WO2021043621A1 - VERFAHREN ZUM BEFÜLLEN UND VERSCHLIEßEN VON BEHÄLTERN - Google Patents

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Dieter-Rudolf Krulitsch
Bernd Bruch
Ludwig Clüsserath
Jonathan Lorenz
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    • B67C2007/0066—Devices particularly adapted for container closing

Definitions

  • the invention relates to a method for filling containers with a liquid filling material and for closing the container with a closure lid, in particular a crown cap.
  • the invention relates to a method for a container treatment system as it can be used in container treatment machines in the beverage industry, in particular container treatment machines with outputs of more than 10,000 containers per hour, in particular container treatment machines with an output of more than 50,000 containers per hour.
  • the invention relates to a method for a container treatment system which comprises a so-called filling machine or filler for filling the container with liquid filling material.
  • the invention also relates to a container treatment system which at the same time also includes the function of a closer for closing filled containers, and is designed in particular for closing filled containers with closure lids such as crown corks.
  • Filling machines of the type mentioned have a large number of treatment stations or positions which can also be understood as filling stations or filling positions.
  • a filling element or filling element with a filling valve or liquid valve is provided, via the discharge opening of which the liquid filling material is discharged into the container.
  • the filling material is dispensed into the container by means of what is known as “free-jet filling”.
  • free-jet filling or free-jet filling "means a filling process in which the liquid filling material flows into the container to be filled from the liquid valve in a free filling jet or filling material jet, the flow of the filling material not passing through guide elements such as deflection screens, swirl bodies , short or long filling tubes is influenced or changed. Free jet filling can take place both without pressure and under pressure. In the case of pressureless free-jet filling, the container has ambient pressure, the container generally not resting against the filling element with its container mouth or opening, but being spaced apart from the filling element or from a dispensing opening provided.
  • the container is in contact with the filling element with its container mouth, then it is a gas path establishes a connection between the interior of the container and the environment, which enables pressureless filling.
  • the gas contained in the container and displaced by the beverage flowing into the container preferably also escapes into the surroundings via this gas path.
  • the opening of the container is pressed against the filling element and sealed; the pressure in the interior of the container is adjusted to this pressure, which differs from the ambient pressure, by applying a tension gas or applying a negative pressure , which can be both above and below ambient pressure.
  • Closers of the type mentioned above generally also have a large number of treatment stations or positions which can also be understood as closing stations or closing positions.
  • a closing element or closing tool with a closing ram is provided, via which a crown cork is pressed onto the container mouth and finally fastened in a sealing manner by deformation.
  • a container treatment system for a beverage filling process is already known in which a CO 2 -containing beverage is filled into an evacuated container, in particular a bottle.
  • the filling process takes place in a flash at a very high speed, which means that it is not possible to relieve and remove the container from the filling point in a timely manner, as this would inevitably lead to excessive foaming of the product.
  • the filling process is therefore combined with the closing process directly at the filling point.
  • the sealing process takes place in a closed gas space above the bottle and under a pressure above the CO2 saturation pressure.
  • the container to be filled is purged with a steam-containing purge gas before the actual evacuation.
  • the object of the invention is to provide a method both for filling containers with a liquid product and for closing the container with a closure lid, in which the container is exposed to a significantly shorter contact time with the steam-containing purging gas compared to the prior art .
  • the invention relates to a method for filling and closing containers on a filling and closing element of a treatment station, in which a sealable process chamber with at least one pressure sensor for detecting the actual pressure values prevailing in the process chamber is attached to the filling and closing element is provided.
  • At least the interior of the container arranged in a sealing position on the filling and closing element is first evacuated at least once to a negative pressure of preferably 0.05 to 0.15 residual pressure in an evacuation phase and then in a rinsing phase with a steam and / or steam-containing purge gas is purged in such a way that the purge gas pressure in the container is increased to at least atmospheric pressure before the filling valve is opened to fill the container with the liquid filling material.
  • the filling valve is opened in the actual filling phase, so that the liquid filling material flows into the container, which is still arranged in a sealed position on the filling and closing element.
  • a calming phase is carried out on the filling and closing element of the treatment station, during which the process chamber is adjusted to a pressure, especially above the mouth of the container, by steam and / or a steam-containing gas, which is equal to a C02 saturation pressure of the filled container Filling good or above.
  • the container is closed on the filling and closing element of the treatment station by pressing on a closure cover at the pressure conditions set during the calming phase, before the internal pressure of the process chamber is relieved to atmospheric pressure, preferably at least the evacuation phase and / or the rinsing phase and / or the calming phase is or are controlled and / or regulated as a function of the detected actual pressure values of the pressure sensor.
  • the method according to the invention can reduce the duration of the process steps of the evacuation phase and / or the rinsing phase and / or the calming phase, in particular the rinsing of the container with steam between evacuation phases, the application of steam to atmospheric pressure to the container shortly before the start of the filling phase and the application of the process chamber with steam and the mouth of the container after filling in the calming phase, can be kept as short as possible by the pressure-dependent switchover. In this way, the steam treatment times can be reduced to a minimum, depending on the pressure.
  • the pressure-dependent control and / or regulation can also reduce the amount of steam blown in and thus the energy input into the container to the necessary minimum.
  • the method steps immediately following the filling phase of pushing away the filling nozzle formed in the slide element and the actual closing of the container can also take place on the filling and closing element in the shortest possible process time.
  • the method according to the invention makes use of the fact that a carbonated drink with a very low oxygen or other foreign gas content, filled into a container under vacuum, in which the residual gas content in the container consists mainly of CO2, without excessive foaming after completion of the filling process, more precisely without excessive foaming during discharge can be filled with high filling speed.
  • the container in particular the bottle, is evacuated to a vacuum of preferably 0.05-0.15 bar in an evacuation phase.
  • the container is then rinsed in a rinsing phase, in particular with superheated steam under vacuum, in order to remove the residual air as completely as possible.
  • a certain amount of CO2 can also be dosed into the steam flow or separately into the container at the end of the steam treatment.
  • CO2 can also be blown into the container under pressure to ensure that at the end of the filling process of the filling phase there is a pressure in the container at that in the filling phase downstream calming phase a saturation pressure is reached or exceeded.
  • the vapor pressure in the container is increased to atmospheric pressure or a pressure above it in the rinsing phase. If the filling valve then opens in the subsequent filling phase under these conditions, sudden condensation of at least part of the volume of the vapor located in the container occurs when the cold liquid filling material flows in. This causes a sudden filling of the container. If such an atmosphere is filled with high turbulence, there is initially a strong CO2 release and thus a transition of CO2 from the liquid to the gas phase. Caused by this effect and the residual gas atmosphere compressed by the cold filling material flowing in, the pressure in the container 2 rises again.
  • the flow rate of the product into the bottle can be regulated using a combination of flow meter and control valve.
  • the required filling quantity of the filling material is dosed into a pre-vessel and suddenly discharged into the bottle. This is advantageous if the flow meter is no longer able to achieve sufficient measurement accuracy due to the high filling speed.
  • the beverage or filling material is preferably filled via a tight connection between a filling material vessel and the container to be filled by means of a switchable filling valve.
  • a pressure is preferably set which corresponds to or is above the CO 2 saturation pressure.
  • the method has the advantage that the filling process takes place very quickly due to the large pressure difference between the tank and the container. This leads to short filling times and thus to filling machines with significantly smaller dimensions.
  • the filling speed can also be regulated via a control valve arranged in the inlet to the container as a function of the volume flow determined by the flow meter.
  • the pressure in the storage container can also be atmospheric pressure, or a pressure slightly higher.
  • Superheated steam or a mixture of superheated steam and CO2 is preferably used as the purging gas during the evacuation phase and / or during the purging phase.
  • This has the advantage that, on the one hand, any microorganisms in the container are killed during or before filling.
  • the superheated steam condenses suddenly during filling, so that a vacuum filling is achieved, so to speak. This leads to a very fast filling process.
  • the pressure in the container can be adjusted to the CO2 saturation pressure or above during the calming phase. This means that the filled product no longer outgases after releasing.
  • a partial CO 2 pressure of 0.02 to 0.2, in particular 0.05 to 0.1 bar can preferably also be set in the container after the rinsing phase and before the filling phase. This also means that when the drink is calming down, the pressure in the container rises above the C02 saturation pressure, so that the drink is not degassed during the calming phase.
  • the components of the filling and closing element that come into contact with the steam are made of a material with low thermal conductivity and / or heat capacity, so that the condensation effect is approximately is generated exclusively in the container.
  • a control loop is formed, by means of which at least the evacuation phase and / or the flushing phase and / or the calming phase are controlled and / or regulated as a function of the recorded actual pressure values, wherein the filling valve and / or at least one of the first to fifth control valves is provided as an actuator in the control loop.
  • the evacuation phase and / or the flushing phase and / or the calming phase are controlled and / or regulated via preselectable pressure characteristics with the involvement of the control circuit.
  • the actual pressure values detected by the pressure sensor are transmitted to a machine control system and compared with the setpoint pressure values stored there and, based on this, the filling valve and / or at least one of the first to fifth control valves as Actuator are controlled.
  • setpoint pressure values are set that correspond to the respective actual pressure values of the evacuation phase currently being carried out and / or the The flushing phase and / or the calming phase are compared and, when the target pressure values are reached, an immediate switchover from the currently performed evacuation phase to the currently performed, downstream evacuation phase and / or the flushing phase and / or the calming phase is performed.
  • the evacuation phase and / or the flushing phase are each carried out several times, for example by alternating switching back and forth between the evacuation phase and the flushing phase.
  • a switch is made from the current phase in the filling and sealing process to the current phase in the filling and sealing process, depending on the actual pressure values determined by the pressure sensor .
  • the components acted upon with steam in the filling and closing element are produced from a material with low thermal conductivity and / or thermal capacity.
  • the container is pressed in its sealed filling and closing position by means of a carrier element against a sealing element in the sealing position, which concentrically surrounds a dispensing opening for the liquid filling material, the sealing element on a slide element accommodated within the process chamber such that it can be moved transversely to the vertical axis.
  • a liquid channel is formed in the slide element, which can be connected to a product tank with the interposition of the filling valve via a product line.
  • a gas channel is formed in the slide element, which via a first control valve and via a first supply line and with the interposition of a third control valve with a C02 source, via a fourth control valve with a steam source and via a fifth control valve is fluidically connectable to a vacuum source.
  • At least one temperature sensor is provided in the process chamber for detecting the actual temperature values prevailing in the process chamber, which are taken into account as a control variable in the control loop.
  • Container in the context of the invention is understood to mean any container, in particular bottles, cans, cups, etc., each made of metal, glass and / or plastic, preferably made of PET (polyethylene terephthalate).
  • FIG. 1 shows a roughly schematic view of a preferred embodiment of the container treatment system according to the invention
  • Fig. 2 shows an example of an embodiment of a filling
  • Fig. 9 shows an example of a further embodiment of a filling
  • Fig. 10 greatly simplified and roughly schematically outlines the mechanism for
  • FIG. 11 shows an embodiment variant of a filling and closing element in an enlarged view.
  • the container treatment system for filling and closing containers 2 is set up to carry out the method according to the invention and, in the example shown in FIG is understood in particular as a filling and closing machine 1, that is to say is designed for filling and closing containers 2.
  • the container treatment system 1, designed as a rotating filling and sealing machine has several treatment stations S, S 'arranged around a vertical central axis MA, which each extend along a respective vertical axis VA and are provided on the circumference of a motorized rotating machine carousel 9. For the sake of clarity, only two of the multiple treatment stations S, S 'are shown in FIG. However, the present invention is not limited to such embodiments.
  • the container treatment system 1 which is designed as a rotating filling and closing machine, also comprises a lower carousel part 9.2, which is arranged in the vertical direction below the upper carousel part 9.1 and which has a carrier ring 8, on the circumference of which several carrier elements 3 are provided for supporting the container 2.
  • Each treatment station S, S ‘ is assigned a carrier element 3, so that each container 2 to be treated during the treatment in a treatment station S is supported on a carrier element 3 assigned to this corresponding treatment station S, S‘, in particular stands on the carrier element 3.
  • the container treatment system 1 designed as a filling and closing machine is set up and designed in particular for filling the container 2 with a liquid product and for subsequently closing the container 2 with a closure lid 6 in the form of a crown cap.
  • the present filling and closing machine 1 therefore functions at least for the functional area of closing the container 2, namely for the closing function like a crown cap.
  • a container feed device not shown in detail in the figures and connected upstream in a transport direction, is usually provided.
  • a further treatment machine - also not shown in the figures - can be connected upstream which is used for further, preceding treatment steps of the container 2 is set up, such as, for example, for cleaning, sterilization, drying or inspection of the container or the like.
  • the containers 2 are usually conveyed to the filling and sealing machine 1 via transport devices, for example conveyor belts, and are transferred to the actual filling and sealing machine 1 on the input side by transfer elements 13, for example an infeed star, which are only indicated in detail in FIG .
  • transfer elements 13 for example an infeed star, which are only indicated in detail in FIG .
  • the containers 2, which are closed with a closure lid 6, in particular a crown cap, are on the output side of the filling and closing machine 1 is taken over by a further transfer element, not shown and provided in the transport direction to the filling and sealing machine 1, for example a discharge star, and transported away in a manner well known to the person skilled in the art.
  • the container treatment system 1 designed as a filling and closing machine, in particular with the filling and closing organs 4 provided at each treatment station S, S ', there are also a filling material feed (shown in FIG. 2 or 3) for feeding the liquid filling material and a sealing lid feed 15 for Supply of the closure cover 6 designed as crown corks in connection.
  • a filling material feed shown in FIG. 2 or 3
  • the cap feed 15 for feeding the individual crown caps 6, which can be fed in in a manner known per se is only indicated schematically and in sections in FIG.
  • the machine carousel 9 is in each case rotatably mounted on a machine base 12 via a central column 14 extending along the vertical central axis MA, the machine base 12 in the present case, for example, being a stand 12.1 and a machine foundation 12.2 connected to the base 12.1 and resting on the ground.
  • a filling and closing machine a machine base 12 .
  • the height adjustment by means of the height adjustment device 7 or the adaptation of the machine carousel 9 to different container heights can take place in a manner well known to the person skilled in the art.
  • Each filling and closing element 4 arranged at a respective treatment station S, S ' has at least one filling valve 4.1 (see also FIGS. 2 and 3) and at least one closing element 5 arranged in the vertical direction above the container 2 to be filled and closed, the Closing element 5, in particular during the closing process, the container 2 takes on the function of a closing ram.
  • the filling and closing element 4 can thus also be understood as a combined filling and closing tool, in particular as a combination tool, which has both the tool components required for filling and the tool components required for closing the container 2.
  • the filling valve 4.1 and the closing element 5, which each form a tool component for filling and a tool component for closing, are designed in particular as components integrated in the filling and closing element 4.
  • a possible embodiment of a filling and closing element 4 designed as a combination tool of this type is roughly sketched in FIGS. 2 and 3 by way of example.
  • the carrier element 3 and the closing element 5 are designed to exercise a controlled relative movement oriented in the direction of the vertical axis VA of the treatment station S, S ', in such a way that the carrier element 3 and the closing element 5 due to the controlled Relative movement proceeding from an initial position to assume further positions relative to one another, namely at least one filling and closing position PV.
  • the starting position is shown for the treatment station S and the filling and closing position PV is sketched at the respective treatment station S '.
  • the container treatment system 1 is set up to both fill and close the containers 2 at a respective treatment station S, S '.
  • At least one evacuation phase and / or a rinsing phase and / or a filling phase and / or a calming phase is carried out in the filling and closing position PV and the container 2 is closed with a closure cover 6 in a closing process.
  • the container does not have to be moved vertically during the pretreatment in an evacuation and rinsing phase, the actual filling phase and the closing or sealing by means of a closure lid 6, since the respective container 2 for all of the aforementioned partial process steps in the filling and closing position PV can remain at the treatment station S.
  • Figure 2 shows an example of a possible embodiment variant of a filling and closing element 4 used in the present container treatment system 1, in which a container 2 to be treated, in particular to be filled and closed, is inserted from the free-end underside of the filling and closing element 4 in this way can be retracted so that the container mouth 2.1 can be arranged within a process chamber 17 which can be sealed off from the outer atmosphere, in order to be there during the entire filling and closing process, in particular during the evacuation phase and / or the rinsing phase and / or the filling phase and / or the calming phase to remain.
  • the container 2 in its sealed filling and closing position PV shown in FIG. 2, is preferably pressed against a sealing element 33 in the sealing position by means of the carrier element 3, which concentrically encloses a dispensing opening 37 for the liquid filling material, the sealing element 33 at a transverse to the Vertical axis VA controlled and / or regulated displaceably is arranged within the process chamber 17 received slide element 21.
  • the slide element 21 can also have a liquid channel 23 which, with the interposition of the filling valve 4.1, is connected to a filling material tank 25 via a filling material line 24.
  • the filling material line 24 can be assigned a flow meter 24.1 by means of which the volume flow of liquid filling material, filling material quantity per unit of time, fed via the filling material line 24 from the filling material tank 25 to the liquid channel 23 can be recorded.
  • the slide element 21 can also have a gas channel 27, which via a first control valve SV1 and a first supply line 29.1 and with the interposition of a third control valve SV3 with a CO2 source 30 (e.g. the gas space 25.1 of the product tank 25) via a fourth control valve SV4 is fluidically connected to a steam source 34 and via a fifth control valve SV5 to a vacuum source 28.
  • the process chamber 17 can be fluidically connected to the CO 2 source 30 via a second supply line 29.2 and with the interposition of a second control valve SV2 or the third control valve SV3.
  • the sealable process chamber 17, preferably the liquid channel 23 of the slide element 21, can have at least one pressure sensor DS for detecting the actual pressure values prevailing in the process chamber 17.
  • the at least one pressure sensor DS together with the filling valve 4.1 and at least one of the first to fifth control valves SV1 ... SV5, forms a control circuit RK, in particular a pressure control circuit, by means of which at least the evacuation phase and / or the flushing phase and / or the calming phase can be controlled and / or regulated as a function of recorded actual pressure values, the filling valve 4.1 and / or at least one of the first to fifth control valves SV1 ... SV5 being provided as an actuator in the control circuit RK, in particular in the pressure control circuit.
  • the sealable process chamber 17 can also have at least one temperature sensor TS for detecting the actual temperature values prevailing in the process chamber 17.
  • the at least one temperature sensor is arranged in the liquid channel 23 of the slide element 21.
  • the actual temperature values recorded by means of the temperature sensor TS can flow into the regulation of the pressure control circuit as a control variable.
  • the slide element 21 can be advanced by means of a drive 40 for the filling phase into a position below the closing element 5, i.e.
  • the slide element 21 can be withdrawn laterally by means of the drive 40 for a closing process from the central position along the vertical axis VA (i.e. in a direction horizontally away from the filling valve 4.1) in such a way that the closing element 5 is downwards, in the direction of the filling - And closing member 4 arranged in the sealing position container 2 is freely displaceable.
  • the controlled relative movement (indicated in FIG. 10 by the double arrow drawn in dashed lines) of the carrier element 3 and the closing element 5 relative to one another changes the distance between the carrier element 3 and the closing element 5 in a controlled manner.
  • the filled and now to be closed container 2 is arranged between the carrier element 3 and the closing element 5 during the closing phase, with at least the position of the closing element 5 also in relation to each other during the execution of the various successive functional steps “sealing", “filling” and “closing” to container 2 changes.
  • the controlled relative movement generates the contact pressure required between the crown cap 6 and the container 2 during the closing process.
  • the container 2 with the crown cap 6 positioned on the container mouth 2.1 is clamped between the carrier element 3 and the closure element 5, the closure element 5 imparting or exerting a closing force Fy acting from above on the crown cap 6 and thus also on the container 2.
  • the container 2 is held by the carrier element 3 with an upwardly directed holding force Fy 'that counteracts the closing force Fy, the closing force Fy and the holding force Fy' interacting with each other Pressing the crown cap 6 onto the container mouth 2.1 and then sealing the container 2 tightly.
  • the carrier element 3 and / or the closing element 5 are designed to be liftable and lowerable and can therefore cover a movement path along the vertical axis VA.
  • the latter can interact with a drive device 5.1 in the area of a free end face facing away from the process chamber 17.
  • the carrier element 3 and / or the closing element 5 generate a force oriented along the vertical axis VA, namely the holding force Fy ‘acting vertically upwards or the closing force Fy acting vertically downwards.
  • the drawing ring 11.1 can be designed to be stationary and the container can be moved upwards relative to the drawing ring 11.1.
  • the drawing ring 11.1 can be designed to be movable in the vertical direction, as a result of which it moves, for example, along the vertical axis VA relative to the stationary crown cap 6 or to the container.
  • the possible movement of the pull ring 11.1 is indicated in FIG. 10 by the double arrow with a solid line.
  • the pull ring 11.1 as well as the carrier element 3 and the closing element 5 move.
  • the closure element 5 can in particular be designed as a magnetic plunger which, at its free end facing the carrier element 3, magnetically holds the closure lid 6 to be pressed onto the container mouth 2.1, in particular the crown cap, before the closure lid 6 is attached to the respective container 2 by means of the pull ring arrangement 11 is fixed.
  • the closing element 5 can also hold the closing cover 6 by the force of negative pressure.
  • An upper gas space 25.1 and a lower liquid space 25.2 are formed in the filling material tank 25 (FIG. 2) during filling operation. If the container treatment system 1 is used to pressurize the liquid filling material into the container 2, then the upper gas space is 25.1 is charged with an inert gas (C02 gas) which is under a filling pressure. The pressure of the inert gas is controlled or regulated. The filling material is fed to the filling material tank 25 via a supply line which is not shown in detail.
  • C02 gas inert gas
  • a controlled and / or regulated actuatable fial sealing device 26 is provided below the dispensing opening 37, by means of which the respective container 2 can be sealed below its container mouth 2.1 in the area of its corresponding container neck 2.2 and whereby in particular the process chamber 17 in the sealed filling and closing position PV is sealed against the environment. Since the container mouth 2.1 is thus arranged in the sealed filling and closing position PV within the process chamber 17, this can also be understood as sealing the container 2.
  • the variant of the variant of the filling and closing element 4 of FIG. 9 does not have a feed for a CO 2 source 30, but only for a vacuum source 28 and a steam source 34, so that here during During the rinsing phase and / or the calming phase, pure steam is applied to both the container 2 and the process chamber 17 and no CO 2 admixture via the (non-existent) CO 2 source 30.
  • At least the interior of the container 2, which is arranged in a sealed position on the filling and closing element 4 can be evacuated initially evacuated at least once to a negative pressure of preferably 0.05 to 0.15 residual pressure and then flushed in a flushing phase with a steam and / or steam-containing flushing gas in such a way that before opening the filling valve 4.1 to fill the container 2 with the liquid Filling material, the flushing gas pressure in the container 2 is increased to at least atmospheric pressure, that is to say increases.
  • the filling valve 4.1 is then opened in the actual filling phase, so that the liquid filling material flows into the container 2, which is still arranged in the sealing position on the filling and closing element 4.
  • a calming phase is also carried out on the filling and closing element 4 of the treatment station S, in which the process chamber 17 is set to a pressure which is at a pressure, in particular above the mouth of the container 2, by means of a steam and / or steam-containing gas C02 saturation pressure of the filled product is or above.
  • the container 2 is closed at the filling and closing element 4 of the treatment station S by pressing on a cap 6 at the pressure conditions set during the calming phase, before the internal pressure of the process chamber 17 is relieved to atmospheric pressure.
  • At least the evacuation phase and / or the flushing phase and / or the calming phase are controlled and / or regulated as a function of the actual pressure values detected by the pressure sensor DS.
  • the at least one pressure sensor DS together with the filling valve 4.1 and at least one of the first to fifth control valves SV1 ... SV5, forms a control circuit RK, in particular a pressure control circuit, by means of which at least the evacuation phase and / or the flushing phase and / or the calming phase can be controlled and / or regulated as a function of recorded actual pressure values, the filling valve 4.1 and / or at least one of the first to fifth control valves SV1 ... SV5 being provided as an actuator in the control circuit RK, in particular in the pressure control circuit.
  • the container treatment system 1 is designed to control and / or regulate the evacuation phase and / or the flushing phase and / or the calming phase via preselectable pressure characteristics with the involvement of the control circuit RK.
  • the ACTUAL pressure values recorded by the pressure sensor DS are preferably transmitted to the machine control for the control circuit RK and compared with the target pressure values stored there and, based on this, the filling valve 4.1 and / or at least one of the first to fifth control valves SV1 ... SV5 as an actuator controlled.
  • the pressure sensor DS supplies the control parameters of the controlled variable for the control circuit RK.
  • setpoint pressure values are set that correspond to the respective ACTUAL pressure values of the currently performed evacuation phase and / or the flushing phase and / or the calming phase can be compared and when the target pressure values are reached, there is an immediate switchover from the currently performed evacuation phase to the currently performed, downstream evacuation phase and / or the flushing phase and / or the calming phase.
  • the evacuation phase and / or the rinsing phase is carried out several times, namely by alternating switching back and forth between the evacuation phase and the rinsing phase.
  • the method runs in greater detail, for example with a filling and closing element 4 as shown in FIG. 2, as follows:
  • the closing element 5 is first moved into its lower position, for example for the magnetic reception of a closing cover 6.
  • the slide element 21 is in its retracted position, in which the closing element 5 can be pushed axially freely movably along the vertical axis VA downwards over the dispensing opening 37 in order to receive the closing cover 6 from the closing cover feed 15.
  • the filling valve 4.1 and all control valves SV1 ... SV5 are closed here.
  • the closure cover 6 can in particular be held magnetically on the closure element 5.
  • closure cover 6 is thus sterilized before and during the closure process during the steam treatment described in greater detail below.
  • the slide element 21 is then moved under the closing element 5 with a contact fit to the filling valve 4.1 and the first control valve SV1.
  • the container 2 is then positioned on the carrier element 3 centrally below the filling and closing element 4 and brought into sealing position with the filling and closing element 4, in particular with the slide element 21, by lifting the carrier element 3 (see FIG. 4).
  • the fial sealing device 26 is then subjected to pressure so that the container 2 is sealed in the area of its container neck 2.2 with respect to the environment (see FIG. 5).
  • the container 2 is subsequently evacuated to a value of preferably 0.05 to 0.15 bar as the target pressure value by opening the first and fifth control valve SV1, SV5 in the evacuation phase.
  • the actual pressure values are determined by means of the pressure sensor DS, which makes them available for the control circuit RK.
  • the fifth control valve SV5 is closed and, at the same time or approximately simultaneously, the fourth control valve SV4 is opened briefly to initiate the flushing phase, pressure-controlled via the control circuit RK, until the pressure in the container 2 increases to at least atmospheric pressure, so that the container is flushed with steam from the steam line 34.
  • the control circuit RK control circuit
  • the initiation of the flushing and / or evacuation phase takes place in accordance with the invention in a pressure-controlled and / or regulated manner as a function of the actual pressure values determined by the pressure sensor DS.
  • the container is preferably completely filled with steam.
  • the first control valve SV1 and the fourth control valve SV4 are now closed and the filling valve 4.1 is opened in order to supply the container 2 with the filling material.
  • the second control valve SV 2 is opened and the process chamber 17 is charged with tension gas from the CO 2 source 30.
  • the filling valve 4.1 is closed again, the amount of the filling material supplied being determined by the volumetric flow meter 24.1.
  • the product can also be fed in suddenly from a dosing room. In this case, the volumetric measurement takes place when the filling material is fed into the dosing space and not in the filling element 4.
  • the container 2 can optionally be charged with CO2 by opening the third control valve SV3 in a controlled manner.
  • the calming phase begins, in which the drink calms down and the pressure in the container 2 rises above the CO 2 saturation pressure.
  • the second control valve SV2 remains open in the subsequent calming phase in order to apply tensioning gas to the process chamber 17.
  • the first and third control valve SV1, SV3 are opened so that pressure equalization takes place between container 2 and process chamber 17.
  • the calming phase is initiated in a pressure-controlled and / or regulated manner as a function of the actual pressure values determined by the pressure sensor DS. Even before the slide element 21 is pushed back again, the third control valve SV3 is closed while the first and second control valves SV1, SV2 remain open (see FIG. 7).
  • the second control valve SV2 is also closed while the first control valve SV1 is still open and the closing element 5 with the closing cover 6 held on it is placed on the container mouth 2.1 and the procedure explained above in connection with FIG. 10 is initially applied to the container 2 with the necessary force pressed on, and then tightly connected to the container by plastic deformation of the edge of the closure lid 6.

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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zum Füllen und Verschließen von Behältern (2) an einem Füll-und Verschließorgan (4) einer Behandlungsstation (S), bei dem an dem Füll- und Verschließorgan eine abdichtbare Prozesskammer (17) mit zumindest einem Drucksensor (DS) zur Erfassung der in der Prozesskammer vorherrschenden Ist-Druckwerten vorgesehen wird. Dabei wird zumindest der Innenraum des Behälters vor der Füllphase zumindest einmalig auf einen Unterdrück von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Restdruck evakuiert und anschließend mit Dampf und/ oder mit dampfhaltigen Spülgas so gespült, dass vor dem Öffnen eines Füllventils (4.1) zum Befüllen des Behälters der Spülgasdruck in dem Behälter mindestens auf Atmosphärendruck erhöht wird. Anschließend wird das Füllventil geöffnet, so dass das flüssige Füllgut in den in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan angeordneten Behälter einströmt. Nach der Füllphase wird eine Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan durchgeführt, in der die Prozesskammer insbesondere oberhalb der Mündung des Behälters mittels einem Dampf und/oder dampfhaltigen Gas auf einen Druck eingestellt wird, der auf einem C02-Sättigungsdruck des abgefüllten Füllgutes oder darüber liegt. Dann wird der Behälter nach der Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan der Behandlungsstation durch Aufpressen eines Verschlussdeckels bei den während der Beruhigungsphase eingestellten Druckverhältnissen verschlossen, bevor der Innendruck der Prozesskammer auf Atmosphärendruck entlastet, wobei zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist-Druckwerten des Drucksensors gesteuert und/oder geregelt wird.

Description

Verfahren zum Befüllen und Verschließen von Behältern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut und zum Verschließen der Behälter mit einem Verschlussdeckel, insbesondere einem Kronkorken.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Behälterbehandlungssystem, wie es in Behälterbehandlungsmaschinen in der Getränkeindustrie, insbesondere Behälterbehandlungsmaschinen mit Leistungen von mehr als 10000 Behältern pro Stunde, insbesondere Behälterbehandlungsmaschinen mit einer Leistung von mehr als 50000 Behältern pro Stunde, zum Einsatz kommen kann. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren für ein Behälterbehandlungssystem, welches eine so genannte Füllmaschine oder Füller für die Befüllung der Behälter mit flüssigem Füllgut umfasst. Die Erfindung betrifft auch Behälterbehandlungssystem, welches gleichzeitig die Funktion eines Verschließers zum Verschließen befüllter Behälter mit umfasst, und dabei insbesondere zum Verschließen befüllter Behälter mit Verschlussdeckel wie beispielsweise Kronkorken ausgebildet ist.
Füllmaschinen der genannten Art verfügen über eine Vielzahl von Behandlungsstationen bzw. -Positionen welche auch als Füllstationen oder Füllpositionen verstanden werden können. An jeder Füllstation der Füllmaschine ist ein Füllelement oder Füllorgan mit einem Füllventil bzw. Flüssigkeitsventil vorgesehen, über dessen Abgabeöffnung das flüssige Füllgut in den Behälter abgegeben wird. Beispielsweise erfolgt die Abgabe des Füllgutes in die Behälter mittels eines so genannten „Freistrahlfüllens“.
Unter „Freistrahlfüllen“ oder Freistrahlbefüllung“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Füllverfahren verstanden, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter ab dem Flüssigkeitsventil in einem freien Füllstrahl oder Füllgutstrahl zuströmt, wobei die Strömung des Füllgutes nicht durch Leitelemente wie z.B. Ableitschirme, Drallkörper, kurze oder lange Füllrohre beeinflusst oder verändert wird. Freistrahlfüllen kann sowohl drucklos, also auch unter Druck erfolgen. Bei der drucklosen Freistrahlfüllung weist der Behälter Umgebungsdruck auf, wobei der Behälter in der Regel mit seiner Behältermündung oder -Öffnung nicht am Füllelement anliegt, sondern von dem Füllelement bzw. von einer vorgesehenen Abgabeöffnung beabstandet ist. Liegt der Behälter bei der drucklosen Freistrahlfüllung doch mit seiner Behältermündung am Füllelement an, so stellt ein Gasweg eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Behälters und der Umgebung her, wodurch eine drucklose Füllung ermöglicht wird. Bevorzugt entweicht über diesen Gasweg auch das im Behälter enthaltene und durch das in den Behälter einströmende Getränk verdrängte Gas in die Umgebung.
Erfolgt die Freistrahlfüllung unter einem vom Umgebungsdruck abweichenden Druck, so wird der Behälter mit seiner Mündung gegen das Füllelement angepresst und abgedichtet, der Druck im Innenraum des Behälters wird durch Beaufschlagung mit einem Spanngas oder durch Beaufschlagung mit einem Unterdrück auf diesen, vom Umgebungsdruck abweichenden Druck eingestellt, welcher sowohl über, als auch unter dem Umgebungsdruck liegen kann.
Verschließer der oberhalb genannten Art verfügen in der Regel ebenfalls über eine Vielzahl von Behandlungsstationen bzw. -Positionen welche auch als Verschließstationen oder Verschließpositionen verstanden werden können. An jeder Verschließstation des Verschließers ist ein Verschließorgan oder Verschließwerkzeug mit einem Verschließstempel vorgesehen, über das bzw. den ein Kronkorken auf die Behältermündung gepresst und schließlich durch Verformung dichtend befestigt wird.
Bei aus dem Stand der Technik, nämlich der DE 10 2014 104 873 A1 , ist ein bereits ein Behälterbehandlungssystem für einen Getränke-Abfüllprozess bekannt, bei der ein C02- haltiges Getränk in einen evakuierten Behälter, insbesondere eine Flasche, gefüllt wird. Bei diesem Einfüllen in die evakuierte Flasche erfolgt der Füllvorgang blitzartig mit sehr hoher Geschwindigkeit, wodurch ein zeitnahes Entlasten und Abziehen des Behälters von der Füllstelle nicht möglich ist, da dieses unweigerlich zu einem übermäßigen Aufschäumen des Füllgutes führen würde. Der Füllvorgang wird daher in diesem bekannten Verfahren direkt an der Füllstelle mit dem Verschließprozess kombiniert. Dabei erfolgt der Verschließvorgang in einem geschlossenen Gasraum oberhalb der Flasche und unter einem Druck oberhalb des C02-Sättigungsdruckes. Hierbei wird der zu befüllende Behälter vor dem eigentlichen Evakuieren mit einem dampfhaltigen Spülgas gespült.
Dabei gilt es die Behandlungszeiten, während derer die Behälter, oftmals Glasflaschen, in Kontakt mit dem heißen, dampfhaltigen Spülgas in Kontakt kommen zu begrenzen, da ansonsten durch den Temperaturschock ein unverhältnismäßig hoher Glasbruch droht. Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowohl zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut als auch zum Verschließen der Behälter mit einem Verschlussdeckel aufzuzeigen, bei dem die Behälter im Vergleich zum Stand der Technik einer deutlich kürzeren Kontaktzeit mit dem dampfhaltigen Spülgas ausgesetzt werden.
Die Aufgabe wird durch Verfahren zum Füllen und Verschließen von Behältern an einem Füll- und Verschließorgan einer Behandlungsstation gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Füllen und Verschließen von Behältern an einem Füll- und Verschließorgan einer Behandlungsstation, bei dem an dem Füll- und Verschließorgan eine abdichtbare Prozesskammer mit zumindest einem Drucksensor zur Erfassung der in der Prozesskammer vorherrschenden Ist-Druckwerten vorgesehen wird.
Dabei wird vor dem Einleiten einer Füllphase zumindest der Innenraum des in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan angeordneten Behälters in einer Evakuierungsphase zunächst zumindest einmalig auf einen Unterdrück von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Restdruck evakuiert und anschließend in einer Spülphase mit einem Dampf und/oder dampfhaltigen Spülgas derart gespült wird, dass vor dem Öffnen des Füllventils zum Befüllen des Behälters mit dem flüssigen Füllgut der Spülgasdruck in dem Behälter mindestens auf Atmosphärendruck erhöht wird.
Ferner wird in der eigentlichen Füllphase das Füllventil geöffnet, so dass das flüssige Füllgut in den weiterhin in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan angeordneten Behälter einströmt.
Nach Beendigung der Füllphase wird eine Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan der Behandlungsstation durchgeführt, während welcher die Prozesskammer insbesondere oberhalb der Mündung des Behälters durch Dampf und/oder ein dampfhaltiges Gas auf einen Druck eingestellt wird, der auf einem C02-Sättigungsdruck des abgefüllten Füllgutes oder darüber liegt. Nachfolgend wird der Behälter nach der Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan der Behandlungsstation durch Aufpressen eines Verschlussdeckels bei den während der Beruhigungsphase eingestellten Druckverhältnissen verschlossen, bevor der Innendruck der Prozesskammer auf Atmosphärendruck entlastet wird, wobei bevorzugt zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist-Druckwerten des Drucksensors gesteuert und/oder geregelt wird bzw. werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Dauer der Prozessschritte der Evakuierungsphase und/oder der Spülphase und/oder der Beruhigungsphase, insbesondere das Spülen des Behälters mit Dampf zwischen Evakuierungsphasen, das Beaufschlagen des Behälters mit Dampf auf Atmosphärendruck kurz vor Einleitung der Füllphase sowie das Beaufschlagen der Prozesskammer mit Dampf und der Mündung des Behälters nach Füllende in der Beruhigungsphase, durch die druckabhängige Umschaltung möglichst kurz gehalten werden. So können die Dampfbehandlungszeiten druckabhängig auf ein Minimum beschränkt werden. Durch die druckabhängige Steuerung und/oder Regelung lässt sich auch die eingeblase Dampfmenge und somit der Energieeintrag in den Behälter auf das notwendige Mindestmaß reduzieren. Besonders vorteilhaft, können dabei auch die unmittelbar nach der Füllphase folgenden Verfahrensschritte des Wegschiebens des in dem Schieberelement ausgebildeten Füllstutzens sowie das eigentliche Verschließen des Behälters noch an dem Füll- und Verschließorgan in einer möglichst kurzen Prozesszeit erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht prinzipiell davon Gebrauch, dass ein kohlensäurehaltiges Getränk mit sehr niedrigem Sauerstoff- oder sonstigen Fremdgasgehalt, gefüllt in einen Behälter unter Vakuum, bei dem der Restgasgehalt im Behälter überwiegend aus CO2 besteht, ohne übermäßige Schaumbildung nach Beendigung des Füllvorgangs, genauer genommen ohne übermäßige Schaumbildung bei der Entlastung mit hoher Füllgeschwindigkeit gefüllt werden kann.
Der Behälter, insbesondere die Flasche, wird hierfür in einer Evakuierungsphase auf ein Vakuum von vorzugsweise 0,05-0, 15 bar evakuiert. Anschließend erfolgt in einer Spülphase eine Spülung des Behälters, insbesondere mit überhitztem Dampf unter Vakuum, um möglichst die Restluft vollständig zu entfernen. Insbesondere am Ende dieses Spülvorgangs der Spülphase kann auch eine bestimmte Menge CO2 in den Dampfstrom oder separat am Ende der Dampfbehandlung in den Behälter dosiert werden. Auch während und/oder am Ende des Füllvorgangs in der dann nachgeschalteten Füllphase kann noch zusätzlich CO2 unter Druck in den Behälter eingeblasen werden, um sicherzustellen, dass am Ende des Füllvorgangs der Füllphase ein Druck in dem Behälter vorherrscht, bei dem in der der Füllphase zeitlich nachgeschalteten Beruhigungsphase ein Sättigungsdruck erreicht oder überschritten wird.
Durch die, in der vorgeschalteten Evakuierungs- und Spülphase erzeugte, sehr reine CO2- Atmosphäre im Behälter, in die ein Getränk mit geringen gelösten Sauerstoffanteilen oder sonstigen Fremdgasanteilen gefüllt wird, entsteht beim Einfüllen des flüssigen Füllgutes während der Füllphase trotz der, durch das schnelle Einströmen hervorgerufenen starken Strömungsturbulenzen, nur sehr begrenzt Schaum. So kann z.B. in einer reinen CO2- Druckatmosphäre die, zunächst als Schaum aus dem Getränk ausgetretene Kohlensäure, sehr schnell wieder im Getränk gelöst werden.
Kurz vor dem Öffnen des Füllventils wird hierfür in der Spülphase der Dampfdruck in dem Behälter auf Atmosphärendruck oder einen Druck darüber erhöht. Öffnet das Füllventil dann in der sich daran anschließenden Füllphase unter diesen Bedingungen, so kommt es beim Einströmen des kalten flüssigen Füllgutes zu einer schlagartigen Kondensation zumindest eines Teilvolumens des im Behälter befindlichen Dampfes. Dadurch erfolgt eine schlagartige Befüllung des Behälters. Wenn in eine solche Atmosphäre mit hoher Turbulenz gefüllt wird, kommt es anfänglich zu einer starken CÖ2-Entbindung und damit zu einem Übergang von CO2 aus der Flüssig- in die Gasphase. Verursacht durch diesen Effekt und die vom einfließenden kalten Füllgut komprimierte Restgasatmosphäre steigt der Druck in dem Behälter 2 wieder an. Übersteigt der Druck in dieser Füllphase den CO2- Sättigungsdruck erfolgt eine Rückkarbonisierung mit dem vorher entbundenen CO2 und dem jetzt durch das einfließende Füllgut komprimierten Rest CO2, dass nach dem Evakuieren in der Evakuierungsphase noch in dem Behälter verblieben ist. D.h. das CO2 bzw. die Kohlensäure wird mit zunehmendem Druckanstieg - bis zum Sättigungsdruck oder auch darüber - wieder blitzartig im Getränk gelöst. Daher bleibt die erzeugte Schaumbildung in Grenzen. Um zu verhindern, dass es in Verbindung mit einer reinen Dampfatmosphäre zu einer Implosion des Behälters kommt, reicht eine geringe CÖ2-Dosage in den Behälter vor dem Füllvorgang in der Füllphase aus. Diese Dosage kann auch dazu beitragen, dass in der Beruhigungsphase der Sättigungsdruck an CO2 erreicht wird. Kommt dabei nur Dampf zur Anwendung, so kann mit Hilfe des Dampfspülverfahrens in dem Behälter 2 eine Atmosphäre geschaffen werden kann, die praktisch frei von Restluft (Sauerstoff) ist.
Auch bei diesem Verfahren kann die Einfließgeschwindigkeit des Füllgutes in die Flasche über eine Kombination Durchflussmesser und Regelventil geregelt werden.
Vorzugsweise wird, insbesondere falls eine volumetrische Messung mittels Durchflussmesser für die schlagartige Befüllung zu langsam ist, die erforderliche Füllmenge des Füllgutes in ein Vorgefäß dosiert und schlagartig in die Flasche abgelassen. Dies ist vorteilhaft, wenn der Durchflussmesser aufgrund der hohen Füllgeschwindigkeit nicht mehr in der Lage ist, eine ausreichende Messgenauigkeit zu erreichen.
Die Anwendung von Dampf als Spülmedium in der Spülphase hat zusätzlich den Effekt, dass getränkeschädigende Mikroorganismen abgetötet werden.
Das Getränk bzw. Füllgut wird vorzugsweise über eine dichte Verbindung zwischen einem Füllgutkessel und dem zu befüllenden Behälter mittels eines schaltbaren Füllventils abgefüllt. Im Füllgutbehälter, welcher vorzugsweise auch die C02-Quelle bildet, ist vorzugsweise ein Druck eingestellt, der dem C02-Sättigungsdruck entspricht oder darüber liegt.
Es ist auch denkbar, den Druck in dem Behälter durch Zugabe von CO2 nach der Evakuierung höher einzustellen. Je nach Druck, der nach Füllende im Behälter eingeregelt wird erfolgt dann eine Nachkarbonisierung des Produkts in dem Behälter. Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, den Evakuierungsprozess zum Entfernen der Restluft durch einen reinen C02-Spülprozess zu ersetzten.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass aufgrund der großen Druckdifferenz zwischen dem Füllgutkessel und dem Behälter der Füllprozess sehr schnell abläuft. Die führt zu kurzen Füllzeiten und damit zu deutlich kleiner dimensionierte Füllmaschinen.
Die Einfüllgeschwindigkeit kann bei Bedarf auch über ein im Zulauf zum Behälter angeordnetes Regelventil in Abhängigkeit von dem vom Durchflussmesser ermittelten Volumenstrom geregelt werden. Bei nicht karbonisierten, stillen Getränken kann der Druck im Vorratsbehälter auch der Atmosphärendruck sein, oder ein Druck, der etwas darüber liegt.
Vorzugsweise wird als Spülgas während der Evakuierungsphase und/oder während der Spülphase überhitzter Dampf oder eine Mischung aus überhitztem Dampf und CO2 verwendet. Dies hat den Vorteil, dass zum einen eventuell im Behälter befindliche Mikroorganismen beim bzw. vor dem Abfüllen abgetötet werden. Zum anderen kondensiert der überhitzte Dampf während des Einfüllens schlagartig, so dass quasi eine Vakuumbefüllung erzielt wird. Dies führt zu einem sehr schnellen Füllvorgang. Durch eine entsprechende Wahl des C02-Gehalts im Spülgas kann darüber hinaus bewirkt werden, dass sich der Druck im Behälter während der Beruhigungsphase auf den CO2- Sättigungsdruck oder darüber einstellt. Dies führt dazu, dass das eingefüllte Füllgut nach dem Entlasten nicht mehr ausgast. Flierzu kann vorzugsweise auch nach Spülphase und vor der Füllphase ein partieller C02-Druck in dem Behälter von 0,02 bis 0,2, insbesondere 0,05 bis 0, 1 bar eingestellt werden. Auch dies führt dazu, dass beim Beruhigen des Getränks der Druck im Behälter über den C02-Sättigungsdruck ansteigt, so dass in der Beruhigungsphase das Getränk nicht entgast.
Um die Kondensationswirkung in dem Behälter noch weiter zu erhöhen kann dazu vorgesehen sein, dass die Bauteile des Füll- und Verschließorgans, welche mit dem Dampf in Berührung kommen, aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität hergestellt werden, so dass die Kondensationswirkung näherungsweise ausschließlich in dem Behälter erzeugt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass unter Einbindung zumindest eines Drucksensors ein Regelkreis ausgebildet wird, mittels dem zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von den erfassten Ist-Druckwerten gesteuert und/oder geregelt werden, wobei das Füllventil und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile als Stellglied in dem Regelkreis vorgesehen wird.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass bei dem Verfahren die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase über vorauswählbare Druck-Kennlinien unter Einbindung des Regelkreises gesteuert und/oder geregelt werden. Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass in dem Regelkreis die von dem Drucksensor erfassten Ist-Druckwerte an eine Maschinensteuerung übermittelt und mit dort hinterlegten Soll-Druckwerten verglichen werden und basierend darauf das Füllventil und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile als Stellglied angesteuert werden.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass für den jeweiligen Beginn sowie das Ende der Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase Soll-Druckwerte festgelegt werden, die mit den jeweiligen Ist-Druckwerten der aktuell durchgeführten Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase verglichen werden und bei Erreichen der Soll-Druckwerte ein unmittelbares Umschalten von der entsprechend aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerte Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase durchgeführt wird.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase jeweils mehrfach durchgeführt werden, und zwar beispielsweise durch alternierendes hin- und herschalten zwischen der Evakuierungsphase und der Spülphase.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass druckabhängig unmittelbar nach Erreichen eines vorbestimmten Soll-Druckwertes von der aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerte Phase im Füll- und Verschließprozess umgeschaltet wird, und zwar abhängig von ermittelten Ist-Druckwerten des Drucksensors.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass die in dem Füll- und Verschließorgan die mit Dampf beaufschlagten Bauteile aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und /oder Wärmekapazität hergestellt werden.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass der Behälter in seiner abgedichteten Füll- und Verschließstellung mittels eines Trägerelements gegen ein Dichtelement in Dichtlage gedrückt wird, das eine Abgabeöffnung für das flüssige Füllgut konzentrisch umschließt, wobei das Dichtelement an einem quer zur Vertikalachse verschiebbar innerhalb der Prozesskammer aufgenommenen Schieberelementes angeordnet wird.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass in dem Schieberelement ein Flüssigkeitskanal ausgebildet wird, der unter Zwischenschaltung des Füllventils über eine Füllgutleitung mit einem Füllgutkessel verbindbar ist.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass in dem Schieberelement ein Gaskanal ausgebildet wird, der über ein erstes Steuerventil sowie über eine erste Zufuhrleitung und unter Zwischenschaltung eines dritten Steuerventils mit einer C02-Quelle, über ein viertes Steuerventil mit einer Dampfquelle und über ein fünftes Steuerventil mit einer Vakuumquelle fluidisch verbindbar ist.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass in der Prozesskammer zumindest ein Temperatursensor zur Erfassung der in der Prozesskammer vorherrschenden Ist-Temperaturwerte vorgesehen wird, die als Regelgröße mit in dem Regelkreis berücksichtigt werden.
Unter „Behälter“ im Sinne der Erfindung werden jedwede Behälter verstanden, insbesondere Flaschen, Dosen, Becher etc., jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, vorzugsweise aus PET (Polyethylenterephthalat).
Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bzw. „etwa“ bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine grob schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälterbehandlungssystems,
Fig. 2 ein Beispiel für eine Ausführungsvariante eines Füll- und
Verschließorgans,
Fig. 3. bis Fig. 8 unterschiedlichen Phasen des Füll- und Verschließvorgangs an dem Füll- und Verschließvorgang der Ausführungsvariante gemäß Figur 2,
Fig. 9 ein Beispiel für eine weitere Ausführungsvariante eines Füll- und
Verschließorgans,
Fig. 10 stark vereinfacht und grob schematisch skizziert den Mechanismus zur
Erzeugung eines Verschließvorgangs anhand einer isoliert dargestellten Behandlungsstation und
Fig. 11 eine Ausführungsvariante eines Füll- und Verschließorgans in einer vergrößerten Ansicht.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
Das in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Behälterbehandlungssystem zum Füllen und Verschließen von Behältern 2 ist dabei zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und in dem dargestellten Beispiel gemäß der Figur 1 als Behälterbehandlungssystem bzw. Maschine umlaufender Bauart ausgebildet, wobei die Maschine vorliegend auch als Behälterbehandlungsmaschine und insbesondere als Füll- und Verschließmaschine 1 verstanden wird, also zum Füllen und Verschließen von Behältern 2 ausgebildet ist. Das als umlaufende Füll- und Verschließmaschine ausgebildete Behälterbehandlungssystem 1 weist dabei mehrere, um eine vertikale Mittelachse MA angeordnete Behandlungsstationen S, S‘ auf, welche sich jeweils entlang einer jeweiligen Vertikalachse VA erstrecken und am Umfang eines motorisch umlaufend angetriebenen Maschinenkarussels 9 vorgesehen sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Figur 1 jeweils lediglich zwei der mehreren Behandlungsstationen S, S‘ dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt.
An jeder Behandlungsstation S, S‘ des Behälterbehandlungssystems 1 ist an einem Karusselloberteil 9.1 des Maschinenkarussels 9 jeweils zumindest ein Füll- und Verschließorgan 4 angeordnet, welches sich jeweils im Wesentlichen ebenfalls in Richtung entlang der Vertikalachse VA der jeweiligen Behandlungsstation S, S‘ erstreckt.
Das als umlaufende Füll- und Verschließmaschine ausgebildete Behälterbehandlungssystem 1 umfasst ferner ein in vertikaler Richtung unterhalb des Karusselloberteils 9.1 angeordnetes Karussellunterteil 9.2, welches einen Trägerkranz 8 aufweist, an dessen Umfang mehrere Trägerelemente 3 zur tragenden Aufnahme der Behälter 2 vorgesehen sind. Jeder Behandlungsstation S, S‘ ist dabei ein Trägerelement 3 zugeordnet, so dass jeder zu behandelnde Behälter 2 während der Behandlung in einer Behandlungsstation S auf einem dieser entsprechenden Behandlungsstation S, S‘ zugeordneten Trägerelement 3 lagert, insbesondere auf dem Trägerelement 3 steht.
Das als Füll- und Verschließmaschine ausgebildete Behälterbehandlungssystem 1 ist insbesondere zum Befüllen der Behälter 2 mit einem flüssigen Füllgut sowie zum anschließenden Verschließen der Behälter 2 mit einem in Form eines Kronkorkens ausgebildeten Verschlussdeckel 6 eingerichtet und ausgelegt. Die vorliegende Füll- und Verschließmaschine 1 funktioniert daher zumindest für den Funktionsbereich des Verschließens der Behälter 2, nämlich für die Verschließfunktion wie ein Kronkorker.
Üblicherweise ist bei einer derartigen Füll- und Verschließmaschine 1 eine in den Figuren nicht nähergehend dargestellte und in einer Transportrichtung vorgeschaltete Behälterzuführeinrichtung vorgesehen. Beispielsweise kann auch eine - ebenfalls nicht in den Figuren dargestellte - weitere Behandlungsmaschine vorgeschaltet sein, welche für weitere, vorangehende Behandlungsschritte der Behälter 2 eingerichtet ist, wie zum Beispiel für eine Reinigung, Sterilisation, Trocknung oder Inspektion der Behälter oder dergleichen.
Die Behälter 2 werden in der Regel über Transporteinrichtungen, beispielsweise Transportbänder, an die Füll- und Verschließmaschine 1 befördert und hier eingangsseitig von nur ausschnittsweise und andeutungsweise in der Figur 1 angegebenen Transferelementen 13, beispielweise einem Einlaufstern, an die eigentliche Füll- und Verschließmaschine 1 übergeben. Nach dem Durchlaufen der Füll- und Verschließmaschine 1 in der nachfolgend noch nähergehend erläuterten Art und Weise, also nach dem Füllen und Verschließen der einzelnen Behälter 2, werden die mit einem Verschlussdeckel 6, insbesondere einem Kronkorken, verschlossenen Behälter 2 ausgangsseitig der Füll- und Verschließmaschine 1 von einem weiteren nicht dargestellten und in Transportrichtung auf die Füll- und Verschließmaschine 1 nachfolgend vorgesehenen Transferelement, beispielsweise einem Auslaufstern, übernommen und auf dem Fachmann wohl bekannte Art und Weise abtransportiert.
Mit dem als Füll- und Verschließmaschine ausgebildeten Behälterbehandlungssystem 1 , insbesondere mit den bei jeder Behandlungsstation S, S‘ vorgesehenen Füll- und Verschließorganen 4, stehen weiterhin eine Füllgutzuführung (dargestellt in Figur 2 oder 3) zum Zuführen des flüssigen Füllgutes sowie eine Verschlussdeckelzuführung 15 zum Zuführen der als Kronkorken ausgebildeten Verschlussdeckel 6 in Verbindung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Verschlussdeckelzuführung 15 zum Zuführen der einzelnen Kronkorken 6, welche Zuführung auf an sich bekannte Art und Weise erfolgen kann, in der Figur 1 lediglich schemenhaft und abschnittsweise angedeutet.
Bei der in der Figur 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante des als Füll- und Verschließmaschine ausgebildeten Behälterbehandlungssystems 1 ist jeweils das Maschinenkarussell 9 über eine sich entlang der vertikalen Mittelachse MA erstreckende Zentralsäule 14 auf einem Maschinensockel 12 rotierend gelagert, wobei der Maschinensockel 12 vorliegend beispielsweise einen Standfuß 12.1 und ein mit dem Standfuß 12.1 verbundenes, auf dem Untergrund lagerndes Maschinenfundament 12.2 aufweist. Im Bereich der Zentralsäule 14 ist bei der dargestellten Ausführungsform des als Füll- und Verschließmaschine ausgebildeten Behälterbehandlungssystems 1 eine
Höhenverstelleinrichtung 7 angeordnet, über die das Karusselloberteil 9.1 und das Karussellunterteil 9.2 in vertikaler Richtung entlang der Mittelachse MA relativ zueinander bewegt werden können, um das Behälterbehandlungssystem 1 an unterschiedliche Behälterformate, insbesondere an unterschiedliche Höhen von Behältern 2 anpassen zu können. Dabei kann die Höhenverstellung mittels der Höhenverstelleinrichtung 7 bzw. die Anpassung des Maschinenkarussells 9 an verschiedene Behälterhöhen auf eine dem Fachmann wohl bekannte Art erfolgen.
Jedes an einer jeweiligen Behandlungsstation S, S‘ angeordnete Füll- und Verschließorgan 4 weist wenigstens ein Füllventil 4.1 (siehe auch Figuren 2 und 3) und zumindest einen in vertikaler Richtung oberhalb der zu befüllenden und zu verschließenden Behälter 2 angeordnetes Verschließelement 5 auf, wobei das Verschließelement 5 insbesondere beim Verschließvorgang der Behälter 2 die Funktion eines Verschließstempels übernimmt.
Das Füll- und Verschließorgan 4 kann somit auch als kombiniertes Füll- und Verschließwerkzeug, insbesondere als Kombiwerkzeug, verstanden werden, welches sowohl die zum Befüllen erforderlichen Werkzeug-Komponenten als auch die zum Verschließen der Behälter 2 erforderlichen Werkzeugkomponenten aufweist. Das Füllventil 4.1 und das Verschließelement 5, welche jeweils eine Werkzeugkomponente zum Befüllen beziehungsweise eine Werkzeugkomponente zum Verschließen bilden, sind insbesondere als in dem Füll- und Verschließorgan 4 integrierte Komponenten ausgebildet. Eine mögliche Ausführungsform eines als derartiges Kombiwerkzeug ausgebildeten Füll- und Verschließorgans 4 ist beispielhaft in den Figuren 2 und 3 grob skizziert.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement 3 und das Verschließelement 5 zur Ausübung einer in Richtung der Vertikalachse VA der Behandlungsstation S, S‘ orientierten, gesteuerten Relativbewegung zueinander ausgebildet sind, und zwar derart, dass das Trägerelement 3 und das Verschließelement 5 aufgrund der gesteuerten Relativbewegung ausgehend von einer Ausgangsstellung weitere Stellungen relativ zueinander einnehmen, nämlich mindestens eine Füll- und Verschließstellung PV. In dem Beispiel der Figur 1 ist die Ausgangsstellung jeweils für die Behandlungsstation S dargestellt und die Füll- und Verschließstellung PV ist an der jeweiligen Behandlungsstation S‘ skizziert. Insbesondere ist das Behälterbehandlungssystem 1 dazu eingerichtet, die Behälter 2 an einer jeweiligen Behandlungsstation S, S‘ sowohl zu befüllen als auch zu verschließen. Insbesondere wird dabei in der Füll- und Verschließstellung PV zumindest eine Evakuierungsphase und/oder eine Spülphase und/oder eine Füllphase und/oder eine Beruhigungsphase ausgeführt sowie der Behälter 2 in einem Verschließvorgang mit einem Verschlussdeckel 6 verschlossen. Insbesondere muss also der Behälter während der Vorbehandlung in einer Evakuierungs- und Spülphase, der eigentlichen Füllphase sowie des Verschließens, bzw. Abdichten mittels eines Verschlussdeckels 6 nicht vertikal bewegt werden, da der jeweilige Behälter 2 für sämtliche vorgenannten Teilprozessschritte in der Füll- und Verschließstellung PV an der Behandlungsstation S verbleiben kann.
Figur 2 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsvariante eines in dem vorliegenden Behälterbehandlungssystems 1 zur Anwendung kommenden Füll- und Verschließorgans 4, bei dem ein zu behandelnder, insbesondere zu befüllender und zu verschließender Behälter 2 hierfür derart von der freiendseitigen Unterseite des Füll- und Verschließorgans 4 in dieses eingefahren werden kann, dass die Behältermündung 2.1 innerhalb einer gegenüber der äußeren Atomsphäre abdichtbaren Prozesskammer 17 angeordnet werden kann, um dort während des gesamten Füll- und Verschließvorganges, insbesondere während der Evakuierungsphase und/oder der Spülphase und/oder der Füllphase und/oder der Beruhigungsphase zu verbleiben.
Insbesondere ist der Behälter 2 dabei in seiner in Figur 2 gezeigten abgedichteten Füll- und Verschließstellung PV mittels des Trägerelements 3 bevorzugt gegen ein Dichtelement 33 in Dichtlage gedrückt, das eine Abgabeöffnung 37 für das flüssige Füllgut konzentrisch umschließt, wobei das Dichtelement 33 an einem quer zur Vertikalachse VA gesteuert und/oder geregelt verschiebbar innerhalb der Prozesskammer 17 aufgenommenen Schieberelementes 21 angeordnet ist.
Das Schieberelement 21 kann dabei zudem einen Flüssigkeitskanal 23 aufweisen, der unter Zwischenschaltung des Füllventils 4.1 über eine Füllgutleitung 24 mit einem Füllgutkessel 25 verbunden ist. Der Füllgutleitung 24 kann dabei ein Durchflussmesser 24.1 zugeordnet sein, mittels dem der über die Füllgutleitung 24 aus dem Füllgutkessel 25 dem Flüssigkeitskanal 23 zugeführte Volumenstrom an flüssigem Füllgut, Füllgutmenge pro Zeiteinheit, erfassbar ist. Neben dem Flüssigkeitskanal 23 kann das Schieberelement 21 auch einen Gaskanal 27 aufweisen, der über ein erstes Steuerventil SV1 sowie über eine erste Zufuhrleitung 29.1 und unter Zwischenschaltung eines dritten Steuerventils SV3 mit einer C02-Quelle 30 (z.B. dem Gasraum 25.1 des Füllgutkessels 25), über ein viertes Steuerventil SV4 mit einer Dampfquelle 34, sowie über ein fünftes Steuerventil SV5 mit einer Vakuumquelle 28 fluidisch verbunden ist.
Ferner ist die Prozesskammer 17 über eine zweite Zufuhrleitung 29.2 und unter Zwischenschaltung eines zweites Steuerventils SV2 oder des dritten Steuerventils SV3 mit der C02-Quelle 30 fluidisch verbindbar.
Dabei kann die abdichtbare Prozesskammer 17, vorzugweise der Flüssigkeitskanal 23 des Schieberelements 21 , zumindest einen Drucksensor DS zur Erfassung der in der Prozesskammer 17 vorherrschenden Ist-Druckwerte ausweisen.
Hierfür bildet der zumindest eine Drucksensor DS zusammen mit dem Füllventil 4.1 sowie zumindest einem der ersten bis fünften Steuerventile SV1... SV5 einen Regelkreis RK, insbesondere einen Druckregelkreis, aus, mittels dem zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist- Druckwerten Steuer- und/oder regelbar ist, wobei das Füllventil 4.1 und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile SV1... SV5 als Stellglied in dem Regelkreis RK, insbesondere in dem Druckregelkreis, vorgesehen sind.
Dabei kann die abdichtbare Prozesskammer 17, auch zumindest einen Temperatursensor TS zur Erfassung der in der Prozesskammer 17 vorherrschenden Ist-Temperaturwerte ausweisen. Beispielsweise ist der zumindest eine Temperatursensor im Flüssigkeitskanal 23 des Schieberelements 21 angeordnet. Dabei können die mittels des Temperatursensors TS erfassten Ist-Temperaturwerte als Regelgröße mit in die Regelung des Druckregelkreises einfließen. Dabei können bei einer Berücksichtigung, insbesondere einer Kombination der erfassten Ist-Druckwerte als auch der erfassten Ist-Temperaturwerte, Abkühl- und Kondensationseffekte in dem Behälter 2 kompensiert werden. Das Schieberelement 21 kann mittels eines Antriebs 40 für die Füllphase in eine Position unterhalb des Verschließelements 5, also im Wesentlichen in eine Position entlang der Vertikalachse VA, derart vorgeschoben werden, dass sowohl der Flüssigkeitskanal 23 als auch der Gaskanal 27 des Schieberelementes 21 seitlich an dem Füllventil 4.1 sowie dem ersten Steuerventil SV1 kontaktschlüssig und in Dichtlage anliegt.
Weiterhin kann das Schieberelement 21 mittels des Antriebs 40 für einen Verschließvorgang aus der zentrischen Position entlang der Vertikalachse VA seitlich derart zurückgezogen werden (also in eine von dem Füllventil 4.1 horizontal weggerichtete Richtung), dass das Verschließelement 5 nach unten, in Richtung der an dem Füll- und Verschließorgans 4 in Dichtlage angeordneten Behälter 2 frei verschiebbar ist.
Zum besseren Verständnis des Verschließvorgangs, bzw. der Verschließphase des gefüllten Behälters 2 mit dem Verschlussdeckel 6 ist in Figur 10 noch einmal das Zusammenwirken bzw. der Wirkmechanismus zwischen Trägerelement 3 und dem vertikal entlang der Vertikalachse VA bewegbaren Verschließelement 5 schematisch dargestellt.
Durch die gesteuerte Relativbewegung (angedeutet in Figur 10 mit dem strichliert gezeichneten Doppelpfeil) des Trägerelementes 3 und des Verschließelements 5 relativ zueinander wird der Abstand zwischen Trägerelement 3 und Verschließelement 5 gesteuert verändert.
Der befüllte und nun zu verschließende Behälter 2 ist während der Verschließphase zwischen Trägerelement 3 und Verschließelement 5 angeordnet, wobei sich zumindest die Position des Verschließelementes 5 während der Durchführung der verschiedenen, aufeinanderfolgenden Funktionsschritte „Abdichten“, „Befüllen“ und „Verschließen“ auch in Relation zum Behälter 2 ändert.
Durch die gesteuerte Relativbewegung wird der, während des Verschließvorganges erforderliche Anpressdruck zwischen Kronkorken 6 und Behälter 2 erzeugt. Dabei ist der Behälter 2 mit dem auf der Behältermündung 2.1 positionierten Kronkorken 6 zwischen Trägerelement 3 und Verschließelement 5 eingespannt, wobei das Verschließelement 5 eine, von oben auf den Kronkorken 6 und damit auch auf den Behälter 2 wirkende Verschließkraft Fy vermittelt bzw. ausübt. Der Behälter 2 wird durch das Trägerelement 3 mit einer der Verschließkraft Fy entgegenwirkenden, nach oben gerichteten Haltekraft Fy' gehalten, wobei die Verschließkraft Fy und die Haltekraft Fy' im Zusammenspiel das Anpressen des Kronkorkens 6 auf die Behältermündung 2.1 und das anschließende dichte Verschließen des Behälters 2 bewirken.
Wie aus der Figur 10 hervorgeht, sind Trägerelement 3 und/oder Verschließelement 5 hub- und senkbeweglich ausgebildet, und können daher einen Bewegungsweg entlang der Vertikalachse VA zurücklegen. Zur Einleitung der Vertikalbewegung auf das Verschließelement 5 kann dieses im Bereich einer freien, der Prozesskammer 17 abgewandten, Stirnseite mit einer Antriebseinrichtung 5.1 Zusammenwirken. Ferner erzeugen Trägerelement 3 und/oder Verschließelement 5 eine entlang der Vertikalachse VA orientierte Kraft, nämlich die senkrecht nach oben wirkende Haltekraft Fy‘ bzw. die senkrecht nach unten wirkende Verschließkraft Fy.
Die für das endgültige dichte Verschließen des Behälters mit dem Kronkorken 6 notwendige plastische Verformung des Kronkorkenrandes erfolgt durch ein zumindest teilweises Eintauchen des Kronkorkens 6 in den Ziehring 11.1 der Ziehringanordnung 11 .
Dazu kann beispielsweise der Ziehring 11.1 feststehend ausgebildet sein und der Behälter relativ zum Ziehring 11.1 nach oben bewegt werden. Alternativ kann der Ziehring 11.1 in vertikaler Richtung beweglich ausgebildet sein, wodurch sich dieser beispielsweise entlang der Vertikalachse VA relativ zum unbewegten Kronkorken 6 bzw. zum Behälter bewegt. Die mögliche Bewegung des Ziehringes 11.1 ist in Figur 10 durch den Doppelpfeil mit durchgezogener Linie angedeutet.
Alternativ bewegen sich sowohl Ziehring 11.1 , als auch Trägerelement 3 und Verschließelement 5.
Dabei kann das Verschließelement 5 insbesondere als Magnetstößel ausgebildet sein, der an seinem dem Trägerelement 3 zugewandten freien Ende den jeweils auf die Behältermündung 2.1 aufzupressenden Verschlussdeckel 6, insbesondere den Kronenkorken, magnetisch hält, bevor der Verschlussdeckel 6 mittels des Ziehringanordnung 11 an dem jeweiligen Behälter 2 fixiert wird.
Alternativ kann des Verschließelement 5 den Verschlussdeckel 6 auch durch die Kraftwirkung von Unterdrück halten.
Im Füllgutkessel 25 (Figur 2) sind während des Füllbetriebs ein oberer Gasraum 25.1 und ein unterer Flüssigkeitsraum 25.2 ausgebildet. Dient das Behälterbehandlungssystem 1 dabei zum Druckabfüllen des flüssigen Füllgutes in die Behälter 2, so ist der obere Gasraum 25.1 mit einem unter einem Fülldruck stehenden Inerertgas (C02-Gas) beaufschlagt. Der Druck des Inertgases ist gesteuert, bzw. geregelt. Das Füllgut wird dem Füllgutkessel 25 über eine nicht nähergehend dargestellte Versorgungsleitung zugeführt.
Ferner ist unterhalb der Abgabeöffnung 37 eine gesteuert und/oder geregelt betätigbare Fialsdichtungsvorrichtung 26 vorgesehen, mittels der der jeweilige Behälter 2 unterhalb seiner Behältermündung 2.1 im Bereich seines entsprechenden Behälterhals 2.2 abdichtbar ist und wodurch auch insbesondere die Prozesskammer 17 in der abgedichteten Füll- und Verschließstellung PV gegenüber der Umgebung abgedichtet wird. Da die Behältermündung 2.1 damit in der abgedichteten Füll- und Verschließstellung PV innerhalb der Prozesskammer 17 angeordnet ist, kann dies auch als ein Abdichten des Behälters 2 verstanden werden.
Unterschiedlich zu der Ausführungsvariante des Füll- und Verschließorgans 4 der Figur 2 weist die Ausführungsvariante des Füll- und Verschließorgans 4 der Figur 9 keine Zuführung für eine C02-Quelle 30 auf, sondern lediglich für eine Vakuumquelle 28 sowie eine Dampfquelle 34, so dass hier während der Spülphase und/oder die Beruhigungsphase eine reine Dampfbeaufschlagung sowohl des Behälters 2 als auch der Prozesskammer 17 erfolgt und keine Beimischung von C02 über die (nicht vorhandene) C02-Quelle 30.
Hierfür kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Füllen und Verschließen der Behältern 2 an dem Füll- und Verschließorgan 4 der Behandlungsstation S, S‘ vor dem Einleiten einer Füllphase zumindest der Innenraum des in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan 4 angeordneten Behälters 2 in einer Evakuierungsphase zunächst zumindest einmalig auf einen Unterdrück von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Restdruck evakuiert werden und anschließend in einer Spülphase mit einem Dampf und/oder dampfhaltigen Spülgas derart gespült werden, dass vor dem Öffnen des Füllventils 4.1 zum Befüllen des Behälters 2 mit dem flüssigen Füllgut der Spülgasdruck in dem Behälter 2 mindestens auf Atmosphärendruck erhöht wird, also ansteigt.
Anschließend wird in der eigentlichen Füllphase das Füllventil 4.1 geöffnet, so dass das flüssige Füllgut in den weiterhin in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan 4 angeordneten Behälter 2 einströmt. Nach Beendigung der Füllphase wird eine Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan 4 der Behandlungsstation S durchgeführt wird, in der die Prozesskammer 17 insbesondere oberhalb der Mündung des Behälters 2 mittels einem Dampf und/oder dampfhaltigen Gas auf einen Druck eingestellt wird, der auf einem C02-Sättigungsdruck des abgefüllten Füllgutes oder darüber liegt.
Wiederum nachfolgend wird der Behälter 2 nach der Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan 4 der Behandlungsstation S durch Aufpressen eines Verschlussdeckels 6 bei den während der Beruhigungsphase eingestellten Druckverhältnissen verschlossen, bevor der Innendruck der Prozesskammer 17 auf Atmosphärendruck entlastet wird.
Erfindungsgemäß wird dabei zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist-Druckwerten des Drucksensors DS gesteuert und/oder geregelt wird.
Hierfür bildet der zumindest eine Drucksensor DS zusammen mit dem Füllventil 4.1 sowie zumindest einem des ersten bis fünften Steuerventils SV1... SV5 einen Regelkreis RK, insbesondere einen Druckregelkreis, aus, mittels dem zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist- Druckwerten Steuer- und/oder regelbar ist, wobei das Füllventil 4.1 und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile SV1... SV5 als Stellglied in dem Regelkreis RK, insbesondere in dem Druckregelkreis, vorgesehen sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist dabei vorgesehen, dass das Behälterbehandlungssystem 1 dazu ausgebildet ist, die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase über vorauswählbare Druck-Kennlinien unter Einbindung des Regelkreises RK zu steuern und/oder zu regeln.
Vorzugsweise werden für den Regelkreis RK die von dem Drucksensor DS erfassten IST- Druckwerte an die Maschinensteuerung übermittelt und mit dort hinterlegten SOLL- Druckwerten verglichen und basierend darauf das Füllventil 4.1 und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile SV1 ... SV5 als Stellglied angesteuert. Der Drucksensor DS liefert hierbei für den Regelkreis RK den Regelparameter der Regelgröße. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass für den jeweiligen Beginn sowie das Ende der Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase Soll- Druckwerte festgelegt werden, die mit den jeweiligen IST-Druckwerten der aktuell durchgeführten Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase verglichen werden und bei Erreichen der Soll-Druckwerte ein unmittelbares Umschalten von der entsprechend aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerte Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase erfolgt.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase mehrfach durchgeführt wird, und zwar durch alternierendes hin- und herschalten zwischen der Evakuierungsphase und der Spülphase.
Damit wird sichergestellt, dass druckabhängig unmittelbar nach Erreichen eines vorbestimmten Soll-Druckwertes von der aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerten Phase im Füll- und Verschließprozess umgeschaltet wird, und zwar abhängig von den ermittelten IST-Druckwerten.
Mehr im Detail verläuft das Verfahren beispielsweise mit einem wie in Figur 2 dargestellten Füll- und Verschließorgan 4 wie folgt:
Wie aus der Figur 3 ersichtlich, wird zunächst das Verschließelement 5 zur beispielsweisen magnetischen Aufnahme eines Verschlussdeckels 6 in seine untere Position gefahren.
Das Schieberelement 21 befindet sich hierfür in seiner zurückgezogenen Position, in der das Verschließelement 5 axial frei beweglich entlang der Vertikalachse VA nach unten über die Abgabeöffnung 37 hinausgeschoben werden kann, um so den Verschlussdeckel 6 aufzunehmen, und zwar von der Verschlussdeckelzuführung 15.
Das Füllventil 4.1 sowie sämtliche Steuerventile SV1... SV5 sind hierbei geschlossen. Der Verschlussdeckel 6 kann dabei insbesondere magnetisch an dem Verschließelement 5 gehalten werden.
Der Verschlussdeckel 6 wird damit bei der anschließend noch nähergehend beschriebenen Dampfbehandlung vor und während des Verschließvorgangs sterilisiert.
Anschließend fährt das Verschließelement 5 samt des daran gehaltenen Verschlussdeckels 6 in seine angehobene Position. Anschließend wird das Schieberelement 21 unter das Verschließelement 5 kontaktschlüssig an das Füllventil 4.1 sowie das erste Steuerventil SV1 verfahren. Zudem wird anschließend der Behälter 2 auf dem Trägerelement 3 zentrisch unter dem Füll- und Verschließorgan 4 positioniert und durch Anheben des Trägerelements 3 in Dichtlage mit dem Füll- und Verschließorgan 4, insbesondere mit dem Schieberelement 21 gebracht (siehe Figur 4).
Anschließend wird die Fialsdichtungsvorrichtung 26 mit Druck beaufschlagt, so dass eine Abdichtung des Behälter 2 im Bereich seines Behälterhalses 2.2 gegenüber der Umgebung erfolgt (siehe Figur 5). Nachfolgend wird der Behälter 2 in vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Öffnen des ersten und fünften Steuerventils SV1 , SV5 in der Evakuierungsphase auf einen Wert von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 bar als Soll-Druckwert evakuiert. Die Ermittlung der Ist-Druckwerte erfolgt dabei mittels des Drucksensors DS, der diese für den Regelkreis RK zur Verfügung stellt.
Anschließend wird bei weiterhin geöffneten ersten Steuerventil SV1 das fünfte Steuerventil SV5 geschlossen und dabei gleichzeitig oder näherungsweise gleichzeitig das vierte Steuerventil SV4 zur Einleitung der Spülphase kurzzeitig geöffnet, und zwar druckgesteuert über den Regelkreis RK, bis in dem Behälter 2 ein Druckanstieg auf mindestens Atmosphärendruck erfolgt, so dass der Behälter mit Dampf aus der Dampfleitung 34 gespült wird. Eventuell wird hierbei etwas CO2 durch gesteuerte Öffnung des dritten Steuerventils SV3 zugeführt, um nachher sicherzustellen, dass der CÖ2-Druck in der Flasche in der Beruhigungsphase über den Sättigungsdruck des CO2 ansteigt. Diese Prozessschritte werden solange wiederholt, bis im Innenraum des Behälters 2 die gewünschte 02- Reduktion erreicht ist. Es erfolgt dabei also die Initiierung der Spül- und/oder Evakuierungsphase erfindungsgemäß druckgesteuert- und/oder geregelt in Abhängigkeit der von dem Drucksensor DS ermittelten Ist-Druckwerte. Zum Abschluss dieser Behandlungsphase ist der Behälter vorzugsweise vollständig mit Dampf gefüllt.
Wie der Figur 6 zu entnehmen ist, werden nun, zur Einleitung der Füllphase, das erste Steuerventil SV1 und das vierte Steuerventil SV4 geschlossen und das Füllventil 4.1 wird geöffnet, um dem Behälter 2 das Füllgut zuzuführen. Zudem wird bei geöffneten Füllventil 4.1 das zweite Steuerventil SV 2 geöffnet und die Prozesskammer 17 mit Spanngas aus dem C02- Quelle 30 beaufschlagt. Nach Beendigung des Füllvorgangs wird das Füllventil 4.1 wieder geschlossen, wobei die Menge des zugeführten Füllgutes über den volumetrischen Durchflussmesser 24.1 ermittelt wird. Alternativ dazu kann das Produkt jedoch auch aus einem Dosageraum schlagartig zugeführt werden. In diesem Fall erfolgt die volumetrische Messung bei der Zuführung des Füllgutes in den Dosageraum und nicht im Füllelement 4.
Während der Füllphase bzw. des Füllvorgangs kann optional der Behälter 2 durch geregeltes Öffnen des dritten Steuerventils SV3 mit CO2 beaufschlagt werden. Nach dem Schließen des Füllventils 4.1 setzt die Beruhigungsphase ein, in welcher sich das Getränk beruhigt und der Druck in dem Behälter 2 über den CÖ2-Sättigungsdruck ansteigt. Für die Aufrechterhaltung der Druckverhältnisse nach der Füllphase verbleibt in der anschließenden Beruhigungsphase das zweite Steuerventil SV2 zur Beaufschlagung der Prozesskammer 17 mit Spanngas geöffnet. Ferner wird das erste und dritte Steuerventil SV1, SV3 geöffnet, so dass ein Druckausgleich zwischen Behälter 2 und Prozesskammer 17 stattfindet. Es erfolgt dabei die Initiierung der Beruhigungsphase erfindungsgemäß druckgesteuert- und/oder geregelt in Abhängigkeit der von dem Drucksensor DS ermittelten Ist-Druckwerte. Noch bevor das Schieberelement 21 wieder zurückgeschoben wird, wird dabei das dritte Steuerventil SV3 geschlossen, während das erste und zweite Steuerventil SV1 , SV2 weiterhin geöffnet bleiben (Siehe Figur 7).
Anschließend wird auch das zweite Steuerventil SV2 bei noch weiterhin geöffneten ersten Steuerventil SV1 geschlossen und das Verschließelement 5 mit dem daran gehaltenen Verschlussdeckel 6 auf die Behältermündung 2.1 aufgesetzt und der weiter obenstehend im Zusammenhang der Figur 10 erläuterten Vorgehensweise zunächst auf den Behälter 2 mit der notwendigen Kraft aufgepresst, und dann durch plastische Verformung des Randes des Verschlussdeckels 6 dicht mit dem Behälter verbunden.
Schließlich wird bei weiterhin geöffneten ersten Steuerventil SV1 der Behälter 2 entlastet und nach unten über das Trägerelement 3 abgesenkt (Siehe Figur 8).
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass eine Vielzahl von Änderungen oder Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird. Der Inhalt der Patentansprüche wird zum Gegenstand der Beschreibung erklärt.
Bezugszeichenliste
1 Behälterbehandlungsvorrichtung
2 Behälter
2.1 Behältermündung
2.2 Behälterhals
3 Trägerelement
4 Füll- und Verschließorgan
4.1 Füllventil
5 Verschließelement
6 Verschlussdeckel
7 Höhenverstelleinrichtung
8 Trägerkranz 9 Maschinenkarussell
9.1 Karusselloberteil
9.2 Karussellunterteil 11 Ziehringanordnung
11.1 Ziehring
12 Maschinensockel
12.1 Standfuß
12.2 Maschinenfundament
13 Transferelement
14 Zentralsäule
15 Verschlussdeckelzuführung 17 Prozesskammer
21 Schieberelement
23 Flüssigkeitskanal
24 Füllgutleitung
24.1 Durchflussmesser
25 Füllgutkessel
25.1 Gasraum
25.2 Flüssigkeitsraum
26 Halsdichtungsvorrichtung 27 Gaskanal
28 Vakuumquelle
29.1 Zufuhrleitung
29.2 Zufuhrleitung 30 C02-Quelle
33 Dichtelement
34 Dampfquelle 37 Abgabeöffnung
Fy Verschließkraft
Fy‘ Haltekraft
DS Drucksensor
TS Temperatursensor MA Mittelachse PV Füll- und Verschließstellung RK Regelkreis VA Vertikalachse S Behandlungsstation SV1 ... SV5 erstes bis fünftes Steuerventil

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Füllen und Verschließen von Behältern (2) an einem Füll- und Verschließorgan (4) einer Behandlungsstation (S), bei dem an dem Füll- und Verschließorgan (4) eine abdichtbare Prozesskammer (17) mit zumindest einem Drucksensor (DS) zur Erfassung der in der Prozesskammer (17) vorherrschenden Ist-Druckwerten vorgesehen wird, bei dem vor dem Einleiten einer Füllphase zumindest der Innenraum des in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan (4) angeordneten Behälters (2) in einer Evakuierungsphase zunächst zumindest einmalig auf einen Unterdrück von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Restdruck evakuiert und anschließend in einer Spülphase mit einem Dampf und/oder dampfhaltigen Spülgas derart gespült wird, dass vor dem Öffnen des Füllventils (4.1 ) zum Befüllen des Behälters (2) mit dem flüssigen Füllgut der Spülgasdruck in dem Behälter (2) mindestens auf Atmosphärendruck erhöht wird, bei dem in der eigentlichen Füllphase das Füllventil (4.1 ) geöffnet wird und das flüssige Füllgut in den weiterhin in Dichtlage an dem Füll- und Verschließorgan (4) angeordneten Behälter (2) einströmt, bei dem nach Beendigung der Füllphase eine Beruhigungsphase an dem Füll- und Verschließorgan (4) der Behandlungsstation (S) durchgeführt wird, in der die Prozesskammer (17) insbesondere oberhalb der Mündung des Behälters (2) mittels einem Dampf und/oder dampfhaltigen Gas auf einen Druck eingestellt wird, der auf einem CO2- Sättigungsdruck des abgefüllten Füllgutes oder darüber liegt, bei dem der Behälter (2) nach der Beruhigungsphase noch an dem Füll- und Verschließorgan (4) der Behandlungsstation (S) durch Aufpressen eines Verschlussdeckels (6) bei den während der Beruhigungsphase eingestellten Druckverhältnissen verschlossen wird, bevor der Innendruck der Prozesskammer (17) auf Atmosphärendruck entlastet wird, und bei dem zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von erfassten Ist-Druckwerten des Drucksensors (DS) gesteuert und/oder geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass unter Einbindung des zumindest einen Drucksensors (DS) ein Regelkreis (RK) ausgebildet wird, mittels dem zumindest die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase in Abhängigkeit von den erfassten Ist-Druckwerten gesteuert und/oder geregelt werden, wobei das Füllventil (4.1 ) und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile (SV1 ... SV5) als Stellglied in dem Regelkreis (RK) vorgesehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase über vorauswählbare Druck-Kennlinien unter Einbindung des Regelkreises (RK) gesteuert und/oder geregelt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regelkreis (RK) die von dem Drucksensor (DS) erfassten Ist-Druckwerte an eine Maschinensteuerung übermittelt und mit dort hinterlegten Soll-Druckwerten verglichen werden und basierend darauf das Füllventil (4.1 ) und/oder zumindest eines der ersten bis fünften Steuerventile (SV1 ... SV5) als Stellglied angesteuert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den jeweiligen Beginn sowie das Ende der Evakuierungsphase und/oder der Spülphase und/oder der Beruhigungsphase Soll-Druckwerte festgelegt werden, die mit den jeweiligen Ist-Druckwerten der aktuell durchgeführten Evakuierungsphase und/oder der Spülphase und/oder der Beruhigungsphase verglichen werden und bei Erreichen der Soll- Druckwerte ein unmittelbares Umschalten von der entsprechend aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerte Evakuierungsphase und/oder die Spülphase und/oder die Beruhigungsphase durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Evakuierungsphase und/oder die Spülphase jeweils mehrfach durchgeführt werden, und zwar durch alternierendes hin- und herschalten zwischen der Evakuierungsphase und der Spülphase.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass druckabhängig unmittelbar nach Erreichen eines vorbestimmten Soll-Druckwertes von der aktuell durchgeführten, in die der aktuell durchgeführten, nachgelagerte Phase im Füll- und Verschließprozess umgeschaltet wird, und zwar abhängig von ermittelten Ist- Druckwerten des Drucksensors (DS).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Füll- und Verschließorgan (4) die mit Dampf beaufschlagten Bauteile aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und /oder Wärmekapazität hergestellt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2) in seiner abgedichteten Füll- und Verschließstellung (PV) mittels eines Trägerelements (3) gegen ein Dichtelement (33) in Dichtlage gedrückt wird, das eine Abgabeöffnung (37) für das flüssige Füllgut konzentrisch umschließt, wobei das Dichtelement (33) an einem quer zur Vertikalachse (VA) verschiebbar innerhalb der Prozesskammer (17) aufgenommenen Schieberelementes (21 ) angeordnet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schieberelement (21 ) ein Flüssigkeitskanal (23) ausgebildet wird, der unter Zwischenschaltung des Füllventils (4.1 ) über eine Füllgutleitung (24) mit einem Füllgutkessel (25) verbindbar ist.
11 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schieberelement (21 ) ein Gaskanal (27) ausgebildet wird, der über ein erstes Steuerventil (SV1 ) sowie über eine erste Zufuhrleitung (29.1 ) und unter Zwischenschaltung eines dritten Steuerventils (SV3) mit einer C02-Quelle (30), über ein viertes Steuerventil (SV4) mit einer Dampfquelle (34) und über ein fünftes Steuerventil (SV5) mit einer Vakuumquelle (28) fluidisch verbindbar ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesskammer (17) zumindest ein Temperatursensor (TS) zur Erfassung der in der Prozesskammer (17) vorherrschenden Ist-Temperaturwerte vorgesehen wird, die als Regelgröße mit in dem Regelkreis (RK) berücksichtigt werden.
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