which are desirable to increase productivity. Due to the high filling speed, the syrup, for example, has to be dosed into the carbonated water as an additional component. If the syrup is dosed inline into the water jet, the product becomes very turbulent, which means that a lot of CO 2 is lost during the filling process. The product quality expected from industrially filled drinks, particularly with regard to CO 2 content, is therefore often not achieved when filling using beverage dispensers.
  • An object of the invention is to provide an improved method and an improved device for free-jet filling a container with a filling product, preferably a beverage, comprising several product components, in particular to improve the product quality of the filled filling product.
  • the method and the device are used for free-jet filling of a container with a multi-component, liquid filling product, which is preferably a beverage.
  • the method and the device are particularly preferably used in a beverage dispensing system or a beverage dispenser, for example for filling soft drinks, smoothies, juices, dairy products, mixed drinks and the like, wherein the device is preferably set up to enable reuse of the containers by refilling.
  • the filling product comprises at least two product components, also referred to herein as “main component” and “additional component”, whereby this designation does not imply any order, sequence or prioritization.
  • the main component is preferably carbonated water, and the additional component can be syrup, flavor, pulp, etc.
  • the method includes: holding or fixing the container using a container holder; and introducing the multiple product components into the container using a filling device so that the product components each bridge a free jet area in a jet.
  • the product components bridge the free jet area in separate jets so that the product components only mix in the container.
  • the product components do not mix in the filling device or in the falling filling jet.
  • the product jets bridge the free jet area simultaneously or at least overlapping in time, i.e. complete temporal separation is not the aim.
  • the product quality is maintained even at high filling speeds, as a reduction in product quality caused by turbulence is prevented or at least significantly reduced.
  • any foaming and the associated CO 2 loss are reduced.
  • the container typically has a container mouth, a container wall and a container bottom.
  • the container is held at an angle by the container holder so that the product components, after bridging the free jet area, hit the container wall but not directly the container floor.
  • the above effects can be further optimized by such an inclined position of the container, since the free jet area is shortened and thus the momentum of the product jets when they hit the inner wall of the container is reduced.
  • the container has a cylindrical shape, which defines a container axis.
  • a strictly circular-cylindrical shape is not required.
  • the container axis and the jets of the product components form a non-zero angle during filling, preferably in the range of 10 to 45°.
  • the product components run as a film along the container wall towards the container bottom after hitting the container wall, which further smooths the filling process.
  • the film only wets a segment of the bottle circumference, preferably less than 270°.
  • the product components comprise carbonated water as the main component.
  • the additional component may be, for example, syrup, flavouring, pulp or the like.
  • the main product jet usually has a higher volume flow than the additional product jet(s).
  • a product component in particular the additional component
  • the main product jet has a higher volume flow than the additional product jet(s).
  • a device for free-jet filling a container with a filling product, preferably a beverage, comprising several product components has: a container holder for holding the container during filling; and a filling element which has a mouth section with several product outlets and is designed to introduce the product components into the container through the corresponding product outlets in such a way that the product components each bridge a free-jet area in a jet.
  • the filling element in particular its mouth section, is designed so that the product components bridge the free-jet area in separate jets, so that the product components only mix in the container.
  • the container also has a container wall and a container base, wherein the container holder is designed to hold the container at an angle during filling so that the product components hit the container wall after bridging the free-jet area.
  • the product outlets are preferably arranged at a distance from one another, in particular at a distance of more than 5 mm, particularly preferably in the range from 5 mm to 10 mm.
  • the container holder is arranged to hold the container at an angle in the range of 10 to 45° relative to the direction of gravity.
  • the mouth section and the container holder are preferably designed such that the product components, after impacting the container wall, run as a film along the container wall in the direction of the container bottom, wherein the film preferably wets only a segment of the bottle circumference, particularly preferably less than 270°.
  • the mouth section and the container holder are preferably designed such that after bridging the free jet area, a product component, in particular the additional component, impinges on the film of the underlying product component, in particular the main component.
  • the Figure 1 is a schematic view of a device 1 for free-jet filling of containers 100 with a multi-component filling product, in particular a multi-component beverage.
  • the device 1 is particularly preferably designed as a drinks dispensing system or drinks dispenser, comprising in particular a filling device that allows the containers 100 to be reused by refilling.
  • the containers 100 to be filled are usually fed in manually by a user and removed again after filling.
  • Such drinks dispensers are set up, for example, in shopping centers, universities, train stations, airports and the like.
  • the container 100 has a container wall 101 of preferably cylindrical shape, a container mouth 102 and a container base 103. In the case of a cylindrical shape, the container 100 defines a container axis A.
  • the container 100 is preferably a bottle, for example made of glass or plastic.
  • the container 100 is preferably designed for multiple use.
  • the device 1 comprises a filling element 10 which is designed as a free jet valve, i.e. the filling product is introduced into the container 100 without pressure, wherein the filling jet bridges a free jet area F after leaving the filling element 10 and enters the container 100 through the container mouth 102 essentially without external influence.
  • the container is not pressed against the filling element during free jet filling and preferably does not come into contact with it.
  • the containers 100 are held in the device 1 for and during filling by a suitable container holder 2, which can be designed as a clamp, magnetic holder or in another way, below the filling element 10 or its mouth section 11.
  • Examples of products to be filled include soft drinks, smoothies, juices, dairy products, mixed drinks and the like.
  • the device 1 is particularly suitable for filling carbonated drinks in a free jet.
  • the filling product comprises at least two product components, which are also referred to herein as main component H and additional component Z.
  • the main component H is preferably carbonated water
  • the additional component Z can be syrup, for example.
  • the main and additional components H, Z can be milk with different fat contents in order to be able to flexibly set a desired fat content in the filled product.
  • juices can be filled with pieces of fruit, with pulp being added to a juice main component H as additional component Z.
  • the additional component Z can comprise additives, flavorings, etc. Applications outside the beverage or food industry are also possible, for example in the care sector for filling shampoo and the like.
  • the filling device 10 is suitable for a quick, flexible change of type, especially when the various filling products are based on a common carrier medium - the main component H - and various additives - the additional components Z.
  • a first product feed line 30 and a second product feed line 40 are provided, both in the Figure 1 shown schematically, in order to introduce the main component H and the additional component Z into corresponding channels of the filling element 10.
  • the product feed lines 30, 40 obtain the product components, for example, from a reservoir 31 of the main component H, a reservoir 41 of the additional component Z, a production facility, a product connection or in another suitable manner.
  • the filling element 10 comprises a mouth section 11 with a plurality of product outlets, comprising one or more main outlets 11a and one or more additional outlets 11b, which are designed to introduce the main component H and the additional component Z into the container 100, respectively.
  • the additional component Z similar to a shower head, preferably several outlets, ie several additional outlets 11b, are provided, cf.
  • Figures 2a and 2b in which two additional outlets 11b are shown as examples.
  • the diameter of the main outlet 11a is for example 5 to 6 mm, while the diameter of the additional outlets 11b is for example 2 mm.
  • a controller 50 is provided, which is in communication with corresponding valves for opening/closing the main and additional outlets 11a, 11b and any sensors for monitoring the filling process and is set up to control or regulate the filling process.
  • the communication can be wired or wireless, digital or analog.
  • the communication does not necessarily have to include an exchange of information in both directions.
  • a unidirectional data and/or signal flow falls under the term "communication" here.
  • the controller 50 does not necessarily have to be formed by a central computing device or electronic control, but rather decentralized and/or multi-stage systems, control networks, cloud systems and the like are included.
  • the controller 50 can also be an integral part of a higher-level system control or communicate with such a control.
  • the mouth section 11 of the filling element 10, comprising the main and additional outlets 11a, 11b, is designed such that the main component H and the additional component Z do not mix in the filling element 10 or in the free jet area F. Rather, the main and additional components H, Z bridge the free jet area F in separate jets, so that the various components of the filling product only mix in the container 100, in particular on the container wall 101. Mixing in the filling element 10 or in the falling filling jet does not take place.
  • the main and additional outlets 11a, 11b are arranged at a distance from one another and oriented in such a way that the product jets separately bridge the free jet area F, i.e. run parallel or move away from one another.
  • the distance between the various product outlets, in particular the main and additional outlets 11a, 11b, is preferably more than 5 mm, for example it is in the range from 5 mm to 10 mm.
  • the additional component Z is not injected into the main component H or vice versa. Likewise, the main component H and the additional component Z do not leave the mouth section 11 via a common outlet.
  • the product jets H, Z bridge the free jet area F simultaneously or at least overlapping in time, ie a complete temporal separation is not sought.
  • the product quality is maintained even at high filling speeds, since a reduction in product quality caused by turbulence is prevented or at least significantly reduced. In the case of filling products containing CO 2 , any foaming and the associated loss of CO 2 are reduced.
  • the mixing of the components in the container 100 can be sufficiently achieved, even if there are major differences in density and viscosity.
  • the above effects can be further optimized by introducing the product components into an inclined container 100, so that the main and additional components H, Z do not hit the container bottom 103, but rather the inclined container wall 101.
  • the container holder 2 is designed to tilt the container 100, i.e. the container axis A deviates from the vertical/direction of gravity.
  • the container axis A and the rays of the main and additional components H, Z form an angle, preferably in the range of 10 to 45°.
  • the product jets H, Z hit the container wall 101 and run together as a film along the container wall 101 towards the container bottom 103.
  • This is shown in the Figures 2a and 2b which shows the distribution or spreading of the product film at a first point in time of filling ( Figure 2a ) and a later second time of filling ( Figure 2b ) schematically.
  • the Figures 2a, 2b show the container 100 from the side, relative to the representation of the Figure 1
  • the film ideally only wets a segment of the bottle circumference, preferably ⁇ 270°.
  • the additional component Z hits the film of the underlying main component H, so that the main component H can act like a cushion for the additional component Z to further calm the filling process.
  • the impulse of the jets can be reduced by the comparatively short exit path, ie a small free jet area F or a small
  • the drop height from the filling device 10 to the point where it hits the container wall 101 can be kept small, which contributes to a further improvement in the quality of the final product.
  • any foaming and the associated loss of CO 2 can be minimized, largely due to the slow mixing of the flow films on the surface of the container wall 101.
  • two or more jets with an optimized arrangement are used to achieve good mixing.

Landscapes

  • Basic Packing Technique (AREA)
  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Freistrahlfüllen eines Behälters (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk, umfassend mehrere Produktkomponenten (H, Z), wobei das Verfahren aufweist: Halten des Behälters (100) mittels einer Behälterhalterung (2); und Einleiten der Produktkomponenten (H, Z) in den Behälter (100), so dass die Produktkomponenten (H, Z) jeweils in einem Strahl einen Freistrahlbereich (F) überbrücken; wobei die Produktkomponenten (H, Z) den Freistrahlbereich F in getrennten Strahlen überbrücken, so dass sich die Produktkomponenten (H, Z) erst im Behälter (100) vermischen; und der Behälter (100) eine Behälterwand (101) und einen Behälterboden (103) aufweist, wobei der Behälter (100) während des Befüllens von der Behälterhalterung (2) schräg gehalten wird, so dass die Produktkomponenten (H, Z) nach Überbrückung des Freistrahlbereichs (F) auf die Behälterwand (101) auftreffen.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Freistrahlfüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk, umfassend mehrere Produktkomponenten. Die Vorrichtung kommt insbesondere als Getränkeschankanlage oder Getränkespender in Betracht, wobei die Vorrichtung vorzugsweise eine Wiederverwendung der Behälter durch Nachfüllen ermöglicht.
    • Stand der Technik
  • Es sind verschiedene Technologien zum Mischen und Abfüllen von Getränken bestehend aus mehreren Komponenten bekannt. Bei Getränkeschankanlagen und Getränkespendern werden die Komponenten, besonders häufig karbonisiertes Wasser und Sirup bzw. Aromen, im Füllorgan oder in einer Mischdüse vermischt. Das entstehende Getränk wird dann meist senkrecht in den Behälter, wie etwa eine Flasche, ein Becher usw., eingeleitet.
  • Es besteht zunehmend Nachfrage nach technischen Lösungen, die eine Wiederverwendung von Behältern/Flaschen durch Nachfüllen erlauben. Dabei geht es darum, dass ein Nachfüllautomat, aufgestellt beispielsweise in einem Einkaufszentrum, dem Endverbraucher erlaubt, eine Getränkeflasche mit Getränken, insbesondere karbonisierten Produkten, neu zu befüllen. Im industriellen Maßstab werden karbonisierte Getränke in der Regel unter Druck, d.h. angepresst am Füllorgan, abgefüllt. Aus hygienischen Gründen kann dies in solchen Nachfüllautomaten nicht umgesetzt werden, denn um eine Verschleppung von Verunreinigungen, Keimen usw. von Flasche zu Flasche zu unterbinden, sollte das Füllprodukt nicht angepresst, sondern im Freistrahlprinzip abgefüllt werden.
  • Getränkespender, die eine Wiederverwendung von Behältern durch Nachfüllen erlauben, gehen beispielsweise aus der DE 10 2020 124 352 A1 und DE 10 2020 116 266 A1 hervor.
  • Bei Getränkeschankanlagen, Getränkespendern und ähnlichen Füllvorrichtungen, die das Abfüllen mehrkomponentiger Füllprodukte erlauben, werden die Komponenten des Füllprodukts im Füllorgan oder zumindest teilweise im Füllstrahl vermischt, d.h. bevor das Füllprodukt in den Behälter gelangt. So beschreibt die WO 2013/091750 A1 ein Füllelement, das prinzipiell das Abfüllen eines mehrkomponentigen Füllprodukts erlaubt, wobei die Komponenten im Füllgutstrahl zumindest teilweise gemischt werden.
  • Insbesondere bei hohen Abfüllgeschwindigkeiten, die zur Steigerung der Produktivität durchaus gewünscht sind, kann der Abfüllstrahl sehr turbulent werden. Durch die hohe Füllgeschwindigkeit muss beispielsweise der Sirup als Zusatzkomponente in das karbonisierte Wasser eindosiert werden. Wenn die Eindosierung des Sirups inline in den Wasserstrahl erfolgt, wird das Produkt sehr unruhig, wodurch während des Abfüllprozesses viel CO2 verloren geht. Die von industriell abgefüllten Getränken gewohnte Produktqualität, insbesondere hinsichtlich CO2-Gehalt, wird daher beim Abfüllen mittels Getränkespendern oft nicht erreicht.
    • Darstellung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Freistrahlfüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk, umfassend mehrere Produktkomponenten, bereitzustellen, insbesondere die Produktqualität des abgefüllten Füllprodukts zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Vorrichtungsanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
  • Das Verfahren und die Vorrichtung dienen dem Freistrahlfüllen eines Behälters mit einem mehrkomponentigen, flüssigen Füllprodukt, das vorzugsweise ein Getränk ist. Das Verfahren und die Vorrichtung kommen besonders bevorzugt in einer Getränkeschankanlage oder einem Getränkespender zur Anwendung, beispielsweise zur Abfüllung von Softdrinks, Smoothies, Säften, Milchprodukten, Mischgetränken und dergleichen, wobei die Vorrichtung vorzugsweise eingerichtet ist, um eine Wiederverwendung der Behälter durch Nachfüllen zu ermöglichen.
  • Das Füllprodukt umfasst zumindest zwei Produktkomponenten, die hierin auch als "Hauptkomponente" und "Zusatzkomponente" bezeichnet sind, wobei mit dieser Bezeichnung keine Ordnung, Reihenfolge oder Priorisierung vorgeben ist. Die Hauptkomponente ist vorzugsweise karbonisiertes Wasser, und die Zusatzkomponente kann Sirup, Aroma, Pulpe usw. sein.
  • Das Verfahren umfasst: Halten bzw. Fixieren des Behälters mittels einer Behälterhalterung; und Einleiten, mittels eines Füllorgans, der mehreren Produktkomponenten in den Behälter, so dass die Produktkomponenten jeweils in einem Strahl einen Freistrahlbereich überbrücken. Hierbei überbrücken die Produktkomponenten den Freistrahlbereich in getrennten Strahlen, so dass sich die Produktkomponenten erst im Behälter vermischen.
  • In anderen Worten, eine Vermischung der Produktkomponenten im Füllorgan oder im fallenden Füllstrahl findet nicht statt. Die Produktstrahlen überbrücken den Freistrahlbereich gleichzeitig oder zumindest zeitlich überlappend, d.h. eine vollständige zeitliche Trennung wird nicht angestrebt.
  • Indem keine Vermischung der Produktkomponenten im Füllorgan und/oder Produktstrahl erfolgt, wird die Produktqualität auch bei hohen Füllgeschwindigkeiten bewahrt, da eine durch Turbulenz bedingte Verminderung der Produktqualität unterbunden oder zumindest deutlich vermindert wird. Im Fall CO2-haltiger Füllprodukte werden ein etwaiges Schäumen und ein damit verbundener CO2-Verlust reduziert.
  • Der Behälter weist auf übliche Weise eine Behältermündung, eine Behälterwand und einen Behälterboden auf.
  • Der Behälter wird während des Befüllens von der Behälterhalterung schräg gehalten, so dass die Produktkomponenten nach Überbrückung des Freistrahlbereichs auf die Behälterwand, jedoch nicht unmittelbar auf den Behälterboden auftreffen. Die obigen Wirkungen lassen sich durch eine solche Schrägstellung des Behälters weiter optimieren, da der Freistrahlbereich verkürzt und damit der Impuls der Produktstrahlen beim Auftreffen auf die Behälterinnenwand vermindert wird.
  • Vorzugsweise weist der Behälter eine zylindrische Form auf, wodurch eine Behälterachse definiert ist. Eine streng kreiszylindrische Form ist nicht erforderlich. Vorzugsweise bilden die Behälterachse und die Strahlen der Produktkomponenten während des Befüllens einen Winkel ungleich Null, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 45°. Indem die Produktstrahlen in einem Winkel auf die Behälterwand auftreffen, kann der Impuls der Produktstrahlen weiter vermindert werden, wodurch eine etwaige Turbulenz/Impuls bedingte Verminderung der Produktqualität weiter vermindert wird.
  • Vorzugsweise laufen die Produktkomponenten nach dem Auftreffen auf die Behälterwand als Film an der Behälterwand in Richtung Behälterboden, wodurch eine weitere Beruhigung des Füllprozesses stattfindet. Der Film benetzt idealerweise nur ein Segment des Flaschenumfangs, vorzugsweise weniger als 270°.
  • Vorzugsweise umfassen die Produktkomponenten karbonisiertes Wasser als Hauptkomponente. Die Zusatzkomponente kann beispielsweise Sirup, Aroma, Pulpe oder dergleichen sein. In diesem Fall hat der Hauptproduktstrahl üblicherweise einen höheren Volumendurchfluss als der oder die Zusatzproduktstrahl(en).
  • Durch die Aufteilung der Produktkomponenten in getrennte Strahlen (bei Sirup/Aroma ist die Aufteilung in zwei oder mehr Strahlen besonders sinnvoll) und das beruhigte Zusammentreffen durch den schräggestellten Behälter erfolgt eine langsame und schonende Durchmischung der Komponenten. Bei einer Aufteilung der Produktkomponenten in mehrere Strahlen ergeben sich größere Grenzflächen, wodurch die Durchmischung der Komponenten deutlich verbessert wird.
  • Vorzugsweise trifft nach Überbrückung des Freistrahlbereichs eine Produktkomponente, insbesondere die Zusatzkomponente, auf den Film der darunterliegenden Produktkomponente, insbesondere der Hauptkomponente, wodurch die Hauptkomponente zur weiteren Beruhigung des Füllprozesses wie ein Kissen für die Zusatzkomponente wirken kann. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Hauptproduktstrahl einen höheren Volumendurchfluss als der oder die Zusatzproduktstrahl(en) aufweist.
  • Die oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zum Freistrahlfüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk, umfassend mehrere Produktkomponenten. Die Vorrichtung weist auf: eine Behälterhalterung zum Halten des Behälters während des Befüllens; und ein Füllorgan, das einen Mündungsabschnitt mit mehreren Produktauslässen aufweist und eingerichtet ist, um die Produktkomponenten durch die entsprechenden Produktauslässe so in den Behälter einzuleiten, dass die Produktkomponenten jeweils in einem Strahl einen Freistrahlbereich überbrücken. Das Füllorgan, insbesondere dessen Mündungsabschnitt, ist so eingerichtet, dass die Produktkomponenten den Freistrahlbereich in getrennten Strahlen überbrücken, so dass sich die Produktkomponenten erst im Behälter vermischen. Ferner weist der Behälter eine Behälterwand und einen Behälterboden auf, wobei die Behälterhalterung eingerichtet ist, um den Behälter während des Befüllens schräg zu halten, so dass die Produktkomponenten nach Überbrückung des Freistrahlbereichs auf die Behälterwand auftreffen
  • Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, gelten analog für die Vorrichtung.
  • Vorzugsweise sind die Produktauslässe beabstandet voneinander angeordnet, insbesondere in einem Abstand von mehr als 5 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 10 mm. Durch die Aufteilung, Anordnung und Orientierung der Produktauslässe und damit der verschiedenen Produktstrahlen kann die Durchmischung der Produktkomponenten im Behälter ausreichend hergestellt werden, selbst wenn größere Dichte- und Viskositätsunterschiede zwischen den Produktkomponenten bestehen.
  • Vorzugsweise ist die Behälterhalterung eingerichtet, um den Behälter in einem Winkel im Bereich von 10 bis 45° relativ zur Schwerkraftrichtung zu halten.
  • Aus den oben genannten Gründen sind der Mündungsabschnitt und die Behälterhalterung vorzugsweise so eingerichtet, dass die Produktkomponenten nach dem Auftreffen auf die Behälterwand als Film an der Behälterwand in Richtung Behälterboden laufen, wobei der Film vorzugsweise nur ein Segment des Flaschenumfangs, besonders bevorzugt weniger als 270°, benetzt.
  • Aus den oben genannten Gründen sind der Mündungsabschnitt und die Behälterhalterung vorzugsweise so eingerichtet, dass nach Überbrückung des Freistrahlbereichs eine Produktkomponente, insbesondere die Zusatzkomponente, auf den Film der darunterliegenden Produktkomponente, insbesondere der Hauptkomponente, auftrifft.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die darin 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
    eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Freistrahlfüllen von Behältern mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt;
    Figur 2a
    schematisch eine Verteilung/Ausbreitung des Produktfilms im Behälter zu einem ersten Zeitpunkt der Befüllung; und
    Figur 2b
    schematisch eine Verteilung/Ausbreitung des Produktfilms im Behälter zu einem späteren zweiten Zeitpunkt der Befüllung;
    Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanz zu vermeiden.
  • Die Figur 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 1 zum Freistrahlfüllen von Behältern 100 mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt, insbesondere einem mehrkomponentigen Getränk.
  • Die Vorrichtung 1 ist besonders bevorzugt als Getränkeschankanlage oder Getränkespender ausgeführt, umfassend insbesondere eine solche Füllvorrichtung, die eine Wiederverwendung der Behälter 100 durch Nachfüllen erlaubt. In diesem Fall werden die zu befüllenden Behälter 100 üblicherweise manuell durch einen Benutzer zugeführt und nach der Befüllung wieder entnommen. Derartige Getränkespender werden beispielsweise in Einkaufszentren, Universitäten, Bahnhöfen, Flughäfen und dergleichen aufgestellt.
  • Der Behälter 100 weist eine Behälterwand 101 von vorzugsweise zylindrischer Form, eine Behältermündung 102 sowie einen Behälterboden 103 auf. Im Fall einer zylindrischen Form definiert der Behälter 100 eine Behälterachse A. Der Behälter 100 ist vorzugsweise eine Flasche, beispielsweise aus Glas oder Kunststoff. Der Behälter 100 ist vorzugsweise zur mehrfachen Verwendung ausgelegt.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst ein Füllorgan 10, das als Freistrahlventil konzipiert ist, d.h. das Füllprodukt wird drucklos in den Behälter 100 eingeleitet, wobei der Füllstrahl nach Verlassen des Füllorgans 10 einen Freistrahlbereich F überbrückt und im Wesentlichen ohne äußere Beeinflussung durch die Behältermündung 102 in den Behälter 100 gelangt. Insbesondere wird der Behälter beim Freistrahlfüllen nicht gegen das Füllorgan gedrückt und kommt mit diesem vorzugsweise nicht in Berührung.
  • Die Behälter 100 werden in der Vorrichtung 1 für die und während der Befüllung von einer geeigneten Behälterhalterung 2, die etwa als Klammer, magnetische Halterung oder auf andere Weise ausgeführt sein kann, unterhalb des Füllorgans 10 bzw. dessen Mündungsabschnitt 11 gehalten.
  • Als abzufüllende Füllprodukte kommen beispielsweise Softdrinks, Smoothies, Säfte, Milchprodukte, Mischgetränke und dergleichen in Betracht. Besonders geeignet ist die Vorrichtung 1 zum Abfüllen karbonisierter Getränke im Freistrahl.
  • Das Füllprodukt umfasst zumindest zwei Produktkomponenten, die hierin auch als Hauptkomponente H und Zusatzkomponente Z bezeichnet sind. Die Hauptkomponente H ist vorzugsweise karbonisiertes Wasser, die Zusatzkomponente Z kann beispielsweise Sirup sein. Allerdings besteht diesbezüglich keine Einschränkung. Beispielsweise können die Haupt- und Zusatzkomponente H, Z Milch unterschiedlicher Fettgehalte sein, um auf diese Weise einen gewünschten Fettgehalt im abgefüllten Produkt flexibel einstellen zu können. Alternativ können Säfte mit Fruchtstückchen abgefüllt werden, wobei einer Saft-Hauptkomponente H Pulpe als Zusatzkomponente Z zugemischt wird. Die Zusatzkomponente Z kann Zusatzstoffe, Aromastoffe usw. umfassen. Ferner sind Anwendungsfälle außerhalb der Getränke- beziehungsweise Lebensmittelindustrie möglich, beispielsweise im Care-Bereich zur Abfüllung von Shampoo und dergleichen.
  • Das Füllorgan 10 ist für einen schnellen, flexiblen Sortenwechsel geeignet, insbesondere dann, wenn die verschiedenen Füllprodukte auf einem gemeinsamen Trägermedium - der Hauptkomponente H - und verschiedenen Zusatzstoffen - den Zusatzkomponenten Z - beruhen.
  • In einem oberen Abschnitt des Füllorgans 10 sind eine erste Produktzuleitung 30 und eine zweite Produktzuleitung 40 vorgesehen, beide in der Figur 1 schematisch dargestellt, um die Hauptkomponente H und die Zusatzkomponente Z in entsprechende Kanäle des Füllorgans 10 einzuleiten. Die Produktzuleitungen 30, 40 beziehen die Produktkomponenten beispielsweise entsprechend aus einem Reservoir 31 der Hauptkomponente H, einem Reservoir 41 der Zusatzkomponente Z, einer Produktionseinrichtung, einem Produktanschluss oder auf eine andere geeignete Weise.
  • Das Füllorgan 10 umfasst einen Mündungsabschnitt 11 mit mehreren Produktauslässen, umfassend einen oder mehrere Hauptauslässe 11a und einen oder mehrere Zusatzauslässe 11b, die eingerichtet sind, um entsprechend die Hauptkomponente H und die Zusatzkomponente Z in den Behälter 100 einzuleiten.
  • Insbesondere für die Zusatzkomponente Z sind ähnlich einem Duschkopf vorzugsweise mehrere Auslässe, d.h. mehrere Zusatzauslässe 11b vorgesehen, vgl. Figuren 2a und 2b, worin beispielhaft zwei Zusatzauslässe 11b gezeigt sind. Der Durchmesser des Hauptauslasses 11a beträgt beispielsweise 5 bis 6 mm, während der Durchmesser der Zusatzauslässe 11b beispielsweise 2 mm beträgt.
  • Zur Ansteuerung des Füllorgans 10 ist eine Steuerung 50 vorgesehen, die mit entsprechenden Ventilen zum Öffnen/Schließen der Haupt- und Zusatzauslässe 11a, 11b sowie etwaigen Sensoren zur Überwachung des Füllprozesses in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um den Füllprozess zu steuern oder zu regeln. Die Kommunikation kann drahtgebunden oder drahtlos, digital oder analog erfolgen. Die Kommunikation muss nicht notwendigerweise einen Informationsaustausch in beide Richtungen umfassen. Ein unidirektionaler Daten- und/oder Signalfluss fällt hierin unter den Begriff der "Kommunikation". Die Steuerung 50 muss nicht unbedingt durch eine zentrale Recheneinrichtung oder elektronische Regelung gebildet sein, sondern es sind dezentrale und/oder mehrstufige Systeme, Regelungsnetzwerke, Cloud-Systeme und dergleichen umfasst. Die Steuerung 50 kann zudem integraler Bestandteil einer übergeordneten Anlagensteuerung sein oder mit einer solchen kommunizieren.
  • Der Mündungsabschnitt 11 des Füllorgans 10, umfassend die Haupt- und Zusatzauslässe 11a, 11b, ist so eingerichtet, dass sich die Hauptkomponente H und die Zusatzkomponente Z weder im Füllorgan 10 noch im Freistrahlbereich F vermischen. Vielmehr überbrücken die Haupt- und Zusatzkomponente H, Z den Freistrahlbereich F in getrennten Strahlen, so dass sich die verschiedenen Komponenten des Füllprodukts erst im Behälter 100, insbesondere an der Behälterwand 101 vermischen. Eine Vermischung im Füllorgan 10 oder im fallenden Füllstrahl findet nicht statt.
  • Die Haupt- und Zusatzauslässe 11a, 11b sind zu diesem Zweck beabstandet voneinander angeordnet und so orientiert, dass die Produktstrahlen separat den Freistrahlbereich F überbrücken, d.h. parallel verlaufen oder sich voneinander entfernen. Der Abstand der verschiedenen Produktauslässe, insbesondere der Haupt- und Zusatzauslässe 11a, 11b, beträgt vorzugsweise mehr als 5 mm, er liegt beispielsweise im Bereich von 5 mm bis 10 mm.
  • Ein Injizieren der Zusatzkomponente Z in die Hauptkomponente H oder vice versa findet nicht statt. Gleichermaßen verlassen die Hauptkomponente H und die Zusatzkomponente Z den Mündungsabschnitt 11 nicht über einen gemeinsamen Auslass. Die Produktstrahlen H, Z überbrücken den Freistrahlbereich F gleichzeitig oder zumindest zeitlich überlappend, d.h. eine vollständige zeitliche Trennung wird nicht angestrebt.
  • Indem keine Vermischung der Hauptkomponente H und der Zusatzkomponente Z im Füllorgan 10 und/oder Produktstrahl erfolgt, wird die Produktqualität auch bei hohen Füllgeschwindigkeiten bewahrt, da eine durch Turbulenz bedingte Verminderung der Produktqualität unterbunden oder zumindest deutlich vermindert wird. Im Fall CO2-haltiger Füllprodukte werden ein etwaiges Schäumen und ein damit verbundener CO2-Verlust reduziert. Durch die Aufteilung, Anordnung und Orientierung der Haupt- und Zusatzauslässe 11a, 11b und damit der verschiedenen Produktstrahlen kann die Durchmischung der Komponenten im Behälter 100 ausreichend hergestellt werden, selbst wenn größere Dichte- und Viskositätsunterschiede bestehen.
  • Die obigen Wirkungen lassen sich weiter optimieren, indem die Produktkomponenten in einen schrägstehenden Behälter 100 eingeleitet werden, so dass die Haupt- und Zusatzkomponente H, Z nicht auf den Behälterboden 103, sondern auf die schräggestellte Behälterwand 101 auftreffen. Zu diesem Zweck ist die Behälterhalterung 2 eingerichtet, um den Behälter 100 schrägzustellen, d.h. die Behälterachse A weicht von der Senkrechten/Schwerkraftrichtung ab. Die Behälterachse A und die Strahlen der Haupt- und Zusatzkomponente H, Z bilden einen Winkel, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 45°.
  • Dabei treffen die Produktstrahlen H, Z auf die Behälterwand 101 auf und laufen als Film gemeinsam an der Behälterwand 101 Richtung Behälterboden 103. Dies ist in den Figuren 2a und 2b gezeigt, welche die Verteilung bzw. Ausbreitung des Produktfilms zu einem ersten Zeitpunkt der Befüllung (Figur 2a) und einem späteren zweiten Zeitpunkt der Befüllung (Figur 2b) schematisch darstellen. Die Figuren 2a, 2b zeigen dabei den Behälter 100 von der Seite, relativ zur Darstellung der Figur 1 gesehen. Der Film benetzt idealerweise nur ein Segment des Flaschenumfangs, bevorzugt < 270°. Vorzugsweise trifft die Zusatzkomponenten Z auf den Film der darunterliegenden Hauptkomponente H auf, so dass die Hauptkomponente H zur weiteren Beruhigung des Füllprozesses wie ein Kissen für die Zusatzkomponente Z wirken kann.
  • Durch die Aufteilung der Komponenten in getrennte Strahlen (bei Sirup/Aroma ist die Aufteilung in zwei oder mehr Strahlen besonders sinnvoll) und das beruhigte Zusammentreffen durch den schräggestellten Behälter 100 erfolgt eine langsame und schonende Durchmischung der Komponenten. Bei einer Aufteilung der Komponenten in mehrere Strahlen (beispielsweise Sirup und Wasser) ergeben sich größere Grenzflächen, wodurch die Durchmischung der Komponenten deutlich verbessert wird.
  • Durch die Schrägstellung des Behälters 100 kann der Impuls der Strahlen durch den vergleichsweise kurzen Austrittsweg, d.h. einen geringen Freistrahlbereich F bzw. eine geringe Fallhöhe vom Füllorgan 10 bis zum Auftreffen auf die Behälterwand 101, klein gehalten werden, was zu einer weiteren Qualitätsverbesserung des finalen Produkts beiträgt. So können im Fall CO2-haltiger Füllprodukte ein etwaiges Schäumen und ein damit verbundener CO2-Verlust minimiert werden, maßgeblich bedingt durch die langsame Durchmischung der Fließfilme auf der Oberfläche der Behälterwand 101.
  • Je nach Eigenschaft der Produktkomponenten (Dichteunterschiede, Viskositätsunterschiede usw.) werden zwei oder mehr Strahlen mit optimierter Anordnung genutzt, um eine gute Durchmischung zu erreichen.
  • Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung zum Freistrahlfüllen von Behältern
    11
    Mündungsabschnitt
    11a
    Produktauslass/Hauptauslass
    11b
    Produktauslass/Zusatzauslass
    2
    Behälterhalterung
    10
    Füllorgan
    30
    Erste Produktzuleitung
    31
    Reservoir der Hauptkomponente
    40
    Zweite Produktzuleitung
    41
    Reservoir der Zusatzkomponente
    50
    Steuerung
    100
    Behälter
    101
    Behälterwand
    102
    Behältermündung
    103
    Behälterboden
    H
    Produktkomponente/Hauptkomponente
    Z
    Produktkomponente/Zusatzkomponente
    A
    Behälterachse
    F
    Freistrahlbereich

Claims (12)

  1. Verfahren zum Freistrahlfüllen eines Behälters (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk, umfassend mehrere Produktkomponenten (H, Z), wobei das Verfahren aufweist:
    Halten des Behälters (100) mittels einer Behälterhalterung (2); und
    Einleiten der Produktkomponenten (H, Z) in den Behälter (100), so dass die Produktkomponenten (H, Z) jeweils in einem Strahl einen Freistrahlbereich (F) überbrücken; wobei
    die Produktkomponenten (H, Z) den Freistrahlbereich F in getrennten Strahlen überbrücken, so dass sich die Produktkomponenten (H, Z) erst im Behälter (100) vermischen, und
    der Behälter (100) eine Behälterwand (101) und einen Behälterboden (103) aufweist, wobei der Behälter (100) während des Befüllens von der Behälterhalterung (2) schräg gehalten wird, so dass die Produktkomponenten (H, Z) nach Überbrückung des Freistrahlbereichs (F) auf die Behälterwand (101) auftreffen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (100) eine zylindrische Form hat und dadurch eine Behälterachse (A) definiert, wobei die Behälterachse (A) und die Strahlen der Produktkomponenten (H, Z) einen Winkel ungleich Null, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 45°, bilden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktkomponenten (H, Z) nach dem Auftreffen auf die Behälterwand (101) als Film an der Behälterwand (101) in Richtung Behälterboden (103) laufen, wobei der Film vorzugsweise nur ein Segment des Flaschenumfangs, besonders bevorzugt weniger als 270°, benetzt.
  4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktkomponenten eine Hauptkomponente (H) und eine Zusatzkomponente (Z) umfassen, wobei die Hauptkomponente vorzugsweise karbonisiertes Wasser ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Überbrückung des Freistrahlbereichs (F) die Zusatzkomponente (Z) auf den Film der darunterliegenden Hauptkomponente (H) auftrifft.
  6. Vorrichtung (1) zum Freistrahlfüllen eines Behälters (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk, umfassend mehrere Produktkomponenten (H, Z), wobei die Vorrichtung (1) aufweist:
    eine Behälterhalterung (2) zum Halten des Behälters (100) während des Befüllens; und
    ein Füllorgan (10), das einen Mündungsabschnitt (11) mit mehreren Produktauslässen (11a, 11b) aufweist und eingerichtet ist, um die Produktkomponenten (H, Z) so in den Behälter (100) einzuleiten, dass die Produktkomponenten (H, Z) jeweils in einem Strahl einen Freistrahlbereich (F) überbrücken; wobei
    der Mündungsabschnitt (11) so eingerichtet ist, dass die Produktkomponenten (H, Z) den Freistrahlbereich (F) in getrennten Strahlen überbrücken, so dass sich die Produktkomponenten (H, Z) erst im Behälter (100) vermischen; und
    der Behälter (100) eine Behälterwand (101) und einen Behälterboden (103) aufweist, wobei die Behälterhalterung (2) eingerichtet ist, um den Behälter (100) während des Befüllens schräg zu halten, so dass die Produktkomponenten (H, Z) nach Überbrückung des Freistrahlbereichs (F) auf die Behälterwand (101) auftreffen.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktauslässe (11a, 11b) beabstandet voneinander angeordnet sind, vorzugsweise in einem Abstand von mehr als 5 mm, besonders bevorzugt in einem Abstand im Bereich von 5 mm bis 10 mm.
  8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterhalterung eingerichtet ist, um den Behälter in einem Winkel im Bereich von 10 bis 45° relativ zur Schwerkraftrichtung zu halten.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mündungsabschnitt (11) und die Behälterhalterung (2) so eingerichtet sind, dass die Produktkomponenten (H, Z) nach dem Auftreffen auf die Behälterwand (101) als Film an der Behälterwand (101) in Richtung Behälterboden (103) laufen, wobei der Film vorzugsweise nur ein Segment des Flaschenumfangs, besonders bevorzugt weniger als 270°, benetzt.
  10. Vorrichtung (1) nach einem Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktkomponenten eine Hauptkomponente (H) und eine Zusatzkomponente (Z) umfassen, wobei die Hauptkomponente vorzugsweise karbonisiertes Wasser ist.
  11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mündungsabschnitt (11) und die Behälterhalterung (2) so eingerichtet sind, dass nach Überbrückung des Freistrahlbereichs (F) die Zusatzkomponente (Z) auf den Film der darunterliegenden Hauptkomponente (H) auftrifft.
  12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Getränkeschankanlage oder ein Getränkespender ist, wobei die Vorrichtung (1) vorzugsweise eingerichtet ist, um eine Wiederverwendung der Behälter (100) durch Nachfüllen zu ermöglichen.
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