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Dr. Tullio ZANGRANDO, Pedavena-(Belluno), Italien und Giuseppe CECCHET,
Feltre (Belluno) Italien Verfahren zum luftfreien bzw. luftarmen Abfüllen von Flüssigkeiten
in Behälter und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum luftfreien bzw. luftarmen Abfüllen von Flüssigkeiten, insbesondere
Bier in Behälter euter Verwendung eines in die Behälter eintauchenden Füllrohres.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Der schädliche Einfluß des Luftsauerstoffs auf verschiedene Flüssigkeiten,
so z.B. Bier ist sit langem bekannt. weiterhin ist es bekannt> daß auch der im
Leerraum eines gefüllten Behälters verbleibende Sauerstoffanteil eine schädigende
Wirkung auf die Flüssigkeit ausübt. Besonders ausgeprägt ist dieses Problem bei
der Bierabfüllung auf Flaschen ("Brauwelt" Jg. 101, 1961, Nr. 50, Seite 1097 bis
1102).
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Der E'laschenleerraum ist, -wenn keine Vorkehrungen zur Vermeidung
von Lufteinschlüssen getroffen werden, bis zu
90 mit Luft gefüllt.
Der in der Luft enthaltene Sauerstoff erhöht das Redoxpotential, in deren Folge
Oxydationen und Veränderungen des ursprünglichen Biercharakters, wie Pasteurisiergeschmack,
Eiweißtrübung und Alterung einhergehen. Die bisher einzige Möglichkeit, den schädlichen
Einfluß des Lufteinschlusses im Flaschenhals auszuschalten, wird bei der normalen
Abfüllung in Luft darin gesehen, auf irgendeine Art C02-Entbindungen in der gefüllten,
aber noch nicht verschloçssenen Flasche hervorzurufen, damit das in Form von Schaumbläschen
aufsteigende C02-Gas die Luft aus dem Leerraum verdrängt. Die C02-Entbindung ist
beispielsweise dadurch zu erreichen, daß die gefüllte Flasche von außen durch eine
Klopfvorrichtung angeschlagen wird, um durch die Erschütterung C02-Gas freizumachen.
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In zunehmendem Maße kommt der C02-Entbindung durch Ultraschall Bedeutung
zu. Auch ist es möglich, durch Einblasen von C02 die gewünschte Schaumbildung zu
erzielen, wobei diese Art der KohlendioxydS-reisetzung vorzugsweise beim Dosenbier
eingesetzt wird, da bei dem großen Querschnitt des Leerraumes über dem Bierspiegel
die Intensität von Ultraschall und Klopfvorrichtungen nicht ausreichen, den Schaum
im gewünschten Maße hochzubringen, Alle diese Möglich'eiten zur Erzielung einer
Schaumbildung mit dem Zweck, die im Flaschenhals vorhandene Luft zu verdrängen,
haben jedoch verschiedene Nachteile. -Diese Nachteile bestehen insbesondere darin,
daß es sehr schwer ist, jede Flasche gleichmäßig stark hoch- bzw. überschäumen zu
lassen, wobei sich der Schwierigkeitsgrad mit zunehmender Leistung der Füllaggregate
steigert. Andererseits ist das im Flaschenhals gebildete Schaumgefüge sehr stark
vom Bier abhängig, und bei grobblasigem Schaum können zwischen den C02-Blasen große
Luftmengen eingeschlossen seine so daß zur
Erlallgung einer genügenden
Luftfreiheit zu.. m Teil erhebliche Bierverluste in kauf genommen werden müsseii.
Eine andere Möglichkeit zur Verringerung der Luft im Leerraum der Flasche besteht
in dem Abfüllen in C02-Atmosphäre. Hierbei wird kohlensäure iii die leeren Flaschen
eingebracht und auf den Druck des Füllerkessels vorgespannt, wobei entweder mit
einem gemeinsamen Raum fUr Vor- und Rückluft oder'mit getrennten Räumen für Vor-
und Rücklurt gearbeitet wird. Diesen Betriebsweisen haftet der Naohteil an, damit
die ungefüllten Bierflaschen Luft beinhalten, welche nur zum Teil verdrängt wird.
Eine Vorspülung mit CO2 ergibt wegen der guten Vermischung von C02 und Luft eine
sehr schlechte Ausnützung des Kohlendioxyds.
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Diese Verfahrensweisen kommen daher einerseits wegen des hohen Luftanteils
und andererseits wegen des großen C02-Verbrauches kaum in Betracht.
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Eine wesentliche Verbesserung im Hinblick auf die Verringerund des
Luftanteils im Flaschenleerraum wurde dadurch erzielt, daß die Luft aus der ungefüllten
Flasche evakuiert und anschließend die Flasche mit CO2-Gas gefüllt wird. Hierbei
ist jedoch eine Zusatzeinrichtung erforderlich, die unmittelbar vor dem eigentlichelr
Füllvorgaiig das Evakuieren der Flasche luft bewirkt. Trotz dieser zusätzlichen
Maßnahme ist jedoch bei Schwarzfüllung d.h. ohne Schaumbildung, die verbleibende
Luftmenge in der gefüllten Flasche unter Umständen zu hoch.
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Um den Flaschenleerraum weitgehend von Luft zu befreien, ist es trotz
dieser Maßnahmen noch erforderlich, eine Schaumbildung z.B. durch Anklopfen zu erzielen.
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Die noch mögliche Verringerung von Lufteinschlüssen durch Fahren
des Füllers mit sehr niedrigem Druck stellt nur
eine Ndtlösung dar
und findet bisweilen in Verbindung mit Ultraschall oder Klopfvorrichtungen Anwendung,
nämlich dann, wenn bei großen Füllern in Monoblockausführung die Zeit für das Aufsteigen
des Sohaumes beschränkt ist und wegen der Kürze der Zeit die Schall- oder Stoßenergie
nicht groß genug ist, den Schaum in der nötigen Menge zu erzeugen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Verfahren und Vorrichtungen zur Vermeidung von Lufteinschlüssen zu beseitigen und
mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine möglichst weitgehende luft freie Abfüllung
von Flüssigkeiten Jeder Art inBehKltern, insbesondere die Abfüllung von Bier auf
Flaschen zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß unter Verwendung eines in denBehälter
eintauchenden Füllrohres dadurch gelöst, daß der Behälter randvoll gefüllt und der
sich durch das Entfernen des Füllrohres bildende Leerraum kontinuierlich mit einem
die Flüssigkeit nicht nachteilig beeinflussenden gasförmigem Medium-von außen her
aufgefüllt wird. Das Wesen der Erfindung ist, im Gegensatz zu den bisherigen Betriebsweisen,
darin zu sehen, daß das die Luft verdrängende, die Flüssigkeit schützende Gas nicht
aus der FlUssigkeit heraus, z.B. dadurch Klopfen erzeugt bzw. freigesetzt wird,
sondern daß dieses Gas von außen her in den Behälter nach Beendigung des FUllvorganges
eingeführt wird. Hieraus ergeben sich viele Vorteile, die unter anderem in der gleichbleibenden
Qualität der abgefüllten FlWssigkeiten und dem niedrigen Verbrauch an Schutzgas
zu sehen sind. Bei der Abfüllung von Bier sind die durch Uberschäumen bedingten
Verluste nahezu vollständig vermieden. Außerdem werden VorrichtumLgen, die bisher
erforderlich waren,
insbesondere Zusatzeinrichtungen, wie Klopfer
oder Vakuumpumpen vermieden. Der Hauptvorteil besteht jedoch in der nahezu luftfreien
Abfüllung der Flüssigkeiten, wodurch die schädlichen Einwirkungen des Luftsauerstoffes
vermieden und die Haltbarkeit der abgefüllten Flüssigkeiten wesentlich erhöht wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es mUglich, in Luft abzufallen
und dabei den Luftanteil m Flaschenleerraum so weit zu verringern, wie dies nur
durch Schaumbildung nach Abfüllung in Kohlendioxydatmosphäre mit vorhergehender
Evakuierung der Flasche möglich ware Als ein die Flüssigkeiten nicht schädlich beeinflussendes
Gas kann gemäß der Erfindung Kohlendioxyd oder Stickstoff zur Anwendung kommen.
Selbstverständlich kann auch eine Mischung dieser Gase verwendet werden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine Vorrichtung
mit einem Füllhahn und einem mit diesem verbundenen Füllrohr, das mit radialem Spiel
durch eine mit dichtem Sitz auf den zu füllenden Behälter aufsetzbaren Zentriertulpe
geführt ist, wobei in dem Füllrohr Öffnungen für das Einführen der Flüssigkeit und
das Abführen des durch die FlUssigkeit verdrängten Gases vorgesehen sind, und diese
Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der mit radialem
Spiel ausgebildeten Durchführungfür das Füllrohr ein abgeschlossener Raum vorgesehen
ist, in den eine Zuführungsleitung für das gasförmige Medium einmündet. Dabei kann
der abgeschlossene Raum durch ein-den Füllhahn mit der Zentriertulpe verbindendes
gasdichtes das Füllrohr mit Abstand umgebendes Teleskoprohr oder einen Faltenbalg
gebildet
sein. Auch ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
möglich, den abgeschlossenen Raum innerhalb der Zentriertulpe auszubilden, in den
das Füllrohr Uber eine abgedichtete Durchführung einführbar ist.
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Das in den durch einen Faltenbalg begrenzten Raum eingeführte gasförmige
Medium, z.B> Kohlendioxyd dringt durch den zwischen Zentriertulpe und Füllrohr
verbleibenden Spalt während des Herausziehens des Füllrohres aus dem Behälter kontinuierlich
in diesen hinein, so daß der durch das Herausziehen entstehende Leerraum entsprechend
seiner Entstehung sofort mit einem Schutzgas aufgefüllt wird, wodurch keine Luft
und damit kein schädigender Sauerstoff in den Behälter eindringen kann. Da der Oberraum
von außen stetig entsprechend seiner Entstehung mit einem Schutzgas aufgefüllt wird,
ist es nicht mehr erforderlich, ein in der Flüssigkeit enthaltendes Gas freizumachen.
Beispielsweise ist es damit nicht mehr erforderlich, bei der Abfüllung von Bier
eine Schaumbildung anzuregen, um den Leerraum im Flaschenhals weitgehend mit Kohlendioxyd
anzufüllen.
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Um Jedoch den Schutz gegen ein mögliches Eindringen von Luft in den
Behälterleerraum während des Trennens des Behälters von der Zentriertulpe, d.h.
in einem Zeitraum, in welchem das Füllrohr noch nicht vollständig aus dem Behälter
entfernt ist, zu vergrößern, ist gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung
die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so ausgebildet, daß in dem von der
Zentriertulpe begrenzten Raum zumindest eine Zuführungsleitung für das gasförmige
Medium außerhalb des Sitzes SEr den Behalter einmündet.
In Verbindung
mit der Zuführung des schützenden Mediums durch den Ringspalt zwischen Zentriertulpe
und FUllrohr stellt diese weitere Zuführung von Schutzgas in die Nähe der Behälter
mUndung eine Erhöhung der Sicherheit gegen Eindringen von Luft in den Fiaschenleerraum
dar, da nicht nur der Leerraum während seiner Entstehung mit einem gasförmigen Medium
aufgefüllt wird, sondern auch die nähere Umgebung der Behältermündung eine Schutzgasatmosphäre
darstellt, so daß bei einem möglichen Eindringen von Gas in den Behälterleerraum
während der Entfernung desselben von der Zentriertulpe, das eindringende Gas nicht
Luft, sondern ebenfalls das Sohutzgas ist. Selbstverständlich ist es in manchen
Fällen möglich olme die Zuführung des Schutzgases durch den Ringspalt zwischen Zentriertulpe
und FUllrohr auszukommen und nur mit der Zuführung des Schutzgases über die Öffnung
in der Zentriertulpe zu arbeiten, die in die Nähe des Behälterrandes einmündet.
Für diesen Fall ist es dann erforderlich, den Spalt zwischen Zentriertulpe und ?Ullrohr
enger zu gestalten und das Entfernen des Behälters von dem dichten Sitz an der Zentriertulpe
schon vor dem Herausziehen des FUllrohres zu bewerkstelligen, um den Eintritt von
gasförmigem Medium in die Behältermündung zu ermöglichen.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es
zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abfüllen
von Bierflaschen; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 einen
Teilschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung;
Fig.
4 ebenfalls einen Teilschnitt einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung; Fig. 5
einen Schnitt dadurch eine weitere Ausführungsform; und Fig. 6 eine Ansicht von
unten auf die Vorrichtung gemäß Fig. 5.
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In der Zeichnung ist mit 1 ein Füllrohr, mit 2 eine Flasche und mit
3 eine Flüssigkeit, beispielsweise Bier, bezeichnet. Das Füllrohr 1 ist durch eine
Zentriertulpe 4 hindurchgeführt, die zur Führung eine Buchse 14 aufweist, welche
das Füllrohr mit verhältnismäßig großem Spiel umgibt. Das untere Ende des hohl ausgeführten
Füllrohres weist eine Austrittsöffnung 11 fUr die abzufüllende Flüssigkeit auf,
während das obere Ende des Füllrohres in einem Unterteil 6 eines Füllhahnes 7 befestigt
ist.
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Die Zentriertulpe 4 und das Unterteil 6 des Fülihahnes 7 sind durch
einen Faltenbalg 5 miteinander verbunden, dessen beide Enden dichtend an den genannten
Teilen anliegen, und der somit einen gasdichten Raum 13 zwischen diesen beiden Teilen
schließt, in dem einerseits eine am unteren Ende des Unterteiles 6 austretende Leitung
8 einmündet und der andererseits über den Ringspalt 15 zwischen FUllrohr 1 und Buchse
14 mit dem gegen einen dichtenden Sitz 16 angedrückten Behälter 2 in Verbindung
steht.
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Das in Fig. 1 in ausgefahrener Stellung dargestellte Füllrohr 1 bewirkt
in der FUllstellung, in welcher es in den
Behälter 2 eingeführt
ist, eine derartige Verdrängung der FlUssigkeit, daß nach dem randvollen Füllen
des Behälters 2 und Herausziehen des Füllrohres 1 ein Leerraum 9 verbleibt, der
als Ausdehnungsreserve in Jedem Flüssigkeitsbehälter vorhanden sein muß, Um das
Einfüllen der Flüssigkeit bei dicht gegen den Sitz 16 gepreßtem Behälter zu ermUglichen,
ist eine Leitung 12 vorgesehen, die an einer Stelle aus dem Füllrohr heraustritt,
an welcher sich bei eingeführtem Füllrohr die Mündung des Behälters befindet. Der
Füllhahn 7 ist derart ausgebildet, daß bei Verbindung des Füllrohres mit einem nicht
dargestellten FUlltank die Leitung 12 ein Entwei chen des im Behälter vorhandenen
und durch die eingefüllte Flüssigkeit verdrängten Gasvolumens ermöglicht. In dieser
Stellung ist die Leitung 8 unterbrochen, so daß kein Gas in den von dem Faltenbalg
5 begrenzten Raum eintreten kann. Mit 17 ist ein elastischer Ring bezeichnet, der
einerseits in der Füllstellung den Ringspalt 15 gegenüber dem von dem Faltenbalg
5 begrenzten Raum abdichtet und andererseits einen elastischen Anschlag für die
Zentriertulpe 4 bildet.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsfcrrn weist das Füllrohr
1 einen unteren, lediglich als Verdrängerkörper dienenden Teil 10 auf, während die
zur Einfüllung der Flüssigkeit dienenden Öffnungen 18 in der Nähe der Behältermündung
während des Füllvorganges liegen.
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In Fig, 4 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt,
wobei sich die Abänderung gegenüber der in Fig. 1
dargestellten
Ausführungsform auf die Zentriertulpe 4 bezieht, Bei dieser Ausführungsform sind
in der Nähe des dichtenden Sitzes 16 gleichmäßig über den Umfang der Zentriertulpe
4 verteilte Öffnungen 19 vorgesehen, die an eine gemeinsame Zuführungsleitung 20
angeachlossen sind, durch welche ein die abgefühlte Flüssigkeit nicht beeinträchtigendes
gasförmiges Medium zugeführt werden kann. Hierdurch wird unterhalb der Zentriertulpe
eine Gasatmosphäre geschaffen, welche die Umgebungsluft verdrängt, so daß beim Abheben
des Behälters von dem dichten Sitz 16 keine Umgebungsluft und damit kein huftsauerstoff
in den Behälter eindringen kann.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen im Schnitt bzw. in Unteransicht eine weitere
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die mit 41 bezeichnete
Zentriertulpe oberhalb der Durchführung 141, durch die das Füllrohr mit radialem
Spiel hindurch geführt ist, einen Raum 131 aufweist, in den über eine Zuführungsleitung
81 das gasförmige Medium eingeführt werden kann. Ober halb des abgeschlossenen Raumes
131 ist eine mit einer Labyrinthdichtung 25 versehene Durchführung 26 für das Füllrohr
vorgesehen, wobei anstelle der Labyrinthdichtung auch eine andere Dichtung vorgesehen
sein kann, die ein Entweichen des gasförmigen Mediums nach oben verhindert. Wie
aus Fig. 6-ersichtlich, sind Uber den Umfang der Durchführung 141 verteilte Schlitze
142 vorgesehen, die in Achsrichtung angeordnet sind und ein besseres Uberströmen
des gasförmigen Mediums aus dem Raum 131 in den Leerraum 9 der Flasche 2 ermöglichen,
die gen einen dichtenden Sitz 161 angepreßt ist.
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Das Abftillen eines Behälters geht folgendermaßen vor sich:
Die
einzelnen Flasohen oder Behälter laufen in den Füller in üblicher Weise ein und
werden von unten in die Zentriertulpe hinein auf den Sitz 16 gedrückt. Dabei wird
die Zentriertulpe entlang dem FUllrohr 1 bis zu dem dichtenden Ansehlagring 17 hinaufgedrtlckt,
wobei das Füllrohr in den Behälter eindringt.
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In dieser Stellung wird die einzufUllende Flüssigkeit über den Hahn
7 in das Innere des Füllrohres 1 hineingeleitet und tritt aus den Öffnungen 11 bzw.
8 aus. Die dabei aus der Flasche verdrängte Luft gelangt Uber die Leitung 12 ins
Freie.
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Da die Mündung der Leitung 12 so weit oben angeordnet ist, daß sie
mit dem Flaschenrand zusammenfällt, wird die Flasche bis oben hin gefüllt. Hierauf
wird die Flasche abgesenkt, wodurch das Fülirolir aus der Flasche herausgezogen
wird. Mit Beginn des Ablenkens der Flasche 2, d.h. nach Beendigung des Füllvorganges
wird die Leitung 11 geöffnet, wodurch ein die Flüssigkeit nicht beeinflussendes
Gas in den von dem Faltenbalg 5 begrenzten Raum einströmen kann. Mit zunehmender
Eritfernung des Füllrohres aus der Flasche bildet sich in dieser ein Leerraum 9,
der bei vollständig entferntem Füllrohr dem durch das FUllrohr verdrängten Volumen
entspricht. Während des Herausziehens des FUllrohres bzw. während der Bildung eines
Leerraumes, tritt über den Ringspalt 15, der auch durch einzelne Nuten vergrößert
sein kann, Gas aus dem von dem Faltenbalg begrenzten Raum in den Leerraum 9 der
Flasche ein, so daß keine Umgebungsluft in diese eindringen kann, solange der MUndungsrand
an dem Dichtungssitz 16 anliegt. Selbstverständlich muß dafür gesorgt werden, daß
zu Beginn der Bildung des Leerraumes in dem von dem Faltenbalg begrenzten Raum keine
Umgebungsluft, sondern nur das schützende Gas vorhanden ist.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird zusätzlich zu
der über den Ringspalt 15 eintretenden Gasmenge noch eine weitere Gasmenge über
die Leitung 20 und die Öffnungen 19 in die Zentriertulpe eingeführt, wodurch um
die Flaschenmündung herum eine zusätzliche Schutzgaszone entsteht. Diese Schutzgaszones
die beispielsweise aus Kohlendioxyd oder Stickstoff bestehen kann, verhindert ein
Eindringen von Umgebungsluft für den Fall, daß sich die Zentriertulpe bzw. der Dichtungssitz
16 von dem Flaschenhals löst, ehe das Füllrohr vollständig aus dem Flaschenhals
herausgefahren und der Leerraum von oben her, d.h. über den Ringspalt mit dem Schutzgas
gefüllt iSte Selbstverständlich ist es auch möglich, die Ausführungsform gemäß Fig.
4 ohne die Zuführung eines Schutzgases über den Ringspalt 15 her zu betreiben, wobei
dafür gesorgt werden rnuß, daß sich der Dichtungssits 16 gleich zu Beginn des Ausfahrens
des Füllrohres aus der Flasche löst und somit das Schutzgas von den Öffnungen 19
her über den Flaschenrand in den sich bildenden Leerraum 9 eindringen kann. Das
Abheben des Dichtungssitzes von der Flasche kann beispielsweise dadurch erreicht
werden, daß die Zentriertulpe an einer gesonderten Führung gehalten ist, die das
übliche Absenken verzögert.