DE3742433C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abfüllen von sauerstoffempfindlichen Flüssigkeiten in Flaschen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bekannt ist allgemein beim Abfüllen von luftempfindlichen Flüs­ sigkeiten, daß die Flaschen vor dem Vorspannen vorevakuiert wer­ den, d. h. es wird der größte Teil der Luft abgesaugt. Beim nach­ folgenden Vorspannen wird dann ein Gemisch aus Luft und CO₂ aus dem gemeinsamen Druckbehälter für die Flüssigkeit und Spanngas in die Flaschen eingeleitet. Durch das Vorevakuieren läßt sich der Luftanteil zwar auf ca. 10% reduzieren, dieser Anteil wird je­ doch beim Vorspannen wieder erhöht, da auch das Spanngas einen weiteren Luftanteil enthält. Auch durch Einleiten einer CO₂- Menge in den Druckbehälter, die einem Mehrfachen der aus den Flaschen verdrängten Gasmenge entspricht, läßt sich erfahrungs­ gemäß der Luftanteil im Spanngas nicht weiter als bis auf ca. 5% herabsetzen, da das Spanngas fortlaufend durch das aus den Fla­ schen verdrängte Rückgas verunreinigt wird. Das Einlaufen der Flüssigkeit in die Flasche erfolgt somit unter einer gewissen Sauerstoffeinwirkung und nach dem Füllen auf die vorbestimmte Füllhöhe verbleibt ein Gemisch aus Luft und CO₂ im Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels. Bei diesem bekannten Verfahren muß sich daher an den Füllvorgang unbedingt ein Überschäumen zwecks Ver­ drängen der schädlichen Luft aus der Flasche anschließen.

Diese Nachteile sollen durch ein Verfahren (DE 34 39 736 A1) besei­ tigt werden, bei dem bei geschlossenen Ventilen eine auf einen Flaschenteller gestellte Flasche durch einen Hubzylinder fest an den Füllkopf gedrückt wird. Diese Flasche ist zu 100% mit Luft gefüllt. Nunmehr wird das Vakuumventil für eine bestimmte Zeit­ spanne geöffnet. Dadurch wird die Flasche an einen Druckbehälter angeschlossen und bis auf einen absoluten Druck von 0,1 bar eva­ kuiert. Die Anfangsluft wird somit zu 90% abgesaugt, so daß die Luftkonzentration in der Flasche nunmehr 10% beträgt. Nach dem Schließen des Vakuumventils wird das CO₂-Ventil für eine bestimm­ te Zeitspanne geöffnet. Dadurch wird die Flasche mit einem ande­ ren Druckbehälter verbunden, aus dem reines CO₂ in die Flasche einströmt bis ein Druck von 3,2 bar in der Flasche erreicht ist. Dadurch verringert sich die Luftkonzentration weiter auf ca. 2,5%. Nachdem so in der Flasche eine nahezu reine CO₂-Atmosphäre ge­ schaffen worden ist, wird durch Öffnen des Flüssigkeitsventils und des Rückgasventils der eigentliche Füllvorgang eingeleitet. Dabei strömt als erstes ein kleiner Teil des Gases aus der Fla­ sche über das Rückgasrohr und die Rückgasleitung in einen Ring­ kessel, bis auch in der Flasche ein Überdruck von 3 bar herrscht. Hierdurch wird verhindert, daß Gas aus dem Ringkessel in die Flasche strömt und dort möglicherweise die Luftkonzentration erhöht. Nach dem Druckausgleich läuft die Flüssigkeit infolge der Höhendifferenz zwischen dem Ringkessel und den Flaschen über die Flüssigkeitsleitung in die Flasche ein, wobei das nahezu reine CO₂ über das Rückgasrohr und die Rückgasleitung in den Ringkes­ sel verdrängt wird. Im Ringkessel stellt sich daher nach einiger Zeit gleichfalls eine nahezu reine CO₂-Atmosphäre mit einer Luft­ konzentration von ca. 2,5% ein, so daß weder während des Verwei­ lens im Druckbehälter noch während des Einlaufens in die Flasche über das Füllorgan eine spürbare Einwirkung des Luftsauerstoffes auf die Flüssigkeit stattfinden kann.

Nachteilig bei dieser Abfüllung ist, daß ein hoher CO₂-Verbrauch durch Verwendung von Reinst-CO₂ zum Vorspannen vorhanden ist. Außerdem ist es schwierig, auf Grund des großen Gasdurchsatzes und auch wegen des ständigen Einblasens von reinem CO₂ bei ver­ minderter Leistung oder auch bei Stillstand der Maschine, die Druckregelung innerhalb des Abfüllsystems durchzuführen. Die Einhaltung des Differenzdruckes CO₂-Quelle - Ringkessel kann nur durch einen zusätzlichen CO₂-Verbrauch realisiert werden, da neben der Vorspanngasmenge ein ständig schwankender Gasanteil bei der Flüssigkeitskorrektur zugeführt wird, der abhängig ist vom Durchsatz der Füllmaschine und der Flüssigkeitskorrekturmenge.

Bekannt ist auch das gattungsgemäße Verfahren (DE 36 06 977 C2) zum Abfüllen luftempfindlicher Flüssigkeiten wie Bier, Wein und dgl., welches die Aufgabe besitzt, bei einem federbelasteten Füllventil unter Beibehaltung eines bei Gleichdruck zwischen Flasche und Flüssigkeitskessel auf Federdruck automatisch öffnenden Ventils die Zufuhr eines Zusatzgases durch das Rückgasrohr bei geschlos­ senem Ventil zu ermöglichen, ohne daß dadurch das Flüssigkeits­ ventil öffnet oder andere konstruktive Maßnahmen zum Halten die­ ses Ventils in geschlossener Stellung erforderlich werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Abfüllen luft­ empfindlicher Flüssigkeiten wie Bier, Wein und dgl. unter Verwen­ dung eines Füllorgans, wobei die Flaschen evakuiert und anschlie­ ßend auf den im Flüssigkeitskessel herrschenden Druck vorgespannt werden, worauf das Füllventil automatisch öffnet und die Befül­ lung vorgenommen wird. Dabei wird zunächst ein erster Vorspann­ druck in der Flasche hergestellt, der unter dem im Kessel herr­ schenden Überdruck, aber über dem atmosphärischen Druck liegt und danach wird der erste und/oder zweite Evakuierungsvorgang einge­ leitet und im Anschluß daran die eigentliche Vorspannung auf den im Kessel vorherrschenden Druck durchgeführt. Zum ersten Vor­ spanndruck wird Inertgas verwendet.

Dieses Verfahren beinhaltet die gleichen Nachteile wie das vorge­ nannte. Auch hier wird mit Inertgas vorgespannt und dieses Inert­ gas-Luftgemisch durch die Evakuierung abgeblasen. Ein hoher Inertgasverbrauch ist die Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sauerstoffempfindliche Flüssigkeiten in Flaschen zu füllen bei möglichst geringster Sauerstoffaufnahme durch die Flüssigkeit und bei sparsamstem Verbrauch an Inertgas.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des 1. Anspruches angegebenen Merkmale gelöst. Weitere günstige Ausge­ staltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß durch das Einleiten einer dosierten Menge von Inertgas ein sehr gerin­ ger Verbrauch an Inertgas vorhanden ist bei gleichzeitiger scho­ nender und qualitätsgerechter Abfüllung. Bei der Wiederholung der Verfahrensschritte verringert sich bei sonst gleichen Verfahrens­ parametern der Restluftgehalt in der Flasche bis auf 0,8%. Die­ ser Wert reicht aus, um auch sehr sauerstoffempfindliche Getränke schonend abzufüllen, so daß in der Regel keine weiteren Wiederho­ lungen dieser Verfahrensschritte notwendig sind.

Besonders ökonomisch kann das Verfahren gestaltet werden, wenn das Spanngas des Ringkessels bzw. das überschüssige Spülgas, welches 95 bis 99% CO₂ enthält, zum dosierten Einleiten in die evakuierten Flaschen verwendet wird. Wenn CO₂-Spanngas aus dem Ringkanal mit einem Luftanteil von 5% dosiert wird, verbleiben bei o.g. Verfahrensbedingungen nach der ersten Dosierung und nachfolgenden Evakuierung noch 3,2% Luft und nach der zweiten Dosierung und Evakuierung noch ca. 1% Luft in der Flasche. Ge­ genüber der Verwendung von reinem CO₂ zum Dosieren erhöht sich der Restluftanteil in der Flasche dabei unwesentlich.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung,

Fig. 2 die Darstellung gemäß Fig. 1 mit zusätzlicher Leitung.

Das Verfahren zum Abfüllen von sauerstoffempfindlichen Flüssig­ keiten in Flaschen oder dgl. basiert auf dem füllrohrlosen Ab­ füllsystem nach dem Einkammerprinzip mit Vorevakuierung und Inertgasvorspannung.

Bei diesem Abfüllverfahren wird je eine Flasche gasdicht über eine Zentrierglocke angepreßt und durch Anschließen an eine Vaku­ umquelle bis zu einem Druck von etwa 0,1 bar evakuiert. An­ schließend wird in die evakuierte Flasche mit 10% Restluft eine genau dosierte Menge Inertgas eingeleitet. Als Inertgas wird CO₂ verwendet, welches einen einstellbaren Druck aufweist, der in beliebiger Höhe über dem in der Flasche herrschenden Restdruck liegt und vorzugsweise 3,0 bis 4,0 bar aufweist. Dabei muß jedoch gegeben sein, daß nach dem Dosieren sich der Druck in der Flasche noch im Unterdruckbereich befindet. Es kann reines CO₂, aber auch technisches CO₂ (Fremdgasgehalt 2%) oder auch CO₂-Abblasegas (Spanngas) aus dem Ringkessel der Füllmaschine mit einem Luftge­ halt bis ca. 5% dafür verwendet werden. Die dosierte Menge an CO₂ muß mindestens so groß sein, daß sie etwa der 2-4fachen Menge der Restluft in der Flasche entspricht.

Vorzugsweise werden 40 bis 60 g CO₂/hl Abfüllgut zudosiert. In der Flasche bildet sich dadurch ein genau definiertes Mischungs­ verhältnis von 1 : 3 bis 1 : 4 zwischen der in der Flasche ver­ bliebenen Luft und dem eingeleiteten CO₂. Dieses CO₂-Luftgemisch wird nochmals evakuiert, wobei dieses Gas in die Atmosphäre abge­ blasen wird. Ausgehend von den im Beispiel gewählten Verfahrens­ parametern mit einem Vakuum von 0,1 bar Restdruck, entsprechend 10% Restluftgehalt der Flasche, wird nach der Dosierung von 50 g CO₂/hl und nachfolgender Evakuierung auf einen Restdruck von 0,1 bar der Restluftanteil in der Flasche auf ca. 2,9% reduziert. Je nach Notwendigkeit kann das dosierte Einleiten von CO₂ und das nachfolgende Evakuieren mehrfach erfolgen. Bei der Wiederholung dieser Verfahrensschritte verringert sich bei sonst gleichen Verfahrensparametern der Restluftgehalt in der Flasche bis auf 0,8%. Dieser Wert reicht aus, um auch sehr sauerstoffempfindli­ che Getränke schonend abzufüllen, so daß in der Regel keine wei­ teren Wiederholungen dieser Verfahrensschritte notwendig sind. Besonders ökonomisch kann das Verfahren gestaltet werden, wenn das Spanngas des Ringkessels bzw. das überschüssige Spülgas, wel­ ches 95 bis 99% CO₂ enthält, zum dosierten Einleiten in die evakuierten Flaschen verwendet wird. Wenn CO₂-Spanngas aus dem Ringkessel mit einem Luftanteil von 5% dosiert wird, verbleiben bei o. g. Verfahrensbedingungen nach der ersten Dosierung und nachfolgenden Evakuierung noch 3,2% Luft und nach der zweiten Dosierung und Evakuierung noch ca. 1% Luft in der Flasche. Ge­ genüber der Verwendung von reinem CO₂ zum Dosieren erhöht sich der Restluftanteil in der Flasche dabei nur unwesentlich. Nunmehr wird die Flasche mit Gas aus dem Ringkessel vorgespannt und bei Gleichdruck gefüllt. Beim Vorspannen der Flaschen mit einem Über­ druck von 3,0 bar und bei einem Restluftanteil in der Flasche von ca. 2,9% und einem Luftanteil im Spanngas von 1,0% wird nach dem Vorspannen in der Flasche eine Luftkonzentration von ca. 1,7% erreicht. Dieses Gas wird in den Ringkessel zurückgeführt. Um die gewünschte niedrige Luftkonzentration im Ringkessel (z. B. 1,0%) nicht zu überschreiten, wird dort noch eine geringe Menge reines CO₂ als Spülgas zugesetzt. Bei der zweistufigen CO₂-Dosierung und nachfolgender Evakuierung beträgt, ausgehend von 0,8% Restluft in der Flasche bei sonst gleichen Verfahrensparametern die Luft­ konzentration nach dem Vorspannen in der Flasche nur noch 1,2%.

Eine mögliche Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens zum Ab­ füllen von sauerstoffempfindlichen Flüssigkeiten 1 in Flaschen 2 besteht aus einem Ringkessel 3, in dem sich die abzufüllende Flüssigkeit 1 und Spanngas 4 befinden. Die Flüssigkeit 1 wird höhenabhängig zugeführt und das Spanngas 4 über ein Druckregel­ ventil 5 von einer mit einer CO₂-Quelle 6 in Verbindung stehenden CO₂-Ringleitung 7 entnommen. Am Ringkessel 3 sind Füllventile angeordnet, die u. a. eine Zentrierglocke 8 besitzen, an die die Flaschen 2 durch die Aufwärtsbewegung des Hubzylinders 9 gasdicht angepreßt werden. Jedes Füllventil steht mit dem Ringkessel 3 über einen Flüssigkeitskanal 10 mit Flüssigkeitsventil 11 und mit einem Spann- bzw. Rückgaskanal 12 mit Spann- bzw. Rückgasventil 13 in Verbindung. Das Füllventil besitzt einen Flüssigkeitsaus­ lauf 14 und ein in die Flasche 2 ragendes Rückluftrohr 15, wel­ ches mit einer Öffnung zur Bestimmung der Füllhöhe versehen ist. Desweiteren sind Leitungen vorhanden, wobei die Leitung 16 das Füllventil über ein Vakuumventil 17 mit einer Vakuumquelle 18 in Verbindung stehenden Vakuumringleitung 19 verbindet. Die Leitung 20 verbindet das Füllventil über ein Entlastungsventil 21 mit der Atmosphäre. Weiterhin ist eine Leitung 22 vorhanden, die zwischen Füllventil und einer CO₂-Ringleitung 7 angeordnet ist und in der sich ein umschaltbares Dreiwegeventil 23 befindet. Dem Dreiwege­ ventil 23 ist eine Dosierkammer 24 zugeordnet. Die CO₂-Ringlei­ tung 7 ist außerdem noch über eine Leitung 25 mit Druckregelven­ til 5 mit dem Ringkessel 3 verbunden. Soll das dosierte Einleiten von CO₂ nicht von einer gesonderten CO₂-Quelle 6, sondern mit Spanngas 4 aus dem Ringkessel 3 erfolgen, ist das Dreiwegeventil 23 über die Leitung 26 mit dem Ringkessel 3 verbunden (Fig. 2).

Claims (4)

1. Verfahren zum Abfüllen von sauerstoffempfindlichen Flüssigkei­ ten in Flaschen, bei dem jede Flasche durch Anheben an eine Zen­ trierglocke gasdicht angepreßt, dann die Flasche ein- oder mehr­ malig evakuiert und anschließend mit Inertgas vorgespannt und bei Gleichdruck mit dem Ringkessel die Flasche gefüllt wird, wobei das Inertgas-Luftgemisch aus der Flasche in den Ringkessel ent­ weicht, woran sich das Entlasten und Abziehen anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer ersten und einer folgenden Evaku­ ierung über eine Gasdosierkammer eine volumetrisch definierte Menge von Inertgas in die Flasche eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Einleiten der dosierten Menge von Inertgas, durch vorzugswei­ se reines CO₂ oder CO₂-Ringkesselatmosphäre mit einem Luftgehalt bis 5%, in der Flasche ein genau definiertes Mischungsverhältnis im Unterdruckbereich zwischen der in der Flasche verbliebenen Luft und dem eingeleiteten Inertgas gebildet wird, wobei der Druck des Inertgases in beliebiger Höhe derart über dem in der Flasche herrschenden Restdruck im Vakuum liegt, daß nach dem Dosieren sich der Druck in der Flasche immer noch im Unterdruck­ bereich befindet, wobei die Dosiermenge an Inertgas mindestens so groß ist, daß sie vorzugsweise der 2- bis 4fachen Menge der Restluft in der Flasche entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgas, gebildet aus der in der Flasche nach dem ersten Evakuieren noch verbliebene Luft und dem dosiert zugeführten Inertgas, beim nochmaligen Evakuieren in die Atmosphäre abgebla­ sen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das dosierte Einleiten von Inertgas im Unterdruckbereich in die Flasche und das nachfolgende Evakuieren ein- oder mehrfach er­ folgt, bevor das Vorspannen der Flaschen mit Gas aus dem Ringkes­ sel vorgenommen wird.