DE3209166A1 - Verfahren und vorrichtung zum fuellen von mit fuell- und zapfarmaturen verschlossenen behaeltern, vorzugsweise kegs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Füllen von mit Füll- und Zapfarmaturen (Anschlußarmaturen) verschlossenen, faßartigen Behältern, vorzugsweise Kegs, mit CO2~haltiger Trinkflüssigkeit unter Gegendruck durch Einleiten der Flüssigkeit in die mit Spanngas vorgespannten Kegs und Abführen des verdrängten Spänngases durch die Anschlußarmatur, wobei das dem Keg zugeführte Flüssigkeitsvolumen mittels eines Meßgerätes nach Maßgabe des für das Keg vorgesehenen Füllvolumen-Sollwertes abgemessen wird.

Die mit Anschlußarmaturen, die häufig auch Füll- und Zapfarmaturen oder Stechdegen genannt werden, verschlossenen Kegs werden hauptsächlich zum Transport von Bier verwendet.

Sie bieten gegenüber den herkömmlichen Fässern erhebliche Vorteile, weil das Faßinnere durch die Anschlußarmatur verschlossen bleibt und daher im allgemeinen keine Fremdstoffe in das Faß gelangen können und außerdem eine vollautomatische Behandlung, d.h. Reinigen, Sterilisieren und Füllen, ermöglicht wird.

Die Befüllung der Kegs mit Bier erfolgt üblicherweise unterschichtig mit nach unten gekehrter Anschlußarmatur, so daß die Flüssigkeit durch das Kohlensäureventil der Anschlußarmatur einströmt und das verdrängte Gas von oben her durch das Standrohr (Stechdegen) von oben nach unten abströmt. Läuft das Bier schließlich über den oberen Rand des Steigrohres, ist das Faß vollgefüllt. Das überlaufende Bier gelangt aus dem Faßinneren heraus. Auf unterschiedliche Weise kann nun der Füllvorgang, basierend auf diesem Bierüberlauf, beendet werden, wobei in bekannten Kegbehandlungsmaschinen, z.B. Schwimmer, Druckimpulssensoren oder Leitfähigkeitsmesser, Verwendung finden.

Es ist bekannt, daß Kegs, die aus Edelstahl hergestellt werden besonders dünnwandiges Material aufweisen und es unter

Umständen zu einer volumenmäßigen Vergrößerung eines Kegs dann kommen kann, wenn z.B. an heißen Sommertagen ein vollständig gefülltes Keg stark erwärmt wird, die Flüssigkeit sich ausdehnt und dadurch das Keg unter Verringerung der Sickenausbuchtungen irreversibel gestreckt wird. Ein solches Keg wird beim nächsten Umlauf zwangsläufig überfüllt; derartige Kegs verursachen erhebliche Bierverluste, Ursache hierfür ist die zum Teil nicht unbedeutende überfüllung der Kegs dadurch, daß gewartet werden muß, bis aus dem Faß überlaufendes Bier anfällt. Irgendeine ins Keg hineinreichende Sonde zum rechtzeitigen Beenden des Füllvorganges kann wegen der Anschlußarmatur und ihren Ventileinrichtungen keine Anwendung finden.

Um diese Nachteile möglichst zu vermeiden, wurden bereits MeßVorrichtungen, z.B. Ringkolbenzähler oder Turbinenradzähler eingesetzt, über die die Kegs jeweils mit dem vorgesehenen Biervolumen gefüllt wurden. Sobald das Keg mit diesem Volumen gefüllt ist, wird der weitere Einlauf von Bier in das Faß gestoppt. Nachteilig bei diesen im Einsatz befindlichen Vorrichtungen ist die Tatsache, daß das Bier beim Einlauf stark zur Verwirbelung und zum Schäumen neigt und dann auch vorab Schaumaustritt aus dem Faß das Meßergebnis verschlechtert und so die erhoffte Füllgenauigkeit vielfach nicht erreicht wird. Dazu kommen die sich einstellenden Ungenauigkeiten und Meßfehler durch Verschleiß der bewegten Teile und durch die Beanspruchung und Beeinflußung des Werkstoffes beim Reinigen und Sterilisieren dieser Meßgeräte.

Aufgabe der Erfindung ist eine verwirbelungs— und schaumarme sowie dauerhaft meßgenaue Einfüllung von Bier und anderen CO2-haltigen Getränken in Kegs und andere mit "Stechdegen" versehene Getränkebehälter ohne Verlängerung der Füllzeiten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in der ersten,

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der Anlaufphase ein erstes, vorbestimmtes Flüssigkeitsvolumen abgemessen und dabei langsam in das Keg eingeführt wird, daß in der zweiten, der Schnellfüllphase, ein zweites, vorbestimmtes Flussigkeitsteilvolumen abgemessen und dabei schnell in das Keg eingeführt wird, daß in einer dritten, der Vollfüllphase, ein drittes, vorbestimmtes Flussigkeitsteilvolumen abgemessen und dabei langsam in das Keg eingeführt wird und daß die Summe der drei Flussigkeitsteilvolumen dem für das jeweilige Keg vorgesehenen Füllvolumen-Sollwert entspricht.

Nach der Erfindung erfolgt also zunächst ein langsames Einfüllen eines ersten, genau vorbestimmten und abgemessenen Getränkevolumens, wodurch Schäumen und Verwirbelungen vermieden werden. Der dadurch bewirkte ruhige Anlauf erlaubt nunmehr anschließend eine besonders schnelle Einfüllung des nächsten abgemessenen, meist größten Volumenanteils. Der Einlauf des Bieres wird jedoch nicht abrupt gestoppt, was zu Beunruhigung des Bieres und zu Füllungenauigkeiten führen könnte, sondern es folgt anschließend die langsame Fertigfüllung mit dem letzten abgemessenen Volumenanteil. Damit kann eine langsame, maßgenaue Fertigfüllung erzielt werden, weil auch kein Bier über den Rand des Standrohres überströmt. Die erfindungsgemäße maßgenaue Kegfüllung ohne Bierverluste bewirkt zudem, daß keine überfüllung des Kegs zustande kommt und das Niromaterial des Kegs somit nicht überdehnt und eine bleibende Volumenvergrößerung des Kegs vermieden wird.

Gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß die drei Flussigkeitsteilvolumen kontinuierlich und in Folgeschaltung nacheinander in das Keg eingebracht werden.

Das Einströmen der abgemessenen Flüssigkeitsmengen erfolgt in den drei Phasen übergangslos, so daß eine Unterbrechung des Einfließens und damit Verzögerungen und Verwirbelungen vermieden werden.

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Gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß die jeweiligen Sollwerte der drei Flüssigkeitsteilvolumen vor dem Äbfüllvorgang nach Maßgabe der Größe der Kegs und der Bauart der Anschlußarmatur vorbestimmt werden. Die jeweiligen Sollwerte der Teilvolumen werden gemäß der Erfindung zuvor eingestellt, wobei die Keggröße und zwar sowohl der Durchmesser als auch die Höhe des Kegs Berücksichtigung finden muß. In der ersten Phase muß zudem so viel Flüssigkeit eingefüllt werden, daß die Einströmöffnungen der Anschlußarmatur durch die eingefüllte Flüssigkeit voll überdeckt werden. Bei den verschiedenen Anschlußarmatüren sind diese Schlitze unterschiedlich hoch, so daß dann auch bei gleichen Innendurchmessern der Kegs unterschiedliche Flüssigkeitsvolumen in der ersten Phase eingefüllt werden müssen. Auch für die beiden anderen in das Faß einzuführenden Volumen sind die Abmessungen des Kegs von maßgeblicher Bedeutung.

Gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß die Ge-" schwindigkeit der dem Keg zugeführten Flüssigkeit induktiv gemessen, das jeweils seit Füllbeginn durchgesetzte Flüssigkeitsvolumen sowie die drei Flüssigkeitsteilvolumen digital erfaßt, dabei der momentane Volumenstrom in der Schnellfüllphase gegenüber der Anlaufphase erhöht und der momentane Volumenstrom in der Vollfüllphase gegenüber der Schnellfüllphase verringert wird. Durch die induktive Erfassung kann auf mechanische Zählvorrichtungen verzichtet werden. Dadurch werden Druckabfall und eine Beunruhigung des abzufüllenden Bieres vermieden. Die laufende digitale Erfassung der Meßwerte erlaubt eine maßgenaue Steuerung des Einlaufs der drei abgemessenen Flüssigkeitsvolumen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Weiterführung der Erfindung vorgeschlagen, daß in der Flüssigkeitszuleitung zur Anschlußarmatur ein induktiver Durchflußmeßwertgeber und zwischen diesem und der Anschlußarmatur in der Flüssigkeitszuleitung eine stufenweise schaltbare Ventilvor-

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richtung angeordnet sind, daß vom Durchflußmeßwertgeber eine Meß Spannungsleitung zu einer digitalen Auswert- und Schaltelektronik und von letzterer Steuerleitungen zu der Ventilanordnung geführt sind und daß die digitale Auswert- und Schaltelektronik wenigstens drei miteinander nach Art einer Folgeschaltung verknüpfte und auf ein in "Liter-Flüssigkeitsdurchflußvolumen" abgestellte Meßwertanzeiger, jeweils mit separater Sollwerteingabe, aufweist, derart daß bis zum Erreichen des ersten Sollwertes die erste Durchflußstufe geöffnet, bis zum Erreichen des zweiten Sollwertes zusätzlich die zweite Durchflußstufe geöffnet und bis zum Erreichen des dritten Sollwertes wiederum nur die erste Durchflußstufe geöffnet ist.
Diese erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine Voreinstellung der jeweiligen Sollwerte der einzelnen Teilvolumen die in die Kegs einzuführen sind, so-wie die Steuerung der Zugabe der Teilvolumen mit unterschiedlich großem Volumenfluß. Dabei kann ein einziges, mehrstufig auf und zu steuerbares Ventil in der Zuleitung zur Anschlußarmatur vorgesehen sein, ebenso wie in einer Rohrverzweigung mit unterschiedlich dimensionierten Rohrquerschnitten einzeln fernsteuerbare Ventile. Soweit der Volumenfluß der Anlaufphase genau so groß ist wie der Volumenfluß in der Fertigfüllphase, genügen zwei Schaltstufen und demzufolge zwei Ventile oder zwei Öffnungsstufen eines Ventiles. Soll die Vollfüllphase einen Volumenfluß aufweisen der sich vom Volumenfluß in der Anlaufphase unterscheidet, können in entsprechender Weise auch mehr als drei Meßwertanzeiger mit Auswert- und Schaltelektronik und den Ventileinrichtungen mit mehr als 2 Ventilen vorgesehen werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung nachstehend erläutert. Abb. 1 zeigt ein Schaltschema der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Abb. 2 zeigt schematisch ein Keg mit Anschlußarmatur und Füllkopf, teilweise geschnitten.

Abb. 3 zeigt eine mögliche Anordnung der Meßwertanzeiger auf

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der Gerätefrontplatte eines Kompaktgerätes.

Die Flüssigkeitszuleitung 1 führt zum stationär in einer nicht gezeichneten Behandlungsmaschine angeordneten Füllkopf 2 (Fig 2) der ebenso wie die Anschlußarmatur 3 nur schematisch und unter Fortfall aller Flüssigkeits- und Gasventile gezeichnet ist. Der Füllkopf 2 weist einen Flüssigkeitsstutzen 4 für den Anschluß der Flüssigkeitsleitung und einen Gasstutzen 5 auf. Beide Stutzen 4 und 5 werden nur beim Reinigen und Füllen in dieser Weise benützt, nicht jedoch beim Zapfen.

Die Anschlußarmatur 3 ist fest am Keg 6 angeordnet und reicht mit dem Standrohr 7 bis gegen den oberen Boden 8 des Kegs. Um die Flüssigkeitsleitung 1 herum ist, wie Fig. 1 zeigt, der induktive Meßwertgeber 9 angeordnet und mit einer Meßspannungsleitung 10 mit der Auswert- und Schaltelektronik 11 verbunden.

Innerhalb dieser Auswert- und Schaltelektronik 11 wird die

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Meßspannung in dem MeßwertumsetzerYdigitalisiert und über Leitung 10a dem in "Liter" ge-reich—ten Meßwertanzeiger 13 für das Gesamtvolumen des Kegs zugeleitet. Von dort gelangen die Meßwertimpulse weiter über die Impulsleitung 14 zum in "Liter" ge reich-r .ten Meßwertanzeiger 15 für das Anlauf volumen, dessen gewünschtes Volumen als Sollwert mit einem Sollwerteinsteller 15a vorgegeben werden kann. Abgezweigt von der Impulsleitung 14 ist die Impulsleitung 16 die zu dem Schalter 17 des Magnetventils 18 führt. Sofort mit dem ersten Eintreffen eines Impulses über die Impulsleitung 14 wird einerseits der Meßwertanzeiger 15 in Gang gesetzt und andererseits über die Leitung 16 mit dem Schalter 17 über die Steuerleitung 30 das Magnetventil 18 geöffnet, das der in der Leitung 1 zuströmenden Flüssigkeit die Passage durch die enge Abzweigleitung 19 freigibt, wogegen die weiter dimensionierte Parallelleitung 20 wegen des noch geschlossenen Magnetventils 21 versperrt bleibt. Erst nachdem das am Meßwertanzeiger 15 angezeigte Volumen den voreingestellten Sollwert erreicht hat - dieser

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Sollwert ist jeweils schematisch gestrichelt dargestellt wird durch den Meßwertanzeiger 15 jeder weiterhin ankommende Impuls unmittelbar über die Impulsleitung 22 weitergegeben. Der erste dieser Impulse wird dann sowohl zum Meßwertanzeiger 23 als auch zum Schalter 24 weitergeleitet, wodurch nunmehr zusätzlich zum Magnetventil 18 über die Steuerleitung 31 auch das Magnetventil 21 geöffnet wird und ein besonders großer Volumenstrom dem Füllkopf 2 über die Leitung 1 zugeleitet wird. Auch am Meßwertanzeiger 23 ist der Sollwert für die zweite Füllphase, die Schnellfüllphase, manuell voreingestellt und sobald dieser Sollwert erreicht wird, werden alle weiteren Meßimpulse über die Impulsleitung 25 weitergeführt und zwar einmal zu dem Meßwertanzeiger 26 für das Vollfüllvolumen und zum andern abgezweigt zu dem Schalter 24 der durch diesen Impuls das Magnetventil 21 über die Steuerleitung 31 wieder in Schließstellung bringt. Dadurch wird während der Vollfüllphase - hierfür ist der Meßwertanzeiger 26 zuständig - wiederum nur durch die enge Abzweigleitung 19 Flüssigkeit dem Keg zugeführt. Der Füllvorgang ist dann entsprechend langsam und die Fertigfüllung erfolgt Wirbel- und schaumfrei und kann exakt ohne Nachlauf und Überlauf beendet werden, sobald das im Meßwertanzeiger 26 voreingestellte Sollvolumen für die Vollfüllung erreicht ist. Dann wird nämlich über die Impulsleitung 27 und über den Schalter 17 und die Steuerleitung 30 auch das Magnetventil 18 und damit auch die Abzweigleitung 19 gesperrt. Mit den Sollwerteinstellern 13a, 15a, 23a, 26a kann manuell das für die jeweilige Phase erforderliche Volumen voreingestellt werden. In den Leitungen 19 und 20 können zusätzliche Drosselventile 28, 29 vorgesehen sein, mit denen der momentane Volumenfluß in den beiden Leitungen veränderbar ist; es kann also unabhängig von dem jeweils festgelegten Durchflußvolumen der einzelnen Phasen durch diese Drosselventile 28, 29 die Füllzeit des Kegs 6 und die Dauer der einzelnen Füllphasen beeinflußt werden.

Die Anschlußarmatur 3 weist Einströmöffnungen 3 2 auf, durch

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die die über die Leitung 1 zugeführte Flüssigkeit ins Keg 6 eintritt. Das dabei verdrängte Spanngas strömt in Richtung des Pfeiles 36 aus dem Gasstutzen 5 aus. In der Anlaufphase der Füllung wird verhältnismäßig langsam jeweils soviel Getränk durch die Leitung 1 und den Flüssigkeitsstutzen 4 über die Einströmöffnungen 32 zugeführt, daß die Einströmöffnungen 32 der Anschlußarmatur 3 voll von Getränk überflutet sind, wie etwa das eingezeichnete Flüssigkeits-Spiegelniveau 33 zeigt. In der Schnellfüllphase wird verhältnismäßig rasch anschließend so viel Flüssigkeit durch die Einströmöffnungen 32 zugeführt, bis etwa die Flüssigkeits-Spiegelhöhe 34 erreicht ist; dann wird bis zur Spiegelhöhe 35, dem vorgesehenen Endvolumen, wieder verhältnismäßig langsam Flüssigkeit nachgefüllt, so daß eine maßgenaue, weitgehend schaum- und wirbelfreie Füllung des Kegs erreicht wird, ohne daß dabei Flüssigkeit oder übergetretener Schaum durch das Standrohr 7 nach unten durch den Stutzen 5 austreten. Es hat sich ergeben, daß mit der induktiven Durchflußmessung im Zusammenhang mit der elektronisch gesteuerten 3-stufigen volumenmäßigen Getränkeabmessung eine MaJ3genauigkeit von ± 0,2 % erreicht wird. Dabei besteht weitgehende Unabhängigkeit von der Dichte, der Temperatur und der Leitfähigkeit des Getränkes, die bei bekannten Abfüllmethoden von wesentlicher Bedeutung sind.

Anstelle der beiden Magnetventile 18, 21 in den Leitungen 19, 20 kann auch ein einziges, mehrstufiges Magnetventil in der Leitung 1 vorgesehen sein. Der Schalter 17 betätigt dann die erste, gering öffnende Stufe des mehrstufigen Magnetventiles, während der Schalter 24 die zweite maximal öffnende Stufe steuert. Die Schaltelektronik 11 ist nur zur Erläuterung der Funktion schematisch und beispielsweise dargestellt und beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit anderen bekannten elektronischen Mitteln verwirklicht werden. In Bild 3 ist die mögliche, äußere Anordnung der Meßwertanzeiger 13, 15, 2i, 26 der Auswert- und Schaltelektronik 11 dar-

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gestellt. Es können auch Meßwertgeber, Meßwertanzeiger sowie Auswert- und Schaltelektronik in einem, gemeinsamen Gehäuse als Kompaktgerät zusammengefaßt werden.

Claims (7)

Verfahren und Vorrichtung zum Füllen von mit Füll- und Zapfarmatüren verschlossenen Behältern, vorzugsweise Kegs Patentansprüche

1.) Verfahren zum Füllen von mit Füll- und Zapfarmaturen (Anschlußarmaturen) verschlossenen, faßartigen Behältern, vorzugsweise Kegs mit CC^-haltiger Trinkflüssigkeit unter Gegendruck durch Einleiten der Flüssigkeit in die mit Spanngas vorgespannten Kegs und Abführen des verdrängten Spanngases durch die Anschlußarmatur, wobei das dem Keg zugeführte Flüssigkeitsvolumen mittels eines Meßgerätes nach Maßgabe des für das Keg vorgesehenen Füllvolumen-Sollwertes abgemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten, der Anlaufphase, ein erstes, vorbestimmtes Flüssigkeitsteilvolumen abgemessen und dabei langsam in das Keg (6) eingeführt wird, daß in der zweiten, der Schnellfüllphase, ein zweites, vorbestimmtes Flüssigkeitsteilvolumen abgemessen und dabei schnell in das Keg (6) eingeführt wird, daß in einer dritten, der Vollfüllphase, ein drittes, vorbestimmtes Flüssigkeitsteilvolumen ab-

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gemessen und dabei langsam in das Keg (6) eingeführt wird und daß die Summe der drei Flüssigkeitsteilvolumen dem für das jeweilige Keg (6) vorgesehenen Füllvolumen-Sollwert entspricht.
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2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Flüssigkeitsteilvolumen kontinuierlich und in Folgeschaltung nacheinander in das Keg (6) eingebracht werden.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die jeweiligen Sollwerte der drei Flüssigkeitsteilvolumen

vor dem Abfüllvorgang nach Maßgabe der Größe des Kegs (6) und

der Bauart der Anschlußarmatur (3) vorbestimmt werden.

4.) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der dem Keg (6) zugeführten Flüssigkeit induktiv gemessen, das jeweils seit Füllbeginn durchgesetzte Flüssigkeitsvolumen sowie die drei Flüssigkeitsteilvolumen digital erfaßt, dabei der momentane Volumenstrom in der Schnellfüllphase gegenüber der Anlaufphase erhöht und der momentane Volumenstrom in der Vollfüllphase gegenüber der Schnellfüllphase verringert wird.

5.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Flüssigkeitszuleitung (1) zur Anschlußarmatur (3) ein induktiver Durchflußmeßwertgeber (9) und zwischen diesem und der Anschlußarmatur (3) in der Flüssigkeitszuleitung (1) eine stufenweise schaltbare Ventilvorrichtung (18, 21) angeordnet sind, daß vom Durchflußmeßwertgeber (9) eine Meßspannungsleitung (10) zu einer digitalen Auswert- und Schaltelektronik (11, 12) und von letzterer Steuerleitungen (30, 31) zu der Ventilanordnung (18, 21) geführt sind und daß die digitale Auswert- und Schaltelektronik (11) wenigstens drei miteinander nach Art einer Folgeschaltung verknüpfte und auf ein in "Liter-Flüssigkeitsdurchflußvolumen" abgestellte Meß-

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Wertanzeiger (15, 23, 26),jeweils mit separater Sollwerteingabe (15a, 23a, 26a), aufweist, derart daß bis zum Erreichen des ersten Sollwertes die erste Durqhflußstufe geöffnet, bis zum Erreichen des zweiten Sollwertes zusätzlich die zweite Durchflußstufe geöffnet und bis zum Erreichen des dritten Sollwertes wiederum nur die erste Durchflußstufe geöffnet ist.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventileinrichtung in der Flüssigkeitszuleitung ein in zwei Stufen öffnendes und schließendes, fernsteuerbares Magnetventil vorgesehen ist.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 4, .dadurch gekennzeichnet, daß als Ventileinrichtung zwei separat fernsteuerbare Magnetventile (18, 21) in einer dahinter wieder zusammengeführten Rohrverzweigung (19, 20) der Flüssigkeitszuleitung (1) mit unterschiedlich dimensionierten Rohrquerschnitten eingebaut sind.