EP3038971B1

EP3038971B1 - Verfahren sowie füllsystem zum füllen von behältern

Info

Publication number: EP3038971B1
Application number: EP14748170.9A
Authority: EP
Inventors: Ludwig Clüsserath
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: EP3038971A1; US10294090B2; WO2015028249A1; DE102013109430A1; US20160214845A1; SI3038971T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Füllsystem entsprechend Oberbegriff Patentanspruch 10 oder 12.
Verfahren und Füllsysteme zum Füllen von Behältern in Form von Flaschen mit einem flüssigen Füllgut sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt, insbesondere auch zum Druckfüllen, wobei bei diesen bekannten Verfahren und Füllsystemen der eigentlichen Füllphase, die z.B. aus wenigstens zwei Teilphasen in Form einer Schnellfüllphase und wenigstens einer Langsamfüllphase bestehen kann, zeitlich wenigstens eine Spülphase vorausgeht, in der der Innenraum der Behälter mit einem Spülgas, d.h. mit Inertgas, z.B. CO2-Gas gespült wird.
Bekannt sind insbesondere auch ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Füllsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 10 ( EP 1 270 499 A1 ), wobei bei dem bekannten Verfahren während des Spülens der Innenraum des jeweiligen Behälters mit einem Vakuumkanal verbunden ist und als Spülgas Rückgas aus einem Rückgaskanal verwendet wird, in den ein Vorentlasten der Behälter nach dem Füllen erfolgt.
Ein Füllsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12 ist aus der DE 38 25 093 A1 bekannt.
Die WO 2014/154332 A1 ist eine Zwischenveröffentlichung nach Art. 54(3) EPÜ, die ein Füllsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 offenbart.
Die WO 2015/004001 A1 ist eine Zwischenveröffentlichung nach Art. 54(3) EPÜ, die ein Füllsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12 offenbart. Bekannt ist weiterhin zum Druckfüllen von Behältern ein Verfahren ( DE 100 08 426 A1 ), bei dem der Behälterinnenraum vor dem eigentlichen Druckfüllen mehrfach wiederholt jeweils zunächst evakuiert und anschließend mit einem Spülgas gespült wird. Hierbei wird zur Kontrolle und Steuerung des Füllprozesses der jeweils im Behälterinnenraum herrschende Druck von wenigstens einem Drucksensor erfasst.
Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Druckfüllen ( DE 42 25 476 A1 ), bei dem nach Abschluss der Füllphase zunächst eine Vorentlastung des jeweiligen in Dichtlage am Füllelement vorgesehenen Behälters auf einen noch über dem Atmosphärendruck liegenden Vorentlastungsdruck in eine für sämtliche Füllelemente des Füllsystems gemeinsame Vorentlastungskammer erfolgt und erst anschließend in einer Restentlastungsphase ein Restentlasten des jeweiligen Behälters auf Atmosphären- bzw. Umgebungsdruck. Bei diesem bekannten Verfahren ist auch vorgesehen, die Behälter mit dem Inertgas aus der Vorentlastungskammer zu spülen.
Die Verwendung von Inertgas, d.h. insbesondere von CO2-Gas beim Spülen der Behälter stellt einen nicht unerheblichen Kostenfaktor beim Befüllen von Behältern dar.
Aufgabe der Erfindung ist es, zur Reduzierung der Kosten den Verbrauch an Inertgas deutlich zu senken, und zwar ohne Qualitätseinbußen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Füllsystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 10 oder 12. Eine grundsätzliche Besonderheit der Erfindung besteht zunächst darin, dass das Spülgas bezogen auf den Umgebungs- oder Atmosphärendruck mit keinem oder mit einem nur sehr geringen oder vernachlässigbaren Überdruck, d.h. mit einem absoluten Druck von etwa 1,0 bar oder 1,05 bar oder 1,1 bar in den evakuierten Behälterinnenraum eingebracht wird, der hierbei mit einer Vakuum- oder UnterdruckQuelle oder mit einem Vakuumkanal des Füllsystems verbunden ist. Der Unterdruck des Behälterinnenraums liegt dabei zwischen 50 mbar und 200 mbar, beispielsweise bei etwa 100 mbar. Allein schon durch dieses Spülen in das Vakuum ergibt sich grundsätzlich eine erhebliche Einsparung an verbrauchtem Spülgas. Eine weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aber auch darin, dass als Spülgas das Gas aus dem Entlastungskanal entnommen wird, in den die Behälter sowie auch Teile der Füllelemente des jeweiligen Füllsystem nach Beendigung der Füllphase auf den Umgebungs- oder Atmosphärendruck entlastet werden und der somit das als Spülgas verwendete Inertgas bzw. CO2-Gas auf Atmosphären- oder Umgebungsdruck führt. Durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch den Einbau einer Drossel in die Verbindungsleitung des Entlastungskanals zur freien Atmosphäre der Umgebung, kann der Druck innerhalb des Entlastungskanal auch auf einen Wert leicht oberhalb des Atmosphärendrucks eingestellt werden, beispielsweise auf einen Druck von 1,05 bar bis 1,3 bar.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren eine Reduzierung des Verbrauchs an Spülgas um etwa 70 % erreichen. Mit dieser Reduzierung der Spülgasmenge ergibt sich aber auch eine Verringerung des Ansaugvolumens und damit der erforderlichen Leistung der an den Vakuumkanal angeschlossenen Vakuumpumpe, wodurch nicht nur deren Betriebskosten für Strom und Kühlung gesenkt, sondern auch die Investitionskosten reduziert werden.
Unter "Druckfüllen" ist im Sinne der Erfindung allgemein ein Füllverfahren zu verstehen, bei dem der jeweils zu füllende Behälter in Dichtlage gegen das Füllelement anliegt und in der Regel vor der eigentlichen Füllphase, d.h. vor dem Öffnen des Flüssigkeitsventils über wenigstens einen gesteuerten, im Füllelement ausgebildeten Gasweg mit einem unter Druck stehenden Spanngas (Inertgas bzw. CO2-Gas) vorgespannt wird, welches dann während des Füllens von dem dem Behälter zufließenden Füllgut zunehmend als Rückgas aus den Behälterinnenraum verdrängt wird, und zwar ebenfalls über wenigstens einen gesteuerten, im Füllelement ausgebildeten Gasweg. Dieser Vorspannphase gehen weitere Behandlungsphasen voraus, nämlich das Evakuieren und Spülen des jeweiligen Behälterinnenraums mit dem Inertgas, z.B. CO2-Gas.
In Dichtlage mit dem Behandlungskopf oder Füllelement befindlicher Behälter bedeutet im Sinne der Erfindung, dass der jeweilige Behälter in der dem Fachmann bekannten Weise mit seiner Behältermündung dicht an den Behandlungskopf oder an das Füllelement bzw. an eine dortige Dichtung angepresst anliegt. Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren.
"Behälter" sind im Sinne der Erfindung insbesondere Dosen, Flaschen, jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff.
"Füllmaschine umlaufender Bauart" ist im Sinne der Erfindung eine Füllmaschine mit einem umlaufend angetriebenen Transportelement, vorzugsweise Rotor, und mit am Transportelement gebildeten Füllpositionen zum Füllen der Behälter.
Der Ausdruck "im Wesentlichen" bzw. "etwa" bzw. "ca." bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/-5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: in schematischer Darstellung und im Schnitt ein Füllelement eines Füllsystems oder einer Füllmaschine zum Druckfüllen von Behältern in Form von Flaschen mit einem flüssigen Füllgut;
Fig. 2 und 3: in vergrößerter Darstellung Details des Füllelementes der Figur 1;
Fig. 4: in schematischer Einzeldarstellung das Spülrohr und den dieses Spülrohr umschließenden ringförmigen Rückgaskanal des Füllelementes der Figur 1;
Fig. 5: in vereinfachter Darstellung und im Schnitt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Füllsystems;
Fig. 6: in vergrößerter Darstellung Details des Füllelementes der Figur 5.

Das in der Figur 1 allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem ist Bestandteil einer Füllmaschine zum Füllen, vorzugsweise Druckfüllen von Behältern 2 in Form von Flaschen mit einem flüssigen Füllgut.
Das Füllsystem 1 umfasst u.a. eine Vielzahl von Füllelementen 3, die an einem für sämtliche Füllelemente gemeinsamen Füllgutkessel 4 vorgesehen sind, der insbesondere bei Ausbildung der Füllmaschine 1 als solche umlaufender Bauart als ein eine vertikale Maschinenachse ringförmig umschließender Ringkessel ausgeführt ist. Während des Füllbetriebes ist der Füllgutkessel 4 mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt, sodass im Inneren des Kessels ein unterer Flüssigkeitsraum 4.1 und darüber liegend ein oberer Gasraum 4.2 gebildet sind, welch letzterer von einem Inert-Gas (z.B. CO2-Gas) unter Druck (z.B. Fülldruck) ausgefüllt ist.
Jedes Füllelement 3 umfasst ein Füllelementgehäuse 5 mit einem Flüssigkeitskanal 6, der über eine Verbindung 7 mit dem Flüssigkeitsraum 4.2 in Verbindung steht und an der Unterseite des Füllelementgehäuses 5 eine ringförmige Füllgutabgabeöffnung 8 bildet, über die während der eigentlichen Füllphase das flüssige Füllgut dem jeweiligen in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälter 2 zufließt. Zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in den jeweiligen Behälter ist in Strömungsrichtung des Füllgutes vor der Füllgutabgabeöffnung 8 ein Flüssigkeitsventil 9 vorgesehen, welches im Wesentlichen aus einem Ventilkörper 10 besteht, der zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 9 in einer vertikalen Füllelementachse FA gesteuert angehoben und abgesenkt wird und mit einem Ventilsitz im Flüssigkeitskanal 6 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 10 ist an einem als Ventilstößel wirkenden Rückgasrohr 11 vorgesehen, welches mit seiner Achse achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet ist, während der jeweiligen Füllphase mit einer unteren Teillänge in den oberen Bereich (Kopfraum) des Behälters 2 hineinreicht und mit einer Betätigungseinrichtung 12 zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 9 zusammenwirkt. Achsgleich mit der Füllelementachse FA ist weiterhin ein Spülrohr 13 angeordnet, welches ebenso wie das Rückgasrohr 11 am oberen und unteren Ende offen und von dem Rückgasrohr 11 mit Abstand umschlossen ist, sodass einerseits im Inneren des Rückgasrohres 11 ein ringförmiger das Spülrohr 13 umschließender Rückgaskanal 14 und andererseits im Spülrohr 13 ein Spülkanal 15 gebildet sind. Das Spülrohr 13 steht mit seinem unteren offenen Ende über das untere offene Ende des Rückgasrohres 11 vor.
Am oberen Ende mündet der Rückgaskanal 14 in einen im Füllelementgehäuse 5 gebildeten Gasraum 16. Analog hierzu mündet das obere Ende des Spülkanals 15 in einen ebenfalls im Füllelementgehäuse 5 ausgebildeten Gasraum 17. Die beiden Gasräume 16 und 17 sind Bestandteil von im Füllelementgehäuse 5 ausgebildeten gesteuerten Gaskanäle, die ganz allgemein mit 21 bezeichnet sind und über die in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise verschiedene, auch der eigentlichen Füllphase vorausgehende Vorbehandlungen des Innenraumes des jeweiligen am Füllelement 3 in Dichtlage angeordneten Behälters 2 durchgeführt und/oder gesteuert werden.
Das Füllsystem 1 umfasst bei der dargestellten Ausführungsform weiterhin einen Vakuumkanal 18 sowie einen Entlastungskanal 19, die für sämtliche Füllelemente 3 des Füllsystems 1 gemeinsam vorgesehen und in der ebenfalls nachstehend noch näher beschriebenen Weise mit den gesteuerten Gaswegen 21 des jeweiligen Füllelementes 3 verbunden sind. Bei Ausbildung des Füllsystems 1 als Füllmaschine umlaufender Bauart sind der Füllgutkessel 4, Vakuumkanal 18 und der Entlastungskanal 19 an einem auch die Füllelemente 3 tragenden und um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor 20 vorgesehen.
Zur Ausbildung der gesteuerten Gaswege 21 umfasst das Füllelement 3 bei der dargestellten Ausführungsform insgesamt sechs Gas- oder Steuerventile 21.1 - 21.6. Diese Ventile sind bevorzugt pneumatisch betätigbare Ventile und in Gaswegen 21 angeordnet, die eine gesteuerte Verbindung der Gasräume 16 und 17 mit dem Gasraum 4.2, mit dem Vakuumkanal 18 und mit dem Entlastungskanal 19 ermöglichen, wie dies nachstehend noch beschrieben wird.
Der Vakuumkanal 18 ist an eine nicht dargestellte Vakuumquelle oder Vakuumpumpe angeschlossen, die im Vakuumkanal 18 beispielsweise einen Unterdruck zwischen 90 mbar und 110 mbar, z.B. von etwa 100 mbar erzeugt. Der Entlastungskanal 19 dient bei der dargestellten Ausführungsform zur Aufnahme des Inert-Gases, z.B. des CO2-Gases beim Restentlasten des jeweiligen Behälters 2 am Ende der Füllphase auf Umgebungsdruck.
Im Detail ermöglicht das Füllsystems 1 ein Füllen der Behälter 2 in einem mehrstufigen Füllverfahren mit folgenden Verfahrensschritten, wobei nachstehend davon ausgegangen wird, dass sich das Flüssigkeitsventil 9 sowie auch die Steuerventile 21.1 - 21.6 jeweils in ihrem geschlossenen Zustand befinden, sofern der geöffnete Zustand nicht ausdrücklich angegeben ist:

1. Evakuieren des jeweiligen Behälters 2

Bei in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälter 2 wird der Innenraum dieses Behälters durch Öffnen des Steuerventils 21.2 evakuiert, und zwar über den Rückgaskanal 14. Hierfür wird der Gasraum 16 durch Öffnen des Steuerventils 21.2 mit dem Vakuumkanal 18 verbunden.

2. Spülen des jeweiligen Behälters 2 mit Inert-Gas

Zum Spülen des Innenraums des in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälters 2 werden der Gasraum 17 und damit der Spülkanal 15 durch Öffnen des Steuerventils 21.4 mit dem Entlastungskanal 19 sowie der Gasraum 16 und damit der Rückgaskanal 14 durch Öffnen des Steuerventils 21.2 mit dem Vakuumkanal 18 verbunden, sodass CO2-Gas aus dem Entlastungskanal 19 über den Spülkanal 15 in den evakuierten Innenraum des jeweiligen Behälters 2 einströmen und hierbei aus dem Behälterinnenraum verdrängtes Gas über den Rückgaskanal 14 in den Vakuumkanal 18 strömen kann. Es hat sich gezeigt, dass das den Umgebungsdruck entsprechende oder im Wesentlichen entsprechende Druckniveau im Entlastungskanal 19 bei dem Unterdruck, der sich durch die Verbindung des Behälterinnenraums mit dem Vakuumkanal eingestellt, für ein Spülen des Behälterinnenraums mit der erforderlichen Qualität ausreicht.

3. Endevakuieren des jeweiligen Behälters 2

Für das endgültige Evakuieren des weiterhin in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälters 2 ist der Behälterinnenraum bei weiterhin geöffnetem Steuerventil 21.2 über den Rückgaskanal 14 und den Gasraum 16 mit dem Vakuumkanal 18 verbunden, und zwar bei geschlossenem Steuerventil 21.4.

4. Vorspannen des jeweiligen Behälters 2

Zum Vorspannen des Behälterinnenraums des weiterhin in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälters wird durch Öffnen des Steuerventils 21.3 der Gasraum 16 und damit auch der Rückgaskanal 14 mit dem Gasraum 4.2 des Füllgutkessels verbunden, sodass aus dem Gasraum 4.2 Inert-Gas unter Fülldruck in den evakuierten Behälterinnenraum einströmen kann.

5. Schnellfüllen des jeweiligen Behälters 2

Zum Schnellfüllen des in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälters 2 wird das Flüssigkeitsventil 9 geöffnet. Gleichzeitig werden die Steuerventile 21.3 und 21.5 geöffnet, sodass das vom zufließenden Füllgut aus den Behälterinnenraum verdrängte Inert-Gas über den Rückgaskanal 14 und den Gasraum 16 sowie parallel hierzu über den das Steuerventil 21.5 aufweisenden gedrosselten Gasweg (Drossel 22) in den Gasraum 4.2 zurückströmen kann.

6. Lanasamfüllen des jeweiligen Behälters 2

Bei weiterhin in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälter 2 und geöffnetem Flüssigkeitsventil 9 ist lediglich das Steuerventil 21.5 geöffnet, sodass das vom zufließenden Füllgut aus den Behälterinnenraum verdrängte Inert-Gas nur gedrosselt über den Rückgaskanal 14, den Gasraum 16 und die Drossel 22 in den Gasraum 4.2 zurückfließen kann.

7. Füllende und Beruhigung des abgefüllten Füllgutes

Zur Beendigung der eigentlichen Füllphase wird bei geschlossenen Steuerventilen 21.1 - 21.6 auch das Flüssigkeitsventil 9 geschlossen.

8. Restentlasten des jeweiligen Behälters 2

Nach Beendigung der Füllphase erfolgt bei weiterhin in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälter 2 das Restentlasten des vom Füllgut nicht eingenommenen Kopfraumes sowie auch des Rückgaskanales 14, des Spülkanales 15 und zumindest teilweise der gesteuerten Gaswege 21 des Füllelementes 3 durch Öffnen der Steuerventile 21.1 und 21.4, d.h. durch Verbinden der Gasräume 16 und 17 mit dem Entlastungskanal 19.
Bei dem vorbeschriebenen Verfahren besteht weiterhin die Möglichkeit den Innenraum des in Dichtlage am Füllelement 3 angeordneten Behälters 2 zusätzlich auch mit dem Inert-Gas aus dem Gasraum 4.2 zu spülen, und zwar durch Öffnen des Steuerventils 21.6, wodurch eine gedrosselte Verbindung (Drossel 23) zwischen dem Gasraum 17 und dem Gasraum 4.2 hergestellt wird, über die Inert-Gas aus dem Gasraum 4.2 über den Gasraum 17 und den Spülkanal 15 in den Behälterinnenraum 2 eingeleitet wird, und zwar bei geöffnetem Steuerventil 21.2, d.h. bei über den Gasraum 16 und den Rückgaskanal 14 mit dem Vakuumkanal 18 verbundenen Behälterinnenraum. Dieses optionale oder zusätzliche Spülen mit Inert-Gas aus dem Gasraum 4.2 erfolgt beispielsweise mit verkürzter Spüldauer nach dem Spülen mit dem Inert-Gas aus den Entlastungskanal 19.
Um die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte zu ermöglichen, sind die Steuerventile 21.1 und 21.4 jeweils eingangsseitig mit dem Entlastungskanal 19 und die Steuerventile 21.3, 21.5 und 21.6 eingangsseitig mit dem Gasraum 4.2 verbunden. Die Steuerventile 21.1, 21.2 und 21.3 und 21.5 sind ausgangsseitig mit dem Gasraum 16 verbunden. Die Steuerventile 21.4 und 21.6 sind ausgangsseitig mit dem Gasraum 17 verbunden.
Wird auf das optionale bzw. zusätzliche Spülen des Behälterinnenraums aus dem Gasraum 4.2 verzichtet, so wird das Steuerventil 21.6 in dem gedrosselten Gasweg nicht benötigt, sodass am jeweiligen Füllelement 3 nur jeweils insgesamt fünf Steuerventile 21.1 - 21.5 benötigt werden.
Der grundsätzliche Vorteil des vorstehend beschriebenen Füllverfahrens besteht aber darin, dass in jedem Fall für das Spülen des Behälterinnenraums das Inert-Gas aus dem Entlastungskanal 19 bei evakuiertem und mit dem Vakuumkanal 18 verbundenem Behälter 2 verwendet wird, wodurch sich gegenüber herkömmlichen Verfahren eine erhebliche Reduzierung des Verbrauchs an Spül- oder Inert-Gas beim Spülen erreichen lässt, beispielsweise eine Reduzierung bis zu etwa 70%.
Die optionale Spülung aus dem Gasraum 4.2 über das geöffnete Steuerventil 21.6 und den die Drossel 22 aufweisenden Gasweg erfolgt bevorzugt auch dann, wenn die Gasmenge aus dem Entlastungskanal 19 als alleiniges Spülgas nicht ausreicht. Weiterhin besteht die Möglichkeit, bei einem Gasdefizit im Entlastungskanal 19 in diesem geregelt Inert-Gas aus dem Gasraum 4.2 einzuspeisen, und zwar über eine Verbindung 24 mit einem Durchflussmesser 25 und einem Druckregler-Kreis 26 mit Steuerventil 27, welches in Abhängigkeit vom Durchflussmesser 25 sowie von einem Drucksensor 28 gesteuert wird, welch letzterer den Gasdruck im Entlastungskanal 19 überwacht.
Die Figuren 5 und 6 zeigt ein Einkammer-Füllsystem 1a mit Füllelementen 3a, die jeweils zumindest teilweise im Füllgutkessel 4a angeordnet sind und deren Füllgutabgabeöffnung 8a sich unmittelbar unterhalb des Füllgutkessels 4a befinden. Das Füllsystem 1a dient beispielsweise wiederum zum Druckfüllen von Behältern 2 in Form von Flaschen, die während des Füllprozesses in Dichtlage am jeweiligen Füllelement 3a angeordnet sind. Während des Füllprozesses ist der Füllgutkessel 4a mit dem Füllgut teilgefüllt, sodass sich wiederum der Flüssigkeitsraum 4.1 und der mit dem Druck (z.B. Fülldruck) eines Inert-Gases (z.B. CO2-Gas) beaufschlagte Gasraum 4.2 bilden.
Jedes Füllelement 3a besitzt einen Flüssigkeitskanal 6a, der mit dem Flüssigkeitsraum 4.1 in Verbindung steht und an der Unterseite des Füllelementes und unterhalb des Füllgutkessels 4a die ringförmige Abgabeöffnung 8a bildet, über die das Füllgut bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 9a dem Behälterinnenraum des Behälters 2 zufließt. Der Ventilkörper 10a des Flüssigkeitsventils 9a ist auf einem Rückgasrohr 11a vorgesehen, welches achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordnet einen Gaskanal 14a bildet, der über ein als Nadelventil ausgebildetes Rückgasventil 29 in den Gasraum 4.2 mündet und durch einen nadelförmigen Ventilkörper 29.1 des Rückgasventils 29 gesteuert zum Gasraum 4.2 hin geöffnet und geschlossen werden kann. Zum Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 9a durch Anheben und Absenken des Ventilkörpers 10a sowie auch zum Öffnen und Schließen des Rückgasventils 29 durch Anheben und Absenken des nadelförmigen Ventilkörpers 29.1 relativ zum Rückgasrohr 11a dient eine Betätigungseinrichtung 12a. Diese ist beispielsweise als Hubeinrichtung derart ausgeführt, dass in einem ersten Öffnungshub zunächst der Ventilkörper 29.1 zum Öffnen des Rückgasventils angehoben und erst in einem zweiten Öffnungshub oder Weiterhub das Flüssigkeitsventil 9a geöffnet wird.
Das Füllsystem 1a weist weiterhin einen Vakuumkanal 18a sowie einen Entlastungskanal 19a auf, die jeweils für sämtliche Füllelemente 3a des Füllsystems 1a gemeinsam vorgesehen sind, und zwar bei Ausbildung des Füllsystems 1a als Füllmaschine umlaufender Bauart mit dem als Ringkessel ausgebildeten Füllgutkessel 4a an der Unterseite dieses Kessels oder an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotor.
Für jedes Füllelement 3a oder eine Gruppe von beispielsweise jeweils zwei Füllelementen 3a sind gesteuerte Gaswege mit Steuerventilen 31.1 - 31.4 vorgesehen, mit denen analog zum Füllsystem 1 das Evakuieren und Spülen des Innenraums des jeweils in Dichtlage am Füllelement 3a angeordneten Behälters 2 erfolgt.
Um auch bei dem Füllsystem 1a ein Spülen der evakuierten und mit dem Vakuumkanal 18a verbundenen Behälter 2 mit dem Gas aus dem Entlastungskanal 19a zu ermöglichen, ist der nadelförmige Ventilkörper 29.1 des Rückgasventils 29 mit einem weiteren Gaskanal 32 ausgebildet, der ständig, d.h. auch bei geschlossenem Rückgasventil 29 mit dem Gaskanal 14a in Verbindung steht, d.h. die Fortsetzung des Gaskanals 14a bildet und über einen Gaskanal 33 und das Steuerventil 30.3 mit dem Entlastungskanal 19a verbunden ist.
Das Füllen der Behälter 2 erfolgt mit dem Füllsystem 1a beispielsweise in der nachfolgenden Weise, wobei sich in den einzelnen Verfahrensschritten wiederum das Flüssigkeitsventil 9a sowie sämtliche Ventile 29 und 31.1 - 31.4 im geschlossenen Zustand befinden, sofern der geöffnete Zustand nicht ausdrücklich angegeben ist:

1. Evakuieren des jeweiligen Behälters 2

Der in Dichtlage am Füllelement 3a angeordnete Behälter 2 wird durch Öffnen des Steuerventils 31.2 und durch Verbinden eines Gaswegs 34, der an der Füllgutabgabeöffnung 8a mündet, aus dem Vakuumkanal 18a evakuiert.

2. Spülen des jeweiligen Behälters 2

Bei weiterhin in Dichtlage am Füllelement 3a angeordnetem Behälter 2 und bei weiterhin geöffnetem Steuerventil 31.1 und geöffnetem Steuerventil 30.3 erfolgt über den Gaskanal 14a das Einleiten von Spülgas aus dem Entlastungskanal 19a in den Behälterinnenraum. Hierbei verdrängtes Gas wird über den Gasweg 34 und das geöffnete Steuerventil 31.2 in den Vakuumkanal 18a abgeleitet. Das Einleiten von Spülgas aus dem Entlastungskanal 19a in den Behälterinnenraum kann auch durch eine Drossel reduziert erfolgen.

3. Vorspannen des jeweiligen Behälters 2

Bei weiterhin in Dichtlage am Füllelement 3a angeordnetem Behälter 2 wird durch Anheben des Ventilkörpers 29.1 relativ zum Rückgasrohr 11a das Rückgasventil 29 geöffnet, sodass über den Gaskanal 14a Inert-Gas unter Druck in den Behälterinnenraum einströmen kann.

4. Füllen des jeweiligen Behälters 2

Bei weiterhin in Dichtlage am Füllelement 3a angeordnetem Behälter 2 wird bei weiterhin geöffneten Rückgasventil 29a auch das Flüssigkeitsventil 9a durch weiteres Anheben des Rückgasrohres 11a geöffnet, sodass über das geöffnete Flüssigkeitsventil 9a Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum 4.1 in den Behälter strömt und hierbei verdrängtes Inert-Gas über das geöffnete Rückgasventil 29 in den Gasraum 4.2 zurückströmt.

5. Füllende und Beruhigen

Bei weiterhin in Dichtlage am Füllelement 3a angeordneten Behälter 2 werden sämtliche Ventile einschließlich des Flüssigkeitsventils 9a und des Rückgasventils 29 geschlossen.

6. Restentlasten des jeweiligen Behälters 2

Zum Entlasten insbesondere des Kopfraumes des gefüllten Behälters 2 wird durch Öffnen des Steuerventils 31.1 der Gasweg 34 mit dem Entlastungskanal 19a verbunden, sodass Inert-Gas aus dem Kopfraum in den Entlastungskanal 19a strömt und dann für ein späteres Spülen zur Verfügung steht.
Zusätzlich kann das Spülen des jeweiligen Behälters 2 auch aus einem Inert-Gaskanal 30 mit frischem Inert-Gas erfolgen, und zwar durch Öffnen des Steuerventils 31.4, womit dann das Inert-Gas über die Gasverbindung 33 und die Gaskanäle 32 und 14a in den jeweiligen Behälterinnenraum strömt, der hierbei über den Gasweg 34 und das geöffnete Steuerventil 30.2 mit dem Vakuumkanal 18a verbunden ist. Diese Spülung mit dem Inert-Gas aus dem Inert-Gaskanal 30 erfolgt insbesondere dann, wenn ein Gasdefizit im Entlastungskanal 19a besteht. Weiterhin kann bei dem Füllsystem 1a ein Gasdefizit im Entlastungskanal 19a wiederum durch gesteuerte Einspeisung von Inert-Gas beispielsweise aus dem Inert-Gaskanal 30 oder dem Gasraum 4.2 ausgeglichen werden.
Bei dem Füllsystem 1a besteht in vorteilhafter Weise auch die Möglichkeit nicht nur den Kopfraum des jeweils gefüllten Behälters 2, sondern auch den Gasweg im Inneren des Rückgasrohres 11a durch Öffnen des Steuerventils 30.3 zu entlasten, sodass hierdurch jede Art von Flüssigkeitsimpulsen aus dem Rückgasrohr 11a in den Behälter 2 und eine dadurch bedingte unerwünschte Schaumbildung vermieden werden.
Wie vorstehend ausgeführt, werden zur Realisierung der Spülung der Behälter 2 mit Inert-Gas aus dem Entlastungskanal 19 Oder 19 mehrere Gas- oder Steuerventile benötigt, d.h. bei dem Füllsystem 1 fünf bis sechs Steuerventile 21.1 - 21.6 und bei dem Füllsystem 1a wenigstens vier Gas- oder Steuerventile 31.1 - 31.4 je Füllelement 3 bzw. 3a. Um die Anzahl der Steuerventile des gesamten Füllsystems zu reduzieren, ist es zweckmäßig zumindest einige der Steuerventile für jeweils eine Gruppe von Füllelementen 3 bzw. 3a, beispielsweise für jeweils wenigstens zwei Füllelemente 3 bzw. 3a gemeinsam vorzusehen.

Bezugszeichenliste

1, 1a: Füllsystem
2: Behälter
3, 3a: Füllelement
4,4a: Füllgutkessel
4.1: Flüssigkeitsraum
4.2: Gasraum
5, 5a: Füllelementgehäuse
6: Flüssigkeitskanal
7: Verbindung
8,8a: Abgabeöffnung
9,9a: Flüssigkeitsventil
10,10a: Ventilkörper
11, 11a: Rückgasrohr
12, 12a: Betätigungselemente
13: Spülrohr
14, 14a: Rückgaskanal
15: Spülkanal
16,17: Gasraum
18, 18a: Vakuumkanal
19, 19a: Entlastungskanal
20: Rotor
21.1 - 21.6: Gas- oder Steuerventil
22,23: Drossel
24: Verbindung
25: Durchflussmesser
26: Steuer- oder Regelkreis
27: Ventil
28: Drucksensor
29: Rückgasventil
29.1: Ventilkörper
30: Inert-Gaskanal
31.1 - 31.4: Gas- oder Steuerventil
32: Gaskanal
33: Verbindung
34: Gasweg
FA: Füllelementachse

Claims

Verfahren zum Druckfüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems (1, 1 a) mit wenigstens einem Füllelement (3, 3a), wobei vor dem Einleiten einer Füllphase der Innenraum des in Dichtlage am Füllelement (3, 3a) angeordneten Behälters (2) in wenigstens einer Evakuierungs- und Spülphase durch Verbinden mit einem Vakuumkanal (18, 18a) evakuiert und anschließend der evakuierte und weiterhin mit dem Vakuumkanal (18, 18a) verbundene Behälterinnenraum mit einem Inert-Gas, beispielsweise CO2-Gas gespült wird, und wobei der Behälterinnenraum nach der Evakuierungs- und Spülphase mit einem unter Druck stehenden Inert-Gas vorgespannt, gefüllt und nach Beendigung dieser Vorspann- und Füllphase in einen Entlastungskanal (19, 19a) entlastet wird, wobei das Spülen des jeweiligen Behälterinnenraums in der wenigstens einen Evakuierungs- und Spülphase zumindest teilweise mit Gas aus dem Entlastungskanal (19, 19a) als Spülgas erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Behälterinnenraum während der wenigstens einen Evakuierungs- und Spülphase mit einem Druck zwischen 50 mbar und 200 mbar beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas mit einem Druck von etwa 1,0 bar oder 1,05 bar oder 1,1 bar in den Behälterinnenraum eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck im Entlastungskanal (19, 19a) gleich oder geringfügig höher ist als der Umgebungsdruck.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterinnenraum während der wenigstens einen Evakuierungs- und Spülphase mit einem Druck von etwa 100 mbar beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas zentriert in den jeweiligen Behälter (2) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Spülen mit dem Gas aus dem Entlastungskanal (19a) ein Spülen des jeweiligen Behälters mit frischem Inert-Gas aus einem Gasraum (4.2) oder Gaskanal (30) des Füllsystems erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Füllsystems (1) mit einem während des Füllens in den Behälterinnenraum hineinreichenden Spülrohr (13) mit Spülkanal (15) und einem in dem Behälterinnenraum hineinreichenden Rückgasrohr (11) mit Rückgaskanal (14) das Spülgas über das Spülrohr (13) oder dessen Spülkanal (15) eingeleitet wird und der Behälterinnenraum über den Rückgaskanal (14) des Rückgasrohres (11) mit dem Vakuumkanal (18) des Füllsystems verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Einkammer-Füllsystems (1a) mit wenigstens einem Füllelement (3a) mit einem in den Behälter beim Füllen hineinreichenden Rückgasrohr (11a) das Spülgas über einen im Rückgasrohr ausgebildeten Rückgaskanal (14a) eingeleitet und der Behälterinnenraum über wenigstens einen gesteuerten Gasweg (31.2, 34) mit dem Vakuumkanal (18a) des Füllsystems (1a) in Verbindung steht, wobei der Gasweg (31.2, 34) an der Füllgutabgabeöffnung mündet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des Füllelementes (3a) mit einem die Verbindung des Gaskanals (14a) des Rückgasrohres (11a) zum Gasraum (4.2) eines Füllgutkessels (4) öffnenden und verschließenden Rückgasventils (29) das Spülgas über eine durch den Ventilkörper (29.1) dieses Rückgasventils (29) führende Verbindung (32, 33) zugeführt wird.
Füllsystem mit wenigstens einem Flüssigkeitsventil (3) mit einem Ventilgehäuse (5), in welchem ein Flüssigkeitskanal (6) ausgebildet ist, der mit einem in einem Füllgutkessel (4) ausgebildeten Flüssigkeitsraum (4.1) in Verbindung steht und an einer Unterseite des Füllelementes (3) eine Füllgutabgabeöffnung (8) zur Abgabe des Füllgutes in den in Dichtlage am Füllelement (3) angeordneten Behälter (2) bildet, mit einem im Flüssigkeitskanal (6) angeordneten Flüssigkeitsventil (9), mit einem über die Füllgutabgabeöffnung (8) nach unten vorstehenden und beim Füllen in den Behälter (2) hineinreichenden Spülrohr (13) mit Spülkanal (15) sowie mit einem ebenfalls in den Behälter (2) beim Füllen hineinreichenden Rückgasrohr (11), welches einen das Spülrohr (13) umschließenden ringförmigen Rückgaskanal (14) bildet, mit einem ersten im Füüelementgehäuse (5) ausgebildeten Gasraum (16), in den der Rückgaskanal (14) mit seinem der Abgabeöffnung (8) entfernt liegenden Ende mündet sowie mit einem zweiten Gasraum (17), in den der Spülkanal (15) mündet, mit mehreren durch Gas- und/oder Steuerventile (21.1 - 21.6) gesteuerten Gaswegen (21), mit einem für sämtliche Füllelemente (3) gemeinsamen Vakuumkanal (18) und einem für sämtliche Füllelemente (3) ebenfalls gemeinsamen Entlastungskanal (19), wobei der Entlastungskanal (19) über ein erstes Steuerventil (21.4) gesteuert mit dem zweiten Gasraum (17) und dem Spülkanal (15) des Spülrohres (13) und der erste Gasraum (16) und der Rückgaskanal (14) über ein zweites Steuerventil (21.2) mit dem Vakuumkanal (18) während der Evakuierungs- und Spülphase verbindbar sind, mit einem dritten Steuerventil (21.1) über welches während der Restentlastung der erste Gasraum (16) und der Rückgaskanal (14) mit dem Entlastungskanal (19) verbindbar sind, dadurch gekennnzeichnet, dass das Füllsystem zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9 geeignet ist, sowie durch ein viertes Steuerventil (21.3) über welches während des Vorspannens der erste Gasraum (16) und der Rückgaskanal (14) mit einem Gasraum (4.2) des Füllgutkessels (4) verbindbar sind, und durch ein fünftes Steuerventil (21.5), mit welchem der erste Gasraum (16) und der Rückgaskanal (14) gedrosselt mit dem Gasraum (4.2) des Füllgutkessels (4) für ein Langsamfüllen verbindbar sind.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch ein sechstes Steuerventil (21.6), über welches der zweite Gasraum (17) und der Spülkanal (15) mit dem Gasraum (4.2) des Füllgutkessels (4) verbindbar sind.
Füllsystem in Form eines Einkammerfüllsystems mit einem Füllgutkessel (4a), der während des Füllens unter Ausbildung eines unteren Flüssigkeitsraumes (4.1) und eines oberen Gasraumes (4.2) mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt ist, mit mehreren zumindest teilweise im Füllgutkessel (4a) angeordneten Füllelementen (3a), die jeweils eine Füllgutabgabeöffnung (8a) zur Abgabe des Füllgutes in die in Dichtlage am jeweiligen Füllelement (3a) angeordneten Behälter (2) bilden und ein Flüssigkeitsventil (9a) mit einem an einem Ventilstößel ausgebildeten Ventilkörper (10a) aufweisen, wobei der Ventilstößel als Rückgasrohr (11a) mit einem Gaskanal (14a) ausgebildet ist, mit einem die Verbindung zwischen dem Gaskanal (14a) und dem Gasraum (4.2) steuernden Rückgasventil (29), mit einem für sämtliche Füllelemente (3a) gemeinsamen Vakuumkanal (18a), mit einem für sämtliche Füllelemente (3a) gemeinsamen Entlastungskanal (19a), sowie mit mehreren, gesteuerte Gaswege bildenden Gas- und/oder Steuerventilen (31.1 - 31.4), dadurch gekennzeichnet, dass das Füllsystem zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 9 geeignet ist, wobei ein erstes Steuerventil (31.3) für ein Verbinden des Gaskanals (14a) des Rückgasrohres (11a) mit dem Entlastungskanal (19a) und ein zweites Steuerventil (31.2) für ein Verbinden eines an der Abgabeöffnung (8a) mündenden Gaswegs (34) mit dem Vakuumkanal (18a) ausgebildet sind.
Füllsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Gaskanal (14a) des Rückgasrohres (11a) mit dem ersten Steuerventil (30.1) verbindender Gasweg (32, 33) durch den Ventilkörper (29.1) des Rückgasventils (29) führt.
Füllsystem nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch ein drittes Steuerventil (31.1), welches beim Restentlasten des in Dichtlage am Füllelement (3a) angeordneten Behälters (2) den Kopfraum des Behälters (2) mit dem Entlastungskanal (19a) verbindet.
Füllsystem nach einem der Ansprüche 12 - 14, gekennzeichnet durch ein viertes Steuerventil (31.4), über welches der Gaskanal (14a) des Rückgasrohres (11a) mit einem frisches Inert-Gas führenden und für sämtliche Füllelementes (2a) gemeinsamen Inert-Gaskanal (30) verbindbar ist.