EP0979207A1 - Verfahren und vorrichtung zum füllen von gebinden - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum füllen von gebindenInfo
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- EP0979207A1 EP0979207A1 EP98920505A EP98920505A EP0979207A1 EP 0979207 A1 EP0979207 A1 EP 0979207A1 EP 98920505 A EP98920505 A EP 98920505A EP 98920505 A EP98920505 A EP 98920505A EP 0979207 A1 EP0979207 A1 EP 0979207A1
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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
Definitions
- the container In addition to the fact that the container must be biased far above the saturation pressure in the return gas control and the draining must be carried out in a controlled manner in order to achieve a controlled filling speed, 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 increased 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 2.5 1 / sec at a differential pressure of 0.8 bar.
- a major advantage of this new method is that the previously required installation of product pressure sensors can be dispensed with entirely, since these pressures are no longer decisive for the generation of the flow rate. As a result, the use of these highly accurate and sensitive sensors and their calibration calibration adjustment are no longer necessary.
- 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 must correspond to that of the product in the filled container. This question has never been asked in the past because the back pressure has always been significantly above the saturation pressure.
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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 Produktes 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 Erhöhung 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 2,5 1/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 schwankenden 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. ährend 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. Ferner wird das Bedienungspersonal durch den hohen C02-Ausstoß belastet.
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 und daß die Durchflußgeschwindigkeit in der Produktzufuhrleitung gemessen und durch eine Anpassung des Produktvolumenstroms direkt geregelt wird.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird das anfangs langsame Einströmen des Produktes und die Steigerung der Fließgeschwindigkeit zum Ende der Füllung nicht mehr indirekt durch Modulierung des Keginnendrucks geregelt, sondern es erfolgt eine direkte Regelung des Produkt-Volumenstroms.
Ein wesentlicher Vorteil dieses neuen Verfahrens besteht darin, daß auf die bisher notwendige Installation von Produktdrucksensoren völlig verzichtet werden kann, da diese Drücke für die Erzeugung der Fließgeschwindigkeit nicht mehr bestimmend sind. Hierdurch werden der Einsatz dieser hochgenauen und empfindlichen Sensoren sowie deren meßtechnischer Kalibrierabgleich nicht mehr erforderlich.
In einem mit Gegendruckgas befüllten Behälter kann nur sehr träge auf Produktdruckschwankungen reagiert werden, indem der Druck des relativ großen Gasvolumens durch Sperren oder Freigeben des Gasauslasses erhöht bzw. erniedrigt wird. Die Druckänderung hängt von dem langsam ansteigenden Produktniveau im Gebinde ab. Bei der vorliegenden Erfindung läßt sich
hingegen trotz sich ändernder Produkt- oder Gasgegendrücke durch Veränderung des Durchflußquerschnittes die Durchflußgeschwindigkeit des Produktes in das Keg hinein stabil auf dem vorgegebenen gewünschten Wert halten.
Das in das heiße Keg einströmende erste, kalte Produkt bringt Restmengen atmosphärischen Sterildampfes im Gebinde zur plötzlichen Kondensation. Die bisher angewendeten druckmodulierenden Verfahren konnten diesen Druckzusammenbruch nicht schnell genug ausregeln. Das neue Verfahren löst diese Aufgabe ohne Schwierigkeiten und ein kontrolliertes langsames Anströmen des Produktes, Voraussetzung einer schonenden Abfüllung, ist gewährleistet.
In Weiterbildung der Erfindung können in einer Datenverarbeitungseinheit unterschiedliche Füllkurven hinterlegt werden, die bestimmten Gebindegrößen, Fittingarten, unterschiedlichen Produkttemperaturen und/oder bestimmten Treibgasanteilen Rechnung tragen. Die Gestaltung dieser Kurven geschieht durch Algorithmen, die errechnet oder empirisch gewonnen werden und den erwähnten Gebindekomponenten oder Produktzuständen entsprechende Fließgeschwindigkeiten automatisch zuordnen. Neue Produkt-Gebindekonstellationen können damit in diesem System selbstlernend optimierte Füllprofile gestalten und abarbeiten. Die Füllkurven werden als Sollwerte der Regelung des Produktvolumenstroms zugrundegelegt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens können die Füllkurven, bspw. mit graphisch interaktiven Systemen, während der Produktion graphisch verändert und angepaßt werden.
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 an der Füllstation einen Strömungsmesser zur Ermittlung der Durch-
flußgeschwindigkeit in der Zufuhrleitung der Füllstation und eine regelbare Blende zur Anpassung des Produktvolumenstroms auf. Hierdurch kann der Volumenstrom an jeder Füllstation 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 individuell 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 Gasgemisch entsprechend der Verhältnisse bei Sättigungsdruck eingestellt werden können.
Der Produktvolumenstrom wird durch einen Regler auf der Basis der von dem Strömungsmesser ermittelten Durchflußgeschwindigkeit als Istwert und einer vorzugsweise auf die Gebindegröße, Fittingart, Produkttemperatur und/oder Treibgasanteile des Produktes abgestimmten, in einer Datenverarbeitungseinheit gespeicherten Füllkurve als Sollwert geregelt. Hierzu ist der Blendenquerschnitt erfindungsgemäß stufenlos veränderbar.
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 eines Ausführungsbeispiels 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 der Erfindung,
Fig. 2 schematisch die Einflußgrößen für die Festlegung der Füllkurven und
Fig. 3a, eine Gegenüberstellung der herkömmlichen Rückgas- regelung und der erfindungsgemäßen Regelung.
Die in Fig. 1 dargestellte Füllstation 30 baut auf dem in der Stammanmeldung DE 197 18 130.9, deren Inhalt auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird, be- schriebenen Prinzip des niedrigen Gasgegendrucks im zu belüftenden Gebinde auf. Die Füllstation 30 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 ein der einzelnen Füllstation 1 zugeordneter Strömungsmesser 31 zur Ermittlung der Durchfluß- geschwindigkeit des Produktes durch den Leitungsabschnitt 8 und eine stufenlos regelbare Blende 32, bspw. ein Membranregelventil, vorgesehen. Der vor oder hinter der Blende 32 angeordnete Strömungsmesser 31 liefert die gewonnenen Daten des Produktdurchflusses an eine Istwert-Verarbeitung 33, die die aktuelle Durchflußmenge ( -geschwindigkeit ) als Istwert an eine Regeleinrichtung (34) weitergibt.
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 oder leicht darüber (bspw. 1,4 bar), der unterhalb des vor dem Füllventil 2 anliegenden Produktdruckes (bspw. 2,5 bar) in dem Leitungsabschnitt 8 der Zufuhrleitung 3 liegt. Der Gegendruck des Vorspanngases im Keg 4 entspricht 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 gedämpf- ten 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 .
Beim Füllen vergleicht die Regeleinrichtung 33 den von dem Strömungsmesser 31 gelieferten Istwert ständig mit einem durch eine auf die Gebindegröße, Fittingart, Produkttemperatur, Treibgasanteil oder dgl. Parameter abgestimmten in einer Datenverarbeitungseinheit hinterlegten Füllkurve festgelegten Sollwert und ändert ggf. die Durchflußmenge. Zu diesem Zweck kommt die stufenlos veränderbare Blende 32 zum Einsatz, deren Querschnitt durch einen Linearantrieb (Stellgröße: Hub) derart variiert werden kann, daß zu jeder Zeit eine vorgegebene Durchflußgeschwindigkeit (Regelgröße) erzeugt werden kann. Hierdurch können auch übliche Druckschwankungen in den
Produktleitungen oder dem Gasraum ausgeglichen und durch die sehr kurze Regelstrecke ohne Zeitverzögerung kompensiert werden. In Verbindung mit einem konstant am Sättigungsdruck gehaltenen Gegendruck können ohne weitere Beeinflussung des Produktinnendruckes in der zuführenden Leitung mit großer Präzision vorgegebene Füllkurven nachgefahren werden.
Die Einflußgrößen für die Festlegung der Füllkurven sind in Fig. 2 dargestellt. Zusätzlich zu dem über errechnete oder empirisch ermittelten Algorithmen festgelegten und in der Datenverarbeitungseinheit hinterlegten Füllkurven, können bei neuen Produkt-/Gebindekonstellationen selbstlernend optimierte Füllprofile gestaltet und abgearbeitet werden. Es kann auch vorgesehen sein, die Füllkurven auf graphisch interaktiven Systemen während des Produktionsablaufes zu verändern.
Die Fig. 3a, b zeigen eine Gegenüberstellung der herkömmlichen "Rückgasregelung" und der erfindungsgemäßen Regelung. Während die indirekte Druckregelung immer gegenläufig zur Fließ- geschwindigkeit erfolgt, wobei sich an den Kreuzungspunkten erhebliche Regelungsprobleme ergeben, verlaufen bei der erfindungsgemäßen direkten Regelung Strömungsquerschnitt (Volumenstrom) und Fließgeschwindigkeit parallel. Auf Druckveränderungen kann sehr schnell reagiert werden.
Wird nach Schließen des Vorspanngasventils 14 das Füllventil 2 geöffnet, so tritt zunächst nur eine kleine Produktmenge ein. Ein Einspritzen des Produktes wird trotz des Druckunterschiedes dadurch vermieden, daß die Zufuhrmenge gezielt reduziert wird. Dann 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 durch das Überströmventil 11 festgelegte Rückgasdruck beträgt bspw. konstant 1,5 bar.
Wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist, 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 30 zugeordnete Regelungseinheit 31-39 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 C02 oder die Aufnahme von Sauerstoff aus dem Vorspanngas wird vermieden und die Produktqualität bei um 40% reduziertem Vorspanngasverbrauch wesentlich verbessert.
Bezugszeichenliste:
2 Füllventil
3 Zufuhrleitung
4 Keg
8 Leitungsabschnitt
9 Steigrohr
10 Rückgasleitung
11 Überströmventil
12 Rückgasauslaß
13 Vorspannleitung
14 Ventil
15 Ringspalt
30 Füllstation
31 Strömungsmesser
32 Blende
33 Istwert-Verarbeitung
34 Regler
Claims
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 (30) 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, und daß die Durchflußgeschwindikgeit in der Produktzufuhrleitung gemessen und durch eine Anpassung des Produktvolumenstroms direkt geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußgeschwindigkeit in der Zufuhrleitung (8) auf der Basis einer vorher festgelegten, in einer Datenverarbeitungseinheit gespeicherten Füllkurve geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für unterschiedliche Gebindegrößen, Fittingarten, Produkttemperaturen und/oder Treibgasanteile des Produktes entsprechende Füllkurven bestimmt und in der Datenverarbeitungseinheit hinterlegt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkurven bspw. mit Hilfe von graphisch interaktiven Systemen während der laufenden Produktion anpaßbar sind.
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 (30) mit einer Zufuhrleitung (3, 8), über die in ein auf der Füllstation (30) 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 (30) ein Strömungsmesser (31) zur Ermittlung der Durchflußgeschwindigkeit in der Zufuhrleitung (8) der Füllstation (20) und eine regelbare Blende (32) zur Anpassung des Produktvolumenstroms vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Regler (34), der das Öffnen und Schließen der Blende (32) auf der Basis der von dem Strömungsmesser (31) ermittelten Durchflußgeschwindigkeit als Istwert und einer in einer Datenverarbeitungseinheit hinterlegten Füllkurve als Sollwert regelt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Datenverarbeitungseinheit eine Vielzahl von Füllkurven für unterschiedliche Gebindegrößen, Fittingarten, Produkttemperaturen und/oder Treibgasanteile des Produktes hinterlegt sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (32) ein Membranregelventil ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückgasleitung (10) ein Überströmventil (11) vorgesehen ist, über das das Rückgas abgeführt wird.
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