EP0979206A1 - Verfahren und vorrichtung zum füllen von gebinden - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum füllen von gebinden

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EP0979206A1
EP0979206A1 EP98916983A EP98916983A EP0979206A1 EP 0979206 A1 EP0979206 A1 EP 0979206A1 EP 98916983 A EP98916983 A EP 98916983A EP 98916983 A EP98916983 A EP 98916983A EP 0979206 A1 EP0979206 A1 EP 0979206A1
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EP
European Patent Office
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pressure
filling
container
gas
product
Prior art date
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Application number
EP98916983A
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English (en)
French (fr)
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EP0979206B1 (de
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Volker Till
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KHS Till GmbH
Original Assignee
GEA Till GmbH and Co
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19720170A external-priority patent/DE19720170C2/de
Application filed by GEA Till GmbH and Co filed Critical GEA Till GmbH and Co
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Application granted granted Critical
Publication of EP0979206B1 publication Critical patent/EP0979206B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/30—Filling of barrels or casks
    • B67C3/32—Filling of barrels or casks using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/2931—Diverse fluid containing pressure systems
    • Y10T137/2984—Foam control in gas charged liquids
    • Y10T137/299—Separate handling of foam

Definitions

  • the invention relates to a method for filling containers, in particular kegs, with liquids in which at least one gas is dissolved, the container being pre-stressed with a biasing gas before filling the liquid, then the container via a filling valve of a filling station connected to a supply line Liquid supplied and the bias gas contained in the container is removed during the filling process, as well as a device for performing this method.
  • Carbonated beverages such as beer, only keep their C0 2 in solution if the partial pressure of the gas C0 2 above the liquid is at least as high as the saturation pressure in the liquid. If the gas pressure above the liquid is below the saturation pressure, the liquid loses C0 2 , but if the gas pressure is significantly higher, there is a risk that additional C0 2 will dissolve.
  • the gas absorption is dependent on the differential pressure between the saturation pressure in the liquid and the partial pressure above the liquid, the time available for gas exchange, which is usually equivalent to the filling time of the container, and the size of the gas exchange surface, i.e. the Liquid surface. Due to the turbulence in the liquid during the filling process, the risk of gas absorption during filling is considerably increased.
  • a differential pressure between the supply line and the interior of the container is necessary.
  • the size of the differential pressure determines the inflow speed of the product.
  • the product is filled with turbulence at an initially low speed to avoid increasing the surface area, which is then slowly increased.
  • the container is pretensioned with a gas pressure that is significantly above the saturation pressure of the gas dissolved in the liquid.
  • the liquid itself is also kept at this pressure level by tanks or pumps and fed to the filling machine. After the container has been pretensioned to the pressure of the liquid supplied, a connection is established between the container and the supply line of the filling material.
  • Controlled draining of the prestressing gas in the container enables the filling material to flow into the container.
  • the differential pressure that builds up determines the flow rate of the liquid.
  • the gas outlet is throttled towards the end of the filling, and as a result the differential pressure between the interior of the container and the supply line decreases. Towards the end of the filling process, this results in a reduction in the filling quantity per unit of time, which enables precise switching off when a target quantity is reached.
  • This known method is referred to as "return gas control”.
  • the advantage of this Regulation is that the gas pressure above the liquid is always above the saturation pressure of the C0 2 gas.
  • the preload pressure to be set is determined by experience. At the beginning of the filling process, the product should lose C0 2 due to turbulence that results in local negative pressures. This creates a deliberate artificial foam on the liquid surface, the bubbles of which only contain the released C0 2 and thus protect the product from contact with the oxygen-containing gas atmosphere above. During the further filling process, the turbulence and with it the local negative pressure disappear. The product resumes C0 2 during the remaining filling time. The trick is to achieve a balance between C0 2 loss and recovery depending on the C0 2 content, temperature, container size and calculated filling time.
  • the reduction of the filling speed in the last filling section is problematic. If the liquid inlet pressure remains constant, the flow rate can only be reduced if the differential pressure is reduced. In the known methods, the gas outlet is throttled (or in extreme cases prevented) and waited until the rising fill level has reduced the back pressure to the desired value by compressing the remaining gas volume in the container. This period can be significant, especially for beer kegs.
  • a 50 1 keg usually has an inlet cross-section DN21 and a maximum filling speed of 31 / sec at a differential pressure of 0.8 bar.
  • N 2 and C0 2 have completely different solubilities and saturation pressure curves. While C0 2 easily goes into solution and is difficult to get out of solution, it is extremely difficult to get N 2 into solution at all and it is very easy to remove N 2 even with the slightest turbulence. The balance between degassing at the start of filling and resumption of the lost gas during filling is almost impossible to find in 2-gas systems. The quality of the product to be filled is therefore fluctuating. An attempt is made to compensate for this by keeping the ratio of the gas atmosphere C0 2 to N 2 different from the proportion of the dissolved gases. However, this compromise is only valid for one temperature or one container size and only for one product supply pressure. It is impossible to master these many factors and their tolerances in terms of control technology.
  • Another disadvantage of the return gas control is that the container must be biased far beyond the saturation pressure with gas, usually C0 2 , in order to achieve a pressure drop that is still above the saturation pressure even during the maximum lowering of the internal pressure during the filling process of the gas. Since the gas then into the Atmosphere is released, in addition to the energy consumption, an increased consumption of the greenhouse gas C0 2 is the result.
  • gas usually C0 2
  • the object of the invention is therefore to enable gentle filling and to reduce the consumption of biasing gas.
  • This object is essentially achieved with the invention in that the prestressing gas in the container is only biased to a partial pressure corresponding approximately to the saturation pressure of one of the gases dissolved in the filled liquid, which is below the product pressure present in the feed line upstream of the filling valve.
  • the pretensioning of the container is initially carried out as precisely as possible to the product pressure directly at the filling valve to prevent the product from being injected into the container when the filling valve is opened.
  • the differential pressure for the filling process by lowering the gas pressure level in the barrel and keeping the product supply pressure constant, as in the case of the return gas control, it is proposed according to the invention to keep the internal gas pressure in the container constant in order to generate the necessary differential pressure and to keep the product supply pressure at the inlet of the container increase.
  • the differential pressure to be applied for filling between the product supply and the interior of the container via a pressure control device is applied controllably for each filling station. This can be done either by a pressure increasing or a pressure reducing unit. This means that any desired differential pressure to the inside of the container can be individually set in the shortest possible time, so that in contrast to return gas control, instantaneous control is achieved.
  • the gas inside the container can then be pushed out through the inflowing product using a simple overflow valve.
  • the expensive control engineering devices that were usual up to now are no longer necessary for this.
  • the optimal gas composition within the container can be set, since there is an equal pressure inside the container throughout the filling process.
  • conventional return gas control the changing pressures inside the container during the filling process in the different filling phases resulted in different gas exchange behavior and thus an influence on the product quality. This is completely eliminated by the invention.
  • the pretensioning pressure within the container is set in accordance with the saturation pressure after filling.
  • the background of this inventive concept is the fact that beer kegs are steamed for sterilization before filling and the cold product is filled into the still hot container. In this case, 50 liters of beer at a temperature of about 3 ° C. are filled into about 12 kg of metal at a temperature of 100 ° C.
  • a mixing and compensation temperature is set which increases the temperature of the product in the container by approx. 4 ° C compared to the supply temperature.
  • this changes the saturation pressures of the dissolved gases so that, according to the invention, the value to be set corresponds to that of the product in the filled Containers must correspond. This question has never been asked in the past because the back pressure has always been significantly above the saturation pressure.
  • a device for carrying out the above-described method with a filling station which is supplied with product liquid to be filled into the container via a supply line and from which bias gas escaping from the container via a return gas line, has, according to the invention, a pressure control device in the filling station for determining the filling pressure at the filling station on.
  • the product pressure at each filling station can be set individually as a function of the filling quantity or filling level, completely independently of the supply pressure of the product to be filled and independently of the other filling stations which may be provided on the filling machine.
  • the pressure control device is expediently assigned a pressure sensor for determining the product pressure at the individual filling station.
  • the pressure control device is a pressure increasing unit, preferably a frequency-controlled pump, with which any desired differential pressure to the inside of the container can be produced within fractions of a second.
  • Pressure increasing unit can also be a centrally installed pressure increasing unit, for example, and additionally one on each Filling station arranged pressure reducing unit, in particular be provided in a controllable pressure reducing valve.
  • the problem here is that at low flow speeds due to the high differential pressures between the product supply pressure in front of the pressure reducing station and in the container behind the pressure reducing station, only small nominal diameters can be released, through which the product squeezes due to the high pressure difference with high flow velocities in the valve seat, in order to then expanded pipeline to flow at an average low speed. This "squeezing" can release the easily soluble gas and foam the liquid and change its composition.
  • compensators connected in parallel may be provided under certain circumstances, by means of which excessive gas release is prevented.
  • an overflow valve is provided in the return gas line, via which the return gas is discharged.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a filling station according to a first embodiment of the invention and Fig. 2 is a schematic representation of a filling station according to a second embodiment of the invention.
  • the filling station 1 shown in FIG. 1 essentially consists of a filling valve 2, to which a liquid, such as beer, in which gases are dissolved is supplied via a supply line 3.
  • a container in particular a keg 4, is placed on the filling valve 2 and is to be filled with the product liquid.
  • a booster pump 5 assigned to the individual filling station 1, which is controlled by a frequency converter 6 as a function of the pressure in the line section 8 to the filling valve 2 determined by a pressure sensor 7 and the gas pressure in the keg 4.
  • a riser pipe 9 is provided in the keg 4, which is connected to a return gas line 10 of the filling valve 2.
  • the return gas line 10 leads to an overflow valve 11, via which access to a return gas outlet 12 is controlled.
  • a bias gas line 13 is also connected to the return gas line 10 and can be shut off via a valve 14.
  • the biasing gas in particular C0 2 .
  • the biasing gas can also be a composition of several gases, such as C0 2 and N 2 .
  • the preload pressure in the keg 4 is only at a partial pressure corresponding approximately to the saturation pressure of the C0 2 (or N 2 ) in the beer, which is approximately at the product pressure in the line section 8 of the supply line 3 before the filling valve 2.
  • the back pressure of the biasing gas in the keg 4 corresponds to the saturation pressure of the dissolved gas after filling the keg 4, ie in the filled container.
  • the filling valve 2 is opened after the biasing gas valve 14 is closed, the pressure is initially constant. After switching on the pump 5, which is approached via a "ramp", the filling speed is slowly increased in order not to cause excessive turbulence.
  • the bias gas escapes via the overflow valve 11 into the return gas outlet 12.
  • the desired differential pressure inside the keg between the product supply pressure and the preload pressure can be produced within a fraction of a second via the pump 5, so that the desired filling speed can be controlled exactly and individually according to the filling height without delay and individually for each individual filling station 1.
  • FIG. 2 corresponds essentially to the embodiment according to FIG. 1, so that corresponding elements are designated with the same reference numerals and their detailed description is omitted again.
  • the essential difference to the first embodiment in the embodiment according to FIG. 2 is that an increased pressure is set in the filling station 20 via a central pressure increasing unit 21 in the supply line 3.
  • Each individual filling station 20 is a pressure reducing valve 22 assigned, which reduces the pressure at the filling valve 2 to the supply pressure desired for the product supply at the filling station 20, which is detected by the pressure sensor 7.
  • the pressure reducing valve 22 When opening the filling valve 2, there should first be a constant pressure between the supply line section 8 and the inside of the container 4 and the differential pressure required for beer delivery should then be set via the pressure reducing valve 22, taking into account the pressure determined in the supply line 8 by the pressure meter 7. However, if there is still an increased pressure in the supply line 8 when the filling valve 2 is opened, this is not critical due to the incompressibility of the liquid in the line section 8.
  • compensators are provided in parallel with the pressure reducing valve 22.
  • the remaining mode of operation corresponds to that of embodiment 1.
  • the differential pressure between product feed line 8 and the preload pressure in keg 4 can be set very quickly by pressure reducing valve 22.
  • the pretension in the keg 4 only has to be set to a partial pressure corresponding approximately to the saturation pressure of the C0 2 (or N 2 ) in the beer and is thus far below the conventionally set pretension pressure.

Landscapes

  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Füllen von Gebinden (4), insbesondere Kegs, mit Flüssigkeiten, in denen wenigstens ein Gas gelöst ist, beschrieben, wobei das Gebinde (4) vor dem Einfüllen der Flüssigkeit mit einem Vorspanngas vorgespannt wird, dann dem Gebinde (4) Flüssigkeit über ein an eine Zufuhrleitung (3, 8) angeschlossenes Füllventil (2) einer Füllstation (1) zugeführt und während des Füllvorgangs das im Gebinde (4) enthaltene Vorspanngas abgeführt wird. Eine schonende Produktbehandlung wird dadurch gewährleistet, daß das Vorspanngas im Gebinde (4) lediglich auf einen etwa dem Sättigungsdruck des in der abgefüllten Flüssigkeit gelösten CO2 oder N2 entsprechenden Partialdruck vorgespannt wird, der unterhalb des maximalen in der Zufuhrleitung (8) vor dem Füllventil (2) anliegenden Produktdruckes liegt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Füllen von Gebinden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen von Gebinden, insbesondere Kegs, mit Flüssigkeiten, in denen wenigstens ein Gas gelöst ist, wobei das Gebinde vor dem Einfüllen der Flüssigkeit mit einem Vorspanngas vorgespannt wird, dann dem Gebinde über ein an eine Zufuhrleitung angeschlossenes Füllventil einer Füllstation Flüssigkeit zugeführt und während des Füllvorgangs das im Gebinde enthaltene Vorspanngas abgeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Kohlensäurehaltige Getränke, wie Bier, halten ihr C02 nur dann in Lösung, wenn der über der Flüssigkeit liegende Partialdruck des Gases C02 mindestens so hoch ist wie der Sättigungsdruck in der Flüssigkeit. Liegt der Gasdruck über der Flüssigkeit unterhalb des Sättigungsdruckes, so verliert die Flüssigkeit C02, liegt der Gasdruck aber wesentlich darüber, besteht die Gefahr, daß zusätzliches C02 in Lösung geht. Die Gasaufnahme ist hierbei abhängig von dem Differenzdruck zwischen dem Sättigungsdruck in der Flüssigkeit und dem Partialdruck über der Flüssigkeit, der für den Gasaustausch zur Verfügung stehenden Zeit, die in der Regel mit der Füllzeit des Gebindes gleichzusetzen ist, und der Größe der Gasaustauschfläche, also der Flüssigkeitsoberfläche. Aufgrund der während des Füllvorganges auftretenden Turbulenzen in der Flüssigkeit ist die Gefahr einer Gasaufnahme während des Füllens erheblich vergrößert. Der Gasaustausch zwischen Flüssigkeit und der überlagerten Gasatmosphäre betrifft jedoch nicht nur das C02, sondern auch andere in der Gasatmosphäre vorhandene Gase, insbesondere Sauerstoff, der nach den gleichen Gesetzen von der Flüssigkeit aufgenommen wird. Sauerstoff ist aber bei Flüssigkeiten, die durch Mikroorganismen geschädigt werden können oder deren Haltbarkeit durch Oxidation von Flüssigkeitsbestandteilen gefährdet ist, ein wesentlicher Faktor für die Qualität des Produktes.
Um das Produkt durch ein Ventil in das Gebinde, sei es eine Flasche oder ein Faß, zu bekommen, ist ein Differenzdruck zwischen Zuleitung und Gebindeinnerem notwendig. Die Größe des Differenzdrucks bestimmt die Einströmgeschwindigkeit des Produktes. Üblicherweise wird das Produkt zur Vermeidung von Oberflächenvergrößerungen durch Turbulenzen mit anfänglich niedriger Geschwindigkeit gefüllt, die dann langsam gesteigert wird. Hierzu wird das Gebinde mit einem Gasdruck vorgespannt, der erheblich über dem Sättigungsdruck des in der Flüssigkeit gelösten Gases liegt. Die abzufüllende Flüssigkeit selbst wird durch Tanks oder Pumpen ebenfalls auf diesem Druckniveau gehalten und der Füllmaschine zugeführt. Nach dem Vorspannen des Gebindes auf den Druck der zugeführten Flüssigkeit wird eine Verbindung zwischen Gebinde und Zuleitung des Füllgutes hergestellt. Durch kontrolliertes Ablassen des im Gebinde vorhandenen Vorspanngases wird das Einfließen des Füllgutes in das Gebinde ermöglicht. Hierbei bestimmt der sich aufbauende Differenzdruck die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Es ist ferner bekannt, daß gegen Ende der Befüllung der Gasaustritt gedrosselt wird und dadurch der Differenzdruck zwischen Gebindeinnerem und Zuleitung abnimmt. Dies bewirkt gegen Ende des Füllvorgangs eine Reduzierung der Einfüllmenge pro Zeiteinheit, wodurch ein genaues Abschalten bei Erreichen einer Sollmenge ermöglicht wird. Dieses bekannte Verfahren wird als "Rückgasregelung" bezeichnet. Der Vorteil dieser Regelung liegt darin, daß der Gasdruck über der Flüssigkeit zu jeder Zeit über dem Sättigungsdruck des C02-Gases liegt.
Der einzustellende Vorspanndruck wird durch Erfahrung ermittelt. Am Anfang der Befüllung soll das Produkt durch Turbulenzen, die lokale Unterdrücke zur Folge haben, C02 verlieren. Dadurch entsteht ein gewollter künstlicher Schaum auf der Flüssigkeitsoberfläche, dessen Blasen ausschließlich das freigewordene C02 enthalten und somit das Produkt vor Kontakt mit der darüberliegenden sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre schützen. Während des weiteren Füllvorgangs verschwinden die Turbulenzen und damit die lokalen Unterdrücke. Das Produkt nimmt während der restlichen Füllzeit wieder C02 auf. Die Kunst besteht also darin, abhängig von C02-Gehalt, Temperatur, Gebindegröße und kalkulierter Füllzeit ein Gleichgewicht zwischen C02-Verlust und -Wiederaufnahme zu erreichen.
Abgesehen davon, daß das Gebinde bei der Rückgasregelung weit über den Sättigungsdruck vorgespannt werden muß und das Ablassen zum Erreichen einer kontrollierten Füllgeschwindigkeit gesteuert vorgenommen werden muß, ist die Reduzierung der Füllgeschwindigkeit im letzten Füllabschnitt problematisch. Bei konstantem Zulaufdruck der Flüssigkeit kann die Fließ- geschwindigkeit nur reduziert werden, wenn der Differenzdruck verringert wird. Bei den bekannten Verfahren wird hierzu der Gasaustritt gedrosselt (bzw. im Extremfall unterbunden) und abgewartet, bis der steigende Füllstand durch Kompression des im Gebinde vorhandenen restlichen Gasvolumens eine Reduzierung des Gegendrucks auf den gewünschten Wert erreicht hat. Dieser Zeitraum kann insbesondere bei Bierfässern erheblich sein. So hat ein 50 1-Keg üblicherweise einen Zulaufquerschnitt DN21 und eine maximale Einfüllgeschwindigkeit von 31/sec bei einem Differenzdruck von 0,8 bar. Ist das Keg mit 35 1 gefüllt, so müssen zur Reduktion der Geschwindigkeit 15 1 Gasraum um 0,7 bar komprimiert werden. Hierfür werden 15 x 0,7 = 10,5 1 Flüssigkeit und aufgrund der sich reduzierenden Füllgeschwindigkeit ca. 8 Sekunden Füllzeit benötigt. Eine schnelle, genaue Regelung ist, insbesondere bei möglicherweise schwan- kenden Zulaufdrücken, also nicht möglich. Noch kritischer ist die Situation, wenn in dem Produkt nicht nur ein Gas (beispielsweise C02), sondern zwei Gase (beispielsweise C02 und N2) bewußt gelöst sind. N2 wird heutzutage deshalb dem Bier zugesetzt, weil es schaumstabilisierend wirkt . Bestes Beispiel dafür ist Stout-Bier, dessen cremiger, lang anhaltender Schaum durch das gelöste, beim Zapfen freiwerdende N2 verursacht wird. N2 und C02 haben jedoch völlig verschiedene Löslichkeiten und Sättigungsdruckkurven. Während C02 leicht in Lösung geht und nur schwer aus der Lösung zu bringen ist, ist es äußerst schwierig, N2 überhaupt in Lösung zu bringen und schon bei geringsten Turbulenzen sehr einfach, N2 wieder zu entfernen. Die Balance zwischen Entgasen bei Füllbeginn und Wiederaufnahme des verlorenen Gases während der Füllung ist bei 2-Gas-Systemen nahezu nicht zu finden. Die Qualität des abzufüllenden Produktes ist daher schwankend. Es wird versucht, dies dadurch zu kompensieren, daß das Verhältnis der Gasatmosphäre C02 zu N2 anders gehalten wird als der Anteil der gelösten Gase. Dieser Kompromiß ist jedoch immer nur für eine Temperatur oder eine Gebindegröße und jeweils nur für einen Produktzufuhrdruck gültig. Eine regelungstechnische Beherrschung dieser vielen Faktoren und ihrer Toleranzen ist unmöglich.
Ein weiterer Nachteil der Rückgasregelung liegt darin, daß das Gebinde weit über den Sättigungsdruck hinaus mit Gas, in der Regel C02, vorgespannt werden muß, um eine Druckabsenkung zu erreichen, die auch während des maximalen Absenkens des Innendrucks beim Füllprozeß immer noch über dem Sättigungsdruck des Gases liegt. Da das Gas anschließend in die Atmosphäre entlassen wird, ist neben dem Energiekonsum auch ein erhöhter Verbrauch des Treibhausgases C02 die Folge.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine schonende Füllung zu ermöglichen und den Verbrauch an Vorspanngas zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß das Vorspanngas im Gebinde lediglich auf einen etwa dem Sättigungsdruck eines der in der abgefüllten Flüssigkeit gelösten Gase entsprechenden Partialdruck vorgespannt wird, der unterhalb des in der Zufuhrleitung vor dem Füllventil anliegenden Produktdrucks liegt.
Die Vorspannung des Gebindes erfolgt dabei zunächst möglichst genau auf den direkt am Füllventil anliegenden Produktdruck, um beim Öffnen des Füllventils ein Einspritzen des Produkts in das Gebinde zu verhindern. Statt wie bei der Rückgasregelung den Differenzdruck für den Füllvorgang durch Absenken des Gasdruckniveaus im Faß herzustellen und den Produktzufuhr- druck konstant zu halten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zur Erzeugung des notwendigen Differenzdrucks den Gasinnendruck im Gebinde konstant zu halten und den Produktzufuhrdruck am Einlauf des Gebindes zu erhöhen.
Es gibt hierbei grundsätzlich zwei Möglichkten der Produktzufuhr in der Zuleitung. Diese kann entweder, wie bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, mit einem bei oder sogar leicht unter dem Vorspanndruck in dem Gebinde liegenden Druck oder mit einem höheren Druck erfolgen, wie es gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist.
Beiden Ausführungsformen gemeinsam ist, daß der zur Befüllung aufzubringende Differenzdruck zwischen Produktzufuhr und Gebindeinnerem über eine Druckregelungseinrichtung (in der Zufuhrleitung statt in der Rückgasleitung) für jede Füllstation regelbar aufgebracht wird. Dies kann entweder durch eine Druckerhöhungs- oder eine Druckreduziereinheit erfolgen. Damit läßt sich jeder gewünschte Differenzdruck zum Gebind- einneren in kürzester Zeit individuell einstellen, so daß im Gegensatz zur Rückgasregelung eine verzögerungsfreie Regelung erreicht wird.
Das Gas im Gebindeinneren kann dann über ein einfaches Überströmventil durch das einströmende Produkt herausgedrückt werden. Die bisher üblichen teuren regelungstechnischen Apparate sind hierfür nicht mehr notwendig. Bei Flüssigkeiten mit mehreren gelösten Gasen kann die optimale Gaszusammensetzung innerhalb des Gebindes eingestellt werden, da während des Füllvorgangs über die gesamte Zeit ein gleicher Druck im Gebindeinneren herrscht. Bei der herkömmlichen Rückgasregelung hatten die wechselnden Drücke im Gebindeinneren während des Füllvorgangs in den unterschiedlichen Füllphasen unterschiedliche Gasaustauschverhalten und damit eine Beeinflussung der Produktqualität zur Folge. Dies ist durch die Erfindung vollständig behoben.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Vorspanndruck innerhalb des Gebindes entsprechend dem Sättigungsdruck nach der Befüllung eingestellt. Hintergrund dieses Erfindungsgedankens ist die Tatsache, daß Bierkegs vor der Befüllung zur Sterilisation gedämpft werden und das kalte Produkt in das noch heiße Gebinde eingefüllt wird. Hierbei werden in ca. 12 kg Metall einer Temperatur von 100°C 50 1 Bier einer Temperatur von ca. 3°C eingefüllt. Es stellt sich eine Misch- und Ausgleichstemperatur ein, die die Temperatur des Produktes im Gebinde um ca. 4°C gegenüber der Zufuhrtemperatur erhöht. Dies verändert selbstverständlich die Sättigungsdrücke der gelösten Gase, so daß erfindungsgemäß der einzustellende Wert demjenigen des Produktes im abgefüllten Gebinde entsprechen muß. Diese Frage hat sich in der Vergangenheit nie gestellt, weil der Gegendruck stets erheblich über dem Sättigungsdruck gelegen hat.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens mit einer Füllstation, der über eine Zufuhrleitung in das Gebinde einzufüllende Produktflüssigkeit zugeführt und aus der über eine Rückgasleitung aus dem Gebinde entweichendes Vorspanngas abgeführt wird, weist erfindungsgemäß in der Füllstation eine Druckregelungseinrichtung zur Festlegung des Fülldrucks an der Füllstation auf. Hierdurch kann der Produktdruck an jeder Füllstation individuell in Abhängigkeit von der Füllmenge oder Füllhöhe völlig unabhängig vom Zufuhrdruck des einzufüllenden Produktes und unabhängig von den an der Füllmaschine ggf. vorgesehenen anderen Füllstationen eingestellt werden. In vielen Fällen ergibt sich außerdem eine Vereinfachung der den Füllmaschinen üblicherweise vorgeschalteten Drucktanks und deren Regelung, da diese ebenfalls ohne Produktbeeinflussung auf das optimale Gasge- misch entsprechend der Verhältnisse bei Sättigungsdruck eingestellt werden können.
Zweckmäßigerweise ist der Druckregelungseinrichtung ein Druckaufnehmer zur Feststellung des Produktdruckes an der einzelnen Füllstation zugeordnet.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckregelungseinrichtung eine Druckerhöhungseinheit, vorzugsweise eine frequenzgeregelte Pumpe, mit der sich jeder gewünschte Differenzdruck zum Gebindeinneren innerhalb von Sekundenbruchteilen herstellen läßt.
Alternativ zu der an der einzelnen Füllstation vorgesehenen
Druckerhöhungseinheit kann auch eine beispielsweise zentral angebrachte Druckerhöhungseinheit und zusätzlich eine an jeder Füllstation angeordnete Druckreduziereinheit, insbesondere in regelbares Druckreduzierventil vorgesehen sein. Problematisch hierbei ist, daß bei kleinen Fließgeschwindigkeiten wegen der hohen Differenzdrücke zwischen Produktzufuhrdruck vor der Druckreduzierstation und im Gebinde hinter der Druckreduzierstation nur kleine Nennweiten freigegeben werden können, durch die sich das Produkt wegen der hohen Druckdifferenz mit im Ventilsitz hohen Strömungsgeschwindigkeiten hindurchquetscht, um in der anschließenden erweiterten Rohrleitung mit im Mittel niedriger Geschwindigkeit zu fließen. Bei diesem "Durchquetschen" kann nämlich das leicht lösliche Gas freigesetzt werden und die Flüssigkeit aufschäumen und ihre Zusammensetzung verändern.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens sind daher unter Umständen parallel geschaltete Kompensatoren vorgesehen, über die eine übergroße Gasfreisetzung verhindert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Rückgasleitung ein Überströmventil vorgesehen, über das das Rückgas abgeführt wird.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Füllstation gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Füllstation gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellt Füllstation 1 besteht im wesentlichen aus einem Füllventil 2, dem über eine Zufuhrleitung 3 eine Flüssigkeit, wie Bier, in der Gase gelöst sind, zugeführt wird. Auf das Füllventil 2 ist ein Gebinde, insbesondere ein Keg 4 aufgesetzt, das mit der Produktflüssigkeit gefüllt werden soll .
In der Zufuhrleitung 3 ist eine der einzelnen Füllstation 1 zugeordnete Druckerhöhungspumpe 5 vorgesehen, die über einen Frequenzumrichter 6 in Abhängigkeit von dem über einen Druckaufnehmer 7 ermittelten Druck in dem Leitungsabschnitt 8 zum Füllventil 2 und dem Gasdruck im Keg 4 gesteuert wird.
In dem Keg 4 ist ein Steigrohr 9 vorgesehen, das mit einer Rückgasleitung 10 des Füllventils 2 verbunden ist. Die Rückgasleitung 10 führt zu einem Überströmventil 11, über das der Zugang zu einem Rückgasauslaß 12 gesteuert wird. An die Rückgasleitung 10 ist außerdem eine Vorspanngasleitung 13 angeschlossen, die über ein Ventil 14 absperrbar ist.
Zum Füllen des Gebindes 4 wird dieses zunächst über die Vorspanngasleitung 13 und die Rückgasleitung 10 mit einem Vorspanngas, insbesondere C02, vorgespannt. Bei bestimmten Flüssigkeiten, beispielsweise Stout-Bier kann das Vorspanngas auch eine Zusammensetzung mehrerer Gase, wie C02 und N2 sein. Der Vorspanndruck im Keg 4 liegt hierbei lediglich auf einem etwa dem Sättigungsdruck des C02 (oder N2) im Bier entsprechenden Partialdruck, der etwa bei dem vor dem Füllventil 2 anliegenden Produktdruck in dem Leitungsabschnitt 8 der Zufuhrleitung 3 liegt. Der Gegendruck des Vorspanngases im Keg 4 entspricht hierbei dem Sättigungsdruck des gelösten Gases nach Füllen des Kegs 4, d.h. im abgefüllten Gebinde. Hierbei wird berücksichtigt, daß sich das mit einer Temperatur von etwa 3°C eingefüllte Bier in dem üblicherweise vor dem Füllen gedämpften und daher etwa 100°C heißen Keg 4 um ca. 4°C erwärmt. Die hierdurch bewirkte Änderung des Sättigungsdruckes wird bei der Einstellung des ursprünglichen Vorspanndruckes bereits berücksichtigt.
Wird nach Schließen des Vorspanngasventils 14 das Füllventil 2 geöffnet, so herrscht zunächst Gleichdruck. Nach Einschalten der Pumpe 5, die über eine "Rampe" angefahren wird, wird die Füllgeschwindikgeit langsam gesteigert, um keine übergroßen Turbulenzen zu verursachen. Das aus der Zufuhrleitung 8 durch den Ringspalt 15 im Füllventil 2 in das Keg 4 hineingeförderte Bier drückt das im Keg 4 enthaltene Vorspanngas durch das Steigrohr 9 aus dem Keg 4 heraus. Das Vorspanngas entweicht über das Überströmventil 11 in den Rückgasauslaß 12.
Der im Inneren des Kegs gewünschte Differenzdruck zwischen dem Produktzufuhrdruck und dem Vorspanndruck kann über die Pumpe 5 innerhalb von Sekundenbruchteilen hergestellt werden, so daß die gewünschte Füllgeschwindigkeit exakt der Füllhöhe entsprechend verzögerungsfrei und individuell für jede einzelne Füllstation 1 gesteuert werden kann.
Die in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1, so daß übereinstimmende Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
Der wesentliche Unterschied zur ersten Ausführungsform liegt bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 darin, daß bei der Füllstation 20 über eine zentrale Druckerhöhungseinheit 21 in der Zufuhrleitung 3 ein erhöhter Druck eingestellt wird. Jeder einzelnen Füllstation 20 ist ein Druckreduzierventil 22 zugeordnet, das den Druck am Füllventil 2 auf den für die Produktzufuhr an der Füllstation 20 gewünschten Zufuhrdruck reduziert, der über den Druckaufnehmer 7 erfaßt wird. Beim Öffnen des Füllventils 2 sollte auch hier zunächst Gleichdruck zwischen dem Zufuhrleitungsabschnitt 8 und dem Inneren des Gebindes 4 herrschen und der zur Bierförderung erforderliche Differenzdruck dann über das Druckreduzierventil 22 unter Berücksichtigung des von dem Druckmesser 7 in der Zufuhrleitung 8 ermittelten Druckes eingestellt werden. Sollte in der Zufuhrleitung 8 beim Öffnen des Füllventils 2 jedoch noch ein erhöhter Druck herrschen, so ist das aufgrund der Inkom- pressibilität der Flüssigkeit in dem Leitungsabschnitt 8 unkritisch.
Um zu vermeiden, daß beim "Durchquetschen" der unter hohem Druck stehenden Produktflüssigkeit in der Zufuhrleitung 3 durch den Ventilsitz des Druckreduzierventils 22 Gas freigesetzt wird, sind parallel zu dem Druckreduzierventil 22 nicht näher dargestellte Kompensatoren vorgesehen. Die übrige Funktionsweise entspricht der der Ausführungsform 1. Auch hier kann der Differenzdruck zwischen Produktzuleitung 8 und dem Vorspanndruck im Keg 4 durch das Druckreduzierventil 22 sehr schnell eingestellt werden.
Wesentlicher Gesichtspunkt beider Ausführungsformen der Erfindung ist der, daß die Vorspannung im Keg 4 lediglich auf eine etwa dem Sättigungsdruck des C02 (oder N2) im Bier entsprechenden Partialdruck eingestellt werden muß und somit weit unter dem herkömmlicherweise eingestellten Vorspanndruck liegt. Über die jeder einzelnen Füllstation 1, 20 zugeordnete Druckregelungseinheit 5 bzw. 22 ist es möglich, die Füllgeschwindigkeit im Keg 4 verzögerungsfrei zu steuern, so daß eine Befüllung mit bisher unerreichbarer Produktschonung ermöglicht wird. Eine Schädigung durch ungewollten Verlust oder Aufnahme von CO. oder die Aufnahme von Sauerstoff aus dem Vorspanngas wird vermieden und die Produktqualität bei geringerem Energieverbrauch und C02-Ausstoß wesentlich verbessert.
Bezugszeichenliste:
1 Füllstation
2 Füllventil
3 Zufuhrleitung
4 Keg
5 Druckerhöhungspumpe 6 Frequenzumrichter
7 Druckaufnehmer
8 Leitungsabschnitt
9 Steigrohr
10 Rückgasleitung 11 Überströmventil
12 Rückgasauslaß
13 Vorspannleitung
14 Ventil
15 Ringspalt 20 Füllstation
21 Druckerhöhungseinheit
22 Druckreduzierventil

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Füllen von Gebinden (4), insbesondere Kegs, mit Flüssigkeiten, in denen wenigstens ein Gas gelöst ist, wobei das Gebinde (4) vor dem Einfüllen der Flüssigkeit mit einem Vorspanngas vorgespannt wird, dann dem Gebinde (4) über ein an eine Zufuhrleitung (3, 8) angeschlossenes Füllventil (2) einer Füllstation (1, 20) Flüssigkeit zugeführt und während des Füllvorgangs das im Gebinde (4) enthaltene Vorspanngas abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspanngas im Gebinde (4) lediglich auf einen etwa dem Sättigungsdruck eines der in der abgefüllten Flüssigkeit gelösten Gase, insbesondere C02 oder N2, entsprechenden Partialdruck vorgespannt wird, der unterhalb des maximalen in der Zufuhrleitung (8) vor dem Füllventil (2) anliegenden Produktdruckes liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktzufuhr zu der Füllstation ( 1 ) durch die Zufuhrleitung (3) mit einem Druck erfolgt, der etwa bei oder leicht unter dem Vorspanndruck in dem Gebinde (4) liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktzufuhr zu der Füllstation (20) durch die Zufuhrleitung (3) mit einem Druck erfolgt, der höher ist als der Vorspanndruck im Gebinde (4).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Befüllung aufzubringende Differenzdruck zwischen Produktzufuhr und Gebindeinnerem über eine Druckregelungseinrichtung (5, 22) für jede Füllstation (1, 20) regelbar aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Gebinde (4) vorgesehene Vorspanngas durch das einströmende Produkt aus dem Gebinde (4) herausgedrückt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspanndruck in dem Gebinde (4) so eingestellt wird, daß er etwa dem Sättigungsdruck des gelösten Gases in dem gefüllten Gebinde (4) entspricht.
7. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Füllstation (1, 20) mit einer Zufuhrleitung (3, 8), über die in ein auf der Füllstation (1, 20) vorgesehenes Gebinde (4) einzufüllende Produktflüssigkeit zugeführt wird, und mit einer Rückgasleitung (10), über die aus dem Gebinde (4) entweichendes Vorspanngas abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an der Füllstation (1, 20) eine Druckregelungseinrichtung (5, 22) zur Festlegung des Fülldruckes in der Zufuhrleitung (8) der Füllstation (1, 20) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregelungseinrichtung (5, 22) ein Druckaufnehmer (7) zur Feststellung des Produktdruckes in der Zufuhrleitung (8) der Füllstation (1, 20) zugeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregelungseinrichtung eine Druckerhöhungseinheit (5) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungseinheit eine vorzugsweise frequenzgeregelte Pumpe (5) ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zufuhrleitung (3) eine zentrale Druckerhöhungseinheit (21) vorgesehen und jeder Füllstation (20) eine Druckreduziereinheit (22) zugeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckreduziereinheit ein vorzugsweise regelbares Druckreduzierventil (22) ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Druckreduziereinheit (22) Kompensatoren vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückgasleitung (10) ein Überströmventil (11) vorgesehen ist, über daß das Rückgas abgeführt wird.
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