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EP3650402B1 - Verfahren zum gegendruckfüllen von behältern und füllsystem eines gegendruckfüllers - Google Patents

Verfahren zum gegendruckfüllen von behältern und füllsystem eines gegendruckfüllers Download PDF

Info

Publication number
EP3650402B1
EP3650402B1 EP19202253.1A EP19202253A EP3650402B1 EP 3650402 B1 EP3650402 B1 EP 3650402B1 EP 19202253 A EP19202253 A EP 19202253A EP 3650402 B1 EP3650402 B1 EP 3650402B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filling
container
gas
filling element
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP19202253.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3650402A1 (de
Inventor
Holger Mueller
Juergen Soellner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krones AG
Original Assignee
Krones AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krones AG filed Critical Krones AG
Priority to SI201930453T priority Critical patent/SI3650402T1/sl
Publication of EP3650402A1 publication Critical patent/EP3650402A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3650402B1 publication Critical patent/EP3650402B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/06—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure
    • B67C3/08—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure and subsequently lowering the counterpressure

Definitions

  • the present invention relates to a method for filling containers with a liquid under increased pressure and a filling system of a counter-pressure filler for carrying out the method.
  • the mouths of the containers to be filled are pressed essentially gas-tight during the filling process against an outlet of the filling element used, so that the filling product enters the container under increased pressure Container can be introduced.
  • the container to be filled can be lifted by means of a suitable movement device and pressed against the filling element, ie the outlet of the filling element used, as is the case, for example, in the German Offenlegungsschrift DE 41 34 446 A1 is described.
  • the filling element can be lowered onto the mouth of the container until a gas-tight contact is made, as for example in the German Offenlegungsschrift DE 41 01 891 A1 is described.
  • sealing means and centering means it can be ensured that the outlet opening is placed in the exact position on the mouth of the container to be filled and is kept essentially gas-tight during the filling process.
  • DE 27 22 274 B1 discloses a device for relieving the head pressure in the liquid-free container head during counter-pressure filling, in which a ring-shaped vent gap is produced by means of a lifting device, through which the gas in the head space to be vented escapes in a controllable manner.
  • the container Before filling, the container can be pre-flushed with a rinsing gas, for example nitrogen or carbon dioxide, particularly in the case of oxygen-sensitive products. By filling in the liquid under increased pressure, the pressure in the container also increases continuously.
  • the containers can be prestressed to a prestressing pressure via a stressing gas channel with a stressing gas, in particular with carbon dioxide the container is then filled with the product, in particular a carbonated product, under constant pressure.
  • the pressurized headspace of the container is vented through a relief path and associated relief valve relieved.
  • the relief generally takes place at the ambient pressure.
  • the filling element is pulled off the mouth of the container or the container is lowered so that the filled container can be removed from the filling machine, for example a filler carousel.
  • a filling system of a counter-pressure filler is for example in figure 1 shown.
  • the filling element 100 is arranged in a height-adjustable manner on a holding device 152 .
  • the filling element 100 has already been lowered with the outlet opening 130 of a pressure sleeve 128 onto the mouth 145 of the container 140 to be filled.
  • the container 140 is positioned below the filling element 100 by means of a container holding device 150, for example by means of a gripping element in the form of a neck handling clamp.
  • the figure 1 FIG. 12 also shows a Cleaning-In-Place (CIP) device 180, by means of which the filling element 100 can be cleaned.
  • CIP Cleaning-In-Place
  • the container 140 is prestressed to the prestressing pressure via a prestressing gas channel 160 and an associated prestressing gas valve 170 before the start of the filling process. Then the filling valve 110 of the filling element 100 is opened by moving the valve rod 115 . Due to the upward movement of the valve rod 115, the closure part 125 of the filling valve 110 is pulled back from its valve seat 120, so that the liquid to be filled in can enter the pressure sleeve 128 and the container 140 through the filling channel 105 past the closure part 125. Since the opening of the valve seat 120 has a smaller cross section than the channel present in the pressure sleeve 128, the liquid enters the container 140 through the opening 145 as a free jet.
  • the prestressing gas escapes laterally past the filling valve 110 through the prestressing gas channel 160 and via the prestressing gas valve 170.
  • carbon dioxide used as prestressing gas can be recovered in this way and returned to a storage container. It is also known to return the pressurized gas to a gas space above the product to be filled, for example to a ring bowl. In this way, the container can be filled under constant pressure.
  • the biasing gas can also escape in other ways or partially remain in the container.
  • the headspace of the filled container which is under increased pressure, is relieved by means of the relief valve 165 .
  • the relief valve is opened after the filling valve 110 has been closed, so that the preload gas located in the head space can expand via the preload channel 160 and the relief valve 165 .
  • the relief channel for relieving the headspace of the container before lifting the filling element 100 is partially identical to the preload channel.
  • the relief takes place at ambient pressure, separate relief paths are provided in the usual filling systems, via which the preload gas can escape from the headspace.
  • the relief paths require space inside the filler carousel and must also be integrated into the cleaning circuit.
  • a separate track must be provided in the media distributor, which increases the installation and maintenance costs.
  • the connection is made from the media distributor via several distribution lines that end in a ring channel.
  • the filling valves are connected individually from this ring channel. In order to be able to grant an individual relief for each filling element, each filling element must be equipped with its own relief valve.
  • the object of the present invention to provide a method for filling containers with a liquid under increased pressure and a filling system of a counter-pressure filler for carrying out the method, which avoid the disadvantages described above.
  • a relief of the headspace of the filled container should be made possible without high installation and maintenance costs.
  • the cleaning of the filling system should be simplified.
  • the present invention is the The object is to provide a method and a filling system for bottling, in particular, carbonated beverages that can be used with high hygienic standards and without high maintenance costs.
  • a method for filling containers with a liquid under increased pressure with the steps: creating a substantially gas-tight contact between a container opening of a container to be filled and an outlet opening of a filling element, in particular by pressing the container opening the outlet port; Preloading the container to be filled with a preload gas until a preload pressure is reached by means of a gas connection of the filling element; filling the container with the liquid by means of a filling valve of the filling element; and separating, in particular pulling off, the container opening from the outlet opening after completion of the filling process; wherein the contact between the container opening and the outlet opening is temporarily broken at least once before the container opening is separated or pulled off, in order to bring about an at least partial relief of the preload pressure.
  • the containers can be bottles or cans, for example.
  • an increased pressure is to be understood as meaning a pressure which is above the ambient pressure.
  • the liquid can in particular be a liquid foodstuff, for example a drink.
  • emulsions or suspensions can also be filled in under increased pressure.
  • liquid products that are not foodstuffs for example cosmetic products, cleaning products or the like, can also be filled into the containers under pressure.
  • the container opening for example the mouth of a bottle
  • an outlet opening of a filling element is first pressed against an outlet opening of a filling element, as a result of which an essentially gas-tight contact is produced.
  • this pressing can take place by raising the container and/or lowering the filling element.
  • the filling element can belong to a multiplicity of filling systems designed as a rotary machine along a circumference.
  • the outlet opening of the filling element is shaped and arranged accordingly in order to be able to ensure a substantially gas-tight contact.
  • a substantially gas-tight contact is to be understood here and in the following as a mechanical contact which blocks gas from escaping even under the filling pressure prevailing during the filling process.
  • the outlet opening of the filling element can be attached to a pressure sleeve provided separately for this purpose, such as for example in the figure 1 shown, be provided, the pressure sleeve can be exchanged as a format part when changing to a different type of container.
  • the container to be filled is preloaded with a preloading gas to a preloading pressure above ambient pressure before the start of the filling process.
  • the bias gas for example, on the in the figure 1 shown tensioning gas channel, introduced under pressure into the container until the desired pretensioning pressure is reached. The introduction takes place via a gas connection of the filling element.
  • the biasing gas is or preferably comprises an inert gas such as carbon dioxide.
  • the preload pressure can be selected according to the filling pressure.
  • the counter-pressure filling can take place with a constant pressure that is given by the preload pressure.
  • the prestressing gas is successively fed back out of the container via the prestressing gas channel during filling and is stored, for example, in a gas space above a supply of liquid.
  • the container and the pressurized gas channel and store for example a ring store, form a communicating system in pressure equilibrium for the product to be filled.
  • the container is then filled with the liquid by opening the filling valve of the filling element, it being possible for devices to be provided which ensure filling with a desired filling quantity.
  • devices A variety of such devices are known in the prior art and will therefore not be described in detail here.
  • a probe can be inserted into the container as a filling level sensor, which reports that a desired filling level has been reached.
  • a return gas pipe in particular with a connection to the pressurized gas channel, can also be provided, which is inserted into the container and defines the maximum filling level through its lower end.
  • filling can take place according to the free jet principle, i.e. in particular without a return gas pipe.
  • the desired filling quantity can be guaranteed by means of flow sensors or filling quantity portioning.
  • a correction of the filling quantity can be provided by controlled refilling.
  • the container opening is separated from the outlet opening, for example by pulling it off, so that the filled container can finally be removed for further processing.
  • the removal takes place by lowering the container and/or raising the filling element or filling valve.
  • the gas-tight contact between the container opening and the outlet opening is temporarily broken at least once before the container opening is finally separated, in order to bring about an at least partial relief of the preload pressure.
  • the container and/or the filling element or parts of the filling element are moved at least once in such a way that the container opening and outlet opening are temporarily separated from one another by a gap or a gap to such an extent that a part of the gas present in the head space of the container, which is under increased pressure, in particular pre-pressurizing gas, can escape.
  • This part of the gas in the headspace i.e. in the volume of the container above the filling level inside the container, escapes directly into the environment.
  • the contact is only temporarily broken and then restored again, so that a liquid in the container that is foaming due to the spontaneous pressure drop can calm down again before the contact is broken again or finally.
  • the contact can be temporarily canceled and restored several times before the container opening is finally separated from the outlet opening. This allows the headspace to be successively vented to near ambient pressure or all the way to ambient pressure, resulting in little foaming of the filled product upon final separation.
  • the contact can be eliminated by moving the filling element and/or the container relative to each other.
  • the relative movement takes place in particular along a longitudinal axis of the container or the filling element.
  • the filling element can be lifted pneumatically from the container opening.
  • compressed air can be selectively introduced into chambers provided for this purpose by means of a control and/or regulating unit of the filling machine in order to cause a displacement of the filling element.
  • the filling element can be raised mechanically, for example by means of a servo motor or a cam.
  • the contact can be canceled by temporarily lifting the filling element from the container opening, with the movement of the filling element being limited by a mechanical lock during lifting.
  • the container can be held immovably along the longitudinal axis of the container by a corresponding receiving and/or holding device, while suitable devices are provided to enable displacement of the filling element along the longitudinal axis.
  • the filling element can be raised along the longitudinal axis by blowing compressed air into a chamber provided for this purpose, until a correspondingly designed element, for example a locking element, of the filling element is brought into mechanical engagement with the mechanical lock.
  • the mechanical lock limits the relative movement of the filling element and thus the width of the annular gap that forms at the container opening when the contact is removed. In this way, the rate at which headspace pressure is relieved can be effectively limited.
  • the contact can be temporarily canceled repeatedly before the container opening is finally separated or lifted from the outlet opening.
  • Each momentary cessation of contact causes a further release of pressure in the headspace of the container.
  • the biasing gas can be or include carbon dioxide, in particular, with the liquid being in particular a carbonated beverage.
  • the carbonated drink can be beer, sparkling wine, soft drinks or the like.
  • the use of carbon dioxide as a prepressurizing gas on the one hand displaces oxygen and other foreign gases from the container to be filled, on the other hand maintains the carbonic acid content of the beverage filled in during the filling process.
  • the use of carbon dioxide or another inert gas, such as nitrogen, as or as part of a biasing gas also increases the shelf life of the filled product.
  • the biasing gas can be partially recovered via the gas connection during the filling process.
  • a corresponding pressurized gas valve can be opened during the filling process, so that part of the pressurized gas can flow back out of the container via the pressurized gas valve, for example into a reservoir. In this way, the need for bias gas can be reduced.
  • the methods described can also be used to fill containers with a weakly acidic beverage.
  • Low-acid beverages such as milk or plant-based milk alternatives, generally require higher hygiene standards than, for example, carbonated beverages.
  • the methods described can also be used for filling such weakly acidic beverages can be used, as the difficult-to-clean discharge channels of conventional bottlers are no longer required.
  • a filling system of a counter-pressure filler for carrying out one of the methods described above, the filling system comprising: at least one filling element with an outlet opening which can be pressed in a substantially gas-tight manner against a container opening of a container to be filled, the filling element having a Gas connection for the bias gas and a filling valve for the liquid; and at least one receiving and/or holding device for the container to be filled; wherein the filling element and/or the receiving and/or holding device are designed to be movable relative to one another along an axis, in particular a longitudinal axis of the container, such that the outlet opening of the filling element and the container opening can be brought into contact for filling; a lifting device being provided which is designed to temporarily eliminate the contact between the outlet opening and the container opening by moving the filling element and/or the receiving and/or holding device along the axis.
  • the outlet opening can be formed in a correspondingly shaped pressure sleeve of the filling element.
  • an outlet opening of the filling valve itself can be brought into gas-tight contact with the container opening.
  • the outlet opening is shaped and arranged accordingly in order to ensure the required gas tightness under the filling pressure in contact with the respective container opening.
  • the gas connection for the preload gas can have a preload gas valve that can be opened in a controlled manner to preload the container.
  • a tensioning gas channel can be connected to the gas connection, which can be connected, for example, to a reservoir for the tensioning gas or to a gas space above the filling product in a reservoir for the liquid to be filled.
  • the receiving and/or holding device for the container to be filled can be designed in such a way that the container can be lifted to press against the outlet opening.
  • the receiving and/or holding device can be designed to be fixed in the axial direction, with the filling element being correspondingly lowered in order to establish contact between the outlet opening and the container opening.
  • the receiving and/or holding device can, for example, have a gripping element, in particular for neck handling of plastic bottles.
  • the lifting device can in particular be designed in such a way that it can move the filling element and/or the receiving and/or holding device along the axis in a controlled manner.
  • the lifting device can act pneumatically on the filling element and/or the receiving and/or holding device, with suitable pressure chambers, supply lines, discharge lines, valves, pumps and the like being provided in order to compensate for the relative displacement of the filling element and the receiving and/or holding device to effect.
  • mechanical means for example control curves, levers and/or motors, can be provided which bring about the relative displacement, for example depending on an angular position of the filling element with respect to a filling machine designed as a rotary machine.
  • the filling element can be designed to be relatively movable along the axis, with the lifting device being designed to lift the filling element from the container opening in order to break the contact.
  • the receiving and/or holding device for the container to be filled can be designed to be stationary, in particular with respect to an axial movement.
  • the filling element Due to the fact that the complete filling element is moved in the axial direction, a larger cross-sectional area is available in this further development, on which a gas pressure of a pneumatically operated lifting device can act, for example in a pressure chamber. As a result, the filling element can also be lifted off the container opening against the filling pressure that presses the filling valve onto it. According to a special development, the filling valve itself can be pressed against the container opening instead of the previously mentioned pressure sleeve. The filling valve is thus also temporarily lifted from the container opening with the filling element.
  • the filling valve can be designed as a so-called free jet valve, in which case, in particular, a valve seat of the filling valve can be arranged set back from the outlet opening.
  • a valve seat of the filling valve can be arranged set back from the outlet opening.
  • the gas connection of the filling element can have a tension gas valve, which is arranged at the height of the valve seat when viewed in the direction of the axis.
  • An arrangement at the level of the valve seat is to be understood here as meaning that the tensioning gas valve is within an axial distance less than 2 cm from the valve seat.
  • the radial distance, ie the distance perpendicular to the axis referred to above, of the compressed gas valve can be less than 2 cm.
  • the filling element can have a mechanical lock, in particular a switchable one, for limiting the movement of the filling element during death.
  • a mechanical lock in particular a switchable one, for limiting the movement of the filling element during death.
  • a cam can be provided which limits the lifting of the filling element along the axis. Since only a small stroke is required to relieve the headspace by temporarily lifting the filling element from the container opening, the mechanical lock can be switched on after the filling element has been lowered onto the container opening and switched off after the filling process has been completed, so that the filling element can finally be lifted off the container opening can. The switching of the mechanical lock can take place, for example, via a cam control.
  • the filling system can also include at least one connection for compressed air, the filling element being designed in such a way that it can be lifted pneumatically from the container opening via the compressed air connection.
  • the compressed air can be ambient air or a suitable gas such as nitrogen.
  • the filling system can have one or more controllable valves, which can be opened and closed by means of a control and/or regulating unit of the filling system in order to supply or discharge the compressed air.
  • Appropriate inlet and outlet lines for the compressed air can be provided, as is generally known. Due to the larger cross section of the filling element, even a low compressed air pressure is sufficient to lift the filling element pneumatically.
  • the present invention also provides a counter-pressure filler with a multiplicity of filling systems according to one of the developments described above, which further comprises a control and/or regulating unit which is designed to repeatedly cancel the contact between the outlet opening and the container opening before relief occurs ambient pressure takes place.
  • the relief to ambient pressure can take place in particular by finally separating the outlet opening and the container opening.
  • the control and/or regulation unit can be designed, for example, as a programmable logic controller that determines the number and frequency of the relative movements of the filling element and container as a function of the filling product, the filling pressure and/or the type of container.
  • the filling systems described can be designed explicitly without a separate relief channel or without a relief valve, so that on the one hand the installation effort is reduced and on the other hand complex cleaning systems can be dispensed with.
  • the counter-pressure filler described is therefore also suitable for filling containers with weakly acidic beverages.
  • Figures 3 to 7 show the sequence of a method for filling containers according to the present invention.
  • a filling element 200 according to the present invention is shown schematically. Like the one in the figure 1 illustrated conventional filling element also has the filling element according to the invention a filling valve 210 with a closure part 225 which can be withdrawn from its valve seat 220 by means of a valve rod 215 as indicated by the double arrow.
  • the present invention is not limited to the illustrated development of the filling valve and can use other known filling valves.
  • the one in the figure 2 Filling element shown no separate pressure sleeve is provided. Instead, the filling valve 210 is lowered with its outlet opening 230 directly onto the container opening 145 of the container 140 to be filled.
  • the opening of the filling valve 220 itself is surrounded by an annular opening through which preload gas can be introduced into the container 140 via the preload gas channel 260 .
  • the gas present in the container at the beginning of the filling process escapes via this opening and the compressed gas channel 260 during filling of the container with the filling product.
  • the filling product is filled into the container 140 as a free jet via a filling channel 205 past the valve seat 220 .
  • a pressure sleeve can be provided between the filling valve 210 and the mouth of the container 140 .
  • the biasing gas channel 260 is equipped with a valve 270 which can be opened and closed in a controlled manner so that the introduction of biasing gas into the container and the escape of gas from the container can be controlled.
  • the pressure prevailing in the container during the filling process can be adjusted by means of the valve 270 .
  • the control of the valve 270 can be taken over by a control and/or regulation unit 285 of the filling system.
  • the control and/or regulation unit 285 can be, for example, a programmable logic controller with a processor and at least one storage medium.
  • the one in the figure 2 However, no relief valve is provided for the filling element shown, via which the headspace of the filled container could be relieved before the container is removed.
  • the filling element shown has a lifting device 290, by means of which the entire filling element 200 can be moved pneumatically along a longitudinal axis of the filling element or of the container.
  • lifting device 290 is provided above a holding device 252, which is in particular vertically fixed, for filling element 200, lifting device 290 being fixedly connected to holding device 252, while filling element 200 can move vertically within lifting device 290.
  • the lifting device 290 comprises supply lines 291 and 293 for compressed air, which are connected to corresponding annular chambers 292 and 294.
  • a compressed air supply and/or one or more pumps can be provided in order to pressurize the supply lines 291 and 293 with compressed air in a targeted manner.
  • the supply lines 291 and 293 can serve as discharge lines at the same time.
  • the control of the valves or the compressed air supply via the supply lines 291 and 293 can also be taken over by the control and/or regulating unit 285 .
  • the connection of the tensioning gas channel 260 to the filling element is designed in such a way that the vertical mobility of the filling element is ensured.
  • Appropriately designed sealing elements can be used for this purpose and/or part of the pressurized gas channel can be designed to be flexible.
  • the surface of the generally cylindrical filling element 200 has ring-shaped projections 295 in the form of a ring-shaped shoulder, bar or the like, which can move vertically in a cylindrical cavity of the lifting device 290 .
  • two extensions 295 are provided, between which a sealing ring 296 is arranged, which separates the upper pressure chamber 292 from the lower pressure chamber 294 in a gas-tight manner.
  • Part of the gas in the head space of the container can escape through this annular gap, which causes a partial relief of the gas pressure in the head space.
  • the contact between the filling element and the container opening 145 can be restored, so that the liquid in the container can calm down again. This process can be carried out repeatedly, it being possible to determine how far the gas pressure in the headspace is relieved via the height of the lifting movement and the duration of the elimination of the contact.
  • the present invention is not limited to the illustrated development with a pneumatic lifting device, but can also be implemented using mechanical lifting devices, for example using a mechanical lever, a cam and/or one or more servomotors.
  • the prestressing gas can escape directly into the environment via the annular gap that is produced.
  • the relief paths and relief valves provided with conventional filling elements can be dispensed with. This also eliminates the need for an additional distributor track in the media distributor and the necessary valves for switching the respective relief path on and off when cleaning and sterilizing the filling system.
  • the one in the figure 2 also has a bellows 255 which is provided at the lower end of the filling element 200 and can be lowered over the container opening 145 with the filling element.
  • the bellows 255 prevent dirt from entering the area between the filling valve 210 and the container opening 145.
  • the tensioning gas valve 270 is provided on the side of the tensioning gas channel 260 .
  • the compressed gas valve can be arranged in particular at the height of the valve seat 220, for example in the immediate vicinity of the valve seat. In this way, dead spaces in the clamping gas channel 260 can be reduced to a minimum.
  • FIGS. 3 to 7 show the sequence of a method for filling containers according to the present invention.
  • the figures are limited to the elements that are essential for understanding, in order to make them easier to understand.
  • the filling element according to the present invention is shown in the basic position before the start of the filling process.
  • the filling element has a pressing sleeve 228 with which the gas-tight contact between the outlet opening and the container opening of the container 140 is established.
  • the filling element is separated from the container opening.
  • the container 140 is positioned under the filling element by a receiving and/or holding device designed as a gripping device 250 .
  • the gripping device 250 is fastened to a valve carrier plate 252 which, in addition to the filling element shown, carries a large number of other filling elements, for example as part of a filling machine designed as a rotary machine.
  • FIG 3 schematically shows the tensioning gas channel 260, the bellows 255 described above and the filling valve 210 with its valve seat 220, shown schematically.
  • the closure part of the filling valve shown in black closes the valve seat 220.
  • the tensioning gas channel 260 is also closed by a tensioning gas valve, not shown.
  • the filling element is first lowered onto the container opening in the direction of the arrow, so that a gas-tight contact is formed between the pressure sleeve 228 and the container opening.
  • the filling valve 210 initially remains closed after making contact.
  • the inflating gas channel 260 is opened by appropriate activation of the inflating gas valve, so that the preloading gas is introduced under pressure into the container 140 and preloads it to the preloading pressure.
  • the filling valve 210 is opened by moving the closure part vertically, as indicated by the arrow in FIG figure 5 opened indicated, so that the product enters the container 140 through the opening in the valve seat 220 and the pressure sleeve 228 .
  • the biasing gas in the container can escape via the biasing gas channel 260 and be recycled.
  • the outlet opening of the filling element remains in gas-tight, mechanical contact with the container opening, as indicated by the arrow.
  • the filling process continues until as shown in the figure 5 indicated a desired level is reached in the container.
  • the volume above this fill level is commonly referred to as headspace 142 .
  • the filling valve 210 as indicated by the arrow in FIG figure 6 indicated closed by the closure part is driven against the valve seat 220.
  • the pressurized gas channel 260 is also closed by means of the pressurized gas valve.
  • the gas in particular the preload gas, which is present in the head space 142 after the actual filling process has been completed, is under increased pressure.
  • this increased pressure is relieved according to the method according to the invention as in FIG figure 6 shown, however, by temporarily lifting the filling element from the container opening. This can be done, for example, as described above, by lifting the filling element pneumatically, as indicated by the arrow in the figure, by a limited stroke. The lifting thus opens an annular gap between the pressure sleeve 228 and the container opening, through which the gas can partially escape from the head space 142 . In this way, a partial relief of the gas pressure in the head space thus takes place.
  • the filling element is lowered again onto the container opening after it has been lifted for a short time, so that a gas-tight contact between the pressure sleeve 228 and the container opening is created again.
  • This allows a carbonated beverage foaming during the discharge to settle before repeating the process or finally breaking contact.
  • the depressurization can be carried out once or repeatedly, as described above, before the contact is finally broken.
  • the fill element as indicated by the arrow in the figure 7 indicated completely raised and thus separated from the filled container. This can then be removed by suitable devices and, for example, transferred from the gripping device 250 to an outlet starwheel or a downstream container treatment machine, for example a capper. The filling element is then back in the basic position.
  • the filling elements and filling methods described do not require separately provided relief paths, which means that the installation and cleaning effort can be significantly reduced. Since there are no discharge paths, there is also no considerable process uncertainty, which arises from the lack of monitoring of the cleaning and sterilization of the discharge paths that have been customary up to now.
  • the filling elements according to the invention can also be used for filling weakly acidic products that place increased microbiological demands on hygiene.
  • the methods described can be used for both carbonated and non-carbonated beverages, as well as for non-food products.

Landscapes

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

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einer unter erhöhtem Druck stehenden Flüssigkeit sowie ein Füllsystem eines Gegendruckfüllers zum Durchführen des Verfahrens.
    • Stand der Technik
  • Bei Abfüllung von Flüssigkeiten unter Druck in Behälter, beispielsweise bei Abfüllung karbonisierter Produkte und Getränke in Flaschen oder Dosen, werden die Mündungen der zu befüllten Behälter während des Füllvorgangs an einen Auslauf des verwendeten Füllelements im Wesentlichen gasdicht angedrückt, sodass das Füllprodukt unter erhöhtem Druck in den Behälter eingebracht werden kann.
  • Dabei kann der zu befüllende Behälter mittels einer geeigneten Bewegungseinrichtung angehoben und an das Füllorgan, das heißt den Auslauf des verwendeten Füllelements, angedrückt werden, wie es beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 34 446 A1 beschrieben ist. Alternativ kann das Füllelement auf die Mündung des Behälters abgesenkt werden, bis ein gasdichter Kontakt hergestellt ist, so wie es beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 01 891 A1 beschrieben ist. Mittels geeignet ausgebildeter Abdichtmittel und Zentriermittel kann gewährleistet werden, dass die Auslassöffnung positionsgenau auf die Mündung des zu befüllenden Behälters aufgesetzt und während des Füllvorgangs im Wesentlichen gasdicht gehalten wird.
  • In der DE 27 22 274 B1 wird eine Vorrichtung zum Entlasten des Kopfdruckes im flüssigkeitsfreien Behälterkopf beim Gegendruckfüllen offenbart, bei der mittels einer Hubvorrichtung ein ringförmiger Entlüftungsspalt erzeugt wird, durch den das Gas in dem zu entlüftenden Kopfraum kontrollierbar entweicht.
  • Vor dem Befüllen kann der Behälter, insbesondere bei sauerstoffempfindlichen Produkten, mit einem Spülgas, beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, vorgespült werden. Durch Einfüllen der unter erhöhtem Druck stehenden Flüssigkeit steigt auch der Druck in dem Behälter kontinuierlich an. Alternativ oder ergänzend können die Behälter über einen Spanngaskanal mit einem Spanngas, insbesondere mit Kohlendioxid, auf einen Vorspanndruck vorgespannt werden, wobei der Behälter anschließend unter Gleichdruck mit dem Produkt, insbesondere einem karbonisierten Produkt, befüllt wird.
  • Nachdem der Behälter mit der Flüssigkeit bzw. dem Produkt befüllt ist, wird der unter Druck stehende Kopfraum des Behälters über einen Entlastungsweg mit dazugehörigem Entlastungsventil entlastet. Dabei erfolgt die Entlastung im Allgemeinen auf den Umgebungsdruck. Nach der Entlastung wird das Füllelement von der Mündung des Behälters abgezogen oder der Behälter abgesenkt, damit der befüllte Behälter aus der Füllmaschine, beispielsweise einem Füllerkarussell, entnommen werden kann.
  • Ein Füllsystem eines Gegendruckfüllers, wie es im Stand der Technik bekannt ist, ist beispielsweise in der Figur 1 dargestellt. Das Füllelement 100 ist an einer Haltevorrichtung 152 höhenverstellbar angeordnet. In der in der Figur gezeigten Stellung wurde das Füllelement 100 bereits mit der Auslassöffnung 130 einer Anpresshülse 128 auf die Mündung 145 des zu befüllenden Behälters 140 abgesenkt. Der Behälter 140 wird dabei mittels einer Behälterhaltevorrichtung 150, beispielsweise mittels eines Greifelements in Form einer Neckhandlingklammer, unterhalb des Füllelements 100 positioniert. Die Figur 1 zeigt weiterhin eine Cleaning-In-Place (CIP) Vorrichtung 180, mittels derer das Füllelement 100 gereinigt werden kann.
  • Über einen Spanngaskanal 160 und ein zugehöriges Spanngasventil 170 wird der Behälter 140 vor Beginn des Füllvorgangs auf den Vorspanndruck vorgespannt. Anschließend wird das Füllventil 110 des Füllelements 100 durch Bewegen der Ventilstange 115 geöffnet. Aufgrund der Bewegung der Ventilstange 115 nach oben wird das Verschlussteil 125 des Füllventils 110 von seinem Ventilsitz 120 zurückgezogen, sodass die einzufüllende Flüssigkeit durch den Füllkanal 105 am Verschlussteil 125 vorbei in die Anpresshülse 128 und den Behälter 140 eintreten kann. Da die Öffnung des Ventilsitzes 120 einen geringeren Querschnitt als der in der Anpresshülse 128 vorhandene Kanal aufweist, tritt die Flüssigkeit als Freistrahl durch die Mündung 145 in den Behälter 140 ein.
  • Während des Befüllens entweicht das Vorspanngas seitlich am Füllventil 110 vorbei durch den Spanngaskanal 160 und über das Spanngasventil 170. Beispielsweise kann als Spanngas verwendetes Kohlendioxid auf diese Weise zurückgewonnen und in einen Vorratsbehälter zurückgeführt werden. Bekannt ist auch, das Spanngas in einen Gasraum über dem abzufüllenden Produkt, beispielsweise in einen Ringkessel, zurückzuführen. Auf diese Weise kann der Behälter unter Gleichdruck befüllt werden. Das Vorspanngas kann jedoch auch anderweitig entweichen oder teilweise im Behälter verbleiben.
  • Nach Abschluss des Füllvorgangs wird bei den üblichen Füllsystemen eine Entlastung des unter erhöhtem Druck stehenden Kopfraums des befüllten Behälters mittels des Entlastungsventils 165 bewirkt. Hierzu wird das Entlastungsventil nach Schließen des Füllventils 110 geöffnet, sodass sich das im Kopfraum befindliche Vorspanngas über den Vorspannkanal 160 und das Entlastungsventil 165 entspannen kann. In der in der Figur 1 dargestellten speziellen Weiterbildung ist der Entlastungskanal zur Entlastung des Kopfraums des Behälters vor Anheben des Füllelements 100 teilweise mit dem Vorspannkanal identisch. Da die Entlastung jedoch auf Umgebungsdruck erfolgt, werden in den üblichen Füllsystemen separate Entlastungswege vorgesehen, über die das Vorspanngas aus dem Kopfraum entweichen kann.
  • Die Entlastungswege benötigen dabei Platz im Inneren des Füllerkarussells und müssen darüber hinaus in den Reinigungskreislauf eingebunden werden. Hierzu muss bei den Füllsystemen des Stands der Technik eine separate Spur im Medienverteiler vorgesehen werden, wodurch sich der Installations- und Wartungsaufwand erhöht. Die Anbindung erfolgt vom Medienverteiler aus über mehrere Verteilerleitungen, die in einen Ringkanal münden. Von diesem Ringkanal aus werden die Füllventile jeweils einzeln angebunden. Um eine individuelle Entlastung pro Füllelement gewähren zu können, muss jedes Füllelements mit einem eigenen Entlastungsventil ausgestattet sein.
  • Während der in regelmäßigen Abständen erforderlichen Reinigung ist bei den üblichen Füllsystemen nicht sichergestellt, dass über jeden Entlastungskanal ausreichend Reinigungs- und Sterilisationsmedium geführt werden. Entlastungsventile, die beispielsweise aufgrund einer erhöhten Temperatur nicht schalten bzw. verklemmen, können im Allgemeinen nicht ohne Weiteres detektiert werden. Eine messtechnische Überwachung ist nur unter sehr hohem Aufwand, beispielsweise mittels Temperatur- und Durchflussüberwachung pro Füllelement, zu gewährleisten und daher schon aus ökonomischer Sicht nicht umsetzbar. Ebenso ergäbe sich ein erhöhter Raumbedarf.
  • Der Einsatz eines Füllventils mit Entlastungskanal für eine Füllanlage für schwach saure Getränke ist nur unter Einsatz weiterer hygienischer Maßnahmen denkbar. So müsste zusätzlich zur Temperatur- und Durchflussüberwachung der einzelnen Entlastungskanäle für die Produktion stiller Getränke eine thermische Absperrung des Entlastungskanals gegen die Umgebung, beispielsweise in Form einer Dampfsperre, vorgesehen werden. Insgesamt erhöht sich durch das Vorsehen separater Entlastungskanäle für die Füllelemente sowohl der Installations- als auch der Reinigungs- und Wartungsaufwand der gesamten Abfüllanlage.
  • Es liegt somit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einer unter erhöhtem Druck stehenden Flüssigkeit sowie ein Füllsystem eines Gegendruckfüllers zum Durchführen des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, die die oben beschriebenen Nachteile vermeiden. Insbesondere soll eine Entlastung des Kopfraums des befüllten Behälters ohne hohen Installations- und Wartungsaufwand ermöglicht werden. Darüber hinaus soll die Reinigung des Füllsystems vereinfacht werden. Allgemein liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Füllsystem zum Abfüllen insbesondere karbonisierter Getränke zur Verfügung zu stellen, das unter hohen hygienischen Standards ohne hohen Wartungsaufwand eingesetzt werden kann.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Die oben genannten Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einer unter erhöhtem Druck stehenden Flüssigkeit, mit den Schritten: Herstellen eines im Wesentlichen gasdichten Kontakts zwischen einer Behälteröffnung eines zu befüllenden Behälters und einer Auslassöffnung eines Füllelements, insbesondere durch Andrücken der Behälteröffnung an die Auslassöffnung; Vorspannen des zu befüllenden Behälters mit einem Vorspanngas bis zum Erreichen eines Vorspanndruckes mittels eines Gasanschlusses des Füllelements; Befüllen des Behälters mit der Flüssigkeit mittels eines Füllventils des Füllelements; und Trennen, insbesondere Abziehen, der Behälteröffnung von der Auslassöffnung nach Abschluss des Füllvorgangs; wobei der Kontakt zwischen der Behälteröffnung und der Auslassöffnung vor dem Trennen bzw. Abziehen der Behälteröffnung wenigstens einmal vorübergehend aufgehoben wird, um eine zumindest teilweise Entlastung des Vorspanndruckes zu bewirken.
  • Bei den Behältern kann es sich beispielsweise um Flaschen oder Dosen handeln. Unter einem erhöhten Druck ist hier und im Folgenden ein Druck zu verstehen, der über dem Umgebungsdruck liegt. Bei der Flüssigkeit kann es sich insbesondere um ein flüssiges Lebensmittel, beispielsweise ein Getränk handeln. Ebenso können auch Emulsionen oder Suspensionen unter erhöhtem Druck eingefüllt werden. Schließlich können auch flüssige Produkte, die keine Lebensmittel darstellen, beispielsweise kosmetische Produkte, Reinigungsprodukte oder dergleichen unter Druck in die Behälter gefüllt werden.
  • Zunächst wird wie bereits erwähnt die Behälteröffnung, beispielsweise die Mündung einer Flasche, an eine Auslassöffnung eines Füllelements angedrückt, wodurch ein im Wesentlichen gasdichter Kontakt hergestellt wird. Wie bereits beschrieben kann dieses Andrücken durch Anheben des Behälters und/oder Absenken des Füllelements erfolgen. Das Füllelement kann zu einer Vielzahl von entlang eines Umfangs einer als Rundläufermaschine ausgebildeten Abfüllanlage gehören. Die Auslassöffnung des Füllelements ist dabei entsprechend geformt und angeordnet, um einen im Wesentlichen gasdichten Kontakt gewährleisten zu können. Ein im Wesentlichen gasdichter Kontakt ist hier und im Folgenden als mechanischer Kontakt zu verstehen, der selbst unter dem während des Füllvorgangs herrschenden Fülldruck ein Entweichen von Gas blockiert. Die Auslassöffnung des Füllelements kann an einer separat hierfür vorgesehenen Anpresshülse, wie beispielsweise in der Figur 1 gezeigt, vorgesehen sein, wobei die Anpresshülse als Formatteil beim Wechsel auf einen anderen Behältertyp ausgetauscht werden kann.
  • Um ein unerwünschtes Aufschäumen karbonisierter Getränke beim Abfüllen zu verhindern, wird der zu befüllenden Behälter vor Beginn des Füllvorgangs mit einem Vorspanngas auf einen Vorspanndruck, der über dem Umgebungsdruck liegt, vorgespannt. Dabei wird das Vorspanngas, beispielsweise über den in der Figur 1 gezeigten Spanngaskanal, unter Druck in den Behälter eingeleitet, bis der gewünschte Vorspanndruck erreicht ist. Das Einleiten erfolgt über einen Gasanschluss des Füllelements. Das Vorspanngas ist oder umfasst wie oben erwähnt bevorzugt ein Inertgas, wie z.B. Kohlendioxid. Der Vorspanndruck kann entsprechend dem Fülldruck gewählt werden. Insbesondere kann das Gegendruckfüllen mit einem konstanten Druck, der durch den Vorspanndruck gegeben ist, erfolgen. In diesem Fall wird das Vorspanngas während des Füllens sukzessive über den Spanngaskanal aus dem Behälter zurückgeführt und beispielsweise in einem Gasraum über einem Vorrat an Flüssigkeit gespeichert. Bei einer speziellen Weiterbildung bilden Behälter sowie Spanngaskanal und Speicher, beispielsweise ein Ringspeicher, für das einzufüllende Produkt ein kommunizierendes System im Druckgleichgewicht.
  • Durch Öffnen des Füllventils des Füllelements wird anschließend der Behälter mit der Flüssigkeit befüllt, wobei Vorrichtungen vorgesehen sein können, die das Befüllen mit einer gewünschten Füllmenge gewährleisten. Eine Vielzahl solcher Vorrichtungen ist im Stand der Technik bekannt und wird daher hier nicht im Detail beschrieben. Beispielsweise kann eine Sonde als Fülllevelsensor in den Behälter eingeführt werden, die das Erreichen eines gewünschten Fülllevels meldet. Auch kann ein Rückgasrohr, insbesondere mit Anschluss an den Spanngaskanal, vorgesehen sein, das in den Behälter eingeführt wird und durch sein unteres Ende den maximalen Fülllevel festlegt. Alternativ kann wie oben bereits beschrieben ein Befüllen nach dem Freistrahlprinzip, d.h. insbesondere ohne Rückgasrohr, erfolgen. Mittels Durchflusssensoren oder Füllmengenportionierung kann dabei die gewünschte Füllmenge gewährleistet werden. Als Teil des Füllvorgangs kann darüber hinaus eine Korrektur der Füllmenge durch gesteuertes Nachbefüllen vorgesehen sein.
  • Nach Abschluss des Füllvorgangs, und insbesondere nach Entlastung des Kopfraums über der eingefüllten Flüssigkeit im Behälter, wird die Behälteröffnung von der Auslassöffnung getrennt, beispielsweise durch Abziehen, sodass der befüllte Behälter schlussendlich zur weiteren Verarbeitung entnommen werden kann. Entsprechend der Vorgehensweise beim Andrücken erfolgt das Abziehen durch Absenken des Behälters und/oder Anheben des Füllelements bzw. Füllventils.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der gasdichte Kontakt zwischen der Behälteröffnung und der Auslassöffnung vor dem endgültigen Trennen der Behälteröffnung wenigstens einmal vorübergehend aufgehoben, um eine zumindest teilweise Entlastung des Vorspanndrucks zu bewirken. Anders ausgedrückt wird der Behälter und/oder das Füllelement bzw. Teile des Füllelements wenigstens einmal derart bewegt, dass Behälteröffnung und Auslassöffnung vorübergehend durch eine Lücke bzw. einen Spalt so weit voneinander getrennt werden, dass durch die entstandene Lücke bzw. den entstandenen Spalt ein Teil des in dem Kopfraum des Behälters vorhandenen, unter erhöhtem Druck stehenden Gases, insbesondere Vorspanngases, entweichen kann. Dieser Teil des Gases im Kopfraum, d.h. in dem Volumen des Behälters über dem Fülllevel innerhalb des Behälters, entweicht dabei direkt in die Umgebung.
  • Dabei wird der Kontakt zumindest beim ersten Mal nur vorübergehend aufgehoben und anschließend wieder hergestellt, sodass sich eine aufgrund der spontanen Druckabsenkung aufschäumende Flüssigkeit im Behälter wieder beruhigen kann, bevor der Kontakt erneut bzw. endgültig aufgehoben wird. Der Kontakt kann insbesondere mehrfach vorübergehend aufgehoben und wiederhergestellt werden, bevor die Behälteröffnung endgültig von der Auslassöffnung getrennt wird. Dadurch kann der Kopfraum sukzessive auf einen Druck nahe des Umgebungsdrucks oder vollständig auf den Umgebungsdruck entlastet werden, sodass beim endgültigen Trennen nur ein geringes Aufschäumen des eingefüllten Produkts erfolgt.
  • Da das Gas im Kopfraum durch den entstehenden Spalt unmittelbar in die Umgebung entweicht, findet gemäß der vorliegenden Erfindung explizit keine weitere Entlastung durch ein separat hierfür vorgesehenes Entlastungsventil statt. Insbesondere kann auf ein solches Entlastungsventil vollständig verzichtet werden, wodurch sich der Installationsaufwand erheblich reduziert und sich die regelmäßig erforderliche Reinigung vereinfachen lässt.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann der Kontakt durch relatives Bewegen des Füllelements und/oder des Behälters aufgehoben werden. Das relative Bewegen erfolgt dabei insbesondere entlang einer Längsachse des Behälters bzw. des Füllelements. Beispielsweise kann das Füllelement pneumatisch von der Behälteröffnung abgehoben werden. Hierzu kann mittels einer Steuer- und/oder Regeleinheit der Füllmaschine gezielt Druckluft in hierfür vorgesehene Kammern eingeleitet werden, um eine Verschiebung des Füllelements zu bewirken. Alternativ kann das Füllelement mechanisch, beispielsweise mittels eines Servomotors oder einer Steuerkurve, angehoben werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann der Kontakt durch vorübergehendes Abheben des Füllelements von der Behälteröffnung aufgehoben werden, wobei die Bewegung des Füllelements während des Abhebens durch eine mechanische Sperre begrenzt ist. Gemäß dieser Weiterbildung wird somit der Behälter nicht abgesenkt, um den Kontakt aufzuheben, sondern das Füllelement wird angehoben. Beispielsweise kann der Behälter von einer entsprechenden Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung entlang der Längsachse des Behälters unbeweglich gehalten werden, während geeignete Vorrichtungen vorgesehen sind, um ein Verschieben des Füllelements entlang der Längsachse zu ermöglichen. Beispielsweise kann das Füllelement durch Einblasen von Druckluft in eine dafür vorgesehene Kammer entlang der Längsachse angehoben werden, bis ein entsprechend ausgebildetes Element, beispielsweise ein Arretierungselement, des Füllelements in mechanischen Eingriff mit der mechanischen Sperre gebracht wird. Die mechanische Sperre begrenzt dabei die Relativbewegung des Füllelements und somit die Breite des sich an der Behälteröffnung bildenden Ringspaltes beim Aufheben des Kontaktes. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit, mit der der Druck im Kopfraum entlastet wird, wirksam begrenzt werden.
  • Der Kontakt kann insbesondere wiederholt vorübergehend aufgehoben werden, bevor die Behälteröffnung von der Auslassöffnung endgültig getrennt bzw. abgehoben wird. Dabei wird bei jeder vorübergehenden Aufhebung des Kontakts eine weitere Entlastung des Drucks im Kopfraum des Behälters bewirkt. Durch wiederholtes Aufheben des Kontakts kann ein Überschäumen eines eingefüllten karbonisierten Produkts verhindert werden.
  • Das Vorspanngas kann insbesondere Kohlendioxid sein oder umfassen, wobei die Flüssigkeit insbesondere ein karbonisiertes Getränk ist. Beispielsweise kann es sich bei dem karbonisierten Getränk um Bier, Sekt, Softdrinks oder dergleichen handeln. Die Verwendung von Kohlendioxid als Vorspanngas verdrängt einerseits Sauerstoff und auch andere Fremdgase aus dem zu befüllenden Behälter, erhält andererseits den Kohlensäuregehalt des eingefüllten Getränks während des Füllvorgangs aufrecht. Die Verwendung von Kohlendioxid oder einem anderen Inertgas, beispielsweise von Stickstoff, als Vorspanngas oder als Teil desselben erhöht zudem die Haltbarkeit des eingefüllten Produkts.
  • Wie bereits erwähnt kann das Vorspanngas während des Füllvorgangs teilweise über den Gasanschluss zurückgewonnen werden. Hierzu kann ein entsprechendes Spanngasventil während des Füllvorgangs geöffnet werden, sodass ein Teil des Vorspanngases aus dem Behälter über das Spanngasventil zurück, beispielsweise in einen Vorratsbehälter, strömen kann. Auf diese Weise kann der Bedarf an Vorspanngas reduziert werden.
  • Die beschriebenen Verfahren können auch zum Befüllen von Behältern mit einem schwach sauren Getränk eingesetzt werden. Schwach saure Getränke, wie beispielsweise Milch oder pflanzenbasierte Milchalternativen, erfordern im Allgemeinen höhere Hygienestandards als beispielsweise karbonisierte Getränke. Die beschriebenen Verfahren können auch zum Abfüllen solcher schwach saurer Getränke eingesetzt werden, da die schwer zu reinigenden Entlastungskanäle herkömmlicher Abfüller entfallen.
  • Die oben genannten Aufgaben werden auch durch ein Füllsystem eines Gegendruckfüllers zum Durchführen eines der oben beschriebenen Verfahren gelöst, wobei das Füllsystem umfasst: wenigstens ein Füllelement mit einer Auslassöffnung, die an eine Behälteröffnung eines zu befüllenden Behälters im Wesentlichen gasdicht andrückbar ist, wobei das Füllelements einen Gasanschluss für das Vorspanngas und ein Füllventil für die Flüssigkeit aufweist; und wenigstens eine Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung für den zu befüllenden Behälter; wobei das Füllelement und/oder die Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung derart relativ entlang einer Achse, insbesondere einer Längsachse des Behälters, zueinander verfahrbar ausgebildet sind, dass die Auslassöffnung des Füllelements und die Behälteröffnung zum Befüllen in Kontakt bringbar sind; wobei eine Hubvorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den Kontakt zwischen Auslassöffnung und Behälteröffnung durch Verfahren des Füllelements und/oder der Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung entlang der Achse vorübergehend aufzuheben.
  • Hierbei können dieselben Variationen und Weiterbildungen, die oben im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren zum Befüllen von Behältern beschrieben wurden, auch auf das Füllsystem angewendet werden. Beispielsweise kann die Auslassöffnung in einer entsprechend geformten Anpresshülse des Füllelements ausgebildet sein. Alternativ kann eine Auslassöffnung des Füllventils selbst in gasdichten Kontakt mit der Behälteröffnung gebracht werden. Hierzu ist die Auslassöffnung entsprechend geformt und angeordnet, um im Kontakt mit der jeweiligen Behälteröffnung die erforderliche Gasdichtigkeit unter dem Fülldruck zu gewährleisten.
  • Der Gasanschluss für das Vorspanngas kann ein Spanngasventil aufweisen, das zum Vorspannen des Behälters gesteuert geöffnet werden kann. An den Gasanschluss kann sich ein Spanngaskanal anschließen, der beispielsweise mit einem Vorratsbehälter für das Spanngas oder einem Gasraum über dem Füllprodukt in einem Speicher für die einzufüllende Flüssigkeit verbunden sein kann. Die Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung für den zu befüllenden Behälter kann derart ausgebildet sein, dass der Behälter zum Andrücken an die Auslassöffnung angehoben werden kann. Alternativ kann die Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung in axialer Richtung feststehend ausgebildet sein, wobei zum Herstellen des Kontakts zwischen Auslassöffnung und Behälteröffnung das Füllelement entsprechend abgesenkt wird. Die Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung kann beispielsweise ein Greifelement, insbesondere zum Neckhandling von Kunststoffflaschen, aufweisen.
  • Die Hubvorrichtung kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie das Füllelement und/oder die Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung gesteuert entlang der Achse verschieben kann. Beispielsweise kann die Hubvorrichtung pneumatisch auf das Füllelement und/oder die Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung wirken, wobei geeignete Druckkammern, Zuleitungen, Ableitungen, Ventile, Pumpen und dergleichen vorgesehen sein können, um die relative Verschiebung von Füllelement und Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung zu bewirken. Alternativ können mechanische Mittel, beispielsweise Steuerkurven, Hebel und/oder Motoren vorgesehen sein, die die relative Verschiebung, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Winkelstellung des Füllelements bezüglich einer als Rundläufer ausgebildeten Abfüllmaschine, bewirken.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann das Füllelement entlang der Achse relativ verfahrbar ausgebildet sein, wobei die Hubvorrichtung dazu ausgebildet ist, das Füllelement zum Aufheben des Kontakts von der Behälteröffnung abzuheben. Gemäß dieser Weiterbildung kann die Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung für den zu befüllenden Behälter insbesondere bezüglich einer axialen Bewegung feststehend ausgebildet sein.
  • Dadurch, dass das komplette Füllelement in axialer Richtung bewegt wird, steht bei dieser Weiterbildung eine größere Querschnittsfläche zur Verfügung, auf die, beispielsweise in einer Drucckammer, ein Gasdruck einer pneumatisch arbeitenden Hubvorrichtung wirken kann. Dadurch kann das Füllelement auch gegen den Fülldruck, der das Füllventil auf die Behälteröffnung drückt, von dieser abgehoben werden. Gemäß einer speziellen Weiterbildung kann anstelle der zuvor erwähnten Anpresshülse das Füllventil selbst gegen die Behälteröffnung gedrückt werden. Mit dem Füllelement wird somit auch das Füllventil vorübergehend von der Behälteröffnung abgehoben.
  • Das Füllventil kann wie bereits erwähnt als sogenanntes Freistrahlventil ausgebildet sein, wobei insbesondere ein Ventilsitz des Füllventils von der Auslassöffnung zurückversetzt angeordnet sein kann. Somit liegt zwischen der Auslassöffnung und dem Ventilsitz des Füllventils ein axialer Abstand vor, sodass das einzufüllende Produkt bei geöffnetem Füllventil in Form eines Freistrahls in den Behälter eintritt. Hier und im Folgenden ist unter dem Befüllen nach dem Freistrahlprinzip zu verstehen, dass der Querschnitt des Füllstrahls geringer als der Querschnitt der Behälteröffnung ist, sodass durch das eingefüllte Produkt verdrängtes Vorspanngas an dem Füllstrahl vorbei aus der Behälteröffnung austreten kann.
  • Der Gasanschluss des Füllelements kann ein Spanngasventil aufweisen, das in Richtung der Achse gesehen auf Höhe des Ventilsitzes angeordnet ist. Hierbei ist unter einer Anordnung auf Höhe des Ventilsitzes zu verstehen, dass das Spanngasventil innerhalb eines axialen Abstandes von weniger als 2 cm von dem Ventilsitz angeordnet ist. Zusätzlich kann auch der radiale Abstand, d.h. der Abstand senkrecht zu oben bezeichneten Achse, des Spanngasventils geringer als 2 cm sein. Durch die beschriebene Anordnung des Spanngasventils werden Toträume am Füllorgan auf ein Minimum reduziert, wodurch unerwünschte Verunreinigungen vermieden werden können.
  • Das Füllelement kann eine, insbesondere schaltbare, mechanische Sperre zur Begrenzung der Bewegung des Füllelements während des Ablebens aufweisen. Beispielsweise kann ein Nocken vorgesehen sein, der das Anheben des Füllelements entlang der Achse begrenzt. Da zur Entlastung des Kopfraums durch vorübergehendes Abheben des Füllelements von der Behälteröffnung lediglich ein geringer Hub erforderlich ist, kann die mechanische Sperre nach Absenken des Füllelements auf die Behälteröffnung zugeschaltet werden und nach Abschluss des Füllvorgangs weggeschaltet werden, damit das Füllelement endgültig von der Behälteröffnung abgehoben werden kann. Die Schaltung der mechanischen Sperre kann beispielsweise über eine Kurvensteuerung erfolgen.
  • Das Füllsystem kann weiterhin wenigstens einen Anschluss für Druckluft umfassen, wobei das Füllelement derart ausgebildet ist, dass es über den Druckluftanschluss pneumatisch von der Behälteröffnung abhebbar ist. Bei der Druckluft kann es sich um Umgebungsluft oder ein geeignetes Gas, beispielsweise Stickstoff, handeln. Das Füllsystem kann ein oder mehrere regelbare Ventile aufweisen, die zum Zuführen bzw. Abführen der Druckluft mittels einer Steuer- und/oder Regeleinheit der Abfüllanlage geöffnet und geschlossen werden können. Entsprechende Zu- und Ableitungen für die Druckluft können wie allgemein bekannt vorgesehen sein. Wegen des größeren Querschnitts des Füllelements reicht bereits ein geringer Druck der Druckluft aus, um das Füllelement pneumatisch anzuheben.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch einen Gegendruckfüller mit einer Vielzahl von Füllsystemen nach einer der oben beschriebenen Weiterbildungen zur Verfügung, der weiterhin eine Steuer- und/oder Regeleinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, den Kontakt zwischen Auslassöffnung und Behälteröffnung wiederholt aufzuheben, bevor eine Entlastung auf Umgebungsdruck erfolgt. Dabei kann die Entlastung auf Umgebungsdruck insbesondere durch endgültiges Trennen von Auslassöffnung und Behälteröffnung erfolgen. Wie oben beschrieben kann durch wiederholtes Aufheben des Kontakts eine sukzessive Entlastung des Kopfraums ohne Überschäumen der eingefüllten Flüssigkeit bewirkt werden. Die Steuer- und/oder Regeleinheit kann beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet sein, die Anzahl und Frequenz der Relativbewegungen von Füllelement und Behälter in Abhängigkeit von dem Füllprodukt, dem Fülldruck und/oder dem Behältertyp festlegt.
  • Die beschriebenen Füllsysteme können explizit ohne separaten Entlastungskanal bzw. ohne Entlastungsventil ausgebildet sein, sodass sich einerseits der Installationsaufwand reduziert, andererseits auf komplexe Reinigungssysteme verzichtet werden kann. Damit ist der beschriebene Gegendruckfüller auch zum Befüllen von Behältern mit schwach sauren Getränken geeignet.
  • Weitere Merkmale und beispielhafte Ausführungsformen sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass die Ausführungsformen nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung erschöpfen. Es versteht sich weiterhin, dass einige oder sämtliche der im Weiteren beschriebenen Merkmale auch auf andere Weise miteinander kombiniert werden können.
    • Figur 1
    zeigt schematisch ein herkömmliches Füllelement mit separatem Entlastungsventil.
    Figur 2
    zeigt schematisch ein Füllelement gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Figuren 3 bis 7 zeigen den Ablauf eines Verfahrens zum Befüllen von Behältern gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In den im Folgenden beschriebenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Zur besseren Übersichtlichkeit werden gleiche Elemente nur bei ihrem ersten Auftreten beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die mit Bezug auf eine der Figuren beschriebenen Varianten und Ausführungsformen eines Elements auch auf die entsprechenden Elemente in den übrigen Figuren angewendet werden können.
  • In der Figur 2 ist schematisch ein Füllelement 200 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie bei dem in der Figur 1 dargestellten herkömmlichen Füllelement weist auch das erfindungsgemäße Füllelement ein Füllventil 210 mit einem Verschlussteil 225 auf, das mittels einer Ventilstange 215 von seinem Ventilsitz 220 wie durch den Doppelpfeil angedeutet zurückgezogen werden kann. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellte Weiterbildung des Füllventils beschränkt und kann andere bekannte Füllventile einsetzen. Anders als bei dem herkömmlichen Füllelement ist bei dem in der Figur 2 dargestellten Füllelement jedoch keine separate Anpresshülse vorgesehen. Stattdessen wird das Füllventil 210 mit seiner Auslassöffnung 230 direkt auf die Behälteröffnung 145 des zu befüllenden Behälters 140 abgesenkt.
  • In der hier dargestellten, nicht limitierenden Weiterbildung ist die Öffnung des Füllventils 220 selbst von einer ringförmigen Öffnung umgeben, durch die über den Spanngaskanal 260 Vorspanngas in den Behälter 140 eingeleitet werden kann. Umgekehrt entweicht das in dem Behälter zu Beginn des Füllvorgangs vorliegende Gas über diese Öffnung und den Spanngaskanal 260 während des Befüllens des Behälters mit dem Füllprodukt. Das Füllprodukt wird über einen Füllkanal 205 am Ventilsitz 220 vorbei als Freistrahl in den Behälter 140 eingefüllt. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellte Weiterbildung beschränkt ist, und insbesondere eine Anpresshülse zwischen dem Füllventil 210 und der Mündung des Behälters 140 vorgesehen sein kann.
  • Der Spanngaskanal 260 ist wie an sich bekannt mit einem Ventil 270 ausgestattet, das gesteuert geöffnet und geschlossen werden kann, sodass das Einleiten von Vorspanngas in den Behälter sowie das Entweichen von Gas aus dem Behälter gesteuert werden kann. Insbesondere lässt sich mittels des Ventils 270 der im Behälter während des Füllvorgangs vorherrschende Druck einstellen. Die Ansteuerung des Ventils 270 kann von einer Steuer- und/oder Regeleinheit 285 des Füllsystems übernommen werden. Bei der Steuer- und/oder Regeleinheit 285 kann es sich beispielsweise um eine speicherprogrammierbare Steuerung mit einem Prozessor und wenigstens einem Speichermedium handeln. Anders als bei den herkömmlichen Füllelementen ist bei dem in der Figur 2 dargestellten Füllelement jedoch kein Entlastungsventil vorgesehen, über das der Kopfraum des befüllten Behälters vor Abziehen des Behälters entlastet werden könnte.
  • Stattdessen weist das dargestellte Füllelement eine Hubvorrichtung 290 auf, mittels derer das gesamte Füllelement 200 pneumatisch entlang einer Längsachse des Füllelements bzw. des Behälters verfahren werden kann. Die Hubvorrichtung 290 ist in der hier dargestellten Weiterbildung oberhalb einer, insbesondere vertikal feststehenden, Haltevorrichtung 252 für das Füllelement 200 vorgesehen, wobei die Hubvorrichtung 290 fest mit der Haltevorrichtung 252 verbunden ist, während sich das Füllelement 200 innerhalb der Hubvorrichtung 290 vertikal bewegen kann. Zum pneumatischen Bewegen des Füllelements umfasst die Hubvorrichtung 290 Zuleitungen 291 und 293 für Druckluft, die mit entsprechenden Ringkammern 292 und 294 verbunden sind. Nicht dargestellt, aber wie an sich bekannt können entsprechende steuerbare Ventile, eine Druckluftversorgung und/oder eine oder mehrere Pumpen vorgesehen sein, um die Zuleitungen 291 und 293 gezielt mit Druckluft zu beaufschlagen. Die Zuleitungen 291 und 293 können dabei gleichzeitig als Ableitungen dienen. Die Steuerung der Ventile bzw. der Druckluftzufuhr über die Zuleitungen 291 und 293 kann ebenfalls von der Steuer- und/oder Regeleinheit 285 übernommen werden. Der Anschluss des Spanngaskanals 260 an das Füllelement ist derart ausgebildet, dass die vertikale Verfahrbarkeit des Füllelements gewährleistet ist. Hierzu können entsprechend ausgebildete Dichtungselemente verwendet werden und/oder ein Teil des Spanngaskanals flexibel ausgebildet sein.
  • Die Oberfläche des im Allgemeinen zylinderförmig ausgebildeten Füllelements 200 weist gemäß der dargestellten Weiterbildung ringförmige Ansätze 295 in Form einer ringförmigen Schulter, Leiste oder dergleichen auf, die sich in einem zylindrischen Hohlraum der Hubvorrichtung 290 vertikal bewegen können. In der hier dargestellten, nicht limitierenden Weiterbildung sind zwei Ansätze 295 vorgesehen, zwischen denen ein Dichtring 296 angeordnet ist, der die obere Drucckammer 292 von der unteren Druckkammer 294 gasdicht trennt.
  • Durch Einleiten von Druckluft über die Zuleitung 291 in die ringförmige Druckkammer 292 wird eine nach unten wirkende Kraft auf den Ansatz 295 und somit das Füllelement 200 erzeugt, welche das Füllelement wie durch den Doppelpfeil angedeutet nach unten verschiebt und mit der Auslassöffnung 230 auf die Mündung 145 des zu befüllenden Behälters 140 aufsetzt. Umgekehrt kann durch Einleiten von Druckluft über die Zuleitung 293 in die ringförmige Druckkammer 294 eine nach oben wirkende Kraft auf den unteren Ansatz 295 erzeugt werden, die eine Verschiebung des Füllelements 200 entlang seiner Längsachse nach oben bewirkt. Insbesondere kann das Füllelement 200 wie oben beschrieben durch gesteuertes Einleiten von Druckluft in die Druckkammer 294 vorübergehend von der Behälteröffnung 145 abgehoben werden, wodurch sich ein Ringspalt zwischen der Behälteröffnung 145 und der Auslassöffnung 230 des Füllelements bildet.
  • Durch diesen Ringspalt kann ein Teil des in dem Kopfraum des Behälters befindlichen Gases entweichen, wodurch eine teilweise Entlastung des Gasdruckes im Kopfraum bewirkt wird. Durch Entspannen der Druckluft in der unteren Druckkammer 294 und gleichzeitiges Einleiten von Druckluft in die obere Druckkammer 292 kann der Kontakt zwischen Füllelement und Behälteröffnung 145 erneut hergestellt werden, sodass sich die in dem Behälter befindliche Flüssigkeit wieder beruhigen kann. Dieser Vorgang kann wiederholt durchgeführt werden, wobei über die Höhe der Hubbewegung sowie die Dauer des Aufhebens des Kontakts bestimmt werden kann, wie weit der Gasdruck im Kopfraum entlastet wird.
  • Da gemäß der dargestellten Weiterbildung das gesamte Füllelement 200, und nicht nur das Füllventil 210, entlang der Längsachse verfahren wird, steht für die pneumatische Ansteuerung der Hubbewegung ein größerer Querschnitt Q zur Verfügung, wie er in der Figur 2 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Auf diese Weise ist bereits ein geringer Druck in der Druckkammer 294 ausreichend, um das Füllelement 200 gegen den Fülldruck vertikal nach oben abzuheben.
  • Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellte Weiterbildung mit einer pneumatischen Hubvorrichtung beschränkt ist, sondern auch mittels mechanischer Hubvorrichtungen, beispielsweise mittels eines mechanischen Hebels, einer Steuerkurve und/oder eines oder mehrerer Servomotoren, umgesetzt werden kann.
  • Durch pneumatisches Abheben des Füllelements 200 von der Behälteröffnung 145 kann das Vorspanngas über den entstehenden Ringspalt unmittelbar in die Umgebung entweichen. Insbesondere kann auf die bei herkömmlichen Füllelementen vorgesehenen Entlastungswege und Entlastungsventile verzichtet werden. Damit entfällt auch die Notwendigkeit einer zusätzlichen Verteilerspur im Medienverteiler sowie der notwendigen Ventile zum Zu- und Wegschalten des jeweiligen Entlastungsweges bei Reinigung und Sterilisation der Abfüllanlage.
  • Die in der Figur 2 dargestellte Weiterbildung weist außerdem einen Faltenbalg 255 auf, der am unteren Ende des Füllelements 200 vorgesehen ist und mit dem Füllelement über die Behälteröffnung 145 abgesenkt werden kann. Der Faltenbalg 255 verhindert dabei das Eintreten von Verschmutzungen in den Bereich zwischen Füllventil 210 und Behälteröffnung 145.
  • In der dargestellten Weiterbildung ist das Spanngasventil 270 seitlich an dem Spanngaskanal 260 vorgesehen. Wie oben beschrieben kann das Spanngasventil jedoch insbesondere auf der Höhe des Ventilsitzes 220, beispielsweise in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzes, angeordnet sein. Auf diese Weise können Toträume im Spanngaskanal 260 auf ein Minimum reduziert werden.
  • Die Figuren 3 bis 7 zeigen den Ablauf eines Verfahrens zum Befüllen von Behältern gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei beschränken sich die Figuren zur besseren Verständlichkeit auf die für das Verständnis wesentlichen Elemente.
  • In der Figur 3 ist das Füllelement gemäß der vorliegenden Erfindung in der Grundstellung vor Beginn des Füllvorgangs dargestellt. In der hier dargestellten, nicht limitierenden Weiterbildung weist das Füllelement eine Anpresshülse 228 auf, mit der der gasdichte Kontakt zwischen Auslassöffnung und Behälteröffnung des Behälters 140 hergestellt wird. In der Grundstellung ist das Füllelement von der Behälteröffnung getrennt. In der dargestellten Weiterbildung wird der Behälter 140 durch eine als Greifvorrichtung 250 ausgebildete Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung unter dem Füllelement positioniert. Die Greifvorrichtung 250 ist dabei an einer Ventilträgerplatte 252 befestigt, die neben dem dargestellten Füllelement eine Vielzahl weiterer Füllelemente, beispielsweise als Teil einer als Rundläufer ausgebildeten Füllmaschine, trägt.
  • Des Weiteren zeigt die Figur 3 schematisch den Spanngaskanal 260, den zuvor beschriebenen Faltenbalg 255 sowie das Füllventil 210 mit seinem schematisch dargestellten Ventilsitz 220. In der Grundstellung verschließt das schwarz dargestellte Verschlussteil des Füllventils den Ventilsitz 220. Ebenso ist in dieser Grundstellung der Spanngaskanal 260 durch ein nicht dargestelltes Spanngasventil verschlossen.
  • Zu Beginn des Füllvorgangs wird wie in Figur 4 dargestellt zunächst das Füllelement in Pfeilrichtung auf die Behälteröffnung abgesenkt, sodass ein gasdichter Kontakt zwischen der Anpresshülse 228 und der Behälteröffnung gebildet wird. Das Füllventil 210 bleibt nach Herstellen des Kontakts zunächst geschlossen. Hingegen wird der Spanngaskanal 260 durch entsprechendes Ansteuern des Spanngasventils geöffnet, sodass das Vorspanngas unter Druck in den Behälter 140 eingeleitet wird und diesen auf den Vorspanndruck vorspannt.
  • Ist der Vorspanndruck erreicht, so wird das Füllventil 210 durch vertikales Verfahren des Verschlussteils wie durch den Pfeil in Figur 5 angedeutet geöffnet, sodass Produkt durch die Öffnung im Ventilsitz 220 und die Anpresshülse 228 in den Behälter 140 eintritt. Gleichzeitig kann das in dem Behälter befindliche Vorspanngas über den Spanngaskanal 260 entweichen und recycelt werden. Während des gesamten Füllvorgangs bleibt die Auslassöffnung des Füllelements wie durch den Pfeil angedeutet in gasdichtem, mechanischem Kontakt mit der Behälteröffnung. Der Füllvorgang wird fortgesetzt, bis wie in der Figur 5 angedeutet ein gewünschter Füllstand in dem Behälter erreicht ist. Das Volumen über diesem Fülllevel wird allgemein als Kopfraum 142 bezeichnet. Ist der gewünschte Füllstand erreicht, wird das Füllventil 210 wie durch den Pfeil in der Figur 6 angedeutet verschlossen, indem das Verschlussteil gegen den Ventilsitz 220 gefahren wird. Ebenso wird auch der Spanngaskanal 260 mittels des Spanngasventils verschlossen.
  • Beim Gegendruckfüllen steht das Gas, insbesondere das Vorspanngas, das nach Abschluss des eigentlichen Füllvorgangs im Kopfraum 142 vorliegt, unter einem erhöhten Druck. Anders als bei den herkömmlichen Verfahren erfolgt die Entlastung dieses erhöhten Drucks gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wie in der Figur 6 dargestellt jedoch durch vorübergehendes Abheben des Füllelements von der Behälteröffnung. Dies kann beispielsweise wie oben beschrieben durch pneumatisches Anheben des Füllelements, wie es durch den Pfeil in der Figur angedeutet ist, um einen begrenzten Hub erfolgen. Das Anheben öffnet somit einen Ringspalt zwischen Anpresshülse 228 und Behälteröffnung, durch den das Gas aus dem Kopfraum 142 teilweise entweichen kann. Auf diese Weise findet somit eine teilweise Entlastung des Gasdrucks im Kopfraum statt.
  • Wie oben beschrieben wird das Füllelement, nachdem es kurzfristig angehoben wurde, erneut auf die Behälteröffnung abgesenkt, sodass erneut ein gasdichter Kontakt zwischen Anpresshülse 228 und Behälteröffnung entsteht. Dadurch kann sich ein während der Entlastung aufschäumendes karbonisiertes Getränk wieder beruhigen, bevor der Vorgang wiederholt wird oder der Kontakt endgültig aufgehoben wird. Die Druckentlastung kann wie oben beschrieben einmalig oder wiederholt durchgeführt werden, bevor der Kontakt endgültig aufgehoben wird.
  • Schließlich wird das Füllelement wie durch den Pfeil in der Figur 7 angedeutet komplett angehoben und somit von dem befüllten Behälter getrennt. Dieser kann anschließend durch geeignete Vorrichtungen entnommen und beispielsweise von der Greifvorrichtung 250 an einen Auslaufstern oder eine nachgeordnete Behälterbehandlungsmaschine, beispielsweise einen Verschließer, übergeben werden. Das Füllelement befindet sich anschließend wieder in der Grundstellung.
  • Die beschriebenen Füllelemente und Füllverfahren kommen ohne separat vorgesehene Entlastungswege aus, wodurch sich der Installations- und Reinigungsaufwand erheblich reduzieren lassen. Da die Entlastungswege entfallen, entfällt auch eine erhebliche Prozessunsicherheit, die aus der mangelnden Überwachung der Reinigung und Sterilisation der bisher üblichen Entlastungswege erwächst. Somit lassen sich die erfindungsgemäßen Füllelemente auch zum Abfüllen von schwach sauren Produkten einsetzen, die erhöhte mikrobiologische Anforderungen an die Hygiene stellen. Die beschriebenen Verfahren lassen sich sowohl für karbonisierte als auch stille Getränke, sowie für Produkte aus dem Non-Food Bereich einsetzen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Befüllen von Behältern (140) mit einer unter erhöhtem Druck stehenden Flüssigkeit, umfassend:
    Herstellen eines im Wesentlichen gasdichten Kontakts zwischen einer Behälteröffnung (145) eines zu befüllenden Behälters (140) und einer Auslassöffnung (230) eines Füllelements (200);
    Vorspannen des zu befüllenden Behälters (140) mit einem Vorspanngas bis zum Erreichen eines Vorspanndruckes mittels eines Gasanschlusses (260) des Füllelements;
    Befüllen des Behälters (140) mit der Flüssigkeit mittels eines Füllventils (210) des Füllelements; und
    Trennen der Behälteröffnung (145) von der Auslassöffnung (230) nach Abschluss des Füllvorgangs;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kontakt zwischen der Behälteröffnung (145) und der Auslassöffnung (230) vor dem Trennen der Behälteröffnung wenigstens einmal vorübergehend aufgehoben und anschließend wiederhergestellt wird, um eine zumindest teilweise Entlastung des Vorspanndruckes zu bewirken.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kontakt durch relatives Bewegen des Füllelements (200) und/oder des Behälters (140) aufgehoben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Füllelement (200) pneumatisch von der Behälteröffnung (145) abgehoben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontakt durch vorübergehendes Abheben des Füllelements (200) von der Behälteröffnung (145) aufgehoben wird, und wobei die Bewegung des Füllelements (200) während des Abhebens durch eine mechanische Sperre begrenzt ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontakt wiederholt vorübergehend aufgehoben und anschließend wiederhergestellt wird, bevor die Behälteröffnung (145) von der Auslassöffnung (230) getrennt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorspanngas Kohlendioxid ist oder umfasst, und wobei die Flüssigkeit insbesondere ein karbonisiertes Getränk ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorspanngas während des Füllvorgangs teilweise über den Gasanschluss (260) zurückgewonnen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit ein schwach saures Getränk ist.
  9. Füllsystem eines Gegendruckfüllers zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
    wenigstens ein Füllelement (200) mit einer Auslassöffnung (230), die an eine Behälteröffnung (145) eines zu befüllenden Behälters (140) im Wesentlichen gasdicht andrückbar ist,
    wobei das Füllelement (200) einen Gasanschluss (260) für das Vorspanngas und ein Füllventil (210) für die Flüssigkeit aufweist; und
    wenigstens eine Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung (250) für den zu befüllenden Behälter;
    wobei das Füllelement (200) und/oder die Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung (250) derart relativ entlang einer Achse, insbesondere einer Längsachse des Behälters, zueinander verfahrbar ausgebildet sind, dass die Auslassöffnung (230) des Füllelements und die Behälteröffnung (145) zum Befüllen in Kontakt bringbar sind;
    gekennzeichnet durch
    eine Hubvorrichtung (290), die dazu ausgebildet ist, den Kontakt zwischen Auslassöffnung (230) und Behälteröffnung (145) durch Verfahren des Füllelements (200) und/oder der Aufnahme- und/oder Haltevorrichtung (250) entlang der Achse vorübergehend aufzuheben und anschließend wiederherzustellen.
  10. Füllsystem nach Anspruch 9, wobei das Füllelement (200) entlang der Achse relativ verfahrbar ausgebildet ist und die Hubvorrichtung (290) dazu ausgebildet ist, das Füllelement zum Aufheben des Kontakts von der Behälteröffnung (145) abzuheben.
  11. Füllsystem nach Anspruch 10, wobei das Füllventil (210) als Freistrahlventil ausgebildet ist, und insbesondere ein Ventilsitz (220) des Füllventils von der Auslassöffnung (230) zurückversetzt ist.
  12. Füllsystem nach Anspruch 11, wobei der Gasanschluss (260) ein Spanngasventil (270) aufweist, das auf Höhe des Ventilsitzes (220) bzgl. der Achse angeordnet ist.
  13. Füllsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Füllelement (200) eine, insbesondere schaltbare, mechanische Sperre zur Begrenzung der Bewegung des Füllelements während des Abhebens aufweist.
  14. Füllsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, weiterhin wenigstens einen Anschluss (291, 293) für Druckluft umfassend, wobei das Füllelement (200) derart ausgebildet ist, dass es über den Druckluftanschluss pneumatisch von der Behälteröffnung (145) abhebbar ist.
  15. Gegendruckfüller mit einer Vielzahl von Füllsystemen nach einem der Ansprüche 9 bis 14, weiterhin eine Steuer- und/oder Regeleinheit (285) umfassend, die dazu ausgebildet ist, den Kontakt zwischen Auslassöffnung (230) und Behälteröffnung (145) wiederholt aufzuheben und anschließend wiederherzustellen, bevor eine Entlastung auf Umgebungsdruck erfolgt.
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