DE3141465A1 - Vorrichtung zur erzeugung von ueberdruck in behaeltern - Google Patents

Vorrichtung zur erzeugung von ueberdruck in behaeltern

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DE3141465A1
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Eric Lyngbye 23235 Richmond Va. Jensen
Harry Wallace Lee jun.
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Reynolds Metals Co
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Description

Vorrichtung zur Erzeugung von überdruck in Behältern.
Zahlreiche Produkte, wie alkoholfreie Getränke und Bier, werden in Behältern unter Druck verpackt. Der Druck, unter welchem diese Produkte verpackt werden, wird durch die Anreicherung mit Kohlensäure innerhalb des Produkts erhalten, d.h. der abgedichtete Behälter wird infolge der Art des Produkts innerhalb des Behälters unter Druck gesetzt.
Manche Behälter, vor allem zweiteilige Aluminium- und Stahldosen, sind mit der geringstmöglichen Seitenwanddicke ausgebildet zur Herabsetzung der Menge des Metalls, das zur Bildung des Behälters erforderlich ist, und damit · die Kosten des Behälters herabzusetzen. Diese Behälter sowie auch solche andere Behälter, wie KunststofMaschen u. dgl., verlassen sich weitgehend auf den Innendruck des Produkts innerhalb des Behälters, um die Berstfestigkeit und die Gesamtwandstärke des Behälters zu erhöhen.
Unabhängig davon, ob die mit Kohlensäure angereicherten Produkte in eine Dose, Flasche oder in einen anderen Behälter verpackt werden, wird Luft aus dem Kopfraum oberhalb des Produkts im Behälter vor dem Abdichten des Verschlusses auf dem Behälter durch das vom Produkt freigesetzte Kohlendioxid entfernt. Das Entfernen dieser Luft aus dem Kopfraum oberhalb des Produktes im Behälter ist wünschenswert, da es dazu beiträgt, das Verderben des Produktes durch die Luft zu verhindern.
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Neuerdings ist es zunehmens Üblich geworden/ nicht mit Kohlensäure angereicherte Produkte, wie Obstsäfte u. dgl. in die gleichen Behälter zu verpacken, die früher nur für mit Kohlensäure angereicherte Produkte verwendet wurden, Da diese Produkte jedoch still sind, d.h. sie entwickeln keinen Innendruck durch Anreicherung mit Kohlensäure nach dem Abdichten des Behälters, kann man sich nicht darauf verlassen, daß diese Produkte die bauliche Festigkeit eines gefüllten Metallbehälters, einer Kunststoffflasche oder anderer ähnlicher Behälter unterstützen, noch kann man sich darauf verlassen, daß diese Produkte Luft aus dem Kopfraum oberhalb des Produkts vor dem Abdichten des Behälters durch ein Abschlußelement entfernen.
Es ist bekannt, gasförmigen Stickstoff mit solchen stillen Produkten vor deren Verpackung physikalisch zu vermischen, um Stickstoffgas sowohl zur Unterdrucksetzung des Behälters als auch zur Luftentfernung aus dem Kopfraum oberhalb des Behälters unmittelbar vor dem Abdichten zu entfernen. Stickstoffgas vermischt sich jedoch nicht leicht mit diesen Produkten, so daß es sich bei diesem Verfahren um ein ziemlich zeitraubendes und kostspieliges Verfahren handelt.
Aus der Britischen Patentschrift 1 455 652 ist ferner bekannt, daß Behälterkörper, die mit stillen Produkten gefüllt sind, dadurch unter Druck gesetzt werden können, daß Tropfen von flüssigem Stickstoff oder eines verflüssigten Edelgases in den gefüllten Behälter gebracht werden und dieser dann sofort abgedichtet wird. Nach dem Abdichten würde das verdampfende verflüssigte Gas, nun in seiner Gasform, den Behälterkörper unter Druck setzen. Leider beschreibt die erwähnte britische Patentschrift keine vollständige Vorrichtung, mit der dieses Ergebnis erzielt werden kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, zum Einspritzen von flüssigem Stickstoff oder eines anderen verflüssigten Gases, wie Edelgase, einschließlich Argon u. dgl., in Behälter, bei der die Mängel der früheren Maßnahmen vermieden sind. Die erfindungsgeraäße Einspritzvorrichtung besitzt eine Flüssigkeitshaitekammer, eine Einrichtung, die es ermöglicht, gewählte Mengen verflüssigten Gases in Behälter einzuspritzen, wenn diese sich an der Vorrichtung vorbeibewegen, und ein Kombinationsschwimmerventil zur Aufrechterhaltung der Flüssigkeitspegel und der Gasdruckpegel innerhalb der Vorrichtung. Die Vorrichtung besitzt ferner eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer Gasatmosphäre um die Austrittsdüse herum, um auf diese Weise zu verhindern, daß Luft und Feuchtigkeit in die Vorrichtung eintreten, einfrieren und auf diese Weise das Versagen der Vorrichtung verursachen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspritzen von verflüssigtem Gas wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einspritzen von verflüssigtem Gas;
Fig. 2 eine Ansicht der Einspritzvorrichtung im Schnitt; Fig. 3 eine Draufsicht der Einspritzvorrichtung und
Fig. 4 eine Draufsicht der Bodenplatte der Einspritzvorrichtung .
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung
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von flüssigem Stickstoff schematisch dargestellt. Obwohl im Folgenden von flüssigem Stickstoff die Rede ist, können natürlich auch andere verflüssigte Gase, die mit dem zu verpackenden Produkt verträglich sind, wie Edelgase, vor allem Argon, stattdessen verwendet werden. Ein Tank 10 ist die Quelle flüssigen Stickstoffs für die Vorrichtung. Solche Tanks 10 sind im Handel erhältlich und mit Druckbegrenzungsmechanismen (nicht gezeigt) versehen, so daß der Gasdruck von verdampfendem flüssigen Stickstoff innerhalb des Tanks 10 dessen Festigkeit nicht überschreitet. Innerhalb des Tanks 10 sind zwei Rohre 12 und 14 angeordnet. Das Rohr 12 befindet sich oberhalb des flüssigen Stickstoffs innerhalb des Tanks 10 und wird zur Regelung des Druckes des verdampften gasförmigen Stickstoffs innerhalb des Tanks 10 oberhalb des flüssigen Stickstoffs auf Werte verwendet, welche die Betriebsfähigkeit der Vorrichtung nicht beeinträchtigen. In der Leitung 12 befindet sich daher ein Ventil 16, eine Heizeinrichtung 18 zum Erwärmen des gasförmigen Stickstoffs, der über die Leitung 12 mit einer Temperatur von etwa -129,1° C (etwa -200° F) geliefert werden kann, und ein Gegendruckregler 20. Der Gegendruckregler 20 wird auf einen Druck eingestellt, der gleich dem innerhalb der Vorrichtung gewünschten ist, welcher Druck im Bereich von 2109,3 bis 3515,5 kg/m2 (etwa 3-5 psi) überdruck und vorzugsweise etwa 2812,4 kg/m (etwa 4 psi) überdruck liegen kann. Dieser Druck ist weit niedriger als der Druck, der von dem Tank 10 aufgenommen werden kann und der durch den Innendruckbegrenzungsmechanismus desselben geregelt werden kann. Die Aufgabe der Heizeinrichtung 18 besteht darin, das Einfrieren des Gegendruckreglers 20 und damit das Ausfallen desselben zu verhindern.
Die Leitung 14 ist innerhalb des flüssigen Stickstoffs angeordnet. Flüssiger Stickstoff wird durch diese Leitung durch den Innendruck innerhalb des Tanks 10 "gepumpt".
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Ein Ventil 17 regelt die Strömung von verflüssigtem Gas aus der Leitung 14 zu der isolierten Leitung 22. Die Leitung 22 ist vorzugsweise aus einem Metallrohr geformt, das von Schaumgummi oder einem anderen Isoliermaterial bedeckt ist, um den Wärmeverlust soweit wie möglich herabzusetzen. Die Leitung 22 ist an ihrem anderen Ende mit dem Flüssiggaseinlaß 38 einer Einspritzvorrichtung 24 verbunden. Unter der Einspritzvorrichtung 24 bewegen sich Behälterkörper, beispielsweise Metalldosen 26, vorbei. Die Vorbeiführung dieser Behälter unter der Vorrichtung 24 wird durch einen Fühler 28 festgestellt und über eine Leitung 30 wird ein Signal an einen Regler 32 gegeben. Der Regler 32 überträgt diese Nachricht über eine Leitung 34 und einen elektrischen Anschluß 36 auf die Einspritzvorrichtung 24, welche eine geregelte Menge flüssigen Stickstoffs in den Behälter 26 einspritzt. Dieser Vorgang wird nachfolgend mit näheren Einzelheiten beschrieben.
Für die in Fig. 2 und 3 mit näheren Einzelheiten dargestellte. Einspritzvorrichtung 40 ist eine Einlaßleitung 40 vorgesehen, welche von einer isolierten Abdeckung 38 umgeben ist. Die Einlaßleitung 40 endet mit ihrer Verbindung in eine Fluidkammer 42. In dieser Fluidkammer befindet sich ein Schwimmer 46, der mit dem Niveau des flüssigen Stickstoffs innerhalb der Kammer steigt und fällt. Am Einlaß aar Kammer 42 ist eine Umlenkwand 44 vorgesehen, um eine direkte Beaufschlagung des Schwimmers 46 durch das eintretende flüssige Gas und eine Unterbrechung seiner Arbeitsweise zu verhindern.
Beim Anlaufen ruht der Schwimmer 46 auf dem Boden der Kammer 42. Beim Ablaufen ist die Temperatur der Einspritzvorrichtung 24 sowie der Einlaßleitungen 22 und 40 weit höher als der Siedepunkt des flüssigen Stickstoffs. Anfang-
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lieh befindet sich daher der größte Teil des in die Kammer eintretenden Stickstoffs, wenn nicht der ganze Stickstoff, im gasförmigen Zustand. Dieses Gas wird durch ein Ventil abgeleitet, das ein Verschlußstück 56 besitzt, welches im geöffneten Zustand innerhalb des Ventilsitzes 85 sitzt, und einen Schaft 54 sowie eine Kappe 48, die alle am Schwimmer 46 befestigt sind. Die Kappe 48 ist mit einer Anzahl öffnungen 50 versehen, durch welche das Gas eintreten kann. Das Gas strömt durch ein Rohr 52, auf welchem sich der Schwimmer 46 bewegt, durch einen Ventilsitz 58 längs einer Kammer 60 und durch eine öffnung 62 sowie durch eine weitere Kammer 64 zum Auslaß 68. Diese Wirkung kühlt die inneren Teile der Vorrichtung 24 und spült das System mit Stickstoff, wodurch alle Luft aus dem System eliminiert wird, was dazu beiträgt, ein späteres Einfrieren der Feuchtigkeit zu verhindern.
Beim Abkühlen der Vorrichtung 24 tritt mehr und mehr flüssiger Stickstoff durch die Leitung 40 hindurch. Dies hat zur Folge, daß der Schwimmer 46 angehoben wird. Ferner siedet etwas flüssiger Stickstoff als Gas ab, wodurch ein Druck oberhalb des Schwimmers 46 aufrechterhalten wird, der über die mit der Kammer 42 verbundene Leitung 70 und den in dieser befindlichen Druckmesser 72 gemessen wird.
Während des Anstiegs des Schwimmers 46 ist das Ventil 56 noch offen, so daß etwas flüssiger Stickstoff verdampfen und durch den Ventilsitz 58 sowie das vorerwähnte Ableitungssystem entweichen kann, aus dem.es gegebenenfalls als Gas austritt. Gegebenenfalls wird ein Gleichgewicht erzielt, wenn das Ventil 56 innerhalb des Ventilsitzes 58 etwas geöffnet oder geschlossen wird, wobei das Eintreten von zusätzlichem flüssigem Stickstoff über die Leitung 40 sich dahingehend auswirkt, daß der Schwimmer 46 angehoben wird und der Gasdruck oberhalb des Schwimmers 46 erhöht wird,
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wodurch der Schwimmer 46 zum Absinken gebracht wird.
Das Einspritzen von flüssigem Stickstoff aus der Vorrichtung 24 in die Behälter 26 wird durch ein innerhalb des Ventilsitzes 80 angeordnetes Nadelventil 78 geregelt. Wenn der Fühler 28 das Vorhandensein eines Behälters 26 feststellt, beeinflußt der Regler 32 das Solenoid 74. Wenn das Solenoid 74 schließt, zieht es den Ventilschaft 76 nach oben, was zur Folge hat, daß flüssiger Stickstoff aus dem Rohr 77 austritt, welches Rohr 77 im Fluidströmungsverhältnis zur Kammer 42 über Fluidöff mangen 69 und 71 steht, so daß flüssiger Stickstoff aus dem Ventilsitz 80 und durch eine Austrittsleitung 82 zum Behälterkörper 26 austritt. Das Solenoid 74 ist ein schnell ansprechendes magnetisches Solenoid, das mit Geschwindigkeiten öffnen und schließen kann, die 3000 Hübe je Minute überschreiten. Dies ist mehr als ausreichend zur Anpassung an jede Behälterfüllfolge, von denen die schnellste selten 1500 Einheiten je Minute überschreitet.
Die Menge der Zeit, die das Solenoid 74 dem Ventil 78 ermöglicht, offenzubleiben, wird durch den Regler 32 bestimmt. Beispielsweise setzt ein Auslösesignal vom Fühler 28 einen Zeitgeber innerhalb des Reglers 32 in Gang, um das Solenoid 74 entsprechend einer bestimmten Zeitspanne zu erregen und zu entregen. Wenn das Solenoid 74 entregt wird, schiebt die Feder 75 den Ventilschaft 76 nach unten, wodurch das Nadelventil im Ventilsitz 80 geschlossen und die Strömung des flüssigen Stickstoffes zum Stillstand gebracht wird.
Wie erwähnt, tritt beim Anheben und Absenken des Schwimmers 46 gasförmiger Stickstoff aus dem Ventilsitz 58 aus, so daß er schließlich zur Kammer 64 gelangt und durch den Auslaß 68 austritt. Wie sich am besten aus Fig. 4 ergibt, wird
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durch eine Anzahl Heizeinrichtungen 86, die innerhalb der Bodenplatte 83 angeordnet ist, eine Temperatur aufrechterhalten, die ausreichend oberhalb der Temperatur des flüssigen Stickstoffs ist, um sicherzustellen, daß dieser beim Austreten durch den Auslaß 68 zusammen mit dem flüssigen Stickstoff, der durch die Austrittsleitung 82 eingespritzt wird, gasförmig ist. Dies hat zur Folge, daß um die Austrittsleitung 82 herum eine Atmosphäre aus gasförmigem Stickstoff aufrechterhalten wird, welche das Eindringen von Luft in diesen Bereich ausschließt, wodurch Zufrieren der Austrittsleitung 82 verhindert wird. Die Heizeinrichtungen 86 sorgen ferner für eine Temperatur der Bodenplatte 83, die ausreichend oberhalb des Gefrierpunktes des Produkts innerhalb des Behälters 26 liegt, so daß Produkt, das gegebenenfalls auf die Bodenplatte 83 spritzt, nicht auf dieser festfriert.
Ferner ist aus Fig. 4 zu erkennen, daß zusätzliche Gasaustrittsöffnungen 100 vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß sie die Austrittsleitung 82 umgeben. Sie sind daher zusätzliche Stellen, an denen gasförmiger Stickstoff aua der Kammer 64 austreten kann. Eine Einsatzplatte 85 kann so gedreht werden, daß die Stelle des Austritts aus der Einspritzvorrichtung 24 durch die Austrittsleitung verändert wird. Die Austrittsleitung 82 kann mit einem Winkel im Bereich von etwa 10 bis 30° mit bezug auf den Boden der Vorrichtung 24 angeordnet werden, wobei ein Winkel von etwa 20° bevorzugt wird.
Aluminiumdosenkörper von 355 ml (12 Unzen) können unter Druck gesetzt werden mit einer Einspritzung von etwa 0,1 bis 0,2 ml flüssigen Stickstoffs je Dose. Die Menge des eingespritzten flüssigen Stickstoffs wird natürlich durch die Länge der Zeit geregelt, während welcher der Ventil-
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sitz 80 offenbleiben kann und durch die Geschwindigkeit/ mit welcher der Behälter 26 sich unter der Einspritzvorrichtung 24 vorbeibewegt.
Nach Beendigung eines Durchlaufs kann die Vorrichtung zeitweilig abgeschaltet werden. Falls jedoch Luft in die Vorrichtung eintritt und gleichzeitig Feuchtigkeit in dieser kondensiert/ kann ein Einfrieren vorkommen, was zu Schwierigkeiten bei der erneuten Ingangsetzung führt. Es können daher Heizeinrichtungen 73, die durch einen Thermostaten 84 geregelt werden, während der Abschaltung in Betrieb gesetzt und während der Ingangsetzung abgeschaltet werden.
Die Hauptbauelemente der Vorrichtung 24 sind innerhalb von zwei Mänteln 25 und 27 untergebracht, welche an ihrer Verbindungsstelle durch einen O-Ring 94 abgedichtet sind. Die Bodenplatte 83 ist am unteren Ende des Mantels 27 durch Befestigungselemente angebracht und durch O-Ringe 88, 90 und 92 abgedichtet.
Die elektrischen Verbindungen, beispielsweise für die Heizeinrichtungen 86 und das Solenoid 74, sind über zwei . Anschlußblöcke 96 und 98 vorgesehen, die ihrerseits mit dem elektrischen Steckverbinder 36 verbunden sind, der mit dem Regler 32 über die Leitung 34 elektrisch verbunden ist.
Die Mäntel 25 und 27 können mit einer Isolierung, beispielsweise Polyurethanschaum u. dgl., gefüllt werden, um aussere Wärme während des Betriebs der Vorrichtung fernzuhalten und damit die in Gasform verdampfende Stickstoff menge herabzusetzen.
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Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß durch die Erfindung eine Ausgabevorrichtung geschaffen wurde, durch welche Behälter mit einem verflüssigten Gas unter Druck gesetzt werden können, der richtige Spiegel des verflüssigten Gases aufrechterhalten wird, ein Gleichgewicht zwischen dem gasförmigen und dem verflüssigten Gas aufrechterhalten wird und das Einfrieren der Vorrichtung während des Betriebs verhindert wird.

Claims (9)

  1. Ansprüche ;
    / 1.JVorrichtung zur Erzeugung von überdruck in Behältern, gekenn- ^S zeichnet durch eine Quelle (10) eines verflüssigten Gases, eine Einrichtung (20) zur Einstellung des Druckes innerhalb der erwähnten Quelle, eine Einrichtung (28), durch welche Behälter (26) erkannt werden können, und eine Einspritzvorrichtung, die auf die Einrichtung (28) anspricht und in Pluidströmungsbeziehung mit der Quelle von verflüssigtem Gas steht, um verflüssigtes Gas den erwähnten Behältern zuzuführen.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber (32) zur Regelung der Menge von verflüssigtem Gas, das den Behältern (26) zugeführt wird.
  3. 3. Verrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizeinrichtung (18) zwischen der Quelle verflüssigten Gases und der Druckeinstelleinrichtung angeordnet ist.
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  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtung (24) eine Kammer (42) für verflüssigtes Gas, ein Einspritzorgan (82) in Fluidströmungsbeziehung mit der erwähnten Kammer und einen Schwimmer (46) zur Regelung des Spiegels des verflüssigten Gases und des Gasdruckes innerhalb der Einspritzvorrichtung besitzt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4f gekennzeichnet durch ein Ventil (78) in Fluidströmungsbeziehung mit der Kammer (42) zur Ableitung von verflüssigtem Gas in die Behälter (26) und Organe (32, 74) zur Regelung des erwähnten Ventils.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (46) eine Kappe (48)' besitzt, in welcher Öffnungen (50) vorgesehen sind, und ein Ventil (56), um einen Gasaustritt aus der Kammer (42) zu ermöglichen.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilregelorgane zur Freigabe von verflüssigtem Gas durch ein Solenoid (74) und eine Feder (75) gebildet werden.
  8. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizeinrichtung (86) innerhalb einer Bodenplatte (83) der Vorrichtung angeordnet ist, um ein Einfrieren der Vorrichtung während ihres Betriebs zu verhindern.
    31AU65
  9. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (73), durch welche das Entstehen von Feuchtigkeit verhindert wird, wenn die Vorrichtung nicht in Betrieb ist.
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