DE19706578C2

DE19706578C2 - Druckstoßkompensator und Verfahren zur Konstanthaltung des Fülldrucks einer Produktflüssigkeit

Info

Publication number: DE19706578C2
Application number: DE1997106578
Authority: DE
Inventors: Olaf Muszinski
Original assignee: GEA Till GmbH and Co
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: DE29712152U1; DE19706578A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckstoßkompensator nach dem Anspruch 1 und ein Verfahren zur Kon stanthaltung des Fülldrucks einer Produktflüssigkeit nach dem Anspruch 9.

In Getränkeabfüllanlagen, beispielsweise Keganlagen zur Befüllung von Bierfässern, werden die zu befüllenden Gebinde nach der Reinigung auf einen Füllkopf aufgesetzt, und mit der Produktflüssigkeit, also beispielsweise Bier, befüllt. Der Füllkopf ist mit einer Produktfülleitung verbunden, über die die Produktflüssigkeit zugeführt wird. Für das Füllverhalten und die Füllgenauigkeit der Füllmaschine ist ein gleichmäßiger Fülldruck erforderlich. In der Fülleitung kann es jedoch aus unterschiedlichen Gründen zu Druckschwankungen kommen, wobei zwischen langsamen Druckschwankungen und hochfrequenten Druckstößen, beispielsweise von lediglich einer Hundertstel Sekunde Dauer, zu unterscheiden ist. Während die langsamen Druckschwankungen, sofern sie in einem gewissen Rahmen bleiben, von der Füllmaschine im allgemeinen verarbeitet werden können, beeinträchtigen die hochfrequenten Druckstöße das Füllverhalten negativ.

In manchen Abfüllanlagen wird das Produkt aus technologischen Gründen kontinuierlich zur Verfügung gestellt, kann aber nur diskontinuierlich abgenommen werden. Deshalb ist in solchen Anlagen ein Puffertank vorgesehen, in dem das Produkt zwischengespeichert werden kann. Über ein ständig nach geregeltes Gaspolster im Puffertank kann der Produktdruck vor dem Füller konstant gehalten werden. (vgl. bspw. DE-PS 908 835)

Aus der DE 26 35 360 A1 ist bereits eine Dämpfungsvorrichtung für eine Flüssigkeitsströmung in Papiermaschinen bekannt, mit einem Gehäuse mit einem Flüssigkeitsspiegel, über welchen sich ein Luftpolster befindet, wobei das Gehäuse an einer in das Gehäuse führende Eingangsleitung angeschlossen ist, und aus dem Flüssigkeitsraum des Gehäuses eine Ausgangsleitung nach außen führt. Das Gehäuse dieser Dämpfungsvorrichtung ist an die Eingangsleitung über ein diffusorförmig sich ausweitenden Übergangsteil an die Eingangsleitung angeschlossen, wobei sich am Ende des Übergangteils eine sich über dessen ganzen Querschnitt erstreckende Lochplatte mit parallelen Verteilka nälen befindet, die in der Strömungsrichtung stufenartig sich ausweitende Abschnitte haben. Diese aufwendige Konstruktion ist jedoch nur unter Schwierigkeiten entsprechend den hygienischen Ansprüchen für strömende Lebensmittel bzw. der Reinigung von Lebensmittelleitungen zu reinigen. Insbesondere treten Probleme bezüglich der CIP-Reinigbarkeit auf, da bei der CIP-Reinigung sämtliche von Lebensmitteln beaufschlagten Anlagenteile von der Reinigungsflüssigkeit so beaufschlagt bzw. durchflossen werden, daß eine hygienisch einwandfreie Reinigung erfolgt. Diesen Anforderungen kann die für Papier maschinen vorgesehene bekannte Dämpfungseinrichtung nicht genügen. Zum einen ist der Querschnitt des Gehäuses sehr viel größer als der der Zu- und Ableitung, so daß die Strömungs geschwindigkeit des Reinigungsmediums und damit die Reini gungswirkung im Gehäuse abnimmt. Zum anderen besteht die Gefahr, daß sich in dem oberen Abschnitt des Gehäuses ein nicht durchströmter Totraum ausbildet, der dann gar nicht gereinigt wird. Schließlich läßt die Integration des Gaspol sterraums in die Fülleitung keine separate Reinigung der Fülleitung und auch keine gezielte Separatreinigung der eigentlichen Dämpfungsvorrichtung im CIP-Verfahren zu.

Aus der DE 37 24 245 A1 ist es ferner bekannt, zum Schutz druckstoßexponierter Rohrleitungen ein Bypassrohr mit feststehenden Membranen zu verwenden, die das Gaspolster von der Flüssigkeit abgrenzen. Diese Membrane verhindern damit gleichzeitig die Möglichkeit einer Durchspülung des Bypass rohres. Das von Schutzmembranen begrenzte Gaspolster dient der Druckstoßdämpfung in energiereichen Systemen wie der Kern energie, bei denen hygienische Gesichtspunkte keine Rolle spielen. Für die Lebensmittelbehandlung ist ein solches System ungeeignet.

Bei anderen Anlagen, insbesondere bei Einsatz einer Sterilfil tration, wird jedoch in der Regel kein Puffertank vorgesehen und das Produkt über eine frequenzgeregelte Pumpe zum Füller befördert. Die Schaltvorgänge von frequenzgeregelten Pumpen verursachen jedoch Druckstöße, die das Füllverhalten des Füllers negativ beeinflussen können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Druckstoß kompensator zu schaffen, der einfach aufgebaut und leicht zu reinigen ist und den Produktdruck in der Fülleitung in effizienter Weise konstant halten kann.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch einen Druckstoß kompensator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. mit dem Verfahren nach Anspruch 9 gelöst.

Hierbei wird berücksichtigt, daß sich Flüssigkeit in den hier betrachteten Bereichen als quasi inkompressibles Medium verhält, während das Gas im Gaspolster des Druckkompensators hochkompressibel ist. Auch minimale kurzzeitige Druckstöße werden daher von der Produktflüssigkeit unmittelbar auf das Gaspolster übertragen und durch dessen Komprimierung absor biert. Hierdurch wird auf einfache Weise eine Übertragung des Druckstoßes auf den Füller verhindert.

Da in der Getränkeindustrie als Teilbereich der Lebensmittel industrie auf eine hohe Sauberkeit der Abfüllanlage, ins besondere der mit dem Produkt in Verbindung tretenden Anlagenabschnitte, geachtet wird, werden diese regelmäßig gereinigt. Dies erfolgt üblicherweise mittels einer CIP (clean in place)-Reinigung, wobei alle Leitungsabschnitte der geschlossenen Anlage mit Reinigungsflüssigkeit durchspült werden. Da der Druckstoßkompensator als über Ventile absperr barer Bypass zu der Fülleitung ausgebildet ist, kann er bei der CIP-Reinigung gereinigt werden. Die Reinigungsflüssigkeit kann auch den Druckstoßkompensator vollständig durchströmen, so daß eine zuverlässige Reinigung sichergestellt werden kann. Zwischen den Abzweigungen des Rohrabschnittes ist ein Absperrventil in der Fülleitung vorgesehen, so dass die Reinigungsflüssigkeit gezielt durch den Druckstoßkompensator geleitet werden kann, um einen ausreichenden Reinigungs mitteldurchfluß zu gewährleisten.

Vorzugsweise weist hierbei der Rohrabschnitt die gleiche Nennweite auf wie die Fülleitung, so daß beim Durchspülen keine Störungen auftreten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rohrabschnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet und zweigt nach oben von der Fülleitung ab. Der Druckstoßkompensator läßt sich somit einfach an der Fülleitung anbringen, wobei das Gaspolster sich automatisch oberhalb des Produktpegels in dem Rohrabschnitt anordnet, ohne daß die Gefahr eines Entweichens des Gases in die Produktleitung besteht.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Größe des das Gaspol ster aufnehmenden Gasraumes im Rohrabschnitt durch Ventile veränderbar, so daß das Gaspolster an unterschiedliche Anforderungen angepaßt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Niveausonde zur Erfassung des Füllstandes der in den Rohr abschnitt eingetretenden Produktflüssigkeit vorgesehen. Da langsame Druckschwankungen eine Veränderung der Füllstandshöhe verursachen, können diese erfindungsgemäß nach Erkennung durch die Niveausonde durch Zuführen oder Ablassen von Gas zu bzw. aus dem Gasraum ausgeglichen werden. Hierzu weist der Druckstoßkompensator Ablaßleitungen für Gas und/oder Produkt flüssigkeit auf.

Erfindungsgemäß ist außerdem ein Drucksensor zur Erfassung des Druckes des Gaspolster vorgesehen.

Das Gaspolster wird vorzugsweise aus einem lebensmittelinerten Gas, insbesondere CO₂ gebildet.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung.

Die einzige Figur zeigt schematisch einen an eine Produktlei tung angeschlossenen erfindungsgemäßen Druckstoßkompensator.

Wie in der Zeichnung dargestellt, besteht ein Druckstoß kompensator 1 im wesentlichen aus einem von einer Fülleitung 2 einer Getränkeabfüllanlage abzweigenden Rohrabschnitt 3. Der Rohrabschnitt 3 ist U-förmig ausgebildet und in der Nähe des hier nicht dargestellten Füllers von oben auf die Fülleitung 2 aufgesetzt.

Die Verbindung zwischen Rohrabschnitt 3 und Fülleitung 2 ist an den Abzweigungen des Rohrabschnitts 3 über Scheibenventile 4, 5 absperrbar. Auch zwischen den Abzweigungen des Rohr abschnitts 3 ist in der Fülleitung 2 ein Absperrventil 6 vorgesehen. Im oberen Verbindungsschenkel des U-förmigen Rohrabschnitts 3 ist ein weiteres Absperrventil 7 vorgesehen, über das die wirksame Größe des Druckstoßkompensator 1 verändert werden kann.

Von dem Rohrabschnitt 3 zweigen eine CO₂-Versorgungsleitung 8 und Ablaßleitungen 9, 10 und 11 für Gas und/oder Flüssigkeit ab. Die Leitungen 8 bis 11 sind jeweils über Ventile 12, 13, 14, 15 öffenbar bzw. schließbar.

An dem Rohrabschnitt 3 sind ferner eine Niveausonde 16 zur Erfassung des Füllstandes P der Produktflüssigkeit und ein Drucksensor 17 zur Messung des Gasdruckes vorgesehen.

Nachfolgend wird die Funktion und die Wirkungsweise des Druckstoßkompensator 1 dargestellt:

Während des Füllprozesses sind die Absperrventile 4 und 6 geöffnet, während die Absperrventile 5 und wahlweise auch 7 geschlossen sind. Die durch die Produktleitung 2 fließende Produktflüssigkeit steigt aufgrund des Fülldruckes bis zu einem gewissen Pegel P in den Rohrabschnitt 3 ein. Oberhalb des Pegels P ist in dem Rohrabschnitt 3 ein CO₂-Gaspolster 18 ausgebildet, das durch eine entsprechende Gaszufuhr über die CO₂-Versorgungsleitung 8 aufgebaut wird. Der Druck des Gaspolsters 18 wird über den Drucksensor 17 erfaßt, während die Höhe des Pegels P über die Niveausonde 16 erfaßbar ist.

Kommt es nun in der Produktleitung 2, beispielsweise aufgrund der Schaltvorgänge einer frequenzgeregelten Pumpe, zu einem Druckstoß, so wird dieser über die im wesentlichen inkom pressible Produktflüssigkeit auf das Gaspolster 18 übertragen, durch welches der Druckstoß kompensiert wird. Somit wird eine Fortpflanzung des Druckstoßes bis zum Füller vermieden. Ebenso werden vom Füller selbst verursachte Druckstöße kompensiert.

Bei langsameren Druckschwankungen, die zu einer Veränderung der Füllstandshöhe P in dem Rohrabschnitt 3 führen, wird diese Pegelveränderung über die Niveausonde 16 erfaßt. Durch eine entsprechende Zufuhr bzw. Abfuhr von Gas aus dem Rohr abschnitt 3 kann der Druck des Gaspolsters 18 erhöht bzw. erniedrigt und dadurch die langsame Druckschwankung ausgegli chen werden.

Ist bei besonderen Anwendungen ein größeres Gaspolster 18 erforderlich, so kann das Absperrventil 7 geöffnet und dadurch der dem Gaspolster 18 zur Verfügung stehende Raum in dem Rohrabschnitt 3 vergrößert werden.

Bei der Reinigung der Fülleitung 2 läßt sich der Druckstoß kompensator 1 vollständig in die CIP-Reinigung einbinden. Hierzu wird zunächst das Puffergas aus dem Gaspolster 18 über die Ablaßleitung 9 abgelassen. Nach Öffnen der Absperr ventile 5 und 7 kann der Druckstoßkompensator 1 wie eine normale Rohrleitung gereinigt werden, wobei durch Schließen des Absperrventiles 6 ein ausreichender Reinigungsmitteldurch fluß durch den Bypass-Rohrabschnitt 3 gewährleistet wird. Das Reinigungsmedium kann dabei den Druckkompensator 1 wahlweise in der einen oder anderen Richtung durchströmen, je nachdem von welcher Richtung die CIP-Reinigung durchgeführt wird. Da die Leitungen von Gasen, die mit Lebensmittel in Kontakt kommen, in regelmäßigen Abständen mit Dampf sterilisiert werden müssen, kann auch die Gasleitung 8 zum Druckstoß kompensator 1 gedämpft werden. Vor dem erneuten Produktions beginn wird dann durch Zuführen von Gas das Gaspolster 18 wieder aufgebaut, so daß der Druckstoßkompensator 1 seine Aufgabe wieder erfüllen kann.

Mit der Erfindung wird somit auf einfache Weise die Kompensa tion von kurzen Druckstößen aber auch die Milderung von langsamen Druckschwankungen ermöglicht. Ein Puffertank vor dem Füller kann in den meisten Fällen entfallen, so daß der hierfür normalerweise vorzusehende Platz anders genutzt werden kann. Der Druckstoßkompensator 1 kann demgegenüber einfach von oben auf die Produktleitung 2 aufgesetzt werden. Da der Puffertank entfällt und somit nicht mehr gereinigt werden muß, können die Reinigungsmedien zur Ausspülung und Sterilisation des Puffertankes eingespart werden, so daß auch die laufenden Kosten der Anlage verringert werden. Der Druckstoßkompensator kann problemlos im Rahmen der normalen Füllerreinigung mitgereinigt werden, ohne daß hiermit ein nennenswerter zusätzlicher Zeitaufwand verbunden wäre.

Bezugszeichenliste

2

Fülleitung

3

Rohrabschnitt

4

Absperrventil

5

Absperrventil

6

Absperrventil

7

Absperrventil

8

Gas-Versorgungsleitung

9

Ablaßleitung

10

Ablaßleitung

11

Ablaßleitung

12

Ventil

13

Ventil

14

Ventil

15

Ventil

16

Niveausonde

17

Drucksensor

18

Gaspolster
PPegel

Claims

1. Druckstoßkompensator für Produktfülleitungen (2) von Getränkeabfüllanlagen mit einem Rohrabschnitt (3), in den aufgrund des Fülldruckes bis zu einem gewissen Füllstand (P) Produktflüssigkeit aus der Fülleitung (2) eintritt, wobei der Rohrabschnitt (32) mit einer Gasversorgung verbunden ist und wobei in dem Rohrabschnitt (3) oberhalb der eingetretenen Produktflüssigkeit ein Gaspolster (18) ausgebildet ist, welches Druckschwankungen in der Fülleitung (2) absorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (3) als von der Fülleitung (2) abzweigender Bypass zu der Fülleitung (2) ausgebildet ist, der über Ventile (4, 5) absperrbar ist, und daß zwischen den Abzweigungen des Rohrabschnittes (3) ein Absperrventil (6) in der Fülleitung (2) vorgesehen ist.

2. Druckstoßkompensator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Rohrabschnitt (3) die gleiche Nennweite aufweist wie die Fülleitung (2).

3. Druckstoßkompensator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (3) im wesentli chen U-förmig ausgebildet ist und nach oben von der Fülleitung (2) abzweigt.

4. Druckstoßkompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des das Gaspolster (18) aufnehmenden Gasraumes des Rohrabschnitts (3) durch Venti le (7) veränderbar ist.

5. Druckstoßkompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Niveausonde (16) zur Erfassung des Füllstandes (P) der in den Rohrabschnitt (3) eintretenden Produktflüssigkeit.

6. Druckstoßkompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (17) zur Erfassung des Druckes des Gaspolsters (18).

7. Druckstoßkompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Rohrabschnitt (3) Ablaßlei tungen (9, 10, 11) für das Ablassen von Gas und/oder Produkt flüssigkeit vorgesehen sind.

8. Druckstoßkompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaspolster (18) aus einem lebensmittelinerten Gas, insbesondere CO₂, gebildet wird.

9. Verfahren zur Konstanthaltung des Fülldruckes einer Produktflüssigkeit in einer Getränkeabfüllanlage mit einem Druckstoßkompensator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gaspolster (18) in Abhängig keit von dem von der Niveausonde (16) festgestellten Füll standspegel (P) in dem Rohrabschnitt (3) zur Druckregulierung Gas zugeführt bzw. von diesem abgeführt wird.