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Verfahren und Vorrichtung zum Füllen von offenen Hohlgefäßen mit einem
Gas Um Flüssigkeiten, wie beispielsweise Bier, Fruchtsäfte o. dgl., so abfüllen
zu können, daß sie beim Einlaufen in :die zu füllenden Gefäße, wie Flaschen, Dosen,
Fässer o. dgl., nicht mehr mit einem auf Hefen oder Keime belebend einwirkenden
Gas, wie beispielsweise Luft,. zusammentreffen, müssen auch die verwendeten Gefäße
selbst mit indifferentem Gas., wie beispielsweise Kohlensäure, gefüllt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um diese Flaschen
oder Gefäße mit einem indifferenten. Gas zu füllen, wie beispielsweise Kohlensäure,
welches schwerer ist als Luft.
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Es ist ein Verfahren bekannt, nach welchem in ein zu, füllendes Gefäß
Kohlensäure von oben her eingeleitet wird Wenn man aber in ein mit Luft gefülltes
Gefäß. Kohlensäure von oben her einleitet, bildet sich ein Kohlensäureluftgemisch.
Der Zweck, die Luft von der einzufüllenden Flüssigkeit völlig fernzuhalten, wird
also durch dieses Verfahren nicht erreicht. Es sind auch Vorrichtungen bekannt,
mit deren Hilfe in Flaschen befindliche Desinfektionsgase durch Einleiten von steriler
Luft oder Kohlensäure nahe des Flaschenbodens aus dem Gefäß entfernt werden sollen.
Jedoch ist hierbei nicht erreicht worden, eine Berührung der abzufüllenden Flüssigkeit
mit Luft zu verhindern.
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Es hat sich nun als zweckmäßig erwiesen, die Kohlensäure zunächst
in ein Meßgefäß einzuleiten und von dort aus in das später mit Flüssigkeit zu füllende
Gefäß strömen zu lassen, d. h. ,also die Flasche nicht direkt mit dem Kohlensäurevorratsbehälter
zu verbinden. Bei der bekannten Ausführung -eines solchen Meßgefäßes wird dieses
über einen entsprechenden Hahn mit dem Kohlensäurevorratsbehälter verbunden und
unter den gleichen Druck mit diesem gesetzt. Dann wird der Köhlensäurevorratsbehälter
abgeschaltet und durch den gleichen Halmeine Verbindung mit dem zu füllenden Gefäß
hergestellt. Die Kohlensäure im Meßgefäß expandiert nunmehr und strömt dabei in
das zu füllende Gefäß ein. Hierbei kann erheblich Wirbelbildung auftreten, so d.aß
wiederum ein Kohlensäureluftgemisch entsteht und die abzufüllende Flüssigkeit späterhin
trotzdem mit Luft in Berührung kommt. Andererseits ist es schwierig, dem Meßgefäß
eine solche Größe zu geben, daß nach dem Herstellen der Verbindung zwischen dem
Meßgefäß und dem zu füllenden Gefäß diese beiden und auch die Verbindungsleitungen
völlig mit lZohlensäure im expandierten Zustand ausgefüllt sind. Auch diese Vorrichtung
genügt also nicht den Ansprüchen, die an sie zu stellen sind, um einen Luftzutritt
zu der abzufüllenden Flüssigkeit völlig zu unterbinden.
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Es ist nun andererseits bereits vorgeschlagen worden, die einem Gefäß
zuzuführende Flüssigkeitsmenge mit Hilfe eines Meßzylinders,
in
welchem ein Kolben angeordnet ist, abzumessen. Bei der vorliegenden Erfindung handelt
es sich jedoch darum, die einem Gefäß zuzuführende Gasmenge abzumessen, um die in
diesem befindliche Luft hieraus zu vertreiben, und zwar soll durch das Abmessen
der zuzuführenden Gasmenge die beabsichtigte Wirkung sichergestellt werden.
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Eine in vorliegender Erfindung nicht beanspruchte Lösung dieser Aufgabe
wäre, die durch die Kohlensäure aus einer Flasche verdrängte Luft in ein nachgeschaltetes
Meßgefäß zu drücken, welches jeweils nur eine bestimmte Luftmenge aufnehmen kann.
Ein solches Meßgefäß ist zu Anfang mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche durch die
aus der Flasche austretende Luft verdrängt wird und bei Absinken des Flüssigkeitsspiegels
bis auf eine bestimmte Tiefe ein- weiteres Nachfließen von Luft und Gas verhindert.
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Das Arbeiten mit einem nachgeschalteten Meßgefäß bewährt sich nur,
wenn nur wenige Gefäße je Zeiteinheit mit Kohlensäure gefüllt werden sollen; es
ist aber zu umständlich, wenn es gilt, im Fließverfahren stündlich eine große Anzahl
von Flaschen o. dgl. zu behandeln, wie dies bei: automatischen Füllanlagen im Kellereibetrieb
gefordert wird. Das nachgeschaltete Meßgefäß mit der Verdrängerflüssi,gkeit isst
in seiner Bauart zu umständlich, um es beispielsweise dort anzuwenden, wo eine größere
Anzahl von Füllelementen hintereinandergeschaltet sind und sich in ständiger Arbeit
befinden. Für diesen Fall hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Gasfüllverfahren
in der Weise durchzuführen, daß man die in die Flasche einzuführende Gasmenge durch
einen vorgeschalteten Meßzylinder strömen läßt. Dieser Meßzylinder ist mit einem
Kolben versehen, der je nach der Länge eines Hubes zunächst eine bestimmte Gasmenge
ansaugt und sie dann in die zu füllende Flasche hineindrückt. Derartige Meßzylinder
und Hubkolben können in .einfacher Weise mit dem Füllelement verbunden und in größerer
Anzahl geradlinig oder kreisförmig hintereinander angeordnet und zu einem selbsttätig
arbeitenden Gasfüller vereinigt werden. Eine hierzu geeignete Vorrichtung ist in
ihren Einzelheiten in den beiliegenden Abb. i, 2 und 3 dargestellt.
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Das Füllelement zur Einführung des Gases in die zu füllende Flasche
und zur Fortführung der verdrängten Luft kann zur Steuerung der Gasbewegung mit
:einem Hahn, einem Schieber oder Ventilen ausgerüstet sein. In der beiliegenden
Abbildung ist .als Ausführungsbeispiel ein Hahnelement in Verbindung mit einem vorgeschalteten
Meßzylinder dargestellt. Sind mehrere Füllelemente vorhanden, so können sie mit
den Meßzylin-Bern beispielsweise kreisförmig an .einem gemeinsamen Gestell um die
Mittelachse angeordnet werden, um welche sie sich, wie es bei selbsttätigen Füllern
üblich ist, mit gleichmäßiger Geschwindigkeit langsam drehen. Die Flaschen können
in bekannter Weise beispielsweise durch Transportbänder dem sog. Gasfüller zugeführt
und auf Flaschenträgerteller geschoben werden, die unter den einzelnen Füllelementen
sitzen und die Flaschen bei der langsamen Drehung um die Mittelachse des Füllers
in bekannter Weise gegen das Füllelement beben und nach erfolgter Gasfüllung wieder
absenken, worauf die nunmehr mit Kohlensäure gefüllten Flaschen beim Verlassen des
Füllers wieder auf ein Transportband gelangen und auf diesem zum eigentlichen.Flüssigkeitsfüller
wandern.
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Das Füllelement besteht aus dem Hahngehäuse i, in welchem das Hahnküken
2 dicht schließend und doch leicht beweglich eingeschliffen ist. Das Hahnküken hat
eine T-förmige Bohrung 3, die einmal die Verbindung zwischen dem Meßzylinder q.
und der zu füllenden Flasche 5 herstellt. Während des Füllvorganges ist die Flasche
5 mit ihrer Mündung fest gegen den Dichtungskegel 6 des Füllelementes gedrückt.
Das Anpressen kann in bekannter Weise durch einen senkrecht verschiebbaren Flascbenträgerteller
7 geschehen. Der Meßzylinder q., der fest mit dem Hahngehäuse i verbunden ist, besitzt
einen dicht schließenden, aber leicht verschiebbaren Hubkolben 8 mit einer Kolbenstange
9, die am oberen Ende eine Laufrolle io trägt. Diese Laufrolle io wird bei der langsamen
Drehung des Füllers um seine Mittelachse in einer fest ,gelagerten, in sich geschlossenen
Kurvenbahn i i geführt, so daß der Kolben sich während der Umdrehung des. Füllers
einmal hebt und senkt. Das in die Flasche einzufüllende Gas wird durch die Leitung
12 aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter beim Aufwärtsgang des Kolbens 8
in das Meßgefäß q. eingeführt, wobei die Stellung des Hahnkükens gegenüber der Abbildung
um 9o° in der Richtung des Uhrzeigers gedreht ist. Es hat sich gezeigt, daß @es
zweckmäßig ist, das Gas möglichst mit atmosphärischem oder geringem Überdruck in
den Meßzylinder q. einzuführen, damit später beim Einströmen des Gases in die ebenfalls
unter atmosphärischem Druck stehende Flasche keine heftigen Durchwirbelungen des
Gases mit der Luft in der Flasche stattfinden können und die Gasverluste möglichst
klein sind. Außerdem ist darauf zu .achten, daß beim Füllen des Gefäßes 5 mit dem
Gas die Geschwindigkeit des Kolbens 8 möglichst klein ist. Dagegen kann beim Füllen
des vorgeschalteten Meßgefäßes 4 die Kolbengeschwindi,
gkeit größer
sein, da hier die Gefahr einer Durchwirbelung des Gases z. B. mit Luft nicht besteht.
Diese Steuerung des Kolbens ,8 kann in einfacher Weise dadurch .erreicht werden,
daß die Hubkurve i i Stellen stärkerer und geringerer Steigung erhält.
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Bei Gasfüllern mit :stehenden Füllorganen kann die Kurve i i durch
Exzenter oder umlaufende Kurvenscheiben ersetzt werden.
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Bewegt sich der Kolben 8 im Zylinder q. langsam nach unten, :so wird
die im Meßzylinder befindliche Kohlensäure durch das Füllrohr 13 in die Flasche
gedrängt, während die Luft durch Bohrung im Dichtungskegel6 nach außen entweicht.
Das Füllrohr 13 wird zweckmäßig bis dicht an den Flaschenboden 'hinabgeführt, damit
die schwere Kohlensäure die Luft von unten nach oben vor sich herschiebt und sich
mit dieser möglichst wenig mischt.
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Hat der Kolben 8 nahezu seine tiefste Stellung erreicht, so wird die
Flasche abgezogen und durch eine neue ersetzt. Da beim Absenken der Flasche und
dem gleichzeitigen Herausziehen des Füllrohres aus der Flasche Luft von außen nachströmt,
so soll sich der Hubkolben während der Flaschensenkung noch so weit nach unten bewegen,
daß genügend Kohlensäure nachströmt, um den ursprünglich vom Füllrohr in der Flasche
eingenommenen Raum mit Gas auszufüllen. Ist dies geschehen, so wird das Hahnküken
um 90° nach rechts gedreht und dadurch die Verbindung .des Meßzylinders mit dem
Kohlensäurezuführungsroh.r 12 hergestellt. Der Hubkolben wandert nunmehr wieder
nach oben, und der Meßzylinder füllt sich erneut unterhalb des Kolbens mit Kohlensäure.
Der obere Deckel 15 des Meßzylinders. ist mit einer Führungsbüchse für die Kolbenstange
9 versehen und besitzt eine öffnung 16, damit sich der Zylinderraum oberhalb des
Kolbens stets im Druckausgleich mit der umgebenden Luft befindet.
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Sind mit der gleichen Vorrichtung größere oder kleinere Flaschen mit
Kohlensäure zu füllen und soll der Kohlensäureverbrauch möglichst sparsam sein,
so muß die vom Meßzylinder q. aufgenommene und in die Flaschen eingeschobene Kohlensäuremenge
zum Inhalt der Flaschen immer in einem bestimmten-Verhältnis stehen. Um dies zu
erreichen, muß der Hub des Kolbens 8 leicht verstellbar sein. Zu diesem Zwecke soll
die Hubkurve i i auswechselbar oder veränderlich eingerichtet werden. Dies kann
in einfacher Weise beispielsweise dadurch geschehen, daß man gemäß Abb. 2 in den
oberen Teil der Hubkurve i i auswechselbare Bogenstücke 17 einsetzt, welche eine
klei-. nere oder ,größere Pfeilhöhelt bzw. 1t1 haben. Bei kleineren Flaschen
werden Bogenstücke mit kleinerer, bei größeren Flaschen Bogenstücke mit größerer
Pfeilhöhe verwendet. Ähnliche Bogenstücke können, auch im unteren Teil der Hubkurve
Verwendung finden.. Ein anderer Weg besteht darin, daß die Hubkurve gemäß
Abb.3 gelenkartig rausgebildet wird. Wird die Hubkurve beispielsweise aus zwei oder
drei Teilen 18, i9 und 2o hergestellt und sind die Teile um Drehpunkte 2o bis 23
schwenkbar, so lassen sich die aufsteigenden und absteigenden Schenkel der Kurvenbahn
mehr oder weniger steil zueinander stellen. Da es sich bei der Verstellung nach
oben oder unten immer nur um wenige Millimeter handelt, so sind kleine Ungenauigkeiten
an den Stoßstellen 22 und 23 der Schenkel ohne sonderliche Bedeutung für die Arbeitsweise
des Hubkolbens, zumal es möglich ist, durch eine federnde Ausfutterun.g der Kurvenbahn
Stöße an den Verbindungsstellen zu vermeiden. Diese sind um so weniger von Bedeutung,
als bei der Bewegung des Hubkolbens nennenswerte Kräfte nicht auftreten.