DE4326321A1 - Verfahren und Vorrichtung zum sauerstoffarmen Abfüllen von Getränken in Behälter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung ent­ sprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.

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 lädt 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 ent­ spricht, läßt sich erfahrungsgemäß der Luftanteil im Spanngas nicht weiter als bis auf ca. 5% herabsetzen, da das Spanngas fortlaufend durch das aus den Flaschen verdrängte Rückgas verun­ reinigt wird. Das Einlaufen der Flüssigkeit in die Flaschen er­ folgt somit unter einer gewissen Sauerstoffeinwirkung. Nach dem Füllen auf die vorbestimmte Füllhöhe verbleibt ein Gemisch aus Luft und CO₂ im Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels. Bei die­ sem bekannten Verfahren muß sich daher an den Füllvorgang unbe­ dingt ein Überschäumen zwecks Verdrängen der schädlichen Luft aus der Flasche anschließen.

Diese Nachteile sollen durch ein Verfahren (DE 34 39 736) 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 zum Beispiel bei Bier ein Druck von etwa 3,2 bar in der Flasche erreicht ist. Dadurch verringert sich die Luftkonzen­ tration weiter auf ca. 2,5%. Nachdem so in der Flasche eine nahe­ zu reine CO₂-Atmosphäre geschaffen 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 Flasche über das Rückgasrohr und die Rückgas­ leitung in einen Ringkessel, bis auch in der Flasche ein Über­ druck 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 Flüs­ sigkeit 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 Rückgas­ leitung in den Ringkessel verdrängt wird. Im Ringkessel stellt sich daher nach einiger Zeit gleichfalls eine nahezu reine CO₂- Atmosphäre mit einer Luftkonzentration von ca. 2,5% ein, so daß weder während des Verweilens im Druckbehälter noch während des Einlaufens in die Flasche über das Füllorgan eine spürbare Ein­ wirkung des Luftsauerstoffes auf die Flüssigkeit stattfinden kann.

Nachteilig bei dieser Abfüllung ist, der hohe technische Aufwand des Mehrkammersystems sowie ein hoher CO₂-Verbrauch durch Verwen­ dung von Reinst-CO₂ zum Vorspannen. Außerdem ist es schwierig, auf Grund des großen Gasdurchsatzes und auch wegen des ständigen Einblasens von reinem CO₂ bei verminderter Leistung oder auch bei Stillstand der Maschine, die Druckregelung innerhalb des Abfüll- Systems durchzuführen. Die Einhaltung des Differenzdruckes CO₂- Quelle - Ringkessel kann nur durch einen zusätzlichen CO₂-Ver­ brauch realisiert werden, da neben der Vorspanngasmenge ein stän­ dig schwankender Gasanteil bei der Flüssigkeitskorrektur zuge­ führt wird, der abhängig ist von der Drehzahl der Füllmaschine und der Flüssigkeitskorrekturmenge.

Bekannt ist auch das Verfahren (DE 36 06 977) zum Abfüllen luft­ empfindlicher Flüssigkeiten wie Bier, Wein und dgl., welches die Aufgabe besitzt, bei einem federbelasteten Füllventil unter Bei­ behaltung eines bei Gleichdruck zwischen Flasche und Flüssig­ keitskessel auf Federdruck automatisch öffnenden Ventils die Zufuhr eines Zusatzgases durch das Rückgasrohr bei geschlossenem Ventil zu ermöglichen, ohne daß dadurch das Flüssigkeitsventil öffnet oder andere konstruktive Maßnahmen zum Halten dieses Ven­ tils 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 ist zunächst ein erster Vorspann­ druck in der Flasche hergestellt, der unter dem Kessel herrschen­ den Überdruck, aber über den 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.

Bekannt ist weiterhin das gattungsgemäße Verfahren und die zuge­ hörige Vorrichtung (DE 37 42 433) zum Abfüllen von sauerstoffem­ pfindlichen Flüssigkeiten in Flaschen, bei dem jede Flasche durch Anheben an eine Zentrierglocke gasdicht angepreßt, dann die Fla­ sche ein- oder mehrmals 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 entweicht, woran sich das Entlasten und Abziehen anschließt.

Bei diesem Verfahren wird zwischen einer ersten und einer folgen­ den Evakuierung durch Einleiten einer volumetrisch definierte Menge von Inertgas, vorzugsweise reines CO₂ oder CO₂-Ringkessel­ atmosphäre mit einem Luftanteil bis 5%, in der Flasche ein genau definiertes Mischungsverhältnis im Unterdruckbereich zwischen der in der Flasche verbliebenen Luft und dem eingeleiteten Inertgas gebildet. Dabei liegt der Druck des Inertgases in beliebiger Höhe derart über dem in der Flasche herrschenden Restdruck im Vakuum, daß nach dem Dosieren sich der Druck in der Flasche immer noch im Unterdruckbereich befindet. Die Dosiermenge an Inertgas ist mindestens so groß, daß sie vorzugsweise der 2- bis 4fachen Menge der Restluft in der Flasche entspricht. Hierbei wird das Mischgas, gebildet aus der in der Flasche nach dem er­ sten Evakuieren noch verbliebene Luft und dem dosiert zugeführten Inertgas, beim nochmaligen Evakuieren in die Atmosphäre abgebla­ sen.

Bei der zugehörigen Vorrichtung sind zwischen einer Inertgasring­ leitung und den Füllorganen umschaltbare Dreiwegeventile mit jeweils einer zugeordneten Dosierkammer vorhanden.

Besonders ökonomisch soll das Verfahren dann gestaltet werden, wenn Spanngas des Ringkessels bzw. überschüssiges Spülgas zum dosierten Einleiten in die evakuierten Flaschen verwendet wird.

Trotz dieser Vorteile ist der Nachteil vorhanden, daß bei Verwen­ dung von reinem CO₂ ein zusätzlicher CO₂-Verbrauch entsteht. Bei Verwendung von CO₂-Ringkesselatmosphäre ist nachteilig, daß ein stetes Auffüllen von CO₂ notwendig ist, um die Ringkesselatmo­ sphäre aufrechtzuerhalten, da das CO₂-Luftgemisch beim zweiten Evakuieren in die Umgebung abgeblasen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sauerstoffempfindliche Getränke in Behälter zu füllen bei möglichst geringster Sauer­ stoffaufnahme durch das Getränk und bei sparsamsten Verbrauch an Inertgas, wobei die Abfüllbedingungen insbesondere der Inertgas­ verbrauch pro Behälter unabhängig von der Drehzahl der Füllma­ schine sein soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des An­ spruches 1 und 3 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere günstige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß durch das Einstellen des Entlastungsdruckes bei der Zwischenentlastung unabhängig von der Drehzahl der Füllmaschine die Sauerstoffauf­ nahme des Getränkes beim Abfüllprozeß einstellbar ist. Durch den einstellbaren Zwischenentlastungsdruck ist demgemäß der CO₂- Verbrauch entsprechend den Erfordernissen bezüglich des Rest-CO₂- Gehaltes in dem verschlossenen Behälter einstellbar. Dadurch ergibt sich ein sehr geringer Verbrauch an Inertgas bei gleich­ zeitiger schonender und qualitätsgerechter Abfüllung. Es verrin­ gert sich bei sonst gleichen Verfahrensparametern der Restluftge­ halt in der Flasche in Abhängigkeit vom eingestellten Zwischen­ entlastungsdruck. Besonders ökonomisch ist das Verfahren dadurch gestaltet, daß als Spanngas Produktspeicheratmosphäre verwendet wird. Der Vorteil der Vorrichtung besteht in der Anwendung einer einfachen Füllmaschinenkonstruktion im Einkammersystem.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufes

Fig. 2 Diagramme über Parameter beim Füllprozeß

Fig. 3 einen Programmausdruck eines Rechenmodells einer Variante über eine CO₂-arme Abfüllung von Bier auf Einkammer-Ge­ gendruckfüllmaschinen.

Das Verfahren zum sauerstoffarmen Abfüllen von Getränken in Be­ hälter, vorzugsweise gashaltige Getränke in Flaschen basiert auf dem Gegendruckabfüllsystem nach dem Einkammerprinzip mit Voreva­ kuierung und Vorspannung, wobei das Vorevakuieren jedoch auch ent­ fallen kann. Bei diesem Abfüllverfahren wird jeweils eine Flasche gasdicht über eine Zentrierglocke an Füllorgane angepreßt und durch Anschließen an eine Vakuumquelle vorevakuiert (Verfahrens­ schritt 1). Anschließend wird die vorevakuierte Flasche mit einem Produktspeicher in Verbindung gebracht. Es erfolgt ein erstes Vorspannen (Verfahrensschritt 2). Zum Vorspannen wird Produkt­ speicheratmosphäre aus dem Produktspeicher der Füllmaschine verwendet. Daran schließt sich ein Zwischenentlasten an (Verfah­ rensschritt 3). Zur Zwischenentlastung ist ein Zwischenentla­ stungsspeicher vorhanden, dessen Druck durch ein Ventil einstell­ bar ist. Wird im Unterdruckbereich zwischenentlastet, ist der
Zwischenentlastungsspeicher an eine Vakuumpumpe angeschlossen. Nach dem Zwischenentlasten erfolgt ein zweites Vorspannen mit Produktspeicheratmosphäre (Verfahrensschritt 4) und anschließend das Füllen, Entlasten und das Abziehen (Verfahrensschritte 5).

Diese Verfahrensschritte können entsprechend vorhandener Bedin­ gungen mit unterschiedlichen Parametern realisiert werden. Ver­ schiedene Varianten sind aus den Diagrammen gemäß Fig. 2 sowie aus Fig. 3 (Programmausdruck) ersichtlich.

Eine spezielle Variante soll nachstehend beschrieben werden:

Bei dieser Variante wird als Produkt Bier in Flaschen abgefüllt. Die Abfülltemperatur des Bieres beträgt 5°C und es enthält 5,5 g CO₂/kg Produkt.

Die Flasche besitzt ein Nennvolumen von 0,5 dm³, wobei dabei der Kopfraum 4% Anteil besitzt.

Der Systemdruck, d. h. der Abfülldruck (Pab) soll 3,0 bar betra­ gen. Dieser Druck herrscht im Produktspeicher und wird konstant gehalten. Der Vorevakuierungsdruck (Pv) beträgt 0,2 bar und der Zwischenentlastungsdruck (Pz) ist auf 2,03 bar eingestellt.

Bei einer Abfüllung mit diesen Ausgangsparametern stellen sich bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens folgende Pro­ zeßdaten ein bzw. werden durch Einstellungen erreicht:

CO₂-Konzentration im Produktspeicher|= 90,795%
in der Flasche 1. Vorspannen	= 84,742%
in der Flasche Füllphase	= 86,698%

Daraus resultiert:
ein CO₂-Verbrauch von 2,541 g CO₂/kg Produkt,
eine O₂-Aufnahme während der Füllphase von 0,271 mg O₂/kg Produkt.

Diese Werte sind aus Fig. 3 ablesbar.

Claims (4)

1. Verfahren zum sauerstoffarmen Abfüllen von Getränken in Behäl­ ter, vorzugsweise gashaltige Getränke in Flaschen, bei dem jede Flasche vorgespannt und bei Gleichdruck mit einem Produktspeicher die Flasche gefüllt wird, wobei dabei das Inertgas-Luftgemisch in den Produktspeicher entweicht, woran sich das Entlasten und Abziehen anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem er­ sten Vorspannen mit Produktspeicheratmosphäre eine Zwischenentla­ stung auf einen einstellbaren Entlastungsdruck erfolgt und sich daran ein zweites Vorspannen mit Produktspeicheratmosphäre sowie das Füllen, Entlasten und Abziehen anschließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsdruck zwischen 0 bar und Produktspeicherdruck ein­ stellbar ist.

3. Vorrichtung zum sauerstoffarmen Abfüllen von Getränken in Behälter, vorzugsweise gashaltige Getränke in Flaschen, bei der ein Produktspeicher für das Getränk sowie Spann- bzw. Rückgas mit Füllorganen durch je einen absperrbaren Flüssigkeits- und Gaska­ nal verbunden ist und jedes Füllorgan u. a. eine gasdicht schlie­ ßende Zentriereinrichtung, eine Füllöffnung und ein mit einer Öffnung versehenes Rückgasrohr aufweist sowie über Leitungen mit Ventilen mit einer Vakuumleitung, einem Produktspeicher und der Atmosphäre in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllorgan über ein durch eine ortsfeste Kurve gesteuertes Ventil mit einem Zwischenentlastungsspeicher mit Druckeinstellventil verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zwischenentlastung im Unterdruckbereich am Zwischenentla­ stungsspeicher eine Vakuumpumpe angeordnet ist.