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Verfahren und Vorrichtung zum Abfüllen von Trinkflüssigkeiten, insbesondere
von Bier, in Flaschen u. dgl. Beim Abfüllen von Bier in Flaschen ist es bekannt,
durch mechanisches Anklopfen der bereits gefüllten Flaschen im Flaschenhals Schaum
zu erzeugen, so daß die dem Bier schädliche Luft aus dem Flaschenhals verdrängt
wird. Diese Klopfvorrichtungen sind zwischen der Füll- und der Verschließmaschine
angeordnet und so ausgebildet, daß die gefüllte Flasche von der Seite her angeschlagen
wird. Die Schaumerzeugung ist jedoch hierbei sehr ungleichmäßig, und manche Biere
können mit dieser Vorrichtung überhaupt nicht zum Aufschäumen gebracht werden, besonders
wenn die vorausgegangene Füllung eine sehr ruhige war. Zum gleichen Zweck, nämlich
zum Erzeugen von Schaum im Flaschenhals, sind auch bereits Schallbehandlungsköpfe
bekannt, die an den Füllmaschinen angeordnet werden und jeweils nach beendeter Füllung
die Flaschen durch direkte Berührung mit einem Schwingkörper beschallen. Es ist
bekannt, dieses Beschallen nach beendeter Füllung noch unter Gegendruck durchzuführen.
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Durchgeführte Versuche über die Art der Einwirkung des Ultraschalls
auf die in den Flaschen befindliche Flüssigkeit ergaben, daß durch die eingeleitete
Ultraschallenergie enge, örtlich scharf umrissene Zonen entstehen, die Bläschenbildung
aufweisen. Die Bläschen stellen wiederum Zentren dar, von denen aus nach der Entlastung
der Flasche das Aufschäumen des Bieres und die Gasentbindung ausgeht.
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Werden die Flaschen vom Boden her mit Ultraschall behandelt, dann
entstehen diese Entbindungszentren im unteren Teil der Flasche. Das Aufschäumen
der Flüssigkeit ist nach dem Abziehen solcher Flaschen völlig unregelmäßig, zum
Teil zeitlich stark verzögert, und die entstehende Schaummenge ist nicht mehr kontrollierbar,
so daß häufig ein Überschäumen entsteht, während in anderen Fällen das Aufschäumen
nicht rechtzeitig vor dem Verschließen erfolgt. Werden die Flaschen, wie bekannt,
nach ihrer Befüllung, aber vor dem Abziehen und Entlasten, von der Seite her am
zylindrischen Teil der Flasche beschallt, dann ist die Schaumerzeugung zwar etwas
regelmäßiger, aber die Zeitspanne bis zur Füllung des Flaschenhalses mit Schaum
bei höheren Leistungen der Abfüllanlage ist meist so groß, daß der Flaschenhals
beim Verschließen noch nicht ausreichend mit Schaum vollgefüllt ist und daher ein
schädlicher Luftrest im Flaschenhals verbleibt. Beim Verarbeiten von Bügelverschlußflaschen,
bei dem das Verschließen zumeist erst mehrere Meter hinter dem Flaschenfüller erfolgt,
ist die Schaumerzeugung in sehr vielen Fällen nicht ausreichend gleichmäßig. Manche
Flaschen weisen nicht genügend Schaum auf, andere Flaschen sind bereits übergeschäumt.
Ein gleichmäßiges Resultat ist jedenfalls auch nach diesem Verfahren nicht zu erzielen.
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Die durchgeführten Versuche ließen weiter erkennen, daß die angegebenen
Nachteile dadurch entstehen, daß bei der üblichen Beschallung mit Ultraschall die
Schaumzentren verhältnismäßig weit unterhalb des Flüssigkeitsspiegels entstehen,
die Schaumbildung nach dem Abziehen und Entlasten der Flasche daher aus tieferen
Bierschichten erfolgt, wobei die ganze darüber befindliche Biermenge beunruhigt
wird. Nach einer gewissen Verzögerung erfolgt durch diese Beunruhigung ein heftiges
sekundäres Aufschäumen des über den Schaumzentren befindlichen Bieres. Infolge dieses
Sekundäreffektes kann ein genau reproduzierbares Aufschäumen und ein gleichmäßiges
Resultat nicht erzielt werden. Auch durch noch so feinfühlige Regelung der eingeleiteten
Schallintensität können diese Schwierigkeiten nicht vermieden werden.
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Gemäß der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, daß nur die in den
obersten Teil des Behälters (z. B. Flaschenhals) gelangende Flüssigkeit beschallt
wird, wozu bei einer Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens der Schallgeber
in Höhe der obersten Behälterteile angeordnet und der Form, Höhenlage und Größe
der zu beschallenden Teile anpaßbar ausgebildet ist.
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Eine weitere Möglichkeit zur Verwirklichung der Erfindung besteht
darin, daß das Beschallen in den Behältern bereits vor Beendigung des Füllvorgangs
erfolgt und schon während des Einlaufens der Flüssigkeit
beginnen
kann. Auch nach diesem Verfahren wird nur die in den oberen Teil der Flasche gelangende
Flüssigkeit beschallt, denn es wird während des Füllens in der Nähe des Bierspiegels
durch die eingeleitete Schwingungsenergie das Schaumzentrum gebildet, und beim Weiterfüllen
der Flaschen steigt dieses Schaumzentrum mit dem Bierspiegel nach oben in den Flaschenhals.
Nach dem Abziehen und Entlasten der Flasche kann das Schaumzentrum an der Bieroberfläche
im Flaschenhals sofort eine Entwicklung von Schaum bewirken, wobei eine sekundäre
Beunruhigung des Bieres ausgeschlossen ist, denn über dem Schallzentrum befinden
sich keine weiteren Schichten umbeschallten Bieres wie bei den bisher bekannten
Verfahren.
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Das Aufschäumen ist in seiner Stärke entsprechend den Daten der Schallintensität,
Einwirkungsdauer, Frequenz u. dgl. jederzeit bei ein und derselben Biersorte reproduzierbar,
und durch Änderung dieser Faktoren kann gerade die gewünschte Wirkung eingestellt
werden, so daß weder ein Luftrest im Flaschenhals verbleibt, noch Verluste von Bier
durch Überschäumen entstehen. Auch eine selbsttätige Regelung des Aufschäumens unter
Berücksichtigung der angegebenen Faktoren kann vorgesehen werden.
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Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen,
daß das Beschallen mit Ultraschall und mit einer Frequenz zwischen 20 und 200 kHz
erfolgt. Es wird weiter vorgeschlagen, daß das Beschallen nach Beendigung des Füllvorgangs
fortgeführt wird und zwischenzeitlich unterbrochen werden kann. Außerdem wird vorgeschlagen,
daß die der Aufnahme der abzufüllenden Flüssigkeit dienenden Behälter noch vor Beendigung
des Füllens in Kontakt mit einem etwa in Höhe des gerade erreichten Flüssigkeitsspiegels
angeordneten schwingenden Schallkopf gebracht und vollgefüllt werden, worauf dann
der Füllvorgang in üblicher Weise durch Schließen der Flüssigkeits- und Gaswege
und durch eventuelle Entlastung und anschließendes Abziehen der Behälter von den
Füllorganen beendet wird. Als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird eine
Füllmaschine mit in ihrer Förderbahn angeordnetem Beschallungskopf vorgeschlagen,
der vor dem Ende des dem Füllen der Behälter vorbehaltenen Bahnabschnittes angeordnet
ist, derart, daß die Beschallung noch während oder vor Beendigung des Füllvorganges
erfolgt. Es können auch an der Förderbahn mehrere Schallköpfe angeordnet werden.
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Die Erfindung ist sowohl für Füllmaschinen mit Füllorganen, die kurze
oder lange Füllrohre sowie Vor- und Rückluftwege aufweisen, als auch für Füllmaschinen
mit füllrohrlosen Füllorganen, die zentrale Luftwege aufweisen können, geeignet.
Außerdem ist die Erfindung anwendbar sowohl bei Füllmaschinen mit separaten Verschließmaschinen
als auch bei Füllmaschinen, die mit den Verschließmaschinen jeweils eine Einheit
bilden. Die Erfindung ist weiter zum Abfüllen von Bügelverschlußflaschen, die anschließend
an ihre Füllung manuell oder maschinell verschlossen werden;- geeignet. Außerdem
können Schallköpfe für seitliche Beschallung während des Füllvorganges und Schallköpfe
für den Flaschenhals vorgesehen werden, wobei die letzteren so angeordnet werden,
daß die Beschallung der Flaschen durch sie erst erfolgt, wenn die Flüssigkeit den
Flaschenhals erreicht hat.. Mit solchen Schallköpfen ist auch eine Nachbeschallung
möglich, die bei besonderen Druckverhältnissen, z. B. auch nach einer Vorentlastung,
zweckmäßig sein kann.
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An Hand der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch
näher erläutert.
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Abb. 1 zeigt die Anordnung des Schallkopfes an einer Rundlauf-Füllmaschine,
Abb. 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Phasen der Beschallung bzw. Füllung.
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Die zu füllenden Flaschen, Dosen oder sonstige Behälter 10, z. B.
auch Packungen, Kannen, gelangen auf der Zuförderbahn 1 zum Einteilstern 2 oder
einer anderen Einschubvorrichtung, wandern dann auf dem Kreisbogenstück 3 (Zone)
in die Position 4, in der die abzufüllende Flüssigkeit in die Flaschen einzulaufen
beginnt. Bei Gegendruck-Füllmaschinen herrscht hier Gegendruck, mit dem die Flaschen
in der Zone 3 zuvor gespannt wurden. In Zone 5 werden die Flaschen 10' vollgefüllt,
und am Ende der Zone 5 bei Position 6 wird die Füllung durch Sperren des Zuflusses
beendet, und in Zone 7 erfolgen die Entlastung und das Abziehen der Flasche
10", die dann in einer entweder mit der Füllmaschine 8 gekoppelten
Verschließmaschine 9 (nur schematisch angedeutet) oder auf dem Abtransportband
11 in bekannter Weise von Hand oder durch eine nachgeschaltete Verschließmaschine
verschlossen wird. Innerhalb der Zone 5 ist der Schallkopf 12 mit dem Schwingkörper
13 derart an der Flaschenbahn angeordnet, daß die Flaschen 10' vor Beendigung
der Füllung in mechanischen Kontakt mit dem Schwingkörper 13 gelangen. Die Höhenlage
h des Schwingkörpers 13 (Abb. 2) wird so gewählt, daß oberflächennahe Zonen
14 der Bierfüllung beschallt werden. Das Füllen erfolgt dabei zum Beispiel
über ein langes Füllrohr 15 oder füllrohrlos, wobei ein zentrales Luftableitungsrohr
16 vorgesehen sein kann. Die Flasche 10"' ist dabei gegen den unteren Teil
des Füllorgans, die Zentriertulpe 17, gepreßt und steht auf dem Flaschenträger
18. Beim Weiterfüllen steigt, wie in Abb.3 dargestellt, der Bierspiegel um
die Strecke s an, wobei die beschallte Bierzone 14 in den Flaschenhals gelangt.
Nach dem Entlasten entwickelt sich in kurzer Zeit aus dieser beschallten Bierzone
14' heraus eine durch die Beschallung genau vorbestimmbare Menge Schaum, die gerade
den leeren Flaschenhals 14" anfüllt und die Luft daraus verdrängt. Alsdann
werden die Flaschen 10"' verschlossen.
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Die Erfindung kann auch dadurch verwirklicht werden, daß die bereits
gefüllte Flasche (Abb. 3) mit dem angedeuteten Schwingkörper 19 in Kontakt gebracht
wird, und zwar vorzugsweise in Zone 7. Allerdings erfordert diese Art der Beschallung
infolge der verschiedensten Flaschenformen einen etwas größeren Aufwand. Die Schwingkörper
19 können auch Schwingkörpern 13, 13' nachgeschaltet werden. Der elektronische Schwingungsgenerator
wird in der Nähe des Füllers zweckmäßigerweise im Füller selbst, z. B. im Vortisch
20, eingebaut, und die elektrische Leistung, die der Generator in den Schallkopf
12 ab-
gibt, kann von Hand mittels eines Schalters X@«'@@@, selbsttätig eingestellt
oder geregelt werden. Der@aH-kopf 12 kann innerhalb des Winkelbeneicks
der
Zone 5 am Bahnumfang verstellt werden; .und zwei sowohl hinsichtlich seiner
örtlichen Lag6' als auch hinsichtlich des Anpreßdruckes, mit dem die .vatbeibeförderten
Flaschen 10' berührt werden: Die. elektrische Schwingungsenergie wird
dem Scha*opf 12
durch die Leitung 22 zugeführt, die
zum elektronischen Schwingungsgenerator geführt ist.
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Die Erfindung kann auch in einem Reihenfüller in ganz entsprechender
Weise Anwendung finden, und bei nicht kontinuierlicher Arbeitsweise dieses Füllers
müßten gleichzeitig alle zu füllenden Flaschen in Berührung mit einem Schwingkörper
13 gebracht werden. Die Ultraschallenergie würde hierbei zweckmäßigerweise
über ein Zeitrelais kurzfristig eingeschaltet, nämlich gerade dann, wenn die Flaschen
noch nicht vollgefüllt sind, entsprechend Abb. 2, oder nach der Vollfüllung der
Flaschen, entsprechend Abb. 3, wobei dann ein entsprechend ausgebildeter Schwingkörper
19 erforderlich ist. Die Beschallung nach Abb. 3 mit dem Schwingkörper
19 ist besonders auch für stille Flüssigkeiten, z. B. zu pasteurisierende
Milch, geeignet.