DE19741254C2

DE19741254C2 - Method and device for filling containers

Info

Publication number: DE19741254C2
Application number: DE19741254A
Authority: DE
Inventors: Volker Till; Hans-Juergen Wall
Original assignee: GEA Till GmbH and Co
Current assignee: GEA Till GmbH and Co
Priority date: 1997-04-29
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2017-09-19
Also published as: DE59800894D1; DE19720170C2; DE59801083D1; DE19741254A1; DE19720170A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen von Gebinden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for filling containers and an apparatus for performing this method.

Kohlensäurehaltige Getränke, wie Bier, halten ihr CO₂ nur dann in Lösung, wenn der über der Flüssigkeit liegende Partialdruck des Gases CO₂ mindestens so hoch ist wie der Sättigungsdruck in der Flüssigkeit. Liegt der Gasdruck über der Flüssigkeit unterhalb des Sättigungsdruckes, so verliert die Flüssigkeit CO₂, liegt der Gasdruck aber wesentlich darüber, besteht die Gefahr, daß zusätzliches CO₂ in Lösung geht. Die Gasaufnahme ist hierbei abhängig von dem Differenzdruck zwischen dem Sättigungsdruck in der Flüssigkeit und dem Partialdruck über der Flüssigkeit, der für den Gasaustausch zur Verfügung stehenden Zeit, die in der Regel mit der Füllzeit des Gebindes gleichzusetzen ist, und der Größe der Gasaustauschfläche, also der Flüssigkeitsoberfläche. Aufgrund der während des Füll vorganges auftretenden Turbulenzen in der Flüssigkeit ist die Gefahr einer Gasaufnahme während des Füllens erheblich vergrößert. Der Gasaustausch zwischen Flüssigkeit und der überlagerten Gasatmosphäre betrifft jedoch nicht nur das CO₂, sondern auch andere in der Gasatmosphäre vorhandene Gase, insbesondere Sauerstoff, der nach den gleichen Gesetzen von der Flüssigkeit aufgenommen wird. Sauerstoff ist aber bei Flüssigkeiten, die durch Mikroorganismen geschädigt werden können oder deren Haltbarkeit durch Oxidation von Flüssig keitsbestandteilen gefährdet ist, ein wesentlicher Faktor für die Qualität des Produktes.Carbonated beverages, such as beer, only keep their CO ₂ in solution if the partial pressure of the gas CO ₂ above the liquid is at least as high as the saturation pressure in the liquid. If the gas pressure above the liquid is below the saturation pressure, the liquid loses CO ₂ , but if the gas pressure is significantly higher, there is a risk that additional CO ₂ will dissolve. The gas absorption is dependent on the differential pressure between the saturation pressure in the liquid and the partial pressure above the liquid, the time available for gas exchange, which is usually equivalent to the filling time of the container, and the size of the gas exchange surface, i.e. the Liquid surface. Due to the turbulence in the liquid during the filling process, the risk of gas absorption during filling is considerably increased. However, the gas exchange between the liquid and the superimposed gas atmosphere affects not only the CO ₂ , but also other gases present in the gas atmosphere, in particular oxygen, which is absorbed by the liquid according to the same laws. However, oxygen is an essential factor for the quality of the product in liquids that can be damaged by microorganisms or whose durability is endangered by the oxidation of liquid components.

Um das Produkt durch ein Ventil in das Gebinde, sei es eine Flasche oder ein Faß, zu bekommen, ist ein Differenzdruck zwischen Zuleitung und Gebindeinnerem notwendig. Die Größe des Differenzdrucks bestimmt die Einströmgeschwindigkeit des Produktes. Üblicherweise wird das Produkt zur Vermeidung von Oberflächenvergrößerungen durch Turbulenzen mit anfänglich niedriger Geschwindigkeit gefüllt, die dann langsam gesteigert wird. Hierzu wird das Gebinde mit einem Gasdruck vorgespannt, der erheblich über dem Sättigungsdruck des in der Flüssigkeit gelösten Gases liegt. Die abzufüllende Flüssigkeit selbst wird durch Tanks oder Pumpen ebenfalls auf diesem Druckniveau gehalten und der Füllmaschine zugeführt. Nach dem Vorspannen des Gebindes auf den Druck der zugeführten Flüssigkeit wird eine Verbindung zwischen Gebinde und Zuleitung des Füllgutes hergestellt. Durch kontrolliertes Ablassen des im Gebinde vorhandenen Vorspanngases wird das Einfließen des Füllgutes in das Gebinde ermöglicht. Hierbei bestimmt der sich auf bauende Differenzdruck die Fließgeschwindigkeit der Flüssig keit. Es ist ferner bekannt, daß gegen Ende der Befüllung der Gasaustritt gedrosselt wird und dadurch der Differenzdruck zwischen Gebindeinnerem und Zuleitung abnimmt. Dies bewirkt gegen Ende des Füllvorgangs eine Reduzierung der Einfüllmenge pro Zeiteinheit, wodurch ein genaues Abschalten bei Erreichen einer Sollmenge ermöglicht wird. Dieses bekannte Verfahren wird als "Rückgasregelung" bezeichnet. Der Vorteil dieser Regelung liegt darin, daß der Gasdruck über der Flüssigkeit zu jeder Zeit über dem Sättigungsdruck des Produktes liegt.To put the product through a valve into the container, be it one Getting a bottle or a barrel is a differential pressure between the supply line and the inside of the container. The size of the Differential pressure determines the inflow speed of the Product. Usually the product is used to avoid Surface enlargement caused by turbulence initially filled lower speed, which then slowly increased becomes. For this purpose, the container is prestressed with a gas pressure, which is significantly above the saturation pressure of the in the liquid dissolved gas. The liquid to be bottled itself by tanks or pumps also at this pressure level held and fed to the filling machine. After tempering of the container to the pressure of the liquid supplied a connection between the container and the feed of the filling material manufactured. By controlled draining of the in the container Existing bias gas is the inflow of the product in the container. Here the determines itself differential pressure builds the flow rate of the liquid speed. It is also known that towards the end of filling the Gas outlet is throttled and thereby the differential pressure between the inside of the container and the supply line decreases. this causes Towards the end of the filling process, a reduction in the filling quantity per unit of time, which means an exact shutdown when reached a target quantity is made possible. This known method is referred to as "return gas control". The advantage of this Regulation is that the gas pressure is above the liquid is above the product's saturation pressure at all times.

Der einzustellende Vorspanndruck wird durch Erfahrung ermittelt. Am Anfang der Befüllung soll das Produkt durch Turbulenzen, die lokale Unterdrücke zur Folge haben, CO₂ verlieren. Dadurch entsteht ein gewollter künstlicher Schaum auf der Flüssigkeitsoberfläche, dessen Blasen ausschließlich das freigewordene CO₂ enthalten und somit das Produkt vor Kontakt mit der darüberliegenden sauerstoffhaltigen Gas atmosphäre schützen. Während des weiteren Füllvorgangs verschwinden die Turbulenzen und damit die lokalen Unter drücke. Das Produkt nimmt während der restlichen Füllzeit wieder CO₂ auf. Die Kunst besteht also darin, abhängig von CO₂-Gehalt, Temperatur, Gebindegröße und kalkulierter Füllzeit ein Gleichgewicht zwischen CO₂-Verlust und -Wiederaufnahme zu erreichen.The preload pressure to be set is determined by experience. At the beginning of the filling process, the product is said to lose CO ₂ due to turbulence that results in local negative pressures. This creates a deliberate artificial foam on the surface of the liquid, the bubbles of which only contain the released CO ₂ and thus protect the product from contact with the oxygen-containing gas atmosphere above. During the further filling process, the turbulence and thus the local negative pressure disappear. The product absorbs CO ₂ again during the remaining filling time. The trick is, depending on the CO ₂ content, temperature, container size and calculated filling time, to achieve a balance between CO ₂ loss and recovery.

Abgesehen davon, daß das Gebinde bei der Rückgasregelung weit über den Sättigungsdruck vorgespannt werden muß und das Ablassen zum Erreichen einer kontrollierten Füllgeschwindig keit gesteuert vorgenommen werden muß, ist die Reduzierung der Füllgeschwindigkeit im letzten Füllabschnitt problematisch. Bei konstantem Zulaufdruck der Flüssigkeit kann die Fließ geschwindigkeit nur reduziert werden, wenn der Differenzdruck verringert wird. Bei den bekannten Verfahren wird hierzu der Gasaustritt gedrosselt (bzw. im Extremfall unterbunden) und abgewartet, bis der steigende Füllstand durch Kompression des im Gebinde vorhandenen restlichen Gasvolumens eine Erhöhung des Gegendrucks auf den gewünschten Wert erreicht hat. Dieser Zeitraum kann insbesondere bei Bierfässern erheblich sein. So hat ein 50 l-Keg üblicherweise einen Zulaufquerschnitt DN21 und eine maximale Einfüllgeschwindigkeit von 2,5 l/sec bei einem Differenzdruck von 0,8 bar. Ist das Keg mit 35 l gefüllt, so müssen zur Reduktion der Geschwindigkeit 15 l Gasraum um 0,7 bar komprimiert werden. Hierfür werden 15 × 0,7 = 10,5 l Flüssigkeit und aufgrund der sich reduzierenden Füllgeschwindigkeit ca. 8 Sekunden Füllzeit benötigt. Eine schnelle, genaue Regelung ist, insbesondere bei möglicherweise schwankenden Zulaufdrücken, also nicht möglich. Noch kriti scher ist die Situation, wenn in dem Produkt nicht nur ein Gas (beispielsweise CO₂), sondern zwei Gase (beispielsweise CO₂ und N₂) bewußt gelöst sind. N₂ wird heutzutage deshalb dem Bier zugesetzt, weil es schaumstabilisierend wirkt. Bestes Beispiel dafür ist Stout-Bier, dessen cremiger, lang an haltender Schaum durch das gelöste, beim Zapfen freiwerdende N₂ verursacht wird. N₂ und CO₂ haben jedoch völlig verschiedene Löslichkeiten und Sättigungsdruckkurven. Während CO₂ leicht in Lösung geht und nur schwer aus der Lösung zu bringen ist, ist es äußerst schwierig, N₂ überhaupt in Lösung zu bringen und schon bei geringsten Turbulenzen sehr einfach, N₂ wieder zu entfernen. Die Balance zwischen Entgasen bei Füllbeginn und Wiederaufnahme des verlorenen Gases während der Füllung ist bei 2-Gas-Systemen nahezu nicht zu finden. Die Qualität des abzufüllenden Produktes ist daher schwankend. Es wird versucht, dies dadurch zu kompensieren, daß das Verhältnis der Gasatmosphäre CO₂ zu N₂ anders gehalten wird als der Anteil der gelösten Gase. Dieser Kompromiß ist jedoch immer nur für eine Temperatur oder eine Gebindegröße und jeweils nur für einen Produktzufuhrdruck gültig. Eine regelungstechnische Beherrschung dieser vielen Faktoren und ihrer Toleranzen ist unmöglich.Apart from the fact that the container must be biased far above the saturation pressure in the return gas control and the draining must be carried out in a controlled manner to achieve a controlled filling speed, the reduction of the filling speed in the last filling section is problematic. If the liquid inlet pressure remains constant, the flow rate can only be reduced if the differential pressure is reduced. In the known methods, the gas outlet is throttled (or in extreme cases prevented) and waited until the rising fill level has reached an increase in the back pressure to the desired value due to compression of the remaining gas volume in the container. This period can be significant, especially for beer kegs. A 50 l keg usually has an inlet cross-section DN21 and a maximum filling speed of 2.5 l / sec at a differential pressure of 0.8 bar. If the keg is filled with 35 l, 15 l gas space must be compressed by 0.7 bar to reduce the speed. For this, 15 × 0.7 = 10.5 l liquid and, due to the slowing filling speed, about 8 seconds filling time are required. Fast, precise regulation is therefore not possible, especially in the case of possibly fluctuating inlet pressures. The situation is even more critical if not only one gas (for example CO ₂ ) but two gases (for example CO ₂ and N ₂ ) are deliberately dissolved in the product. Nowadays, N ₂ is added to beer because it has a foam-stabilizing effect. The best example of this is stout beer, whose creamy, long-lasting foam is caused by the dissolved N ₂ released when tapped. However, N ₂ and CO ₂ have completely different solubilities and saturation pressure curves. While CO ₂ easily dissolves and is difficult to get out of solution, it is extremely difficult to get N ₂ into solution at all and very easy to remove N ₂ even with the slightest turbulence. The balance between degassing at the start of filling and resumption of the lost gas during filling is almost impossible to find in 2-gas systems. The quality of the product to be filled is therefore fluctuating. Attempts are made to compensate for this by keeping the ratio of the gas atmosphere CO ₂ to N ₂ different from the proportion of the dissolved gases. However, this compromise is only valid for one temperature or one container size and only for one product supply pressure. It is impossible to master these many factors and their tolerances in terms of control technology.

Ein weiterer Nachteil der Rückgasregelung liegt darin, daß das Gebinde weit über den Sättigungsdruck hinaus mit Gas, in der Regel CO₂, vorgespannt werden muß, um eine Druckabsenkung zu erreichen, die auch während des maximalen Absenkens des Innendrucks beim Füllprozeß immer noch über dem Sättigungs druck des Gases liegt. Da das Gas anschließend in die Atmosphäre entlassen wird, ist neben dem Energiekonsum auch ein erhöhter Verbrauch des Treibhausgases CO₂ die Folge. Ferner wird das Bedienungspersonal durch den hohen CO₂-Ausstoß belastet.Another disadvantage of the return gas control is that the container must be prestressed with gas, usually CO ₂ , far beyond the saturation pressure in order to achieve a pressure drop that is still above the saturation even during the maximum lowering of the internal pressure during the filling process pressure of the gas is. Since the gas is then released into the atmosphere, this also results in increased consumption of the greenhouse gas CO _{2 in} addition to energy consumption. Furthermore, the operating personnel are burdened by the high CO ₂ emissions.

Aus der DE 32 09 166 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem die Befüllung der Kegs mit nach unten gekehrter Anschlußarmatur erfolgt, wobei die Flüssigkeit durch das Kohlensäureventil der Anschlußarmatur einströmt und das verdrängte Gas durch den Stechdegen abgeführt wird. Läuft das Bier schließlich über den oberen Rand des Steigrohres, ist das Faß vollgefüllt. Um eine verwirbelungs- und schaumarme sowie vor allem dauerhaft messgenaue Einfüllung von Bier in die Kegs zu ermöglichen ist gemäß (1) vorgesehen, das Füllen in drei Phasen durchzuführen, wobei in einer Anlaufphase ein erstes vorbestimmtes Flüssigkeitsvolumen abgemessen und langsam in das Keg eingeführt wird, in der nachfolgenden Schnellfüllphase ein zweites vorbestimmtes Flüssigkeitsvolumen abgemessen und schnell in das Keg eingeführt wird und wobei in der ab schließenden Vollfüllphase ein drittes vorbestimmtes Flüssig keitsvolumen abgemessen und langsam in das Keg eingeführt wird. Die jeweils in das Keg eingefüllten Flüssigkeitsvolumina werden über einen induktiven Messwertgeber an der Flüssig keitsleitung erfaßt und an eine Auswert- und Schaltelektronik weitergeleitet, innerhalb der die Messspannung digitalisiert und einem in "Liter" geeichten Messwertanzeiger für das Gesamtvolumen des Kegs zugeleitet wird. Die für die einzelnen Füllphasen gewünschten Volumina können über einen Sollwertein steller vorgegeben werden. Um die unterschiedlichen Füll volumina in den einzelnen Füllphasen zu erreichen, wird in der Schnellfüllphase eine weitere Fülleitung zugeleitet. Grundlage des bekannten Verfahrens ist das Vorsehen von zwei parame trierbaren Volumengrenzwerten, bei deren Erreichen zwischen einer großen und einer kleineren Fülleitung umgeschaltet werden kann. Die Durchflußgeschwindigkeit in der Produkt zuführleitung wird nicht geregelt. From DE 32 09 166 A1, a generic method is known in which the kegs are filled with the connection fitting facing downward, the liquid flowing in through the carbon dioxide valve of the connection fitting and the displaced gas being discharged through the piercer. If the beer finally runs over the top of the riser, the keg is full. A swirling and foaming and, in particular permanently measured accurate filling to allow beer in the kegs according to (1) is provided to carry out the filling in three phases, being measured in an initial phase a first predetermined volume of liquid and slowly introduced into the keg, in the subsequent rapid filling phase, a second predetermined liquid volume is measured and quickly introduced into the keg, and in the subsequent full filling phase, a third predetermined liquid volume is measured and slowly introduced into the keg. The liquid volumes filled into the keg are recorded via an inductive sensor on the liquid line and forwarded to an evaluation and switching electronics, within which the measuring voltage is digitized and fed to a "liter" calibrated measured value indicator for the total volume of the keg. The volumes required for the individual filling phases can be specified using a setpoint adjuster. In order to achieve the different filling volumes in the individual filling phases, another filling line is fed in during the quick filling phase. The basis of the known method is the provision of two parameterizable volume limit values, when they can be switched between a large and a smaller filling line. The flow rate in the product supply line is not regulated.

Aus der DE-AS 12 84 863 ist ein Verfahren zum Füllen von Transportbehältern mit einer kohlensäurehaltigen, unter Druck stehenden Flüssigkeit bekannt, wobei der Transportbehälter vor dem Füllen etwa auf den Druck des Druckvorratsbehälters gebracht wird. Der Fülldruck kann hierbei dadurch erreicht werden, dass der Vorratsbehälter höher steht, so dass die Flüssigkeit durch ihr eigenes Gewicht in den zu füllenden Behälter abfließt. Hierbei muss der Produktdruck immer über dem Sättigungsdruck des Produktes liegen, da neben der Vermeidung einer Entkarbonisierung die sich während des Befüllens im System ergebenden Strömungs- und Reibungsverluste sowie Druckabfall kompensiert werden müssen, ohne dass der Produktdruck irgendwann unter den Sättigungsdruck abfällt. Dementsprechend liegt bei einer in der DE-AS 12 84 863 näher beschriebenen Ausführungsform der Vorspanndruck des Trans portbehälters auch bei etwa 2 bis 5 atü (3 bis 6 bar) und somit um einiges über dem Sättigungsdruck von CO₂ in Bier. Es ist ferner beschrieben, noch eine zusätzliche Pumpe vor zusehen, durch die die Flüssigkeit in den Transportbehälter hineingedrückt wird, doch ist diese Pumpe nicht geregelt, so dass eine kontrollierte Variation der Füllgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Füllstandshöhe im Keg nicht möglich ist.DE-AS 12 84 863 discloses a method for filling transport containers with a carbonated, pressurized liquid, the transport container being brought to about the pressure of the pressure storage container before filling. The filling pressure can be achieved in that the storage container stands higher, so that the liquid flows into the container to be filled by its own weight. The product pressure must always be above the saturation pressure of the product, since in addition to avoiding decarbonization, the flow and friction losses and pressure drop that occur during filling in the system must be compensated for without the product pressure falling below the saturation pressure at any time. Accordingly, in an embodiment described in DE-AS 12 84 863, the biasing pressure of the trans port container is also about 2 to 5 atm (3 to 6 bar) and thus somewhat above the saturation pressure of CO ₂ in beer. It is also described to see an additional pump before, through which the liquid is pressed into the transport container, but this pump is not regulated, so that a controlled variation of the filling speed as a function of the filling level in the keg is not possible.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine schonende Füllung zu ermöglichen und den Verbrauch an Vorspanngas zu reduzieren.The object of the invention is therefore to a gentle filling enable and reduce the consumption of bias gas.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 gelöst.This object is achieved with the invention Features of claim 1 and claim 7 solved.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird das anfangs langsame Einströmen des Produktes und die Steigerung der Fließ geschwindigkeit zum Ende der Füllung nicht mehr indirekt durch Modulierung des Keginnendrucks geregelt, sondern es erfolgt eine direkte Regelung des Produkt-Volumenstroms. In contrast to the prior art, this is slow at first Inflow of the product and increase in flow speed to the end of the filling no longer indirectly Modulating the Keginnendruck regulated, but it takes place direct regulation of the product volume flow.

Ein wesentlicher Vorteil dieses neuen Verfahrens besteht darin, daß auf die bisher notwendige Installation von Produktdrucksensoren völlig verzichtet werden kann, da diese Drücke für die Erzeugung der Fließgeschwindigkeit nicht mehr bestimmend sind. Hierdurch werden der Einsatz dieser hochge nauen und empfindlichen Sensoren sowie deren meßtechnischer Kalibrierabgleich nicht mehr erforderlich. There is a major advantage of this new process in that the installation of Product pressure sensors can be dispensed with entirely because of this No longer press to generate flow rate are decisive. As a result, the use of these hochge exact and sensitive sensors and their measuring technology Calibration adjustment is no longer required.

In einem mit Gegendruckgas befüllten Behälter kann nur sehr träge auf Produktdruckschwankungen reagiert werden, indem der Druck des relativ großen Gasvolumens durch Sperren oder Freigeben des Gasauslasses erhöht bzw. erniedrigt wird. Die Druckänderung hängt von dem langsam ansteigenden Produktniveau im Gebinde ab. Bei der vorliegenden Erfindung läßt sich hingegen trotz sich ändernder Produkt- oder Gasgegendrücke durch Veränderung des Durchflußquerschnittes die Durchfluß geschwindigkeit des Produktes in das Keg hinein stabil auf dem vorgegebenen gewünschten Wert halten.In a container filled with back pressure gas can only very to react sluggishly to product pressure fluctuations by the Pressure of the relatively large gas volume by blocking or Release of the gas outlet is increased or decreased. The Pressure change depends on the slowly increasing product level in the container. In the present invention, however, despite changing product or gas back pressures by changing the flow cross-section the flow speed of the product into the keg stable on the hold the desired value.

Das in das heiße Keg einströmende erste, kalte Produkt bringt Restmengen atmosphärischen Sterildampfes im Gebinde zur plötzlichen Kondensation. Die bisher angewendeten druckmodu lierenden Verfahren konnten diesen Druckzusammenbruch nicht schnell genug ausregeln. Das neue Verfahren löst diese Aufgabe ohne Schwierigkeiten und ein kontrolliertes langsames Anströmen des Produktes, Voraussetzung einer schonenden Abfüllung, ist gewährleistet.The first, cold product flowing into the hot keg brings Residual quantities of atmospheric sterile vapor in the container sudden condensation. The pressure mod The collapsing processes could not do this settle fast enough. The new process solves this task without difficulty and a controlled slow Flow towards the product, prerequisite for a gentle Bottling is guaranteed.

In Weiterbildung der Erfindung können in einer Datenver arbeitungseinheit unterschiedliche Füllkurven hinterlegt werden, die bestimmten Gebindegrößen, Fittingarten, unter schiedlichen Produkttemperaturen und/oder bestimmten Treibgas anteilen Rechnung tragen. Die Gestaltung dieser Kurven geschieht durch Algorithmen, die errechnet oder empirisch gewonnen werden und den erwähnten Gebindekomponenten oder Produktzuständen entsprechende Fließgeschwindigkeiten automatisch zuordnen. Neue Produkt-Gebindekonstellationen können damit in diesem System selbstlernend optimierte Füllprofile gestalten und abarbeiten. Die Füllkurven werden als Sollwerte der Regelung des Produktvolumenstroms zu grundegelegt.In a further development of the invention, a data ver different filling curves the specific container sizes, fitting types, under different product temperatures and / or certain propellant share account. The design of these curves happens through algorithms that are calculated or empirical can be obtained and the mentioned container components or Flow rates corresponding to product conditions assign automatically. New product-container constellations can thus optimize self-learning in this system Design and process filling profiles. The filling curves are as setpoints for regulating the product volume flow basic.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens können die Füllkurven, bspw. mit graphisch interaktiven Systemen, während der Produktion graphisch verändert und angepaßt werden.In a preferred embodiment of this inventive idea can fill curves, for example with graphically interactive Systems, changed graphically during production and be adjusted.

Das Gas im Gebindeinneren kann dann über ein einfaches Überströmventil durch das einströmende Produkt herausgedrückt werden. Die bisher üblichen teuren regelungstechnischen Apparate sind hierfür nicht mehr notwendig. Bei Flüssigkeiten mit mehreren gelösten Gasen kann die optimale Gaszusammenset zung innerhalb des Gebindes eingestellt werden, da während des Füllvorgangs über die gesamte Zeit ein gleicher Druck im Gebindeinneren herrscht. Bei der herkömmlichen Rückgasregelung hatten die wechselnden Drücke im Gebindeinneren während des Füllvorgangs in den unterschiedlichen Füllphasen unter schiedliche Gasaustauschverhalten und damit eine Beeinflussung der Produktqualität zur Folge. Dies ist durch die Erfindung vollständig behoben.The gas inside the container can then be easily removed Overflow valve pushed out by the inflowing product become. The previously expensive control engineering Apparatus are no longer necessary for this. With liquids with several dissolved gases, the optimal gas composition tion within the container, because during the Filling process over the entire time an equal pressure in the The inside of the container prevails. With conventional return gas control had the changing pressures inside the container during the Filling process in the different filling phases below different gas exchange behavior and thus an influence the product quality. This is through the invention completely fixed.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Vorspanndruck innerhalb des Gebindes entsprechend dem Sättigungsdruck nach der Befüllung eingestellt. Hintergrund dieses Erfindungsgedankens ist die Tatsache, daß Bierkegs vor der Befüllung zur Sterilisation gedämpft werden und das kalte Produkt in das noch heiße Gebinde eingefüllt wird. Hierbei werden in ca. 12 kg Metall einer Temperatur von 100°C 50 l Bier einer Temperatur von ca. 3°C eingefüllt. Es stellt sich eine Misch- und Ausgleichstemperatur ein, die die Temperatur des Produktes im Gebinde um ca. 4°C gegenüber der Zufuhr temperatur erhöht. Dies verändert selbstverständlich die Sättigungsdrücke der gelösten Gase, so daß erfindungsgemäß der einzustellende Wert demjenigen des Produktes im abgefüllten Gebinde entsprechen muß. Diese Frage hat sich in der Vergan genheit nie gestellt, weil der Gegendruck stets erheblich über dem Sättigungsdruck gelegen hat.According to a preferred development of the invention, the Preload pressure within the container according to the Saturation pressure set after filling. background this inventive idea is the fact that beer kegs before the filling for sterilization can be steamed and the cold Product is filled into the still hot container. Here become 50 l in approx. 12 kg of metal at a temperature of 100 ° C Beer filled at a temperature of approx. 3 ° C. It turns out a mixing and equalizing temperature, which is the temperature of the product in the container by approx. 4 ° C compared to the supply temperature increased. Of course, this changes the Saturation pressures of the dissolved gases, so that according to the invention value to be set to that of the product in the filled Containers must correspond. This question has gone up in the vergan Opportunity never posed because the back pressure is always considerably higher the saturation pressure.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens weist erfindungsgemäß die Merkmale des Anspruchs 7 auf. An apparatus for performing the above The method has the features of the claim 7 on.

Hierdurch kann der Volumenstrom an jeder Füllstation in Abhängigkeit von der Füllmenge oder Füllhöhe völlig unabhängig vom Zufuhrdruck des einzufüllenden Produktes und unabhängig von den an der Füllmaschine ggf. vorgesehenen anderen Füllstationen individuell eingestellt werden. In vielen Fällen ergibt sich außerdem eine Vereinfachung der den Füllmaschinen üblicherweise vorgeschalteten Drucktanks und deren Regelung, da diese ebenfalls ohne Produktbeeinflussung auf das optimale Gasgemisch entsprechend der Verhältnisse bei Sättigungsdruck eingestellt werden können. Der Produktvolumenstrom wird durch einen Regler auf der Basis der von dem Strömungsmesser ermittelten Durchflußgeschwindigkeit als Istwert und einer vorzugsweise auf die Gebindegröße, Fittingart, Produkt temperatur und/oder Treibgasanteile des Produktes abgestimm ten, in einer Datenverarbeitungseinheit gespeicherten Füllkurve als Sollwert geregelt. Hierzu ist der Blendenquer schnitt erfindungsgemäß stufenlos veränderbar.This allows the volume flow at each filling station Completely independent of the filling quantity or filling level independent of the supply pressure of the product to be filled of the others that may be provided on the filling machine Filling stations can be set individually. In many cases there is also a simplification of the filling machines usually upstream pressure tanks and their control, since these also affect the optimal without influencing the product Gas mixture according to the conditions at saturation pressure can be adjusted. The product volume flow is through a regulator based on that of the flow meter determined flow rate as actual value and one preferably on the container size, fitting type, product temperature and / or propellant gas proportions of the product ten, stored in a data processing unit Filling curve regulated as setpoint. This is the aperture cross cut continuously variable according to the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Rückgasleitung ein Überströmventil vorgesehen, über das das Rückgas abgeführt wird.According to a preferred embodiment of the invention Return gas line provided an overflow valve through which the Return gas is discharged.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung.Further training, advantages and possible applications of Invention also result from the following description an embodiment and the drawing.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Füllstation gemäß der Erfindung, Fig. 1 is a schematic representation of a filling station according to the invention,

Fig. 2 schematisch die Einflußgrößen für die Festlegung der Füllkurven und Fig. 2 shows schematically the influencing variables for determining the filling curves and

Fig. 3a, b eine Gegenüberstellung der herkömmlichen Rückgas regelung und der erfindungsgemäßen Regelung. Fig. 3a, b show a comparison of the conventional rear gas control and the control according to the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Füllstation 30 baut auf dem in der Stammanmeldung 197 18 130.9 beschriebenen Prinzip des niedrigen Gasgegendrucks im zu belüftenden Gebinde auf. Die Füllstation 30 besteht im wesentlichen aus einem Füllventil 2, dem über eine Zufuhrleitung 3 eine Flüssigkeit, wie Bier, in der Gase gelöst sind, zugeführt wird. Auf das Füllventil 2 ist ein Gebinde, insbesondere ein Keg 4 aufgesetzt, das mit der Produktflüssigkeit gefüllt werden soll.The filling station 30 shown in FIG. 1 is based on the principle of low gas back pressure in the container to be ventilated, which is described in parent application 197 18 130.9. The filling station 30 essentially consists of a filling valve 2 , to which a liquid, such as beer, in which gases are dissolved, is supplied via a supply line 3 . A container, in particular a keg 4, is placed on the filling valve 2 and is to be filled with the product liquid.

In der Zufuhrleitung 3 ist ein der einzelnen Füllstation 1 zugeordneter Strömungsmesser 31 zur Ermittlung der Durchfluß geschwindigkeit des Produktes durch den Leitungsabschnitt 8 und eine stufenlos regelbare Blende 32, bspw. ein Membran regelventil, vorgesehen. Der vor oder hinter der Blende 32 angeordnete Strömungsmesser 31 liefert die gewonnenen Daten des Produktdurchflusses an eine Istwert-Verarbeitung 33, die die aktuelle Durchflußmenge(-geschwindigkeit) als Ist-Wert an eine Regeleinrichtung (34) weitergibt.In the feed line 3 is assigned to the individual filling station 1 flow meter 31 for determining the flow rate of the product through the line section 8 and an infinitely variable orifice 32 , for example a membrane control valve, is provided. The flow meter 31 arranged in front of or behind the orifice 32 supplies the obtained data of the product flow to an actual value processing 33 , which passes the current flow rate (speed) as an actual value to a control device ( 34 ).

In dem Keg 4 ist ein Steigrohr 9 vorgesehen, das mit einer Rückgasleitung 10 des Füllventils 2 verbunden ist. Die Rückgasleitung 10 führt zu einem Überströmventil 11, über das der Zugang zu einem Rückgasauslaß 12 gesteuert wird. An die Rückgasleitung 10 ist außerdem eine Vorspanngasleitung 13 angeschlossen, die über ein Ventil 14 absperrbar ist.A riser pipe 9 is provided in the keg 4 , which is connected to a return gas line 10 of the filling valve 2 . The return gas line 10 leads to an overflow valve 11 , via which access to a return gas outlet 12 is controlled. A bias gas line 13 is also connected to the return gas line 10 and can be shut off via a valve 14 .

Zum Füllen des Gebindes 4 wird dieses zunächst über die Vorspanngasleitung 13 und die Rückgasleitung 10 mit einem Vorspanngas, insbesondere CO₂, vorgespannt. Bei bestimmten Flüssigkeiten, beispielsweise Stout-Bier kann das Vorspanngas auch eine Zusammensetzung mehrerer Gase, wie CO₂ und N₂ sein. Der Vorspanndruck im Keg 4 liegt hierbei lediglich auf einem etwa dem Sättigungsdruck des CO₂ (oder N₂) im Bier ent sprechenden Partialdruck oder leicht darüber (bspw. 1,4 bar), der unterhalb des vor dem Füllventil 2 anliegenden Produkt druckes (bspw. 2,5 bar) in dem Leitungsabschnitt 8 der Zufuhrleitung 3 liegt. Der Gegendruck des Vorspanngases im Keg 4 entspricht dem Sättigungsdruck des gelösten Gases nach Füllen des Kegs 4, d. h. im abgefüllten Gebinde. Hierbei wird berücksichtigt, daß sich das mit einer Temperatur von etwa 3°C eingefüllte Bier in dem üblicherweise vor dem Füllen gedämpf ten und daher etwa 100°C heißen Keg 4 um ca. 4°C erwärmt. Die hierdurch bewirkte Änderung des Sättigungsdruckes wird bei der Einstellung des ursprünglichen Vorspanndruckes bereits berücksichtigt.To fill the container 4 , this is first biased via the biasing gas line 13 and the return gas line 10 with a biasing gas, in particular CO ₂ . In the case of certain liquids, for example stout beer, the biasing gas can also be a composition of several gases, such as CO ₂ and N ₂ . The preload pressure in the keg 4 is only about a partial pressure corresponding to the saturation pressure of the CO ₂ (or N ₂ ) in the beer or slightly above (e.g. 1.4 bar), which is below the product pressure in front of the filling valve 2 (e.g. 2.5 bar) lies in the line section 8 of the supply line 3 . The back pressure of the biasing gas in the keg 4 corresponds to the saturation pressure of the dissolved gas after filling of the keg 4, ie in the filled container. It is taken into account that the beer filled with a temperature of about 3 ° C in the usually steamed before filling and therefore about 100 ° C hot keg 4 warms by about 4 ° C. The change in saturation pressure caused by this is already taken into account when setting the original preload pressure.

Beim Füllen vergleicht die Regeleinrichtung 33 den von dem Strömungsmesser 31 gelieferten Istwert ständig mit einem durch eine auf die Gebindegröße, Fittingart, Produkttemperatur, Treibgasanteil oder dgl. Parameter abgestimmten in einer Datenverarbeitungseinheit hinterlegten Füllkurve festgelegten Sollwert und ändert ggf. die Durchflußmenge. Zu diesem Zweck kommt die stufenlos veränderbare Blende 32 zum Einsatz, deren Querschnitt durch einen Linearantrieb (Stellgröße: Hub) derart variiert werden kann, daß zu jeder Zeit eine vorgegebene Durchflußgeschwindigkeit (Regelgröße) erzeugt werden kann. Hierdurch können auch übliche Druckschwankungen in den Produktleitungen oder dem Gasraum ausgeglichen und durch die sehr kurze Regelstrecke ohne Zeitverzögerung kompensiert werden. In Verbindung mit einem konstant am Sättigungsdruck gehaltenen Gegendruck können ohne weitere Beeinflussung des Produktinnendruckes in der zuführenden Leitung mit großer Präzision vorgegebene Füllkurven nachgefahren werden.When filling, the control device 33 constantly compares the actual value supplied by the flow meter 31 with a target value defined by a filling curve stored in a data processing unit and coordinated with the container size, fitting type, product temperature, propellant gas percentage and the like and, if necessary, changes the flow rate. For this purpose, the continuously variable orifice 32 is used, the cross section of which can be varied by means of a linear drive (manipulated variable: stroke) in such a way that a predetermined flow rate (controlled variable) can be generated at any time. As a result, normal pressure fluctuations in the product lines or the gas space can also be compensated for and compensated for by the very short controlled system without a time delay. In connection with a back pressure kept constant at the saturation pressure, predetermined filling curves can be followed with great precision without further influencing the product internal pressure in the supply line.

Die Einflußgrößen für die Festlegung der Füllkurven sind in Fig. 2 dargestellt. Zusätzlich zu dem über errechnete oder empirisch ermittelten Algorithmen festgelegten und in der Datenverarbeitungseinheit hinterlegten Füllkurven, können bei neuen Produkt-/Gebindekonstellationen selbstlernend optimierte Füllprofile gestaltet und abgearbeitet werden. Es kann auch vorgesehen sein, die Füllkurven auf graphisch interaktiven Systemen während des Produktionsablaufes zu verändern.The influencing variables for determining the filling curves are shown in FIG. 2. In addition to the filling curves defined by calculated or empirically determined algorithms and stored in the data processing unit, self-learning optimized filling profiles can be designed and processed in new product / container constellations. Provision can also be made to change the filling curves on graphically interactive systems during the production process.

Die Fig. 3a, b zeigen eine Gegenüberstellung der herkömmlichen "Rückgasregelung" und der erfindungsgemäßen Regelung. Während die indirekte Druckregelung immer gegenläufig zur Fließ geschwindigkeit erfolgt, wobei sich an den Kreuzungspunkten erhebliche Regelungsprobleme ergeben, verlaufen bei der erfindungsgemäßen direkten Regelung Strömungsquerschnitt (Volumenstrom) und Fließgeschwindigkeit parallel. Auf Druckveränderungen kann sehr schnell reagiert werden. FIGS. 3a, b show a comparison of the conventional "back gas control" and the control according to the invention. While the indirect pressure control always takes place in the opposite direction to the flow speed, whereby considerable control problems arise at the crossing points, the flow cross-section (volume flow) and flow speed run parallel in the direct control according to the invention. Pressure changes can be reacted to very quickly.

Wird nach Schließen des Vorspanngasventils 14 das Füllventil 2 geöffnet, so tritt zunächst nur eine kleine Produktmenge ein. Ein Einspritzen des Produktes wird trotz des Druckunter schiedes dadurch vermieden, daß die Zufuhrmenge gezielt reduziert wird. Dann wird die Füllgeschwindigkeit langsam gesteigert, um keine übergroßen Turbulenzen zu verursachen. Das aus der Zufuhrleitung 8 durch den Ringspalt 15 im Füllventil 2 in das Keg 4 hineingeförderte Bier drückt das im Keg 4 enthaltene Vorspanngas durch das Steigrohr 9 aus dem Keg 4 heraus. Das Vorspanngas entweicht über das Überströmventil 11 in den Rückgasauslaß 12. Der durch das Überströmventil 11 festgelegte Rückgasdruck beträgt bspw. konstant 1,5 bar.If the filling valve 2 is opened after the biasing gas valve 14 is closed, only a small amount of product initially occurs. Injecting the product is avoided despite the difference in pressure in that the supply quantity is reduced in a targeted manner. Then the filling speed is slowly increased so as not to cause excessive turbulence. The from the supply line 8 into conveyed through the annular gap 15 in the filling valve 2 in the keg beer 4 presses the pre-stress gas contained in the keg 4 through the riser 9 of the keg 4 out. The bias gas escapes via the overflow valve 11 into the return gas outlet 12 . The return gas pressure defined by the overflow valve 11 is, for example, a constant 1.5 bar.

Wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist, daß die Vorspannung im Keg 4 lediglich auf eine etwa dem Sättigungs druck des CO₂ (oder N₂) im Bier entsprechenden Partialdruck eingestellt werden muß und somit weit unter dem herkömmlicher weise eingestellten Vorspanndruck liegt. Über die jeder einzelnen Füllstation 30 zugeordnete Regelungseinheit 31-39 ist es möglich, die Füllgeschwindigkeit im Keg 4 verzögerungs frei zu steuern, so daß eine Befüllung mit bisher unerreich barer Produktschonung ermöglicht wird. Eine Schädigung durch ungewollten Verlust oder Aufnahme von CO₂ oder die Aufnahme von Sauerstoff aus dem Vorspanngas wird vermieden und die Produktqualität bei um 40% reduziertem Vorspanngasverbrauch wesentlich verbessert.An essential aspect of the invention is that the pretension in the keg 4 only has to be adjusted to a partial pressure corresponding to the saturation pressure of the CO ₂ (or N ₂ ) in the beer and is thus far below the conventionally set pretension pressure. Via the control unit 31-39 assigned to each individual filling station 30 , it is possible to control the filling speed in the keg 4 without delay, so that filling with previously unachievable product protection is made possible. Damage due to unwanted loss or absorption of CO ₂ or the absorption of oxygen from the bias gas is avoided and the product quality is significantly improved with a 40% reduction in bias gas consumption.

Reference list

22nd

Füllventil
Filling valve

33rd

Zufuhrleitung
Supply line

44th

Keg
Keg

88th

Leitungsabschnitt
Line section

99

Steigrohr
Riser pipe

1010th

Rückgasleitung
Return gas line

1111

Überströmventil
Overflow valve

1212th

Rückgasauslaß
Back gas outlet

1313

Vorspannleitung
Leader line

1414

Ventil
Valve

1515

Ringspalt
Annular gap

3030th

Füllstation
Filling station

3131

Strömungsmesser
Flow meter

3232

Blende
cover

3333

Istwert-Verarbeitung
Actual value processing

3434

Regler
Regulator

Claims

1. A method for filling containers ( 4 ), in particular kegs, with liquids in which at least one gas is dissolved, the container ( 4 ) being pre-stressed with a biasing gas before the liquid is filled in, then the container ( 4 ) via a Filling valve ( 2 ) connected to a feed line ( 3 , 8 ) is fed to a filling station ( 30 ) and liquid and the biasing gas contained in the container ( 4 ) is discharged during the filling process, the biasing gas in the container ( 4 ) only being approximately at a saturation pressure of the gases dissolved in the bottled liquid, in particular CO ₂ or N ₂ , are biased accordingly, and the flow rate in the product supply line is measured as the actual value and is regulated by a continuous adjustment of the product volume flow as the setpoint.

2. The method according to claim 1, characterized in that the flow rate in the feed line ( 8 ) is regulated on the basis of a predetermined filling curve stored in a data processing unit.

3. The method according to claim 2, characterized in that for different container sizes, fitting types, products temperatures and / or propellant gas components of the product speaking filling curves determined and in data processing unit can be stored.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the filling curves, for example, with the help of graphically interactive Systems are adaptable during ongoing production.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the biasing gas provided in the container ( 4 ) is pressed out by the inflowing product from the container ( 4 ).

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the biasing pressure in the container ( 4 ) is set so that it corresponds approximately to the saturation pressure of the dissolved gas in the filled container ( 4 ).

7. Device for carrying out a method according to one of claims 1 to 6 with a filling station ( 30 ) with a supply line ( 3 , 8 ) via which product liquid to be filled in a container ( 4 ) provided on the filling station ( 30 ) is supplied, and with a return gas line ( 10 ) via which the bias gas escaping from the container ( 4 ) is discharged, a flow meter ( 31 ) at the filling station ( 30 ) for determining the flow rate in the feed line ( 8 ) of the filling station ( 20 ) and an adjustable one Aperture ( 32 ) for adapting the product volume flow is provided, characterized by a controller ( 34 ) which opens and closes the aperture ( 32 ) on the basis of the flow rate determined by the flow meter ( 31 ) as the actual value and is stored in a data processing unit Infinitely variable filling curve as setpoint.

8. The device according to claim 7, characterized in that a large number of filling curves in the data processing unit for different container sizes, fitting types, products temperatures and / or propellant gas components of the product are.

9. Device according to one of claims 7 or 8, characterized in that the diaphragm ( 32 ) is a diaphragm control valve.

10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that an overflow valve ( 11 ) is provided in the return gas line ( 10 ), via which the return gas is discharged.