FASS MIT DRUCKVENTIL ZUM AUFBEWAHREN VON BIER UND REGELVERFAHREN FUER DEN DRUCK IM FASS

Abstract

 Ein Flüssigkeits-Behälter mit einem Befüllraum (40), einem Druckraum (6) und einem Druckventil (10) erreicht dies. Der Befüllraum (40) ist gebildet von einem Behälterboden (2), einer Behälterwand (7) und einer Behälteroberseite (8) und in dem Befüllraum (40) herrscht ein erster Druck (p_B). Der Druckraum (6) ist gebildet von dem Behälterboden (2) und einen Druckraumboden (5). In dem Druckraum (6) herrscht ein zweiter Druck (p_D). Das Druckventil (10) ist mit dem Behälterboden (2) und dem Druckraumboden (5) verbunden. Das Druckventil (10) verbindet in geöffnetem Zustand den Befüllraum (40) und den Druckraum (6) fluidkommunizierend. In geschlossenem Zustand trennt das Druckventil (10) den Befüllraum (40) und den Druckraum (6) gegeneinander fluiddicht ab.

Beschreibung

[0001] Die Erfindungen betreffen das technische Gebiet der Verpackungstechnik. Speziell betrifft eine Erfindung einen Behälter, dessen Inhalt durch einen Verbraucher komfortabel entnehmbar ist, insbesondere unter einem erhöhten Innendruck im Vergleich zum Außendruck steht. Speziell betrifft eine weitere Erfindung ein Druckventil für den genannten Behälter. Speziell betrifft eine noch weitere Erfindung ein Regelverfahren für den Druck in einem Behälter.

[0002] Der Behälter ist vergleichsweise voluminös, deutlich größer als eine gängige Getränkedose und der Inhalt ist ein Getränk, das unter Druck gezapft werden soll.

[0003] Tragbare Bierfässer, solche mit einem Volumen unter 50 Liter, insbesondere unter 20 Liter und mehr als 2,5 Liter, deren Inhalt von Verbrauchern eigenständig gezapft werden können sind in zwei gebräuchlichen Varianten von besonderer Bedeutung.

[0004] Eine Variante solcher, mit metallischem Mantel versehenen, tragbaren Bierfässer lässt sich durch die Wirkung der Gravitationskraft entleeren. Ein Zapfhahn ist dabei im unteren Bereich der Außenseite des Behälters angeordnet. Durch Öffnen des Hahns kann das Bier ausfließen. Damit im Behälter kein Unterdruck entsteht, umfassen solche Behälter eine Vorrichtung, die es erlaubt, dass Luft aus der Umgebung in das Innere des Behälters gelangt. Solche Behälter sind wenig bedienerfreundlich, da zum Befüllen eines Glases mit Bier das Fass beispielsweise an den Rand eines Tisches gestellt werden muss oder das Fass unterbaut werden muss, um das Glas unterhalb des Zapfhahns befüllen zu können. Zusätzlich wird die Haltbarkeit des Fassinhalts nach Anbruch des Fasses durch beim Ausfließen des Bieres einströmenden Luftsauerstoff erheblich reduziert.

[0005] Eine andere Variante sind Behälter, die ein Innendrucksystem umfassen. Durch diese Systeme wird der Druck im Inneren über dem Umgebungsdruck gehalten. Dies erlaubt die Anordnung des Zapfhahns im oberen Bereich des Behälters. Ein Verbraucher hat dadurch typischerweise ausreichend Raum zwischen dem unteren Auslaufende des Zapfhahns und der Standebene des Behälters, um ein zu befüllendes Glas unter den Zapfhahn zu halten, ohne das Fass speziell positionieren zu müssen. Durch die Verwendung von Innendrucksystemen kann die Haltbarkeit des Bieres nach Anbruch des Fasses bis zu mehr als 30 Tage betragen, da während der Bierentnahme kein Luftsauerstoff in das Fass einströmt.

[0006] Ein Bierfasssystem der zweiten Variante ist dem Fachmann aus WO 1999/47451 (Heineken Technical Services) zugänglich. Dort ist ein Bierfasssystem beschrieben, das eine Druckkartusche umfasst, die im Inneren des mit Bier befüllten Behälterraumes angeordnet ist und einen Überdruck in diesem Raum erzeugt. Die Druckkartusche umfasst Aktivkohle, wodurch eine gegenüber einer nicht mit Aktivkohle versehenen Kartusche größere Menge an Druck- oder Treibgas in die Kartusche eingebracht werden kann ohne den Druck in der Kartusche zu stark anzuheben. Im Handel und Verkauf werden diese Kartuschen "Carbonator" genannt. Dieses System hat sich im Markt seit Jahren als die bestmöglich funktionierende Lösung für tragbare Bierfässer mit einem Inhalt unter 20 Liter erwiesen. Sie wurde sozusagen zum Marktstandard. Hinsichtlich der möglichen Vielseitigkeit beim eingefüllten Treibgas besteht indes eine eingeschränkte Flexibilität, da solche Kartuschen vom Abfüller bereits mit Treibgas befüllt erworben werden und in die Bierfässer (als metallische Behälter) eingebaut werden, um noch später vom Abfüller mit dem Bier gefüllt zu werden.

[0007] Die Erfindung(en) stehen vor der Aufgabe ein System bereitzustellen, das bei hohem Bedienungskomfort durch einen Verbraucher preiswert herstellbar ist, eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Treibgaswahl (Druck und Art des Gases) zur Verfügung stellt und eine lange Haltbarkeit des Inhalts, auch nach Anbruch des Behälters, gewährleistet.

[0008] Die Aufgabe wird jeweils gelöst durch einen Behälter nach Anspruch 1, der als tragbares Fass verwendet werden kann und der ein Druckventil nach Anspruch 13 umfassen kann sowie durch ein Verfahren zum Regeln des Drucks in einem Behälter nach Anspruch 16. Das Druckventil nach Anspruch 13 ermöglicht die Regelung des Drucks im Behälter nach Anspruch 16.

[0009] Ein Behälter zum Aufbewahren einer Flüssigkeit umfasst einen Befüllraum (auch: Füllraum), einen Druckraum und ein Druckventil. Der Befüllraum ist gebildet durch einen Behälterboden, eine Behälterwand und eine Behälteroberseite und in dem Befüllraum herrscht ein erster Druck. Der Druckraum ist gebildet durch den Behälterboden und einen Druckraumboden und in dem Druckraum herrscht ein zweiter Druck. Das Druckventil ist mit dem Behälterboden und dem Druckraumboden verbunden. In geöffnetem Zustand des Druckventils verbindet das Druckventil den Befüllraum und den Druckraum fluidkommunizierend. In geschlossenem Zustand des Druckventils trennt das Druckventil den Befüllraum und den Druckraum fluiddicht gegeneinander ab (Anspruch 1).

[0010] Wenn der zweite Druck im Druckraum größer ist als der Umgebungsdruck und/oder der Druck im Befüllraum, wirken Kräfte auf den Behälterboden und auf den Druckraumboden, die jeweils vom Inneren des Druckraumbodens nach außen gerichtet sind. In Abhängigkeit der Druckdifferenz und der Materialstärke des Druckraumbodens und des Behälterbodens kann es zu einer Verformung oder Ausbeulung des Behälterbodens und/oder des Druckraumbodens kommen. Durch das Verbinden des Druckventils mit dem Behälterboden und mit dem Druckraumboden, kann ein Teil der Kräfte durch das Druckventil aufgenommen werden.

[0011] Dies erlaubt bei konstanter Druckdifferenz die Wahl einer geringeren Materialstärke des Behälterbodens und/oder des Druckraumbodens als eine Materialstärke, die unter Vermeidung einer Verformung oder Ausbeulung des Behälterbodens und/oder des Druckraumbodens notwendig wäre. Bei konstanter Materialstärke erlaubt die Anordnung des Druckventils einen höheren Differenzdruck (beispielsweise hoher Druck im Druckraum) bei gleichzeitiger Vermeidung der erwähnten Verformung oder Ausbeulung.

[0012] Fluidkommunizierend bedeutet, dass ein Fluidaustausch zwischen zwei Räumen (beispielsweise Befüllraum und Druckraum) möglich insbesondere zügig und nicht zäh. Fluiddicht bedeutet, dass zwischen zwei Räumen praktisch kein Fluidaustausch stattfinden kann; dabei versteht der Fachmann, dass eine perfekte Abdichtung zweier Räume ohne jedweden Fluidaustausch oder Fluidfluss stattfindet praktisch nicht realisierbar ist. Parasitärer Fluss oder Austausch ist immer gegeben, so dass es kein praktisch erheblicher Austausch ist. Ein marginaler Fluidfluss oder Fluidaustausch wird auch zwischen zwei fluiddicht gegeneinander abgetrennten Räumen stattfinden, wobei die Druckdifferenz zwischen den beiden Räumen einen Einfluss auf die Menge des parasitär ausgetauschten Fluids pro Zeiteinheit hat. Jedenfalls ist der Fluidaustausch in geschlossenem Zustand des Druckventils, also fluiddicht, sehr viel geringer als der Fluidaustausch bei geöffnetem Zustand des Druckventils, also fluidkommunizierend.

[0013] Der Behälterboden und der Druckraumboden können je eine Ausnehmung aufweisen. In diese Ausnehmungen kann das Druckventil eingreifen, wodurch eine Kraft, die aus einer Druckdifferenz zwischen dem Druckraum und dem Befüllraum und dem Druckraum und der Umgebung resultiert, aufgenommen werden kann (Anspruch 2).

[0014] Das Druckventil kann einen Druckventilkörper aufweisen. Am oberen und am unteren Ende des Druckventils kann jeweils ein Vorsprung angeordnet sein, wobei der obere und der untere Vorsprung jeweils zumindest teilumfänglich in r-Richtung über zumindest einen radialen Teil des Druckventilkörpers ragen (Anspruch 3). Dabei können die Vorsprünge (oben und unten) über den kompletten Umfang des Druckventils ausgebildet sein oder teilumfänglich ausgebildet sein. Auch eine Ausbildung mehrerer Vorsprünge pro axialem Ende des Druckventils (oben und unten) ist möglich, wobei jeder der Vorsprünge teilumfänglich ausgebildet sein kann.

[0015] Bevorzugt kontaktiert der Vorsprung am oberen Ende des Druckventils die obere Seite des Behälterbodens und der Vorsprung am unteren Ende des Druckventils die untere Seite des Druckraumbodens (Anspruch 4). Dadurch kann wiederum die auf dem Behälterboden und dem Druckraumboden wirkende Kraft, die aus der beschriebenen Druckdifferenz resultiert, zumindest teilweise durch das Druckventil aufgenommen werden.

[0016] Die Vorsprünge des Druckventils können ein Dichtelement umfassen. Je nach Ausbildung der Vorsprünge (oben und unten am Druckventil), können mehrere Dichtelemente pro Seite des Druckventils angeordnet sein oder lediglich ein Dichtelement oder Dichtelemente an einem Vorsprung oder an Vorsprüngen einer Seite des Druckventils angeordnet sein. Durch das Anbringen eines Dichtelements ist eine verbesserte Dichtheit an der Kontaktstelle zwischen Druckventil und Behälterboden und/oder Druckraumboden erreichbar.

[0017] Der Druckraum kann mit einem Treibgas befüllt sein. Das Treibgas ist bevorzugt Kohlenstoffdioxid (CO₂), Stickstoff (N₂), Lachgas (N₂O) oder Mischungen der Gase (Anspruch 6).

[0018] Bevorzugt liegt der Druck im Druckraum zwischen 5 bar (0,5 MPa) und 35 bar (3,5 MPa), speziell liegt der Druck zwischen 5 bar und 30 bar, spezieller zwischen 8 bar und 25 bar (Anspruch 7). Der Druck im Druckraum bestimmt sich auch über das Volumen des Druckraums, sodass bei einem größeren Volumen des Druckraums unter Vorhandensein einer konstanten Stoffmenge geringer sein kann oder bei einem größeren Volumen des Druckraums der Druck höher liegen kann.

[0019] Der Druck im Befüllraum kann kleiner als der Druck im Druckraum sein. Speziell kann der Druck im Befüllraum zwischen 1,2 bar (0,12 MPa) und 7 bar (0,7 MPa), spezieller zwischen 1,5 bar und 6 bar, noch spezieller zwischen 1,7 und 5 bar liegen (Anspruch 8).

[0020] Das Volumen des Druckraums kann zwischen 0,1 L und 5 L, speziell zwischen 0,1 L und 3 L, spezieller zwischen 0,5 L und 2,5 L, noch spezieller zwischen 0,5 L und 1,5 L liegen (Anspruch 9).

[0021] Das Volumen des Befüllraums kann zwischen 1 L und 25 L speziell zwischen 2 L und 20 L liegen (Anspruch 10). Bevorzugt besitzt der Befüllraum ein Volumen, das es erlaubt, 2 L, 3 L, 5 L oder 20 L einer Flüssigkeit aufzunehmen, sodass bevorzugt neben der Flüssigkeit im Befüllraum ein gasgefüllter Bereich von mindestens 0,05 L besteht.

[0022] Der Druckraum kann keinen Filler umfassen (Anspruch 6). Ein Filler ist eine Komponente, die typischerweise bei Umgebungsbedingungen in festem Aggregatzustand vorliegt und die Aufnahme einer Stoffmenge eines Stoffes erlaubt. Dabei fällt die Druckzunahme, in dem Raum, in dem der Filler eingebracht ist, durch das Einbringen des Stoffes geringer aus, verglichen mit dem Einbringen der gleichen Stoffmenge in den gleichen Raum ohne Filler.

[0023] Der Dampfdruck des Treibgases oder der Treibgasmischung kann über dem Druck des Druckraums liegen, speziell bis zu einer Temperatur von -5 °C hinab. Entsprechend liegt das Treibgas oder die Treibgasmischung im Druckraum zum allergrößten Teil gasförmig vor, wobei dem Fachmann bewusst ist, dass auch in diesem Zustand ein (sehr) geringer Anteil des Treibgases oder der Treibgasmischung in flüssiger Form vorliegt (vgl. Oberflächenenergie- oder Oberflächenspannungseffekte an stark gekrümmten Oberflächen).

[0024] Bevorzugt ist der Behälterboden gewölbt ausgebildet. Speziell ist der Behälterboden in z-Richtung zum Behälterinneren gewölbt ausgebildet (Anspruch 11). Durch eine Wölbung des Behälterbodens lässt sich ein Raum aus nur insgesamt zwei Bauteilen (hier Behälterboden und Druckraumboden) bilden. Zusätzlich ergibt sich eine verbesserte Kraftaufnahme des gewölbten Bauteils gegenüber einem nicht gewölbten Bauteil. Weiterhin erlaubt ein nach innen gewölbter Behälterboden eine verbesserte Entleerbarkeit eines befüllten Behälters, da sich bei konstanter Restfüllmenge im Randbereich des Behälters eine gegenüber einem nicht gewölbten Behälterboden eine vergrößerte Füllhöhe ergibt (kleinere Querschnittsfläche).

[0025] Der Druckraumboden kann im Wesentlichen ebenflächig ausgestaltet sein, speziell ist der Druckraumboden im Wesentlichen parallel zur Behälteroberseite ausgebildet (Anspruch 11). Das "im Wesentlichen" erlaubt eine Abweichung zur Ebenflächigkeit und Parallelität um 10%.

[0026] Der Druckraumboden kann so ausgestaltet sein, dass beim aufrechten Stehen des Behälters auf einem ebenflächigen Untergrund der Druckraumboden nicht den ebenflächigen Untergrund kontaktiert (Anspruch 12).

[0027] Ein Druckventil für einen Behälter kann einen Druckventilkörper, einen ersten Druckventilraum, einen zweiten Druckventilraum und einen dritten Druckventilraum umfassen, Anspruch 13. Der erste Druckventilraum ist durch den Druckventilkörper und einen ersten bewegbaren Kolben gebildet. Der zweite Druckventilraum ist durch den Druckventilkörper, den ersten bewegbaren Kolben und einen zweiten bewegbaren Kolben begrenzt. Der zweite Druckventilraum ist über einen Befüllraum-Kanal mit einem ersten, außerhalb des Druckventils liegenden Raum fluidkommunizierend verbunden. Der dritte Druckventilraum ist durch den Druckventilkörper und den zweiten Kolben begrenzt und ist über einen ersten Druckraumkanal mit einem zweiten, außerhalb des Druckventils liegenden Raum fluidkommunizierend verbunden (Anspruch 13).

[0028] Der erste und zweite bewegbare Kolben wird bevorzugt in ihrer jeweiligen Bewegung geführt und speziell ist eine Bewegung im Wesentlichen nur in axialer Richtung (z-Richtung) möglich. Dabei bezieht sich das "im Wesentlichen" darauf, dass bei erfindungsgemäßem Gebrauch die axiale Bewegbarkeit die Hauptbewegbarkeit ist. Der erste, außerhalb des Druckventils liegende Raum kann jeder Raum sein, der außerhalb des Druckventils liegt, speziell ist es ein Befüllraum. Ebenso kann der zweite, außerhalb des Druckventils liegende Raum jeder Raum sein, der außerhalb des Druckventils liegt. Bevorzugt ist dieser Raum der Druckraum. Zur Fluidkommunikation wird auf die Ausführungen oben verwiesen.

[0029] Der Druckventilkörper kann einen zweiten Druckraumkanal umfassen, der im geschlossenen Zustand des Druckventils an einem Ende des zweiten Druckraumkanals durch den ersten Kolben fluiddicht abgeschlossen ist und an einem anderen Ende gegenüber dem zweiten, außerhalb des Druckventils liegenden Raum geöffnet ist (Anspruch 14).

[0030] Der zweite Druckventilraum und der zweite, außerhalb des Druckventils liegende Raum sind bei geöffnetem Zustand des Druckventils durch den zweiten Druckraumkanal fluidkommunizierend verbunden (Anspruch 14). Speziell sind in geöffnetem Zustand des Druckventils der erste, außerhalb des Druckventils liegende Raum und der zweite, außerhalb des Druckventils liegende Raum fluidkommunizierend verbunden.

[0031] Das Druckventil kann ein Sitzventil umfassen. In abdichtendem Zustand des Sitzventils ist das Druckventil geschlossen und in nicht abdichtendem Zustand des Sitzventils ist das Druckventil geöffnet.

[0032] Bevorzugt umfasst das Sitzventil ein Dichtelement, wobei das Dichtelement durch einen Abschnitt des zweiten Kolbens gebildet und das Dichtelement fluiddichtend an einem Abschnitt des Druckventilkörpers anliegen kann. Speziell ist das Dichtelement kegelförmig, kugelförmig oder tellerförmig ausgebildet, sodass sich ein Kegelsitzventil, Kugelsitzventil oder Tellersitzventil ergibt.

[0033] Der erste bewegbare Kolben kann mit dem zweiten bewegbaren Kolben mechanisch gekoppelt sein, sobald der Druck im ersten Druckventilraum so groß ist, dass sich der erste Kolben auf Grundlage des Drucks in z-Richtung auf den zweiten Kolben zu bewegt und diesen kontaktiert (Anspruch 15). Durch den Druck im ersten Druckventilraum wirkt eine Kraft auf den ersten Kolben in Abhängigkeit der Fläche des ersten Kolbens auf die der Druck wirkt. Durch Überwindung zumindest einer Reibungskraft und ggf. einer Gewichtskraft kann sich der erste Kolben bewegen.

[0034] Bevorzugt umfasst der erste Kolben ein Aufnahmeelement, wodurch der erste Kolben und der zweite Kolben koppelbar sind.

[0035] Der erste Kolben kann eine Dichtung umfassen. Bevorzugt ist die Dichtung eine angespritzte Dichtung oder ein O-Ring. Speziell kann die angespritzte Dichtung durch eine 2-Komponenten-Herstellung gefertigt sein (Mehrkomponenten-Spritzgießen).

[0036] Zwischen dem Druckventilkörper und dem zweiten Kolben kann ein Spannelement eingespannt sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Spannelement um eine Feder aus Metall oder Kunststoff. Das Spannelement ist vorgesehen, um den zweiten Kolben relativ zum Druckventilkörper in einer festgelegten Position zu halten, auch dann, wenn keine zusätzlichen Kräfte auf die Elemente des Druckventils wirken.

[0037] Bevorzugt ist das Spannelement im dritten Druckventilraum angeordnet.

[0038] Der Druckventilkörper kann einen fluiddicht verschließbaren Druckventileinlass aufweisen, durch den ein Stoff in den ersten Druckventilraum einbringbar ist. Der Stoff ist bevorzugt ein Gas und speziell ein Treibgas. Ebenso möglich ist das Einbringen eines Stoffes in flüssiger oder fester Form, wobei die Phasenumwandlung in die Gasform später im ersten Druckventilraum geschieht. Beispielsweise kann Kohlenstoffdioxid in Form von Trockeneis eingebracht werden oder flüssig eingebracht werden, wobei im ersten Druckventilraum eine Sublimation oder eine Verdampfung des nicht gasförmigen Kohlenstoffdioxids geschieht.

[0039] Der beschriebene Behälter kann als tragbares Fass verwendet werden, wobei das Fass ein Füllvolumen von nicht mehr als 20 L aufweist, bevorzugt nicht mehr als 10 L oder 5 L. Speziell ist das Volumen größer als 1 L und insbesondere größer als 2L.

[0040] Der Druck in dem Befüllraum eines beschriebenen Behälters kann in einem Verfahren (selbsttätig) geregelt werden, Anspruch 16. Der Befüllraum ist zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit befüllt und der Druckraum ist zumindest teilweise mit einem Treibgas befüllt. Der Behälter umfasst eine Auslassleitung mit einem Ventil. Bei geöffnetem Ventil verbindet die Auslassleitung den Befüllraum und einen den Behälter umgebenden Raum fluidkommunizierend. Innerhalb des Verfahrens wird das Ventil betätigt, wodurch ein Anteil der Flüssigkeit im Befüllraum in den - den Behälter umgebenden - Raum abgelassen wird und entsprechend des abgelassenen Volumens der Flüssigkeit der Druck im Befüllraum sinkt. Das Druckventil öffnet bei Unterschreiben eines Schwellenwerts des Drucks im Befüllraum, was dazu führt, dass ein Anteil des Treibgasvolumens im Druckraum in den Befüllraum strömt. Bei Überschreiten eines zweiten Schwellenwerts des Drucks im Befüllraum schließt das Druckventil und erlaubt kein weiteres Strömen von Treibgas aus dem Druckraum in den Befüllraum.

[0041] Der erste und der zweite Schwellenwert ergeben sich aus den Charakteristika des Behälters und des Druckventils und sind später anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0042] Das Verfahren (Anspruch 16) kann ein vorher beschriebenes Druckventil benutzen (Anspruch 13).

[0043] Ein metallischer Behälter kann eine unter Druck stehende Flüssigkeit, bevorzugt Bier, aufbewahren. Der Behälter umfasst einen Befüllraum für die Flüssigkeit und einen Druckraum für ein Treibgas. Der Befüllraum ist zwischen einem nach aufwärts gewölbten Behälterboden und einer Behälteroberseite gebildet. Der Befüllraum nimmt die Flüssigkeit und einen ersten Überdruck gegenüber dem Äußeren auf. Der Druckraum ist zwischen dem Behälterboden und einem weiter unten (bei einem aufrecht stehenden Behälter) gelegenen Druckraumboden gebildet. Der Druckraum nimmt einen zweiten Überdruck eines Treibgases auf. Im Behälterboden ist eine erste Ausnehmung vorgesehen und im Druckraumboden ist eine zweite Ausnehmung vorgesehen, wobei die Ausnehmungen axial fluchten, um ein abdichtendes Druckventil aufzunehmen, das beide Ausnehmungen schließt und abdichtet.

[0044] Die Ausführungsformen der Erfindungen sind anhand von Beispielen dargestellt und nicht auf eine Weise offenbart, mit der Beschränkungen aus den Figuren in die Patentansprüche übertragen oder hineingelesen werden.

[0045] Diese Beispiele sind auch dann als Beispiele zu lesen und zu verstehen, wenn nicht überall und an jeder Stelle "bspw.", "insbesondere" oder "z.B." steht. Die Darlegung einer Ausführung ist auch nicht so zu lesen, dass es keine andere gibt oder andere Möglichkeiten ausgeschlossen werden, wenn nur ein Beispiel präsentiert wird. Diese Maßgaben sind in die ganze folgende Beschreibung zu lesen.

Figur 1

zeigt eine schematische Darstellung eines Behälters 1 in Zylinderkoordinaten z-r mit einem Befüllraum 40, einem Druckraum 6 und einem Druckventil 10.

Figur 2

Schnittansicht durch den Bodenbereich eines Behälters 1 in z-Richtung mit detaillierter Darstellung eines speziell bodenseitig verwendbaren und bodenseitig anbringbaren Druckventils 10.

Figur 3

zeigt einen Behälterbodenbereich 1a ohne bodenseitiges Druckventil 10 im Schnitt in z-Richtung.

Figur 4

zeigt ein bodenseitig einzusetzendes Druckventil 10 im Schnitt in z-Richtung, wobei ein erster Kolben 12 und ein zweiter Kolben 13 gekoppelt sind.

Figur 5

zeigt ein anderes bodenseitig einsetzbares Druckventil 10a im Schnitt in z-Richtung, wobei der erste Kolben 12 und der zweite Kolben 13 nicht gekoppelt sind.

[0046] Eine Ausführungsform eines Behälters 1 ist schematisch in Figur 1 gezeigt. Im oberen Bereich des Behälters 1 ist ein Befüllraum 40 angeordnet. Der Befüllraum 40 ist teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt und der oberste Bereich des Befüllraums 40 ist mit einem Gas gefüllt. Der Befüllraum 40 ist gebildet durch eine Behälterwand 7, eine Behälteroberseite 8 und einen Behälterboden 2. Im unteren Bereich des Behälters 1 befindet sich ein Druckraum 6, der gebildet ist durch den Behälterboden 2 und den Druckraumboden 5. Ein Druckventil 10 verbindet den Behälterboden 2 und den Druckraumboden 5 und erstreckt sich durch den Druckraum 6. Im Befüllraum 40 herrscht ein Druck p_B und im Druckraum 6 herrscht ein Druck p_D. Der Druck p_D im Druckraum 6 ist größer als der Druck p_B im Befüllraum 40.

[0047] In diesem befüllten Zustand des Behälters 1 ergibt sich durch die Flüssigkeit im Befüllraum 40 eine Abhängigkeit des herrschenden Drucks von der axialen Höhe im Befüllraum 40. Unter dem Druck p_B ist der Druck zu verstehen, der auf der Befüllraumseite des Druckventils wirkt. In der Ausführungsform der Figur 1 entspricht der Druck p_B dem Druck im gasgefüllten Bereich des Befüllraums 40 plus dem aus der Flüssigkeitssäule resultierenden Druckanteil bis zu der Höhe, an der der Druck p_B befüllraumseitig auf das Druckventil 10 wirkt.

[0048] Der Druck p_B im Befüllraum 40 ist größer als der Umgebungsdruck des Behälters 1, sodass durch öffnen eines Ventils 32 die Flüssigkeit im Befüllraum 40 aus einer Auslassleitung 30 strömt. Durch das Ausströmen der Flüssigkeit im Befüllraum 40 sinkt der Druck p_B entsprechend des entnommenen Flüssigkeitsvolumens. Bei Unterschreiten eines gewissen Drucks (unten detailliert erörtert) öffnet das Druckventil 10 und ein Gas strömt aus dem Druckraum 6 in den Befüllraum 40 bis ein gewisser Druck im Befüllraum 40 erreicht ist. Dann schließt das Druckventil 10 und kein weiteres Gas kann aus dem Druckraum 6 in den Befüllraum 40 strömen. Dadurch wird gewährleistet, dass der Druck p_B im Befüllraum 40 ständig ausreichend hoch ist, um ein Ausströmen von flüssigem Inhalt des Befüllraums 40 durch Öffnen des Ventils 32 über die Auslassleitung 30 zu ermöglichen.

[0049] Durch die Wölbung des Behälterbodens 2 in Richtung des Behälterinneren ergibt sich im Randbereich des unteren Bereichs des Befüllraums 40 ein Bereich mit geringer Fläche, sodass Restmengen an Flüssigkeit im Befüllraum 40 durch die Auslassleitung 30 gut erreichbar sind und lediglich eine (sehr) geringe Menge von Flüssigkeit nicht entnehmbar ist.

[0050] An der Behälteroberseite 8 ist ein Befüllraum-Einlass 45 angeordnet, über den der Befüllraum 40 mit einer Flüssigkeit befüllt werden kann und ggf. ein erster Überdruck aufgebracht werden kann.

[0051] In Figur 2 ist eine Schnittansicht durch den Bodenbereich 1a eines Behälters 1 mit detaillierter Darstellung eines Druckventils 10. Der Behälterbodenbereich 1a zeigt einen unteren Bereich des Befüllraums 40, den Druckraum 6 und das Druckventil 10. Der Behälterboden 2 ist mit der Behälterwand 7 über einen Falz verbunden. Der Druckraumboden 5 ist mit dem Behälterboden 2 verbunden. In Ausnehmungen des Behälterbodens 2 und des Druckraumbodens 5 greift das Druckventil 10. Dabei ist das Druckventil 10 so ausgestaltet, dass von dem Druckraum 6 nach außen gerichtete Kräfte, die auf den Behälterboden 2 und den Druckraumboden 6 wirken, durch das Druckventil 10 aufgenommen werden, zumindest teilweise.

[0052] Figur 3 zeigt einen Behälterbodenbereich 1a im Schnitt in z-Richtung ähnlich der Ausführungsform in Figur 2, jedoch ohne das Druckventil 10. Der Behälterboden 2 weist eine Ausnehmung 2a auf und der Druckraumboden 5 weist eine Ausnehmung 5a auf. In dieser Ausführungsform sind die Ausnehmungen 2a, 5a axial (z-Richtung) fluchtend entlang der Achse A.

[0053] Um ein Druckventil 10 so in die Ausnehmungen 2a, 5a einzubringen wie es beispielsweise in Figur 2 dargestellt ist, ist das Druckventil 10 typischerweise zweiteilig ausgestaltet. Eine solche zweiteilige Ausgestaltung des Druckventils lässt sich beispielsweise über eine Verschraubung zu einem einteiligen Druckventil 10 verbinden, wobei ein Teil des Druckventils 10 ein Außengewinde aufweist und ein anderer Teil des Druckventils 10 ein Innengewinde aufweist, das zu dem Außengewinde passt. Das Druckventil 10 lässt sich beispielsweise durch Einstecken eines Teiles des Druckventils in eine der beiden Ausnehmungen 2a, 5a, einstecken des zweiten Teils des Druckventils 10 in die verbleibende der beiden Ausnehmungen 2a, 5a und verschrauben der beiden Druckventilteile in den Druckraum 6 einbringen. Dadurch werden die Ausnehmungen 2a, 5a abgedichtet verschlossen und das Druckventil 10 ist mit dem Behälterboden 2 und dem Druckraumboden 5 verbunden.

[0054] In Figur 4 ist eine Ausführungsform eines Druckventils 10 im Schnitt in z-Richtung dargestellt, das bodenseitig in einem Behälter 1 eingesetzt werden kann, wie oben beschrieben. Das Druckventil 10 umfasst einen ersten Druckventilraum 15 in dem ein Druck p_V herrscht. Der erste Druckventilraum 15 ist begrenzt durch einen Druckventilkörper 11 und einen ersten Kolben 12. Im Druckventilkörper 11 ist ein Druckventileinlass 24 angeordnet, über den der erste Druckventilraum 15 mit einem Gas befüllt werden kann. Der Druckventileinlass 24 ist fluiddichtend durch eine Abdeckung 25 abschließbar. Weiterhin umfasst das Druckventil einen zweiten Druckventilraum 16, der begrenzt ist durch den Druckventilkörper 11, den ersten Kolben 12 und einem zweiten Kolben 13. Der zweite Druckventilraum 16 ist über einen Befüllraum-Kanal 22 mit einem Raum fluidkommunizierend verbunden, der außerhalb des Druckventils 10 liegt. Das Druckventil 10 umfasst außerdem einen dritten Druckventilraum 17, der begrenzt ist durch den zweiten Kolben 13 und den Druckventilkörper 11. Über einen ersten Druckraumkanal ist der dritte Druckventilraum 17 fluidkommunizierend mit einem Raum außerhalb des Druckventils 10 verbunden.

[0055] Im dritten Druckventilraum 17 ist ein Spannelement 19 zwischen dem Druckventilkörper 11 und dem zweiten Kolben 13 eingespannt. In dieser Ausführungsform ist das Spannelement 19 eine Feder. Durch das Spannelement 19 wird ein kegelförmiger Abschnitt des zweiten Kolbens 13 in einer im Druckventilkörper 11 gebildeten Gegenstruktur gehalten, sodass der kegelförmige Abschnitt des zweiten Kolbens 13 als Kegelsitzventil agiert. In diesem Zustand, mit an der Gegenstruktur des Druckventilkörpers 11 dichtend anliegenden kegelförmigen Abschnitts des zweiten Kolbens 13, ist das Druckventil 10 geschlossen. Im geschlossenen Zustand des Druckventils 10 ist der Raum, der außerhalb des Befüllraum-Kanals 22 liegt, von dem Raum, der außerhalb des ersten Druckraumkanals 20 liegt, fluiddichtend abgetrennt.

[0056] Am unteren und am oberen Ende des Druckventils 10 ist jeweils ein Vorsprung 28a, 28b angeordnet. Die Vorsprünge 28a, 28b ragen radial (r-Richtung) über die radiale Erstreckung des Druckventilkörpers 10 hinaus. Diese Vorsprünge 28a, 28b verbessern den Sitz des Druckventils 10, wenn das Druckventil 10 in die Ausnehmungen 2a, 5a des Behälterbodens 2 und des Druckraumbodens 5 (vgl. Figur 2 und 3) eingebracht werden. An den jeweils zum Druckventilmittelpunkt zeigenden Seiten der Vorsprünge 28a, 28b und an einem jeweils axialen Abschnitt des Druckventilkörpers 11 sind Dichtelemente 27a, 27b angeordnet. Wenn das Druckventil 10 in die Ausnehmungen 2a, 5a des Behälterbodens 2 und des Druckraumbodens 5 eingebracht wird, liegen die Dichtelemente 27a, 27b entsprechend an der Oberseite des Behälterbodens 2 und an der Unterseite des Druckraumbodens 5 an. Dadurch wird eine bessere Dichtheit gewährleistet.

[0057] Am ersten Kolben 12 sind zwei Dichtungen 14a, 14b angeordnet. In dieser Ausführungsform sind die Dichtungen 14a, 14b als O-Ringe ausgestaltet, ebenso können die Dichtungen 14a, 14b als angespritzte Dichtungen realisiert werden. Durch die Dichtungen 14a, 14b werden der erste Druckventilraum 15 und der zweite Druckventilraum 16 verbessert fluiddichtend voneinander getrennt und verursachen einen Großteil der Reibungskraft bei einer Bewegung des ersten Kolbens 12.

[0058] In dem in Figur 4 dargestellten Zustand ist ein Gas in den ersten Druckventilraum 15 eingebracht worden, sodass ein ausreichend großer Druck p_V im ersten Druckventilraum 15 herrscht, um die Reibungskraft zwischen dem ersten Kolben 12 bzw. der Dichtungen 14a, 15b und dem Druckventilkörper 11 sowie die Gravitationskraft zu überwinden. Dadurch hat sich der erste Kolben 12 so weit in positiver z-Richtung bewegt, bis das Aufnahmeelement 18 die Stirnseite des zweiten Kolbens 13 kontaktiert.

[0059] Im Druckventil 10 herrscht ein Kräftegleichgewicht. Auf den ersten Kolben 12 wirkt in positiver z-Richtung eine Kraft, die resultiert aus dem Druck p_V im ersten Druckventilraum 15 in Verbindung mit der Fläche des ersten Kolbens 12, an der der Druck p_V anliegt. Außerdem wirkt eine Kraft in positiver z-Richtung, die resultiert aus dem Druck in dem Raum außerhalb des Befüllraum-Kanals 22, der axial wirkend am kegelförmigen Abschnitt des zweiten Kolbens 13 anliegt. In negativer z-Richtung wirkt eine Kraft auf den ersten Kolben 12, die resultiert aus dem Druck außerhalb des Befüllraum-Kanals 22, der stirnseitig am ersten Kolben 12 anliegt. Weiterhin wirkt in negativer z-Richtung eine Kraft, die durch das Spannelement 19 auf den zweiten Kolben 13 ausgeübt wird sowie die Gravitationskräfte des ersten und zweiten Kolbens 12, 13. In negativer z-Richtung wirkt außerdem eine Kraft, die aus dem Druck außerhalb des ersten Druckraumkanals 20 resultiert, soweit der Druck an der oberen Stirnseite des zweiten Kolbens 13 anliegt.

[0060] Wenn das Druckventil 10 in den Behälterboden eines Behälters 1, wie beispielsweise in Figur 1 und 2 dargestellt, eingebracht ist, entspricht der Druck außerhalb des Befüllraum-Kanals 22 dem Druck p_B des Befüllraums 40 und der Druck außerhalb des ersten Druckraumkanals 20 dem Druck p_D des Druckraums 6. Sinkt der Druck p_B im Befüllraum 40 durch die Entnahme eines Flüssigkeitsvolumens, kann das Kräftegleichgewicht (wie oben dargestellt) verändert werden. Ist die Druckabnahme ausreichend groß bewegen sich der erste und der zweite Kolben (Kopplung) in positiver z-Richtung und das Druckventil 10 ist geöffnet. Im geöffneten Zustand des Druckventils 10 findet ein Fluidaustausch über den zweiten Druckraumkanal 21 so lange statt, bis die in negativer z-Richtung wirkende Kraft auf den ersten Kolben 12 ausreichend groß ist, um den ersten und zweiten Kolben 12, 13 in negativer z-Richtung zu verschieben, bis das Druckventil in geschlossenem Zustand vorliegt. Dabei wirkt die Reibungskraft zwischen dem ersten Kolben bzw. der Dichtungen 14a, 14b und dem Druckventilkörper 11 sowohl in positiver als in negativer z-Richtung in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des ersten Kolbens 12.

[0061] Dieses Kräftegleichgewicht bestimmt die Schwellenwerte S1 und S2. Die Schwellenwerte S1 und S2 ergeben sich aus der geometrischen Ausgestaltung des Druckventils 10, speziell aus den Flächen, an denen die dargestellten Drücke angreifen, und aus der Höhe der Drücke sowie der Spannkraft des Spannelements 19.

[0062] Bei Unterschreiten des ersten Schwellenwerts S₁ des Drucks außerhalb des Befüllraum-Kanals 22, öffnet das Druckventil 10 durch eine Bewegung des ersten und zweiten Kolbens 12, 13 in positiver z-Richtung. Bei Überschreiten des zweiten Schwellenwerts S₂ des Drucks außerhalb des ersten Druckraumkanals 20, schließt das Druckventil 10 durch eine Bewegung des ersten und zweiten Kolbens 12, 13 in negativer z-Richtung. Ist das Druckventil 10 in einem Behälter 1 angeordnet, kann der Druck außerhalb des Befüllraum-Kanals 22 dem Druck p_B im Befüllraum 40 entsprechen und der Druck außerhalb des ersten Druckraumkanals 20 kann dem Druck p_D im Druckraum 6 entsprechen.

[0063] In Figur 4 ist außerdem ein Einsatz 23 gezeigt, der in den Druckventilkörper 11 eingesetzt werden kann. Durch die Öffnung im Druckventilkörper 11, in die der Einsatz 23 eingebracht werden kann, kann während der Herstellung eines Druckventils 10 das Spannelement 23 und der zweite Kolben 13 in das Innere des Druckventils 10 eingebracht werden. Nach Montage des Einsatzes 23 in die dafür vorgesehene Öffnung des Druckventilkörpers 11 wird der Einsatz 23 ein Teil des Druckventilkörpers 11.

[0064] Der Druckventilkörper 11 kann zweigeteilt sein (nicht in Figur 4 dargestellt), speziell so, dass einer der beiden Vorsprünge 28a, 28b an einem Teil des zweiteiligen Druckventilkörpers 11 angeordnet ist und der andere der beiden Vorsprünge 28a, 28b an dem anderen Teil des zweiteiligen Druckventilkörpers 11 angeordnet ist. Die beiden Teile des Druckventilkörpers 11 können beispielsweise durch eine Verschraubung verbindbar sein. In verbundenem Zustand der beiden Teile ergibt sich ein zweiteiliger Druckventilkörper 11.

[0065] Figur 5 zeigt ein Druckventil 10a, das bodenseitig in einem Behälter 1 eingesetzt werden kann. Der Unterschied zu dem Druckventil 10 aus Figur 4 liegt darin, dass kein Gas durch den Druckventileinlass 24 in das Druckventil 10a eingebracht wurde, sodass der erste Kolben 12 nicht mit dem zweiten Kolben 13 gekoppelt ist.

Ansprüche

1. Behälter zum Aufbewahren einer Flüssigkeit, mit einem Befüllraum (40), einem Druckraum (6) und einem Druckventil (10), wobei

(a) der Befüllraum (40) durch einen Behälterboden (2), eine Behälterwand (7) und eine Behälteroberseite (8) gebildet ist und in dem Befüllraum (40) ein erster Druck (p_B) herrscht;

(b) der Druckraum (6) durch den Behälterboden (2) und einen Druckraumboden (5) gebildet ist und in dem Druckraum (6) ein zweiter Druck (p_D) herrscht;

(c) das Druckventil (10) mit dem Behälterboden (2) und dem Druckraumboden (5) verbunden ist;

(d) das Druckventil (10) in geöffnetem Zustand den Befüllraum (40) und den Druckraum (6) fluidkommunizierend verbindet und das Druckventil (10) in geschlossenem Zustand den Befüllraum (40) und den Druckraum (6) fluiddicht gegeneinander abtrennt.

2. Behälter nach Anspruch 1, wobei das Druckventil (10) in eine Ausnehmung (2a) des Behälterbodens (2) und in eine Ausnehmung (5a) des Druckraumbodens (5) eingreift.

3. Behälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Druckventil (10) einen Druckventilkörper (11) aufweist, wobei am oberen und am unteren Ende des Druckventils (10) jeweils ein Vorsprung (28a,28b) angeordnet ist, und wobei die Vorsprünge zumindest teilumfänglich in r-Richtung über zumindest einen radialen Teil des Druckventilkörpers (11) ragen.

4. Behälter nach Anspruch 3, wobei der Vorsprung (28a) am oberen Ende des Druckventils (10) die obere Seite des Behälterbodens (2) kontaktiert und der Vorsprung (28b) am unteren Ende des Druckventils (10) die untere Seite des Druckraumbodens (5) kontaktiert.

5. Behälter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Vorsprünge (28a, 28b) ein Dichtelement (27a, 27b) umfassen.

6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Druckraum (6) mit einem Treibgas befüllt ist, bevorzugt umfasst das Treibgas Kohlenstoffdioxid (CO₂), Stickstoff (N₂), Lachgas (N₂O) oder Mischungen davon, wobei insbesondere der Druckraum (6) keinen Filler umfasst.

7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Druck (p_D) im Druckraum (6) zwischen 5 bar und 35 bar, bevorzugt zwischen 5 bar und 30 bar, besonders bevorzugt zwischen 8 bar und 25 bar liegt.

8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Druck (p_B) im Befüllraum (40) kleiner ist als der Druck (p_D) im Druckraum (6), bevorzugt liegt der Druck (p_B) im Befüllraum (40) zwischen 1,2 bar und 7 bar, besonders bevorzugt zwischen 1,5 bar und 6 bar, noch bevorzugter zwischen 1,7 bar und 5 bar.

9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Volumen des Druckraums (6) zwischen 0,1 L und 5 L, bevorzugt zwischen 0,1 L und 3 L, besonders bevorzugt zwischen 0,5 L und 2,5 L, noch bevorzugter zwischen 0,5 L und 1,5 L liegt.

10. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Volumen des Befüllraums (40) zwischen 1 L und 25 L, bevorzugt zwischen 2 L und 20 L liegt.

11. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei
der Behälterboden (2) gewölbt ausgebildet ist, bevorzugt der Behälterboden (2) in z-Richtung zum Behälterinneren gewölbt ausgebildet ist;
und
der Druckraumboden (5) im Wesentlich ebenflächig ausgestaltet ist, bevorzugt der Druckraumboden (5) im Wesentlichen parallel zur Behälteroberseite (8) ausgebildet ist.

12. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Druckraumboden (5) beim aufrechten Stehen des Behälters auf einem ebenflächigen Untergrund nicht den ebenflächigen Untergrund kontaktiert.

13. Druckventil für einen Behälter, mit einem Druckventilkörper (11), einem ersten Druckventilraum (15), einem zweiten Druckventilraum (16) und einem dritten Druckventilraum (17), wobei

(a) der erste Druckventilraum (15) durch den Druckventilkörper (11) und einen ersten bewegbaren Kolben (12) gebildet ist;

(b) der zweite Druckventilraum (16) durch den Druckventilkörper (11), den ersten bewegbaren Kolben (12) und einen zweiten bewegbaren Kolben (13) begrenzt ist und über einen Befüllraumkanal (22) mit einem ersten, außerhalb des Druckventils liegenden Raum fluidkommunizierend verbunden ist;

(c) der dritte Druckventilraum (17) durch den Druckventilkörper (11) und den zweiten Kolben (13) begrenzt ist und über einen ersten Druckraumkanal (20) mit einem zweiten, außerhalb des Druckventils liegenden Raum fluidkommunizierend verbunden ist.

14. Druckventil nach Anspruch 13,
wobei der Druckventilkörper (11) einen zweiten Druckraumkanal (21) umfasst, der in geschlossenem Zustand des Druckventils an einem Ende durch den ersten Kolben (12) fluiddicht abgeschlossen ist und an einem anderen Ende gegenüber dem zweiten, außerhalb des Druckventils liegenden Raum geöffnet ist; und
in geöffnetem Zustand des Druckventils der zweite Druckventilraum (16) und der zweite, außerhalb des Druckventils liegende Raum fluidkommunizierend durch den zweiten Druckraumkanal (21) verbunden sind.

15. Druckventil nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei der erste bewegbare Kolben (12) mit dem zweiten bewegbaren Kolben (13) mechanisch gekoppelt ist, sobald der Druck (p_V) im ersten Druckventilraum (15) so groß ist, dass sich der erste Kolben (12) auf Grundlage des Drucks (p_V) in z-Richtung auf den zweiten Kolben (13) zu bewegt und den zweiten Kolben (13) kontaktiert.

16. Verfahren zum Regeln des Drucks (p_B) in dem Befüllraum (40) eines Behälters nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Befüllraum (40) zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit befüllt ist, der Druckraum (6) zumindest teilweise mit einem Treibgas befüllt ist und der Behälter eine Auslassleitung (30) mit einem Ventil (32) umfasst, wobei die Auslassleitung (30) bei geöffnetem Ventil (32) den Befüllraum (40) und einen den Behälter umgebenden Raum fluidkommunizierend verbindet; das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

(a) Betätigen des Ventils (32), womit durch die Auslassleitung (30) ein Anteil der Flüssigkeit des Befüllraums (40) in den den Behälter umgebenden Raum abgelassen wird und der Druck (p_B) im Befüllraum (40) entsprechend des abgelassenen Volumens der Flüssigkeit des Befüllraums (40) sinkt;

(b) Öffnen des Druckventils (10) bei Unterschreiten eines ersten Schwellenwerts (S₁) des Drucks (p_B) im Befüllraum (40), wodurch ein Volumenanteil des Treibgases des Druckraums (6) in den Befüllraum (40) strömt;

(c) Schließen des Druckventils (10) bei Überschreiten eines zweiten Schwellenwerts (S₂) des Druckes (p_B) im Befüllraum (40) zum Absperren des Strömens von weiterem Treibgas des Druckraums (6) in den Befüllraum (40).

17. Verfahren zum Regeln nach Anspruch 30, mit dem Druckventil nach einem der Ansprüche 13 bis 15.

Zeichnung