Verfahren sowie Füllsystem zum Füllen von Beutelverpackungen

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 17. [0002] Füllsysteme zum Abfüllen von flüssigen Produkten (nachstehend auch Füllgut), beispielsweise von Getränken oder Hygieneflüssigkeiten, in Flaschen oder dergleichen Behälter sind bekannt. üblich sind insbesondere Füllsysteme, bei denen der jeweilige Behälter an eine an einem Abgabe- oder Auslassbereich (z.B. Abgabeöffnung) des Füllelementes vorgesehene Dichtung angepresst wird und das Füllgut über diesen, beispielsweise von einem zentralen Füllrohr gebildeten Auslassbereich in den jeweiligen Behälter während einer Füllphase eingeleitet wird. Der Auslassbereich steht dabei über einen in dem Füllelement ausgebildeten Füllgutoder Produktkanal, der ein Flüssigkeits- oder Füllgutventil enthält, mit einem Vorrats- oder Vorlagebehälter in Verbindung, aus dem das flüssige Füllgut bei geöffne- tem Füllgutventil unter hydrostatischem Druck nachströmt. Die beim Füllen aus dem jeweiligen Behälter verdrängte Gas- und/oder Luftmenge wird über einen Rückgaskanal, der z.B. als ein das zentrale Füllrohr konzentrisch umschließender Ringkanal oder Ringspalt ausgebildet ist, abgeführt, beispielsweise in die Atmosphäre entlassen. [0003] Die DE 44 02 980 C1 zeigt ein derartiges Füllsystem, wobei die verdrängte Luft- oder Gasmenge im Rückgaskanal stromabwärts gedrosselt wird, um das Einströmen des Füllgutes zu verlangsamen und zu steuern. Bei dem im Prinzip analog aufgebauten und in der DE 101 29 155 A1 gezeigten Füllsystem ist das Rückgasrohr zentral angeordnet und führt in den Vorlagebehälter zurück. [0004] Bei sehr hohen Anforderungen an die Haltbarkeit des Füllgutes und/oder bei leicht verderblichen Produkten sind eine Vorreinigung bzw. ein Spülen der Behälter unmittelbar vor dem Füllen bzw. vor der Füllphase erforderlich. In gängigen Reinigungsmethoden und Methoden zur Bereitstellung von sauberen, leeren Behältern ist aus der [0005] DE 43 42 142 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei welcher die leeren Behälter mittels Dampf gespült werden.

[0006] Die bekannten Füllsysteme sind für die Verwendung bei Flaschen oder dergleichen Behälter bestimmt und geeignet, die eine dreidimensionale und im Wesentlichen stabile Formgebung aufweisen, und zwar mit weitestgehend glatten FIa- chen ohne für ein Behandlungsmedium oder -fluid nicht oder nur schwer zugängliche Bereiche. Nicht bestimmt und geeignet sind die bekannten Füllsysteme für Beutelverpackungen, die wegen des Fehlens einer stabilen Formgebung u.a. zum KIi-

cken und/oder zur Faltenbildung und/oder zu einem Verkleben neigen, so dass sich schon hierdurch schwer zugängliche Bereiche für ein Behandlungsfluid ergeben. Insbesondere ist es bei Beutelverpackungen, die aus Kunststofffolien bestehen, auch nicht möglich, eine Vorbehandlung mit heißen Medien, beispielsweise mit Wasserdampf vorzunehmen, speziell auch dann nicht, wenn das verwendete heiße Medium zur Erzielung kurzer Behandlungszeiten und damit hoher Leistungen eine sehr hohe Temperatur und/oder einen sehr hohen Druck aufweisen muss, um die angestrebte Letalrate zu erreichen. [0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches optimal auf das Füllen von Beutelverpackungen mit einem fließfähigen Produkt bzw. Füllgut abgestellt ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Füllsystem zum Durchführen des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruches 17. [0008] Unter Beutelverpackungen sind im Sinne der Erfindung insbesondere fle- xible Verpackungsmittel in Form von beutel- oder kissenförmigen Verpackungen aus einem ein- oder mehrlagigen Flachmaterial zu verstehen, d.h. allgemein Verpackungsmittel, die im leeren Zustand vollständig oder nahezu vollständig zusammengefaltet bzw. flachgedrückt werden können, so dass sie in diesem Zustand kein o- der nahezu kein Innenvolumen aufweisen. [0009] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Abfüllen von fließfähigen Produkten unterschiedlichster Art, beispielsweise zum Abfüllen von Getränken und anderen Lebensmitteln, aber u.a. auch zum Abfüllen von fließfähigen Hygieneprodukten, wie z.B. Seifen, Shampoos usw. [0010] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt vor dem eigentlichen Füllen bzw. vor der eigentlichen Füllphase in einer Vorbehandlungsphase ein wenigstens einmaliges Behandeln oder Spülen der jeweiligen Beutelverpackung mit einem Behandlungsmedium oder -fluid, welches beispielsweise ein inertes Spül- und/oder Sterilisationsfluid ist. Das Behandlungsfluid wird in die jeweilige, in Dichtlage mit einem Füllelement befindliche Beutelverpackung eingebracht und zwar bevorzugt derart, dass diese Verpackung vollständig entfaltet bzw. aufgebläht wird, so dass zuverlässig keine Falten oder Knickstellen verbleiben und sich eine im Wesentliche glatte, für das Behandlungsfluid leicht zugängliche Innenfläche ergibt. [0011] Nach dem Einbringen des Behandlungsfluids in die Beutelverpackung wird dieses Fluid aus der Verpackung wieder abgeführt. Diese Vorbehandlung bzw. das Spülen erfolgt in der Vorbehandlungsphase wenigstens einmal, beispielsweise aber auch mehrmals.

[0012] Das Abführen des Behandlungsfluids erfolgt vorzugsweise durch Beaufschlagung des Innenraumes der Beutelverpackung mit einem Vakuum, und zwar beispielsweise derart, dass die Beutelverpackung durch diese Vakuumbeaufschlagung zumindest vor dem Einleiten der eigentlichen Füllphase vollständig zusam- mengefaltet bzw. zusammengelegt ist, d.h. das Innenvolumen der Beutelverpackung praktisch Null ist.

[0013] Für die Vorbehandlungen in der Vorbehandlungsphase sind unterschiedlichste Möglichkeiten denkbar, beispielsweise auch ein Evakuieren der jeweiligen Beutelverpackung vor Einleitung des jeweiligen Vorbehandlungsschrittes. [0014] Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.

[0015] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: [0016] Fig. 1 in vereinfachter Darstellung ein Füllsystem zum Füllen von Verpa- ckungsbeuteln bzw. Beutelverpackungen mit einem fließfähigen Füllgut bzw. Pri- märfluid;

[0017] Fig. 2 - 5 das Füllsystem der Figur 1 in unterschiedlichen Betriebszustän- den. [0018] Das in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem dient zum Fül- len von Beutelverpackungen 2 oder dergleichen Packmittel mit einem fließfähigen Füllgut und besteht u.a. aus einem Füllelement 3, welches zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Füllelemente 3 am Anfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors 4 einer Füllmaschine vorgesehen ist. Jedem Füllelement 3 ist ein höhengesteuerter, beispielsweise kurvengesteuerter HaI- ter 5 mit Greifer 6 zugeordnet, mit dem die jeweils zu füllende Beutelverpackung 2 an einem an dieser Verpackung vorgesehenen Füllstutzen 2.1 während des Füllprozesses gehalten ist.

[0019] In einem Gehäuse 7 des Füllelementes 3 ist ein Füllgutkanal 8 ausgebildet, der sich im Wesentlichen aus einem Kanalabschnitt 8.1 , einer Kammer 8.2 und ei- nem weiteren Kanalabschnitt 8.3 zusammensetzt. In der Kammer 8.2 ist der Ventilkörper 9.1 eines Füllgutventils 9 vorgesehen, mit dem durch gesteuertes öffnen und Schließen die Abgabe des Füllgutes in die jeweilige Beutelverpackung 2 gesteuert

wird. Durch die Anordnung des Füllgutventils 9 bzw. des Ventilkörpers 9.1 in der einen relativ großen Querschnitt aufweisenden Kammer 8.3 ist auch bei einem Füllgut mit höherer Viskosität eine durch das Füllgut zumindest weitestgehend unbehinderte Bewegung des Ventilkörpers 9.1 beim öffnen und Schließen gewährleistet. [0020] Der in Strömungsrichtung des Füllgutes beim Füllen vor der Kammer 8.2 vorgesehene Kanalabschnitt 8.1 steht über eine Leitung 10 mit einem am Rotor 4 vorgesehenen und für sämtliche Füllelemente 3 gemeinsamen Vorlagebehälter oder Kessel 11 in Verbindung, der während des Füllens der Beutelverpackungen 2 mit dem Füllgut teilweise bis zu dem Niveau N niveaugesteuert gefüllt ist, so dass im Kessel 11 oberhalb des Niveaus N ein Gasraum 11.1 und unterhalb des Niveaus N ein von dem Füllgut eingenommener Füllgutraum 11.2 gebildet sind. In der in dem Füllgutraum 11.2 mündenden Leitung 10 jedes Füllelementes 3 ist ein Durchflussmesser 12 vorgesehen, der das für ein volumen- oder mengengesteuertes Füllen der Beutelverpackungen 2 erforderliches Messsignal liefert. [0021] Der in Strömungsrichtung des Füllgutes auf die Kammer 8.2 folgende, mit seiner Achse in vertikaler oder im Wesentlichen vertikaler Richtung orientiert Kanalabschnitt 8.2 ist an seinen unteren Ende offen und bildet ein kurzes Füllrohr mit einer Füllgutabgabeöffnung oder einem Füllgutauslassbereich 13, und zwar innerhalb einer an der Unterseite des Gehäuses 7 vorgesehenen und zur Unterseite des Füll- elementes 3 hin offenen Zentrierglocke 14 zur zentrierten Aufnahme des Füllstutzens 2.1 der betreffenden Beutelverpackung 2 beim Füllen. [0022] Innerhalb des Gehäuses 7 ist ein Sekundär- oder Hilfskanal 15 vorgesehen, der bei der dargestellten Ausführungsform als ein den Kanalabschnitt 8.3 umschließender Ringkanal ausgeführt ist und gemeinsamer Bestandteil zweier, im Ge- häuse 7 ausgebildeter, ventilgesteuerter Sekundärströmungswege ist. Der eine Se- kundärströmungsweg besteht aus einem ein Steuerventil 16 aufweisenden Kanal 17. Der andere Sekundärströmungsweg besteht aus einem ein Steuerventil 18 aufweisenden Kanal 19. Beide Kanäle 17 und 19 münden jeweils in den Kanal 15. Der Kanal 17 mündet in eine für sämtliche Füllelemente 3 oder aber für jeweils eine Gruppe von mehreren Füllelementen 3 gemeinsam am Rotor 4 vorgesehene Ringkammer 20. Der Kanal 19 mündet in eine für sämtliche Füllelemente 3 oder aber für jeweils eine Gruppe von mehreren Füllelementen 3 gemeinsam am Rotor 4 vorgesehene Ringkammer 21. [0023] Die Ringkammer 20 ist über eine Leitung 22 mit Druckregelventil 23 mit einem Behandlungsfluid beaufschlagbar, welches beispielsweise ein inertes Spül- und/oder Sterilisationsfluid ist. Der Ringkanal 21 ist über eine Leitung 24 mit einem

Unterdruckerzeuger bzw. mit einer einen Unterdruck erzeugenden Pumpe 25 verbunden.

[0024] Mit dem Füllsystem sind durch entsprechende Ansteuerung des Füllgutventils 9 und der Steuerventile 16 und 18 die unterschiedlichsten Füllmethoden oder - verfahren zum Füllen von Beutelverpackungen 2 mit dem fließfähigen Füllgut möglich. Eine generelle Verfahrensweise wird nachstehend im Zusammenhang mit den Figuren 2 - 5 erläutert.

[0025] Ansetzen der Beutelverpackunq 2 am Füllelement 3: [0026] Die zu füllende, leere Beutelverpackung 2 wird an einem Einlauf der Füll- maschine jeweils von dem Greifer 6 eines Halters 5 am Füllstutzen 2.1 gefasst, so dass dieser Füllstutzen 2.1 mit seiner die Mündung 2.2 der Beutelverpackung 2 bildenden öffnung der Unterseite des Füllelementes 3 gegenüber liegt und der z.B. von einer Folie gebildete Beutelkörper 2.3 im flachen bzw. im zusammengedrückten Zustand von dem Füllstutzen 2.1 nach unten weghängt (Figur 1 ). [0027] Mit dem Halter 5 wird die Beutelverpackung 2 dann gegen das Füllelement 2 angehoben, so dass der Füllstutzen 2.1 mit dem die Mündung 2.2 umgebenden Rand dicht gegen eine am Boden der Zentriertulpe 14 vorgesehene Ringdichtung 14.1 anliegt, und zwar derart, dass das über die Ringdichtung 14.1 nach unten vorstehende Füllrohr mit dem Auslassbereich 13 in den Füllstutzen 2.1 hineinreicht und das untere, offene Ende des Kanals 15 ebenfalls mit dem Innenraum des Füllstutzens 2.1 und damit mit dem Innenraum der Beutelverpackung 2 in Verbindung steht. Bei der so in Dichtlage (gasdicht) gegen das Füllelement 3 anliegenden Beutelverpackung 2 (Figur 2) werden die nachstehenden Verfahrensschritte durchgeführt, wobei sich das Füllgutventil 9 sowie auch die Steuerventile 16 und 18 jeweils in ihrem geschlossenen Zustand befinden, sofern der geöffnete Zustand nicht ausdrücklich angegeben wird.

[0028] Vorbehandeln bzw. Spülen der Beutelverpackung 2: [0029] Insbesondere zum Reinigen und/oder Sterilisieren der Innenflächen der Beutelverpackung 2 wird zunächst das Steuerventil 16 geöffnet, so dass aus der Ringkammer 20 eine zum Spülen und Sterilisieren verwendetes Behandlungsfluid in die Beutelverpackung 2 einströmt und die zunächst flache oder im Wesentlichen flache Beutelverpackung zunehmend aufbläht, wie dies in der Figur 3 dargestellt ist. [0030] Als Behandlungsfluid bzw. Spül- und/oder Sterilisationsfluid wird beispielsweise ein gasförmiges Fluid verwendet, beispielsweise ein inertes Gas. Als Behand- lungsfluid eignen sich aber auch flüssige Medien, beispielsweise ein H2O2 enthaltendes flüssiges Medium oder aber ein Gemisch aus einem gasförmigen und flüssigen Medium, beispielsweise ein Aerosol, z.B. ein H2O2 enthaltenden Aerosol. Bei

entsprechender Ausbildung bzw. Materialwahl für die Beutelverpackungen sind als Behandlungsfluid auch dampfförmige Medien, z.B. Wasserdampf denkbar. [0031] Nach dem Einwirken des Behandlungsfluid auf die Innenflächen der Beutelverpackung 2 wird bei wieder geschlossenem Steuerventil 16 das Steuerventil 18 geöffnet, so dass das gesamte im Innenraum der Beutelverpackung vorhandene Volumen über den Kanal 15 und den nunmehr geöffneten Kanal 19 in die Ringkammer 21 abgesaugt wird, so dass die Beutelverpackung 2 dann schließlich vollständig zusammengefaltet praktisch kein Innenvolumen mehr aufweist, wie dies in der Figur 4 dargestellt ist. [0032] Füllen der Beutelverpackunq 2:

[0033] Nach dem Spülen der Beutelverpackung 2 wird bei geschlossenen Steuerventilen 16 und 18 das Füllventil 9 geöffnet, so dass das Füllgut über den Füllgutkanal 8 und den Auslassbereich 13 in die Beutelverpackung 2 einfließen kann und zwar unter zunehmenden Aufblähen bzw. Auffalten der Beutelverpackung2 , wie dies in der Figur 5 dargestellt ist. Sobald die gewünschte Füllmenge erreicht ist, wird in Abhängigkeit vom Signal des Durchflussmessers 12 das Füllgutventil 9 geschlossen und die gefüllte Beutelverpackung 2 mit dem Halter 5 vom Füllelement 3 abgesenkt, so dass sie dann einer Vorrichtung zum Verschließen zugeführt werden kann. [0034] Insbesondere dann, wenn das abzufüllende Füllgut bzw. Produkt eine höhere Viskosität aufweist, ist der Gasraum 11.1 mit dem Druck eines in Bezug auf das jeweilige Füllgut neutralen, d.h. dieses Füllgut nicht schädigenden Gases oder Gasgemisch ausgefüllt, so dass das Füllgut nach dem öffnen des Füllgutventils 9 der jeweiligen Beutelverpackung mit ausreichend hoher Fließgeschwindigkeit zu- fließt.

[0035] Das Füllgut besitzt eine ausreichend hohe Viskosität, so dass nach dem Abziehen der Beutelverpackung 2 vom Füllelement 3 trotz der im Kanalabschnitt 8.3 verbleibenden Füllgutsäule ein Nachtropfen des Füllgutes am Auslassbereich 3 nicht erfolgt. Gegebenenfalls kann dort eine ein Nachtropfen verhindernde Gassper- re vorgesehen werden.

[0036] Das Verschließen der Beutelverpackungen erfolgt in geeigneter Weise, beispielsweise durch Aufbringen von geeigneten Verschlusselementen, Deckel, Korken oder dergleichen und/oder durch Verschweißen. [0037] Es versteht sich, dass das vorbeschriebene Verfahren modifiziert werden kann, beispielsweise in der Form, dass zumindest während einer Teilphase der

Vorbehandlung bzw. des Spülens, beispielsweise am Ende des Spülvorgangs beide Steuerventile 16 und 18 geöffnet sind, so dass in die von dem Behandlungsfluid

aufgeblähte Beutelverpackung 2 über den geöffneten Kanal 17 Behandlungsfluid zuströmt und zugleich Behandlungsfluid aus dem Iπnenraum der Beutelverpackung 2 über den geöffneten Kanal 19 abgesaugt wird. Hierbei ist aber dafür gesorgt, dass das gleichzeitige Zuführen und Abführen des Behandlungsfluids bei aufgeblähter Beutelverpackung 2 erfolgt, so dass keine Faltenbildung am Beutelkörper 2.3 mit beim Behandeln bzw. beim Spülen und/oder Sterilisieren nicht oder nur schwer zugänglichen Bereichen eintritt.

[0038] Weiterhin besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, die Vorbehandlung bzw. das Spülen der jeweiligen Beutelverpackung 2 mehrfach durchzuführen, wobei auch die Verfahrensweise von Vorbehandlungsschritt zu Vorbehandlungsschritt geändert werden kann.

[0039] Bevorzugt erfolgt das Einbringen des Behandlungsfluids in die jeweilige Beutelverpackung 2 in der Weise, dass die Beutelverpackung vollständig durch das Fluid aufgebläht wird, vorzugsweise auch unter leichter elastischer Verformung des die Verpackung bildenden Materials, so dass sich möglichst glatte, faltenfreie Flächen ergeben, die eine optimale Behandlung mit dem Behandlungsfluid sicherstellen.

[0040] Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, nach der Beendigung der eigentlichen Füllphase, d.h. nach dem Schließen des Füllgutventils 9, aber noch vor dem Absenken der gefüllten Beutelverpackung 2 vom Füllelement 3 eine Befüllung des von dem Füllgut nicht eingenommenen Kopfraumes der jeweiligen Beutelverpackung 2 mit einem in Bezug auf das Füllgut neutralen Medium (füllgutneutralen Medium), vorzugsweise das Füllgut schützenden Medium (füllgutschützenden Medium) vorzunehmen, beispielsweise mit einem I- nertgas. Für diese Kopfraumbefüllung wird bei weiterhin in Dichtlage gegen das Füllelement 3 anliegender Beutelverpackungen 2 der Kopfraum kurzzeitig mit Unterdruck beaufschlagt, und zwar beispielsweise durch kurzzeitiges öffnen des Steuerventils 18 zum Anheben des Füllgutspiegels in der Beutelverpackung 2. Anschließend wird in dem Kopfraum der Beutelverpackung das füllgutneutrale oder füllgut- schützende Medium, beispielsweise ein Inertgas, bei wieder sich absenkendem Füllgutspiegel eingebracht so dass der gesamte, zumindest aber im Wesentlichen der gesamte Kopfraum mit diesem Medium ausgefüllt ist.

[0041] Das Einbringen des füllgutneutralen oder füllgutschützenden Mediums kann bei entsprechender Wahl des Spül- und/oder Sterilisationsfluids in der Ringkammer 20 durch öffnen des Steuerventils 16 erfolgen oder aber über einen weiteren, in den Füllelementen 3 ausgebildeten und mit einem Steuerventil versehenen Kanal, der

z.B. den Hilfskanal 15 mit einer weiteren Ringkammer verbindet, die das füllgutneutrale oder füllgutschützende Medium führt.

[0042] Das Spülen der jeweiligen Beutelverpackung 2 wird beispielsweise zeit- und/oder mengen- und/oder druckgesteuert durchgeführt. Für die Drucksteuerung sind Drucksensoren beispielsweise am Ringkanal 20 und/oder an den Füllelementen 3, z.B. in einem Abschnitt des Kanals 17 zwischen dem Steuerventil 16 und dem gemeinsamen Hilfskanal 15 vorgesehen. Insbesondere kann über die Drucksensoren auch ein Maximaldruck zur Druckbegrenzung bei Spülen abgefragt bzw. überwacht werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Unterdruck bzw. das Vakuum und/oder die Behandlungsfluid-Menge jeweils über Drosseln zu regeln. [0043] Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste

1 Füllsystem

2 Beutelverpackung

2.1 Füllstutzen

2.2 Mündung

2.3 Beutelkörper

3 Füllelement

4 Rotor

5 Halter

6 Greifer

7 Füllelementgehäuse

8 Füllgutkanal

8.1 , 8.3 Kanalabschnitt

8.3 Kammer

9 Füllgutventil

9.1 Ventilkörper

10 Leitung

11 Kessel

11.1 Gasraum

11.2 Füllgutraum

13 Auslassbereich bzw. Abgabeöffnung

14 Zentriertulpe

14.1 Ringdichtung

15 Hilfskanal

16 Steuerventil

17 Kanal

18 Steuerventil

19 Kanal

20, 21 Ringkammer

22 Leitung

23 Druckregelventil

24 Leitung

25 Unterdruckerzeuger bzw. Vakuumpumpe

N Niveau des Füllgutspiegels im Kessel 11