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Füllorgan zum Abfüllen CO2-haltiger Getränke mit Drall.
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Die Erfindung betrifft ein Füllorgan mit einer Kammer und einer in
deren Boden vorgesehenen kreisförmigen Füllöffnung zum Abfüllen C02-haltiger Getränke
mit Drall in einen unter der Füllöffnung anzuordnenden Behälter.
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Solche Füllorgane vermitteln der in den Behälter einströmenden Flüssigkeit
einen Drall, so daß sie unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft in einer Spiralbewegung
an der Behälterwand anliegend abwärts strömt. Dieser Strömungsverlauf hat sich sowohl
beim Herabströmen in die Flasche als auch innerhalb des bereits in der Flasche stehenden
Flüssigkeitsvolumens als äußerst vorteilhaft erwiesen. Es wird mit dieser Strömungsführung
ein ruhiges Abfüllen in insgesamt kurzer Füllzeit
erreicht. Außerdem
wird der bei anderen Füllorganen am Rückluftrohr notwendige, empfindliche Abweisschirm
entbehrlich.
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Ein Füllorgan der eingangs genannten Art ist aus der DT-GM 72 38 305
bekannt. Bei dieser Konstruktion ist die Kammer in üblicher Weise von kreisförmigem
Querschnitt.
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Die Zuflußöffnung besitzt die Form eines tangential in die Kammer
einmündenden Kanales, der der in der Kammer befind lichen Flüssigkeit eine tangentiale
Geschwindigkeltskomponente vermittelt. Allerdings zeigt diese Konstruktion nur unbefriedigende
Ergebnisse, da sie in der Ausflußöffnung keine zur Achse rotationssymmetrische Strömung
erzeugen kann.
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Andere bekannte Konstruktionen verwenden Drall erzeugende, turbinenschaufelartig
ausgebildete Leitbleche, die im Inneren der Kammer oder am Füllrohr unterhalb der
Füllöffnung vorgesehen sind. Diese Konstruktionen haben vor allem den Nachteil,
daß sie eine große Anzahl Wirbel bildender Kanten aufweisen, von denen die Flüssigkeit
stark beunruhigt wird. Es ergeben sich dadurch verlängerte Füllzeiten. Diese Konstruktionen
sind außerdem aufwendig, teuer und auf Grund ihres komplizierten Aufbaus schlecht
zu reinigen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Füllorgan
der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei einfachem Aufbau ruhig und schnell
füllen soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die im wesentlichen
auf dem Umfang der Füllöffnung beginnende Seitenwand der Kammer über im wesentlichen
3600 spiralförmig zur Achse der Füllöffnung ausgebildet ist, wobei die Zuflußöffnung
der Kammer am äußeren offenen Ende der Spirale angeordnet ist.
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Der mit spiralförmig umlaufender Begrenzungswand ausgebildete Raum
ermöglicht ohne zusätzliche Führungsmittel eine ideale, wirbelförmige Führung der
Flüssigkeit, wobei der als Produkt aus Umfangsgeschwindigkeit und Radius definierte
Drall über die gesamte Kammer konstant ist. Dadurch wird eine streng rotationssymmetrische
Ausströmung erreicht. Durch das Fehlen störender Querschnittsverengungen und Leitorgane
verläuft die Strömung völlig ungestört. Das Füllorgan ist sehr einfach in seinem
Aufbau und läßt sich daher kostengünstig herstellen und auf Grund seiner glattflächigen
Konstruktion, die ohne Einsatzteile auskommt, bequem und gründlich reinigen.
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Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Füllorgan dadurch gekennzeichnet,
daß Boden und Decke der Kammer eben und parallel zueinander ausgebildet sind. Boden
und Decke der Kammer lassen sich auf diese Weise kostengünstig herstellen. Bei dieser
Ausführung verläuft vorteilhaft die Wand in der Form einer logarithmischen Spirale,
da dieser Spiraltyp bei parallelen Begrenzungsflächen der Kammer an jeder Stelle
des Spirallaufes der Strömung den idealen Wert des Querschnittes ergibt.
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Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Füllorgan dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammer in ihrer durchströmbaren Höhe verstellbar ist. Die Verstellung der
durchströmbaren Höhe ergibt eine Veränderung des Dralles, so daß das Füllorgan unterschiedlichen
Behältern optimal angepaßt werden kann, die zur idealen Füllung einen unterschiedlichen
Drall benötigen.
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Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Füllorgan dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammer wenigstens eine im wesentlichen parallel zu Boden und Decke angeordnete
Trennwand aufweist, die eine zur Füllöffnung im wesentlichen fluchtende Durchbrechung
aufweist, wobei die Etagen dieser
Kammer zur Zuflußöffnung hin einzeln
absperrbar sind.
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Die Kammer ist auf diese Weise in mehrere Etagen unterteilt, die parallel
und in bezug auf die Drallausbildung gleichartig durchströmt werden. Beim Absperren
einzelner Etagen ändert sich der Strömungsverlauf in den nicht abgesperrten Etagen
im wesentlichen nicht. Es wird nur der Drall der ausfließenden Flüssigkeit entsprechend
der Anzahl der abgesperrten Etagen verandert.
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Schließlich ist das erfindungsgemäße Füllorgan vorteilhaft dadurch
gekennzeichnet, daß in der in Boden oder Decke der Kammer angeordneten Zuflußöffnung
ein in Zuflußrichtung durchströmbarer Rohrkörper höhenverstellbar angeordnet ist,
der mit seiner Außenwand sperrend in der Zuflußöffnung und einer weiteren Durchbrechung
der Trennwand gleitet. Durch Verstellen des Rohrkörpers lassen sich auf wirkungsvolle
Weise die einzelnen Etagen der Kammer absperren, und es wird dennoch ein Zufluß
von oben oder von unten ermöglicht.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes
Füllorgan nach Linie 1-1 in Fig. 2 und
Fig. 2 einen horizontalen
Schnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1.
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Die Kammer ist seitlich durch eine aus einem Block 1 herausgearbeitete
Seitenwand 2 begrenzt. Oben und unten ist sie von einer Deckenwand 3 und einer Bodenwand
4, die durch geeignete, nicht dargestellte Mittel mit dem Block 1 verbunden sind,
verschlossen. In der Deckenwand 3 befindet sich eine Zuflußöffnung 5 und in der
Bodenwand 4 eine zur Zuflußöffnung versetzte Füllöffnung 6. Die Kammer ist mit ihrer
Deckenwand 3 im Bereich ihrer Zuflußöffnung 5 unter einem nicht dargestellten, mit
der Deckenwand verbundenen Zuflußrohr oder direkt unter der Ausflußöffnung eines
Kessels angeordnet und mit ihrer Füllöffnung 6 oberhalb eines Füllplatzes ausgerichtet,
auf dem eine zu füllende Flasche 7 in dichtenden Kontakt mit dem unteren Rand der
Füllöffnung 6 gebracht werden kann.
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Die Seitenwand 2 verläuft in vertikaler Richtung im wesentlichen senkrecht
und in horizontaler Richtung spiralförmig über 3600. Die Spirale beginnt und endet
also auf der in Fig. 2 strichpunktiert dargestellten Linie. Die Spirale beginnt
innen etwa auf dem Umfang der Füllöffnung und mündet außen auf der strichpunktierten
Linie in einen Vorraum 8,
aus dem der Zufluß in den eigentlichen
Spiralraum erfolgt und über dem im dargestellten Ausführungsbeispiel die Zuflußöffnung
5 angeordnet ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Deckenwand 3 und die
Bodenwand 4 eben und parallel zueinander ausgebildet. Bei dieser Kammerform ist
die Seitenwand 2 vorteilhaft in Form einer logarithmischen Spirale ausgeführt.
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Bei paralleler Begrenzung ergibt die logarithmische Spirale für jeden
beliebigen Querschnitt der Spirale den zu der dort herrschenden Strömungsgeschwindigkeit
passenden Wert.
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Die Kammer ist durch zu Boden und Decke parallele Trennwände 9 in
einzelne Etagen unterteilt. Die Trennwände 9 sind mit zur Füllöffnung 6 fluchtenden
Öffnungen 10 und mit zur Zuflußöffnung 5 fluchtenden Öffnungen 11 versehen.
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Die Zuflußöffnung 5 und die dazu fluchtenden Öffnungen 11 in den Trennwänden
9 können prinzipiell von beliebigem Querschnitt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind diese Öffnungen der Einfachheit halber kreisförmig gestaltet.
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In diesen zueinander fluchtenden Öffnungen ist ein Rohrschieber
12
gelagert, der mit seiner Außenwand die Öffnungen 5 und 11 verschließt und der durch
eine über Verstrebungen im Rohr befestigte Stange 13 betätigt werden kann, die achsparallel
zum Rohr verlaufenlin einer Gleitführung in der Bodenwand 4 gelagert ist. In seiner
obersten Stellung ragt der Rohrschieber 12 über die Deckenwand 3 hinaus in die an
die Zuflußöffnung 5 angeschlossene, in den Figuren nicht dargestellte Zuflußleitung
bzw. in den dort angeschlossenen Vorratsbehälter hinein.
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Steht der Rohrschieber 12 in seiner obersten Stellung, in der seine
Unterkante mit der Kammerdecke abschließt, so kann die zu füllende Flüssigkeit durch
den Rohrschieber in sämtliche Etagen der Kammer einströmen. In der in Fig. 1 dargestellten
Stellung ist der Rohrschieber 12 derart nach unten verstellt, daß er die oberste
Etage absperrt und eine Durchströmung nur der darunterliegenden Etagen zuläßt. Wird
der Rohrschieber in seine unterste Stellung gebracht, in der er auf der Bodenwand
4 aufliegt, so ist die ganze Kammer zum Zufluß hin abgesperrt.
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Durch die Sperrung einzelner Etagen wird der durchströmte Querschnitt
und damit der sich in der Füllöffnung 6 ergebende
Drall der ausströmenden
Flüssigkeit stufenweise verändert.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kammer durch zwei Trennwände
9 in drei Etagen unterteilt. Die Unterteilung kann auch in nur zwei Etagen oder
in mehr als drei Etagen vorgenommen werden.
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Das in den Figuren dargestellte Füllorgan ist mit einem Flüssigkeitsabsperrventil
versehen, dessen Ventilkopf 14 vom Kammerinneren her die Füllöffnung 6 absperren
kann.
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Der Ventilschaft 15 ist in der Deckenwand 3 geführt und ragt durch
diese hinaus. Die zur Füllöffnung 6 fluchtenden Öffnungen 10 in den Trennwänden
9 sind im Durchmesser größer als die Füllöffnung 6, um den Ventilkopf 14 und die
um diesen herum abwärtsströmende Flüssigkeit hindurchzulassen. Aus demselben Grund
beginnt die Seitenwand 2 am inneren Punkt der Spirale vorzugsweise auf dem Umfang
dieser Öffnungen 10.
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Eine merkliche Störung des Strömungsverlaufes in der Kammer ergibt
sich daraus jedoch nicht.
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Es sind weitere Ausführungsformen der Kammer möglich, die sich außer
durch die Anzahl der Etagen von dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die
Anordnung der Zuflußöffnungen unterscheiden können. Die Zuflußöffnung kann bei etagenweiser
Drallregelung
unten vorgesehen sein, wobei ebenfalls ein Rohrschieber verwendet werden kann. Die
Zuflußöffnung kann auch in der Seitenwand gebildet und gegenüber den einzelnen Etagen
von einem Flachschieber absperrbar sein. Ein Flachschieber zeichnet sich durch größere
Einfachheit gegenüber dem in den Figuren dargestellten Rohrschieber aus. Er ist
diesem gegenüber jedoch mit größeren Dichtungsproblemen behaftet.
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Das erfindungsgemäße Spiralkammerfüllorgan ergibt bei konstantem Differenzdruck
der hindurchströmenden Flüssigkeit bei größer werdendem durchströmbaren Querschnitt
einen kleineren Drall und,da bei kleinerem Drall sich die Durchströmbarkeit verbessert,
eine größere Durchflußleistung.
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Drall und Durchfluß werden also bei einer Querschnittsveränderung
gegensinnig verändert, was gut zu den Anforderungen paßt, die an ein solches Füllorgan
gestellt werden.
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Kleinere Flaschen benötigen auf Grund ihres geringeren Volumens eine
geringere Füllgeschwindigkeit, aber aus Gründen des ruhigen Füllens einen größeren
Drall.