Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit
einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, sowie ein Verfahren
zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.
Stand der Technik
[0002] Es ist bekannt, Behälter vor dem Befüllen mit einem Füllprodukt mit einem Prozessgas
zu behandeln, beispielsweise zu spülen und/oder vorzuspannen. So wird beispielsweise
bei der Abfüllung karbonisierter Getränke der zu befüllende Behälter mit seiner Behältermündung
druckdicht mit einem Füllorgan in Kontakt gebracht, mit einem Spanngas vorgespannt
und daraufhin mit dem Füllprodukt befüllt. Anschließend muss der im Behälter vorliegende
Überdruck in die Umgebung entlastet werden, bevor die Behältermündung vom Füllorgan
gelöst werden kann, um ein Überschäumen des Füllprodukts zu verhindern. Eine solche
Vorrichtung ist beispielsweise in der
EP 3 020 679 A1 beschrieben.
[0003] Für die Zufuhr des Prozessgases, die Ableitung desselben und eine etwaige Entlastung
benötigt das Füllsystem entsprechende Leitungen und Verbindungen zum Füllorgan. Um
das Füllsystem nach Möglichkeit für unterschiedliche Arten der Befüllung und unterschiedliche
Füllprodukte anwenden zu können, beispielsweise um karbonisierte und nicht-karbonisierte
Getränke mit dem gleichen Füllsystem abfüllen zu können, ist es wünschenswert, dass
sowohl Füllprozesse, die eine Behandlung der Behälter mit einem Prozessgas erfordern,
als auch solche ohne Erfordernis einer solchen Behandlung auf ein und derselben Maschine
durchführbar sind.
[0004] Im Fall eines Abfüllprozesses ohne Behandlung mit einem Prozessgas, beispielsweise
bei der Abfüllung nicht-karbonisierter Getränke, werden die oben genannten Leitungen
und Verbindungen zur Beförderung des Prozessgases nicht verwendet. Zumeist weisen
diese Leitungen und Verbindungen dann keinen definierten Zustand auf. Sie sind beispielsweise
über ein Ventil von einem Sterilbereich des Füllsystems getrennt oder mit produktführenden
Bereichen desselben verbunden, Entlastungskanäle können über einen Drehverteiler mit
einem Ventil von einer Drainage in die Umgebung abgetrennt sein, wobei jedoch die
Atmosphäre im Innern der nichtbenutzten Prozessgaskanäle veränderlich ist und nicht
überwacht wird.
[0005] Ein solcher undefinierter Zustand nicht genutzter Komponenten birgt ein gewisses
Risiko, insbesondere wenn sie nicht über eine sterile Barriere abgegrenzt sind. Dies
kann bei einer Leckage und über einen längeren Produktionszeitraum zu Wachstum von
produktschädigenden Keimen führen, was insbesondere bei der Abfüllung sensibler Produkte
(Low-Acid-Produkten) problematisch ist. So stellt beispielsweise die Verbindung über
den genannten Drehverteiler mit der Umgebung ohne eine sterile Barriere eine Schwachstelle
dar, da sie bei einer Leckage zum Eindringen und Wachstum von produktschädigenden
Keimen führen kann.
Darstellung der Erfindung
[0006] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Prozesssicherheit einer
Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt zu verbessern.
[0007] Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung
der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
[0008] Die Vorrichtung gemäß der Erfindung dient zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt.
Besonders bevorzugt findet die Vorrichtung Anwendung im Bereich der Lebensmittelindustrie,
da die Prozesssicherheit und Hygiene in diesem Fall von großer Bedeutung sind. Als
Füllprodukte kommen vorzugsweise Getränke in Betracht, wie beispielsweise Wasser (still
oder karbonisiert), Softdrinks, Bier, Wein, Säfte oder Mischgetränke.
[0009] Die Vorrichtung ist für unterschiedliche Arten der Befüllung und unterschiedliche
Füllprodukte geeignet; insbesondere ist die Vorrichtung in einer Betriebsart mit Prozessgasbehandlung
und einer Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung betreibbar. Eine solche Behandlung
vor und/oder nach dem Befüllen des Behälters mit dem Füllprodukt kann etwa zum Zweck
des Spülens des Behälters (Reinigung, Desinfektion usw.), zum Vorspannen des Behälters
oder aus anderen Gründen erfolgen, die hierin allgemein unter die Bezeichnung "Prozessgasbehandlung"
subsumiert werden. So lassen sich durch ein Spülen und/oder Vorspannen der Behälter
mit einem Gas, vorzugsweise Inertgas, beispielsweise sauerstoffempfindliche Produkte
schonen. Für eine Prozessgasbehandlung kommen Gase wie beispielsweise CO
2 oder Stickstoff in Betracht.
[0010] Die Vorrichtung weist zumindest eine Prozessgasleitung auf, die eingerichtet ist,
um die Behälter in der Betriebsart mit Prozessgasbehandlung mit einem Prozessgas zu
beaufschlagen, vorzugsweise zu spülen und/oder vorzuspannen.
[0011] Die Vorrichtung weist ferner zumindest einen Sterilmediumzulauf, der eingerichtet
ist, um ein Sterilmedium in die Prozessgasleitung einzuleiten, sowie ein oder mehrere
Absperrventile auf, die eingerichtet sind, um die Prozessgasleitung in der Betriebsart
ohne Prozessgasbehandlung so abzusperren, dass das über den Sterilmediumzulauf eingebrachte
Sterilmedium in der Prozessgasleitung verbleibt. In anderen Worten, das eine oder
die mehreren Absperrventile sind vorgesehen, um die Prozessgasleitung in der Betriebsart
ohne Prozessgasbehandlung gegen die äußere Umgebung zu verschließen, wobei die Bezeichnung
"äußere Umgebung" in diesem Fall relativ zum Innenraum der Prozessgasleitung zu sehen
ist; d.h. etwaige Vorrichtungskomponenten wie beispielsweise ein Produkttank oder
eine andere Prozessgasquelle, an welche die Prozessgasleitung angebunden sein kann,
sind als äußere Umgebung bezüglich der Prozessgasleitung anzusehen.
[0012] Die Einleitung des Sterilmediums in die Prozessgasleitung erfolgt über den genannten
Sterilmediumzulauf, der ein eigenes Ventil, beispielsweise als Absperrventil ausgeführt,
aufweisen kann. Allerdings kann die Einleitung des Sterilmediums auch über bereits
vorhandene Anschlüsse erfolgen. Auch bei einer solchen synergetischen Nutzung eines
Anschlusses, fällt dieser unter die Bezeichnung "Sterilmediumzulauf".
[0013] Als Sterilmedium kommen verschiedene Gase und/oder Flüssigkeiten in verschiedenen
Zuständen sowie Kombinationen verschiedener Medien in Betracht, beispielsweise Sterilluft,
Sterilwasser, Dampf, Kondensat und dergleichen.
[0014] Vorzugsweise verbleibt das Sterilmedium in der Prozessgasleitung, so lange sich die
Vorrichtung in der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung befindet. Allerdings kann
Sterilmedium, sofern erforderlich, auch nachgefüllt und/oder ausgetauscht werden,
während sich die Vorrichtung in der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung befindet.
[0015] Die vorstehende Beschreibung der Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem
Füllprodukt nimmt keinen Bezug auf etwaige Füllorgane, da diese für die Definition
der Prozessgasleitung und jener technischen Mittel, die sie im Fall der Nichtbenutzung
in einen definierten, sterilen Zustand versetzen, nicht erforderlich sind. Es versteht
sich allerdings, dass die Vorrichtung zumindest ein Füllorgan (üblicherweise eine
Vielzahl von Füllorganen) aufweist, das eingerichtet ist, um das Füllprodukt in einen
entsprechenden zu befüllenden Behälter einzuleiten.
[0016] Durch den beschriebenen Aufbau der Prozessgasleitung mit zumindest einem Sterilmediumzulauf
und zumindest einem Absperrventil (vorzugsweise mehreren Absperrventilen) lassen sich
die prozessgasführenden Komponenten der Vorrichtung in einen definierten, sterilen
Zustand versetzen, wenn sie nicht benötigt werden, d.h. wenn sich die Vorrichtung
in der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung befindet. Damit wird das Risiko einer
Verunreinigung, insbesondere einer Keimbildung, im Innern der Prozessgasleitung minimiert,
wodurch sich die Prozesssicherheit der Vorrichtung insgesamt verbessert.
[0017] Es sei darauf hingewiesen, dass Bezeichnungen wie "Prozessgasleitung", "Füllorgan",
"Behälter" und dergleichen der sprachlichen Einfachheit halber oft im Singular verwendet
werden. Der Plural ist jedoch mitumfasst, sofern dieser nicht explizit oder aus technischen
Gründen ausgeschlossen ist. Ferner bedeuten die Bezeichnungen "Anbindung", "Verbindung",
"Einmündung" usw. einer fluidführenden Komponente an/in eine andere fluidführende
Komponente, dass eine mechanische Verbindung zwischen beiden Komponenten besteht und
ein Fluidaustausch in zumindest einer Richtung, vorzugsweise in beiden Richtungen,
zwischen diesen Komponenten möglich ist.
[0018] Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner auf: einen Produkttank zur Aufnahme des
Füllprodukts, das dann bis zu einem Füllniveau im Produkttank vorliegt, wobei der
Produkttank oberhalb des Füllniveaus einen mit dem Prozessgas gefüllten Kopfraum aufweist
und die Prozessgasleitung an den Produkttank angebunden und eingerichtet ist, um das
Prozessgas in der Betriebsart mit Prozessgasbehandlung aus dem Kopfraum des Produkttanks
zu beziehen. In diesem Fall ist zumindest eines der Absperrventile vorzugsweise im
Bereich der Anbindung der Prozessgasleitung an den Produkttank installiert. In anderen
Worten, das entsprechende Absperrventil ist vorzugsweise so montiert, dass es die
Prozessgasleitung bei Nichtbenutzung vom Innern des Produkttanks trennen bzw. absperren
kann.
[0019] In diesem Fall dient der Produkttank neben der Bereitstellung des Füllprodukts synergetisch
als Prozessgasquelle, wodurch die Vorrichtung besonders kompakt ausgebildet werden
kann. Ferner kann dadurch im Fall CO
2-haltiger Füllprodukte einer Entbindung des CO
2 aus dem Füllprodukt entgegengewirkt werden, insbesondere wenn die Gasatmosphäre im
Kopfraum des Produkttanks einen Überdruck im Vergleich zum Umgebungsdruck, d.h. Normaldruck
bzw. Atmosphärendruck, aufweist.
[0020] Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner auf: zumindest ein Füllorgan, welches über
eine Produktleitung an den Produkttank angebunden und eingerichtet ist, um das Füllprodukt
über die Produktleitung aus dem Produkttank zu beziehen und in einen entsprechenden
zu befüllenden Behälter einzuleiten, wobei die Prozessgasleitung an das Füllorgan
angebunden und das Füllorgan eingerichtet ist, um das Prozessgas (in der Betriebsart
mit Prozessgasbehandlung) in einen entsprechenden Behälter einzuleiten. In diesem
Fall wird vorzugsweise ein weiteres der Absperrventile durch das Füllorgan gebildet
oder ist in diesem integriert oder daran angebunden. Somit kann das Füllorgan selbst
bzw. seine Ventilstruktur als Absperrventil für die Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung
genutzt werden, wodurch sich der maschinenbauliche Aufwand der Vorrichtung verringert.
[0021] Vorzugsweise weist die Vorrichtung ein Karussell auf, das gegenüber einem stationären
Anlagenteil rotierbar ist, wobei die Füllorgane an einem Außenumfang des Karussells
montiert sind. In anderen Worten, die Vorrichtung ist vorzugsweise in Rundläuferbauweise
ausgeführt. Der Füll- und/oder Behandlungsprozess erfolgt dann während eines Transports
der Behälter entlang einer kreisförmigen Trajektorie über einen bestimmten Behandlungswinkel.
Die Behälter werden in diesem Fall auf übliche Weise von Behälteraufnahmen aufgenommen
und mit der Behältermündung unterhalb eines entsprechenden Füllorgans platziert. Für
den Füll- und/oder Behandlungsprozess werden das Füllorgan und die Mündung des entsprechenden
Füllorgans vorzugsweise in einen druckdichten, d.h. zumindest flüssigkeitsdichten
und vorzugsweise gasdichten, Kontakt gebracht. Dies kann durch Absenken des Füllorgans
auf den Behälter und/oder Anheben des Behälters gegen das Füllorgan erfolgen. In diesem
Fall kann ein Spülen und/oder Vorspannen des Behälters mit einem Prozessgas sowie
Füllen unter Über- oder Unterdruck erfolgen. Um die Prozesssicherheit zu erhöhen,
können die Füllorgane mit je einer Zentrierglocke ausgestattet sein, um leichter eine
definierte Relativposition zwischen Behälter und Auslass des Füllorgans für den Behandlungs-
und/oder Füllprozess zu erreichen. Sofern die Vorrichtung eine Betriebsart des Freistrahlfüllens
bereitstellt, ist ein druckdichter Kontakt zwischen Füllorgan und Behälter nicht unbedingt
erforderlich.
[0022] Vorzugsweise umfasst die zumindest eine Prozessgasleitung: eine Prozessgaszuleitung,
die eingerichtet ist, um Prozessgas in einen entsprechenden Behälter einzuleiten;
und eine Prozessgasableitung, die eingerichtet ist, um Prozessgas aus dem entsprechenden
Behälter abzuleiten. Neben der Einleitung des Prozessgases in die Behälter ist es
wünschenswert, das benutzte Prozessgas auf kontrollierte Art und Weise abzuleiten.
Hierbei kann es sich beispielsweise um Prozessgas handeln, welches während der Befüllung
vom Füllprodukt verdrängt wird oder im Fall eines Überdruckfüllens bei einer Entlastung
abzuleiten ist. Die Prozessgasableitung kann das benutzte Prozessgas beispielsweise
in die äußere Umgebung oder an eine Aufbereitung zur vollständigen oder teilweisen
Wiederverwendung ableiten. Um die Prozesssicherheit der Vorrichtung weiter zu erhöhen,
ist es sinnvoll sowohl die Prozessgaszuleitung als auch die Prozessgasableitung bei
Nichtbenutzung in einen definierten, sterilen Zustand zu versetzen.
[0023] Vorzugsweise umfasst die Prozessgaszuleitung: eine oder mehrere Radialzuleitungen,
die so an den Produkttank angebunden sind, dass sie das Prozessgas in der Betriebsart
mit Prozessgasbehandlung aus dem Kopfraum des Produkttanks beziehen, wobei der zumindest
eine Sterilmediumzulauf vorzugsweise an einer der Radialzuleitungen installiert ist,
und eine Ringzuleitung, in welche die Radialzuleitungen einmünden, wobei das zumindest
eine Füllorgan so an die Ringzuleitung angebunden ist, dass es aus der Ringzuleitung
mit Prozessgas versorgt wird. Die Radialzuleitungen verlaufen somit ausgehend vom
Produkttank radial nach außen und münden in eine Ringzuleitung ein, die vorzugsweise
konzentrisch zum Umfang des Karussells verläuft. Je eines der Absperrventile ist in
diesem Fall vorzugsweise im Bereich der Anbindung der entsprechenden Radialzuleitung
an den Produkttank installiert. In anderen Worten, ein oder mehrere der Absperrventile
sind vorzugsweise so montiert, dass sie die Prozessgasleitung bei Nichtbenutzung vom
Innern des Produkttanks trennen bzw. absperren können, indem die entsprechenden Radialzuleitungen
relativ zum Produkttank abgesperrt werden. Auf diese Weise wird eine zuverlässige
und maschinenbaulich kompakte Leitungsstruktur für die Prozessgaszuleitung aufgebaut,
die sich mit geringen zusätzlichen Maßnahmen in der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung
isolieren und in einen definierten, sterilen Zustand versetzen lässt.
[0024] Vorzugsweise umfasst die Prozessgasableitung: eine oder mehrere Radialableitungen
und eine Ringableitung, in welche die Radialableitungen einmünden, wobei das zumindest
eine Füllorgan so an die Ringableitung angebunden ist, dass das Prozessgas aus dem
entsprechenden Behälter über das Füllorgan in die Ringableitung eingeleitet und aus
dieser über die Radialableitungen abtransportiert wird. Auf diese Weise wird eine
zuverlässige und maschinenbaulich kompakte Leitungsstruktur für die Prozessgasableitung
aufgebaut, die sich mit geringen zusätzlichen Maßnahmen in der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung
isolieren und in einen definierten, sterilen Zustand versetzen lässt.
[0025] Vorzugsweise sind die Ringzuleitung und die Ringableitung über eine Verbindung, die
ein Absperrventil umfasst, miteinander verbunden. Die Verbindung zwischen den beiden
Ringleitungen ermöglicht auf einfache Weise eine Reinigung der Leitungen. Darüber
hinaus kann die Verbindung genutzt werden, um die Ringleitungen auf einfache Weise
mit Sterilmedium zu beaufschlagen, da sie dadurch einen verbundenen Raum ausbilden,
anstelle von zwei separaten Leitungen im Fall der Prozessgaszuführung und Prozessgasabgabe.
[0026] Vorzugsweise sind die Radialableitungen an einen Verteiler, vorzugsweise Drehverteiler,
angebunden, der eingerichtet ist, um das Prozessgas aus den Radialableitungen zu sammeln
bzw. zu vereinigen und abzuleiten, wobei der Verteiler zumindest eines der Absperrventile
aufweist, das so eingerichtet ist, dass die Radialableitungen von einer Drainage in
die Umgebung abtrennbar sind. So lässt sich zuverlässig verhindern, dass Verunreinigungen
aus der Umgebung über die Prozessgasableitung in die Prozessgasleitung eindringen,
insbesondere wenn die Prozessgasableitung im Fall der Rundläuferbauweise über einen
Drehverteiler erfolgt.
[0027] Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung
gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten gelöst. Das Verfahren
weist auf: Versetzen der Vorrichtung in die Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung
durch Schließen des einen oder der mehreren Absperrventile und Einleiten des Sterilmediums
über den zumindest einen Sterilmediumzulauf in die Prozessgasleitung, so dass das
Sterilmedium in der Prozessgasleitung verbleibt, vorzugsweise so lange sich die Vorrichtung
in der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung befindet. Selbstverständlich kann Sterilmedium,
sofern erforderlich, nachgefüllt und/oder ausgetauscht werden, während sich die Vorrichtung
in der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung befindet.
[0028] Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in
Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren.
[0029] Vorzugsweise wird das Sterilmedium unter Druck gesetzt, so dass es in der Prozessgasleitung
einen Überdruck relativ zum Umgebungsdruck, d.h. Atmosphärendruck oder Normaldruck,
aufweist. Auf diese Weise kann das Risiko einer Verunreinigung und/oder Keimbildung
noch weiter reduziert werden, da etwaige Partikel oder Keime im Fall einer Leckage
tendenziell nach außen gespült werden.
[0030] Vorzugsweise werden der Druck und/oder die Temperatur des Sterilmediums in der Prozessgasleitung
mittels eines oder mehrerer Sensoren überwacht. Somit kann die Aufrechterhaltung des
definierten, sterilen Zustands der Prozessgasleitung überwacht werden. Insbesondere
lässt sich das Auftreten einer etwaigen Leckage feststellen, und es können entsprechende
Maßnahmen (Inspektion, Reparatur, Wartung, Reinigung der Vorrichtung und/oder dergleichen)
vorgenommen werden. Für die Überwachung des Sterilmediums kann eine bereits vorhandene
Sensorik, beispielsweise ein Temperatursensor am Füllorgan, synergetisch genutzt oder
eine eigene Sensorik installiert werden.
[0031] Vorzugsweise umfasst das Sterilmedium Dampf, insbesondere lebensmittelechten Dampf.
Eine Beeinträchtigung der Eigenschaften des Füllprodukts bei einer etwaigen Leckage
kann auf diese Weise ausgeschlossen oder zumindest minimiert werden.
[0032] Das Sterilmedium wird vorzugsweise so eingeleitet, dass die Prozessgasleitung mit
(heißem) Dampf beaufschlagt und durch Abkühlung des Dampfs nach und nach mit Kondensat
gefüllt wird. Der Dampfdruck bleibt dabei vorzugsweise dauerhaft anstehen und setzt
die Prozessgasleitung dadurch unter Druck. Die Kombination aus Dampfdruck und Kondensat
erlaubt eine zuverlässige und schonende Sterilhaltung der Prozessgasleitung.
[0033] Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante wird das Sterilmedium vorzugsweise so
eingeleitet, dass die Prozessgasleitung mit einem Kondensat gefüllt und anschließend
mit einem Dampfdruck beaufschlagt wird. Dadurch wird der thermische Eintrag in das
Füllprodukt reduziert.
[0034] Das Sterilmedium umfasst vorzugsweise Sterilgas, beispielsweise steril filtrierte
Luft. Nach der Beaufschlagung der Prozessgasleitung mit Sterilgas wird der Sterilmediumzulauf
geschlossen und vorzugsweise der Druck in der Prozessgasleitung überwacht. Fällt der
Druck zu stark ab, d.h. unterschreitet er einen Schwellwert, deutet dies auf eine
Leckage hin, woraufhin entsprechende Maßnahmen (Inspektion, Reparatur, Wartung, Reinigung
der Vorrichtung und/oder dergleichen) vorgenommen werden können.
[0035] Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die darin beschriebenen Merkmale können
alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale
umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitende Zeichnung.
Kurze Beschreibung der Figur
[0036] Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende
Beschreibung der Figur näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer Vorrichtung zum Befüllen
von Behältern mit einem Füllprodukt.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele
[0037] Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figur 1 beschrieben,
die eine schematische, dreidimensionale Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Befüllen
von Behältern, die in der Figur 1 nicht dargestellt sind, mit einem Füllprodukt zeigt.
Die Vorrichtung 1 ist mehrfach geschnitten dargestellt, um einen Einblick in das Innere
derselben zu ermöglichen.
[0038] Die Vorrichtung 1 ist beispielhaft in Rundläuferbauweise ausgeführt und umfasst zu
diesem Zweck ein Karussell 10, das gegenüber einem nicht näher dargestellten stationären
Anlagenteil rotierbar gelagert ist und von einem ebenfalls nicht dargestellten Antrieb
in Drehung versetzt werden kann.
[0039] Die Vorrichtung 1 umfasst mehrere Füllorgane 20, wobei in der Figur 1 der Übersichtlichkeit
halber nur zwei Füllorgane 20 gezeigt sind, die an einem Außenumfang des Karussells
10 montiert und eingerichtet sind, um das Füllprodukt jeweils in einen Behälter einzuleiten.
Die Behälter werden zu diesem Zweck von Behälteraufnahmen (in der Figur 1 nicht dargestellt)
aufgenommen und mit der Behältermündung unterhalb eines entsprechenden Füllorgans
20 platziert.
[0040] Als Füllprodukte kommen insbesondere Getränke in Betracht, wie beispielsweise Wasser
(still oder karbonisiert), Softdrinks, Bier, Wein, Säfte oder Mischgetränke.
[0041] Jedes Füllorgan 20 weist ein Füllventil 21 und einen Auslass 22 auf. Für den Behandlungsprozess
mit einem Prozessgas und für den Füllprozess werden der Auslass 22 des Füllorgans
20 und die Behältermündung vorzugsweise in einen druckdichten, d.h. zumindest flüssigkeitsdichten
und vorzugsweise auch gasdichten, Kontakt gebracht. Dies kann durch Absenken des Füllorgans
20 auf den Behälter und/oder Anheben des Behälters gegen das Füllorgan 20 erfolgen.
In diesem Fall kann ein Spülen und/oder Vorspannen des Behälters mit einem Prozessgas
sowie Füllen unter Über- oder Unterdruck erfolgen. Um die Prozesssicherheit zu erhöhen,
können die Füllorgane 20 mit je einer Zentrierglocke ausgestattet sein, um leichter
eine definierte Relativposition zwischen Behälter und Auslass 22 des Füllorgans 20
für den Behandlungs- und/oder Füllprozess zu erreichen.
[0042] Sofern die Vorrichtung 1 eine Betriebsart des Freistrahlfüllens bereitstellt, ist
ein druckdichter Kontakt zwischen Füllorgan 20 und Behälter nicht unbedingt erforderlich.
Das Freistrahlfüllen kommt hierbei typischerweise ohne eine Vorbehandlung der Behälter
mit einem Prozessgas durch die Vorrichtung 1 aus.
[0043] Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Produkttank 30 auf, der als stationärer oder
rotierbarer Zentralkessel ausgeführt sein kann. Der Produkttank 30 umfasst eine Verteilervorrichtung
31, über die der Produkttank 30 mit dem abzufüllenden Füllprodukt versorgt wird. Zu
diesem Zweck umfasst die Verteilervorrichtung 31 eine Produktzuleitung 31a. Die Produktzuleitung
31a kann über die gesamte Länge einen im Wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitt
bzw. Durchmesser aufweisen. Alternativ kann sich die Produktzuleitung 31a im unteren
Bereich aufweiten, wodurch ein Diffusor 31b ausgebildet wird, der die Aufschäumungsneigung
des Füllprodukts beim Einbringen in den Produkttank 30 vermindert.
[0044] Ferner kann die Verteilervorrichtung 31 eine Sterilbarriere 31c, vorzugsweise eine
Dampfsperre umfassen.
[0045] Der Produkttank 30 weist einen Kopfraum 30a oberhalb des Füllniveaus des Füllprodukts
auf, in dem sich vorzugsweise eine Gasatmosphäre befindet, welche die gewünschten
Eigenschaften des Füllprodukts nicht oder nur wenig beeinflusst. Die Gasatmosphäre
kann einen im Vergleich zum Normaldruck (=Atmosphärendruck) Überdruck aufweisen. Im
Fall CO
2-haltiger Füllprodukte beispielsweise ist der Produkttank 30 vorzugsweise über die
Medienzuleitung durch eingeleitetes Gas mit einem Überdruck beaufschlagt, um einer
Entbindung des CO
2 aus dem Füllprodukt entgegenzuwirken.
[0046] Der Produkttank 30 ist vorzugsweise von zylindrischer Form und weist einen Boden,
in der Figur 1 der Übersichtlichkeit halber teilweise weggelassen, eine mantelförmige
Seitenwand sowie einen Deckel auf, die einteilig oder mehrteilig die Wandung des Produkttanks
30 bilden. Der Boden kann zumindest teilweise nach innen gewölbt sein, um das Füllprodukt
in Richtung auf Anbindungen 41 von Produktleitungen 40, über welche die Füllorgane
20 mit dem Füllprodukt versorgt werden, zu leiten. Die Anbindungen 41 befinden sich
vorzugsweise in einem radial äußeren Bereich des Produkttanks 30, d.h. in der Nähe
der Seitenwand.
[0047] Die Produktleitungen 40 können mit Sensoren, wie beispielsweise einem Durchflussmessgerät,
einem Temperatursensor usw., Ventilen, Zuleitungen für Dosagekomponenten und dergleichen
ausgestattet sein, die in der Figur 1 teilweise gezeigt sind.
[0048] Die Vorrichtung 1 ist ferner ausgestattet, um die Behälter vor dem Befüllen mit dem
Füllprodukt mit einem Prozessgas zu behandeln. Eine Behandlung kann in besonderen
Fällen auch im Anschluss an das Befüllen erfolgen, wobei dann nicht der gesamte Behälter,
sondern nur der Kopfraum desselben mit dem Prozessgas beaufschlagt wird. Eine solche
Behandlung vor und/oder nach dem Befüllen kann etwa zum Zweck des Spülens des Behälters
(Reinigung, Desinfektion usw.), zum Vorspannen des Behälters oder aus anderen Gründen
erfolgen, die hierin allgemein unter die Bezeichnung "Prozessgasbehandlung" subsumiert
werden. So lassen sich durch ein Spülen und/oder Vorspannen der Behälter mit einem
Gas, vorzugsweise Inertgas, beispielsweise sauerstoffempfindliche Produkte schonen.
Für eine Prozessgasbehandlung kommen Gase wie beispielsweise CO
2 oder Stickstoff in Betracht.
[0049] Das Prozessgas wird ebenfalls über die Füllorgane 20 in die entsprechenden Behälter
eingeleitet. Die Füllorgane 20 werden dabei über Prozessgaszuleitungen 51 mit dem
Prozessgas versorgt.
[0050] Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 umfassen die Prozessgaszuleitungen 51 mehrere
Radialzuleitungen 52 und eine Ringzuleitung 53, in welche die Radialzuleitungen 52
einmünden. Die Füllorgane 20 werden aus der Ringzuleitung 53 mit Prozessgas versorgt.
Die Radialzuleitungen 52 beziehen das Prozessgas aus dem Kopfraum 30a des Prozesstanks
30 und sind zu diesem Zweck über den Deckel des Prozesstanks 30 an diesen angebunden.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dieses Leitungsschema gemäß der Figur 1 zur
Versorgung der Füllorgane 20 mit Prozessgas nur beispielhaft ist. So kann das Prozessgas
auch aus einer anderen Prozessgasquelle bezogen und/oder über anders strukturierte
Leitungen den Füllorganen 20 bzw. den Behältern zugeführt werden.
[0051] Das aus den Behältern zu entfernende Prozessgas, das beispielsweise nach einem Spülen
abzuleiten ist, während der Befüllung vom Füllprodukt verdrängt wird und/oder im Fall
eines Überdruckfüllens bei einer Entlastung abzuleiten ist, wird über Prozessgasableitungen
54 abtransportiert. Die Prozessgasableitungen 54 sind eingerichtet, um das nicht mehr
benötigte Prozessgas abzutransportieren, beispielsweise in die Umgebung freizusetzen
oder einer Aufbereitung zur vollständigen oder teilweisen Wiederverwendung zuzuführen.
[0052] Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 umfassen die Prozessgasableitungen 54 mehrere
Radialableitungen 55 und eine Ringableitung 56, in welche die Radialableitungen 55
einmünden. Das Prozessgas wird aus den Behältern in die Ringableitung 56 eingeleitet
und aus dieser über die Radialableitungen 55 abtransportiert. Die Radialableitungen
55 sind mit einem Drehverteiler 57, der ein Absperrventil 59 der Prozessgasableitung
umfasst, verbunden. Die Prozessgasableitungen 54 sind somit über den Drehverteiler
57 von einer etwaigen Drainage in die Umgebung abtrennbar. Es sei jedoch darauf hingewiesen,
dass dieses Leitungsschema gemäß der Figur 1 zur Entlastung der Behälter bzw. zum
Abtransport des Prozessgases nur beispielhaft ist. Das Prozessgas kann auch auf andere
Weise und über anders strukturierte Leitungen abtransportiert werden.
[0053] Die Prozessgaszuleitungen 51 und Prozessgasableitungen 54, inklusive der entsprechenden
Radial- und Ringleitungen 52, 53, 55, 56, sowie Verbindungen, Verzweigungen und dergleichen
seien hierin unter die Bezeichnung "Prozessgasleitung(en) 50" oder "prozessgasführende
Komponenten", die in der Figur 1 schraffiert dargestellt sind, subsumiert.
[0054] Die Ringleitungen 53 und 56 sind über eine Verbindung 60 mit einem Absperrventil
61 miteinander verbunden. Die Verbindung 60 zwischen den beiden Ringleitungen 53 und
56 ermöglicht eine Reinigung der Leitungen. Darüber hinaus kann die Verbindung 60
genutzt werden, um die Ringleitungen 53 und 56 auf einfache Weise mit Sterilmedium
zu beaufschlagen, da sie dadurch einen verbundenen Raum ausbilden, anstelle von zwei
separaten Leitungen im Fall der Prozessgaszuführung und Prozessgasabgabe.
[0055] Füllprozesse ohne Prozessgasbehandlung, dies gilt beispielsweise für die Abfüllung
nicht-karbonisierter Getränke, werden von der Vorrichtung 1 in einer Betriebsart ohne
Prozessgasbehandlung durchgeführt. Analog werden Füllprozesse mit Prozessgasbehandlung,
dies gilt beispielsweise für die Abfüllung karbonisierter Getränke, von der Vorrichtung
1 in einer Betriebsart mit Prozessgasbehandlung durchgeführt.
[0056] Um zu vermeiden, dass es im Fall eines längeren Produktionszeitraums in der Betriebsart
ohne Prozessgasbehandlung zu einem Befall und Wachstum von produktschädigenden Keimen
in der Prozessgasleitung 50 oder zu einer andersartigen Verunreinigung kommt, werden
diese vollständig oder zumindest zum Teil in einen definierten Zustand überführt,
in dem sie mit einem Sterilmedium, d.h. einem sterilen oder sterilisierenden Medium,
beaufschlagt und vorzugsweise unter Druck gesetzt werden.
[0057] Zu diesem Zweck sind Absperrventile vorgesehen, die eingerichtet sind, um die Prozessgaszuleitungen
51 und/oder Prozessgasableitungen 54 in der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung
gegenüber der Prozessgasquelle und der äußeren Umgebung abzusperren. Die Absperrung
auf der Seite der Füllorgane 20 kann durch die Füllorgane 20 selbst, d.h. durch darin
integrierte oder daran angebundene Ventile, erfolgen. Die Absperrung der Prozessgaszuleitungen
51 auf der Seite der Prozessgasquelle erfolgt durch ein oder mehrere Ventile 58 der
Prozessgaszuleitung. Die Absperrung der Prozessgasableitung erfolgt mittels des erwähnten
Ventils 59 der Prozessgasableitung oder mehrerer solcher Ventile.
[0058] Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist jeweils ein Ventil 58 der Prozessgaszuleitung
an jeder Radialzuleitung 52 im Bereich der Anbindung an den Produkttank 30 vorgesehen,
so dass die Radialzuleitungen 52 vom Kopfraum 30a des Produkttanks 30 getrennt bzw.
abgesperrt werden können.
[0059] Die Einleitung des Sterilmediums in die Prozessgasleitungen 50 erfolgt über einen
Sterilmediumzulauf. Das Sterilmedium kann von unten, zwischen Ventil 59 und Drehverteiler
57 mit einem zusätzlichen Ventil erfolgen, oder alternativ über die Verteilervorrichtung
31, etwa zwischen dem Absperrventil 58 und der Ringleitung 53 über ein zusätzliches
Ventil. Allerdings kann die Einleitung des Sterilmediums auch über bereits vorhandene
Anschlüsse, wie beispielsweise die Füllorgane 20, das/die Ventil(e) 59 der Prozessgasableitung
und dergleichen, erfolgen. Auch bei einer solchen synergetischen Nutzung eines Anschlusses,
fällt dieser unter die Bezeichnung "Sterilmediumzulauf" .
[0060] Als Sterilmedium kommen verschiedene Gase und/oder Flüssigkeiten in verschiedenen
Zuständen sowie Kombinationen verschiedener Medien in Betracht, beispielsweise Sterilluft,
Sterilwasser, Dampf, Kondensat und dergleichen.
[0061] Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Prozessgasleitungen 50, d.h. die während
der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung ungenutzten Bereiche, mit lebensmittelechtem
Dampf beaufschlagt. Über die Zeit kühlt der Dampf ab und die Prozessgasleitungen 50
werden mit Kondensat gefüllt. Der Dampfdruck bleibt dabei dauerhaft anstehen und setzt
die Prozessgasleitungen 50 dadurch unter Druck. Die Überwachung auf etwaige Leckagen
kann beispielsweise über eine Temperaturüberwachung erfolgen. Hierfür kann eine bereits
vorhandene Sensorik, beispielsweise ein Temperatursensor am Füllorgan 20, synergetisch
genutzt oder eine eigene Sensorik installiert werden.
[0062] Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel werden die Prozessgasleitungen 50 mit
Kondensat gefüllt und anschließend mit Dampfdruck beaufschlagt. Dadurch wird der thermische
Eintrag in das Füllprodukt reduziert, im Vergleich zum vorstehend genannten Ausführungsbeispiel.
Die Überwachung auf etwaige Leckagen kann erneut über eine Temperaturüberwachung erfolgen.
[0063] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Prozessgasleitungen 50 mit einem
Sterilgas, beispielsweise steril filtrierter Luft, beaufschlagt werden. Anschließend
wird das Ventil des Sterilmediumzulaufs geschlossen und der Druck im Leitungssystem
der prozessgasführenden Komponenten überwacht. Fällt der Druck zu stark ab, d.h. unterschreitet
er einen Schwellwert, deutet dies auf eine Leckage hin, woraufhin entsprechende Maßnahmen
(Inspektion, Reparatur, Wartung, Reinigung der Vorrichtung 1 und/oder dergleichen)
vorgenommen werden können.
[0064] Durch den beschriebenen Aufbau der Prozessgasleitungen 50 sowie die Methode, diese
während der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung mit einem Sterilmedium zu beaufschlagen,
werden die prozessgasführenden Komponenten in einen definierten, sterilen Zustand
versetzt, auch wenn sie nicht benötigt werden. Damit wird das Risiko einer Verunreinigung,
insbesondere Keimbildung, bei einer möglichen Leckage minimiert. Wird im Innern des
Leitungssystems der prozessgasführenden Komponenten zudem ein Überdruck erzeugt, kann
das Risiko einer Verunreinigung noch weiter reduziert werden, da etwaige Partikel
oder Keime im Fall einer Leckage tendenziell nach außen gespült werden. Eine Beeinträchtigung
der Eigenschaften des Füllprodukts ist durch eine Verwendung von lebensmittelechtem
Dampf oder steril filtrierter Luft bei einer etwaig auftretenden Leckage ausgeschlossen.
[0065] Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen
dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich
der Erfindung zu verlassen.
Bezuqszeichenliste
[0066]
- 1
- Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt
- 10
- Karussell
- 20
- Füllorgan
- 21
- Füllventil
- 22
- Auslass
- 30
- Produkttank
- 30a
- Kopfraum
- 31
- Verteilervorrichtung
- 31a
- Produktzuleitung
- 31b
- Diffusor
- 31c
- Sterilbarriere
- 40
- Produktleitung
- 41
- Anbindung
- 50
- Prozessgasleitung
- 51
- Prozessgaszuleitung
- 52
- Radialzuleitung
- 53
- Ringzuleitung
- 54
- Prozessgasableitung
- 55
- Radialableitung
- 56
- Ringableitung
- 57
- Drehverteiler
- 58
- Absperrventil der Prozessgaszuleitung
- 59
- Absperrventil der Prozessgasableitung
- 60
- Verbindung Prozessgaszuleitung und Prozessgasableitung
- 61
- Absperrventil
1. Vorrichtung (1) zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in
einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung (1) in einer Betriebsart mit Prozessgasbehandlung
und einer Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung betreibbar ist und aufweist:
zumindest eine Prozessgasleitung (50), die eingerichtet ist, um die Behälter in der
Betriebsart mit Prozessgasbehandlung mit einem Prozessgas zu beaufschlagen, vorzugsweise
zu spülen und/oder vorzuspannen;
zumindest einen Sterilmediumzulauf, der eingerichtet ist, um ein Sterilmedium in die
Prozessgasleitung (50) einzuleiten; und
ein oder mehrere Absperrventile (58, 59), die eingerichtet sind, um die Prozessgasleitung
(50) in der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung so abzusperren, dass das über den
Sterilmediumzulauf eingebrachte Sterilmedium in der Prozessgasleitung (50) verbleibt.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist:
einen Produkttank (30) zur Aufnahme des Füllprodukts, das bis zu einem Füllniveau
im Produkttank (30) vorliegt, wobei der Produkttank (30) oberhalb des Füllniveaus
einen mit dem Prozessgas gefüllten Kopfraum (30a) aufweist und die Prozessgasleitung
(50) an den Produkttank (30) angebunden und eingerichtet ist, um das Prozessgas in
der Betriebsart mit Prozessgasbehandlung aus dem Kopfraum (30a) des Produkttanks (30)
zu beziehen, wobei
vorzugsweise zumindest eines der Absperrventile (58) im Bereich der Anbindung der
Prozessgasleitung (50) an den Produkttank (30) installiert ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist:
zumindest ein Füllorgan (20), welches über eine Produktleitung (40) an den Produkttank
(30) angebunden und eingerichtet ist, um das Füllprodukt über die Produktleitung (40)
aus dem Produkttank (30) zu beziehen und in einen entsprechenden zu befüllenden Behälter
einzuleiten, wobei
die Prozessgasleitung (50) an das Füllorgan (20) angebunden und das Füllorgan (20)
eingerichtet ist, um das Prozessgas in den entsprechenden Behälter einzuleiten, und
ein weiteres Absperrventil durch das Füllorgan (20) gebildet, in diesem integriert
oder daran angebunden ist.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Karussell (10) aufweist, das gegenüber einem stationären Anlagenteil rotierbar
ist, und dass zumindest ein Füllorgan (20) an einem Außenumfang des Karussells (10)
montiert ist, so dass die Vorrichtung (1) in Rundläuferbauweise ausgeführt ist.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Prozessgasleitung (50) umfasst:
eine Prozessgaszuleitung (51), die eingerichtet ist, um Prozessgas in einen entsprechenden
Behälter einzuleiten; und
eine Prozessgasableitung (54), die eingerichtet ist, um Prozessgas aus dem entsprechenden
Behälter abzuleiten.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgaszuleitung (51) umfasst:
eine oder mehrere Radialzuleitungen (52), die an den Produkttank (30) angebunden und
eingerichtet sind, um das Prozessgas in der Betriebsart mit Prozessgasbehandlung aus
dem Kopfraum (30a) des Produkttanks (30) zu beziehen, wobei der zumindest eine Sterilmediumzulauf
vorzugsweise an einer der Radialzuleitungen (52) installiert ist, und
eine Ringzuleitung (53), in welche die Radialzuleitungen (52) einmünden, wobei das
zumindest eine Füllorgan (20) so an die Ringzuleitung (53) angebunden ist, dass es
aus der Ringzuleitung (53) mit Prozessgas versorgt wird, und
vorzugsweise je eines der Absperrventile (58) im Bereich der Anbindung der entsprechenden
Radialzuleitung (52) an den Produkttank (30) installiert ist.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgasableitung (54) umfasst:
eine oder mehrere Radialableitungen (55) und eine Ringableitung (56), in welche die
Radialableitungen (55) einmünden, wobei das zumindest eine Füllorgan (20) an die Ringableitung
(56) angebunden und eingerichtet ist, um das Prozessgas aus dem entsprechenden Behälter
über das Füllorgan (20) in die Ringableitung (56) einzuleiten und aus dieser über
die Radialableitungen (55) abzutransportieren.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringzuleitung (53) und die Ringableitung (56) über eine Verbindung (60), die
ein Absperrventil (61) umfasst, miteinander verbunden sind.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialableitungen (55) an einen Verteiler, vorzugsweise Drehverteiler (57), angebunden
sind, der eingerichtet ist, um das Prozessgas aus den Radialableitungen (55) zusammenzuführen
und abzuleiten, wobei der Verteiler zumindest eines der Absperrventile (59) aufweist,
das so eingerichtet ist, dass die Radialableitungen (55) von einer Drainage in die
Umgebung abtrennbar sind.
10. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei
das Verfahren umfasst:
Versetzen der Vorrichtung (1) in die Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung durch Schließen
des einen oder der mehreren Absperrventile (58, 59) und Einleiten des Sterilmediums
über den zumindest einen Sterilmediumzulauf in die Prozessgasleitung (50), so dass
das Sterilmedium in der Prozessgasleitung (50) verbleibt, vorzugsweise so lange sich
die Vorrichtung (1) in der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung befindet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sterilmedium unter Druck gesetzt wird, so dass es in der Prozessgasleitung (50)
einen Überdruck relativ zum Umgebungsdruck aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und/oder die Temperatur des Sterilmediums in der Prozessgasleitung (50)
mittels eines oder mehrerer Sensoren überwacht werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sterilmedium Dampf, vorzugsweise lebensmittelechten Dampf, umfasst.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einleiten des Sterilmediums so erfolgt, dass die Prozessgasleitung (50) mit Dampf
beaufschlagt und durch Abkühlung des Dampfs nach und nach mit Kondensat gefüllt wird,
wobei der Dampfdruck vorzugsweise dauerhaft aufrechterhalten wird, vorzugsweise so
lange sich die Vorrichtung (1) in der Betriebsart ohne Prozessgasbehandlung befindet,
oder
das Einleiten des Sterilmediums so erfolgt, dass die Prozessgasleitung (50) mit einem
Kondensat gefüllt und anschließend mit einem Dampfdruck beaufschlagt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sterilmedium ein Sterilgas, vorzugsweise steril filtrierte Luft, oder Steilwasser
umfasst.