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Die Erfindung bezieht sich auf eine Gegendruck-Füllmaschine
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für kohlensäurehaltige Getränke mit - nach Druckausgleich mit den
nacheinander zu evakuierenden, mit neutralem Gas, wie C02, zu spannenden und mit
dem Getränk zu füllenden Gefäßen - selbsttätig das Flüssigkeitsventil öffnenden,
füllrohrlosen und ein zentrales, in die Gefäßereichendes Gasrohr aufweisenden Füllorganen,
die jeweils eine kopfseitige Durchlaßöffnung für das aus dem Füllerkessel zuströmende
Spanngas und eine im Flüssigkeitsbereich befindliche Einlaßöffnung für die aus dem
Füllerkessel zuströmende Flüssigkeit sowie Vakuum- und Gaswege und fremdgesteuerte
Schaltmittel für diese Wege aufweisen.
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Füllmaschinen mit solchen Füllorganen werden im großen Umfang zum
Abfüllen von Bier und anderen kohlensäurehaltigen Getränken, besonders soweit sie
durch Sauerstoff bzw. Lufteinflüsse geschädigt werden können, abgefüllt Das Innere
der an ein Füllorgang angepreßten, leeren Flasche wird zunächst über Gaswege und
Schaltmittel mit der Unterdruckkammer des Füllers in Verbindung gebracht und dabei
evakuiert. Anschließend wird das zentrale Gasventil des Füllorganes mit Hilfe eines
Steuerkreuzes geöffnet, wodurch aus dem Spanngasraum des Flüssigkeitskessels inertes
Gas, meist C02, unter Überdruck in die Flasche gelangt und dort den Gegendruck erzeugt.
Sobald der Druckausgleich zwischen dem Flascheninneren und dem Spanngasraum des
Füllerkessels erzielt ist, wird das zuvor durch den im Füllerkessel herrschenden
Druck geschlossen gehaltene Flüssigkeitsventil selbsttätig durch eine öffnungsfeder
angehoben und geöffnet und leitet somit selbsttätig die Füllung der Flasche ein.
Das verdrängte Gas wird durch das zentrale Luftrohr des Füllorganes, das als Strömungsweg
sowohl dem Spanngas wie dem Rückgas dient, zentral nach oben in den Füllerkessel
zurückgeführt. Mit Hilfe des Steuerkreuzez wird dann
sowohl das
zentrale Gasventil des Füllorganes, wie auch sein Flüssigkeitsventil zwangsweise
in die untere Schließlage gebracht. Durch ein besonderes, von außen betätigbares
Entspannungsventil kann der Gasraum der Flasche mit der Außenatmosphäre in Verbindung
gebracht und dadurch vor dem Abziehen der Flasche vom Füllorgan ein Druckausgleich
mit der Außenatmosphäre erzielt werden.
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Grundsätzlich bringen Füllorgane mit zentralem Luftrohr und selbsttätig
öffnendem Flüssigkeitsventil wegen des verhältnismäßig großen, freien Strömungsquerschnittes
für die Flüssigkeit gegenüber der isobarometrischen Füllung mit langem Füllrohr
eine verhältnismäßig hohe Stundenleistung. Allerdings tritt hierbei - soweit die
Flasche mit Luft vorgespannt wird - eine erhebliche Schädigung des meist luft-bzw.
sauerstoffempfindlichen Getränkes ein. Um solche Oxidationsschäden zu vermeiden,
wird zum Abfüllen von luftempfindlichen Getränken die Flasche zunächst evakuiert
und dann nicht mit Luft, sondern mit im Füllerkessel bevorratetem CO2 auf Abfüll-
bzw. Gegendruck gespannt. Durch den damit verbundenen, erheblichen Bauaufwand kommt
zwar eine Qualitätsverbesserung, nicht aber eine weitere Steigerung der Stundenleistung
zustande.
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Erfindungsaufgabe ist es deshalb, bei Gegendruck-Füllmaschinen der
eingangs angegebenen Art die erreichbare Stundenleistung mit einfachen, preisgünstigen
und gering aufwendigen, konstruktiven Maßnahmen unter Beibehaltung der Maßnahmen
zur Sicherung des Getränkes gegen schädigende LufteinflüS-..
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se erheblich zu erhöhen.
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Die Erfindungslösung erfolgt durch die Merkmale a) bis f) des kennzeichnenden
Teiles des Anspruches 1. Durch diese erfindungsgemäß Ausgestaltung der Gegendruck-Füllmaschine
und
der Füllorgane ist es möglich, auch bei selbsttätig das Flüssigkeitsventil öffnenden,
füllrohrlosen und ein zentrales Luftrohr aufweisenden Füllorganen den Gegendruck
des inerten Gases während des Füllvorganges abzusenken und dadurch auch bei den
speziellen, füllrohrlosen Füllorganen eine an sich bei Füllorganen mit Füllrohr
bekannte Differenzdruckfüllung mit unerwartet kurzen Abfüllzeiten zu erhalten.
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Nach der Erfindung werden dabei die Umstände ausgenützt, daß durch
das Vorevakuieren und Spannen mit CO2-Gas grundsätzlich auch Flüssigkeit mit stark
überhöhter Geschwindigkeit und vergrößerter Turbulenz ohne Schädigung durch Lufteinflüsse
in die Flasche eingeführt werden kann. Zusätzlich zu der hohen Einlaufgeschwindigkeit
tritt der große Einlaufquerschnitt bei der füllrohrlosen Ventilart, wodurch die
angegebenen Vorteile ermöglicht werden.
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Zunächst wird also wie-üblich die Flasche evakuiert. Dann wird bei
offener Durchlaßöffnung zwischen dem Füllerkessel und dem Füllorgankopf das Gasventil
des Füllorganes geöffnet, so daß die Flasche mit inertem Gas aus dem Füllerkessel
vorgespannt wird. Sobald Druckausgleich erzielt ist, öffnet sich das Flüssigkeitsventil
und gleichzeitig schließt das Absperrventil den Ringraum nach oben hin ab. Danach
wird mit einem neuen Schaltschritt die Durchlaßöffnung zum Füllerkessel hin geschlossen,
und gleichzeitig die Durchlaßöffnung zum Zusatzkessel geöffnet. Im Zusatzkessel
herrscht ein wesentlich geringerer Gasdruck als im Füllerkessel, so daß nunmehr
die Füllung mit einer erheblichen Druckdifferenz bis zum Vollfüllen der Flasche
erfolgt, ohne daß - infolge des geschlossenen Absperrventiles - Flüssigkeit im Ringraum
hochsteigen und in die oberen Gaswege eindringen kann. Ein bekanntes, am unteren
Ende des Gasrohres angeordnetes Schwimmerventil schließt den Durchlaß nach oben
hin, sobald anstelle von Rückgas Flüssigkeit
aufzusteigen beginnt.
Die Füllung der Flasche ist damit beendet. Die Abdichtung des Schwimmerventiles
ist besonders gut, weil die wirksame Druckdifferenz entsprechend hoch ist.
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Danach werden Flüssigkeits- und Gasventil des Füllorganes und die
Durchlaßöffnungen zum Zusatzkessel hin geschlossen und gleichzeitig die Durchlaßöffnung
zwischen dem Füllorgankopf und dem Füllerkessel ebenso wie das Absperrventil im
Ringraum wieder geöffnet. Die einzelnen Vorgänge können rasch hintereinander und
zum Teil überlappend erfolgen.
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Durch diese MaBnahmen kann die Füllzeit ohne Gefahr der Beeinträchtigung
des Füllvorganges gut auf die Hälfte und weniger der seither bei füllrohrlosen Füllorganen
mit zentralem Luftrohr erzielbaren Füllzeit abgesenkt werden, was entweder zu erheblich
erhöhten Füllerleistungen oder zu erheblich kleineres Füllmaschinen führt.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Steuermittel
für beide Durchlaßöffnungen als eine mit der Steuerwelle für das Spanngasventil
des Füllorganes verbundene und verschwenkbare, den Durchlaßöffnungen zugeordnete
Steuerscheibe ausgebildet ist, die in Form eines Steuerschiebers die Durchlaßöffnungen
freigibt oder schließt oder als Schaltmittel ausgebildet ist, das den Durchlaßöffnungen
zugeordnete Ventile betätigt. Mit dem ohnehin vorhandenen Steuerkreuz und dessen
Steuerwelle können die Durchlaßöffnungen alternierend auf- und zugesteuert und gleichzeitig
auch, wie seither, das Füllorgan betätigt werden, wobei in bekannter Weise mit einer
Gabel oder einem Hebel das Gasventil des zentralen Gasrohres geöffnet und jeweils
auch das Flüssigkeitsventil und das Gasventil nach Abschluß des Füllvorganges wieder
geschlossen werden.
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Dabei kann eine verschwenkbare Steuer scheibe vorgesehen sein, die
die Durchlaßöffnungen schieberartig schließt
oder öffnet.. Die Steuerscheibe
kann auch als Schaltmittel ausgebildet sein, das beim Verschwenken Ventile betätigt,
die die Durchlaßöffnungen alternierend schließen bzw. öffnen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jeweils
der Ventilsitz des Absperrventiles als Innenbund des Füllorgankörpers und der zugehörige
Ventilteller als Außenbund am Ventilschaft des Flüssigkeitsventiles angeordnet sind
und beide bei offenem Flüssigkeitsventil abdichtend aneinander zur Anlage kommen.
Durch diese Einrichtung kann das Aufsteigen der Flüssigkeit unter Einwirkung des
im Füllorgankopf zeitweise herrschenden Unterdruckes ohne Beeinträchtigung der sonstigen
Ventilfunktionen und mit geringem Aufwand vermieden werden.
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Eine Weiterbildung der-Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das
Druckregelventil des Zusatzkessels ausgangsseitig über eine Rohrleitung mit dem
Eingang einer den Druck des Fortgases auf den Druck das Spanngases erhöhende Druckerhöhungspumpe
(Kompressor) verbunden ist und letztere ausgangsseitig an den Spanngasraum des Füllerkessels
angeschlossen ist. Im Rückgaskessel kann der Druck nur dadurch abgesenkt bleiben,
daß das anfallende Gas im Druckregelventil entspannt und fortgeführt wird. Das Fortgas
enthält jedoch fast ausschließlich CO2, dessen Verlust nach der Erfindung durch
nachfolgende Kompression und Wiedereinführung in den Spanngasraum vermieden wird.
Dem Füllerkessel selbst kann in bekannter Weise laufend so viel reines CO2 zugeführt
werden, um die erwünschte, hohe CO2-Konzentration im Füllerkessel aufrecht halten
zu können.
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Andererseits muß dann von dem Fortgas eine entsprechende Menge abgeblasen
werden, zweckmäßigerweise vor seiner erneuten Kompression.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel
zu entnehmen, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist und nachfolgend näher
beschrieben wird, Es zeigen: Fig.1 einen Schnitt durch einen Teil des Füllerkessels
und ein Füllorgan gemäß der Erfindung, die Fig.2a bis 2d die verschiedenen Schaltstellungen
der Schaltarme für das Gasventil des Füllorganes, die Fig.3a bis 3d die mit den
Schaltstellungen nach den Fig.2a bis 2d korrespondierenden Stellungen des Absperrventiles
des Füllorganes, die Fig.4a bis 4d die mit den Schaltstellungen nach den Fig.2a
bis 2d korrespondierenden Stellungen des Gas- und Flüssigkeitsventiles des Füllorganes
und die Fig.5a und 5b in vergrößerter Darstellung und in Draufsicht verschiedene
Schaltstellungen des Steuerschiebers.
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Der Füllerkessel ist mit 1, der Zusatzkessel mit 2, das Füllorgan
mit 3 bezeichnet. Am Füllerkessel 1 ist ein zusätzlicher Ringkanal 4 für Unterdruck
vorgesehen, der über eine nicht gezeichnete Leitung mit einem Unterdruckerzeuger
verbunden ist. Der Füllerkessel ist etwa bis zur Höhe des Spiegels 5 mit Bier 6
(Bierraum) oder einem anderen empfindlichen, kohlensäurehaltigen Getränk gefüllt.
Oberhalb des Bierraumes 6 befindet sich der Spanngasraum 7, in dem sich gasförmiges
CO2 oder ein anderes inertes Gas befindet und mit seinem Überdruck (Spanngasdruck)
auf dem Bier 6 lastet.
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Der Zusatzkessel 2 ist ebenfalls als Ringkanal ausgebildet.
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In seinem Inneren strömt Rückgas 8, das mit Hilfe des Druckregelventiles
9 auf einem Druck gehalten wird, der kleiner ist als der Druck des Spanngases im
Spanngasraum 7.Trotzdem am Umfang eines rotierenden Füllerkessels 1 zahlreiche Füllorgane
3 angeordnet sind, genügt meist ein einziges, entsprechend leistungsfähiges Druckregelventil
9 zur Druckminderung
des Rückgases 8 im ganzen Zusatzkessel 2.
Das Druckregelventil 9 läßt durch die Leitung 10 jeweils so viel Gas abströmen,
wie zur Aufrechterhaltung des verminderten Rückgasdruckes erforderlich ist. Das
in Leitung 10 strömende Gas weist eine hohe CO2-Konzentration auf. Es wird zweckmäßigerweise
im Kompressor 11 wieder komprimiert, auf Spanngasdruck gebracht und durch die Leitung
12 in den Spanngasraum 7 zurückgeführt. Überschüssiges Gas wird durch Abblasventil
13 in die freie Atmosphäre entlassen und durch eine angedeutete Leitung 14 wird
dem Spanngasraum 7 stets eine zur Aufrechterhaltung einer hohen C02-Konzentration
erforderliche Menge reinen CO2-Gases zugeleitet.
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Die Füllorgane 3 sind an der Peripherie des Füllerkessels 1 festgeschraubt.
Letzterer weist mit Anschlüssen der Füllorgane 3 korrespondierende Flüssigkeits-
und Gaswege, nämlich den Flüssigkeitskanal 16 sowie die Durchlaßöffnungen 17 für
das Spanngas und die Durchlaßöffnung 18 für Rückgas 8 auf.
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Das Füllorgan 3 weist das Kopfstück 19, das Fußstück 20 und den Rohrkörper
21 auf. Kopfstück 19, Fußstück 20 und Rohrkörper 21 sind druckdicht miteinander
verbunden und nehmen im Inneren den rohrförmigen Ventilschaft 22 des Fußventiles
23 auf. Letzteres dichtet mit der als Ventilsitz 24 ausgebildeten Innenseite des
Flüssigkeitsauslaufkonus 25 ab. Gegen den Auslaufkonus 25 wird vor dem Füllen einer
Flasche die nicht gezeichnete Zentriertulpe abdichtend angepreßt, die ihrerseits
auf der Flaschenmündung aufsitzt.
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Im Inneren des rohrförmigen Ventilschaftes 22 ist die Zugstange 26
des Gasventiles 27 nach oben bis über das obere Ende des rohrförmigen Ventilschaftes
22 zentriert (nicht gezeichnet) hinausgeführt und weist am oberen Ende beabstandete
Steuerflächen 28, 29 auf, gegen die Steuerfinger 30 je
nach Schaltstellung
(Fig.2a bis 2d) zur Anlage kommen. Zwischen der Steuerfläche 28 und dem oberen Ende
des rohrförmigen Ventilschaftes ist eine Druckfeder 31 vorgesehen, die es erlaubt,
die Zugstange 26 samt Gasventil 27 und Steuerflächen 28, 29 entgegen deren Eigengewicht
so anzuheben, daß das Gasventil 27 von seinem Sitz 27' in der abgehobenen Position
verharrt. Zwischen dem Rohrkörper 21 und dem rohrförmigen Ventilschaft 22 ist die
Ventilfeder 32 als Druckfeder angeordnet. Die Federlager sind mit 33, 34 bezeichnet.
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Die Steuerfinger 30 sind an der Steuerwelle 35 fest angeordnet. Die
Steuerwelle 35 weist außerdem auf ihrer Außenseite das Steuerkreuz 36 und auf der
Gegenseite die Steuerscheibe 37 auf, die vor den Durchlaßöffnungen 17 bzw. 18 beim
Umsteuern des Steuerkreuzes 36 so verschwenkbar ist, daß alternierend entweder die
Durchlaßöffnung 17 geöffnet und die Durchlaßöffnung 18 geschlossen oder die Durchlaßöffnung
17 geschlossen dnd die.Durchlaßöffnung 18 offen ist. Die Steuerwelle 35 ist druckdicht
einerseits im Außenlager 38 und andererseits auf der Gegenseite im Kopfstück 19
drehbar gelagert.
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Das Fuß stück 20 weist einen Schaltblock 39 auf mit einem Ventilstößel
40, der über nur angedeutete Vakuumwege 41 und den Gaskanal 42 im Fiüssigkeitsauslaufkonus
25 das Vorevakuieren der angepreßten Flaschen erlaubt. Durch den Ventilstößel 43
kann über ebenfalls nur angedeutete Gaswege 44 und den Gaskanal 42 die gefüllte
und unter Überdruck stehende Flasche vor dem Abziehen durch eine Verbindung zur
Außenatmosphäre entspannt werden. Das inndie Flasche reichende Gasröhrchen ist mit
45 und sein Flüssigkeitsabweisschirm mit 46 bezeichnet. Am unteren Ende des Gasröhrchens
45 ist das Schwimmerventil 55 angeordnet, dessen Schwimmerkugel 56 das Aufsteigen
von Flüssigkeit in das Gasrohr verhindert.
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In den Fig.5a und 5b ist die Rückwand des Kopfstückes mit 19 bezeichnet.
Die Durchlaßöffnung 17 für Spanngas ist als offenes Loch zu sehen, während die Durchlaßöffnung
18 für das Rückgas durch den in seine Ausgangsstellung verschwenkten Steuerschieber
37 verdeckt ist. Nach Fig.5b ist demgegenüber der Steuerschieber 37 in seine unterste
Endstellung verschwenkt worden, wodurch die Durchlaßöffnung 18 für das Rückgas 8
als offene Bohrung zu sehen ist und demgegenüber die Spanngasöffnung 17 geschlossen
ist. Die Bewegung des Steuerschiebers 37 erfolgt mit Hilfe der Steuerwelle 35, die,
wie Fig.1 zeigt, von außen her mit Hilfe des Steuersternes 36 in bekannter Weise
in die verschiedenen Steuerpositionen gebracht wird. Zusätzlich zu dem Steuerschieber
37 ist in bekannter Weise auf der Steuerwelle 35 wenigstens ein Steuerfinger 30
vorgesehen, der bei der Verschwenkung der Steuerwelle 35 entweder gegen die untere
Steuerfläche 28 oder die obere Steuerfläche 29 (Fig.2a bis 2d) der Zugstange 26
in bekannter Weise gelangt.
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Die in Fig.5a mit A bezeichnete und ausgezogen gezeichnete Position
des Steuerfingers 30 ist die Ausgangsstellung (entsprechend Fig.2a). Das Gasventil
27 und das Flüssigkeitsventil 23 sind dabei, wie in Fig.4a dargestellt, geschlossen;
das Absperrventil 51/52, wie in Fig.3a dargestellt, ist geöffnet. Dabei ist die
Durchlaßöffnung 17, wie Fig.5a zeigt, geöffnet, wodurch im Inneren des ganzen Füllorganes
3 Spanngasdruck herrscht. Die Steuerscheibe 37 (Fig.5a und 5b) liegt abdichtend
an der hinteren Gleitfläche 47 des Führungssegmentes 48 an. Letzteres ist zum Beispiel
mit Hilfe von Schrauben (Schraubenlöcher 49) mit dem Kopfstück 19 verbunden. Die
obere Gleitfläche 47' ist nur stückweise gezeichnet; sie faßt die Steuerscheibe
37 von oben. Entweder können die Gleitflächen 47, 47' Dicht- bzw. Gleitbeläge aufweisen
oder/und die Steuerscheibe 37 kann solche Beläge aufweisen.
Außerdem
kann mit Hilfe einer Druckfeder oder dgl.
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auf die Steuerscheibe 37 bzw. die obere Gleitfläche 47 eine ausreichend
dichte Abdeckung der Durchlaßöffnungen 17 und 18 erzielt werden. Anstelle der direkten
Steuerung der Durchlaßöffnungen 17 oder 18 können diesen Durchlaßöffnungen Ventile
zugeordnet werden, die durch schwenkbare Steuermittel,z.B. eine Kurven- oder Nockenscheibe,
in entsprechender Weise betätigt werden.
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Soll eine zuvor evakuierte Flasche mit Spanngas (C02) gefüllt werden,
dann werden die Steuerfinger 30 mit Hilfe des Steuerkreuzes 35 in die in Fig.5a
gestrichelt gezeichnete Position B verschwenkt, wodurch die Steuerfinger 30 gegen
die obere Steuerfläche 29 gelangen und sie in die Position entsprechend Fig.2b bringen.
Dabei bleibt die Durchlaßöffnung 18 geschlossen, Durchlaßöffnung 17 offen (Fig.5a,
Pos.
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B). Durch das nunmehr offene Gasventil 27 und Gasrohr 45 (Fig.4b)
wird die Flasche gespannt. Das Absperrventil 51/52 ist noch offen. Nach Druckausgleich
mit dem Flascheninneren öffnet, entsprechend den Fig.2c bis 4c, das Flüssigkeitsventil
23 mit Hilfe der Ventilfeder 32. Der Steuerfinger 30 bleibt in der alten Position
von Fig.2b, wogegen entsprechend Fig.3c das Absperrventil 51/52 schließt und den
Ringraum 57 in einen unteren Teil und einen oberen Teil druckdicht abtrennt. Unmittelbar
darauf wird der Steuerfinger 30 jedoch weiter in die in den Fig.2d und 5b gezeichnete
Position geschwenkt, wonach die Durchlaßöffnung 18'(Fig.
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5b) für das Rückgas geöffnet und die Durchlaßöffnung 17 für das Spanngas
geschlossen wird.
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Wie die zugehörige Fig.4d ausweist, strömt Bier 6 durch das offene
Flüssigkeitsventil 23 in die nicht gezeichnete Flasche ein und Rückgas 8 durch das
Gasrohr 45 und das Innere des Ventilschaftes 22 in das Kopfteil 19 des Füllorganes
3, in dem infolge der offenen Durchlaßöffnung 18 verringerter
Gegendruck
herrscht und der sich auch im Innerendeentilschaftes 22, dem Luftrohr 45 und der
Flasche einstellte. Um hierbei im Füllorgan das Aufsteigen von Bier in das Kopfteil
19 und in den Zusatzkessel 2 zu vermeiden, ist entsprechend den Fig.3c und 3d bei
entsprechend den Fig.4cund 4d geöffnetem Flüssigkeitsventil 23 zuvor schon das Absperrventil
51/52 geschlossen worden, so daß im Ringraum 57 oberhalb des Absperrventiles 51/52
der verringerte Rückgasdrucwirksam werden kann ohn.e daß Flüssigkeit von unten her
nachströmt.
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Das Absperrventil-51/52 kann zweckmäßigerweise unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
5 in Rohrkörper 21 des Füllorganes 3 angeordnet werden aber auch oberhalb dieses
Spiegels; v dichtet unter Anpreßkraft der Ventilfeder 32 und der vorhandenen Druckdifferenz
zuverlässig ab. Geöffnet wird es wieder beim zwangsweisen Schließen des Flüssigkeitsventiles
23 uns des Gasventiles 27 durch die Einwirkung der Steuerfinger. auf die Steuerfläche
28 anläßlich der Rückstellung der Steuerfinger 30 aus den in Fig.2d bis 4d und Fig.5b
gezeichneten Schaltstellungen in die in Fig.2a bis 4a und Fig.5a, Pos.A gezeichneten
Stellung.
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Vor dem Abziehen der gefüllten Flasche wird deren Inneres durch Anlaufen
des Ventilstößels 43 an einer ortsfest6b Gleitbahn nach außen entspannt. Die anschließend
neu-£hgeführte, zu füllende Flasche wird durch entsprechendes Betätigen des Ventilstößels
40 evakuiert.
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