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Verfahren zum Füllen von Behältern sowie Vorrichtung und Anlage
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zur Durchführung eines solchen Verfahrens Beschreibung Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Behältern, z.B. zylindrischen Behältern
wie Kegs, mit Flüssigkeit, z.B. einer kohlensäurehaltigen Getränkeflüssigkeit wie
Bier, bei welchem gegen den Druck eines im Behälterinnenraum vorhandenen Vorspanngases
die Flüssigkeit über eine Fülleitung in den Behälterinnenraum eingeführt und in
gleichem Maße als Vorspanngas über eine Abluftleitung nach außen abgeführt wird
sowie eine Vorrichtung und eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Das Füllen von Kegs mit Bier erfolgt beispielsweise dadurch, daß das
Keg mit nach unten gekehrter Anschlußarmatur auf einen Anschlußkopf der Füllvorrichtung
aufgesetzt wird, wobei ein äußerer Strömungsweg von der Fülleitung unmittelbar in
den Behälterinnenraum
und ein innerer Strömungsweg von einem Stechdegen
in die Abluftleitung durch Zusammenwirken der Anschlußarmatur und des Anschlußkopfes
entsteht. Bisher werden die Behälter vor dem Füllen mit einem Vorspanngas auf einen
bestimmten Vorspanndruck gefüllt. Der Wert des Vorspanndruckes liegt um einen vorbestimmten
Differenzdruck unterhalb des Druckes, mit welchem die Getränkeflüssigkeit, beispielsweise
das Bier, in den Behälter eingedrückt werden soll. Während des Füllvorganges verdrängt
die zugeführte Getränke flüssigkeit das Vorspanngas unter Anstieg des Flüssigkeitspegels
allmählich über den Stechdegen, bis der Behälterinnenraum bis zum oberen Rand des
Stechdegens mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die voreingestellte Druckdifferenz zwischen
Fülldruck und Vorspanndruck muß dabei so groß sein, daß unter Berücksichtigung des
hydrostatischen Gegendruckes, den die beim Füllen ansteigende Flüssigkeitssäule
auf die Fülleitung ausübt, und eventueller Reibungsverluste ein Füllen mit hinreichender
Geschwindigkeit erfolgt. Dies hat den Nachteil, daß die Getränkeflüssigkeit zunächst
heftig in den Behälterinnenraum einspritzt, was zu unerwünschter Sauerstoffaufnahme,
CO2- Verlust und Schaumbildung führt. Dabei muß die Vorspannungsdruckdifferenz vorsichtshalber
immer so groß gewählt werden, daß auch bei Schwankungen des Flüssigkeitsfülldruckes
in keiner Falle Vorspannungsgas aus dem Behälterinnenraum in die Füllleitung drückt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der
eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß ein möglichst schnelles Einfüllen
der Flüssigkeit ohne die Gefahr des Einspritzens der Flüssigkeit in den Behälterinnenraum
und ohne Drücken des Vorspanngases in die Fülleitung auch bei Flüssigkeitsfülldruckschwankungen
möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man während
des Füllvorganges zwischen dem Druck der Flüssigkeit in der
Fülleitung
und dem Druck des Spanngases in der Abgasleitung einen im wesentlichen konstanten
oder veränderlichen Differenzdruck aufrechterhält bzw. einregelt. Auf diese Weise
ist eine genaue Druckeinstellung auch bei schwankendem Flüssigkeitsfülldruck und
eine genaue Nachregelung bei Störung in der Fülleitung und Herabsetzung des Flüssigkeitsfülldruckes
möglich. Durch diese genaue Druckeinstellung kann erreicht werden, daß die Getränkeflüssigkeit,
ohne einzuspritzen, d.h. ohne unerwünschte Sauerstoff-Aufnahme, bei konstantem CO2-Gehalt
und ohne Schaumbildung schnell in den Behälterinnenraum einläuft und in diesem allmählich
aufsteigt. Die Konstanthaltung des Differenzdruckes kann dadurch erfolgen, daß der
Auslaßquerschnitt der Abluftleitung mehr oder weniger weit geöffnet wird.
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Bisher wurde beim Füllen von Behältern mit Getränkeflüssigkeit beipsielsweise
Bier, so vorgegangen, daß zunächst der Behälterinnenraum mit Vorspanngas auf einen
fest vorgegebenen Wert gefüllt, nach Schließen des Füllventils das Bierventil geöffnet,
ein eventueller Druckausgleich mit der Fülleitung abgewartet und dann das Abluftventil
zur Erreichung eines bestimmten Differenzdruckes über dem Flüssigkeitsspiegel in
dem Behälter geöffnet wurde.
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Hierdurch entsteht eine hohe Anfangsfüllgeschwindigkeit mit den bereits
erwähnten Nachteilen des Einspritzens der Getränkeflüssigkeit unter Sauerstoffaufnahme,
Beeinträchtigung des CO2-Gehaltes und Schaumbildung. Mit steigendem Flüssigkeitsspiegel
in dem Behälter nimmt dann die Füllgeschwindigkeit ab. Insgesamt wird eine nur begrenzte
Füllmaschinenleistung erreicht.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist daher zur Steigerung der Füllmaschinenleistung vorgesehen, daß man während des
Füllvorganges die Druckdifferenz zwischen Füllflüssigkeit und Vorspanngas in der
Abluftleitung von einem minimalen Anfangswert, z.B. Null, stufenweise oder stufenlos
auf
einen maximalen Endwert regelt, bis der Füllvorgang abgeschlossen ist. Es erfolgt
also eine Regelung der Druckdifferenz über den Füllvorgang und nicht eine schlagartige
Einstellung von Null auf einen festen Differenzdruck am Anfang des Füllvorganges.
Bei stufenweiser Hochregelung des Differenzdruckes sind die Stufen entsprechend
klein bemessen. Dadurch erfolgt auch hierbei bei größtmöglicher Füllgeschwindigkeit
ein getränkeschonender Einlauf, da die ansteigende Flüssigkeitssäule bei entsprechend
ansteigendem Differenzdruck Einfließturbulenzen dämpft.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einem eine Fülleitung für die Flüssigkeit und eine Abluftleitung für das Vorspanngas
aufweisenden, für das Ansetzen des Behälters mit einer Anschlußarmatur bestimmten
Anschlußkopf kann beispielsweise dadurch gekennzeichnet sein, daß zwischen Fülleitung
für die Flüssigkeit und Abluftleitung für das Spanngas ein Differenzdruckschalter
angeordnet ist. Dieser kann in einer Regelverbindung mit dem Öffnungsquerschnitt
der Abluftleitung stehen.
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Der Differenzdruckschalter enthält bei einer besonderen Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Annäherungsschalter, der auf die Verschiebung
eines Kolbens anspricht, auf den in einer Richtung der Druck der Flüssigkeit der
Fülleitung und in der anderen Richtung der Druck des Vorspanngases der Abluftleitung
einwirkt.
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Dabei stützt sich vorzugsweise der Kolben gegen den Druck der Flüssigkeit
auf eine Feder ab. Die Federkraft ist ein Maß für die Druckdifferenz, die zwischen
Füllflüssigkeit in der Füllleitung und Vorspanngas in der Abluftleitung herrschen
soll.
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Für die Regelung des Differenzdruckes entweder auf einen konstanten
Wert oder beispielsweise auf einen allmählich ansteigenden Wert kann die Federkonstante
der Feder bei einer besonderen Weiterbildung des Erfindungsgedankens einstellbar
oder einregelbar sein. Wenn es sich um eine Spiralfeder handelt, ist also beispielsweise
der Abstand der Anlageflächen der Spiralfederenden veränderbar.
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Zur Einstellung des erforderlichen Differenzdruckes können beipsielsweise
der Abluftleitung mehrere Abzweigleitungen mit je einem z.B. von dem Differenzdruckschalter
betätigbaren Ventil mit je einer Drosselstelle zugeordnet sein. Zunächst ist beispielsweise
nur eine Abzweigleitung geöffnet, während nach und nach während des Füllvorganges
weitere Abzweigleitungen geöffnet werden, so daß der gewünschte stufenweise Anstieg
des Differenzdruckes erfolgt.
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Für die Feststellung des Endes des Füllvorganges ist bisher in der
Abluftleitung eine Blende vorgesehen und vor dieser ein Druckschalter. In dem Raum
vor der Blende erfolgt ein Druckanstieg, wenn die Flüssigkeit anstelle von Schaum
oder Luft auftritt. Der Füllvorgang wird durch Schließen des Füllventils und des
Abluftventiles beendet. Statt des Druckschalters können vor der Blende auch im Abstand
befindliche Elektroden vorgesehen sein, so daß bei Auftreten von Flüssigkeit der
Stromkreis einer Meßkammer geschlossen wird. Bei beiden Vorschlägen geht wegen der
mit diesen verbundenen Trägheit eine erhebliche Abspritzflüssigkeitsmenge verloren.
Wenn daher gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen ist, daß
in der Abluftleitung ein Rückschlagventil mit einem Rückschlagkörper angeordnet
ist, welcher beim Durchströmen des Rückschlagventiles von Vorspanngas oder Schaum
in der Öffnungsstellung gehalten
und erst bei durch Durchströmen
von Flüssigkeit von der Flüssigkeitsströmung in eine Dichtstellung gebracht wird,
kann die Abspritzflüssigkeitsmenge erheblich vermindert werden, denn dieses Rückschlagventil
kann in unmittelbarer Nachbarschaft des Abluftaustrittes des Behälters angeordnet
sein.
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Bei einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit mehreren in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Füllvorrichtungen, also mit
mehreren in Reihe geschalteten Füllstationen ist vorgesehen, daß jeder Füllvorrichtung
ein eigener Druckdifferenzschalter und/oder eigenes Rückschlagventil und/oder eigener
Satz von Abzweigleitungen zugeordnet ist.
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen
oder deren Rückbeziehung.
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Es zeigt: Fig. 1 schematisch eine die Erfindung veranschaulichende
Anordnung zur Füllung eines Kegs mit einer Getränkeflüssigkeit, beispielsweise Bier,
und Fig. 2 schematisch einen nach der Erfindung vorgesehenen Differenzdruckschalter.
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Gemäß Fig. 1 ist ein Behälter, beispielsweise Keg, 1 mit seiner in
einer Stirnseite vorgesehenen Anschlußarmatur 5 auf einen
Anschlußkopf
6 einer Füllvorrichtung aufgesetzt, wodurch der Behälterinnenraum 2 über eine äußere
Strömungsverbindung mit einer Fülleitung 3 und der Behälterinnenraum 2 ferner über
einen bis zum Boden des Behälters 1 reichenden Stechdegen 14 und über eine innere
Strömungsverbindung mit einer Abluftleitung 4 in Strömungsverbindung steht. Bim
Füllen von Flüssigkeit Fl durch die Fülleitung 3 in den Behälterinnenraum 2 steigt
die Flüssigkeit allmählich im Behälterinnenraum 2 und drängt dabei das in dem Behälterinnenraum
2 zuvor eingefüllte Vorspanngas G allmählich über den Stechdegen 14 und die Abluftle:.tung
4 nach außen. Abzweigungen der Fülleitung 3 und der Abluftleitung 4 führen zu einem
Differenzdruckschalter, in welchem die Differenz zwischen Flüssigkeitsfülldruck
in der Fülleitung 3 und Vorspanngasdruck in der Abluftleitung 4 {;gemessen werden.
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Die Funktion eines solchen Differenzdruckschalaers 7 geht aus Fig.
2 hervor. Der Differenzdruckschalter 7 ha, einen Kolben 9, auf den in der Darstellung
von oben der Druck P des Vorspanng gases und von unten der Druck Pfe der Füllflüssigkeit
einwirkt.
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Gleichzeitig stützt sich der Kolben 9 auf einer Feder 10 ab derart,
daß Pfl = Pg + P feder ist. Die Federkonstante läßt g sich durch Veränderung der
Lage der einen Anlagefläche der Feder 10 gemäß Pfeildarstellung V'verändern. Der
Kolben 9 wirkt ferner mit einem Annäherungsschalter 8 zusammen, der die Einhaltung
eines bestimmten Differenzdruckes, der entweder konstant oder über die Zeit veränderlich
sein kann, überwacht. Von dem Differenzdruckschälter 7 können beispielsweise nacheinaner
die in Abzweigleitungen 4a bis 4c der Abluftleitung 4 angeordnete Ventile lla bis
llc, denen Drosselstellen 12a bis 12c nachgeschaltet sind, über eine Steuerleitung
15 ganz oder teilweise geöffnet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Druckdifferenz
zwischen Vorspanngas in der Abluftleitung 4 und Füllflüssigkeit in der Fülleitung
3 auf einem bestimmteir konstanten oder zeitlich abhängigen Wert einzuregeln. In
der
Abluftleitung 4 befindet sich ferner ein Rückschlagventil 13
mit einem Rückschlagkörper, welcher, solange das Vorspanngas oder der Schaum aus
der Abluftleitung 4 entweicht, beispielsweise von einer Feder, offengehalten wird.
Strömt aber die Flüssigkeit über den Degen 14 in die Abluftleitung 4, was geschieht,
wenn der Behälter 1 vollständig gefüllt ist, wird der Rückschlagkörper von der Flüssigkeitsströmung
in einen Dichtsitz gedrückt und dadurch die Abluftleitung 4 automatisch geschlossen.
Dadurch kann die Abspritzflüssigkeitsmenge außerordentlich gering gehalten werden.
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Bezugszeichenliste: 1 Behälter 2 Behälterinnenraum 3 Fülleitung 4
Abluftleitung 4a bis 4c Abzweigleitungen 5 Anschlußarmatur 6 Anschlußkopf 7 Differenzdruckschalter
8 Annäherungsschalter 9 Kolben 10 Feder lla bis llc Ventile 12a bis 12c Drosselstellen
13 Rückschlagventil 14 Stechdegen