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Einrichtung zum luftfreien Füllen und Verschließen von Transportbehältern
für Bier, insbesondere von Bierflaschen.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum luftfreien Füllen und
Verschließen von Transportbehältern für Bier. Die Einrichtung ist insbesondere zum
luftfreien Füllen und Verschliessen von Bierflaschen geeignet, kann aber auch bei
Bierdosen, Großdosen, Fässern ect. verwendet werden.
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Bierflaschen werden heutzutage im allgemeinen automatisch al:-gefüllt
und mit Kronenkorken verschlossen.
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Es ist bekannt, daß die in der gefüllten Flasche zwischen der Oberfläche
des Bieres und dem Verschluß verbleibende Restluft den Geschmack des Bieres mit
der Zeit nachteilig beeinflußt und deshalb die Flaschen so abgefüllt und verschlossen
werden müssen, daß ein möglichst geringer Restluftanteil in der gefüllten Flasche
verbleibt Es ist weiterhin bekannt, den Anteil der Restluft in der gefüllten Flasche
dadurch niedrig zu halten, daß das im allgemeinen einen bestimmten Gehalt an gelöstem
Kohlendioxydgas
enthaltcri Bier in der Flasche kurz vor dem Verschließen
zum Aufschäumen gebracht wird. Durch die entstehende Schaumkuppe wird die Luft aus
dem oberen Teil des Flaschenhalses weitgehend verdrängt und durch Kohlendioxydgas
ersetzt. Weiterhin wird durch sie verhindert, daß während des Transportes der gefüllten
Flasche von der Füllstation zur VerschlieBvorrichtun) etwa durch auftretende Trägheitskräfte,
Bier aus der Flasche herausgeschleudert wird und dafür zusätzliche Luft in die Flasche
eindringt.
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Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, mit denen das Aufschäumen des
Bieres in der Flasche ausgelöst werden soll. So ist es beispielsweise bekannt, jeder
Flasche beim Übergang von der Füllstation zur Verschließvorrichtung einen mechanischen
Schlag zu versetzen. Weiterhin ist es bekannt, die gefüllte Flasche vor dem Verschließen
durch ein Ultraschallfeld laufenzulassen. Schließlich sind auch Vorrichtungen bekannt,
bei denen die gefüllte Flasche von der Füllstation über eine als Karussell ausgebildete
Transportvorrichtung der Verschließvorrichtung zugeführt wird, wobei während des
Transportes auf dem Karussell von oben kurzzeitig ein scharfer Wasserstrahl in die
Flasche hineingespritzt wird, der das Bier in der Flasche zum Aufschäumen bringen
soll.
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Es hat sich nun gezeigt, daß bei den immer höher werdenden Abfüllgeschwindigkeiten
es nicht mehr möglich ist, mit den bekannten Vorrichtungen die Bierflaschen in wünschenswerter
Weise luftfrei zu füllen und zu verschliefn, weil die genannten Vorrichtungen nur
noch in immer kürzer werdenden Zeit-l abschnitten wirksam werden können, so daß
die Einwirkungszeit nicht mehr genügt, ein ausreichendes und zugleich wohldosiertes
Aufschäumen des Bieres in der Flasche zu erreichen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, eine Einrichtung
der eingangs genannten Art zum luftfreien Füllen und Verschließen, insbesondere
von Bierflaschen, zu schaffen, mit einer Füllstation, die über eine als Karussell
ausgebildete
Transportvorrichtung mit einer Verschließvorrichtung verbunden ist und bei der das
Bier in der Flasche beim Transport von der Füllstation zur Verschließvorrichtung
zum Aufschäumen gebracht wird, ohne daß an dieser Stelle eine diesen Vorgang auslösende
Vorrichtung angeordnet sein muß.
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Der entstehende Schaum sollte sehr feinporig sein, damit er genügend
Stabilität besitzt, und das Auf schäumen sollte so dosierbar sein, daß nicht mehr
und nicht weniger Schaum entsteht als zum luftfreien Verschließen der Flasche erforderlich
ist.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es für das Aufschäumen
des Bieres wesentlich ist, wie fest das dem Bier zugesetzte Kohlendioxydgas in der
Flüssigkeit gebunden ist. Dies wiederum ist u.a davon abhängig, an welcher Stelle
und nach welchem Verfahren das Kohlendioxydgas dem Bier zugeführt wird.
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Im allgemeinen wird das Bier von den Lagertanks über Filtereinrichtungen
und Drucktanks der Füllstation zugeleitet. Die Zuführung des Kohlendioxydgases erfolgt
meist an einer sehr frühen Stelle dieses Zuleitungsweges, und zwar zwischen Lagertank
und Filtereinrichtung. Dabei wurde das Kohlendioxydgas bisher meist über Filterkerzen
zugeführt, und die verhältnismäßig lange Strecke bis zur Füllstation, sowie der
Aufenthalt des Bieres in den Drucktanks dient;dazu, eine möglichst feste Bindung
des Gases in der Flüssigkeit zu erreichen.
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Es ist auch grundsätzlich bekannt, Wasser mit Kohlendioxydgas zu sättigen,
unter Verwendung eines Strahlapparates, bestehend aus einer Spritzdüse für das Wasser,
einer mit der Gaszufuhr verbundenen Unterdruckkammer, einer Fangdüse, einem zylindrischen
Mischrohr und einem an diese angeschlossenen Diffusor.
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Ein solcher, zum Sättigen von Wasser mit gasförmigem Kohlendioxyd,
geeigneter Strahl apparat wird beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
1 517 502 beschrieben. Der bekannte Strahl apparat kann z.B. bei der Herstellung
von Limonaden verwendet werden.
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Derartige Strahl apparate sind auch schon anstelle der Filterkerzen
zur Behandlung von Bier mit Kohlendioxydgas verwendet worden. Es mußte jedoch auch
hier darauf geachtet werden, daß diese Behandlung an einer möglichst frühen Stelle
des Leitungsweges erfolgte, weil sonst ein Abfüllen des Bieres überhaupt unmöglich
war.
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Der erfinderische Grundgedanke bestand nun darin, das Bier vor dem
Abfüllen durch einen Strahl apparat zu schicken, der in seinen Abmessungen so ausgebildet
und an einer solchen Stelle im Zuführungsweg des Bieres zwischen dem Lagertank und
der Füllstation angeordnet ist, daß die obengenannte Aufgabe gelöst wird.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß in der
Bierzuführungsleitung unmittelbar vor der Füllstation ein Strahl apparat angeordnet
ist, dessen Spritzdüse an die Bierzuführungsleitung angeschlossen ist und bei dem
sich die freien Querschnitsflächen des Spritzdüsenaustrittes, des Fangdüseneintrittes
in der Ebene des Spritzdüsenaustrittes sowie des Mischrohres verhalten wie 1:(0,2
bis 0,45) (1,3 bis 2,6) und die Länge des zylindrischen Mischrohres dem (24,5 bis
30)-fachen Durchmesser des Mischrohres entspricht.
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Die Angabe unmittelbar bedeutet dabei im Sinne der Erfindung, daß
zwischen dem Strahl apparat und der Füllstation wohl eine unter Umständen verhältnismäßig
große Leitungslänge vorhanden sein darf, nicht aber irgendeine die Beschaffenheit
des Bieres hinsichtlich seines Kohlendioxydgas-Geh1/ates beeinflußende Vorrichtung,
wie eine Filtereinrichtung, ein Drucktank usw.
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Wie weiter unten ausgeführt wird, können jedoch zwischen Strahl apparat
und Füllstation Meßgeräte zur Bestimmung von Druck, Temperatur und Kohlendioxydgas-Gehalt,
woei ein Regelventil angeordnet sein.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung wird erhalten, wenn sich die freien Querschnittsflächen des Spritzdüsenaustrittes,
des Fangdüseneintrittes in der Ebene des Spritzdüsenaustrittes, sowie des Mischrohres
verhalten wie 1:0,3 : 1,65, und die Länge des Mischrohres dem 26,8-fachen Durchmesser
des Mischrohres entspricht und die wirksamen Drucke am Strahl apparat so gewählt
sind, daß das Bier mit einer Geschwindigkeit von ca. 18 m/s aus der Spritzdüse austritt.
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Es hat sich herausgestellt, daß durch die erfindungsgemäße Einrichtung
das Kohlendioxydgas dem Bier in solcher Weise zugeführt wird, daß das Bier die Füllstation
in einem Zustand erreicht, in dem das Kohlendioxydgas völlig gebunden ist, was bedeutet,
daß das Bier "klar" ist. Beim Transport der gefüllten Flasche von der Füllstation
zur Verschließvorrichtung tritt auf dem Karussell ohne Verwendung zusätzlicher Vorrichtungen
das erwünschte Aufschäumen ein.
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Überraschenderweise hat sich dabei ergeben, daß der Unterdruckkammer
des Strahl apparates gar nicht notwendig Kohlendioxydgas zugeführt werden muß, wenn
das Bier schon einen genügend hohen Gehalt an gelöstem Kohlendioxydgas, etwa 5 g/l,
enthält.
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Es genügt dann allein die Behandlung des Kohlendioxydgas enthaltenWden
Bieres in der oben angegebenen Weise, um den erwünschten Effekt zu erreichen, der
ohne diese Behandlung nicht auftstt. I In vielen Fällen, vor allem wenn das Bier
nur relativ geringe Mengen an Kohlendioxydgas enthält, hat es sich jedoch als vorteilhaft
erwiesen, wenn die Unterdruckkammer des Strahlapparates an eine Kohlendioxydgas-Quelle
anschließbar ist.
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Dabei wird dem Bier aber in der erfindungsgemäßen Einrichtung
keineswegs
der gesamte Gehalt an Kohlendioxydgas zugeführt, sondern lediglich eine zusätzliche
Menge von 0 bis 3 g/l.
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Zu diesem Zweck kann zwischen der Unterdruckkammer des Strahlapparates
und der Kohlendioxydgas-Quelle ein Regelventil angeordnet sein, das als Stellglied
eines Regelkreises wirkt, der einen vorgegebenen einstellbaren Sollwert für den
Gehalt des Bieres an Kohlendioxydgas hinter dem Strahl apparat konstant hält. Dabei
kann der Sollwert von Hand eingestellt werden, indem beobachtet wird, wann gerade
der zum luftfreien Abfüllen und Verschließen notwendige Grad des Aufschäumens in
der Flasche erreicht wird.
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Der Sollwert kann aber auch in Abhängigkeit von der Temperatur des
Bieres und/oder der Abfülleistung automatisch eingestellt werden.
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Es hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, wenn zwischen dem Strahlapparat
und der Füllstation ein Regelventil in der Bierzuführungsleitung angeordnet ist,
das in Abhängigkeit von dem am Eingang der Füllstation in der Bierzuführungsleitung
herrschenden Druck ansteuerbar ist. Auf diese Weise wird die der Füllstation zugeführte
Biermenge automatisch dem Bedarf an der Füllstation angepaßt, wobei der oben erwähnte
Regelkreis für den Gehalt an Kohlendioxydgas dafür sorgt, daß auch bei Änderung
der Zufuhrmenge jeweils der richtige Gehalt an Kohlendioxydgas eingestellt ist.
Bei einer völligen Unterbrechung der Bierzufuhr wird durch diesen Regelkreis auch
die Zufuhr an Kohlendioxydgas zum Strahlapparat ganz abgeschaltet.
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Im folgenden wird anhand der beigefügten Figuren ein Ausführungsbei
spiel für den Gegenstand der Erfindung näher erläutert.
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Figur 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung den Weg des Bieres
vom Lagertank bis zur Füllstation und deSPlaschen vom Eintritt in die Füllstation
bis zum Austritt aus der Verschließvorrichtung.
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Figur 2 zeigt die in den Bierzuführungsweg gemäß Figur 1 eingeschaltete
erfindungsgemäße Einrichtung in einem Prinzipschaltbild.
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Figur 3 zeigt im vertikalen Teilschnitt einen Strahl apparat zur Verwendung
bei der Einrichtung gemäß Figur 2.
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Wie aus Figur 1 zu ersehen, gelangt das Bier aus einem oder mehreren
Lagertanks 1 zunächst in eine Vorrichtung 2, in der ihm Kohlendioxydgas zugeführt
wird. Die Vorrichtung 2 kann eine Filterkerze, oder auch ein Strahl apparat sein.
Von der Vorrichtung 2 gelangt das Bier über eine Filtereinrichtung 3 zunächst in
einen Druktank 4, in dem es unter einer Kohlendioxydgas-Åtmosphäre gehalten wird.
Vom Drucktank 4 gelangt es schließlich zum Biereintritt 5a einer Einrichtung 5,
die u.a. einen Strahlapparat enthält und weiter unten anhand von Figur 2 näher erläutert
wird. Aus der Einrichtung 5 gelangt das Bier über den Bieraustritt 5b in die Füllstation
6. Der Füllstation 6 werden auf dem mit einer Doppel linie angedeuteten Flaschenpfad
7 die Flaschen zugeführt, die im gefüllten Zustand durch das Karussell 8 zur Verschließvorrichtung
9 transportiert werden, wo sie verschlossen und abgenommen werden.
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In der Einrichtung 5 wird nun das Bier so behandelt, daß nach dem
Abfüllen der Flaschen beim Transport der Flaschen von der Füllstation 6 zur Verschließvorrichtung
9 etwa auf dem mit Querstrichen versehenen Teil 7a des Flaschenpfades 7 im Bereich
des Karussells 8 ein Aufschäumen des Bieres auftritt, wobei durch den im Flaschenhals
entstehenden Schaumpfropfen, der als Schaumkuppe über den Flaschenhals hinausragt,
die Luft
aus dem Flaschenhalgs verdrängt wird und der Austritt von
Bier aus der Flasche beim Transport auf dem Karussell 8 verhindert wird.
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Wie in Figur 1 angedeutet, befindet sich die Einrichtung 5 unmittelbar
vor der Füllstation 6, d.h. in jedem Falle nach der Filtereinrichtung 3 und dem
Drucktank 4. Dies bedeutet jedoch nicht, daß nicht zwischen der Einrichtung 5 und
der Füllstation 6 eine verhältnismäßig große Leitungslänge auftreten kann. So kann
beispielsweise die Einrichtung 5 nich zusammen mit den Einrichtungen 1 bis 4, etwa
im Kellergeschoß einer Brauerei befinden, während die Füllstation 6 und die Verschließvorrichtung
9 im Erdgeschoß angeordnet sind.
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Die Einrichtung 5 wird im folgenden anhand von Figur 2 näher erläutert.
Sie weist einen Strahlapparat 10 auf, dessen Abmessungen, die für den erstrebten
Zweck von besonderer Bedeutung sind, anhand von Figur 3 zunächst näher erläutert
werden.
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In Figur 3 ist der Strahl apparat 10 nicht ganz maßstabsgerecht und
stark schematisiert zur Klarlegung der Querschnittsabmessungen dargestellt.
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Der Strahlapparat 10 weist eine Spritzdüse 11 auf, in der eine Düsennadel
12 angeordnet ist. DgerSpritzdüse 11 wird das Bier so zugeführt, daß es durch den
Austrittsquerschnitt f, mit einer Geschwindigkeit von V1 = 15 - 20 m/s, vorzugsweise
18 m/s herausgespritzt wird. Die Spritzdüse 11 ist umgeben von der Unterdruckkammer
13, der Kohlendioxydgas zugeführt werden kann. Gegenüber der Spritzdüse 11 ist die
Fangdüse 14 angeordnet, an die sich das Mischrohr 15 anschließt. Das Mischt rohr
15 setzt sich fort in dem Diffusor 16, der einen Öffnungst winkel von ca. 80 aufweist.
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Der Eintrittsquerschnitt der Fangdüse i4 in der Ebene E des Austrittsquerschnittes
f1 der Spritzdüse 11 ist mit f2 bezeichnet und wird in der Ebene E gemessen. Die
Länge L des Mischrohres 15 wird vom Ende E1 der Fangdüse 14 an gemessen und beträgt
das 24,5 bis 30-fache, vorzugsweise das 26,8-fache, des Durchmessers dM des Mischrohres
15. Der Querschnitt des Mischrohres 15 ist mit zum bezeichnet. Die Querschnittsver-M
f f f b 1 2 M betragen 1:(0,2 bis 0 45) (1 3 bis 2,6) vorzugsweise 1:0,3:1,65.
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Wird während des Ausströmens von Bier aus der Spritzdüse 11 die Zufuhr
für das Kohlendioxyd zur Unterdruckkammer 13 geöffnet, so tritt eine bestimmte Gasmenge
durch den Querschnitt f2 in die Fangdüse ein. Im Mischrohr werden Bier und Kohlendioxydgas
dann innig miteinander vermengt und fest aneinander gebunden.
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Der Strahl apparat 10 ist in der aus Figur 2 ersichtlichen Weise in
die Bierzuführungsleitung eingeschaltet und es sind an ihm einige Zusatzvorrichtungen
angeschlossen, deren Funktion nachstehend näher erläutert wird.
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Das vom Drucktank 4 kommende Bier gelangt durch den Biereintritt 5a
in die Einrichtung 5 und wird durch eine Bierpumpe 17 über ein Durchflußmeßgerät
37 der-Spritzdüse 11 des Strahlapparates 10 zugeführt. Das Kohlendioxydgas gelangt
über ein Magnetventil 18, einen Durchflußmesser 19 und ein Regelventil 20 zur Unterdruckkammer
13 des Strahl apparates 10.
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Im Strahl apparat 10 erfolgt in der oben beschriebenen Weise die innige
Vermischung von Bier und Kohlendioxydgas. Vom Ausgang des Strahl apparates 10 gelangt
das Bier über eine Leitung 21 zum Bieraustritt 5b der Einrichtung 5. Nach dem Aus
gang des Strahl apparates 10 ist an die Leitung 21 ein Temperaturfühler 22 mit einem
Temperaturtransmitter 23 angeschlo sse.
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Ein Teil des in der Leitung 21 strömenden Bieres wird mit Hilfe einer
Beipaß-Pumpe 25 durch eine Beipaß-Leitung 24 geführt, in der ein Meßgerät 26 zur
Bestimmung des Gehaltes
an Kohlendioxydgas angeordnet ist.
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Die Signale des Meßgerätes 26 und des Temperaturtransmitters 23 gelangen
zu einem pneumatischen Rechenrelais 29 und werden von hier aus einem Regler 27 und
einem Schreiber 28 zugeführt.
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Der Regler 27 ist mit dem Regelventil 20 verbunden und steuert die
Zufuhr des Kohlendioxydgases zum Strilapparat 10. Je nach dem gewünschten Grad des
Aufschäumens des Bieres in der Flasche während des Transportes auf dem Karussell
8 kann der Sollwert für den Gehalt an Kohlendiaydgas von Hand über eine von der
Füllstation 6 zum Regler 27 führende Steuerleitung 36 eingestellt werden. Der Gehit
des Bieres an Kohlendioxydgas wird gleichzeitig vom Schreiber 28 aufgezeichnet.
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Es ist aber auch möglich, die Einstellung des Sollwertes automatisch
in Abhängigkeit von der mit den Vorrichtungen 22 und 23 bestimmten Temperatur des
Bieres vorzunehmen. Weiterhin ist es möglich, den Sollwert automatisch in Abhängigkeit
von der Leistung der Füllstation 6 einzustellen, um so ein leistungsunabhängiges
gleichmäßiges Aufschäumen des Bieres zu erreichen. Bei einer Änderung der Biertemperatur
und/oder der Leistung der Füllstation, die eine Korrektur des Sollwertes erforderlich
macht, erfolgt dann eine automatische Veränderung des Sollwertes am Regler und eine
entsprechende Nachsteuerung der Zufuhr an Kohlendioxydgas über das Regelventil 20.
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In die Bierleitung 21 ist weiterhin vor dem Bieraustritt 5b ein Regelventil
30, das von einem Regler 31 angesteuertg wird, eingeschaltet. Die Ansteuerung des
Regelventils 30 durch den Regler 31 erfolgt in Abhängigkeit von dem hinter dem Regelventil
30 herrschenden Ausgangsdruck PA, der an der Stelle 32 gemessen wird. Durch die
Vorrichtungen 30 bis 32 wird die Durchflußleistung der Einrichtung 5 in Abhängigkeit
der Flaschenabfülleistung gesteuert. Bei einer Unterbrechung der Füllung wird das
Regelventil 30 ganz gesperrt und auch die Zufuhr von Kohlendioxydgas durch das Magnetventil
18 abgeschaltet
Die Regelung der Druckverhältnisse am Strahlapparat
10 erfolgt über einen Regelkreis 33, der in Abhängigkeit vom Eingangsdruck PE arbeitet,
der an der Stelle 34 vor der Bierpumpe 17 gemessen wird.
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Für die Reinigung der ganzen Einrichtung ist noch eine zusätzliche
Spülleitung 35 vorgesehen. Die Spülleitung 35 verbindet die Biereingangsleitung
5a mit der Leitung für das Kohlendioxydgas, so daß die ganze Einrichtung wie ein
gewöhnlicher Bierleitungsweg gereinigt, desinfiziert oder sterilisiert werden kann,
indem lediglich dem Eingang 5a eines der in Brauereien und Getränke abfüllenden
Betrieben üblichen Reinigungs- oder Desinfektionsmittel zugeführt wird.
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Patentansprüche