DE3202655C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Hinzugeben einer vorgegebenen Menge einer zweiten Fluessigkeit(Dosierfluessigkeit)zu einer in einem Behaelter befindlichen ersten Fluessigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Hinzugeben einer vorgegebenen Menge einer zweiten Flüssigkeit (Dosierflüssigkeit) zu einer in einem Behälter (vorzugsweise einer Flasche), befindlichen ersten Flüssigkeit, wobei der End-Füllstand des Behälters eine vorgegebene Höhe besitzen soll. In verschiedenen Gebieten der Technik, beispielsweise bei der Arzneimittelherstellung, bei der Wasch- und Spülmittelherstellung und bei der Getränkeherstellung, ist es erforderlich, der bereits im Portionsgefäß, beispielsweise einer Flasche, befindlichen Grundflüssigkeit eine zweite Flüssigkeit (Dosierflüssigkeit) in vorgegebener Menge hinzuzufügen, wobei jedoch dann für den End-Füllstand eine vorgegebene Höhe vorgeschrieben ist. Die Automatisierung dieses Vorgangs bereitet insbesondere dann Schwierigkeiten, wenn unterschiedliche Mengen an Dosierflüssigkeit zugegeben werden sollen und wenn der Füllstand der bereits in dem Behälter befindlichen Grundflüssigkeit nicht exakt definiert ist, was insbesondere bei schäumenden Flüssigkeiten der Fall ist. Lediglieh als Beispiel sei dabei auf die Champagnerherstellung verwiesen, und zwar auf die Zugabe von Likör nach dem Degorgieren (Entfernung des Eis-Hefe-Pfropfens) der Flaschen. Dabei sind zum einen unterschiedliche Likör-Dosiermengen (trocken, halb-trocken, brut) erforderlich, und der Füllstand der Flasche nach dem Degorgieren ist nicht exakt definiert. Es ist deshalb äußerst schwierig, nach der Dosage einen exakt definierten End-Füllstand zu erreichen. Jedenfalls eignen sich die bisher bekannten Vorrichtungen nicht dazu, diesen Vorgang zu automatisieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es auf einfache und automatisierbare Weise gestatten, der

bereits im Behälter befindlichen Grundflüssigkeit eine gewünschte Menge an Zweitflüssigkeit hinzuzufügen und mit großer Genauigkeit einen definierten, gleichbleibenden End-Füllstand zu erhalten.

Die verfahrensmäßige Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1, die vorrichtungsgemäße Lösung im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Bei der Erfindung wird also zunächst durch ein Druckgas, vorzugsweise ein Inertgas, Erstflüssigkeit aus dem Behälter herausgedrückt, bis ein vorgegebener erster Füllstand erreicht ist. Die herausgedrückte Erstflüssigkeit wird in einem Auffangbehälter aufgefangen. Daraufhin wird dann die Dosierflüssigkeit in der gewünschten Menge zugegeben, und schließlich wird aus dem Auffangbehälter heraus der Flascheninhalt aufgefüllt, bis der gewünschte End-Füllstand exakt erreicht ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden diese beiden Füllstände auf ebenso einfache wie exakte Weise dadurch erreicht, daß in dem in die Flasche hineinragenden Steigrohr zwei Öffnungen vorgesehen sind, welche sozusagen selbsttätig diese beiden Füllstände ergeben, ohne daß es dazu besonderer Meßeinrichtungen bedarf. Für die Champagnerherstellung ergibt sich darüber hinaus der große Vorteil, daß zum Erreichen des End-Füllstands dieselbe Flüssigkeit wieder in die Flasehe zurückgebracht wird, die sich vorher in dieser Flasche befand; im Gegensatz dazu wird bei den bekannten Vorrichtungen im allgemeinen so verfahren, daß zum Auffüllen Flüssigkeit verwendet wird, die aus dem Inhalt verschiedener Flaschen stammt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann schließlich auf einfache Weise mit anderen Bearbeitungsvorrichtungen, beispielsweise solchen zum öffnen und/oder Verschließen der Flaschen zu einem Maschinenblock vereinigt werden, was den gesamten Herstellungs- und bearbeitungsprozeß weiter automatisiert.

Selbstverständlich können auch mehrere Dosierflüssigkeiten zugegeben werden, wobei dann mehrere Dosierbehälter an das Rohrstück des einen Auffangbehälters anzuschließen sind.

Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf die Champagner-Herstellung beispielsweise dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 die Vorrichtung in skizzenhafter Darstellung, teilweise im Schnitt und

F i g. 2A bis 2E in vereinfachter Darstellung Skizzen zur Erläuterung des Nachfüllvorganges des Dosierbehälters.

Die in F i g. 1 im ganzen mit 10 bezeichnete Dosiervorrichtung weist zwei zueinander parallele, im wesentliehen zylindrische Behälter 11 und 12 auf, nämlich einen Auffang-Behälter 11 und einen Dosierbehälter 12. Im Auffang-Behälter 11 ist axial begrenzt verschiebbar ein vertikales Steigrohr 13 gelagert, das beidends geschlossen ist, jedoch benachbart seinem unteren Ende eine öffnung 13a, mit Abstand davon eine öffnung 13Z> und an seinem oberen Ende zwei Öffnungen 13c und 13c/ aufweist. Dabei steht die Öffnung 13a mit der Öffnung 13c/, die öffnung 136 mit der öffnung 13cin Verbindung. Das obere Ende des Steigrohrs 13 wird von dem hülsenartigen Ende einer Steuerstange 14, die öffnungen 13c und 13c/ abdeckend, umfaßt, die von einem am oberen Ende der Stange angelenkten Steuernocken 15 in Axialrichtung betätigbar ist. Vom Boden des Behälters 11 geht ein das Steigrohr 13 konzentrisch umgebendes Rohrstück 16 ab, wobei der Übergang von Behälterboden zu Rohrstück 16 als Ventilsitz für einen Ventilkörper 17 ausgebildet ist, der durch eine Feder 18 gegen den Ventilsitz belastet ist. Am freien unteren Ende des Rohrstücks 16 befindet sich eine Zentrierglocke 19. Innerhalb des Behälters 11 ist auf dem Steigrohr 13 eine Ringscheibe 20 befestigt, die durch eine zwischen Ringscheibenunterseite und Behälterboden eingesetzte Schraubenfeder 21 in Richtung nach oben belastet ist und auf deren Oberseite eine Steuerstange 22 angebracht ist, die von einem Steuernocken 23 betätigt wird. In seinem oberen Bereich steht der Auffangbehälter 11 mit dem Dosierbehälter 12 in Verbindung. Im Dosierbehälter 12 ist ein zu ihm konzentrischer Zylinder 24 axial verschiebbar angeordnet, und zwar mittels einer hohlen Steuerstange 25, die durch einen Steuernocken 26 betätigbar ist. Eine Feder 27 spannt den Zylinder 25 in Richtung nach oben vor. Innerhalb der hohlen Steuerstange 25 verläuft eine weitere Steuerstange 28, die durch einen Steuernocken 29 mit Dosiereinstellung 29a betätigbar ist und an ihrer Unterseite einen Kolben 30 aufweist, der in den Zylinder 25 abdichtend eingepaßt ist. Am Boden des Behälters 12 befindet sich ein Auslaß 31, der in ein Rohr 32 mündet. Die Einmündung des Behälterauslasses 31 in das Dosierrohr 32 ist durch eine Schiebehülse 33 mit Öffnung 33a verschließbar, wobei die Hülse 33 über ein Hebelgestänge 34 von einem Betätigungsstempel 35 betätigbar ist, der seinerseits durch einen Berührungsschalter 36 steuerbar ist.

In eine von einer nicht gezeichneten Kohlensäurequelle her führende Kohlensäureleitung 37 ist ein Ventil 38 eingesetzt, dessen Ausgangsleitung 39 unter Zwischenschaltung eines druckbetätigten Sicherheitsventils 40 in das Ausgangsrohrstück 16 des Auffangbehälters 11 mündet. Das Ventil 38 ist durch einen weiteren Steuernocken 41, das Sicherheitsventil 40 durch die Zentrierglocke 19 betätigbar.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen. Eine geöffnete und degorgierte (vom Hefe-Eisblock befreite) und damit eine nichtdefinierte Füllhöhe aufweisende Champagnerflasche 50 wird auf einem Teller 51 unter die Vorrichtung 10 geführt und dann vom Teller hochgehoben, bis der obere Flaschenrand gegen die Zentrierglokke 19 anschlägt. Unter dem Druck der Flasche betätigt die Zentrierglocke 19 den Druckknopf 40a des Sicherheitsventils 40, womit sich dieses öffnet. Daraufhin öffnet der Steuernocken 41 das Kohlensäure-Ventil 38, mit der Folge, daß Kohlendioxidgas aus der Leitung 37 durch die Leitung 39 in das Rohrstück 16 fließt und aus diesem in die Flasche 50 gelangt. Zugleich hebt der Steuernocken 15 die Steuerstange 14 an, so daß die Öffnung 13c/ des Steigrohrs 13 freigesetzt wird. Damit aber vermag die in die Flasche 50 eindringende Kohlensäure die oberhalb der Öffnung 13a des Steigrohrs 13 befindliche Flüssigkeit (Champagner) durch die Öffnung 13a hindurch in das Steigrohr zu pressen und in diesem nach oben, worauf die Flüssigkeit dann aus der ja offenen Öffnung 13c/ in den Auffangbehälter 11 fließt. Dieses Hinausdrücken von Flüssigkeit aus der Flasche 50 endet dann, wenn der Flüssigkeitsstand in der Flasche eine Pegelhöhe entsprechend der Unterkante der Öffnung 13a erreicht hat (definierte Füllhöhe). Nunmehr schließt der Steuernocken 41 das Ventil 38, womit die Zufuhr an Kohlensäure aufhört. Wesentlich ist, daß bei diesem Zustand zwischen Flasche, Auffangbehälter 11 und Dosierbehälter 12 ein druckmäßiges Gleichgewicht herrscht.

Die sich weiterbewegende Flasche 50 kommt nun mit dem Berührungsschalter 36 in Berührung, mit der Folge, daß der Stempel 35 den Hebel 34 betätigt, womit die Hülse 33 sich derart verschiebt, daß ihre Öffnung 33a mit dem Ausgang 31 des Dosiergefäßes 12 fluchtet.

Nunmehr drückt der Steuernocken 29 über die Stange 28 den Kolben 30 nach unten, womit eine vorgegebene Likör-Menge aus dem Behälter 24 in das Rohr 32 und von diesem in das Rohrstück 16 und schießlich in die Flasche 50 gelangt. Nach Beendigung dieses Vorganges kehrt die Hülse 33 unter Verschließen des Ausgangs 31 wieder in ihre Ausgangslage zurück.

Der nächste Schritt besteht darin, daß der Steuernokken 23 die Steuerstange 22 und damit die Ringscheibe 20entlastet, mit der Folge, daß die Ringscheibe 20 zusammen mit dem Rohr 13 und dem daran befindlichen Ventilkörper 17 durch die Wirkung der Feder 21 angehoben werden. Zugleich hebt der Steuernocken 15 die Stange 14 noch weiter an, bis auch die öffnung 13c freigegeben ist. Flüssigkeit (Champagner) fließt nun aus dem Behälter 11 durch die Ventilöffnung in das Rohrstück 16 und weiter in die Flasche 50, wobei die öffnungen 136 und 13c als Luft-Entweichungsöffnungen dienen. Dieses Fließen von Flüssigkeit in die Flasche 50 findet aber dann schlagartig sein Ende, wenn der Füllstand in der Flasche 50 die Oberkante der Entlüftungsöffnung 136 erreicht hat, weil damit ein weiteres Entweichen von Gas aus der Flasche unmöglich gemacht ist. Die Flasche wird also exakt bis auf eine Füllhöhe entsprechend der Oberkante der öffnung 136 gefüllt. Der Steuernocken 23 drückt daraufhin die Ringscheibe 20 wieder nach unten, womit der Ventilkörper 17 auf seinen Ventilsitz zurückkehrt, und der Steuernocken 15 schließt durch Hinunterdrücken der Steuerstange 14 die öffnungen 13c und 13c/ des Steigrohrs 13. Damit ist wiederum die Ausgangsposition der Vorrichtung erreicht.

Es ist jetzt lediglich noch erforderlich, die oberhalb des Füllpegels in der Flasche 50 befindliche Kohlensäure auf Atmosphärendruck zu bringen, was in bekannter Weise durch ein — nicht gezeichnetes — Schnüffelventil erfolgen kann, das sich beispielsweise in der Zentrierglocke 19 befindet oder aber mit dem Kohlensäureventil 38 kombiniert ist. Nach diesem »Entlüften« werden der Teller 51 und die sich darauf befindende Flasche 50 nach unten abgesenkt und zu einer beliebig gestalteten Verkorkungseinrichtung weiter transportiert.

Während des beschriebenen Vorgangs des Füllens der Flasche 50 erfolgt aber auch nach Zugabe des Likörs eine Wiederauffüllung des Zylinderraumes vor dem Kolben 30 für den nächsten Dosiervorgang. Gemäß den Skizzen 2A bis 2E wird zunächst durch die Wirkung des Steuerkolbens 29 der Kolben 30 nach unten gedrückt (Fig.2A), bis er schließlich seine unterste Stellung (Fig.2B) erreicht. Nach dem oben beschriebenen Schließen des Ausgangs 31 des Dosierbehälters 12 entlastet der Steuernocken 26 die hohle Steuerstange 25 und damit den Zylinder 24, mit der Folge, daß dieser von der Feder 27 hochgehoben wird (F i g. 2C). Daraufhin führt der Steuernocken D über die Steuerstange 28 den Kolben 30 nach oben (F i g. 2D), so daß sich der Raum vor der Kolbenstirn durch die Saugwirkung des entstehenden Vakuums wieder mit Likör füllt. Die Hubhöhe des Kolbens und damit die Menge an beim nächsten Dosiervorgang zugegebenem Likör hängt von der Einstellung an der Einstellvorrichtung 29a ab. Hat der Kolben 30 seine oberste Stellung erreicht, drückt der Steuernocken 26 den Zylinder 24 wiederum nach unten in seine Ausgangsposition (F i g. 2E).

Der Dosierbehälter 12 ist damit für den nächsten Dosiervorgang bereit.

Der beschriebene Vorgang kann zwar auch unter Unterbrechung der Flaschen-Förderbewegung erfolgen, vorzugsweise jedoch wird die Flasche 50 zusammen mit der Vorrichtung 10 weiterbewegt. Dabei kann diese Bewegung geradlinig oder etwa unter Verwendung üblicher Fördersterne — kreisförmig sein. Im letzteren Fall bietet es sich an, eine der Zahl der Förderstern-Positionen entsprechende Zahl von Vorrichtungen 10 zu einem gemeinsamen Ringelement zusammenzufassen, wobei dann von den Behältern 11 und 12 sternförmig Leitungen zur Ringmitte zu einer gemeinsamen Flüssigkeits-Abfuhrleitung bzw. einer gemeinsamen Likör-Nachführleitung führen. Der aus der Flasche entfernte Champagner wird nach der Likörzugabe wieder zum Teil in die Flasche zurückgebracht. Der übriggebliebene Teil bleibt in dem mit einem Überlauf versehenen Behälter 11. In jede Champagnerflasche wird nach der Likörzugabe somit derjenige Champagner in die Flasche zur Erreichung des endgültigen Füllstandes zurückgebracht, der bereits in den vorherigen Flaschen war. Gerade dies ist mit den bisher bekannten Dosiereinrichtungen nicht möglich.

Wenn bei der vorhergehenden Beschreibung zur Erläuterung der Vorgang der Likördosage gewählt worden ist, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung selbstverständlich auch für andere Verfahrensstufen der Champagnerherstellung Verwendung finden, etwa bei der Zugabe von Hefe-Lösung zum Stillwein. Weiterhin ist es möglich und vorteilhaft, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit anderen Verarbeitungsvorrichtungen zu einem Block zu kombinieren, etwa mit Verschließvorrichtungen. Es ist dann beispielsweise möglich, sämtliche Vorgänge des Entkorkens, Dosierens und Verschließens (Verkorken oder Verschließen mit Kronenkork) in einem einzigen Maschinenblock vorzunehmen.

In bestimmten Fällen kann es auch vorteilhaft sein, den Füll- bzw. Dosiervorgang bei aus der Vertikalen gekippter Flasche (Schräglage) vorzunehmen. In diesem Fall ist jedoch auf exakte Synchronität zwischen der Kippbewegung der Flasche und Neigung der Dosier- und Füllvorrichtung zu achten.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Vorgänge der Champagnerherstellung begrenzt, kann vielmehr immer dann mit Vorteil Anwendung finden, wenn einer Flaschenfüllung eine andere Flüssigkeit in exakter Bemessung zugegeben und dabei ein genauer End-Füllstand erreicht werden soll. Lediglich beispielsweise sei auf die Herstellung flüssiger Spül- und Waschmittel sowie auf die Arzneimittelherstellung verwiesen. Die Erfindung erbringt in all diesen Fällen den wesentlichen Vorteil, daß die ursprüngliche Flaschen- bzw. Behälterfüllung keinen exakten Füllpegel aufweisen muß, was insbesondere bei schäumenden Flüssigkeiten von Bedeutung ist, daß die Zuführung der zweiten Flüssigkeit (Dosage) in exakter Bemessung erfolgt und daß der End-Füllstand ebenfalls äußerst exakt definiert ist. Dabei können alle diese Vorgänge vergleichsweise einfach halb- bzw. vollautomatisch durchgeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Hinzugeben einer vorgegebenen Menge einer zweiten Flüssigkeit (Dosierflüssigkeit) zu einer in einem Behälter, beispielsweise einer Flasche, befindlichen ersten Flüssigkeit, wobei der End-Füllstand des Behälters bzw. der Flasche ebenfalls vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst mittels eines Druckgases eine derartige Menge der ersten Flüssigkeit aus dem Behälter herausgedrückt wird, daß ein definierter erster Füllstand erreicht wird, wobei die herausgedrückte erste Flüssigkeit in einem Auffangbehälter aufgefangen wird, daß dann in den Behälter die vorgegebene Menge an zweiter Flüssigkeit (Dosierflüssigkeit) eingeführt wird und daß schließlich aus dem Auffangbehälter so lange erste Flüssigkeit in den Behälter zurückgeführt wird, bis der gewünschte End-Füllstand erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckgas ein inertes Gas, vorzugsweise Kohlendioxidgas verwendet wird, dessen Druck über dem Sättigungsdruck der Flüssigkeit Hegt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Auffang-Behälter (11), von dessen Boden ein Rohrstück (16) abgeht, an dessen unterstem Ende eine Zentrierglocke (19) zur Auflage auf den Öffnungsrand des zu füllenden Behälters (50) sitzt und dessen oberer, mit dem Boden des Auffangbehälters (11) verbundener Rand als Ventilsitz für einen im Auffangbehälter (11) verschiebbar angeordneten Ventilkörper (17) ausgebildet ist, durch ein im Auffangbehälter (11) verlaufendes, das Rohrstück (16) koaxial durchsetzendes und über die Zentrierglocke (19) nach unten überstehendes Steigrohr (13), das mit einer untersten öffnung (13a) für die Festlegung eines ersten Füllpegels, mit einer im Abstand davon befindlichen zweiten öffnung (i3b) zur Festlegung des End-Füllstands und mit zwei damit getrennt verbundenen, innerhalb des Auffang-Behälters (11) befindlichen, gesondert steuerbar verschließbaren öffnungen (13c, \3d) versehen ist, durch eine in das Rohrstück (16) unter Zwischenschaltung eines steuerbaren Verschließventils (38) mündende Druckgas-Leitung (37) und durch eine ebenfalls in das Rohrstück (16) mündende, steuerbar verschließbare Zuführleitung (31, 32) für die zweite Flüssigkeit (Dosierflüssigkeit).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein zusätzliches, von der zu füllenden Flasche (50) über die Zentrierglocke (19) betätigbares Sicherheitsventil (40) für die Druckgas-Zuführung (37).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Auffangbehälters auf dem Steigrohr (13) eine Ringscheibe (20) befestigt ist, die durch eine Feder (21) belastet und durch eine Steuerstange (22) betätigbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen Dosierbehälter (12) zur Aufnahme der Dosierflüssigkeit, in welchem ein axial verschiebbarer Zylinder (24) und ein in diesem verschiebbarer Dosierkolben (30) angeordnet sind, wobei der Ausgang (31) des Dosierbehälters (12) unter Zwischenschaltung einer Schiebehülse (33) mit Durchlaßöffnung (33a) mit der zum Rohrstück (16)

des Auffangbehälters (11) führenden Zuführleitung (32) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebehülse (33) über ein Hebelgestänge (34) von einem mit einem Kontaktschalter (36) verbundenen Druckstempel (35) betätigbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Gasräume von Auffang-Behälter (11) und Dosierbehälter (12) miteinander durch eine Ausgleichsleitung verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerelemente Steuernocken (15,23,26,29,41) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aus Auffangbehälter (11) und Dosierbehälter (12) bestehende Dosiereinheiten (10) auf einem Kreisring angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Auffangbehälter (11) und Dosierbehälter (12) über sternartig geführte Leitungen mit im Kreis-Mittelpunkt angeordneten Sammel-Leitungen verbunden sind.

12. Vorrichtung zur Herstellung von Champagner nach einem der Ansprüche 3 bis 11, gekennzeichnet durch die Kombination mit Flaschenöffnungs- und/ oderFlaschenverschließvorrichtungen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinheit (10) gegenüber der Vertikalen kippbar ist.