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Verfahren und Vorrichtung zum Kalt- oder Heißabfüllen von kohlensäurehaltigen
Flüssigkeiten wie Bier und Limonade Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Kalt- oder Heißabfüllen von kohlensäurehaltigen Flüssigkeiten wie Bier und Limonade
unter Gegendruck in Flaschen oder andere Behälter und auf die zur Durchführung des
Verfahrens notwendige Vorrichtung.
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Es ist bereits bekannt, kalt- oder heißabgefüllte kohlensäurehaltige
Getränke nach dem eigentlichen Füllprozeß vom Gegendruck zu entlasten, was entweder
durch eigene Entlastungsventile oder einfach durch Abziehen der gefüllten Flaschen
vom Füllorgan erfolgen kann. Es ist auch bereits bekannt, daß bei zu hohen Abfüllgeschwindigkeiten,
durch erhöhten Luftgehalt oder durch nicht völlig glatt oder strömungsgerecht geformte
Flüssigkeitsleitungen und Füllelemente beim Abziehen bzw. Entlasten der so gefüllten
Flaschen eine störende Schaumbildung infolge gelockerter Kohlensäurebindung entsteht;
Flüssigkeitsverluste, ungleichmäßige Füllungen und sogar herausschießende, überschäumende
Flüssigkeit sind die Folge. Dieses Aufschäumen geschieht häufig durch in der Flüssigkeit
selbst entbundene oder in diese eingewirbelte Gasblasen, die zu Keimzellen für die
weitere Entbindung von Kohlensäure werden. Durch eine Art Kettenreaktion kommt dann
das aufschießende Überschäumen zustande.
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Es ist auch bereits bekannt, Flaschen und Gefäße sowie Füllorganteile
möglichst von haftenden Gasblasen, Verunreinigungen usw. freizuhalten und auch die
Flüssigkeitswege selbst weitgehend nach strömungstechnischen Gesichtspunkten auszubilden.
Entbindungen von Gasbläschen in der Zuleitung zum Füller, im Füller selbst und in
den Flaschen können so eingeschränkt werden. Es ist auch bereits bekannt, die Flüssigkeit
filmartig an der Flaschenwand herunterströmen zu lassen, wodurch ein weitgehend
blasenfreies Einströmen bei allerdings vermehrtem Gasaustausch erreicht sowie Einwirbeln
von Blasen vermieden wird. Allerdings ist bei diesen bekannten Verfahren entweder
die Strömungsgeschwindigkeit recht gering, so daß nur eine beschränkte Leistung
erzielt wird, oder es besteht die Gefahr der Luftaufnahme durch die dünnen, an der
Flaschenwand herunterrieselnden Filme mit ihren großen Oberflächen.
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Es ist auch bereits bekannt, vor dem Beginn der Abfüllung und vor
dem Spannen der Flaschen die in den Flaschen enthaltene Luft zunächst abzusaugen,
dann die Flaschen mit Kohlensäure unter Gegendruck zu setzen, wodurch anschließend
beim Einlaufen der Flüssigkeit wenig Luft aufgenommen wird. Allerdings ist diese
Maßnahme sehr kompliziert. Sie bedingt nicht nur einen besonderen Behälter und Anschlüsse
sowie eine Erzeugung von Unterdruck, sondern sie hat auch den fortwährenden Verbrauch
von Kohlensäure zur Folge.
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Um nun alle diese Nachteile zu vermeiden und um auch bei größeren
Strömungsgeschwindigkeiten während des Abfüllens unabhängig von der beim Abfüllen
erfolgten Beunruhigung der Kohlensäure nach dem Abziehen und Entlasten der Behälter
eine ruhige Flüssigkeit in der Flasche zu haben, wird ein Verfahren zum Kalt- oder
Heißabfüllen von kohlensäurehaltigen Flüssigkeiten wie Bier und Limonade unter Gegendruck
in Flaschen oder andere Behälter mit anschließendem Abziehen bzw. Druckentlasten
der gefüllten Behälter vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß nach beendetem
Füllvorgang und vor dem Entlasten bzw. Abziehen der Behälter eine Druckerhöhung
für den Behälterinhalt erfolgt. Durch die Druckerhöhung nach beendetem Füllvorgang
wird die Beruhigung der Kohlensäure der eingefüllten Flüssigkeit, d. h. die Rückführung
der Kohlensäure aus dem gelockerten Zustand in denjenigen normaler Bindung, beschleunigt,
so daß der Behälter früher als bisher abgezogen werden kann. Deswegen können selbst
unruhige Flüssigkeiten mit bisher nicht für möglich gehaltener Geschwindigkeit abgefüllt
werden.
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Gemäß der Erfindung «-ird weiter vorgeschlagen, daß die Druckerhöhung
etwa 0,5 bis 5 Sekunden lang auf die abgefüllte Flüssigkeit einwirkt. Die Dauer
ist abhängig von der Art der Flüssigkeit, von der Temperatur und von dem Füllsystem.
Das Verfahren selbst kann sowohl mit kurzen, als auch mit langem Füllrohr, sowohl
mit Luftvorspannung, als auch mit Gasvorspannung erfolgen. Die Luft kann auch vor
der COVorspannung evakuiert werden.
Gemäß der Erfindung wird weiter
vorgeschlagen, daß die zur Beruhigung erfolgende Erhöhung des Druckes auf etwa das
1,2- bis 10fache des Abfülldruckes erfolgt. Unter Abfülldruck kann dabei der Flasche
Herrscht, gelten. Bei einer Einwirkdauer des Flüssigheit,--druck im Füllerkessel
oder der Flüssigkeitsdruck, wie er in der noch nicht entspannten Druckstoßes unter
einer Sekunde ist die Wirkung noch gering. Ebenfalls ist die Wirkung gering bei
einer Erhöhung des Druckes bis auf etwa das 1,2-fache. Allerdings ist hierfür die
Flüssigkeit selbst und das Füllsystem maßgebend.
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Zur Durchführung der Verfahren gemäß der Erfindung wird ein Gegendruck-Füllapparat
mit Räumen und Wegen für Gase und Flüssigkeit und mit Füllorganen zum Steuern des
Füllvorganges vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Füllapparat
einen oder mehrere Räume für ein unter erhöhtem Gegendruck stehendes Nachspanngas
aufweist und daß diese Räume über Druckleitungen oder Bohrungen mit dem Füllorgan
verbunden sind. Das unter erhöhtem Druck stehende Nachspanngas kann entweder Luft
oder ein anderes Gas sein. Die Verwendung von Luft ist im Hinblick auf die Luftaufnahme
der Flüssigkeit unschädlich, weil der Flüssigkeitsspiegel der bereits abgefüllten
Flasche ruhig ist und weil dieser Flüssigkeitsspiegel auch eine sehr geringe Austauschfläche
hat, die dem Durchmesser des Flaschenhalses entspricht.
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Gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß die Gas- und Flüssigkeitswege
enthaltenden Füllorgane Wege bis zum Flaschenhals für das unter erhöhtem Überdruck
stehende Nachspanngas sowie in diesen Wegen vorgesehene, nach beendetem Füllen und
vor dem Entlasten öffnende Schalt- und Steuereinrichtungen aufweisen. Das Füllorgan
kann ein entsprechend ausgebildetes Steuerkreuz erhalten, denn der Überdruckstoß
wird ja zwischen die bisherigen Verfahrensschritte des Füllens und des Entlastens
eingeschaltet. Es muß also eine entsprechende Schaltstellung vorgesehen sein. Ähnlich
wie das Vorspanngas tritt das Nachspanngas durch eine besondere Bohrung, die aber
auch stückweise mit der Bohrung für das Vorspanngas verbunden sein kann, über das
Füllorgan und die Zentrierglocke - soweit eine solche Verwendung findet - in die
Flasche ein. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung und den zugehörigen Vorrichtungen
kann also kohlensäurehaltige Flüssigkeit sowohl heiß als auch kalt mit stark erhöhter
Geschwindigkeit abgefüllt werden, wodurch sich eine besonders hohe Füllerleistung
ergibt. Selbst die Einwirkzeit des Druckstoßes von etwa 1 bis 3 Sekunden im Normalfall
ergibt zusammen mit der wesentlich verkürzten Füllzeit noch eine erhebliche Steigerung
der Füllgeschwindigkeit und der Füllerleistung.
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In der Zeichnung ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.
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A b b. 1 zeigt schematisch einen Gegendruckfüller mit langem Füllrohr,
A b b. 2 zeigt einen Gegendruckflaschenfüller mit kurzem Füllrohr.
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Der Ringkanal, Ringkessel, Ringrohrkessel ist jeweils in beiden Abbildungen
mit 1 bezeichnet, und nur schematisch angedeutet. Dieser Kessel 1 enthält jeweils
bekannte Gas- und Flüssigkeitsräume oder Gas- und Flüssigkeitswege (nicht gezeichnet)
die zum Evakuieren, Spannen, zur Aufnahme der Flüssigkeit und des Rückgases in bekannter
Weise dienen. Das Füllen der Behälter erfolgt jeweils nach Betätigung der Schaltorgane
2, 2'. Im Füller gemäß A b b. 2 können weitere bekannte Steuerorgane, die nicht
gezeichnet sind, zum Einwirkenlassen von Unterdruck vorgesehen sein. Unterhalb des
Kessels oder des Ringkanals 1 ist jeweils eine Vorrichtung vorgesehen, an die die
Flasche über eine Zentrierglocke 3 angepreßt wird. In der A b b. 1 handelt es sich
hierbei um ein außen angeordnetes Füllorgan 4. In A b b. 2 ist mit 4' nur
die untere Teil eines innen vorgesehenen Füllorganes bezeichnet. Nach unten ragt
hier ein Gasröhrchen 5 heraus, während in A b b. 1 mit 6 ein Flüssigkeit führendes
Füllrohr bezeichnet ist. Gemäß der Erfindung ist nun sowohl in dem Füller nach A
b b. 1 als auch in dem Füller nach A b b. 2 seitlich neben oder unterhalb oder oberhalb
des Kessels 1 ein Zusatzbehälter 7, z. B. ein Ringrohr, ein Ringkanal od. dgl. angeordnet,
in dem Gas, z. B. Kohlensäure oder Luft unter wesentlich höherem Druck geführt ist,
als der Abfülldruck, der z. B. dem Flüssigkeits-, Vor- oder Spanndruck entspricht.
Dieser Kanal 7 ist unmittelbar mit dem Füllventil 4 oder mit dem Unterteil 4' des
Füllventils verbunden, so daß durch Betätigen eines Schaltelementes 2 oder
7' in bekannter Weise durch Anlaufen an einer Kurve 10 oder einem Steuerbock
11 die unter erhöhtem Druck stehende Luft oder Kohlensäure durch das Füllventil
4, 4' strömt und ein Druckstoß in die bereits fertig gefüllte, aber noch
nicht entlastete Flasche erfolgen kann. Der Kanal ? kann seinerseits durch Zuleitungen
8 von einem zentralen Druckkanal 9 versorgt werden, in welchem Falle
zweckmäßigerweise diejenigen Gasdrücke, die über die Zuleitung 8' in die
Kessel 1 gelangen, gegenüber dem Druck in der Zuleitung 9 mittels eines Reduzierventils
9' reduziert werden. Es können aber natürlich auch getrennte, zentrale Druckgaszuleitungen
zu den Kesseln 1 und den Kanälen 7 vorgesehen sein, in welchem Falle von vornherein
die Gase für die Kessel 1 und die Kammer 7 getrennt und mit unterschiedlich hohem
Druck in den Füller eingeführt werden müssen.
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Um gemäß der Erfindung ein besonders unruhiges Getränk mit normaler
oder überhöhter Geschwindigkeit abfüllen zu können, wird z. B. in die Kammer 7 ein
Druck von 6 atü eingeleitet, während in dem Kessel 1 ein Druck von 1,8 atü herrscht.
Sobald die Flasche gefüllt ist, wird bei geschlossenen Vor-, Rückgas- und Flüssigkeitskanälen
über das Schaltorgan 2 oder 7' ein Druckstoß von etwa 2 Sekunden auf die bereits
gefüllte Flasche gegeben. Dieses Gas erhöhten Druckes wirkt über die geringe Flüssigkeitsoberfläche
im Flaschenhals auf die gesamte Flaschenfüllung ein und bewirkt eine beschleunigte
Beruhigung der Flüssigkeit.
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Nach Einwirkung des Druckstoßes wird dann in der bekannten Weise (im
Bedarfsfall auch in zwei Stufen) entlastet, also entweder durch ein Separatventil
(nicht gezeichnet) vor dem Abziehen oder gleichzeitig mit und durch das Abziehen.
Die vom Füllorgan gelöste und mit der Außenatmosphäre in Verbindung gebrachte Flasche
schäumt nun trotz des noch kurz zuvor eingeleiteten hohen Druckes nicht - wie angenommen
werden könnte - mehr, sondern ganz im Gegenteil überhaupt nicht oder gerade in dem
gewünschten Maße auf. Die Druckerhöhung selbst sowie die Einwirkdauer des Druckstoßes
ist
natürlich von der Flüssigkeit selbst, ihrer Sättigung, ihrer
Temperatur, ihrer Konsistenz und von der Füllapparatur abhängig. In jedem Falle
kann durch den Druckstoß eine ganz erhebliche Beruhigung der abgefüllten Flüssigkeit
erfolgen, so daß die Füller mit erheblich größerer Geschwindigkeit als bisher umlaufen
können, und dadurch die Stundenleistung im gleichen Umfange erhöht wird.