Verfahren und Vorrichtung zum sauerstoffarmen Abfüllen von Getränken in Behälter

Abstract

 Beim sauerstoffarmen Abfüllen von gashaltigen Getränken in Behälter, wird jeder Behälter vorgespannt und bei Gleichdruck mit einem Produktspeicher gefüllt, wobei dabei das Inertgas-Luftgemisch in den Produktspeicher entweicht, woran sich das Entlasten und Abziehen anschließt.
Dabei erfolgt nach einem ersten Vorspannen mit Produktspeicheratmosphäre eine Zwischenentlastung auf einen einstellbaren Entlastungsdruck und daran schließt sich ein zweites Vorspannen mit Produktspeicheratmosphäre sowie das Füllen, Entlasten und Abziehen an, wobei vorrichtungsgemäß das Füllorgan über ein durch eine orstsfeste Kurve gesteuertes Ventil mit einem Zwischenentlastungsspeicher mit Druckeinstellventil verbunden ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.

[0002] Bekannt ist allgemein beim Abfüllen von luftempfindlichen Flüssigkeiten, daß die Flaschen vor dem Vorspannen vorevakuiert werden, d.h. es wird der größte Teil der Luft abgesaugt. Heim nachfolgenden Vorspannen wird dann ein Gemisch aus Luft und CO₂ aus dem gemeinsamen Druckbehälter für die Flüssigkeit und Spanngas in die Flaschen eingeleitet. Durch das Vorevakuieren läßt sich der Luftanteil zwar auf ca. 10 % reduzieren, dieser Anteil wird jedoch beim Vorspannen wieder erhöht, da auch das Spanngas einen weiteren Luftanteil enthält.
Auch durch Einleiten einer CO₂ - Menge in den Druckbehälter, die einem Mehrfachen der aus den Flaschen verdrängten Gasmenge entspricht, läßt sich erfahrungsgemäß der Luftanteil im Spanngas nicht weiter als bis auf ca. 5 % herabsetzen, da das Spanngas fortlaufend durch das aus den Flaschen verdrängte Rückgas verunreinigt wird. Das Einlaufen der Flüssigkeit in die Flaschen erfolgt somit unter einer gewissen Sauerstoffeinwirkung. Nach dem Füllen auf die vorbestimmte Füllhöhe verbleibt ein Gemisch aus Luft und CO₂ im Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels. Bei diesem bekannten Verfahren muß sich daher an den Füllvorgang unbedingt ein Überschäumen zwecks Verdrängen der schädlichen Luft aus der Flasche anschließen.

[0003] Diese Nachteile sollen durch ein Verfahren (DE 34 39 736) beseitigt werden, bei dem bei geschlossenen Ventilen eine auf einen Flaschenteller gestellte Flasche durch einen Hubzylinder fest an den Füllkopf gedrückt wird. Diese Flasche ist zu 100 % mit Luft gefüllt. Nunmehr wird das Vakuumventil für eine bestimmte Zeitspanne geöffnet. Dadurch wird die Flasche an einen Druckbehälter angeschlossen und bis auf einen absoluten Druck von 0,1 bar evakuiert. Die Anfangsluft wird somit zu 90 % abgesaugt, so daß die Luftkonzentration in der Flasche nunmehr 10 % beträgt. Nach dem Schließen des Vakuumventils wird das CO₂-Ventil für eine bestimmte Zeitspanne geöffnet. Dadurch wird die Flasche mit einem anderen Druckbehälter verbunden, aus dem reines CO₂ in die Flasche einströmt bis zum Beispiel bei Bier ein Druck von etwa 3,2 bar in der Flasche erreicht ist. Dadurch verringert sich die Luftkonzentration weiter auf ca. 2,5%. Nachdem so in der Flasche eine nahezu reine CO₂-Atmosphäre geschaffen worden ist, wird durch öffnen des Flüssigkeitsventils und des Rückgasventils der eigentliche Füllvorgang eingeleitet. Dabei strömt als erstes ein kleiner Teil des Gases aus der Flasche über das Rückgasrohr und die Rückgasleitung in einen Ringkessel, bis auch in der Flasche ein Überdruck von 3 bar herrscht. Hierdurch wird verhindert, daß Gas aus dem Ringkessel in die Flasche strömt und dort möglicherweise die Luftkonzentration erhöht. Nach dem Druckausgleich läuft die Flüssigkeit infolge der Höhendifferenz zwischen dem Ringkessel und den Flaschen über die Flüssigkeitsleitung in die Flasche ein, wobei das nahezu reine CO₂ über das Rückgasrohr und die Rückgasleitung in den Ringkessel verdrängt wird. Im Ringkessel stellt sich daher nach einiger Zeit gleichfalls eine nahezu reine CO₂-Atmosphäre mit einer Luftkonzentration von ca. 2,5 % ein, so daß weder während des Verweilens im Druckbehälter noch während des Einlaufens in die Flasche über das Füllorgan eine spürbare Einwirkung des Luftsauerstoffes auf die Flüssigkeit stattfinden kann.
Nachteilig bei dieser Abfüllung ist, der hohe technische Aufwand des Mehrkammersystems sowie ein hoher CO₂-Verbrauch durch Verwendung von Reinst-CO₂ zum Vorspannen. Außerdem ist es schwierig, auf Grund des großen Gasdurchsatzes und auch wegen des ständigen Einblasens von reinem CO₂ bei verminderter Leistung oder auch bei Stillstand der Maschine, die Druckregelung innerhalb des Abfüllsystems durchzuführen. Die Einhaltung des Differenzdruckes CO₂-Quelle - Ringkessel kann nur durch einen zusätzlichen CO₂-Verbrauch realisiert werden, da neben der Vorspanngasmenge ein ständig schwankender Gasanteil bei der Flüssigkeitskorrektur zugeführt wird, der abhängig ist von der Drehzahl der Füllmaschine und der Flüssigkeitskorrekturmenge.

[0004] Bekannt ist auch das Verfahren (DE 36 06 977) zum Abfüllen luftempfindlicher Flüssigkeiten wie Bier, Wein und dgl., welches die Aufgabe besitzt, bei einem federbelasteten Füllventil unter Beibehaltung eines bei Gleichdruck zwischen Flasche und Flüssigkeitskessel auf Federdruck automatisch öffnenden Ventils die Zufuhr eines Zusatzgases durch das Rückgasrohr bei geschlossenem Ventil zu ermöglichen, ohne daß dadurch das Flüssigkeitsventil öffnet oder andere konstruktive Maßnahmen zum Halten dieses Ventils in geschlossener Stellung erforderlich werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Abfüllen luftempfindlicher Flüssigkeiten wie Bier, Wein und dgl. unter Verwendung eines Füllorgans, wobei die Flaschen evakuiert und anschließend auf den im Flüssigkeitskessel herrschenden Druck vorgespannt werden, worauf das Füllventil automatisch öffnet und die Befüllung vorgenommen wird. Dabei ist zunächst ein erster Vorspanndruck in der Flasche hergestellt, der unter dem Kessel herrschenden Überdruck, aber über den atmosphärischen Druck liegt und danach wird der erste und/oder zweite Evakuierungsvorgang eingeleitet und im Anschluß daran die eigentliche Vorspannung auf den im Kessel vorherrschenden Druck durchgeführt. Zum ersten Vorspanndruck wird Inertgas verwendet.

[0005] Dieses Verfahren beinhaltet die gleichen Nachteile wie das vorgenannte. Auch hier wird mit Inertgas vorgespannt und dieses Inertgas-Luftgemisch durch die Evakuierung abgeblasen. Ein hoher Inertgasverbrauch ist die Folge.

[0006] Bekannt ist weiterhin das gattungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung (DE 37 42 433) zum Abfüllen von sauerstoffempfindlichen Flüssigkeiten in Flaschen, bei dem jede Flasche durch Anheben an eine Zentrierglocke gasdicht angepreßt, dann die Flasche ein- oder mehrmals evakuiert und anschließend mit Inertgas vorgespannt und bei Gleichdruck mit dem Ringkessel die Flasche gefüllt wird, wobei das Inertgas-Luftgemisch aus der Flasche in den Ringkessel entweicht, woran sich das Entlasten und Abziehen anschließt.

[0007] Bei diesem Verfahren wird zwischen einer ersten und einer folgenden Evakuierung durch Einleiten einer volumetrisch definierte Menge von Inertgas, vorzugsweise reines CO₂ oder CO₂-Ringkesselatmosphäre mit einem Luftanteil bis 5%, in der Flasche ein genau definiertes Mischungsverhältnis im Unterdruckbereich zwischen der in der Flasche verbliebenen Luft und dem eingeleiteten Inertgas gebildet. Dabei liegt der Druck des Inertgases in beliebiger Höhe derart über dem in der Flasche herrschenden Restdruck im Vakuum, daß nach dem Dosieren sich der Druck in der Fla- sche immer noch im Unterdruckbereich befindet. Die Dosiermenge an Inertgas ist mindestens so groß, daß sie vorzugsweise der 2 - bis 4 fachen Menge der Restluft in der Flasche entspricht. Hierbei wird das Mischgas, gebildet aus der in der Flasche nach dem ersten Evakuieren noch verbliebene Luft und dem dosiert zugeführten Inertgas, beim nochmaligen Evakuieren in die Atmosphdre abgeblasen.
Bei der zugehörigen Vorrichtung sind zwischen einer Inertgasringleitung und den Füllorganen umschaltbare Dreiwegeventile mit jeweils einer zugeordneten Dosierkammer vorhanden.
Besonders ökonomisch soll das Verfahren dann gestaltet werden, wenn Spanngas des Ringkessels bzw. überschüssiges Spülgas zum dosierten Einleiten in die evakuierten Flaschen verwendet wird.

[0008] Trotz dieser Vorteile ist der Nachteil vorhanden, daß bei Verwendung von reinem CO₂ ein zusätzlicher CO₂-Verbrauch entsteht. Bei Verwendung von CO₂-Ringkesselatmosphäre ist nachteilig, daß ein stetes Auffüllen von CO₂ notwendig ist, um die Ringkesselatmosphäre aufrechtzuerhalten, da das CO₂-Luftgemisch beim zweiten Evakuieren in die Umgebung abgeblasen wird.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sauerstoffempfindliche Getränke in Behälter zu füllen bei möglichst geringster Sauerstoffaufnahme durch das Getränk und bei sparsamsten Verbrauch an Inertgas, wobei die Abfüllbedingungen insbesondere der Inertgasverbrauch pro Behälter unabhängig von der Drehzahl der Füllmaschine sein soll.

[0010] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 und 3 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere günstige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0011] Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß durch das Einstellen des Entlastungsdruckes bei der Zwischenentlastung unabhängig von der Drehzahl der Füllmaschine die Sauerstoffaufnahme des Getränkes beim Abfüllprozeß einstellbar ist. Durch den einstellbaren Zwischenentlastungsdruck ist demgemäß der CO₂ - Verbrauch entsprechend den Erfordernissen bezüglich des Rest-CO₂-Gehaltes in dem verschlossenen Behälter einstellbar. Dadurch ergibt sich ein sehr geringer Verbrauch an Inertgas bei gleichzeitiger schonender und qualitätsgerechter Abfüllung. Es verringert sich bei sonst gleichen Verfahrensparametern der Restluftgehalt in der Flasche in Abhängigkeit vom eingestellten Zwischenentlastungsdruck. Besonders ökonomisch ist das Verfahren dadurch gestaltet, daß als Spanngas Produktspeicheratmosphäre verwendet wird. Der Vorteil der Vorrichtung besteht in der Anwendung einer einfachen Füllmaschinenkonstruktion im Einkammersystem.

[0012] Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

[0013] Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1:

eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufes

Fig. 2:

Diagramme über Parameter beim Füllprozeß

Fig. 3:

einen Programmausdruck eines Rechenmodells einer Variante über eine CO₂ - arme Abfüllung von Bier auf Einkammer-Gegendruckfüllmaschinen

Das Verfahren zum sauerstoffarmen Abfüllen von Getränken in Behälter, vorzugsweise gashaltige Getränke in Flaschen basiert auf dem Gegendruckabfüllsystem nach dem Einkammerprinzip mit Vorevakuierung und Vorspannung, wobei das Vorevakuieren jedoch auch ent fallen kann. Bei diesem Abfüllverfahren wird jeweils eine Flasche gasdicht über eine Zentrierglocke an Füllorgane angepreßt und durch Anschließen an eine Vakuumquelle vorevakuiert (Verfahrensschritt 1). Anschließend wird die vorevakuierte Flasche mit einem Produktspeicher in Verbindung gebracht. Es erfolgt ein erstes Vorspannen (Verfahrensschritt 2). Zum Vorspannen wird Produktspeicheratmosphäre aus dem Produktspeicher der Füllmaschine verwendet. Daran schließt sich ein Zwischenentlasten an (Verfahrensschritt 3). Zur Zwischenentlastung ist ein Zwischenentlastungsspeicher vorhanden, dessen Druck durch ein Ventil einstellbar ist. Wird im Unterdruckbereich zwischenentlastet, ist der Zwischenentlastungsspeicher an eine Vakuumpumpe angeschlossen. Nach dem Zwischenentlasten erfolgt ein zweites Vorspannen mit Produktspeicheratmosphäre (Verfahrensschritt 4) und anschließend das Füllen, Entlasten und das Abziehen (Verfahrensschritte 5).

[0014] Diese Verfahrensschritte können entsprechend vorhandener Bedingungen mit unterschiedlichen Parametern realisiert werden. Verschiedene Varianten sind aus den Diagrammen gemäß Fig. 2 sowie aus Fig. 3 (Programmausdruck) ersichtlich.

[0015] Eine spezielle Variante soll nachstehend beschrieben werden:
Bei dieser Variante wird als Produkt Bier in Flaschen abgefüllt. Die Abfülltemperatur des Bieres beträgt 5° C und es enthält 5,5 g CO₂/kg Produkt.
Die Flasche besitzt ein Nennvolumen von 0,5 dm³, wobei dabei der Kopfraum 4% Anteil besitzt.
Der Systemdruck, d.h. der Abfülldruck (Pab) soll 3,0 bar betragen. Dieser Druck herrscht im Produktspeicher und wird konstant gehalten. Der Vorevakuierungsdruck (Pv) beträgt 0,2 bar und der Zwischenentlastungsdruck (Pz) ist auf 2,03 bar eingestellt.

[0016] Bei einer Abfüllung mit diesen Ausgangsparametern stellen sich bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens folgende Prozeßdaten ein bzw. werden durch Einstellungen erreicht:

CO₂ -Konzentration	im Produktspeicher	= 90,795 %
	in der Flasche 1. Vorspannen	= 84,742 %
	in der Flascher Füllphase	= 86,698 %

[0017] Daraus resultiert:
ein CO₂-Verbrauch von 2,541 g CO₂ / kg Produkt
eine O₂-Aufnahme während der Füllphase von 0,271 mg O₂ / kg Produkt
Diese Werte sind aus Fig. 3 ablesbar.

Ansprüche

1. Verfahren zum sauerstoffarmen Abfüllen von Getränken in Behälter, vorzugsweise gashaltige Getränke in Flaschen, bei dem jede Flasche vorgespannt und bei Gleichdruck mit einem Produktspeicher die Flasche gefüllt wird, wobei dabei das Inertgas-Luftgemisch in den Produktspeicher entweicht, woran sich das Entlasten und Abziehen anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem ersten Vorspannen mit Produktspeicheratmosphäre eine Zwischenentlastung auf einen einstellbaren Entlastungsdruck erfolgt und sich daran ein zweites Vorspannen mit Produktspeicheratmosphäre sowie das Füllen, Entlasten und Abziehen anschließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsdruck zwischen 0 bar und Produktspeicherdruck einstellbar ist.

3. Vorrichtung zum sauerstoffarmen Abfüllen von Getränken in Behälter, vorzugsweise gashaltige Getränke in Flaschen, bei der ein Produktspeicher für das Getränk sowie Spann- bzw. Rückgas mit Füllorganen durch je einen absperrbaren Flüssigkeits- und Gaskanal verbunden ist und jedes Füllorgan u.a. eine gasdicht schließende Zentriereinrichtung, eine Füllöffnung und ein mit einer Öffnung versehenes Rückgasrohr aufweist sowie über Leitungen mit Ventilen mit einer Vakuumleitung, einem Produktspeicher und der Atmosphäre in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllorgan über ein durch eine orstsfeste Kurve gesteuertes Ventil mit einem Zwischenentlastungsspeicher mit Druckeinstellventil verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zwischenentlastung im Unterdruckbereich am Zwischenentlastungsspeicher eine Vakuumpumpe angeordnet ist.

Zeichnung