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Verfahren und Vorrichtung zum sterilen Abfüllen von heissen kohlensäurehaitigen Trinkflüssigkeiten, insbesondere Bier
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sterilen Abfüllen von kohlensäurehaitigen Trinkflüssigkeiten, insbesondere Bier, bei dem die Flüssigkeit auf eine zum Zwecke ihrer Pasteurisierung bzw.
Sterilisierung erforderliche Temperatur erhitzt und danach sogleich und in heissem Zustande auf sterilisierte, für den unmittelbaren Verbrauch bestimmte Versand- oder Kleinbehälter (Flaschen, Dosen) gefüllt wird, und bei i dem die Flüssigkeit während der in einem Durchflusserhitzer bewirkten Erhitzung und während des mittels eines Gegendruckfüllers vorgenommenen Abfüllens auf einem Druck gehalten wird, der über dem zu der
Abfülltemperatur gehörigen Kohlensäure-Sättigungsdruck liegt bzw. diesen nicht wesentlich unterschrei- tet.
Bekanntermassen entsprechen bei Sättigung einem bestimmten Kohlensäuregehalt der Trinkflüssigkeit und insbesondere des Bieres ein bestimmter Druck und eine bestimmte Temperatur. Für den Kohlensäure- gehalt der Trinkflüssigkeit und insbesondere des Bieres bei Sättigung ist der Gasdruck umso höher, je hö- her die Temperatur der Trinkflüssigkeit liegt. Bei einem bestimmten Kohlensäuregehalt steigt also im
Sättigungszustand mit sich erhöhender Temperatur auch der zugehörige Gasdruck. Die Vorteile einer Heiss- abfüllung des Bieres unmittelbar nach der Erhitzung des Bieres in einem Durchflusserhitzer zum Zwecke seiner Pasteurisierung oder Sterilisierung sind zwar erheblich, insbesondere entfällt bei einem derartigen
Verfahren die Gefahr einer Nachinfektion des Bieres und es vermindern sich die apparativen Aufwendungen beträchtlich.
Anderseits erhöhen sich aber bei einer derartigen Heissabfüllung die Gefahren, dass die in der Flüssigkeit gelöste Kohlensäure plötzlich frei wird und das Bier aus der Dose oder Flasche herausspru- delt.
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Anlage zur Heissabfüllungsentlichen aus drei Teilen : dem Erhitzer, dem Füller und der Regeleinrichtung. Die vorliegende. Erfindung beschäftigt sich mit der Ausführung des Füllvorganges und betrifft nicht nur die verschiedenen Massnahmen beim Abfüllen und die dazu erforderlichen Vorrichtungen, sondern gibt auch an, wann diese Massnahmen bei-der Abfüllung durchzuführen sind bzw. an welcher Stelle des Füllers die entsprechenden Vorrichtungen eingebaut werden müssen.
Es ist im einzelnen bereits bekanntgeworden, das Abfüllen füllrohrlos mittels Ablenkschirm durchzu- führen, das Entlastungsventil bis zum Abfüllen der Flasche offen zu halten und das Gasrohr vor der Unter- drucksetzung einer neuen Flasche auszublasen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gesetzt, die mit den bekannten Verfahren verbundenen, oben er- wähnten Gefahren, insbesondere für die Flüssigkeit, zu vermindern und das Verfahren der Heissabfüllung so betriebssicher und einfach wie möglich zu gestalten.
Erfindungsgemäss wird die abzufüllende Flüssigkeit aus einem Stutzen des Füllelementes füllrohrlos in das zu füllende Gefäss einströmen gelassen, u. zw. von einem an dem mittig durch den Stutzen in das
Gefäss führenden Gasrohr angeordneten Schirm od. dgl. dicht unter der Mündung des Gefässes an die Gefässwand geleitet, nach dem Abfüllen der Flüssigkeit der Gasraum in dem Gefäss mit der Atmosphäre ver- bunden und bleibt bis zum Abziehen des Gefässes vom.
Füllelement verbunden ; ferner wird nach dem Ab- ziehen und Abführen des gefüllten Gefässes der im Gasrohr des Füllelementes verbliebene Flüssigkeitsrest
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aus diesem entfernt, und vor dem Ansetzen werden einer neuen Flasche die Zentriertulpe und die auf sie zu weisenden Teile des Füllelementes, insbesondere das Gasrohr, mit heissem Wasser zur Entfernung von Schaumbläschen od. dgl. Rückständen abgespritzt.
Die Entspannung des Druckes im Hals des Gefässes bei angepresster Flasche verhindert weitgehend ein Aufschäumen der Flüssigkeit. Diese Wirkung wird dadurch erhöht, dass die Entlastung des Gasraumes des Gefässes nach der Atmosphäre stufenweise, vorzugsweise durch wiederholtes kurzzeitiges Öffnen des Ent- lastungsventils, erfolgt. Damit durch eine Entbindung der Kohlensäure in der Flüssigkeit der Druck im Gefässhals nicht wieder ansteigt, ist es von Vorteil, die Entspannungsvorrichtung, wie bereits erwähnt, so lange offen zu halten, bis das Gefäss vom Füllelement abgezogen wird.
Beim Heissabfüllen besteht gegenüber allen andernFüllverfahren die erhöhte Gefahr, dass minderwertige Flaschen platzen. Hiedurch können sich Glassplitter an dem Füllelement ansetzen. Ist der Füllvorgang aber bereits eingeleitet gewesen, dann werden sich auch Schaumpartikel an dem Füllelement finden. Damit diese nicht in die nächste Flasche geraten, ist es zweckmässig, die, insbesondere infolge eines Flaschenbruchs, unbeabsichtigt unbesetzten Füllelemente und Zentriertulpen auf dem Umlauf mit heissem Wasser abzuschwallen. Dies ist auch dann zweckmässig, wenn ein Füllelement aus irgendeinem andern Grunde nicht besetzt wurde. Das Wasser wird erwärmt, damit das Füllelement nicht erkaltet und dadurch
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einer Infektion der Flüssigkeit mit sich bringt.
Bei der Heissabfüllung kohlensäurehaltiger Getränke ist es von Vorteil, wenn das Füllrohr nach dem Abfüllen der Flüssigkeit in das Gefäss nicht aus dieser herausgezogen werden muss. Durch diese Bewegung kann eine Beunruhigung der Flüssigkeit eintreten, die zu einer Kohlensäureentbindung führt. Bei der hohen Temperatur der Flüssigkeit führt diese Kohlensäureentbindung dann zu einem Austreiben der gesamten Flüssigkeit. Während des Abfüllvorganges steigt die Flüssigkeit im Rückluftrohr an bis zur Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Kessel des Gegendruckfüllers. Wird dieser Flüssigkeitsrest vor dem Einlaufen der Flüssigkeit in eine neue Flasche in diese eingeblasen, dann bilden sich hier Schaumpartikel, die zu einer Lockerung der Kohlensäure in der einlaufenden heissen Flüssigkeit führen und ein Überschäumen zur Folge haben können.
Aus allen diesen Gründen besitzt gemäss der Erfindung das FUllelement oberhalb des Flüssigkeits-Auslaufstutzens ein Flüssigkeitsventil, in dessen Verschlusskörper das Gasventil des zentral hindurchführenden und, wie bekannt, dicht unter der anzusetzenden Gefässmündung mit einem Ablenkschirm versehenen Gasrohres angeordnet ist und mit einem bekannten, durch eine Steuerkurve betätigten Entlastungsventil versehen ist. Ferner sind Vorrichtungen zum Abspülen der Füllelemente, der Zentriertulpe und des Gasrohres mit heissem Wasser vorgesehen.
An Hand der Zeichnungen ist die Erfindung näher erläutert. Es stellen dar : Fig. 1 einen Schnitt durch einFüllelement zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. In den Fig. 2-9 ist das gleiche Füllelement schematisch in verschiedenen Arbeitsstellungen dargestellt, u. zw. zeigen : Fig. 2 ein Füllelement mit angedrückter Flasche während des Füllvorganges,.
Fig. 3 ein unbesetztes Füllelement, unter dem die Flasche geplatzt ist, während der Abschwallung, Fig. 4 ein Füllelement mit gefüllter Flasche, Fig. 5 ein Füllelement mit angedrückter Flasche und geöffneter Entspannungsvorrichtung, Fig. 6 ein Füllelement nach dem Abziehen der Flasche, dessen Entspannungsvorrichtung noch geöffnet ist, Fig. 7 ein Füllelement während des Ausspritzens der Flüssigkeit aus dem Rückluftrohr, Fig. 8 ein Füllelement während des Abspülens der Zentriertulpe und des Luftrohres, Fig. 9 ein Füllelement mit der neu angesetzten leeren Flasche.
Nach Fig. 1 besteht das allgemein mit 19 bezeichnete Füllelement aus dem Ventilgehäuse 1 mit dem Ventilaufsatz 2 und der Zentriertulpe 3. Das Füllelement ist auf weiter unten näher beschriebene Weise in einem Füllerkessel eingebaut, dessen Boden mit 31 und dessen Deckel mit 32 bezeichnet sind.
Das Ventilgehäuse 1 enthält den Ventilsitz 4 mit dem Flüssigkeitsauslauf 5, der durch ein Drahtgeflecht 6 abgesperrt ist und sich, wie bei 39 gezeigt, kegelförmig nach. unten verjüngt. Innerhalb des mit Durchtrittsöffnungen 52 versehenen Ventilaufsatzes 2 befindet sich der Ventilkegel 7, welcher unter dem Einfluss einer den Ventilkegel 7 im Öffnungssinn beeinflussenden Feder 8 steht. Der Ventilaufsatz 2 ist mit einer Brücke 9 versehen, die eine Buchse 10 trägt, durch welche eine rohrförmige Verlängerung 11 des Ventilkegels 7 des Flüssigkeitsventils geführt wird. In dieser Verlängerung 11 des Ventilkegels 7 ist eine Stange 12 zur Betätigung des Gasventils 17 angeordnet. Auf der rohrförmigen Verlängerung 11 ist ein Flansch 27 befestigt, gegen den sich das eine Ende der Feder 8 legt und deren anderes Ende sich auf dem Ventilaufsatz 2 abstützt.
Im Ausführungsbeispiel stützt sich der Flansch 27 einerseits auf eine Schul- ter 28 der rohrförmigen Verlängerung 11, gegen die andere Seite des Flansches 27 legt sich ein Gummiring 29, der wiederum in einer entsprechenden Ringnut der rohrförmigen Verlängerung 11 gehalten ist.
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Die Stange 12 ragt oben über das Rohr 11 des Flüssigkeitsventilkegels 7 hinaus und trägt zwei übereinander angeordnete Scheiben 13, an denen die Steuereinrichtung 14 des Füllelementes mittels eines gabelförmigen Hebels 23 angreift. Zwischen dem Flansch 27 und der unteren Scheibe 13 ist eine Feder 30 vorgesehen. Die Stange 12 des Gasventils ist mit als Gaskanäle dienenden Nuten 15 versehen und trägt am untersten Ende den sich auf eine Bohrung 16 im Inneren des Ventilkegels 7 auflegenden Abschlusskörper 17 des Gasventils in Form einer Kugel. In den Ventilkegel 7 ist als Verlängerung dieser Bohrung 16 ein Gasrohr 18 eingeschraubt, welches in den Hals der an das Füllelement angesetzten Flasche 51 (Fig. 2-9) hineinragt und einen Schirm 20 zur Ableitung der Flüssigkeit trägt.
In der Zentriertulpe 3, welche mit Hilfe nur angedeuteter Führungsstangen 50 oder anderer Vorrichtungen in der senkrechten Längsrichtung verschiebbar gehalten wird, ist ein Dichtungsgummi 21 eingesetzt. Der Dichtungsgummi 21 legt sich mit einer Kegelfläche 48 oben gegen eine entsprechende, den Austritt 5 umschliessende Kegelfläche des Ventilgehäuses 1 und unten mit einer Kegelfläche 49 gegen die Mündung der Flasche 51. Am Ventilgehäuse 1 ist seitlich eine Öffnung 47 angebracht, die in ein Druckentlastungsventil mündet, das allgemein mit 22 bezeichnet und am Gehäuse 1 befestigt ist.
Eine Flasche 51 (s. Fig. 2-9) wird durch einen Hubkolben 24 gegen die Zentriertulpe 3. und mit dieser an das Füllelement 19 gepresst.
Der Ventilaufsatz 2 des Füllelementes 19 ist auf nicht näher dargestellte Weise an dem Boden 31 des Füllerkessels befestigt. Boden 31 und Deckel 32 sind durch eine Seitenwand 34 miteinander verbunden, deren oberes Ende in einem Aussenring 33 endet. Der Deckel 32 ist mit Hilfe von Schrauben 35 an dem Aussenring 33 befestigt.
Auf bekannte Art ist die Grundfläche des Füllerkessels kreisförmig ausgebildet, da sich der Kessel langsam um eine nicht gezeigte Mittelsäule drehen soll. Eine Mehrzahl von Füllelementen 19 ist auf dem Umfange dieses Füllerkessels insbesondere gleichmässig verteilt. Der Flüssigkeitsstand in dem Füllerkessel ist mit 36 bezeichnet. Er wird auf irgendeine Weise, z. B. mit Hilfe eines nicht gezeigten Schwimmers, auf konstanter Höhe gehalten. Der Raum oberhalb des Fllissigkeitsspiegels ist mit unter Überdruck stehender Luft oder einem unter Überdruck stehenden Gas, insbesondere gasfdrmiger Kohlensäure, auf bekannte Weise gefüllt. Die Mittel für die Zufuhr der Flüssigkeit und der Druckluft bzw. des Druckgases sind, da bekannt und nicht zur Erfindung gehörig, nicht näher dargestellt.
Der Hebel 23 der Steuereinrichtung 14 ist gabelförmig ausgebildet, indem die beiden Gabeln die Stange 12 zwischen den beiden Scheiben 13 umfassen. Eine nicht gezeigte Nabe des Hebels 23 ist auf einem Bolzen 38 befestigt, der dicht mittels eines Bolzengehäuses 46 durch den Aussenring 33 des Füllerkessels hindurchgeführt ist. Auf der Aussenseite des Bolzens ist ein zweiarmiger Hebel 41 befestigt, mit dessen Hilfe der Bolzen 38 und damit der Hebel 23 hin-und hergeschwenkt werden. Die Art der Einwirkung auf den zweiarmigen Hebel 41 ist-da nicht zur Erfindung gehörig und bekannt-nicht näher dargestellt. Grundsätzlich dienen hiezu Anschlag- oder Nockenvorrichtungen, deren Relativbewegungmit Bezug auf den Hebel 41 während der Drehung des Flillerkessels ausgenutzt wird.
Das Druckentlastungsventil 22 weist einen in einem mehrteiligen Gehäuse axial verschiebbar angeordneten Ventilkörper auf, in dem drehbar eine Rolle 43 gelagert ist. Eine feststehende, bei 56 in den Fig. 5 und 6 angedeutete Nockenbahn wirkt mit der Rolle 43 und damit mit dem Ventilkörper in der Weise zusammen, dass das Druckentlastungsventil in gewünschten Zeiträumen geöffnet bzw. geschlossen wird.
Beim Öffnen des Druckentlastungsventiles 22 wird der Ventilkörper entgegen dem Widerstande einer Feder von einem Sitze abgehoben. Der Ventilaufsatz 2 ist ausserdem mit Querbohrungen 44 versehen, die über einen kleinen Ringspalt 45 mit dem unteren Teil des Inneren des Füllerkessels in Verbindung stehen, um den Kessel auch bei eingebautem Füllelement vollständig entleeren zu können.
Auf der Rückseite des Füllelementes ist eine Vorrichtung 25 mit Zweigleitungen 62, 53, 54, 55 zum Abschwallen des Füllelementes 19, der Zentriertulpe 3 und des Hubkolbens 24 angeordnet. Eine ähnliche Vorrichtung 26 mit Zweigleitungen 57,58 befindet sich vorn zwischen der Ausführung und der Einführung der Flaschen 51 zu dem Füllelement. Unter dieser Vorrichtung 26 ist ein Auffangbehälter 37 mit Abfluss 42 für die Abspritzflüssigkeit angebracht.
Bei dem Abfüllvorgang wird nach dem Ansetzender Flasche zunächst das Gasventil durch Anhebender Kugel 17 mittels der im äusseren Ring des Kessels angebrachten Steuereinrichtung 14 geöffnet. Dadurch gelangt Druckgas und insbesondere unter Druck stehendes CO -Gas in die Flasche 51. Sobald der Druckausgleich erfolgt ist, wird der bisher auf dem Flüssigkeitsventil 7 lastende Kesselinnendruck aufgehoben und dieses Ventil öffnet sich, indem es unter Entspannung der zugeordneten Schraubenfeder 8 angehoben wird. Die Flüssigkeit strömt nun über die Durchtrittsöffnungen 52 des Ventilaufsatzes 2, den Sitz 4 des Flüssigkeitsventils und durch das feinmaschige Drahtgeflecht 6 in den Auslauf 5. Von hier aus gelangt die
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den Kessel zurückgeleitet.
Nachdem die Flüssigkeit das Gasrohr 18 erreicht hat, steigt sie in diesem bis zur Niveauhöhe 36 im Flüssigkeitskessel an, womit der Füllvorgang beendet ist. Der Flüssigkeitsstrom ist unterbrochen, so dass das Gas, welches sich noch im Flaschenhals befindet, keinen Ausgang mehr findet. Ein Übertreten des Gases in denFlüssigkeitskanal 5 und durch diesen in den Gasraum des Kessels ist durch das im oberen Teil des Auslaufs befindliche Sieb 6 verwehrt. Nachdem nun Gas-und Flüssigkeitsventil durch mechanische Betätigung der Steuereinrichtung 14 geschossen sind, wird das Entlastungsventil 22 betätigt und der Druck in der Flasche 51 auf den Aussendruck herabgesetzt. Gleichzeitig wird auch der Inhalt des in den Flaschenhals eintauchendenGasrohres entlastet.
Zu einem Flüssigkeitsrticklauf aus dem Gasrohr in die Flasche kann es nicht kommen, weil durch die Anordnung des Gasventils innerhalb des Flüssigkeitsventils, also unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 36 im Kessel 34, keine Gasexpansionskräfte frei werden, welche auftreten würden, wenn das Gasventil oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 36 angeordnet wäre und unter dem Gasventil beim Hochsteigen von Flüssigkeit aus der Flasche Gasreste unter Druck verbleiben würden.
Nach der Entlastung des Flascheninnern wird die Flasche, wie Fig. 6 zeigt, zusammen mit der Zentriertulpe 3 von der den Austritt 5 umschliessenden Kegelfläche des Ventilgehäuses 1 abgezogen. Bei diesem Vorgang bleibt das Entlastungsventil 22 geöffnet. Die Zentriertulpe 3 wird durch die Führungsstangen 50 gehalten und die Flasche so weit von dem Hubkolben 24 gesenkt, bis sie unter dem Füllelement 19 weggeführt werden kann. Gleich im Anschluss daran wird das Entlastungsventil 22 wieder geschlossen und das Gasrohr 18 vom Füllerkessel aus durch kurzes Anheben der Kugel 17 ausgeblasen. Dieser Vorgang ist in Fig. 7 dargestellt. Die aus dem Gasrohr austretenden Flüssigkeitstropfen werden von dem Auffangbehälter 37 aufgefangen und durch denAbfluss 42 abgeführt.
Danach wird der untere Teil des Füllelementes 19 und die Zentriertulpe 3, wie aus Fig. 8 zu entnehmen ist, abgespritzt und eine neue Flasche kann mit Hilfe des Hubkolbens 24 an das Füllelement 19 angesetzt werden.
Der Füllvorgang erfolgt in der oben beschriebenen Weise. Platzt jedoch die Flasche, wenn sie unter Druck gesetzt wird, dann wird auf eine nicht dargestellte Weise die Abspritz- und Abschwallvorrichtung auf der Rückseite des Füllers in Tätigkeit gesetzt. Aus den Zweigleitungen 52, 53,54 und 55 werden
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lich Gasrohr 18, Zentriertulpe 3 und den Hubkolben 24 gespritzt, wodurch diese Teile von allen Fremdkörpern, z. B. Glassplittern, Schaumresten u. dgl. befreit werden. Dieser Vorgang ist in Fig. 3 wiederge- geben.
Durch die Massnahmen und Vorrichtungen nach der Erfindung wird ein sicherer und ruhiger Abfüllvorgang gewährleistet. Die Verluste an Flüssigkeit beim Abfüllen werden auf ein Minimum beschränkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum sterilen Abfüllen von kohlensäurehaltigen Trinkflüssigkeiten, insbesondere Bier, bei dem die Flüssigkeit auf eine zum Zwecke ihrer Pasteurisierung bzw. Sterilisierung erforderliche Temperatur erhitzt und danach sogleich und in heissem Zustand auf sterilisierte, für den unmittelbaren Verbrauch bestimmte Versand- oder Kleinbehälter (Flaschen, Dosen) gefüllt wird und bei dem die Flüssigkeit während der Erhitzung in einem Durchflusserhitzer und während des Abfüllen mittels eines Gegendruckfüllers auf einem Druck gehalten wird, der über dem zu der Abfülltemperatur gehörigen KohlensäureSättigungsdruck liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die abzufüllende Flüssigkeit aus einem Stutzen des Füllelemente füllrohrlos in das zu füllende Gefäss einströmt,
u. zw. von einem an dem mittig durch den Stutzen in das Gefäss führenden Gasrohr angeordneten Schirm od. dgl. dicht unter der Mündung des Gefä- sses an die Gefässwand geleitet wird, dass nach dem Abfüllen der Flüssigkeit der Gasraum in dem Gefäss mit der Atmosphäre verbunden wird und bis zum Abziehen des Gefässes vom Füllelement verbunden bleibt, dass nach dem Abziehen und Abführen des gefüllten Gefässes der im Gasrohr des Füllelementes verbliebene Flüssigkeitsrest aus diesem entfernt wird, und dass vor dem Ansetzen einer neuen Flasche die Zentriertulpe und die auf sie zuweisenden Teile des Füllelementes, insbesondere das Gasrohr, mit heissem Wasser zur Entfernung von Schaumbläschen od. dgl. Rückständen abgespritzt werden.