EP3795531B1 - Quality control when filling a container with a product - Google Patents
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- EP3795531B1 EP3795531B1 EP20194856.9A EP20194856A EP3795531B1 EP 3795531 B1 EP3795531 B1 EP 3795531B1 EP 20194856 A EP20194856 A EP 20194856A EP 3795531 B1 EP3795531 B1 EP 3795531B1
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- B67C3/22—Details
Definitions
- the present invention relates to a device and a method for filling a container with a filling product, preferably in a beverage bottling plant for bottling beverages, such as water, carbonated or non-carbonated, soft drinks, wine, beer or mixed drinks.
- beverages such as water, carbonated or non-carbonated, soft drinks, wine, beer or mixed drinks.
- a process gas for example to flush and/or pre-stress it, before it is filled with a filling product.
- process gases such as carbon dioxide, nitrogen or oxygen
- a low-oxygen filling process is sought for wine or beer. Since it can happen that the concentration and composition of the process gases change during the filling operation, container treatments using a process gas also have an impact on the quality of the filled filling product.
- the oxygen uptake by the filling product in the example of beer and wine mentioned above can change gradually; a reduction in quality that can usually only be examined and assessed after the filling process with complex measurements.
- the WO 2009/068144 A1 proposes to arrange a measuring device in a return line in which the filling product is circulated through a filler tank.
- the measuring device is set up, for example, to measure the sugar content, the turbidity, the carbon dioxide content or the temperature of the filling product. From the WO 94/26651 A1 is known for measuring the oxygen content in the container to be filled.
- the filling process can be influenced. So is from the above WO 2009/068144 A1 known, in the case of too low a carbon dioxide content in the filling product, as determined by the measuring device in the return line, to supply additional carbon dioxide through a metering device.
- the EP 2 722 304 A1 describes a device for filling a container with a filling product according to the preamble of claim 1.
- the EP 0 979 797 A1 describes a filling system for filling bottles.
- the WO 2011/080483 A1 describes a rotating type filling machine with an oxygen measuring device.
- One object of the invention is to improve the filling of a container, preferably in a beverage bottling plant, and in particular to ensure consistent quality of the filled products with little mechanical engineering effort.
- the method and the device according to the invention are used to fill a container with a filling product.
- the filling product is a beverage, such as water, carbonated or non-carbonated, soft drinks, wine, beer or mixed drinks.
- the device has a product tank for providing the filling product.
- the product tank is preferably arranged to rotate about an axis of rotation.
- the product tank can also be arranged rigidly.
- the product tank has, for example, a kettle shape or ring shape.
- Above the filling product there is a headspace in the product tank with a gas atmosphere that can have normal pressure (ie about 1 bar), excess pressure or negative pressure relative to the normal pressure. Spatial indications such as "above", “below” and the like are determined by the installation position of page 2
- the device further has at least one filling element with a filling valve which is in fluid communication with the product tank.
- the one or more filling elements serve to introduce the filling product from the product tank into the container or containers to be filled.
- the one or more filling elements each also have a gas channel for treating the container to be filled with a gas and/or discharging gas from the container, preferably partially or completely into the product tank.
- the product tank and the filling elements are preferably components of a filling machine with a rotary design.
- the device according to the invention further has a measuring device for analyzing the gas atmosphere in the headspace of the product tank and a control device which is communicatively coupled or connected to the measuring device and is set up to produce a process quality, preferably quality, from the analysis of the gas atmosphere in the headspace of the product tank of the filled filling product.
- Process quality determination based on the gas atmosphere in the product tank can be used instead of or in addition to conventional quality control. Any optimization of the treatment process, including, for example, rinsing and/or pre-stressing and/or filling of the containers, can be carried out in real time and automatically, which eliminates or at least reduces the effort involved in subsequent quality control. In this way, the number of containers subsequently rejected due to quality problems can be reduced.
- the effects of different gas compositions on filling can be specifically investigated. Bad processes can be detected automatically and unnecessary process steps, such as evacuation and CO2 purging, can be optimized or even eliminated. In this way, not only can the overall process flow be optimized, but resource consumption, for example COz consumption, can be minimized.
- control device is set up to change the treatment of the container, including, for example, filling and/or rinsing and/or preloading the container with a gas, preferably carbon dioxide, nitrogen or oxygen, depending on the process quality determined by the control device.
- a gas preferably carbon dioxide, nitrogen or oxygen
- the measuring device has at least one gas sensor, which is set up to determine the gas composition in the headspace of the product tank or contributes to this.
- the Gas composition in the product tank in particular the change in gas composition over time, allows conclusions to be drawn about the gas atmosphere in the container to be filled and thus also about the filling product quality in the filled container.
- the gas sensor is preferably an oxygen sensor, in which case the control device is set up to determine the process quality taking into account the amount of oxygen in the headspace of the product tank.
- amount of oxygen includes all variables that are a measure of the absolute oxygen content, oxygen content, oxygen percentage and the like in the headspace of the product tank.
- the amount of oxygen or the residual oxygen in the product tank can be viewed as an indication of the oxygen content in the container to be filled, since this enters the product tank directly, for example through displacement with the filling product. For wine or beer, for example, a low-oxygen filling process is very important.
- container treatments such as flushing and/or pre-stressing of the containers, also have an impact on the quality of the filled filling product.
- a deterioration in product quality can be counteracted by extending the flushing time of the container, preferably with carbon dioxide, optimizing any vacuum in the container and/or pre-stressing the container.
- the gas channel is in fluid communication with the product tank, so that gas that is displaced from the container during filling and/or is released during relaxation of the container after filling passes through the gas channel into the head space of the product tank.
- the gas atmosphere in the product tank is directly related to the gas atmosphere in the containers, further improving the accuracy and reliability of the analysis method set forth herein.
- the above-mentioned object is further achieved by a method for filling a container with a filling product, preferably in a beverage bottling plant.
- the method comprises: providing the filling product in a product tank, a headspace with a gas atmosphere being located above the filling product in the product tank; Introducing the filling product from the product tank into the container through a filling valve of a filling element, the filling element further having a gas channel for treating the container before filling and / or for discharging gas from the container, preferably partially or completely into the product tank; Analyzing the gas atmosphere in the headspace of the product tank using a measuring device; and determining, by means of a control device that is communicatively coupled to the measuring device, a process quality, preferably quality of the filled filling product, from the analysis of the gas atmosphere in the headspace of the product tank.
- the treatment of the container including, for example, filling and/or rinsing and/or preloading the container with a gas, for example carbon dioxide, nitrogen or oxygen, is changed or changed depending on the process quality determined by the control device. adjusted.
- a gas for example carbon dioxide, nitrogen or oxygen
- the measuring device has at least one gas sensor, the analysis of the gas atmosphere in the headspace of the product tank preferably comprising a complete or partial determination of the gas composition in the headspace.
- the gas sensor is preferably an oxygen sensor, with the process quality preferably being determined taking into account the amount of oxygen in the headspace of the product tank.
- a flushing time of the container preferably with carbon dioxide, is extended and/or a vacuum in the container and/or a prestressing of the container is optimized.
- the gas channel is in fluid communication with the product tank, with gas, which is displaced from the container during filling and/or released during relaxation of the container after filling, passing through the gas channel into the head space of the product tank reached.
- the Figure 1 shows schematically a rotary filling machine 100 with a plurality of filling elements 1 for filling a container 4 to be filled with a filling product.
- a product tank 2 for example the central boiler shown schematically, is supplied with the filling product to be filled into the container 4 to be filled via a product inlet 20.
- the filling product is, for example, a carbonated filling product, such as soft drinks, mineral water, wine or beer.
- the product tank 2 has a headspace 2a above the filling product, in which there is a gas atmosphere, the composition of which can change in the course of the regular operation of the rotary filling machine 100, i.e. during the filling process.
- a gas atmosphere in the headspace 2a is contaminated by air, thus oxygen, which is displaced from the containers 4 into the product tank 2 during filling.
- the product tank 2 Since the carbonic acid is released from the filling product under atmospheric pressure, the product tank 2 is subjected to an overpressure in the case of filling carbonated filling products, preferably via a clamping gas supply line 24 by introduced clamping gas. Carbon dioxide is provided as the clamping gas; alternatively, other gases such as nitrogen or oxygen can also be provided as the clamping gas. Accordingly, the product tank 2 is under excess pressure, and above the filling product there is preferably a CO2 atmosphere under a sufficiently high pressure, which prevents the CO2 from being released from the filling product, so that a filling product with the desired carbonization is present at the filling elements 1 , which can then be filled into the container 4 to be filled accordingly.
- a CO2 atmosphere under a sufficiently high pressure
- the product tank 2 is connected to a filling valve 12 of the corresponding filling element 1, through which a container 4 to be filled is filled with the filling product.
- the container 4 to be filled is accommodated in a container receptacle 42 and is pressed through this with its container opening 40 or mouth against an outlet opening 30 of the filling valve 12 in such a way that a liquid and gas-tight contact is established between the outlet opening 30 and the container opening 40.
- the container 4 to be filled is preferably prestressed with the clamping gas.
- the tension gas can, for example, be directed from the product tank 2 via a tension gas line 22 via a valve provided on the filling valve 12 to the container 4 to be filled, which is already pressed gas-tight against the outlet opening 30.
- the tension gas is then fed through the filling product flowing into the container 4 via a gas channel (cf. Figure 2 ) derived, preferably displaced back into the product tank 2, where it enters the head space 2a of the product tank 2.
- This process is also known as “back pressure filling”.
- the filling product is filled from the product tank 2, which is under overpressure, into a container 4 to be filled, which is also under overpressure.
- the pressure present in the container 4 is released in a controlled manner in order to counteract excessive release of CO2 in this phase. If the gas-tight connection between the container opening 40 and the outlet opening 30 were to be immediately released, the excess pressure would be suddenly reduced, which would also cause a sudden release of part of the CO2 dissolved in the filling product and, accordingly, part of the filling product would escape or overflow from the container 4 can. This overflow can be counteracted by the controlled release of the excess pressure, which is also referred to as “relieving” or “relaxing”.
- the container 4 to be filled can be flushed with an inert purge gas before the actual pre-stressing before filling - for example also with CO2. Rinsing of the container 4 can also be performed in cases where preloading is not required.
- the rotary filling machine 100 has an isolator 5, in the interior of which a substantially sterile area 6 is provided.
- the outlet opening 30 of the filling valve 12 as well as the container receptacle 42 and the container 4 are arranged in the sterile area 6, so that aseptic filling of the filling product into the container 4 to be filled is possible.
- the opened container 4 to be filled can first be transported to the container holder 42 in a sterile atmosphere, picked up by it and then pressed against the outlet opening 30. After filling, the then filled container 4 can be released again from the outlet opening 30 and further transported in the sterile atmosphere to a downstream sealer.
- the sterile area 6 essentially has atmospheric pressure, with a slight excess pressure usually being provided in the sterile area 6 compared to the unsterile atmosphere outside the isolator 5 in order to ensure that at any leakage points or at transfer locks for transferring the containers 4 into the sterile Area 6 no contaminating substances enter the sterile area 6.
- FIG. 1 another container 4 is shown, which is accommodated in another container receptacle 42'.
- the further container receptacle 42' is in a lowered state compared to the container receptacle 42, so that the container 4 and the outlet opening 30 are spaced apart from one another.
- the container receptacle 42' is in a transfer position for transferring the containers 4, in which containers 4 to be filled are taken over by an inlet star, not shown, and filled containers 4 are transferred to an outlet star, not shown.
- the transfer positions for removal and return are located next to each other, so that a large treatment angle for treating the containers 4 is provided.
- the product tank 2 is arranged to rotate about an axis of rotation R.
- the product tank can also be arranged rigidly and the filling product can be directed to the individual rotating filling valves via a rotary distributor. It is also possible to provide the product tank as a rotating ring container.
- the filling valves 12 are connected in a gas-tight manner to a rotating insulator cover 50, which is sealed in a gas-tight manner with a dynamic seal, for example in the form of a water lock 54, relative to a rigidly arranged insulator trough 52.
- the outlet openings 30 are arranged in such a way that they are surrounded by the sterile area 6.
- the rotary filling machine 100 Figure 1 also has a relief arrangement 7, which is connected to the filling valve 12.
- a relief valve 70 is provided in order to be able to control or regulate the opening and closing of a gas path through the relief arrangement 7.
- the relief arrangement 7 has a relief line 71, the outlet opening 72 of which opens through the insulator blanket 50 into the sterile area 6.
- This arrangement prevents contamination of the filling product from occurring when the container 4 is relieved, since the outlet opening 72 of the relief arrangement 7 does not come into contact with the non-sterile atmosphere and therefore no germs get into the relief arrangement 7. Furthermore, it can be ruled out that a biofilm forms in the relief arrangement 7 during long production cycles, which grows up the relief line 71 to the filling valve 12 and which ultimately contaminates the filling product and/or the container 4 to be filled. Compared to the prior art, improved hygiene of the rotary filling machine 100 is thus achieved in a simple manner.
- the relief line 71 is provided with a slope so that product particles and/or product aerosols slide off due to the slope and thus no biofilm can form, which would contaminate parts of the rotary filling machine 100 and/or the filling product. Furthermore, this ensures that condensate of a gas or a vapor or a cleaning liquid, which is used to clean the rotary filling machine 100, can flow completely out of the relief arrangement 7 on the inner walls of the relief arrangement 7.
- a throttle arrangement is provided in the relief arrangement 7, by means of which a volume flow of the clamping gas to be conducted from the filled container 4 can be regulated in order to achieve controlled venting and thus foaming of the filling product and thus a filling loss due to a too rapid reduction in the preload pressure impede.
- the relief can be optimally adjusted with regard to the filling product to be filled and the container 4 and, for example, the course of the relief can be adjusted with regard to the saturation pressure of the filling product.
- the container 4 is subjected to different treatment steps.
- pretreatment steps such as sterilization, evacuation and/or intermediate rinsing
- the container 4 is preferably prestressed using the tension gas from the product tank 2.
- the filling valve 12 is then opened and the filling of the container 4 to be filled with the filling product begins.
- the containers 4 must be calmed down and relieved of the load.
- the subsequent calming and relief phase serves to reduce the filling pressure in order to avoid CO2 being released from the filling product and the associated loss of filling due to foam formation.
- gaseous CO2 can rise in the filling product so that it does not lead to foam formation during relief.
- the relief can also take place in several steps or stages.
- the relief can alternatively take place into the external environment or into the product tank 2.
- the insulator 5 set forth herein is optional. It is an advantage if particularly hygienic filling is required, but can be omitted if necessary.
- the filling valve 12 In order to flush and/or pre-stress the container 4 and/or to remove the atmosphere in the container 4 in a controlled manner during filling and, if necessary, when unloading, the filling valve 12 has the above-mentioned gas channel, which is in the Figure 1 is not shown separately, but from the exemplary embodiment Figure 2 emerges.
- FIG. 2 a cross-sectional view of an exemplary filling element 1.
- the filling element 1 has, accommodated in a valve base body 10: a filling product line 11, which is in fluid communication with the product tank 2; the filling valve 12, which is arranged at the lower, ie downstream end of the filling product line 11; the mentioned gas channel 13; and a gas valve 14 arranged at the lower end of the gas channel 13.
- the container 4 can be flushed and/or prestressed with a gas, such as inert gas, nitrogen and/or carbon dioxide, via the gas channel 13 and the gas valve 14. Furthermore, he can The interior of the container can be set to a desired pressure, for example evacuated. The derived gas can be completely or partially directed into the headspace 2a of the product tank 2.
- the gas channel 13 may be a multi-channel construction, for example through a tube-in-tube construction, may include multiple gas lines to physically separate the supply of one or more gases into the container 4 and/or the discharge of gas from the container 4, if necessary .
- the gas valve 14 includes, for example, a gas poppet and a gas valve seat configured to regulate gas flow.
- the gas valve cone can be switched via an actuator, not shown.
- the filling product line 11 is preferably designed as a ring line which extends essentially concentrically to the gas channel 13.
- the filling valve 12 includes, for example, a filling poppet and a filling valve seat configured to regulate the flow of the filling product.
- the filling valve 12 is set up to enable the filling product flow to be completely shut off. In the simplest case, the filling valve 12 has two positions, one open and one completely closed. For this purpose, the filling valve 12 can be switched via an actuator, not shown.
- the gas valve 14 and the filling valve 12 are actuated via actuators that are not described in more detail. It should be noted that the gas valve 14 and filling valve 12 can be operatively connected to one another, so that, for example, an actuator can be set up for shared use in order to simplify the structure of the filling element 1 and increase reliability.
- the filling element 1 has a mouth section 15 at the outlet end of the media, which is set up so that the container mouth can be brought sealingly against the mouth section 15.
- the mouth section 15 preferably has a centering bell with a suitably shaped pressure rubber.
- the filling element 1 with the mouth section 15 is set up for a so-called wall filling, in which the filling product flows downwards on the container wall after exiting the mouth section 15.
- the filling product line 11 and the mouth section 15 are designed or have corresponding means so that the filling product is set into a swirl during filling, whereby the filling product is driven outwards by centrifugal force and, after exiting the mouth section 15, flows downwards in a spiral movement.
- spatial information such as “below”, “below”, “above”, “above”, “downwards”, etc. refer to the installation position of the filling element 1, which is clearly determined by the direction of gravity.
- the structure of the filling element 1 shown is only an example.
- the filling element 1 can have any suitable structure, provided that it is equipped with a gas channel 13 which is set up for flushing and/or prestressing the container 4 and/or for discharging gas from the container 4.
- a measuring device 80 is provided for analyzing the gas atmosphere in the headspace 2a of the product tank 2.
- the measuring device 80 here has at least one gas sensor 81, which is set up to determine the gas composition in the head space 2a of the product tank 2 or contributes to this.
- the gas sensor 81 is preferably set up to measure the amount of oxygen in the product tank 2 or its headspace 2a.
- the measuring device 80 is communicatively coupled to a control device 90, which is an electronic device for monitoring and controlling the rotary filling machine 100.
- the control device 90 also communicates with actuators of the rotary filling machine 100, such as the filling valves 12, in order to control the treatment process of the containers 4.
- Data transmission can be wireless or wired.
- the sensor system comprising the measuring device 80 and the control device 90 makes it possible to completely or at least partially determine the gas composition in the headspace 2a of the product tank 2 and to draw conclusions about the process quality.
- the residual oxygen in the product tank 2 can be viewed as a measure or indication of the oxygen content in the container 4 to be filled, since it gets into the product tank 2 through displacement with the filling product.
- the residual oxygen in the product tank 2 can therefore function as a process quality parameter. If the oxygen content in the product tank 2 increases, a deterioration in product quality can be counteracted by optimizing the treatment process. This can be achieved, for example, by extending the rinsing time of the container 4, optimizing the vacuum in the container 4 or pre-stressing the container 4.
Landscapes
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage zum Abfüllen von Getränken, wie etwa Wasser, karbonisiert oder nicht-karbonisiert, Softdrinks, Wein, Bier oder Mischgetränken.The present invention relates to a device and a method for filling a container with a filling product, preferably in a beverage bottling plant for bottling beverages, such as water, carbonated or non-carbonated, soft drinks, wine, beer or mixed drinks.
Es ist bekannt, einen Behälter, bevor er mit einem Füllprodukt befüllt wird, mit einem Prozessgas zu behandeln, beispielsweise zu spülen und/oder vorzuspannen. Je nach Füllprodukt können unterschiedliche Prozessgase, wie beispielsweise Kohlendioxid, Stickstoff oder Sauerstoff, angewendet werden. Ebenso ist es wichtig, unerwünschte Gase vor dem Befüllen so gut wie möglich aus dem Innenraum des Behälters zu entfernen. So wird beispielsweise für Wein oder Bier ein sauerstoffarmer Abfüllprozess angestrebt. Da es vorkommen kann, dass sich im Laufe des Füllbetriebs Konzentration und Zusammensetzung der Prozessgase ändern, schlagen sich Behälterbehandlungen mittels eines Prozessgases auch auf die Qualität des abgefüllten Füllprodukts nieder. So kann sich etwa die Sauerstoffaufnahme durch das Füllprodukt in dem oben genannten Beispiel von Bier und Wein nach und nach ändern; eine Qualitätsminderung, die normalerweise erst nach dem Abfüllprozess mit aufwendigen Messungen untersucht und beurteilt werden kann.It is known to treat a container with a process gas, for example to flush and/or pre-stress it, before it is filled with a filling product. Depending on the filling product, different process gases, such as carbon dioxide, nitrogen or oxygen, can be used. It is also important to remove unwanted gases from the interior of the container as much as possible before filling. For example, a low-oxygen filling process is sought for wine or beer. Since it can happen that the concentration and composition of the process gases change during the filling operation, container treatments using a process gas also have an impact on the quality of the filled filling product. For example, the oxygen uptake by the filling product in the example of beer and wine mentioned above can change gradually; a reduction in quality that can usually only be examined and assessed after the filling process with complex measurements.
Um die Qualität des Füllprodukts während des Abfüllens zu überwachen, schlägt die
Durch eine Überwachung der Füllproduktqualität während des Abfüllens kann auf den Abfüllprozess eingewirkt werden. So ist aus der vorstehend genannten
Eine Schwierigkeit besteht jedoch darin, die Qualität der Prozessgase zur Vorbehandlung der Behälter bei der Qualitätsbestimmung des abgefüllten Produkts zu berücksichtigen. So ist die genaue Gaszusammensetzung im Produktkessel normalerweise unbekannt und kann lediglich durch Annäherungsrechnungen geschätzt werden. Es kommt hinzu, dass sich die Gaszusammensetzung im Produktkessel beispielsweise durch rückströmendes Gas aus den behandelten und abgefüllten Behältern ändern kann. Da es wünschenswert ist, dass mit einer Abfüllanlage unterschiedliche Abfüllprozesse durchführbar sind und sich die Abfüllprozesse stark voneinander unterscheiden können, beispielsweise hinsichtlich Kohlendioxid-Spülung, Ausblasen, Evakuieren, Abfülldruck, Abfülltemperatur und dergleichen, ist eine exakte Bestimmung der Prozessgaszusammensetzung, insbesondere des Restgases im Behälter, das vom Füllprodukt aufgenommen werden kann, durch Berechnung nahezu unmöglich. Eine etwaige Sensorik in jeder Füllstation würde hohe Kosten nach sich ziehen und zudem kaum Rückschlüsse auf das Gesamtsystem erlauben.However, one difficulty lies in taking the quality of the process gases for pre-treatment of the containers into account when determining the quality of the filled product. The exact gas composition in the product boiler is usually unknown and can only be estimated through approximate calculations. In addition, the gas composition in the product vessel can change, for example due to gas flowing back from the treated and filled containers. Since it is desirable that different filling processes can be carried out with a filling system and the filling processes can differ greatly from one another, for example with regard to carbon dioxide purging, blowing out, evacuation, filling pressure, filling temperature and the like, an exact determination of the process gas composition, in particular the residual gas in the container, is necessary , which can be absorbed by the filling product, is almost impossible by calculation. Any sensors in each filling station would entail high costs and would hardly allow any conclusions to be drawn about the entire system.
Die
Die
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Befüllung eines Behälters, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, zu verbessern, insbesondere eine gleichbleibende Qualität der abgefüllten Produkte bei geringem maschinenbaulichen Aufwand zu gewährleisten.One object of the invention is to improve the filling of a container, preferably in a beverage bottling plant, and in particular to ensure consistent quality of the filled products with little mechanical engineering effort.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.The task is solved by a device with the features of
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung dienen dem Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Füllprodukt um ein Getränk, wie beispielsweise Wasser, karbonisiert oder nicht-karbonisiert, Softdrinks, Wein, Bier oder Mischgetränke. Die Vorrichtung weist einen Produkttank zur Bereitstellung des Füllprodukts auf. Der Produkttank ist vorzugsweise um eine Rotationsachse rotierend angeordnet. Alternativ kann der Produkttank auch starr angeordnet sein. Der Produkttank weist beispielsweise eine Kesselform oder Ringform auf. Oberhalb des Füllprodukts befindet sich im Produkttank ein Kopfraum mit einer Gasatmosphäre, die Normaldruck (d.h. etwa 1 bar), Überdruck oder Unterdruck relativ zum Normaldruck aufweisen kann. Räumliche Angeben, wie etwa "oberhalb", "unterhalb" und dergleichen, sind durch die Einbaulage der Seite 2The method and the device according to the invention are used to fill a container with a filling product. Preferably, the filling product is a beverage, such as water, carbonated or non-carbonated, soft drinks, wine, beer or mixed drinks. The device has a product tank for providing the filling product. The product tank is preferably arranged to rotate about an axis of rotation. Alternatively, the product tank can also be arranged rigidly. The product tank has, for example, a kettle shape or ring shape. Above the filling product there is a headspace in the product tank with a gas atmosphere that can have normal pressure (ie about 1 bar), excess pressure or negative pressure relative to the normal pressure. Spatial indications such as "above", "below" and the like are determined by the installation position of
Vorrichtung und die Schwerkraftrichtung eindeutig bestimmt. Die Vorrichtung weist ferner zumindest ein Füllorgan mit einem Füllventil auf, das mit dem Produkttank in Fluidverbindung steht. Das eine oder die mehreren Füllorgane dienen zum Einleiten des Füllprodukts aus dem Produkttank in den bzw. die zu befüllenden Behälter. Das eine oder die mehreren Füllorgane weisen ferner jeweils einen Gaskanal zur Behandlung des zu befüllenden Behälters mit einem Gas und/oder Ableiten von Gas aus dem Behälter, vorzugsweise teilweise oder vollständig in den Produkttank, auf. Der Produkttank sowie die Füllorgane sind vorzugsweise Komponenten einer Füllmaschine in Rundläuferbauweise.Device and the direction of gravity are clearly determined. The device further has at least one filling element with a filling valve which is in fluid communication with the product tank. The one or more filling elements serve to introduce the filling product from the product tank into the container or containers to be filled. The one or more filling elements each also have a gas channel for treating the container to be filled with a gas and/or discharging gas from the container, preferably partially or completely into the product tank. The product tank and the filling elements are preferably components of a filling machine with a rotary design.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist ferner eine Messeinrichtung zur Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum des Produkttanks und eine Steuereinrichtung auf, die kommunikativ mit der Messeinrichtung gekoppelt bzw. verbunden und eingerichtet ist, um aus der Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum des Produkttanks eine Prozessgüte, vorzugsweise Qualität des abgefüllten Füllprodukts, zu ermitteln.The device according to the invention further has a measuring device for analyzing the gas atmosphere in the headspace of the product tank and a control device which is communicatively coupled or connected to the measuring device and is set up to produce a process quality, preferably quality, from the analysis of the gas atmosphere in the headspace of the product tank of the filled filling product.
In anderen Worten, durch Analyse bzw. Überwachung der Gasatmosphäre im Produkttank können Rückschlüsse auf die Prozessgüte, insbesondere die Qualität der abgefüllten Produkte, gezogen werden. Dadurch wird eine Unabhängigkeit von teuren und oft wenig verlässlichen Analysegeräten geschaffen, die im Nachhinein die abgefüllten Produkte bewerten. Die Prozessgüteermittlung anhand der Gasatmosphäre im Produkttank kann anstelle oder zusätzlich zur herkömmlichen Qualitätskontrolle angewendet werden. Eine etwaige Optimierung des Behandlungsprozesses, umfassend etwa das Spülen und/oder Vorspannen und/oder das Befüllen der Behälter, kann in Echtzeit und automatisiert erfolgen, wodurch der Aufwand einer nachträglichen Qualitätskontrolle entfällt oder zumindest vermindert werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Anzahl der im Nachhinein aufgrund von Qualitätsproblemen ausgeschleusten Behälter verringern. Die Auswirkungen unterschiedlicher Gaszusammensetzungen auf die Abfüllung können gezielt untersucht werden. Schlechte Prozesse können automatisch aufgedeckt werden und überflüssige Prozessschritte, etwa eine Evakuierung und COz-Spülung, können optimiert oder sogar eliminiert werden. Auf diese Weise kann nicht nur der Prozessablauf insgesamt optimiert, sondern der Ressourcenverbrauch, beispielsweise der COz-Verbrauch, minimiert werden.In other words, by analyzing or monitoring the gas atmosphere in the product tank, conclusions can be drawn about the quality of the process, in particular the quality of the filled products. This creates independence from expensive and often unreliable analytical devices that subsequently evaluate the filled products. Process quality determination based on the gas atmosphere in the product tank can be used instead of or in addition to conventional quality control. Any optimization of the treatment process, including, for example, rinsing and/or pre-stressing and/or filling of the containers, can be carried out in real time and automatically, which eliminates or at least reduces the effort involved in subsequent quality control. In this way, the number of containers subsequently rejected due to quality problems can be reduced. The effects of different gas compositions on filling can be specifically investigated. Bad processes can be detected automatically and unnecessary process steps, such as evacuation and CO2 purging, can be optimized or even eliminated. In this way, not only can the overall process flow be optimized, but resource consumption, for example COz consumption, can be minimized.
Ferner ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um die Behandlung des Behälters, umfassend etwa das Befüllen und/oder ein Spülen und/oder ein Vorspannen des Behälters mit einem Gas, vorzugsweise Kohlendioxid, Stickstoff oder Sauerstoff, in Abhängigkeit der durch die Steuereinrichtung ermittelten Prozessgüte zu ändern. Auf diese Weise lässt sich während des regulären Betriebs der Vorrichtung eine Optimierung des Behandlungsprozesses durchführen.Furthermore, the control device is set up to change the treatment of the container, including, for example, filling and/or rinsing and/or preloading the container with a gas, preferably carbon dioxide, nitrogen or oxygen, depending on the process quality determined by the control device. In this way, the treatment process can be optimized during regular operation of the device.
Ferner weist die Messeinrichtung zumindest einen Gassensor auf, der zur Ermittlung der Gaszusammensetzung im Kopfraum des Produkttanks eingerichtet ist oder dazu beiträgt. Die Gaszusammensetzung im Produkttank, insbesondere die Änderung der Gaszusammensetzung im Verlaufe der Zeit, lässt Rückschlüsse auf die Gasatmosphäre im zu befüllenden Behälter und damit auch auf die Füllproduktqualität im abgefüllten Behälter zu.Furthermore, the measuring device has at least one gas sensor, which is set up to determine the gas composition in the headspace of the product tank or contributes to this. The Gas composition in the product tank, in particular the change in gas composition over time, allows conclusions to be drawn about the gas atmosphere in the container to be filled and thus also about the filling product quality in the filled container.
Vorzugsweise ist der Gassensor ein Sauerstoffsensor, wobei die Steuereinrichtung in diesem Fall eingerichtet ist, um die Prozessgüte unter Berücksichtigung der Sauerstoffmenge im Kopfraum des Produkttanks zu ermitteln. Die Bezeichnung "Sauerstoffmenge" umfasst sämtliche Größen, die ein Maß für den absoluten Sauerstoffinhalt, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffanteil und dergleichen im Kopfraum des Produkttanks sind. So kann die Sauerstoffmenge bzw. der Restsauerstoff im Produkttank als Hinweis für den Sauerstoffgehalt im abzufüllenden Behälter angesehen werden, da dieser beispielsweise durch Verdrängung mit dem Füllprodukt unmittelbar in den Produkttank gelangt. Beispielsweise für Wein oder Bier ist ein sauerstoffarmer Abfüllprozess sehr wichtig. Da es vorkommen kann, dass sich im Laufe des Füllbetriebs Konzentration und Zusammensetzung der Prozessgase ändern, schlagen sich Behälterbehandlungen, wie etwa das Spülen und/oder Vorspannen der Behälter, auch auf die Qualität des abgefüllten Füllprodukts nieder. Durch Analyse des Sauerstoffgehalts im Produkttank kann nun die Sauerstoffaufnahme durch das Füllprodukt im Vorhinein abgeschätzt werden, und bei einer zu erwartenden zu hohen Sauerstoffaufnahme kann eine Optimierung des Prozesses vorgenommen werden.The gas sensor is preferably an oxygen sensor, in which case the control device is set up to determine the process quality taking into account the amount of oxygen in the headspace of the product tank. The term “amount of oxygen” includes all variables that are a measure of the absolute oxygen content, oxygen content, oxygen percentage and the like in the headspace of the product tank. The amount of oxygen or the residual oxygen in the product tank can be viewed as an indication of the oxygen content in the container to be filled, since this enters the product tank directly, for example through displacement with the filling product. For wine or beer, for example, a low-oxygen filling process is very important. Since it can happen that the concentration and composition of the process gases change during the filling operation, container treatments, such as flushing and/or pre-stressing of the containers, also have an impact on the quality of the filled filling product. By analyzing the oxygen content in the product tank, the oxygen uptake by the filling product can now be estimated in advance, and if the oxygen uptake is expected to be too high, the process can be optimized.
Steigt beispielsweise der Sauerstoffgehalt im Produkttank an, kann einer Verschlechterung der Produktqualität dadurch entgegengewirkt werden, dass eine Spülzeit des Behälters, vorzugsweise mit Kohlendioxid, verlängert, ein etwaiges Vakuum im Behälter und/oder ein Vorspannen des Behälters optimiert werden.For example, if the oxygen content in the product tank increases, a deterioration in product quality can be counteracted by extending the flushing time of the container, preferably with carbon dioxide, optimizing any vacuum in the container and/or pre-stressing the container.
Besonders bevorzugt steht der Gaskanal mit dem Produkttank in Fluidverbindung, so dass Gas, das während der Befüllung aus dem Behälter verdrängt wird und/oder während einer Entspannung des Behälters nach dem Befüllen freigesetzt wird, durch den Gaskanal in den Kopfraum des Produkttanks gelangt. Auf diese Weise hängt die Gasatmosphäre im Produkttank unmittelbar mit der Gasatmosphäre in den Behältern zusammen, wodurch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der hierin dargelegten Analysemethode weiter verbessert werden.Particularly preferably, the gas channel is in fluid communication with the product tank, so that gas that is displaced from the container during filling and/or is released during relaxation of the container after filling passes through the gas channel into the head space of the product tank. In this way, the gas atmosphere in the product tank is directly related to the gas atmosphere in the containers, further improving the accuracy and reliability of the analysis method set forth herein.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, gelöst. Das Verfahren weist auf: Bereitstellen des Füllprodukts in einem Produkttank, wobei sich oberhalb des Füllprodukts im Produkttank ein Kopfraum mit einer Gasatmosphäre befindet; Einleiten des Füllprodukts aus dem Produkttank durch ein Füllventil eines Füllorgans in den Behälter, wobei das Füllorgan ferner einen Gaskanal zur Behandlung des Behälters vor dem Befüllen und/oder zum Ableiten von Gas aus dem Behälter, vorzugsweise teilweise oder vollständig in den Produkttank, aufweist; Analysieren der Gasatmosphäre im Kopfraum des Produkttanks mittels einer Messeinrichtung; und Ermitteln mittels einer Steuereinrichtung, die mit der Messeinrichtung kommunikativ gekoppelt ist, einer Prozessgüte, vorzugsweise Qualität des abgefüllten Füllprodukts, aus der Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum des Produkttanks.The above-mentioned object is further achieved by a method for filling a container with a filling product, preferably in a beverage bottling plant. The method comprises: providing the filling product in a product tank, a headspace with a gas atmosphere being located above the filling product in the product tank; Introducing the filling product from the product tank into the container through a filling valve of a filling element, the filling element further having a gas channel for treating the container before filling and / or for discharging gas from the container, preferably partially or completely into the product tank; Analyzing the gas atmosphere in the headspace of the product tank using a measuring device; and determining, by means of a control device that is communicatively coupled to the measuring device, a process quality, preferably quality of the filled filling product, from the analysis of the gas atmosphere in the headspace of the product tank.
Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren.The features, technical effects, advantages and exemplary embodiments that were described in relation to the device apply analogously to the method.
So wird aus den oben genannten Gründen die Behandlung des Behälters, umfassend etwa das Befüllen und/oder ein Spülen und/oder ein Vorspannen des Behälters mit einem Gas, beispielsweise Kohlendioxid, Stickstoff oder Sauerstoff, in Abhängigkeit der durch die Steuereinrichtung ermittelten Prozessgüte geändert bzw. angepasst.For the reasons mentioned above, the treatment of the container, including, for example, filling and/or rinsing and/or preloading the container with a gas, for example carbon dioxide, nitrogen or oxygen, is changed or changed depending on the process quality determined by the control device. adjusted.
Ferner weist aus den oben genannten Gründen die Messeinrichtung zumindest einen Gassensor auf, wobei die Analyse der Gasatmosphäre im Kopfraum des Produkttanks vorzugsweise eine vollständige oder teilweise Ermittlung der Gaszusammensetzung im Kopfraum umfasst.Furthermore, for the reasons mentioned above, the measuring device has at least one gas sensor, the analysis of the gas atmosphere in the headspace of the product tank preferably comprising a complete or partial determination of the gas composition in the headspace.
Vorzugsweise ist aus den oben genannten Gründen der Gassensor ein Sauerstoffsensor, wobei die Prozessgüte vorzugsweise unter Berücksichtigung der Sauerstoffmenge im Kopfraum des Produkttanks ermittelt wird.For the reasons mentioned above, the gas sensor is preferably an oxygen sensor, with the process quality preferably being determined taking into account the amount of oxygen in the headspace of the product tank.
Vorzugsweise werden aus den oben genannten Gründen bei einer steigenden Sauerstoffmenge im Kopfraum des Produkttanks eine Spülzeit des Behälters, vorzugsweise mit Kohlendioxid, verlängert und/oder ein Vakuum im Behälter und/oder ein Vorspannen des Behälters optimiert.Preferably, for the reasons mentioned above, when the amount of oxygen in the headspace of the product tank increases, a flushing time of the container, preferably with carbon dioxide, is extended and/or a vacuum in the container and/or a prestressing of the container is optimized.
Vorzugsweise steht aus den oben genannten Gründen der Gaskanal mit dem Produkttank in Fluidverbindung, wobei Gas, das etwa während der Befüllung aus dem Behälter verdrängt wird und/oder während einer Entspannung des Behälters nach dem Befüllen freigesetzt wird, durch den Gaskanal in den Kopfraum des Produkttanks gelangt.Preferably, for the reasons mentioned above, the gas channel is in fluid communication with the product tank, with gas, which is displaced from the container during filling and/or released during relaxation of the container after filling, passing through the gas channel into the head space of the product tank reached.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.Further advantages and features of the present invention can be seen from the following description of preferred exemplary embodiments. The features described there can be implemented alone or in combination with one or more of the features set out above, provided the features do not contradict each other. The following description of preferred exemplary embodiments is made with reference to the accompanying drawings.
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1- schematisch eine Rundläufer-Füllmaschine zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt in einem Isolator gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Figur 2- eine Querschnittsansicht eines Füllorgans, das ein Füllventil und einen Gaskanal aufweist.
- Figure 1
- schematically a rotary filling machine for filling a container with a filling product in an insulator according to an exemplary embodiment;
- Figure 2
- a cross-sectional view of a filling element that has a filling valve and a gas channel.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Um Redundanzen zu vermeiden, wird auf eine widerholte Beschreibung dieser Elemente in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet.Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the figures. Elements that are the same, similar or have the same effect are designated with identical reference numerals. In order to avoid redundancies, a repeated description of these elements is partially omitted in the following description.
Die
Der Produkttank 2 weist einen Kopfraum 2a oberhalb des Füllprodukts auf, in dem sich eine Gasatmosphäre befindet, deren Zusammensetzung sich im Verlauf des regulären Betriebs der Rundläufer-Füllmaschine 100, d.h. während des Abfüllprozesses, ändern kann. So ist es beispielsweise möglich, dass eine COz-Atmosphäre im Kopfraum 2a durch Luft, somit Sauerstoff, das beim Befüllen aus den Behältern 4 in den Produkttank 2 verdrängt wird, verunreinigt wird.The
Da die Kohlensäure unter atmosphärischem Druck aus dem Füllprodukt entbindet, ist der Produkttank 2 im Fall des Abfüllens karbonisierter Füllprodukte vorzugsweise über eine Spanngaszuleitung 24 durch eingeleitetes Spanngas mit einem Überdruck beaufschlagt. Als Spanngas wird hierbei Kohlendioxid bereitgestellt, alternativ können auch andere Gase, wie Stickstoff oder Sauerstoff als Spanngas bereitgestellt werden. Entsprechend steht der Produkttank 2 unter einem Überdruck, und über dem Füllprodukt liegt bevorzugt eine COz-Atmosphäre unter einem hinreichend hohen Druck vor, der ein Entbinden des COz aus dem Füllprodukt verhindert, so dass an den Füllorganen 1 entsprechend ein Füllprodukt mit der gewünschten Karbonisierung ansteht, welches dann entsprechend in die zu befüllenden Behälter 4 abgefüllt werden kann.Since the carbonic acid is released from the filling product under atmospheric pressure, the
Der Produkttank 2 ist mit einem Füllventil 12 des entsprechenden Füllorgans 1 verbunden, durch welches ein zu befüllender Behälter 4 mit dem Füllprodukt befüllt wird. Der zu befüllende Behälter 4 ist in einer Behälteraufnahme 42 aufgenommen und wird durch diese mit seiner Behälteröffnung 40 bzw. Mündung so an eine Auslauföffnung 30 des Füllventils 12 gedrückt, dass ein flüssigkeits- und gasdichter Kontakt zwischen Auslauföffnung 30 und Behälteröffnung 40 hergestellt ist.The
Um zu verhindern, dass COz während des Befüllens aus dem Füllprodukt entbindet und entsprechend während des Füllvorgangs ein starkes Aufschäumen des Füllprodukts stattfindet, welches ein effizientes Füllen verhindern würde, wird der zu befüllende Behälter 4 vorzugsweise mit dem Spanngas vorgespannt. Das Spanngas kann beispielsweise aus dem Produkttank 2 über eine Spanngasleitung 22 über ein am Füllventil 12 vorgesehenes Ventil auf den zu befüllenden, bereits an die Auslauföffnung 30 gasdicht angepressten zu befüllenden Behälter 4 geleitet werden. Bei geöffnetem Füllventil 12 wird das Spanngas dann durch das in den Behälter 4 fließende Füllprodukt über einen Gaskanal (vgl.
Vor dem Lösen des dann befüllten Behälters 4 von der Auslauföffnung 30 wird der in dem Behälter 4 vorliegende Druck kontrolliert abgelassen, um entsprechend auch in dieser Phase einem übermäßigen Entbinden des COz entgegenzuwirken. Bei einem sofortigen Lösen der gasdichten Verbindung zwischen Behälteröffnung 40 und Auslauföffnung 30 würde der Überdruck nämlich schlagartig abgebaut werden, wodurch ein ebenfalls schlagartiges Entbinden eines Teils des im Füllprodukt gelösten COz hervorgerufen werden würde und entsprechend ein Teil des Füllprodukts aus dem Behälter 4 austreten bzw. überlaufen kann. Durch das kontrollierte Ablassen des Überdrucks, was auch als "Entlasten" oder "Entspannen" bezeichnet wird, kann diesem Überlaufen entgegen gewirkt werden.Before the then filled
Um bei sauerstoffempfindlichen Produkten das Füllprodukt noch weiter zu schonen, kann der zu befüllende Behälter 4 vor dem eigentlichen Vorspannen vor dem Befüllen noch mit einem inerten Spülgas gespült werden - beispielsweise ebenfalls mit COz. Ein Spülen des Behälters 4 kann ebenso in Fällen durgeführt werden, in denen ein Vorspannen nicht erforderlich ist.In order to protect the filling product even further in the case of oxygen-sensitive products, the
Das vorstehend dargelegte "Gegendruckfüllen" ist nur beispielhaft. So ist es etwa möglich, insbesondere zum Abfüllen nicht-karbonisierter Füllprodukte, das Füllprodukt ohne Überdruck, allein durch dessen statischen Druck in den Behälter 4 einzuleiten. Ebenso muss der Behälter 4 beim Abfüllen nicht unbedingt unter einem Überdruck stehen.The “counter-pressure filling” presented above is only an example. For example, it is possible, especially for filling non-carbonated filling products, to fill the filling product without excess pressure, to be introduced into the
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Rundläufer-Füllmaschine 100 einen Isolator 5 auf, in dessen Inneren ein im Wesentlichen steriler Bereich 6 bereitstellt ist. Dabei sind die Auslauföffnung 30 des Füllventils 12 sowie die Behälteraufnahme 42 und der Behälter 4 in dem sterilen Bereich 6 angeordnet, so dass ein aseptisches Abfüllen des Füllprodukts in den zu befüllenden Behälter 4 realisierbar ist. Mit anderen Worten, der geöffnete, zu befüllende Behälter 4 kann in einer sterilen Atmosphäre zunächst zu der Behälteraufnahme 42 transportiert, von dieser aufgenommen und dann an die Auslauföffnung 30 angepresst werden. Nach dem Befüllen kann der dann befüllte Behälter 4 wieder von der Auslauföffnung 30 gelöst und weiterhin in der sterilen Atmosphäre zu einem nachgelagerten Verschließer transportiert werden. Durch das Bereitstellen des Isolators 5 und der darin vorgehaltenen sterilen Atmosphäre kann entsprechend die Keimbelastung der zu befüllenden Behälter 4 sowie der befüllten Behälter 4 und des darin aufgenommenen Füllprodukts minimiert werden, so dass das Füllprodukt eine möglichst hohe Haltbarkeit erhält.In the present exemplary embodiment, the
Dadurch, dass der Behälter 4 und die Auslauföffnung 30 in der sterilen Atmosphäre geführt werden, kann einem Verkeimen dieser Elemente entgegengewirkt werden. Der sterile Bereich 6 weist im Wesentlichen Atmosphärendruck auf, wobei im sterilen Bereich 6 im Vergleich zur unsterilen Atmosphäre außerhalb des Isolators 5 üblicher Weise ein leichter Überdruck bereitgestellt ist, um sicherzustellen, dass an etwaigen Leckstellen oder an Übergabeschleusen zur Übergabe der Behälter 4 in den sterilen Bereich 6 keine kontaminierenden Stoffe in den sterilen Bereich 6 gelangen.Because the
Ferner ist in der
Die fest am Produkttank 2 angeordneten Füllorgane 1 rotieren konzeptbedingt mit dem Produkttank 2. Die Füllventile 12 sind mit einer rotierenden Isolatordecke 50 gasdicht verbunden, die mit einer dynamischen Dichtung beispielsweise in Form eines Wasserschlosses 54 gegenüber einer starr angeordneten Isolatorwanne 52 gasdicht abgedichtet ist. Die Auslauföffnungen 30 sind hierbei derart angeordnet, dass sie von dem sterilen Bereich 6 umgeben ist.The filling
Die Rundläufer-Füllmaschine 100 aus
Durch diese Anordnung wird verhindert, dass es beim Entlasten des Behälters 4 zu einer Kontamination des Füllprodukts kommt, da die Auslassöffnung 72 der Entlastungsanordnung 7 nicht mit der unsterilen Atmosphäre in Verbindung kommt und somit auch keine Keime in die Entlastungsanordnung 7 gelangen. Ferner kann ausgeschlossen werden, dass sich während langer Produktionszyklen ein Biofilm in der Entlastungsanordnung 7 bildet, der die Entlastungsleitung 71 bis zum Füllventil 12 heraufwächst und der letztlich das Füllprodukt und/oder den zu befüllenden Behälter 4 kontaminiert. Somit wird im Vergleich zum Stand der Technik auf einfache Weise eine verbesserte Hygiene der Rundläufer-Füllmaschine 100 erreicht.This arrangement prevents contamination of the filling product from occurring when the
Die Entlastungsleitung 71 ist mit einem Gefälle versehen, so dass Produktpartikel und/oder Produktaerosole aufgrund des Gefälles abgleiten und sich somit kein Biofilm bilden kann, welcher Teile der Rundläufer-Füllmaschine 100 und/oder das Füllprodukt kontaminieren würde. Weiterhin wird dadurch erreicht, dass Kondensat eines Gases oder eines Dampfes oder eine Reinigungsflüssigkeit, welche zum Reinigen der Rundläufer-Füllmaschine 100 verwendet wird, an den Innenwänden der Entlastungsanordnung 7 vollständig aus der Entlastungsanordnung 7 ausfließen können.The
Ferner ist in der Entlastungsanordnung 7 eine Drosselanordnung vorgesehen, mittels welcher ein Volumenstrom des aus dem befüllten Behälter 4 zu leitenden Spanngases regelbar ist, um ein kontrolliertes Entlüften zu erreichen und damit ein Aufschäumen des Füllprodukts und somit einen Füllverlust aufgrund eines zu schnellen Absenkens des Vorspanndrucks zu verhindern. So kann das Entlasten hinsichtlich des abzufüllenden Füllprodukts und des Behälters 4 optimal eingestellt werden und beispielsweise der Verlauf des Entlastens hinsichtlich des Sättigungsdrucks des Füllprodukts eingestellt werden.Furthermore, a throttle arrangement is provided in the
Innerhalb des Behandlungswinkels sind an der Rundläufer-Füllmaschine 100 verschiedene Behandlungsbereiche vorgesehen, in denen der Behälter 4 unterschiedlichen Behandlungsschritten unterzogen wird. Nach Vorbehandlungsschritten, wie Sterilisieren, Evakuieren und/oder Zwischenspülen wird der Behälter 4 vorzugsweise mittels des Spanngases aus dem Produkttank 2 vorgespannt. Anschließend wird das Füllventil 12 geöffnet und das Befüllen des zu befüllenden Behälters 4 mit dem Füllprodukt beginnt. Nach Beendigung des Füllvorgangs und einer etwaigen erforderlichen Füllhöhenkorrektur müssen die Behälter 4 beruhigt und entlastet werden. Die nachfolgende Beruhigungs- und Entlastungsphase dient dazu, den Abfülldruck abzusenken, um ein Entbinden von COz aus dem Füllprodukt und den damit verbundenen Füllverlust durch Schaumbildung zu vermeiden. In der Beruhigungszeit kann gasförmig vorliegendes COz in dem Füllprodukt aufsteigen, so dass sie bei der Entlastung nicht zu einer Schaumbildung führen. Je nach Anforderungen kann das Entlasten auch in mehreren Schritten oder Stufen stattfinden. Nach dem Entlasten des Kopfraums des Behälters 4 über die Entlastungsanordnung 7 liegt in dem Behälter 4 wieder der im sterilen Bereich 6 herrschende Druck vor. Anschließend wird der Behälter 4 durch Herabsenken der Behälteraufnahme 42 in die Übergabeposition gebracht und dann bevorzugt an einen nachfolgend angeordneten Verschließer übergeben.Within the treatment angle, 100 different treatment areas are provided on the rotary filling machine, in which the
Es sei darauf hingewiesen, dass die Entlastung alternativ in die äußere Umgebung oder auch in den Produkttank 2 erfolgen kann. Ferner ist der hierin dargelegte Isolator 5 optional. Er ist von Vorteil, wenn ein besonders hygienisches Abfüllen erforderlich ist, kann jedoch gegebenenfalls entfallen.It should be noted that the relief can alternatively take place into the external environment or into the
Um den Behälter 4 zu spülen und/oder vorzuspannen und/oder die Atmosphäre im Behälter 4 während des Befüllens und gegebenenfalls bei der Entlastung kontrolliert abzuführen, weist das Füllventil 12 den oben erwähnten Gaskanal auf, der in der
So zeigt die
Über den Gaskanal 13 und das Gasventil 14 kann der Behälter 4 mit einem Gas, etwa Inertgas, Stickstoff und/oder Kohlenstoffdioxid, gespült und/oder vorgespannt werden. Ferner kann der Behälterinnenraum darüber auf einen gewünschten Druck eingestellt, etwa evakuiert, werden. Das abgeleitete Gas kann vollständig oder teilweise in den Kopfraum 2a des Produkttanks 2 geleitet werden. Der Gaskanal 13 kann eine Mehrkanalkonstruktion sein, beispielsweise durch einen Rohrin-Rohr-Aufbau mehrere Gasleitungen umfassen kann, um die Zufuhr von einem oder mehreren Gasen in den Behälter 4 und/oder die Ableitung von Gas aus dem Behälter 4 physisch zu trennen, sofern erforderlich.The
Das Gasventil 14 umfasst beispielsweise einen Gasventilkegel und einen Gasventilsitz, die eingerichtet sind, um den Gasdurchfluss zu regeln. Zu diesem Zweck ist der Gasventilkegel über einen nicht dargestellten Aktuator schaltbar.The
Die Füllproduktleitung 11 ist vorzugsweise als Ringleitung ausgeführt, die sich im Wesentlichen konzentrisch zum Gaskanal 13 erstreckt. Das Füllventil 12 umfasst beispielsweise einen Füllventilkegel und einen Füllventilsitz, die eingerichtet sind, um den Durchfluss des Füllprodukts zu regeln. Das Füllventil 12 ist eingerichtet, um ein vollständiges Absperren des Füllproduktstroms zu ermöglichen. Im einfachsten Fall weist das Füllventil 12 zwei Stellungen auf, eine geöffnete und eine vollständig geschlossene. Zu diesem Zweck ist das Füllventil 12 über einen nicht dargestellten Aktuator schaltbar.The filling
Die Betätigung des Gasventils 14 und des Füllventils 12 findet über nicht näher dargelegte Aktuatoren statt. Es sei darauf hingewiesen, dass das Gasventil 14 und Füllventil 12 miteinander in Wirkverbindung stehen können, so dass beispielsweise ein Aktuator zur gemeinsamen Nutzung eingerichtet sein kann, um den Aufbau des Füllorgans 1 zu vereinfachen und die Zuverlässigkeit zu erhöhen.The
Das Füllorgan 1 weist am Austrittsende der Medien einen Mündungsabschnitt 15 auf, der so eingerichtet ist, dass die Behältermündung dichtend gegen den Mündungsabschnitt 15 gebracht werden kann. Zu diesem Zweck weist der Mündungsabschnitt 15 vorzugsweise eine Zentrierglocke mit einem geeignet geformten Anpressgummi auf. Das Füllorgan 1 mit dem Mündungsabschnitt 15 ist für eine sogenannte Wandfüllung eingerichtet, bei der das Füllprodukt nach Austritt aus dem Mündungsabschnitt 15 an der Behälterwand abwärts strömt. Vorzugsweise sind die Füllproduktleitung 11 und der Mündungsabschnitt 15 so beschaffen oder weisen entsprechende Mittel auf, dass das Füllprodukt beim Abfüllen in Drall versetzt wird, wodurch das Füllprodukt zentrifugalkraftbedingt nach außen getrieben wird und nach Austritt aus dem Mündungsabschnitt 15 in einer Spiralbewegung abwärts strömt.The filling
Es sei darauf hingewiesen, dass sich räumliche Angaben, wie etwa "unter", "unterhalb", "über", "oberhalb", "abwärts" usw. auf die Einbaulage des Füllorgans 1 beziehen, die durch die Schwerkraftrichtung eindeutig bestimmt ist.It should be noted that spatial information such as "below", "below", "above", "above", "downwards", etc. refer to the installation position of the filling
Der in der
Zurückkommend auf die
Die Messeinrichtung 80 ist kommunikativ mit einer Steuereinrichtung 90 gekoppelt, die eine elektronische Einrichtung zur Überwachung und Steuerung der Rundläufer-Füllmaschine 100 ist. Zu diesem Zweck kommuniziert die Steuereinrichtung 90 ferner mit Aktuatoren der Rundläufer-Füllmaschine 100, wie etwa den Füllventilen 12, um den Behandlungsprozess der Behälter 4 zu steuern. Die Datenübertragung kann kabellos oder kabelgebunden erfolgen.The measuring
Die Sensorik umfassend die Messeinrichtung 80 sowie die Steuereinrichtung 90 ermöglicht es, die Gaszusammensetzung im Kopfraum 2a des Produkttanks 2 vollständig oder zumindest teilweise zu ermitteln und Rückschlüsse auf die Prozessgüte zu ziehen. So kann beispielsweise der Restsauerstoff im Produkttank 2 als Maß oder Hinweis für den Sauerstoffgehalt im abzufüllenden Behälter 4 angesehen werden, da dieser durch Verdrängung mit dem Füllprodukt in den Produkttank 2 gelangt. Der Restsauerstoff im Produkttank 2 kann somit als Prozessgüteparameter fungieren. Steigt der Sauerstoffgehalt im Produkttank 2 an, kann einer Verschlechterung der Produktqualität dadurch entgegengewirkt werden, dass der Behandlungsprozess optimiert wird. Dies kann beispielsweise durch Verlängerung der Spülzeit des Behälters 4, Optimierung des Vakuums im Behälter 4 oder des Vorspannens des Behälters 4 erzielt werden.The sensor system comprising the measuring
Die Überwachung der Gasatmosphäre im Produkttank 2 schafft eine Unabhängigkeit von teuren und oft wenig verlässlichen Analysegeräten, die eine Qualitätsminderung erst im Nachhinein, d.h. am abgefüllten Produkt, feststellen können. Die Optimierung des Behandlungsprozesses, umfassend etwa das Spülen und/oder Vorspannen sowie das Befüllen der Behälter 4, kann in Echtzeit und automatisiert erfolgen, wodurch der Aufwand einer nachträglichen Qualitätskontrolle entfällt oder zumindest vermindert werden kann. Somit müssen weniger abgefüllte Behälter 4 im Nachhinein ausgeschleust werden.Monitoring the gas atmosphere in the
Die Auswirkungen unterschiedlicher Gaszusammensetzungen auf die Abfüllung können gezielt untersucht werden. Schlechte Prozesse können automatisch aufgedeckt werden, und überflüssige Prozessschritte, etwa eine Evakuierung und COz-Spülung, können optimiert oder sogar eliminiert werden. Auf diese Weise kann nicht nur der Prozessablauf insgesamt optimiert, sondern der Ressourcenverbrauch, beispielsweise der COz-Verbrauch, minimiert werden.The effects of different gas compositions on filling can be specifically investigated. Bad processes can be detected automatically, and unnecessary process steps, such as evacuation and CO2 purging, can be optimized or even eliminated. In this way, not only can the overall process flow be optimized, but resource consumption, for example COz consumption, can be minimized.
- 100100
- Rundläufer-FüllmaschineRotary filling machine
- 11
- FüllorganFilling organ
- 22
- ProdukttankProduct tank
- 2a2a
- KopfraumHeadspace
- 1010
- VentilgrundkörperValve base body
- 1111
- FüllproduktleitungFilling product line
- 1212
- FüllventilFill valve
- 1313
- GaskanalGas channel
- 1414
- GasventilGas valve
- 1515
- MündungsabschnittMouth section
- 2020
- ProduktzulaufProduct inflow
- 2222
- SpanngasleitungTension gas line
- 2424
- SpanngaszuleitungTension gas supply line
- 3030
- Auslauföffnungoutlet opening
- 44
- Behältercontainer
- 4040
- BehälteröffnungContainer opening
- 42, 42`42, 42`
- BehälteraufnahmeContainer holder
- 55
- Isolatorinsulator
- 5050
- IsolatordeckeInsulator blanket
- 5252
- IsolatorwanneIsolator tray
- 66
- Steriler BereichSterile area
- 77
- EntlastungsanordnungRelief Order
- 7070
- EntlastungsventilRelief valve
- 7171
- Entlastungskanalrelief channel
- 7272
- AuslassöffnungExhaust opening
- 8080
- MesseinrichtungMeasuring device
- 8181
- GassensorGas sensor
- 9090
- SteuereinrichtungControl device
- RR
- RotationsachseAxis of rotation
Claims (8)
- Device for filling a container (4) with a filling product, preferably in a beverage filling plant, wherein the device has:a product tank (2) for providing the filling product, wherein a head space (2a) with a gas atmosphere is located above the filling product in the product tank (2);at least one filling member (1) having a filling valve (12) which is fluidically connected to the product tank (2), for introducing the filling product from the product tank (2) into the container (4) to be filled, and having a gas channel (13) for treating the container (4) to be filled with a gas and/or for discharging gas from the container (4);a measuring apparatus (80) for analysing the gas atmosphere in the head space (2a) of the product tank (2); anda control apparatus (90) which is communicatively coupled to the measuring apparatus (80) and is configured to determine a process quality, preferably quality of the filled product, from the analysis of the gas atmosphere in the head space (2a) of the product tank (2),characterised in thatthe measuring apparatus (80) has at least one gas sensor (81) which is configured to determine or contributes to determining the gas composition in the head space (2a) of the product tank (2), andthe control apparatus (90) is configured to alter a treatment of the tank (4), comprising filling and/or flushing and/or pressurising the container (4) with a gas, preferably carbon dioxide, nitrogen or oxygen, depending on the process quality determined by the control apparatus (90).
- Device according to claim 1, characterised in that the gas sensor (81) is an oxygen sensor and the control apparatus (90) is configured to determine the process quality by considering the quantity of oxygen in the head space (2a) of the product tank (2).
- Device according to claim 2, characterised in that the control apparatus (90) is configured to lengthen a flushing time of the container (4), preferably with carbon dioxide, and/or to optimise a vacuum in the container (4) and/or a pressurisation of the container (4) in the event of an increasing quantity of oxygen in the head space (2a) of the product tank (2).
- Device according to any one of the preceding claims, characterised in that the gas channel (13) is fluidically connected to the product tank (2) so that gas displaced from the tank (4) during filling and/or released during depressurisation of the tank (4) after filling passes through the gas channel (13) into the head space (2a) of the product tank (2).
- Method for filling a container (4) with a filling product, preferably in a beverage filling plant, wherein the method has the steps of:providing the filling product in a product tank (2), wherein a head space (2a) with a gas atmosphere is located above the filling product in the product tank (2);introducing the filling product from the product tank (2) through a filling valve (12) of a filling member (1) into the container (4), wherein the filling member (1) has a gas channel (13) for treating the container (4) before filling and/or for discharging gas from the container (4);analysing the gas atmosphere in the head space (2a) of the product tank (2) by means of a measuring apparatus (80); anddetermining, by means of a control apparatus (90) which is communicatively coupled to the measuring apparatus (80), a process quality, preferably quality of the filled product, from the analysis of the gas atmosphere in the head space (2a) of the product tank (2),characterised in thatthe measuring apparatus (80) has at least one gas sensor (81) and the analysis of the gas atmosphere in the head space (2a) of the product tank (2) comprises fully or partially determining the gas composition in the head space (2a), anda treatment of the tank (4), comprising filling and/or flushing and/or pressurising the container (4) with a gas, preferably carbon dioxide, nitrogen or oxygen, is altered depending on the process quality determined by the control apparatus (90).
- Method according to claim 5, characterised in that the gas sensor (81) is an oxygen sensor and the process quality is determined by considering the quantity of oxygen in the head space (2a) of the product tank (2).
- Method according to claim 6, characterised in that, in the event of an increasing quantity of oxygen in the head space (2a) of the product tank (2), a flushing time of the container (4), preferably with carbon dioxide, is lengthened and/or a vacuum in the container (4) and/or a pressurisation of the container (4) is optimised.
- Method according to any one of claims 5 to 7, characterised in that the gas channel (13) is fluidically connected to the product tank (2) and gas displaced from the container (4) during filling and/or released during depressurisation of the container (4) after filling passes through the gas channel (13) into the head space (2a) of the product tank (2).
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