EP3950569A1

EP3950569A1 - Aufschäumen eines in behälter eingebrachten füllprodukts

Info

Publication number: EP3950569A1
Application number: EP21190074.1A
Authority: EP
Inventors: Anton Niedermeier
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2021-08-06
Publication date: 2022-02-09
Also published as: CN216584114U; DE102020120834A1

Abstract

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Aufschäumen eines Füllprodukts (P), das so in einen Behälter (2) abgefüllt ist, dass in einem Kopfraum (2a) des Behälters (2) eine gashaltige, vorzugsweise sauerstoffhaltige, Atmosphäre vorliegt, und eine Vorrichtung (1) zum Befüllen eines Behälters (2) mit einem Füllprodukt (P) und Verschließen des Behälters (2) mit einem Verschluss (3), vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage. Das Verfahren weist auf: Einspritzen eines Aufschäummediums (M) in den Behälter (2), so dass das Füllprodukt (P) mit dem Aufschäummedium (M) beaufschlagt wird, wodurch Schaum (S) im Kopfraum (2a) des Behälters (2) erzeugt wird, der die Atmosphäre im Kopfraum (2a) vollständig oder teilweise aus dem Behälter (2) verdrängt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschäummedium (M) eine CO<sub>2</sub>-haltige Flüssigkeit ist.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschäumen eines in einen Behälter abgefüllten Füllprodukts, um durch Schaumbildung eine im Kopfraum des Behälters befindliche sauerstoffhaltige Atmosphäre aus dem Behälter zu verdrängen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt und zum Verschließen des Behälters mit einem Verschluss, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage.

Stand der Technik

Um die Haltbarkeit abgefüllter Getränke, insbesondere karbonisierter Getränke, zu verbessern und dabei aber eine Veränderung des Geschmacks und anderer Produkteigenschaften zu vermeiden, kann etwaiger Sauerstoff im Kopfraum des befüllten Behälters vor dem Verschließen entfernt oder zumindest reduziert werden. Zu diesem Zweck ist es bekannt, nach Beendigung des Füllprozesses einen heißen Wasserstrahl in den mit einem karbonisierten Füllprodukt befüllten, aber noch unverschlossenen Behälter einzuspritzen, wodurch das so mit dem Wasserstrahl beaufschlagte Füllprodukt zur Schaumbildung angeregt wird. Der Schaum ist dann weitgehend aus Füllprodukt und CO₂ ausgebildet und ist damit weitgehend sauerstoffarm. Der Schaum füllt dann den über dem ursprünglichen Füllproduktniveau im Behälter verbleibenden Kopfraum, so dass die Umgebungsluft aus dem Kopfraum des Behälters verdrängt wird. Anschließend wird der Behälter verschlossen. Im Behälter liegt das Produkt nun ohne oder mit einem deutlich verringerten Sauerstoffanteil vor.
Die vorstehend beschriebene Methode ist auf dem technischen Gebiet unter der Bezeichnung "Hochdruckeinspritzung" (HDE) bekannt. Sie geht beispielsweise aus der DE 10 2008 032 822 A1 , DE 37 08 563 C1 , DE 10 2006 022 464 B4 und WO 2009/095054 A1 hervor. Die Schaumbildung kann auch auf andere Weise angeregt werden, beispielsweise durch eine Ultraschallbehandlung oder durch Einwirkung eines Laserstrahls, wie in der WO 98/15491 A2 beschrieben.
Die Hochdruckeinspritzung findet ihre Grenzen, wenn das abgefüllte Füllprodukt während der Behandlung nicht schnell genug oder nicht ausreichend Schaum produziert. Eine mögliche Ursache kann darin liegen, dass das Füllprodukt zu wenig CO₂ enthält, wie beispielsweise bei verschiedenen Biersorten mit Flaschengärung.
Um einer zu geringen Schaumbildung entgegenzuwirken, kann der Druck des eingespritzten Mediums erhöht werden, um dadurch die in den Behälter eingebrachte Aktivierungsenergie zu erhöhen und das im Behälter angeregte Füllproduktvolumen zu erhöhen. Daraus ergibt sich gleichzeitig der Nachteil dieser Druckerhöhung dahingehend, dass das eingespritzte Medium tiefer in das Füllprodukt eindringt und so einen großen Anteil des Füllprodukts, beispielsweise mehr als 1/3 des gesamten Behältervolumens, in feinporigen Schaum umwandelt, der sich erst nach mehreren Sekunden, beispielsweise 20 bis 30 Sekunden, wieder zurückbildet. In anderen Worten, die Steigerung der Aktivierungsenergie verlängert die Zeit der Schaumrückbildung.
Als Folge dessen kann eine anschließende Füllhöhenkontrolle den Füllstand im Behälter nicht korrekt erfassen, oder die Wartezeit bis zur Füllhöhenkontrolle muss erheblich verlängert werden, was sich wiederum nachteilig auf die Produktivität der Anlage auswirkt. In einem stark aufgeschäumten Zustand weist der Behälter keine auswertbare Füllhöhe auf. Weder ein elektrisches, noch ein strahlenbasiertes oder optisches Messsystem ist dazu in der Lage. Die Füllhöhenkontrolle ist jedoch von Bedeutung, beispielsweise um eine Fehlfunktion eines Füllorgans und/oder eine ungenaue Füllmenge im Mittel, die sich etwa aus Vorgaben des Verbraucherschutzes ergeben kann, festzustellen und/oder den Füllprozess an sich kontrollieren, steuern und regeln zu können.

Darstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Verdrängung der Gasatmosphäre im Kopfraum eines befüllten Behälters insbesondere im Fall schwer schäumbarer Füllprodukte zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Vorrichtungsanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Das Verfahren gemäß der Erfindung dient zum Aufschäumen eines Füllprodukts in einem Behälter, um eine etwaige sauerstoffhaltige Atmosphäre vollständig oder teilweise aus dem Behälter zu verdrängen. In anderen Worten, das Füllprodukt ist in einen Behälter abgefüllt, so dass das Volumen des Behälters nur teilweise vom Füllprodukt eingenommen wird und in einem Kopfraum des Behälters eine gashaltige, vorzugsweise sauerstoffhaltige, Atmosphäre vorliegt.
Das Füllprodukt ist eine Flüssigkeit, wobei vorzugsweise Getränke in Betracht kommen, wie beispielsweise Bier, Saft, Softdrinks, Smoothies, Milchprodukte, Wein und dergleichen. Das Füllprodukt kann mit CO₂ versetzt sein, wobei die hier dargelegten Vorrichtungen und Verfahren besonders für Füllprodukte mit vergleichsweise geringer Schaumbildungsneigung, d.h. beispielsweise geringem CO₂-Gehalt, geeignet anwendbar sind.
Bezeichnungen wie beispielsweise "Behälter", "Verschluss", "Füllprodukt" und dergleichen werden der sprachlichen Einfachheit halber hierin oft im Singular verwendet. Der Plural ist jedoch stets mitumfasst, sofern dies nicht technisch oder ausdrücklich ausgeschlossen ist.
Erfindungsgemäß wird ein Aufschäummedium in den Behälter eingespritzt, so dass das Füllprodukt mit dem Aufschäummedium beaufschlagt wird, wodurch Schaum im Kopfraum des Behälters erzeugt wird, der den Kopfraum vollständig oder zumindest teilweise ausfüllt und damit die Atmosphäre im Kopfraum vollständig oder zumindest teilweise aus dem Behälter verdrängt. Der Behälter ist demnach während des Einspritzens des Aufschäummediums offen, d.h. dessen Mündung, durch die das Aufschäummedium eingespritzt wird, ist (noch) unverschlossen. Gemäß der Erfindung ist das Aufschäummedium eine CO₂-haltige Flüssigkeit.
Die Wirkweise ist wie folgt: Die anstelle eines herkömmlichen Aufschäummediums (beispielsweise heißes Wasser) eingespritzte CO₂-haltige Flüssigkeit reagiert durch das Aufschlagen auf das Füllprodukt, das vorzugsweise eine geringe Aufschäumneigung hat, mit einem Entbinden des CO₂ und erzeugt damit Schaum im Kopfraum des Behälters.
Der Schaum kann dann entweder durch das Aufschäumen des nun mit dem entbundenen CO₂ angereicherten Teil des eigentlich CO₂ - armen Füllprodukts stattfinden, oder das Aufschäummedium selbst schäumt auf oder es findet ein Aufschäumen einer Mischung aus Aufschäummedium und Füllprodukt statt. Für die Funktion der Schaumproduktion zur Verdrängung der Atmosphäre aus dem Kopfraum des Behälters ist es schlussendlich aber nicht von Belang, aus welchen Komponenten der Schaum besteht, solange der Schaum einen geringeren Sauerstoffgehalt aufweist, als die im Kopfraum vor dem Aufschäumen vorliegende Atmosphäre. Typischer Weise besteht der Schaum aber im Wesentlichen aus Füllprodukt, Aufschäummedium und CO₂, so dass eine zuverlässige Verdrängung des Sauerstoffs aus dem Kopfraum erreicht werden kann.
Durch das Aufschäumen und das (teilweise) Ausfüllen des Kopfraumes mit dem Schaum werden die Atmosphäre und der darin möglicherweise enthaltene Sauerstoff aus dem Kopfraum verdrängt, und/oder es bildet sich während des Einspritzens bereits ein sauerstoffarmer Schaumstrahl, der die Atmosphäre aus dem Kopfraum verdrängt.
Auf diese Weise können die Haltbarkeit abgefüllter Füllprodukte verbessert und eine Veränderung beabsichtigter Produkteigenschaften im Laufe der Zeit unterbunden oder zumindest vermindert werden.
Dadurch, dass eine CO₂-haltige Flüssigkeit als geeignetes Aufschäummedium angewendet wird, kann die Schaumbildung im Kopfraum des Behälters deutlich forciert werden. Gleichzeitig kann eine unerwünschte, feinporige Schaumbildung in weiten Bereichen des Behälters, d.h. in tieferliegenden Regionen des eingefüllten Füllprodukts, unterbunden werden, die andernfalls bei einer Einspritzung eines herkömmlichen Aufschäummediums mit besonders hohem Druck erfolgen würde.
Das Verfahren kann somit unter Anwendung des neuartigen Aufschäummediums im Fall schwer schäumbarer Füllprodukte mit deutlich geringeren Drücken arbeiten. Neben einer Reduzierung des Energie- und Ressourcenverbrauchs wird so die Zeit, welche die Rückbildung des Schaums in Anspruch nimmt, verkürzt, so dass das Verfahren effizienter durchführbar ist. Beispielsweise kann eine Füllhöhenmessung des Füllprodukts im Behälter nach einer kurzen oder normalen Abklingzeit durchgeführt werden.
Vorzugsweise weist das Aufschäummedium einen größeren CO₂-Gehalt als das Füllprodukt auf, wodurch das Füllprodukt selbst ein vergleichsweise geringe Aufschäumneigung gegenüber dem Aufschäummedium hat. Bereits während des Einspritzens kann sich so ein sauerstoffarmer Schaumstrahl bilden, der die Atmosphäre aus dem Kopfraum des Behälters verdrängt. Das CO₂-haltige Aufschäummedium ist auf diese Weise besonders wirksam, im Vergleich zu einem herkömmlichen Aufschäummedium.
Vorzugsweise wird das Aufschäummedium mit einem Druck von 1,5 bis 4 bar, besonders bevorzugt 2 bis 3 bar, in den Behälter eingespritzt. Auf diese Weise dringt das Aufschäummedium nicht zu tief in das Füllprodukt ein, wodurch das Füllprodukt nur im Bereich der Oberfläche aktiviert und eine feinporige Schaumbildung in tieferen Bereichen unterbunden wird. Auf diese Weise kann die Zeit für die Schaumrückbildung weiter verkürzt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die hier angegebenen Drücke auf einen Zustand des Aufschäummediums beziehen, mit dem es von einer Aufschäumeinrichtung bereitgestellt wird und eine entsprechende Düse verlässt. Das Aufschäummedium wird von dieser vorzugsweise als dünner, bzw. kompakter Strahl abgegeben und auf das Füllprodukt im Innern des Behälters gerichtet.
Vorzugsweise ist das Füllprodukt eine alkoholische Flüssigkeit, insbesondere ein alkoholisches Getränk, die/das im (verschlossenen) Behälter eine Gärung, d.h. eine Hauptgärung oder eine Nachgärung, erfährt. Vorzugsweise ist das Füllprodukt ein Bier, beispielsweise ein obergäriges Bier. So kann beispielsweise Bier im Behälter, der in diesem und anderen Fällen eine Flasche sein kann, eine zweite Gärung durchlaufen. Dabei werden dem Jungbier beispielsweise Hefe und die so genannte Speise als Kohlenhydratquelle hinzugefügt, die dann im abgefüllten Zustand im Behälter zu einer Nachgärung bzw. zweiten Gärung führen.
Im Fall alkoholischer Füllprodukte, die eine Gärung im abgefüllten Zustand durchlaufen, sei das Füllprodukt im abzufüllenden Zustand, d.h. bei der Abfüllung, als "Füllprodukt im Anfangszustand" bezeichnet. Das Füllprodukt nach Beendigung der Behältergärung, wenn es die bestimmungsgemäßen Eigenschaften angenommen hat, sei als "Füllprodukt im Endzustand" bezeichnet. Die Gärung im Behälter kann eine Hauptgärung oder eine Nachgärung, beispielsweise zweite Gärung, sein. Da hierin eine Hauptgärung mitumfasst ist, bezieht sich die Bezeichnung "alkoholische Flüssigkeit" zumindest auf das Füllprodukt im Endzustand, d.h. das Füllprodukt ist gemäß dieser Definition auch dann ein alkoholisches Füllprodukt, wenn es im Anfangszustand noch keinen Alkohol enthält, jedoch im Behälter einer Gärung unterzogen wird.
Vorzugsweise ist oder umfasst das Aufschäummedium das Füllprodukt im Endzustand der Behältergärung oder in einem Zwischenzustand. So kann das Aufschäummedium beispielsweise im Fall von Bier als Füllprodukt das gleiche Bier sein, das bereits endvergoren mit einem deutlich höheren gelösten CO₂-Gehalt vorliegt. In anderen Worten, als Aufschäummedium kann das gleiche Füllprodukt, jedoch am Ende der Behältergärung oder aus einem Zwischenstadium für die Einspritzung verwendet werden. Auf diese Weise weist das Aufschäummedium eine Beschaffenheit oder Zusammensetzung auf, welche die gewünschten Eigenschaften (Geschmack und dergleichen) des Füllprodukts nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt. Das Aufschäummedium übernimmt auf diese Weise synergetisch zwei Funktionen: a) Verbesserung der Schaumbildung durch einen erhöhten CO₂-Gehalt; b) Wahrung der bestimmungsgemäßen Eigenschaften des Füllprodukts.
Vorzugsweise ist das Aufschäummedium ein CO₂-haltiges Wasser, wodurch ebenfalls die gewünschten Eigenschaften der meisten Füllprodukte nur unwesentlich beeinträchtigt werden. Ferner kann CO₂-haltiges Wasser leicht und günstig bereitgestellt werden und ist ferner in hygienischer Sicht unproblematisch.
Nach der Erzeugung des Schaums im Kopfraum des Behälters, vorzugsweise nach Verschließen des Behälters mit einem Verschluss, kann eine Abklingzeit abgewartet werden, in der sich der Schaum im Behälter vollständig oder zumindest größtenteils zurückbildet, wobei im Anschluss daran vorzugsweise die Füllhöhe des Füllprodukts im Behälter detektiert wird. Im stark aufgeschäumten Zustand weist der Behälter keine auswertbare Füllhöhe auf. Aus diesem Grund ist die Füllhöhe erst nach Ablauf einer geeigneten Abklingzeit detektierbar. Durch die Detektion der Füllhöhe kann beispielsweise eine etwaige Fehlfunktion eines Füllorgans und/oder eine ungenaue Füllmenge im Mittel festgestellt werden. Ferner kann die Füllhöhe als Parameter zur Steuerung des Füllprozess herangezogen werden.
Vorzugsweise beträgt die Abklingzeit weniger als 20 s, oder sogar weniger als 10 s oder 5 s. Solche kurzen Abklingzeiten, die normalerweise nur im Fall leicht schäumbarer Füllprodukte erzielbar sind, können nun auch im Fall schwer schäumbarer Füllprodukte oder Füllprodukte mit einer geringen Aufschäumneigung erreicht werden.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt und Verschließen des Behälters mit einem Verschluss, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, gelöst. Die Vorrichtung weist auf: eine Transporteinrichtung, die eingerichtet ist, um den Behälter entlang eines Transportwegs zu transportieren; eine Füllvorrichtung, die eingerichtet ist, um den Behälter so mit dem Füllprodukt zu befüllen, dass in einem Kopfraum des Behälters eine gashaltige, vorzugsweise sauerstoffhaltige, Atmosphäre vorliegt; eine Verschließvorrichtung, die eingerichtet ist, um den Behälter mit dem Verschluss zu verschließen; und eine Aufschäumeinrichtung, die in Transportrichtung zwischen der Füllvorrichtung und der Verschließvorrichtung angeordnet und eingerichtet ist, um Schaum im Kopfraum des Behälters zu erzeugen, der die Atmosphäre im Kopfraum vollständig oder teilweise aus dem Behälter verdrängt. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschäumeinrichtung eingerichtet ist, um ein flüssiges, CO₂-haltiges Aufschäummedium bereitzustellen, vorzugsweise unter Druck zu setzen und in den Behälter einzuspritzen, so dass das Füllprodukt mit dem Aufschäummedium beaufschlagt wird.
Als Transporteinrichtung werden stationsübergreifend jene technischen Mittel bezeichnet, wie etwa Transportsterne, Karusselle, Linearförderer und dergleichen, welche die Behälter entlang des Transportwegs befördern. Durch den Bezug auf den Transportweg der Behälter sind räumliche Bezeichnungen wie etwa "vor", "hinter", "zwischen", "stromaufwärts", "stromabwärts" und dergleichen eindeutig bestimmt.
Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, gelten analog für die Vorrichtung.
So weist die Vorrichtung aus den obigen Gründen vorzugsweise eine Füllstandkontrolleinrichtung auf, in Transportrichtung hinter der Verschließvorrichtung angeordnet, die eingerichtet ist, um die Füllhöhe des Füllprodukts im Behälter zu detektieren.
Die Transporteinrichtung ist aus den oben genannten Gründen vorzugsweise eingerichtet, um nach dem Verschließen des Behälters durch die Verschließvorrichtung bis zur Detektion der Füllhöhe durch die Füllstandkontrolleinrichtung eine Abklingzeit, während der eine Rückbildung des Schaums im Behälter stattfindet, von weniger als 20 s bereitzustellen, vorzugsweise weniger als 10 s, besonders bevorzugt weniger als 5 s.
Die Aufschäumeinrichtung ist aus den oben genannten Gründen vorzugsweise eingerichtet, um ein Aufschäummedium bereitzustellen und in den Behälter einzuspritzen, dessen CO₂-Gehalt größer als der des Füllprodukts ist.
Die Aufschäumeinrichtung ist aus den oben genannten Gründen vorzugsweise eingerichtet, um das Aufschäummedium mit einem Druck von 1,5 bis 4 bar, besonders bevorzugt 2 bis 3 bar, in den Behälter einzuspritzen.
Das Füllprodukt ist aus den oben genannten Gründen vorzugsweise eine alkoholische Flüssigkeit, insbesondere ein alkoholisches Getränk, die/das im (verschlossenen) Behälter eine Gärung, d.h. eine Hauptgärung oder eine Nachgärung, erfährt, wobei die Aufschäumeinrichtung in diesem Fall vorzugsweise eingerichtet ist, um als Aufschäummedium das Füllprodukt im Endzustand der Gärung oder in einem Zwischenzustand bereitzustellen und in den Behälter einzuspritzen.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die darin beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen und Verschließen von Behältern mit einer Aufschäumeinrichtung;
Figur 2: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen und Verschließen von Behältern in Rundläuferbauweise;
Figur 3: schematisch den Verlauf der Schaumbildung im Fall eines leicht aufschäumbaren Füllprodukts unter Anwendung eines Aufschäummediums normalen Drucks;
Figur 4: schematisch den Verlauf der Schaumbildung im Fall eines schwer aufschäumbaren Füllprodukts unter Anwendung eines Aufschäummediums hohen Drucks;
Figur 5: schematisch den Verlauf der Schaumbildung im Fall eines schwer aufschäumbaren Füllprodukts unter Anwendung eines CO₂-haltigen Aufschäummediums normalen Drucks;

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanz zu vermeiden.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Befüllen und Verschließen von Behältern 2. Die Vorrichtung 1 weist eine Füllvorrichtung 10 auf, die eingerichtet ist, um die Behälter 2 mit einem Füllprodukt P (vgl. Figuren 3 bis 5) zu befüllen.
Als Füllprodukt P kommt vorzugsweise ein Getränk in Betracht, wie etwa Bier, Saft, Softdrinks, Smoothies, Milchprodukte, Wein und dergleichen. Das Füllprodukt P kann mit CO₂ versetzt sein, wobei die hier dargelegten Vorrichtungen und Verfahren besonders für Füllprodukte P mit vergleichsweise geringer Schaumbildungsneigung, d.h. beispielsweise geringem oder keinem CO₂-Gehalt, geeignet sind. Besonders bevorzugt ist das Füllprodukt P ein alkoholisches Getränk, das im Behälter 2 einer Gärung unterzogen wird. So kann beispielsweise Bier im Behälter 2, der in diesem und anderen Fällen eine Flasche sein kann, eine zweite Gärung durchlaufen. Dabei werden dem Jungbier etwa Hefe und die so genannte Speise als Kohlenhydratquelle hinzugefügt, die dann im abgefüllten Zustand zu einer Nachgärung oder zweiten Gärung führen.
Im Fall alkoholischer Füllprodukte P, die eine Gärung im abgefüllten Zustand durchlaufen, sei das Füllprodukt P im abzufüllenden Zustand, d.h. bei der Abfüllung, als "Füllprodukt im Anfangszustand" bezeichnet. Das Füllprodukt P nach Beendigung der Behältergärung, wenn es die bestimmungsgemäßen Eigenschaften angenommen hat, sei als "Füllprodukt im Endzustand" bezeichnet.
Die Füllvorrichtung 10 ist vorzugsweise in Rundläuferbauweise ausgeführt, wie es schematisch in der Figur 2 gezeigt ist. In diesem Fall weist die Füllvorrichtung 10 ein Transportkarussell 11 und mehrere Füllorgane (in den Figuren nicht dargestellt) auf, die an einem Außenumfang des Transportkarussells 11 montiert und eingerichtet sind, um das Füllprodukt P in die Behälter 2 einzuleiten. Zu diesem Zweck empfängt das Transportkarussell 11 die Behälter 2 von einem Einlaufstern 12 oder einer anderen Zuführeinrichtung. Anschließend werden die Behälter 2 während eines kontinuierlichen Umlaufs über die Füllorgane mit dem Füllprodukt P befüllt. Die Befüllung wird innerhalb eines Teilkreises des Rundläufers durchgeführt.
Nach Beendigung der Befüllung, d.h. nach Durchlauf des entsprechenden Teilkreises, wird der befüllte Behälter 2 einem Auslaufstern 13 oder einer anderen Abführeinrichtung übergeben, um im Anschluss daran weitere Behandlungsstationen zu durchlaufen. Die Behälter 2 werden dabei durch eine Transporteinrichtung 4, etwa durch die beispielhaft genannten Rundläufer, entlang eines Transportwegs T transportiert. Als Transporteinrichtung 4 werden somit stationsübergreifend jene technischen Mittel bezeichnet, wie etwa Transportsterne, Karusselle, Linearförderer und dergleichen, welche die Behälter 2 entlang des Transportwegs T befördern.
Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Aufschäumeinrichtung 20 auf, die eingerichtet ist, um ein flüssiges Medium, das hierin auch als "Aufschäummedium" bezeichnet und in den Figuren 3 bis 5 mit dem Bezugszeichen M versehen ist, in den noch offenen Behälter 2, genauer gesagt in dessen Mündungsabschnitt 2b, einzuspritzen. Die Aufschäumeinrichtung 20 ist in der Figur 2 nicht eingezeichnet, um anzudeuten, dass sie stromabwärts der Füllvorrichtung 10 angeordnet oder auch Bestandteil der Füllvorrichtung 10 sein kann. Wichtig ist, dass sie auf den befüllten, jedoch noch unverschlossenen Behälter 2 einwirkt.
Durch das Einspritzen des Aufschäummediums M kommt es im Behälter 2, insbesondere im Kopfraum 2a desselben, zur Schaumbildung, wodurch die Atmosphäre im Kopfraum 2a, insbesondere etwaiger Sauerstoff, aus dem Behälter 2 verdrängt wird.
Die Vorrichtung 1 kann optional eine Sensoreinrichtung 30 aufweisen, die hinter der Aufschäumeinrichtung 20 angeordnet und eingerichtet ist, um die Schaumbildung und damit die ordnungsgemäße Funktion der Aufschäumeinrichtung 20 zu überprüfen. Beispielsweise kann so die Schaumhöhe detektiert und damit sichergestellt werden, dass der Schaum S (vgl. Figuren 3 bis 5) den gesamten Kopfraum 2a des Behälters 2 einnimmt.
Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Verschließvorrichtung 40 auf, die eingerichtet ist, um die Behälter 2 mit Verschlüssen 3 (vgl. Figuren 3 bis 5) zu verschließen. Die Verschließvorrichtung 40 kann ebenfalls in Rundläuferbauweise ausgeführt sein. Sie umfasst in diesem Fall ein Transportkarussell 41, das die Behälter 2 vom Auslaufstern 13 oder einer anderen Transporteinrichtung empfängt, mittels Verschließorganen (in den Figuren nicht dargestellt) verschließt und an einen Auslaufstern 42 oder eine andere Abführeinrichtung abgibt.
Die Vorrichtung 1 weist vorzugsweise ferner eine Füllstandkontrolleinrichtung 50 auf, die sich stromabwärts der Verschließvorrichtung 40 befindet. Die Füllstandkontrolleinrichtung 50 ist eingerichtet, um die Füllhöhe bzw. den Füllstand des Füllprodukts P im Behälter 2 zu detektieren.
Optional können selbstverständlich weitere Sensoreinrichtungen installiert sein, beispielsweise zur Überprüfung, ob um die Mündung 2b des Behälters 2 herum Schaum S aufgetreten ist, zur Fremdkörpererkennung im Behälter 2, zur Erkennung von Beschädigungen und dergleichen.
Dabei ist es auch möglich, dass die Sensoreinrichtung 30 und/oder die Füllstandkontrolleinrichtung 50 und/oder etwaige weitere Sensoreinrichtung innerhalb der Verschließvorrichtung 40 angeordnet bzw. Bestandteil derselben sind.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen entsprechend einen Verlauf der Schaumbildung im Fall eines leicht aufschäumbaren Füllprodukts P unter Anwendung eines Aufschäummediums M normalen Drucks (Figur 3), eines schwer aufschäumbaren Füllprodukts P unter Anwendung eines Aufschäummediums M hohen Drucks (Figur 4) und eines schwer aufschäumbaren Füllprodukts P unter Anwendung eines CO₂-haltigen Aufschäummediums M normalen Drucks (Figur 5).
Der Ablauf sei gemäß den Figuren 3 bis 5 jeweils in Abschnitte bzw. Schritte A bis E unterteilt: Im Schritt A wird der Behälter 2 über die schematisch dargestellte Füllvorrichtung 10 mit dem Füllprodukt P befüllt, wobei im Kopfraum 2a des Behälters 2 eine sauerstoffhaltige Gasatmosphäre verbleibt. Der Kopfraum 2a bezeichnet somit das Behältervolumen zwischen dem Mündungsabschnitt 2b des Behälters 2 und der Oberfläche bzw. dem Flüssigkeitsspiegel des Füllprodukts P im Behälter 2.
Anschließend erfolgt im Schritt B über die Aufschäumeinrichtung 20 das Einspritzen des Aufschäummediums M, wodurch im Behälter 2 die Schaumbildung initiiert wird. Der Druck, mit dem das Aufschäummedium M in den Behälter 2 eingespritzt wird, ist vorzugsweise regelbar, beispielsweise über eine Pumpe 21. Ferner können der Strahldurchmesser und/oder andere Eigenschaften des Aufschäummedium M und dessen Art und Weise der Beaufschlagung, beispielsweise Winkel, pulsierend usw., regelbar implementiert sein, um die Schaumbildung für das jeweilige Füllprodukt und/oder die Beschaffenheit/Form des Behälters 2 zu optimieren.
Die Schaumbildung führt dazu, dass der Kopfraum 2a des Behälters 2 mehr und mehr mit Schaum S gefüllt wird, der im Schritt C den Kopfraum 2a des Behälters 2 im Wesentlichen vollständig einnimmt. Dadurch wird die Restatmosphäre im Kopfraum 2a, insbesondere etwaiger Sauerstoff, aus dem Behälter 2 verdrängt.
Anschließend wird der Behälter 2 im Schritt D durch die Verschließvorrichtung 40 (in den Figuren 3 bis 5 nicht dargestellt) mit einem Verschluss 3 verschlossen. Der Verschluss 3 kann ein Deckel, Drehverschluss, Kronkorken, Korken oder ein anderer geeigneter Verschluss sein.
Im Schritt E kann nach einer Abklingzeit, in der sich der Schaum S im verschlossenen Behälter 2 ausreichend zurückgebildet hat, über die Füllstandkontrolleinrichtung 50 die Füllhöhe des Füllprodukts P im Behälter 2 detektiert werden.
Im Beispielfall der Figur 3 ist das Füllprodukt P leicht aufschäumbar, so dass eine ausreichende Schaumbildung durch ein herkömmliches Aufschäummedium M, beispielsweise heißes Wasser, das mit einem Druck von 2 bis 3 bar eingespritzt wird, erzielbar ist. Nach Ablauf einer kurzen Abklingzeit von wenigen Sekunden nach Verschließen des Behälters 2 kann die Füllhöhe problemlos durch die Füllstandkontrolleinrichtung 50 bestimmt werden.
Der Beispielfall der Figur 4 unterscheidet sich von dem der Figur 3 dadurch, dass das Füllprodukt P schwerer aufschäumbar ist, beispielsweise weil es keinen oder nur einen geringen CO₂-Gehalt hat. In diesem Fall kann eine ausreichende Schaumbildung, die den Kopfraum 2a des Behälters 2 im Wesentlichen vollständig einnimmt, dadurch erreicht werden, dass das Aufschäummedium M mit einem deutlich höheren Druck, beispielsweise 20 bis 30 bar, eingespritzt wird. Dies hat jedoch zur Folge, dass das Aufschäummedium M tiefer in das Füllprodukt P eindringt, wie es aus einem Vergleich der Figuren 3 und 4, Schritt B hervorgeht. Dadurch wird ein größeres Volumen des Füllprodukts P aktiviert und eine unerwünschte, feinporige Schaumbildung in weiten Bereichen des Behälters 2 initiiert. Dies hat zur Folge, dass sich die Abklingzeit der Schaumrückbildung deutlich verlängert. Die Füllhöhe ist nun entgegen dem Beispielfall der Figur 3 nach einer normalen Abklingzeit nicht bestimmbar. Dies ist durch Pfeile und Fragezeichen im Schritt E der Figur 4 schematisch dargestellt.
Dieses Problem lässt sich dadurch lösen, dass statt eines herkömmlichen Aufschäummediums M ein karbonisiertes, d.h. mit CO₂ versetztes Aufschäummedium M angewendet wird. Dieses ist vorzugsweise steril. Das Aufschäummedium M kann, wie in der Ausführungsform der Figur 5 gezeigt, mit einem im Vergleich zum Beispiel der Figur 4 geringeren Druck in den Behälter 2 eingebracht werden, wodurch sich die Rückbildung des Schaums S nach dem Verschließen wieder auf ein praktikables Maß reduziert, so dass die Füllhöhe nach einer kurzen oder normalen Abklingzeit bestimmbar ist.
Es wird demnach vorgeschlagen, dass anstelle heißen Wassers ein anderes geeignetes Aufschäummedium M angewendet wird, mit dem Zwecke, die Schaumbildung im Kopfraum 2a des Behälters 2 deutlich zu forcieren und gleichzeitig die unerwünschte, feinporige Schaumbildung in weiten Bereichen des Behälters 2 zu unterbinden.
Die Wirkweise ist gemäß der Ausführungsform der Figur 5 wie folgt: Das anstelle des normalen Wassers mittels HDE eingespritzte CO₂-haltige Aufschäummedium M reagiert durch das Aufschlagen auf das (eine geringere Aufschäumneigung aufweisende) Füllprodukt P durch Entbinden des CO₂ und erzeugt damit genügend Schaum S im Kopfraum 2a des Behälters 2. Die Luft und der darin enthaltene Sauerstoff werden damit aus dem Kopfraum 2a verdrängt, und/oder es bildet sich während des Einspritzens bereits ein sauerstoffarmer Schaumstrahl, der die Luft aus dem Kopfraum 2a verdrängt.
Im Fall alkoholischer Füllprodukte P, die im Behälter 2 einer Hauptgärung oder Nachgärung unterzogen werden, ist das Aufschäummedium M gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Füllprodukt P selbst, im Endzustand oder in einem Zwischenzustand.
So kann das Aufschäummedium M beispielsweise im Fall von Bier als Füllprodukt P das gleiche Bier sein, das bereits endvergoren mit einem deutlich höheren gelösten CO₂-Gehalt vorliegt. In anderen Worten, als Aufschäummedium M kann das gleiche Füllprodukt P, jedoch am Ende der Behältergärung oder aus einem Zwischenstadium, für die Einspritzung verwendet werden.
Alternativ kann das Aufschäummedium M ein CO₂-haltiges Wasser sein. Vorzugsweise weist das Aufschäummedium M eine Beschaffenheit oder Zusammensetzung auf, welche die gewünschten Eigenschaften des Füllprodukts P nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt. Vorzugsweise ist der CO₂-Gehalt des Aufschäummediums M größer als der des Füllprodukts P im Anfangszustand.
Die Vorrichtung 1 und das entsprechende Verfahren können unter Anwendung des neuartigen Aufschäummediums M im Fall schwer schäumbarer Füllprodukte P mit deutlich geringeren Drücken arbeiten. Neben einer Reduzierung des Energie- und Ressourcenverbrauchs ist dadurch eine Füllstandmessung im Wesentlichen unmittelbar nach dem Verschließen möglich, da die Rückbildung des Schaums S deutlich verkürzt wird.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Bezuqszeichenliste

1: Vorrichtung zum Befüllen und Verschließen von Behältern
2: Behälter
2a: Kopfraum
2b: Mündungsabschnitt
3: Verschluss
4: Transporteinrichtung
10: Füllvorrichtung
11: Transportkarussell
12: Einlaufstern
13: Auslaufstern
20: Aufschäumeinrichtung
21: Pumpe
30: Sensoreinrichtung
40: Verschließvorrichtung
41: Transportkarussell
42: Auslaufstern
50: Füllstandkontrolleinrichtung

T: Transportweg
M: Aufschäummedium
P: Füllprodukt
S: Schaum

Claims

Verfahren zum Aufschäumen eines Füllprodukts (P), das so in einen Behälter (2) abgefüllt ist, dass in einem Kopfraum (2a) des Behälters (2) eine gashaltige, vorzugsweise sauerstoffhaltige, Atmosphäre vorliegt, wobei das Verfahren aufweist:
Einspritzen eines Aufschäummediums (M) in den Behälter (2), so dass das Füllprodukt (P) mit dem Aufschäummedium (M) beaufschlagt wird, wodurch Schaum (S) im Kopfraum (2a) des Behälters (2) erzeugt wird, der die Atmosphäre im Kopfraum (2a) vollständig oder teilweise aus dem Behälter (2) verdrängt;

dadurch gekennzeichnet, dass

das Aufschäummedium (M) eine CO₂-haltige Flüssigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschäummedium (M) einen größeren CO₂-Gehalt als das Füllprodukt (P) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschäummedium (M) mit einem Druck von 1,5 bis 4 bar, vorzugsweise 2 bis 3 bar, in den Behälter (2) eingespritzt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllprodukt (P) eine alkoholische Flüssigkeit ist, vorzugsweise ein alkoholisches Getränk, die im Behälter (2) eine Gärung erfährt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllprodukt (P) ein Bier ist, vorzugsweise ein obergäriges Bier.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschäummedium (M) das Füllprodukt (P) im Endzustand der Gärung oder in einem Zwischenzustand ist oder umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschäummedium (M) ein CO₂-haltiges Wasser ist.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erzeugung des Schaums (S) im Kopfraum (2a) des Behälters (2), vorzugsweise nach einem Verschließen des Behälters (2) mit einem Verschluss (3), während einer Abklingzeit eine Rückbildung des Schaums (S) im Behälter (2) abgewartet und anschließend die Füllhöhe des Füllprodukts (P) im Behälter (2) detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abklingzeit weniger als 20 s beträgt, vorzugsweise weniger als 10 s, besonders bevorzugt weniger als 5 s.
Vorrichtung (1) zum Befüllen eines Behälters (2) mit einem Füllprodukt (P) und Verschließen des Behälters (2) mit einem Verschluss (3), vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung (1) aufweist:
eine Transporteinrichtung (4), die eingerichtet ist, um den Behälter (2) entlang eines Transportwegs (T) zu transportieren;

eine Füllvorrichtung (10), die eingerichtet ist, um den Behälter (2) so mit dem Füllprodukt (P) zu befüllen, dass in einem Kopfraum (2a) des Behälters (2) eine gashaltige, vorzugsweise sauerstoffhaltige, Atmosphäre vorliegt;

eine Verschließvorrichtung (40), die eingerichtet ist, um den Behälter (2) mit dem Verschluss (3) zu verschließen; und

eine Aufschäumeinrichtung (20), die in Transportrichtung (T) zwischen der Füllvorrichtung (10) und der Verschließvorrichtung (40) angeordnet und eingerichtet ist, um Schaum (S) im Kopfraum (2a) des Behälters (2) zu erzeugen, der die Atmosphäre im Kopfraum (2a) vollständig oder teilweise aus dem Behälter (2) verdrängt;

dadurch gekennzeichnet, dass

die Aufschäumeinrichtung (20) eingerichtet ist, um ein flüssiges, CO₂-haltiges Aufschäummedium (M) bereitzustellen und in den Behälter (2) einzuspritzen, so dass das Füllprodukt (P) mit dem Aufschäummedium (M) beaufschlagt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese in Transportrichtung (T) hinter der Verschließvorrichtung (40) eine Füllstandkontrolleinrichtung (50) aufweist, die eingerichtet ist, um die Füllhöhe des Füllprodukts (P) im Behälter (2) zu detektieren.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (4) eingerichtet ist, um nach dem Verschließen des Behälters (2) durch die Verschließvorrichtung (40) bis zur Detektion der Füllhöhe durch die Füllstandkontrolleinrichtung (50) eine Abklingzeit, während der eine Rückbildung des Schaums (S) im Behälter (2) stattfindet, von weniger als 20 s bereitzustellen, vorzugsweise weniger als 10 s, besonders bevorzugt weniger als 5 s.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschäumeinrichtung (20) eingerichtet ist, um ein Aufschäummedium (M), dessen CO₂-Gehalt größer als der des Füllprodukts (P) ist, bereitzustellen und in den Behälter (2) einzuspritzen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschäumeinrichtung (20) eingerichtet ist, um das Aufschäummedium (M) mit einem Druck von 1,5 bis 4 bar, vorzugsweise 2 bis 3 bar, in den Behälter (2) einzuspritzen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllprodukt (P) eine alkoholische Flüssigkeit ist, vorzugsweise ein alkoholisches Getränk, die im Behälter (2) eine Gärung erfährt, wobei die Aufschäumeinrichtung (20) eingerichtet ist, um als Aufschäummedium (M) das Füllprodukt (P) im Endzustand der Gärung oder in einem Zwischenzustand bereitzustellen und in den Behälter (2) einzuspritzen.