DE19749738A1 - Füllorgan zur volumetrischen Getränkeabfüllung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Füllorgan der im Oberbegriff des Anspruches 1 ge­ nannten Art.

Beim Abfüllen von Getränken muß die Abfüllmenge genau dosiert werden. Ne­ ben anderen bekannten Dosiermethoden ist die gattungsgemäße Methode der vo­ lumetrischen Abfüllung bekannt, bei der in einer Dosierkammer vorabgemessen wird, aus der das Getränk beim eigentlichen Füllvorgang nur noch in den Geträn­ kebehälter abläuft. Durch Volumenverstellung der Dosierkammer läßt sich die Abfüllmenge genau einstellen und unterschiedlichen Behältergrößen anpassen. Ein wesentlicher Vorteil des volumetrischen Prinzips ist die Unabhängigkeit der Füllmenge von Behältertoleranzen.

Bei gattungsgemäßen Füllorganen wird die Dosierkammer über einen den oberen Abschluß bildenden verstellbaren Kolben eingestellt, der auf einfache Weise z. B. über eine Schiebebetätigung von außen verstellbar ist. Die Dosierkammer ist über ein Ablaufventil nach unten durch den Auslauf des Füllorganes an den Behälter angeschlossen und wird über ein Zulaufventil befüllt. Zur Entlüftung der Dosier­ kammer während ihres Befüllens weist diese ein vom Kolben nach oben bis in einen Gasraum oberhalb der Dosierkammer ragendes offenes Entlüftungsrohr auf.

Beim Auffüllen der Dosierkammer steigt das Getränk zunächst im großen Quer­ schnitt der Dosierkammer an. Wenn diese voll ist, steigt es weiter in dem Ent­ lüftungsrohr bis zum Pegel des Vorratskessels an. Um die Dosierung genau zu halten, ist das Entlüftungsrohr möglichst eng ausgebildet. Daher steigt die Flüs­ sigkeit in der Dosierkammer zunächst in deren großem Querschnitt und anschlie­ ßend weiter in sehr engem Querschnitt des Entlüftungsrohres. An der Übergangs­ stelle findet eine plötzliche starke Abbremsung der durch die Zulaufleitung nach­ strömenden Flüssigkeit statt.

Wird die Dosierkammer über eine längere Zulaufleitung z. B. von einem Zentral­ kessel her befüllt, so kommt es durch die hohe kinetische Energie der langen strömenden Wassersäule, bei deren plötzlicher starker Abbremsung zu einem starken Wasserschlag, der empfindliche Getränke, also insbesondere karboni­ sierte, stark schäumende Getränke, wie z. B. Bier, zum Aufschäumen bringt. Da­ durch werden längere Entlastungszeiten benötigt, was zu einer Leistungsvermin­ derung führt.

Um dies zu vermeiden, ist bei gattungsgemäßen Füllorganen die Dosierkammer über eine Verbindungsleitung an den Kopfraum angeschlossen, so daß in diesem unter dem Gasraum bis zu einem Pegel Getränk steht. Der beim geschilderten Wasserschlag entstehende plötzliche Druckanstieg kann sich durch die Verbin­ dungsleitung in den Kopfraum abbauen. Das Getränk in der Dosierkammer wird weniger gestört. Diese Bauweise ergibt also einen wesentlich störungsfreieren Betrieb, z. B. bei Bier.

Ein gattungsgemäßes Füllorgan dieser Art ist aus dem Prospekt asmofil, Alfill Getränketechnik GmbH, Steilshooper Straße 293, 2000 Hamburg 60 Schnittzeichnung des Füllorganes, Seite 4 bekannt.

Ein weiteres gattungsgemäßes Füllorgan ist aus der EP 0 414 075 A1 bekannt. Bei dieser Konstruktion liegt der Kopfraum in einem alle Füllorgane verbindenden Ringkessel. Aus diesem läuft das Getränk auf kurzem Wege in die Dosierkammer ab. Probleme mit Wasserschlag treten hier nur in sehr geringem Maße auf. Die Verbindungsleitung dient hier im wesentlichen nur als Zulauflei­ tung, um das Getränk über das Zulaufventil der Dosierkammer zuzuführen.

Bei diesen bekannten Konstruktionen ist die Verbindungsleitung konzentrisch innierhalb des Füllorganes, den Kolben durchlaufend angeordnet. Sie erfordert bei dieser Bauweise zwangsläufig eine zusätzliche Schiebedichtung. Nachteilig bei diesen bekannten Konstruktionen ist die zusätzlich zur Schiebedichtung des Kol­ bens vorzusehende zweite Schiebedichtung an der Verbindungsleitung. Diese ist bereits aus kinematischen Gründen nachteilig, da zwei an unterschiedlichen Stellen sitzende Schiebedichtungen eines Schiebeteiles (des Kolbens) stets zum Klemmen neigen. Außerdem ergeben sich durch die zweite Schiebedichtung zu­ sätzliche Abdichtungsprobleme und insbesondere zusätzliche Reinigungsproble­ me.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Füllorgan der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Probleme mit Schiebedichtungen verringert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge­ löst.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ist die Verbindungsleitung außerhalb der Dosierkammer angeordnet. Sie kann daher auf einfache Weise den gesamten Verstellbereich des Kolbens umlaufen und von außen an den Kopfraum und an die Zulaufleitung angeschlossen sein. Daher kann die Verbindungsleitung starr und insbesondere ohne jede Schiebedichtung ausgebildet sein. Es vereinfacht sich dadurch die Konstruktion des Füllorganes wesentlich. Sämtliche durch die zweite Schiebedichtung der bekannten Konstruktion entstehenden Probleme werden völlig vermieden. Der Kolben kann langfristig ohne Probleme störungsfrei ver­ stellt werden, und es vereinfacht sich auch die Reinigung des Füllorganes.

Bei der bekannten gattungsgemäßen Konstruktion bildet der verschiebbare Kol­ ben den Boden des Kopfraumes. Dabei kann die Verbindungsleitung unmittelbar am Kolben in den Kopfraum mündend angeordnet sein mit dem Vorteil, daß das im Kopfraum stehende Getränk durch die Verbindungsleitung nach unten entleert werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion dagegen mündet die fest­ stehende Verbindungsleitung auf einer bestimmten Höhe in der Kopfraum, und zwar notwendigerweise oberhalb der obersten Stellung des Kolbens. Da der Kol­ ben stets tiefer stehen muß als die Mündung der Verbindungsleitung, würde Ge­ tränk Kopfraum stehen, das nicht entleert werden kann.

Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Bei dieser Konstruktion ist der Kopfraumboden unabhängig vom Kolben auf fester Höhe angeordnet. Ist die Mündung der Verbindungsleitung in geeigneter Höhe unmit­ telbar über dem Kopfraumboden angeordnet, so wird eine restlose Entleerung des Kopfraumes sichergestellt. Das das Entlüftungsrohr im Abstand umgebende Standrohr erlaubt die Durchführung des mit dem Kolben bewegten Entlüftungs­ rohres durch den Kopfraumboden, ohne daß hier wiederum eine Schiebedichtung erforderlich wäre.

Diese Konstruktion hat weiterhin Vorteile bei der Konstruktion der Kolbendich­ tung, die bei der bekannten gattungsgemäßen Konstruktion erhebliche Probleme aufwirft. Bei der bekannten Konstruktion steht oberhalb des Kolbens Getränk. Der Kolben muß eine umlaufende Ringdichtung aufweisen, wobei die Zylinder­ randfläche des Kolbens oberhalb und unterhalb der Ringdichtung Spalte aufweist. Legt man dabei unter Vermeidung eines nach unten weisenden Spaltes die Dich­ tung am Kolben so weit wie möglich nach unten, so hat man oben einen längeren Spalt, in dem sich Getränkerückstände, wie z. B. Pulpe, absetzen können. Diese setzen sich auf Dauer fest, so daß nach einiger Zeit der Kolben nicht mehr ver­ stellbar ist. Er ergeben sich hier auch erhebliche Reinigungsprobleme.

Legt man die Dichtung unter Vermeidung eines oberen Spaltes weit nach oben, so ergibt sich unten ein Spalt, in dem bei der Befüllung der Dosierkammer Gas steht. Bei unterschiedlichen Fülldrücken ergibt sich hier ein unterschiedliches Gasvolumen, was die Füllgenauigkeit erheblich beeinträchtigen kann. Bei der Konstruktion gemäß Anspruch 2 steht oberhalb des Kolbens Gas. Ein Spalt ober­ halb der Kolbendichtung stört also nicht. Die Dichtung kann ohne weiteres weit nach unten bewegt werden, um maximale Füllgenauigkeit zu erreichen.

Weiterhin vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, daß bei Beendigung des Füllbetriebes der gesamte Getränkevorrat restlos und ohne Störung des Füllbetriebes leer gefahren werden kann. Da der Vorratskessel mit seinem Boden höher liegt als die Dosierkammer kann das Ge­ tränk bis zur restlosen Entleerung des Vorratskessels ordnungsgemäß in die Do­ sierkammer ablaufen. Auch das im Kopfraum des Füllorganes stehende Getränk läuft dabei restlos ab. Getränkeverluste werden vermieden.

Die Verbindungsleitung kann gesondert von der Zulaufleitung vorgesehen sein. Sie muß dann über ein eigenes Ventil an die Dosierkammer angeschlossen sein, um beim Entleeren der Dosierkammer in den Getränkebehälter das Nachlaufen von Getränk aus dem Kopfraum zu vermeiden. Dieses Ventil ist also nur beim Auffüllen der Dosierkammer geöffnet. Vorteilhaft sind jedoch die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Bei dieser Bauweise können nicht nur die Verbin­ dungsleitung und die Zulaufleitung in ihrem letzten Stück vor der Dosierkammer als eine Leitung materialsparend vorgesehen sein, sondern es kann auch das Zu­ laufventil gleichzeitig als Ventil für die Verbindungsleitung verwendet werden, wodurch ein Ventil eingespart wird.

Der Kopfraum des Füllorganes kann in diesem als gesonderter Raum ausgebildet sein, der an einen Vorratskessel, z. B. einen Zentralkessel, oder einen außerhalb der Füllmaschine stationär aufgestellten Vorratskessel angeschlossen ist. Vorteil­ haft sind jedoch die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Hierbei sind alle Kopfräume der Füllorgane einer Füllmaschine über einen Ringkessel verbunden. Die Kopfräume können als Teile eines umlaufenden Ringkessels ausgebildet oder an einen solchen angeschlossen sein. Ein Zentralkessel kann dabei entfallen. Es vereinfacht sich auch die Leitungsführung, da die Verbindungsleitung die Zu­ laufleitung bildet, wodurch die Konstruktion weiter vereinfacht wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch im Achs­ schnitt durch eine Füllmaschine mit erfindungsgemäßem Füllorgan dargestellt.

Die Zeichnung zeigt im Achsschnitt eine Füllmaschine, die um ihre Rotati­ onsachse 1 umläuft. In der Achse liegt ein Vorratskessel 2. Um diesen herum, mit ihm umlaufend sind eine Vielzahl von Füllorganen 3 angeordnet, von denen eines in der Figur im Schnitt dargestellt ist.

Der Vorratskessel 2 enthält unter einem mit nicht dargestellten Einrichtungen geregelten Pegel 4 das abzufüllende Getränk. Mit einer weiteren Zentralleitung 5 und einer oberen Zentralleitung 6 ist der Vorratskessel 2 an äußere Getränk- und Gaszuführungen angeschlossen. Eine Zulaufleitung 7 liefert Getränk vom Boden des Vorratskessels 2 zum Füllorgan 3, das mit einer Gasleitung 8 an den Gasraum des Vorratskessels 2 angeschlossen ist. Entsprechende Leitungen 7' und 8' führen zu einem nicht dargestellten, um 180° dem dargestellten Füllorgan 3 gegenüber­ liegenden Füllorgan. Anschlußleitungen für weitere nicht dargestellte Füllorgane sind aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung weggelassen.

Das Füllorgan 3 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 9 auf, das in seinem unteren Teil einen Zylinder ausbildet, in dem ein Kolben 10 mit Ringdichtung 11 läuft. Unterhalb des Kolbens 10 bildet das Gehäuse 9 eine Dosierkammer 12 aus, die nach unten über ein Ablaufventil 13 an einen Auslauf 14 angeschlossen ist, durch den Getränk aus der Dosier­ kammer 12 in einen Getränkebehälter 15 ablaufen kann. Dieser ist im Ausfüh­ rungsbeispiel als Flasche dargestellt, die zum Füllvorgang mit ihrer Mündung gegen eine Ringdichtung 16 am Auslauf 14 abgedichtet gehalten ist. Diese Kon­ struktion ist also zum Abfüllen von Getränken unter Druck geeignet, beispiels­ weise zum Abfüllen karbonisierter Getränke, wie Bier.

Die Zulaufleitung 7 mündet in die Dosierkammer 12 über ein Zulaufventil 17, das vorteilhaft im unteren Bereich der Dosierkammer 12 mündet, um diese von unten befüllen zu können.

Oberhalb der Dosierkammer 12 ist ein Kopfraum 18 im Gehäuse 9 vorgesehen. Dieser ist nach oben und seitlich durch das Gehäuse 9 und nach unten durch ei­ nen Kopfraumboden 19 abgeschlossen, welcher fest im Gehäuse 9 montiert ist.

Im Kopfraum 18 steht über dem mit dem Vorratskessel 2 übereinstimmenden Pegel 4 in einem Gasraum Gas, das über die Gasleitung 8 mit dem Gasraum des Vorratskessels 2 in Verbindung steht. Das Getränk unter dem Pegel 4 ist über eine vorteilhaft tief über dem Kopfraumboden 19 mündende, außerhalb des Ge­ häuses 9 verlaufende Verbindungsleitung 20 an die Zulaufleitung 7 angeschlos­ sen. Beim Ansteigen des Getränkes in der Dosierkammer 12 gegen den Kolben 10 entstehende Druckstöße können daher in den Kopfraum 18 ausgeglichen wer­ den, ohne das Getränk im Dosierraum 12 zu beeinträchtigen.

Der Kolben 10 trägt ein als Kolbenstange ausgebildetes Entlüftungsrohr 21, das im Abstand durch ein offenes Standrohr 22 bis in den Gasraum im Kopfraum 18 ragt. Auch das Standrohr 22 ragt bis über den Pegel 4 in den Gasraum des Kopf­ raumes 18. Das obere Ende des Entlüftungsrohres 21 ist, wie dargestellt, seitlich über das obere Ende des Standrohres 22 abgebogen zur Seite gerichtet, damit überschießende Flüssigkeit nicht durch das offene Standrohr 22 in den Raum zwischen Kopfraumboden 19 und Kolben 10 gelangen kann, der stets flüssig­ keitsfrei gehalten wird.

Da dieser Raum stets flüssigkeitsfrei ist, kann die Ringdichtung 11 am Kolben 10, wie dargestellt, sehr weit unten am Kolben 10 angeordnet sein. Der dabei entstehende lange Ringspalt oberhalb der Ringdichtung 11 stört nicht, da in ihm kein Getränk steht. Es wird durch diese Anordnung der Ringspalt um den Kolben 10 unterhalb der Ringdichtung 11 sehr klein gehalten, so daß der dort bei Befül­ lung der Dosierkammer 12 entstehende Gasvorrat gering ist und die Füllgenauig­ keit nicht wesentlich stört.

Die erforderliche Rückgasleitung 23, die in üblicher Bauweise an den Auslauf 14 einerseits und an den Gasraum des Füllorganes 3 über ein Gasventil 24 anzu­ schließen ist, kann, wie dargestellt, an den Gasraum zwischen dem Kolben 10 und dem Kopfraumboden 19 angeschlossen sein oder, wie gestrichelt dargestellt, an den Kopfraum 18. Eine an den Auslauf 14 angeschlossene Entlastungsleitung 25 mit Entlastungsventil 26 dient in üblicher Weise zur Entspannung des Kopf­ raumes im Behälter 15 nach beendetem Füllvorgang.

Zur Einstellung des Volumens der Dosierkammer 12 kann der Kolben 10 höher­ verstellt werden. Dazu greift eine mit einer Schiebedichtung 27 durch die Ober­ wand des Gehäuses 9 gefüllte Stellstange 28 am oberen Ende des Entlüftungs­ rohres 21 an. Der Verstellweg des Kolbens 10 ist nach oben durch den Kopf­ raumboden 19 begrenzt.

Bei gefülltem Vorratskessel 2 kann nach Einstellung des gewünschten Füllvolu­ mens mit der Füllung begonnen werden. Dazu wird zunächst das Zulaufventil 17 geöffnet. Aus dem Vorratskessel 2 läuft durch die Zulaufleitung 7 Getränk in die Dosierkammer 12. Dort stehendes Gas entweicht nach oben durch das Entlüf­ tungsrohr 21 und das Getränk steigt in diesem bis zum Pegel 4 an. Nun ist das abzufüllende Volumen abgemessen.

Unter dem Füllorgan 3 ist bereits die Flasche 15 aufgestellt und gegen die Ring­ dichtung 16 dichtend angepreßt. Durch Öffnen des Gasventiles 24 ist der Behäl­ ter 15 mit Gas vorgespannt. Nun wird das Zulaufventil 17 geschlossen und das Ablaufventil 13 geöffnet. Diese Ventile können auch, wie aus dem eingangs zi­ tierten Stand der Technik bekannt, gleichzeitig betätigbar ausgebildet sein. Ge­ tränk läuft aus der Dosierkammer 12 in den Behälter 15, aus dem das entwei­ chende Gas über die Rückgasleitung 23 entweicht. Nach beendetem Füllvorgang werden die Ventile 13 und 24 geschlossen. Es kann zur Entlastung das Entla­ stungsventil 26 geöffnet werden und der Behälter 15 abgezogen werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel mündet die Zulaufleitung 7 etwa auf halber Höhe in die Verbindungsleitung 20. Der untere Teil der Leitung mit dem Zulauf­ ventil 17 werden also sowohl zum Zulauf als auch zum Ausgleich von Druckstö­ ßen verwendet. Die Einmündungsstelle der Zulaufleitung 7 in die Verbindungs­ leitung 20 kann auch weiter unten bis unmittelbar vor das Zulaufventil 17 gelegt werden. Dann verbessert sich die Ausgleichswirkung. Wird sie weiter nach oben gelegt bis an die Mündung in den Kopfraum 18, so ergibt sich ein direkterer An­ schluß des Kopfraumes an den Zulauf mit einer verbesserten Durchmischung des im Kopfraum stehenden Getränkes.

Die Zulaufleitung 7 und die Verbindungsleitung 20 können auch völlig getrennt an die Dosierkammer 12 mit getrennten Ventilen angeschlossen sein.

Das dargestellte Füllorgan 3 ist zur Abfüllung von Getränken unter Druck ausge­ bildet. In auf übliche Weise vereinfachter Konstruktion kann es auch zur drucklo­ sen Abfüllung stiller Getränke verwendet werden. Dabei lassen sich die Gasfüh­ rungsleitungen und -ventile vereinfachen.

In der bisher beschriebenen, in der Figur dargestellten Ausführungsform weist das Füllorgan 3 einen in sich abgeschlossenen Kopfraum 18 auf, der über die Zulaufleitung 7 und die Gasleitung 8 an dem als Zentralkessel ausgebildeten Vor­ ratskessel 2 angeschlossen ist.

In einer anderen Ausführungsform, die anhand der Figur erläutert wird, ist an­ stelle des zentralen Vorratskessels 2 ein Ringkessel vorgesehen.

In einer ersten Ausführungsvariante dieser Konstruktion ist der Kopfraum 18 als alle Füllorgane 3 ringförmig umlaufender Ringkessel ausgebildet. Der zentrale Vorratskessel 2 kann dann entfallen. Der Ringkessel kann über nur eine Gaslei­ tung 8 und nur eine Zulaufleitung 7 unmittelbar mit den Zentralleitungen 6 und 5 verbunden sein. An jedem Füllorgan 3 sorgt die Verbindungsleitung 20 zum Be­ füllen der Dosierkammer 12 aus dem als Ringkessel ausgebildeten Kopfraum 18. Druckstöße durch Wasserschlag treten hier nicht auf da das Getränk auf kurzem Wege vom Zentralkessel in die Dosierkammern abläuft.

In einer zweiten Variante hierzu kann ein Ringkessel gesondert vorgesehen sein, an den die Kopfräume 18 der einzelnen Füllorgane 3 angeschlossen sind. Die Füllorgane können beispielsweise radial außerhalb des Ringkessels angeordnet und mit ihren Kopfräumen über eine Gasleitung und eine Getränkeleitung an den Ringkessel geflanscht sein.

Wie die Figur zeigt, liegt der Boden des Vorratskessels 2 etwa auf Höhe des Kopfraumbodens 19, also höher als die oberste Stellung des Kolbens 10. Dadurch wird erreicht, daß zur Beendigung der Füllarbeiten, z. B. bei Schichtende oder bei Umstellung auf ein anderes Getränk der gesamte Getränkevorrat in der darge­ stellten Füllmaschine durch ordnungsgemäßes Abfüllen im Behälter entleert wer­ den kann, also ohne Verluste.

Soll beispielsweise auf ein anderes Getränk umgestellt werden, so wird die Ge­ tränkezufuhr durch die untere Zentralleitung 5 zum Vorratskessel 2 unterbrochen. Der Füllbetrieb geht weiter. Dabei wird der gesamte Getränkevorrat im Vorrats­ kessel 2 und in den Kopfräumen 18 aller Füllorgane leer gefahren.

Claims (5)

1. Füllorgan (3) zur volumetrischen Abfüllung von Getränken in Getränke­ behälter (15), mit einer Dosierkammer (12), deren Volumen über einen den oberen Abschluß bildenden höhenverstellbaren Kolben (10) einstell­ bar ist, aus der das Getränk über ein Ablaufventil (13) in den Behälter (15) abläuft und die über ein Zulaufventil (17) befüllbar ist, mit einem Kopf­ raum (18) über der Dosierkammer (12), in dem unter einem Gasraum Ge­ tränk steht, das über eine Verbindungsleitung (20) und ein Ventil (17) an die Dosierkammer (12) angeschlossen ist, und mit einem vom Kolben (10) bis in den Gasraum des Kopfraumes (18) ragenden offenen Entlüftungs­ rohr (21), dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (20) au­ ßerhalb der Dosierkammer (12) verlaufend angeordnet ist.

2. Füllorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein feststehen­ der Kopfraumboden (19) oberhalb der obersten Stellung des Kolbens (10) vorgesehen ist, der ein mit Abstand das Entlüftungsrohr (21) umgebendes, bis in den Gasraum ragendes offenes Standrohr (22) aufweist.

3. Füllorgan nach Anspruch 1, mit einem dieses versorgenden Vorratskessel, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Vorratskessels (2) oberhalb der obersten Stellung des Kolbens (10) angeordnet ist.

4. Füllorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulauflei­ tung (7) in die Verbindungsleitung (20) mündet.

5. Füllorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfraum (18) mit den Kopfräumen anderer Füllorgane (3) über einen Ringkessel verbunden ist, wobei die Dosierkammer (12) über die Verbindungsleitung (20) befüllt wird.