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Maschine zum Füllen von T laschen mit kohlensäurehaltigen Mineralwässern
und Limonaden. Die zum Abfüllen von kohlensäurehaltigen Mineralwässern und Limonaden
üblichen Maschinen oder Apparate, welche das kohlensäurehaltige Wasser unter möglichster
Erhaltung des Imprägnierungsdruckes in die Flaschen einfüllen, arbeiten entweder
nach dem sogenannten Gegendruckverfahren in der Weise, daß die in der leeren Flasche
enthaltene Luft lediglich durch das Übergewicht des Wassers in eine von diesem durchströmte
Kammer umgelagert und von hier aus von Zeit zu Zeit abgeblasen wird, oder in der
Weise, daß die Luft aus der Flasche durch eine besondere Leitung unmittelbar ins
Freie abgeblasen wird.
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Die erstere Einrichtung bringt zwar den Vorteil mit sich, daß die
Füllung der Flasche nach der gleich anfangs sich vollziehenden Kompression des Luftinhalts
der Flasche auf den Flüssigkeitsdruck ohne erhebliche Erschütterung der Flüssigkeit
vor sich geht, so daß die nachfolgende Entspannung ohne erhebliches Freiwerden von
Kohlensäure aus der Flüssigkeit erreichbar ist. Die nach dem bekannten Gegendruckverfahren
arbeitenden Maschinen haben jedoch den Nachteil, daß durch die aus den Flaschen
in den großen Flüssigkeitsbehälter verdrängte Luft der Gesamtinhalt des letzteren
durch Spaltpilze o. dgl. infiziert werden kann, wenn beispielsweise die Luft einer
schlecht gereinigten Flasche durch solche verseucht ist. In diesem Fall können also
die Spaltpilzporen in alle nachher gefüllten Flaschen gelangen und deren Inhalt
verderben.
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Bei den Füllapparaten und -Maschinen, bei denen die Flasche ohne Behälter
unmittelbar aus der Zuleitung gefüllt und die Abluft aus der Flasche ins Freie geblasen
wird, kann dagegen eine solche Verseuchung der Flasche nicht eintreten. Dagegen
hat dieses Abfüllverfahren den Übelstand, daß die kohlensäurehaltige Flüssigkeit
während der Ausströmung, die auch durch die meist übliche Steuerung des Luftabführungskanals
nicht behoben werden kann und einer plötzlichen Druckentlastung unterworfen ist,
zum Freiwerden von erheblichen Mengen von Kohlensäure Anlaß gibt. Dies hat zur Folge,
daß, besonders beim Füllen von Limonaden, die, wie handelsüblich, mit einem Schaummittelzusatz
versehen sind, das dem Abnehmen der Flasche vorausgehende Entspannen sich nicht
so erreichen läßt, daß die Flasche ruhig und ohne Schaum abgenommen werden kann.
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Um den erwähnten Übelstand abzuschwächen, hat man zwar bei den bekannten
derartigen Füllmaschinen der ins Freie führenden gesteuerten Abluftleitung einerseits
eine Raumerweiterung in Gestalt eines die Abluft vorübergehend aufnehmenden Behälters,
andererseits eine als Drosselstelle wirkende Verengung gegeben, welche das Abströmen
der Luft und der bei Füllungsbeginn sofort frei werdenden Kohlensäure verlangsamt
und dadurch einen gewissen
Gegendruck in der Flasche entstehen läßt.
Dieses Mittel wirkt aber sehr unvollkommen und bringt außerdem den Übelstand mit
sich, daß durch die Zwischenwirkung des erwähnten Behälters oder Luftaufnehmers
und die Drosselstelle auch die nach Beendigung der Füllung notwendige Entspannung
des Flascheninhalts besonders in ihrer letzten Phase nachteilig verzögert wird.
Hierdurch wird die Dauer jedes einzelnen Füllvorganges vergrößert und dementsprechend
die Arbeitsleistung der nach diesem Verfahren arbeitenden, mechanisch angetriebenen,
rotierenden Füllmaschinen wesentlich vermindert.
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Um diese Mängel der Füllapparate und -maschinen der letzteren Art
zu vermeiden, ist nach vorliegender Erfindung die die Abführung der Luft aus der
Flasche ins Freie verzögernde Drosselstelle des Luftabführungskanals zwischen der
Zapfstelle und der Raumerweiterung bzw. dem Luftaufnehmer angeordnet, während das
die Luftabführung beherrschende Steuerungsorgan wie üblich jenseits dieses Luftaufnehmers
angebracht ist und während der Entspannungszeit vorzugsweise mit Unterbrechungen
geöffnet wird. Durch die Verlegung der Drosselstelle diesseits des Luftaufnehmers
wird die durch den jeweiligen Abschluß des letzteren hervorgerufene Druckerhöhung
zur Vergrößerung der Stauwirkung dieser Drosselstelle und dadurch für einen höheren
Gegendruck in der Flasche wirksam gemacht. Andererseits läßt sich vermöge dieser
Anordnung das Entspannen der Flasche ohne Zeitverlust erreichen, weil die erwähnte
Stauwirkung eine Verminderung der Durchgangsverengung der Drosselstelle ermöglicht.
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Auf der Zeichnung ist in Abb. z die der Erfindung entsprechende Einrichtung
schematisch im senkrechten Schnitt durch den oberen Teil der Maschine dargestellt.
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Abb. 2 zeigt in größerem Maßstabe einen senkrechten Schnitt durch
die der Erfindung entsprechend praktisch durchgebildete Abzapfvorrichtung einer
solchen Maschine.
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Der untere, nicht dargestellte Teil der Maschine enthält die Einrichtung,
welche in bekannter Weise die Drehung des dargestellten Oberteils um die mittlere,
feststehende Achse der Maschine und das Heben und Senken der Flaschenträger bewirkt.
Die zu füllenden Flaschen i bzw. ja werden durch die Flaschenträger 2 und die nicht
dargestellten Anpreßvorrichtungen mit ihren Füllöffnungen gegen die Gummidichtungen
3 der Füllköpfe 4 gepreßt. Diese sind gemäß Abb. i an dem beispielsweise kreisscheibenförmigen
Träger 5 befestigt, der am oberen Ende einer Hohlachse 6 sitzt, welche nahe dem
oberen Ende der Gestellsäule 8 drehbar ist und auf einer Ringfläche 7 ruht. Diese
Hohlachse trägt weiter unten die Führungsarme 9 für die Flaschenträger 2 und wird,
wie erwähnt, durch ein nicht dargestelltes Triebwerk während des Abzapfbetriebes
in langsamer Drehung um die Gestellsäule 8 gehalten.
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Die Füllköpfe 4 enthalten zwei voneinander durch eine Zwischenwand
getrennte Hohlräume io und ii. Der kleinere dieser Hohlräume dient zur Zuleitung
der kohlensäurehaltigen Flüssigkeit in die Flasche i und ist mit deren Innenraum
durch das in diese hineinragende Füllrohr 12 verbunden. -In das Füllrohr 12 ist
ein kleineres Luftabführungsrohr 13 eingebaut, welches durch eine Durchbrechung
der Wandung des Füllrohres 12 in den Halsraum der Flasche einmündet und oben durch
die Zwischenwand zwischen den Kammern io und il in die obere dieser Kammern ausmündet,
und zwar mit einer düsenartig verengten Öffnung i4.
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Der dem Mineralwasser beizusetzende Saft und das kohlensäurehaltige
Wasser selbst wird durch zwei im Innern des Gestellrohres aufsteigende Rohrleitungen
16 bzw. 17 zugeführt, welche oben in entsprechende Längsbohrungen eines Steuerkegels
15 ausmünden, der im oberen Ende der Gestellsäule 8 nicht drehbar befestigt ist.
Die an die Rohrleitungen anschließenden Kanäle münden seitlich unabhängig voneinander
an der kegelförmigen Außenfläche dieses Steuerkegels in verschiedener Höhe aus.
Der Steuerkegel enthält außerdem noch einen Kanal z9, dessen seitliche Anschlußbohrung
ebenfalls von der kegelförmigen Umfläche in einem oberhalb der beiden anderen Kanalmündungen
hegenden Horizont ausgeht. Dieser Kanal =9 bildet das Ende des zur Luftabführung
dienenden Kanalzuges und ist zweckmäßig auch an seiner Ausgangsstelle noch mit einer
düsenartigen Verengung 2o versehen.
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Auf die Kegelfläche des Steuerkegels 15 setzt sich der hohlkegelförmige
Verteilungsdrehschieber 2i drehbar auf; er wird durch Vermittlung eines Zwischenringes
22 durch eine Druckfeder 23, die sich oben auf eine Stellmutter 24 stützt; auf den
Steuerkegel dicht abschließend aufgedrückt. Der Verteilungsschieber 21 ist am unteren
Rande mit einem nach außen vorspringenden Mitnehmer 25 versehen, der sich im Bereich
eines am Innenrande der Bohrung des kreisscheibenförmigen Trägers 5 vorragenden
Mitnehmers 26 befindet, so daß durch diesen der Drehschieber 21 bei der Drehung
der Hohlachse 6 mitgenommen wird. Der Drehschieber 21 ist in der Höhenlage der Ausmündung
der Kanäle 16, 17 und z9 an passenden Umfangsstellen mit Bohrungen versehen, die
seine Schieberöffnungenbilden, undderenAußenenden durch vorzugsweise elastisch biegsame
Röhren mit den beiden Kammern der an der Außenseite des Trägers 5 sitzenden Füllköpfe
4 verbunden sind. Die -zur Zuführung des Saftes und des
kohlensäurehaltigen
Mineralwassers dienenden Rohre 27, 28 münden dabei in die untere Kammer io, das
zur Luftabführung dienende Rohr 29 in die obere Kammer ii dieser Füllköpfe aus.
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In der auf der linken Seite der Abb. i dargestellten Stellung decken
sich die Anschlußöffnungen der Rohrkanäle 27 und 28 im Körper des Drehschiebers
21 mit den Ausgangsöffnungen der Kanäle 16 und 17 im Steuerkegel 15. In dieser Stellung
strömen Saft und Wasser durch Vermittlung der Kammer io der Flasche zu. Die Einmündungsöffnungen.
des Kanals ig und des Steuerkegels sind jedoch gegen die Ausgangsöffnungen der Kanäle
16 und 17 versetzt, so daß während des Füllvorganges selbst der Luftabführungskanal
durch den Drehschieber 21 geschlossen gehalten wird, während außerhalb der Füllstellung
der Luftabführungskanal 29 mit dem zugehörigen Anschlußkanal ig des Steu6rkanals
15 in Verbindung tritt, wie aus der rechten Seite der Abb. i ersichtlich.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Die Hohlachse 6 der
Maschine befindet sich während des Betriebes mit den von ihr getragenen Flaschenträgern,
Flaschen und Füllköpfen in langsamer, stetiger Drehbewegung um die feststehende
Gestensäule B. Hierbei werden durch den Drehschieber 21 die Zwischenleitungen 27,
28 und 29 wechselweise mit den Kanälen 16, 17 und ig des feststehenden Steuerkegels
15 in Verbindung gesetzt. Wenn die Flasche sich mit ihrem Flaschenfüllkopf in Füllstellung
befindet, so kann aus den Kanälen 16 und 17 die Flüssigkeit durch die Anschlußrohre
27, 28, die Kammer io des Füllkopfes und das Füllrohr 12 in die Flasche einfließen,
während diese durch Vermittlung des Flaschenhalters z von der nicht dargestellten
Steuervorrichtung dicht gegen die aus Weichgummi bestehende Abdichtung 3 gepreßt
gehalten wird. Die durch das Einströmen der Flüssigkeit verdrängte Luft kann durch
das Rohr 13 in die obere Kammer ii des Füllkopfes entweichen.
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Da sich der Überströmungsbewegung in der engen Düsenöffnung 14 ein
erheblicher Widerstand entgegensetzt, so entsteht in der Flasche verhältnismäßig
schnell erheblicher Gegendruck. In dem Maße, wie durch diesen Druck der abzuführenden
Luft die Abströmung durch- die Düse 14 begünstigt wird, entsteht in der Kammer ii
ein Gegendruck, welcher sich dem Abströmen in steigendem Maße entgegensetzt. Das
Maß und Anwachsen dieses Abströmungswiderstandes hängt dabei, wie leicht ersichtlich,
von der Größe der Kammer ii ab. Der durch die Düse 14 unter Mitwirkung der geschlossenen
Kammer ix in der Flasche aufrechterhaltene Gegendruck wächst also besonders gegen
den Schluß der Füllungsperiode bis zu einem erheblichen Maß an, so daß der Einfluß
der Flüssigkeit sich ruhig und ohne Lösung erheblicher Kohlensäuremengen und Schaumbildung
vollzieht.
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Wenn nach der Vollendung der Füllung die Kanäle 27 und 28 des betreffenden
Füllkopfes bei entsprechend weiter fortgeschrittener Drehung des Drehschiebers 21
nicht mehr mit den Kanälen 16 und 17 in Verbindung stehen, so kommt der Ausgang
des Luftabführungskanals 29 im Drehschieberkörper 21 zur Deckung mit einer entsprechenden
Anschlußöffnung des $anals ig, wie aus der rechten Seite der Abb. i ersichtlich.
Infolgedessen strömt die Luftaus der Zwischenkammer i1, verzögert durch die drosselnde
Wirkung der Düse 2o und die Expansionswirkung des Gesaminhalts der Kammer, allmählich
ab, und infolge der eingetretenen Druckverminderung kann die im Flaschenhalse über
der Flüssigkeit lagernde Luft nachströmen, so daß in der Flasche eine Entlastung
eintritt.
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Vorzugsweise sind in der Kegelfläche des Steuerkegels 15 mehrere enge
mit dem Kanal ig in Verbindung stehende Schieberöffnungen vorgesehen, so daß bei
fortschreitender Drehung die Freiluftverbindung der Kammer ix wiederholt für kurze
Zeit eintritt. Hierdurch wird eine schrittweise Expansion des Inhalts der Kammer
ii und dadurch allmählich die Entspannung der Flasche herbeigeführt, so daß der
flüssige Flascheninhalt bei der Entspannung in Ruhe bleibt. Die Flasche kann daher
nach Lösung des Anpressungsdruckes und Abwärtsbewegung des Flaschenträgers 2 vollkommen
ruhig und schaumfrei abgenommen werden.
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Bei der praktischen Ausführung wird zweckmäßig, wie bei anderen selbsttätig
arbeitenden Flaschenfüllmaschinen üblich, in den Innenraum der Füllköpfe je ein
gegen Federspannung abhebbares Selbstschlußventil 3o eingebaut,dessen unterer, zylindrischer,
durch eine Stopfbüchse 31 durch den Boden der unteren Kammer io des Füllkopfraums
nach außen tretender Schaft 32 die Gummiabdichtung 3 und das Füllrohr 12 der Zapfstelle
trägt. Der Innenraum des Füllrohres steht mit der Höhlung des Ventilschaftes 32
in unmittelbarer Verbindung, und dieser hat unterhalb der Dichtungsfläche 33 des
Ventilkegels 30 eine seitliche Durchtrittsöffnung 34, durch welche er bei
der in Abb. 2 dargestellten gehobenen Stellung mit dem Innenraum der unteren Kammer
io des Füllkopfes in Verbindung steht. Oberhalb des unteren verjüngten Teils dieser
Kammer liegt die ringförmige Sitzfläche 35 des Ventilkegels 30. In den darunterliegenden
Raum mündet die weitere Saftleitung 27, in den darüberliegenden Raum die engere
Rohrleitung 28 für die kohlensäurehaltige Flüssigkeit aus.
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Das obere Ende des Ventilkegels 3o durchsetzt mit einem zylindrischen
Abdichtungsstutzen 36 die Zwischenwand zwischen der Unterkammer io und der Oberkammer
ii des
Füllkopfes in einer Stopfbüchse 37. Auf die obere Endfläche
dieses Stutzens drückt eine Schraubenfeder 38, deren anderes Ende sich gegen die
Innenfläche der den oberen Abschluß der Oberkammer =i bildenden Federstützkappe
39 stützt. Die Feder 38 wird an ihrem unteren Ende durch eine in den Abdichtungsstutzen
36 dicht eingesetzte Büchse 40 zentriert, in deren Hohlraum unten das Luftabführungsrohr
13 einmündet, welches, von einer Durchbrechung der Seitenwand des Füllrohrs 12 ausgehend,
dieses und den daran sich anschließenden Hohlraum des unteren Ventilschaftes 32
durchsetzt. In das obere Ende der Bohrung der Zentrierungsbüchse ist ein Düsenstück
41 eingesetzt, dessen konachsiale Längsbohrung durch einen Stift 42 bis auf einen
sehr engen Zwischenraum ausgefüllt wird. Der Füllstift ist an dem unteren Ende eines
im Boden der Federstützkappe 39 eingebauten Zapfens 42 befestigt.
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Der Innenraum der Oberkammer des Füllkopfes ist durch einen seitlichen
Anschlußkanal 44 mit dem Hohlraum eines Zwischenstückes 45 verbunden, an welch letzteren
das Zwischenrohr 29 angeschlossen ist, welches den Anschluß des aus den Rohren 13,
40, der Oberkammer =i, dem Anschlußkanal 44 und dem Innenraum des Zwischenstücks
45 bestehenden Luftabführungskanalzug an den Steuerschieber 21 bildet. An das Zwischenstück
45 ist oben ein Behälter von passend gewählter Größe, nötigenfalls auswechselbar,
eingesetzt, welcher durch Öffnungen 47 mit dem Luftabführungskanal in Verbindung
steht.
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Der Ventilkörper 30 setzt sich unter der Wirkung der Feder
38 in der Ruhe mit seiner Ringfläche 33 auf die Sitzfläche auf und sperrt dadurch
die Verbindung zwischen dem das kohlensäurehaltige Wasser zuführenden Zwischenrohr
28 mit dem unter dem Ventilsitz liegenden Ringraum der Kammer =o ab. Hierdurch ist
also der Ausfluß der unter Druck zugeführten kohlensäurehaltigen Flüssigkeit durch
die Öffnung 34, die Höhlung des Schaftes 32 und das Füllrohr ausgeschlossen, selbst
wenn durch den Steuerschieber 2i das Rohr 28 mit der Druckleitung 17 in Verbindung
gebracht ist, Es handelt sich hierbei um eine an sich bei derartigen Maschinen bekannte
Sicherheitseinrichtung, welche im Falle des Bruches einer Flasche während des Füllungsvorganges
in Tätigkeit tritt.
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Während des Betriebes wird für gewöhnlich der Ventilkörper 3o durch
das von dem gesteuerten Flaschenträger 2 vermittelte Andrücken der Flaschenmündung
an die Gummiabdichtung 3 gegen die Spannung der Feder 38 in der in Abb. 2 dargestellten
gehobenen Stellung festgehalten, -in .welcher dieses' Sicherungsventil geöffnet
ist. Die den Gegendruck in der Flasche regelnde gedrosselte Austrittsöffnung 14
des Luftabführungsrohres 13 der Einrichtung- nach Abb. i ist bei der Einrichtung
nach Abb. 2, wie .ohne weiteres ersichtlich; durch die enge Ringöffnung ersetzt,
welche den Füllstift 42-_in der Bohrung des Düsenstücks 41 -umgibt. Die Bewegungen,
welche das Düsenstück 41 infolge des durch den Flaschenträger 2 und die Flasche
vermittelten Hebens und Senkens des Ventilkörpers 30 gegenüber dem feststehend gehaltenen
Füllstift bei jedem Ansetzen und Abnehmen der Flasche ausführt, sichern dabei, daß
die enge Düsenöffnung beständig offen gehalten wird, wodurch Betriebsstörungen,
die durch Änderung des Drosselwiderstandes -an dieser Stelle sonst leicht
eintreten können, vermieden werden. -Die .Größe des Behälters 46 wird, wie erwähnt,
so abgestimmt, daß der beim Füllen der Flasche sich in diesem entwickelnde Druck
ausreicht, um in Verbindung mit dem Drosselwiderstand der Düse 41 den zur Sicherung
des ruhigen Einfiießens der kohlensäurehaltigen Flüssigkeit erforderlichen Gegendruck
hervorzubringen.