Verfahren zum kontinuierlichen, aseptischen Einmachen von fliessbaren Nahrungsmitteln und Einrichtung zu seiner Durchführung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen, aseptischen Einmachen von fliessbaren Nahrungsmitteln und Abfüllen derselben in Behälter.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Lebensmittel sind organische Stoffe und als solche in hohem Masse hitzeempfindlich. Sie kleben an heissen Wärmeaustauschflächen gern fest und bilden Schichten oder Krusten. Ortliches Uberhitzen oder Verschmoren des an den Wärmeaustauschflächen haftenden Materials vermittelt nicht nur dem übrigen, im Verlauf der Bewegung durch das Heizgerät mit diesen Teilen in Berüh- rung kommenden Füllgut einen sogenannten Kochge schmack , ein verbranntes Aroma und eine unansehnliche Farbe, sondern die angebrannte oder infolge Hitzeeinwirkung festgewordene Schicht an den Wärmeaus- tauschflächen verringert die Wirksamkeit der Wärme- übertragung ganz beträchtlich.
Enthält das zu verarbeitende Produkt leicht zerstörbare Festkörper, so gestaltet sich das Problem des Erhitzens und der Verarbeitung in der Aufbereitungsanlage noch wesentlich schwieriger.
Die Sterilisierung bei hoher Temperatur kann nicht nach dem Einfüllen des Gutes in die Behälter erfolgen, weil in diesem Fall die Wärmeübertragung von aussen bis zum Innern des Füllgutes zu langsam erfolgt und weil die genaue Regulierung Schwierigkeiten bietet. Inhalt und Querschnitt der Büchsen sind so gross, dass bei einer peripheren Aufheizung auf 150 C die Mitte des Inneren die Sterilisationstemperatur noch lange nicht erreicht, nachdem die Randpartien längst sterilisiert sind und nachdem die lange Erhitzung bereits eine Zerstö- rung dieser Randteile bewirkt.
Bei dickflüssigen Produkten, bei welchen die Wärme geleitet und nicht übertragen wird, können nach dem Einfüllen in die Dose keine hohen Behandlungstemperaturen verwendet werden, weil das in Berührung mit den übermässig heissen Dosenwänden stehende Füllgut sonst stark verschmoren würde. Auch bei nicht oder nur wenig dickflüssigen Produkten, wie auch bei kleinstückigem Füllgut, beispielsweise ganze Maiskörner oder Erbsen in Salzlake, bei welchem die Wärmeübermittlung weitgehend durch Leitung erfolgt, können Verfahren mit hoher Temperatur nicht angewandt werden, wenn sich das Füllgut bereits in der Dose befindet, da die in hohen Temperaturbereichen erforderlichen, kurzen Behandlungszeiten nicht genau reguliert werden können.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass die Einfüllhöhe bzw. die Füllmenge der Dose, die Bewegungsstärke des Füllgutes in der Dose beeinflusst ; wird die Dose zu stark gefüllt, so verursacht die Verringerung des Raumes zwischen Füllspiegel und oberem Dosenrand eine Verringerung der Wärmeübertragung ; infolgedessen besteht die Gefahr des Untersterilisierens und somit des Verderbs des fertigen Einmachgutes.
Einfüllmaschinen, welche nichtstückiges, flüssiges Füllgut keimfrei einmachen können, sind nicht in der Lage, Stücke der genannten Art zu verarbeiten, ohne sie zu einem praktisch homogenen Brei zu zerdrücken oder zu zerquetschen. Die Reibung zwischen dem Nahrungsmittel und den Kanten der Maschine oder sogar zwischen den einzelnen Füllgutteilen bewirkt ein Zerreiben dieser Teile. Oberdies werden durch die Ablagerung solcher Teile bei gewissen Maschinen die Ventile verstopft und sogar beschädigt. Bei anderen Maschinen werden die Stücke durch die Ventile zerbröckelt, zerdrückt und bis zur Unkenntlichkeit zerstört.
Da wir mit den Augen und dem Gefühl ebensogut wie mit dem Gaumen essen, sind solche Speisen nicht akzeptabel und machen einen Hauptgegenstand des aseptischen Einmachens zunichte : dem Konsumenten eine Konserve anzubieten, die sich so wenig als nur möglich von dem unterscheidet, was ein guter Koch oder eine Hausfrau aus eigener Küche auf den Tisch bringen würde.
Bei Temperaturen über 100 C kann das Sterilisieren oder Kochen nur unter hohen Drucken durchgeführt werden. So muss beispielsweise bei einer Temperatur von 143 C der Druck bei nicht weniger als 3 atü aufrechterhalten werden, was dem Dampfdruck von Wasser bei der genannten Temperatur entspricht ; andernfalls würde der Wassergehalt des Füllgutes versprühen. Dieses Versprühen kühlt das Füllgut ab und bringt es auf die Temperatur zurück, bei welcher Wasser unter dem vorhandenen Druck verdampft. Durch das Versprühen können auch die festen Bestandteile zerstört werden, beispielsweise dann, wenn Erbsen unter Druck bei einer Temperatur von 143 C gekocht werden. Würde in diesem Fall der Druck plötzlich sinken, so würden die Erbsen infolge des plötzlichen Dampfaustrittes aus ihrem Innern explodieren.
Das Versprühen beeinträchtigt auch durch seine Einwirkung auf das zu bearbeitende Produkt die Kontinuität des Arbeitsvorganges.
Die für das keimfreie Einmachen homogener Flüs- sigkeiten üblichen Einfüllvorrichtungen arbeiten mit einer unmittelbar vor dem Füllgerät angeordneten Dosierungspumpe, um diesen Gegendruck zu erhalten. Werden jedoch Nahrungsmittel mit festen Teilen verarbeitet, wie beispielsweise Gemüsesuppe, so bestehen gegen die Verwendung solcher Pumpen drei wesentliche Einwände : 1. Die Pumpe zerhackt und zerkleinert die festen Bestandteile, so dass das Endprodukt ein wenig appetitliches, breiiges Aussehen erhält.
2. Das Austreten des flüssigen Teils des Füllgutes unter Druck durch die Offnungen der Pumpe bewirkt ein Absieben der festen Teile beim Pulsierungs-oder Abmessvorgang der Pumpe, so dass sich die festen Bestandteile vor der Pumpe aufhäufen. Diese aufgehäuften Festteile werden bei jedem Pumpzyklus abgegeben. Ist der flüssige Teil des Füllgutes dünnflüssig oder von niedriger Viskosität, wird er in so starkem Masse abfliessen, dass die Pumpgeschwindigkeit ganz wesentlich reduziert werden muss, damit die kontinuierliche Zuführung zur Füllvorrichtung konstant gehalten werden kann.
3. Die Dosierungspumpen, welche flüssigfeste Mischungen ohne Zerreiben der festen Teile bearbeiten, können zum Einhalten des Gegendruckes in der Anlage während der Vorsterilisation der Geräte nicht verwendet werden, da die Flüssigkeit aus der Pumpe austritt. Selbst wenn die Pumpe stillsteht, ist dieses Ausfliessen so stark, dass der Dampfdruck im Heizgerät unter dem Wert reduziert werden müsste, der erforderlich ist, um die Anlage zu sterilisieren. verdies würde das überhitzte Wasser an der Auslassseite der Pumpe versprühen, wodurch die Temperatur unter die für die Sterilisierung der Pumpenteile und der auf die Pumpe folgenden Teile der Anlage und des Füllgerätes erforderliche Temperatur sinken wurde.
Das keimfreie Einmachen einer aus festen und flüs- sigen Teilen bestehenden Mischung stellt besondere Probleme. Eine dieser Schwierigkeiten besteht darin, ein angemessenes Verhältnis zwischen den festen und flüssigen Teilen während des ganzen Verfahrens aufrechtzuerhalten. Es versteht sich von selbst, dass kein Einmachver- fahren befriedigen kann, bei welchem das mengenmäs- sige Verhältnis der festen und flüssigen Bestandteile in den verschiedenen Dosen variiert. Normalerweise setzt sich der Anteil an festen Bestandteilen aus verschiedenen Produkten zusammen. Die gleiche Suppe kann z. B. Kartoffeln, Erbsen, Sellerie, Karotten und Rindfleisch in festen Stücken enthalten.
Damit stellt sich ebenfalls das Problem der Aufrechterhaltung der richtigen, mengenmässigen Proportion dieser verschiedenen Festbestandteile. Einfaches Vermischen der festen Komponenten mit der Flüssigkeit und anschliessendes Durchrühren mit mechanischen Mitteln würde sowohl zu einer schlechten Proportionierung als auch zum Zerdrücken, Zerrühren und sonstiger Zerstörung einiger Festbestandteile führen.
Es ist ferner ebenfalls üblich, die festen Bestandteile vor dem Beigeben in die Flüssigkeit zu blanchieren, und dies muss so ausgeführt werden, dass weder ein tuber- kochen noch ungenügendes Blanchieren vorkommen kann.
Zweck der Erfindung ist, das Zerfallen, Zerreiben oder Breiigwerden der festen Teile des Nahrungsmittels zu verhindern, anderseits ein genaues Abmessen, Blanchieren, vollständige Sterilisation und genaues und rasches Einfüllen in die vorsterilisierten Behälter zu ermöglichen. Die Erfindung soll ebenfalls die Herstellung flüssiger oder halbflüssiger Lebensmittelkonserven, in denen sich feste Stücke befinden, ermöglichen, wobei Aroma, Farbe, Struktur und Gleichmässigkeit wesentlich besser sind, als dies mit den üblichen Konservie rungsmethoden erreicht werden kann. Ferner soll die Herstellung homogener, flüssiger oder halbflüssiger Konserven von verbesserter Qualität ermöglicht werden.
Das keimfreie Einmachverfahren nach der Erfindung unterscheidet sich von den üblichen Einmachmethoden dadurch, dass die fliessbaren Nahrungsmittel mit Pumpmitteln kontinuierlich gefördert werden, dass die geförderten Nahrungsmittel zu einer sich bewegenden filmartigen Schicht ausgebreitet werden, dass eine freie Oberfläche der filmartigen Schicht mit einem rasch bewegten Strom heissen Gases in Berührung gebracht wird, ohne dass sich das Gas und im Nahrungsmittel enthaltene Flüssigkeit vermischen, wobei alle anderen Flächenteile der filmartigen Schicht in Berührung mit Körpern von weniger hoher Temperatur als das Gas gehalten werden und dass die Nahrungsmittel nach dem Sterilisieren auf eine Temperatur unterhalb der Entflammungstemperatur bei atmosphärischem Druck abgekühlt und die Nahrungsmittel dosiert und in die keimfreien Behälter abgefüllt werden,
wobei zwischen der Berüh- rungsstufe mit dem Gas und der Dosierungsstufe der Gegendruck auf dem Wert der Dosierungsstufe gehalten wird.
Die Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Heizgerät mit einer Tragfläche für die fliessbaren Nahrungsmittel, Mittel zum Verteilen der zu erwärmen- den Nahrungsmittel in eine filmartige, langsam über die Tragfläche fliessende Schicht, Mittel, durch welche nur die Oberfläche der Schicht durch heisses Gas berührt wird, und Mittel, durch welche die Tragfläche an allen Stellen kühler gehalten wird als die sie berührende Schicht. sowie Dosiermittel zum Abmessen der Nahrungsmittel und ein Füllgerät zum Abfüllen der Nahrungsmittel in Behälter enthält.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Funktion der Einrichtung, welche das Durchführen dieses Verfahrens gestattet, ist nachstehend beispielsweise anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Abb. lA und 1B sind eine teilweise isometrische und teilweise schematische Darstellung einer Ausführungs- form der Erfindung. Einige Teile sind angeschnitten, um weitere Teile freizulegen. Abb. 1A zeigt das Dosierungsund Mischgerät sowie das Sterilisationsheitgerät, wäh- rend Abb. 1B das Temperaturkonstanthalte-und Abkühlungsgerät, den Behältersterilisator das Einfüllgerät und den Dosenverschliessapparat darstellt.
Abb. 2 ist eine vergrösserte Darstellung im Aufriss und teilweise im Schnitt des Gerätes zur Dosierung des flüssigen Teils des zu sterilisierenden Füllgutes, zum Dosieren und Blanchieren der festen Bestandteile, zum Ver mischen des festen und des flüssigen Teils und zum Pumpen der Mischung durch die übrigen Teile des Systems. Zur besseren Übersichtlichkeit sind einige Teile an-oder auseinandergeschnitten.
Abb. 2A ist eine vergrösserte Teilansicht im Aufriss und im Schnitt entlang der Linie 2A-2A der Abb. 2 des Flügelventils.
Abb. 3 ist eine weitere vergrösserte Ansicht im Aufriss und teilweise im Schnitt entlang der Linie 3-3 der Abb. 2.
Abb. 4 ist eine Ansicht im Aufriss und im Schnitt im Massstab der Abb. 3 eines Teils des Dosierungs-und Blanchierungsgerätes für feste Bestandteile der Abb. 2.
Abb. 5 ist eine weitere vergrösserte Teilansicht im Aufriss und im Schnitt entlang der Linie 5-5 der Abb. 2.
Abb. 6 ist eine Teilansicht im Aufriss und im Schnitt des Endstückes der im Dosierungs-und Blan chierungsgerät für feste Bestandteile verwendeten För- derschnecke.
Abb. 7 ist eine Ansicht im Aufriss und im Schnitt einer zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeigneten Pumpe.
Abb. 8 ist eine in bezug auf Abb. 1A vergrösserte Ansicht im Aufriss und im Schnitt eines Aufheiz-und Sterilisationsgerätes. Einige Leitungen und Ventile sind schematisch dargestellt, und einige dazugehörige Elemente werden teilweise im Aufriss und teilweise angeschnitten und im Schnitt dargestellt.
Abb. 9 ist ein horizontaler Schnitt entlang der Linie 9-9 der Abb. 8.
Abb. 10 ist ein vergrösserter Horizontalschnitt entlang der Linie 10-10 der Abb. 8.
Abb. 11 ist eine Teilansicht im Aufriss und im Schnitt einer abgeänderten Form einer Vorrichtung zur Vermeidung der Stockung des Füllgutes, welche in der Schwimmerkammer der Abb. 8 sowie in der Mischvorrichtung der Abb. 2 verwendet werden kann. Der Massstab der Abb. 11 ist in bezug auf Abb. 8 grösser.
Abb. 12 ist eine der Abb. 8 im allgemeinen ähn- liche Ansicht einer abgeänderten Form des Füllgut- Aufheiz-und Sterilisationsgerätes.
Abb. 13 ist eine Draufsicht des Heizgerätes der Abb. 12 mit angeschnittenen und im Schnitt dargestellten Teilen.
Abb. 14 ist ein Aufriss eines Füllapparates. Einige Teile sind weggelassen, einige Teile sind angeschnitten, und einige Teile sind auseinandergeschnitten und entlang der Linie 14-14 der Abb. 15 im Schnitt dargestellt, um die dahinterliegenden Teile besser freizulegen.
Abb. 15 ist eine Draufsicht der Vorrichtung der Abb.
14, teilweise angeschnitten und im Schnitt dargestellt, unter Weglassung einiger Teile, welche die Klarheit der Darstellung beeinträchtigen würden.
Abb. 16 ist eine Ansicht im Horizontalschnitt entlang der Linie 16-16 in Abb. 14.
Abb. 17 ist eine zusammengefasste abgewickelte Ansicht im Aufriss entlang dem in Abb. 15 durch den Kreis 17-17 dargestellten Weg, welche den Abfüllzyklus und die Verteilung der die Ventile betätigenden Nockenscheiben darstellt.
Abb. 18 ist ein vergrösserter Aufriss entlang der Linie 18-18 der Abb. 15, eines der Endstücke des Abfüll- zylinders mit den dazugehörigen Ventilen darstellend.
Abb. 19 ist ein Vertikalschnitt im Massstab der Abb. 18, entlang der Linie 19-19 der Abb. 15.
Abb. 20 ist ein vergrösserter Schnitt entlang der Linie 20-20 der Abb. 19.
Abb. 21 ist ein vergrösserter Vertikalschnitt entlang der Linie 21-21 der Abb. 14.
Abb. 22 ist eine der Abb. 14 ähnliche Ansicht im Aufriss und teilweise im Schnitt einer abgeänderten Abfüllvorrichtung. Einige Teile sind weggeschnitten, um eine bessere Übersicht zu ermöglichen.
Abb. 23 ist eine Draufsicht des in Abb. 20 dargestellten Gerätes, bei welcher einige Teile weggeschnitten und einige Teile im Schnitt dargestellt sind.
Abb. 24 ist : eine Seitenansicht einer bevorzugtenAus- führungsform eines Zweiweg-Kugelventils.
Abb. 25 ist eine Draufsicht des Kugelventils der Abb. 24.
Abb. 26 ist eine Ansicht im Aufriss und im Schnitt entlang der Linie 26-26 der Abb. 25, bei welcher das Ventil in offener Stellung gezeigt wird.
Abb. 27 ist eine der Abb. 26 ähnliche Ansicht, welche das Ventil in geschlossener Stellung zeigt.
Abb. 28 ist eine Ansicht im Aufriss und im Schnitt entlang der Linie 28-28 der Abb. 26.
Abb. 29 ist eine vergrösserte Teilansicht im Aufriss und im Schnitt eines Teils der Abb. 26.
Abb. 30 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Teils des Apparates der Abb. 22, in welcher ein neuartiges Dreiweg-Ventil gezeigt wird.
Abb. 31 ist ein vergrösserter Schnitt entlang der Linie 31-31 der Abb. 30, das Ventil in Dosierungsstellung zeigend.
Abb. 32 ist eine schematische Darstellung, welche zeigt, wie das Nockensystem eine Drehung des Ventils der Abb. 30 um 90 von der Dosierungsstellung zur Dosenabfüllstellung bewirkt.
Abb. 33 ist eine Ansicht im Aufriss und im Schnitt eines T-förmigen Dreiwegventils.
Abb. 34 ist eine der Abb. 33 ähnliche Ansicht, bei welcher das Ventil sich in einer anderen Stellung befindet.
Abb. 35 ist eine Ansicht im Aufriss und im Schnitt eines Vierwegventils, welches in der Produktionslinie unmittelbar vor der Abfüllmaschine gezeigt wird. Die punktierten Linien zeigen das Ventil in einer anderen Stellung.
Die auf das Einmachgut in der Sterilisationsphase der keimfreien Einmachmethode ausgeübte Hitzebehandlung dauert vorzugsweise nur Sekunden, wogegen sie bei den üblichen Einmachsystemen mehrere Minuten erfordert. So wird beispielsweise Grünerbssuppe in verschlossenen 303X406-Dosen (453-g-Grösse) während 55 Minuten bei 120 C erhitzt. Vergleichsweise wird bei der keimfreien Einmachmethode das gleiche Produkt vor dem Einfüllen nach nur 8, 8 Sekunden bei 142 C sterilisiert. Bei dem den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Verfahren wird das Einmachgut vorzugsweise in nur 1 bis 2 Sekunden auf 142 C gebracht, so dass dabei die totale Aufheiz-und Heizzeit für die Sterilisation nur ca. 10 bis 11 Sekunden beträgt.
Das kurzfristige Sterilisationsverfahren bei hoher Temperatur bietet für das rasche und kontinuierliche keimfreie Einmachverfahren genauere, automatische Einstellmöglichkeiten und gestattet somit auch Einsparungen an Arbeit und Wärmeenergie, doch sind diese Einsparungen und die Schnelligkeit nicht der einzige Vorteil. Ebenso wichtig ist die Tatsache, dass das fertige, eingemachte Produkt sich durch besseres Aroma, Farbe, Struktur und höheren Vitamingehalt von dem bei nied sigexer Tempratux steril, sierten Einmachgut unterscheidet.
Diese ausserordentliche Qualitätsverbesserung ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die vernichtende Wirkung der Hitze auf die Bakterienkeime mit steigender Temperatur mit wesentlich höherem Exponentialverhält nis zunimmt als die chemischen Veränderungen, welche die Beeinträchtigung von Aroma, Farbe, Struktur und den vitaminhaltigen Bestandteilen des Füllgutes bewirken. Tatsächlich nimmt bei konstanter Zeit die Sterilisationswirkung oder der letale Effekt um das Zehnfache zu, wogegen die für die Beeinträchtigung der Nahrungs mittelqualität verantwortlichen chemischen Reaktionen sich mit jeder Zunahme um 73/4'C der aufgebrachten Temperatur verdoppeln.
Man wird die Bedeutung dieses interessanten Verhältnisses ermessen können, wenn man bedenkt, dass 4 gleich 16, 104 jedoch gleich 10, 000 ist.
Bei der raschen Erhitzung von Nahrungsmitteln auf Temperaturen von 135 bis 150 C stellen sich jedoch zahlreiche Schwierigkeiten. Verschmoren und stellenweises Oberhitzen des Füllgutes an den Wärmeaustauschflächen im Heizapparat lassen sich schwer vermeiden.
Auch neigen die festen Komponenten des Füllgutes dazu, sich aufzulösen oder zu Brei zu werden, wenn sie durch das Heizgerät und andere Teile der üblichen Aufbereitungseinrichtung bewegt werden.
Das in der Einrichtung enthaltene Füllgerät kann ohne Schwierigkeit unter vollständig sterilen Bedingungen betätigt werden. So kann Gemüsesuppe beispielsweise ganze Erbsen und Bohnen, bewürfelte Kartoffeln und Karotten sowie Selleriestücke enthalten. Beim Potau-feu kämen Rindfleischstücke, Kartoffel-und Karottenwürfel usw. in die flüssige Brühe.
Beim keimfreien Einmachen ist das Beibehalten des Gegendruckes auf den Materialfluss besonders wichtig.
Vor dem Einfüllen wird das Füllgut in kontinuierlichem Fluss auf die Sterilisationstemperatur aufgeheizt ; dann wird es auf dieser Temperatur gehalten, währenddem es unter Druck bewegt wird ; als nächstes wird es auf die gewünschte Einfülltemperatur abgekühlt, wobei es immer noch bewegt wird und sich unter Druck befindet ; dies alles erfolgt zum Zwecke des Einhaltens des Gegendruckes in den Aufheiz-und Halteteilen der Anlage. Es ist deshalb erforderlich, das Füllgut unter Druck zu halten, bis es die Abfüllvorrichtung verlässt. Wichtig ist ferner, dass die Abfüllvorrichtung mit Drucken arbeitet, die nicht niedriger sind als der Gegendruck und dass die Abfüllvorrichtung kein nennenswertes Schwanken des Gegendruckes bewirkt.
Wichtig ist ebenfalls, dass die Einfüllvorrichtung selbst genau funktioniert und dass weder die Füllvorrichtung durch den Materialfluss beschädigt noch das Material durch die Füllvorrichtung ungünstig beeinflusst werden kann.
Allgemeine Beschreibung von Ausführungsformen der Einrichtung zur Durchführung des erfindungs gemdssen Verfahrens (Abb. IA und IB)
Eine Flüssigkeitszuführungseinheit A (Abb. 1A) führt einer Flüssigkeitsdosierungseinheit B den flüssigen Teil des einzumachenden Füllgutes zu. Unterdessen speist eine Zuführungs-, Dosierungs-und Blanchierungs- einheit C eine Mischvorrichtung D mit verschiedenen, abgemessenen Mengen von kleinstückigen oder festen Bestandteilen, wobei die festen und flüssigen Bestandteile in der genannten Mischvorrichtung miteinander vermengt werden.
Von hier aus wird die Mischung durch eine Pumpe E durch die übrigen Teile des Systems befördert : sie gelangt zuerst in eine Füllgut-Aufheizeinheit F und dann in eine Flusssteuerungsvorrichtung G. Die Flusssteuerungsvorrichtung G reguliert einen Motor H mit veränderlicher Geschwindigkeit, welcher seinerseits die Geschwindigkeit der Pumpe E und das Dosierungsverhältnis der Zuführungseinheit C für feste Bestandteile steuert.
Von der Flusssteuerungsvorrichtung G kommend, fliesst die heisse Mischung durch eine Hochtemperaturkonstanthaltungsvorrichtung I (Abb. 1B), wo die Sterilisierung abgeschlossen wird und wird von da aus durch eine Abkiihlungsvorrichtung J geleitet. Das abgekühlte, sterilisierte Produkt gelangt dann zu einem Füllapparat K. Ein Dosensterilisator L führt dem Füllgut K leere, keimfreie Dosen M zu, und die gefüllten Dosen N werden durch ein keimfreies Förderband O aus dem Füll- apparat K zu einer Schliessmaschine P gebracht. Ein Deckelsterilisator Q liefert der Schliessmaschine P keimfreie Deckel, welche von dieser Maschine auf die Dosen N aufgesetzt und mit diesen zum Verschluss gebracht werden.
Die verschlossenen, gefüllten Dosen R verlassen dann die keimfreie Schliessmaschine P und werden durch ein Förderband S aus der sterilen Umgebung der keimfreien Einmachanlage heraus zu anderen, nicht sterilen Apparaten befördert, wie beispielsweise Waschanlagen, Etikettiermaschinen, Packmaschinen und andere, nicht unmittelbar mit dem keimfreien Einmachsystem zusammenhÏngende Vorrichtungen.
Die Fl ssigkeitszuf hrungseinheit A (Abb. 1A)
Die Flüssigkeitszuführungseinheit A der Abb. 1A besteht aus einem mit einem Dampfmantel versehenen Kessel 30, welcher einen flüssigen Füllgutbestandteil 31 enthält. Ein Auslass 32 am unteren Ende des Kessels 30 führt zu einem senkrechtstehenden Rohr 33, da eine Förderung unter Ausnutzung der Schwerkraft in den Stufen vor der Pumpe E vorzuziehen ist. Falls erwünscht, kann jedoch auch eine Pumpe mit Kreislaufsystem verwendet werden. Das senkrechte Rohr 33 führt vorzugsweise durch ein Dreiwegventil 34 zu einem Rohr 35. Das Dreiwegventil 34 wird während der Vorsterilisierung des keimfreien Einmachsystems verwendet. Bei diesem Vorgang trennt das Ventil 34 das Rohr 33 vom Rohr 35 und verbindet das Rohr 35 mit einer Wasserleitung 36.
Zweck und Funktionsweise dieser Einrichtung sowie eine bevorzugte Ventilkonstruktion (Abb. 33 und 34) werden später erläutert. Auf jeden Fall führt das Rohr 35 zur Flüssigkeitsdosierungseinheit B.
Die Flüssigkeitsdosierungseinheit B (Abb. 2)
Die Flüssigkeitsdosierungseinheit B besteht aus einem im allgemeinen zylindrischen Gehäuse 40, welches eine einen Schwimmer 42 enthaltende Schwimmerkammer 41 bildet. Die Kammer 41 weist eine mit dem Rohr 35 verbundene, untere Einlassöffnung 43 auf sowie einen an einer Seite etwas erhöht radial angeordneten Auslass 44, der sich jedoch unter dem gewünschten Niveau der Flüssigkeit 31 in der Kammer 41 befinden muss. Vom Auslass 44 führt eine im allgemeinen horizontal gehaltene Leitung 45 in die Mischvorrichtung D.
Die Flüssigkeit 31 weist grundsätzlich in der Kammer 41 und in der Mischvorrichtung D das gleiche Niveau auf. Die Schwimmerkammer 41 ist so dimensioniert, dass die Flüssigkeit gleichmässig durch sie hindurchfliessen kann. So beträgt beispielsweise in einem solchen Apparat der Durchmesser der Kammer 41 ca. 25 cm und derjenige des Schwimmers ca. 18 cm.
Der Schwimmer 42 ist mit einem Durchmesserrohr 46 versehen, das eine Verlängerung 47 aufweist, mittels welcher der Schwimmer 42 auf einer Stange 48 verschiebbar montiert werden kann. Mittels einer Flügel- schraube 43 kann der Schwimmer 42 auf jeder beliebigen Höhe an der Stange 48 befestigt werden. Das Ge häuse 40 besitzt einen Deckel 50, in welchem sich eine grössere, axial gerichtete, mit einem Vorsprung versehene Öffnung 51 befindet, welche der Stange 48 als Füh- rung dient. Zwischen der Rohrverlängerung 47 und der Offnung 51 ist genügend Spiel vorhanden, um das Entweichen aller mitgefuhrten Luft zu ermöglichen.
Die Luft kann ebenfalls aus der mit der umgebenden Atmosphäre verbundenen Mischvorrichtung D ausströmen, denn weder in der Schwimmerkammer noch in der Mischvorrichtung darf sich der Druck aufstauen.
Das untere Ende der Verlängerung 48 ist drehbar mit einem Gestängearm 52 verbunden, welcher seinerseits ebenfalls drehbar mit einem zweiten Arm 53 in Verbindung steht. Ein kleines, rundes Flügelventil 54 ist am unteren Ende des Armes 53 befestigt. Ventil und Arm sind drehbar mittels zweier Drehbolzen oder Lagerzapfen 55 auf der gleichen Achse wie die Verlängerung 48 und die Offnung 51 mit dem Gehäuse 40 verbunden.
Der Einlass 41 weist eine Ventilöffnung 56 auf, in welcher sich das Flügelventil 54 zur Drosselung des Flusses bewegt. Da das Flügelventil 54 sich hydrostatisch im Gleichgewicht befindet, wird es ohne Schwierigkeit durch den Schwimmer 42 bei jedem Flüssigkeitsstand im Kessel 43 und bei jedem Flüssigkeitsdruck in der Leitung 35 gesteuert.
Um ein leichtes und gründliches Reinigen zu ermög- lichen, ist für das Flügelventil 54 die sanitäre Bauart gemäss Abb. 2A vorzuziehen. Das aus einer dünnen Metallscheibe bestehende Ventil 54 ist zwischen den einander genau gegenüberliegenden Lagerzapfen 55 befestigt.
Die Lagerzapfen 55 werden in einer Führungshülse 58 durch runde Aussparungen 57 gehalten. Nach Abnehmen des Deckels 50 und des Schwimmers 42 kann das Ventil 54 ohne weiteres durch Lösen eines Klemmringes 59 und durch Herausschieben der Führungshülse 58 aus dem Gehäuse 40 zusammen mit der Verlängerung 47 und dem Gestänge 52 und 53 entfernt werden.
Wenn der Schwimmer 42 steigt, bewegt er die Hebel 52 und 53, um das Ventil 54 zu schliessen, wodurch der Fiüssigkeitsstrom 31 durch die Offnung 56 reduziert wird. Wenn der Schwimmer 42 eine gewisse Höhe erreicht, schliesst das Flügelventil 54 die Öffnung 56, und die Flüssigkeitszufuhr 31 wird praktisch unterbrochen.
Sinkt der Flüssigkeitsstand, öffnet der Schwimmer 52 das Ventil 54. Auf diese Weise steuert das Schwimmerventil 42 den Flüssigkeitsstrom 31 aus dem Kessel 30 zu der Mischvorrichtung D und der Pumpe E ; es verhindert das Überfliessen oder Leerwerden der Mischvorrichtung D und gewährleistet einen für die Mischung der Flüssigkeit mit dem aus der Einheit C kommenden festen Bestandteilen optimalen Flüssigkeitsstand.
Zutührungs-, Dosierungs-und Blanchierungseinheit C f r feste Bestandteile (Abb. 1A und 2-6)
Die Dosierungs- und Blanchierungseinheit C f r feste Bestandteile besteht aus einer Reihe von Füllkästen 60, deren jeder zur Aufnahme einer bestimmten, festen Zutat vorgesehen ist, weiterhin aus einer am unteren Ende jedes Füllkastens 60 angeordneten Dosierungs-und Blanchierungsvorrichtung 61 sowie aus einem gemeinsamen Förderband 62, auf welchem alle Dosierungsvorrichtungen 61 ihre Zutaten deponieren, worauf diese Zutaten durch das Förderband zur Mischvorrichtung D gebracht und in diese entleert werden.
Die zu dosierenden, festen Bestandteile können beispielsweise die folgenden sein : Gemüse in Würfeln oder in Scheiben (z. B. Kartoffeln, Sellerie, Karotten, Zwiebeln), Fleisch (z. B. gewürfeltes Rindfleisch oder Schin- kenscheiben) ; die Würfel können beispielsweise ca. 1 cm Seitenlänge oder jede beliebige andere Grosse aufweisen, wobei das Schneiden auf jede gewünschte Art und Weise erfolgen kann. Falls erwünscht, können alle diese Zutaten vorgekocht oder angebraten werden. Die so vorbereiteten, sortierten festen Bestandteile werden in die entsprechenden Füllkästen 60 verteilt.
Alle Füllkästen 60 sind grundsätzlich von gleicher Bauart und Funktionsweise, wobei jede gewünschte Anpassung an die Verschiedenheit des Füllgutes möglich ist. Wie dargestellt, weist jeder Füllkasten 60 eine Schrägwand 63 und eine Offnung 64 am unteren Ende auf, welche zu einem trichterartigen Gehäuseteil 65 der Dosierungsvorrichtung 60 führt. Am Boden jeder Dosierungsvorrichtung 60 befindet sich eine grundsätzlich hohle Schraube 66, welche so gedreht wird, dass sie das Füllgut aus dem Gehäuseteil 65 heraus und durch eine Wanne 67 hindurch befördert.
Die Wanne 67 weist einen grundsätzlich halbkreisförmigen Querschnitt auf, wobei ihre Seitenwände beträchtlich über die Schraube 66 hinausragen und wobei sowohl Seitenwände als auch Boden einen genügend grossen Abstand von der Schraube 66 aufweisen, um jede Beschädigung der festen Bestandteile zu verhindern. Die Drehgeschwindigkeit der Schraube 66 bestimmt die Abgabemenge der Füllgutbestandteile auf das Förderband 62 durch eine Offnung 68 am äusseren Ende der Wanne 67. Um das Blanchieren zu ermöglichen, ist die Wanne 67 vorzugsweise geneigt, so dass die Schraube 66 das Füllgut nach oben aus dem Gehäuse 65 befördern muss. Jede Hohlschraube weist an ihrem äusseren Ende eine auf einem entsprechenden Zapfen gelagerte Stummelwelle 69 (s.
Abb. 6) auf.
Der Füllkasten 60 ist mit einem Vibrator 70 von jeder beliebigen, geeigneten, mechanischen, elektrischen oder pneumatischen Bauart ausgerüstet. Der Vibrator 70 verhindert das Hängenbleiben der festen Bestandteile an den Schrägwänden 63 des Füllkastens 60, welcher mittels Stützen 72 aus Gummi oder einem anderen flexiblen Material auf einem Rahmen 71 aufliegt, wobei sein unteres Ende 64 frei bewegbar ist.
Unmittelbar über der Schraube 66 ist im Gehäuse 65 eine Welle 73 angeordnet, auf welcher eine Reihe von gebogenen Stäben 74 befestigt ist. Die Enden dieser Stäbe oder Finger 74 reichen grundsätzlich so nahe als möglich, jedoch mit einem gewissen Spiel, an die Ge häuse-oder Füllkastenwandungen heran. Um die gewünschte Schaufelwirkullg zu erzielen, genügen drei oder vier auf einer freistehenden Welle 73 durch Ab stände voneinander getrennte und unter verschiedenen Winkeln auf dieser Welle 73 angeordnete Stäbe 74 ; eine grössere Zahl ist nicht wünschenswert. Wird die Welle 73 gedreht, so rotieren die Stäbe 74 und verhindern ein Zusammenballen oder Absetzen des Füllgutes sowie ein Verstopfen durch Brückenbildung am unteren Ende 64 des Füllkastens 60.
Die Welle soll sich grundsätzlich etwas langsamer und auf keinen Fall schneller als die Schraube 66 drehen. Um dieses zu verwirklichen, wird die Welle über ein Reduktionsgetriebe 75 und eine Kette 76 von der Antriebswelle 77, welche die Schraube 66 betätigt, angetrieben. Obgleich die Vibration der abge schrägten Füllkästen 60 ausreicht, um das freie Ausfliessen der meisten Nahrungsmittel in die Dosierungsvorrichtung 61 zu gewährleisten, neigen gewisse Speisen, wie beispielsweise breite Nudeln, dazu, unter Druck zusammenzukleben ; ohne die rotierenden Stäbe 74 würde die sich drehende Hohlschraube 66 die Nudeln zu dichten Klumpen verwickeln, anstatt sie als Einzelstücke auszustossen.
Die Dosierungsschraube 66 übt die Funktion des Abmessens des Füllgutes aus, wobei die Drehgeschwindigkeit der Schraube 66 die auf das Band 62 abgegebene Füllgutmenge bestimmt. Alle Schrauben 66 werden vorzugsweise vom gleichen Motor H mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben, welcher ebenfalls die Einlasspumpe E betätigt, wobei sämtliche Schrauben 66 von der gleichen Hauptantriebswelle 80 angetrieben werden.
Ferner ist jede Schraube 66 mit einer eigenen, veränderlichen Ubertragungseinheit ausgerüstet, welche einen geeichten Einstellknopf 81 zur Einzelregulierung der Geschwindigkeit aufweist. Dies ermöglicht die Einzeleinstellung der Dosierungsmengen der verschiedenen Schrauben 66 im Verhältnis zueinander, währenddem gleichzeitig sämtliche Schrauben vom gleichen Motor H angetrieben werden, dessen Geschwindigkeit ihrerseits auf eine später zu erklärende Art reguliert wird.
Das Förderband 62 wird vorzugsweise mit ziemlich hoher Geschwindigkeit angetrieben, damit die aus den verschiedenen Dosierungseinheiten 61 kommenden festen Füllgutbestandteile in gleichmässigem Strom in die Mischvorrichtung D abgegeben werden. Bewegt sich das Band zu langsam, so würden sich die festen Bestandteile aufstauen und unregelmässig in die Vorrichtung D abgegeben werden. Daher muss sich das Band 62 schneller bewegen als das Material Zeit benötigt, um sich anzu häufen ; um wieviel schneller spielt keine Rolle.
Wie bereits erwähnt, werden die festen Füllgutbe- standteile während ihrer Bewegung durch die Dosierungseinheit blanchiert oder vorerwärmt. Zu diesem Zweck ist die Wanne 67, in welcher sich die Schraube 66 bewegt, gegen ihren Ausgang 68 zu nach oben geneigt. Die Neigung kann durch Abstützung der Wanne 67 auf geeigneten, auf der Achse 80 angeordneten Lagerbüchsen 78 sowie durch eine Einstellschraube 79 zwischen der Wanne 67 und dem Rahmen eingestellt werden. Ist keinerlei Einstellung erwünscht, kann die Neigung fixiert werden. Die Blanchierungswärme wird durch gesättigten Dampf, heisses Wasser oder heisse Lösung von geeigneter Zusammensetzung erzeugt. Zu diesem Zweck kann Dampf durch eine am Boden der Wanne 67 befestigte Leitung 82 geführt und durch die Offnung 83 in die Wanne 67 abgegeben werden.
Durch die Dampfkondensation in der Einheit 61 wird ein Heisswasserbad 84 gebildet ; ist jedoch Blanchieren mittels Dampf erwünscht, kann das gesamte Kondenswasser durch eine Bodenöffnung 85 abgeleitet werden. Falls erwünscht, kann heisses Wasser oder eine Blanchierungslösung direkt aus einer Leitung 86 durch Düsen 87 (Abb. 4) abgegeben werden ; wird mit Heisswasser oder Blanchierungslösung gearbeitet, so entfernt ein höher angeordneter Auslass 88 die überschüssige Flüssigkeit über einem vorbestimmten Niveau, wobei dann ein Ventil 89 die Bodenöffnung 85 schliesst. Die Blanchierungszeit hängt von der Temperatur des Blanchierungsmittels, der Lange der Wanne 67 und der Geschwindigkeit der Schraube 66 ab.
Da die Temperatur nie höher als 100 Celsius ist, ist die Blanchierungszeit im allgemeinen nie sehr kritisch, wenn sie nicht so lange gewählt wird, dass die Nahrungsmittel verkocht werden.
Die Mischvorrichtung D (Abb. IA und 2)
Die Mischeinheit D besteht aus einem Trichter oder Gehäuse 90, welches eine seitliche, mit der Leitung 45 verbundene Einlassöffnung 91, ein offenes oberes Ende 92 und einen Bodenauslass 93 aufweist, welcher vorzugsweise gleichzeitig den Eingang zu der Einlasspumpe E bildet. Die festen Füllgutbestandteile fallen vom Band 62 direkt oder über eine Schütte 94, welche bis unter das obere offene Ende 92 des Trichters 90 reicht, und der flüssige Teil gelangt über die Leitung 45 in den Einlass 91. Flüssigkeitsmenge und Flüssigkeitsstand werden durch den Schwimmer 42 bestimmt, während die vom Band 62 herabfallenden festen Bestandteile durch die Einheit C dosiert werden.
Die Vorrichtung D übt nicht nur die Funktion des Mischens der festen Bestandteile mit der Flüssigkeit 31 aus, währenddem die Flüssigkeit ununterbrochen in die Einlasspumpe E einfliesst, sondern hat auch die wesentlich wichtigere Aufgabe, das Anhäufen und die Stockungen verursachende Brückenbildung der festen Bestandteile am Trichterausgang und Pumpeneingang 93 zu verhindern. Verglichen mit der die Brückenbildung verhindernden Wirkung dieser Vorrichtung ist der mechanische Mischvorgang der festen und flüssigen Bestandteile sehr einfach.
Eine senkrechte Achse 94 ist zusammen mit den erforderlichen Antriebsmitteln 96 vorgesehen, die, wie dargestellt, mit dem Motor H verbunden werden können.
Die Welle dreht sich mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 40 bis 60 T/min. Eine zu hohe Geschwindigkeit wurde die Zerstörung der festen Bestandteile bewirken, wogegen eine zu geringe Geschwindigkeit weder eine einwandreie Mischung noch ein einwandfreies Verhindern der Brückenbildung gewährleisten wurde. Auf der Welle 95 ist eine grundsätzlich hohle Schraube 97 befestigt, welche ein nach abwärts gerichtetes Schneckengewinde aufweist, das in eine senkrecht nach unten gerichtete, radial versetzte Spitze 98 ausläuft.
Diese senkrecht nach unten ragende Spitze 98 stellt ein wichtiges Element dar, denn ohne diese Spitze würden die festen Bestandteile, wie beispielsweise Kartoffelwürfel, Karotten, Rindfleisch und ähnliches, rasch eine Brücke über dem kleinen Auslass 93, der zugleich der Pumpeneinlass ist, bilden und sich dort als kompakte Schicht absetzen.
Die Flüssigkeit wurde durch diese feste Schicht eingesaugt oder eingezogen ; die festen Bestandteile könnten sich nicht in der Flüssigkeit verteilen und würden sich so lange weiter anhäufen, bis der Trichter 90 überläuft.
Die versetzte Spitze 98 der Hohlschraube 97 rotiert in einem Kreis um und nahe bei der Innenwand des Einlasses 93 der Pumpe E. Die Spitze 98 ist dünn und so zugespitzt, dass sie dem in der Pumpe E zusammenfliessenden Strom der festen und flüssigen Bestandteile mög- lichst viel Raum freigibt. Die Kreisbewegung der Spitze 98 um und nahe bei der Innenwand des Einlasses 93 rührt die festen Bestandteile, welche zur Brückenbildung neigen und den Einlass 93 verstopfen, kräftig auf.
Würde die Spitze 98 axial mit der Schraube 97 verlaufen und konzentrisch mit dem Pumpeneinlass 93 angeordnet sein, so könnte sie die zusammengeballten festen Bestandteile nicht aufrühren ; sie würde in diesem Fall sogar die Lage erschweren, denn sie würde lediglich, an statt eine freie, runde Offnung zu schaffen, eine ringför- mige Bahn freigeben, in deren Mitte ihre eigene Spitze ein Hindernis bilden würde. Diese Spitze 98 braucht nicht unbedingt bis in die Offnung 93 hineinzureichen, ausgenommen dann, wenn die Offnung als mechanische Führuw wirken soll. Die Spitze muss jedbch nahe genug am Einlassrand der Offnung 93 angeordnet sein, damit sämtliche anhaftenden, festen Bestandteile aufgerührt werden können.
Aus praktischen, mechanischen Grün- den soll die Spitze 98 vorzugsweise ca. 6 mm in die Einlassöffnung 93 hineinragen.
Obgleich eine Kreisbewegung der Spitze 98 vorzuziehen ist, wurde auch eine lineare oder bogenförmige Pendelbewegung mit Erfolg verwendet. Ein mit einer Spitze 98 versehener, rasch pendelnder oder schwingender Stab 99 aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 3 mm (siehe Abb. 11) wurde zur Verhinderung der Brückenbildung in der Pumpeneinlassöffnung 93 bereits verwendet.
Unter Bezugnahme auf Abb. 2 kann festgestellt werden, dass die Hohlschraube 97 ein derart steiles Gewinde aufweist und so dimensioniert ist, dass ohne Rück- sicht auf die Bewegung der Schraube 97 reichlich Raum für den freien Durchfluss der festen und flüssigen Bestandteile gewährleistet bleibt. Diese Bauart wird verwendet, um die festen Bestandteile nicht zusammenzupressen oder zu-drücken. Die Hohlschraube 97 schafft eine grössere Offnung und mehr freien Raum für den freien Fluss oder die Bewegung der Mischung und be schädigt die festen Bestandteile weniger als eine massive Schraube. Die Funktion der Hohlschraube 97 ist eher diejenige eines spiralförmigen, rotierenden Rührwerkes als die einer eigentlichen Förderschnecke.
Falls erwünscht, kann anstelle der Schraube 97 auch ein spiralförmiger Stab mit verjüngter Spitze verwendet werden, obschon die abgeflachte Schraube besser rührt und die flüssigen und festen Bestandteile besser miteinander vermischt und sie gleichzeitig leicht nach unten in die Pumpe drängt, ohne die festen Bestandteile zu beschädigen. Auf diese Weise rührt die Hohlschraube 97 die Mischung schonend und drängt sie gleichzeitig nach unten in die Einlassöffnung 93 der Pumpe E, wo die dünne, verjüngte Spitze 98 der Schraube diese Mischung kreisförmig bewegt und, wie bereits erläutert, die Brukkenbildung der festen Bestandteile verhindert.
Der Flüssigkeitsstand im Mischtrichter 90 soll nur gerade hoch genug sein, um ein richtiges Vermischen der festen und flüssigen Bestandteile zu ermöglichen. Befindet sich der Flüssigkeitsspiegel zu hoch über dem Einlass 91, kann die entsprechend grössere Flüssigkeitsmenge durch die rotierende Schraube 97 nicht genügend gut durchgerührt werden. In diesem Falle wurden die festen Bestandteile mit der durch den unteren Teil des Mischtrichters 90 fliessenden Flüssigkeit nicht gleichmassig vermengt werden. Ist anderseits der Flüssigkeits- stand im Mischtrichter 90 zu niedrig, so besteht die Gefahr, dass Luft zusammen mit der Füllgutmischung in die Pumpe E eingesaugt werden könnte ; der beste Flüs- sigkeitsstand befindet sich, wie die Erfahrung zeigt, wenig über dem Auslass 91.
Die Einlasspumpe E (Abb. 1A, 2 und 7)
Die Einlasspumpe E ist eine positiv wirkende För- derpumpe geeigneten Typs, welche von einem Motor H mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben wird.
Sie sollte in der Lage sein, Flüssigkeit bei Drücken von 5, 5 bis 7 atü zu pumpen, ohne die verhältnismässig weichen, festen Nahrungsmittelstücke zu zerhacken oder mechanisch zu zerstören. Diese Pumpe ist ventillos, da Ventile dazu neigen, das Füllgut zu zerdrücken, zu zerschneiden oder zu zerhacken. In Abb. 7 ist eine solche Pumpe dargestellt. Sie besteht aus einem Gehäuse 100, zwei Doppelflügel-Schaufelrädern 101 und 102 und einem Auslass 103. Einflügel-Schaufelräder können ebenfalls verwendet werden.
Die Pumpe E speist die Mischung 104 in das Rohr 105 und weiter durch das ganze System bis zu demjenigen Punkt, an welchem die Füllvorrichtung K die Mischung 104 in die Behälter M abgibt. Zwischen der Pumpe E und der Füllmaschine K befinden sich keine Ventile oder andere Hindernisse, obgleich nach der Heizvorrichtung F die Flusssteuerungsvorrichtung G angeordnet ist.
Das Fiillgut-Sterilisierungs-und Heizgerät F (Abb. IA, 8 und 9)
Das Heizgerät F besteht aus einem isolierten Gehäuse 110 mit einem, ein geschlossenes oberes Ende 112 aufweisenden, zylindrischen oberen Teil 11, einem zylindrischen Mittelteiqll3 und einem konischen, trichterarti- gen unteren Teil 114. Das Gehäuse 110 kann mit Vorteil aus zwei mit Flansch versehenen Teilen bestehen, welche durch Osenschrauben 119 verbunden sind, wobei ein durch die Osen hindurchgehender Ring 119a eine gleichmässige Druckverteilung gewährleistet. Der untere Teil 114 ist nahe bei seinem unteren Ende an seiner einen Seite mit einem Auslassrohr 115, sowie mit einer axial gerichteten, mittleren Bodenöffnung 116 versehen.
Das Einlassrohr 105 führt in die Öffnung 116. In dieser Bodenöffnung 116 ist ein Einlassrohr 117 an seinem unteren Ende drehbar befestigt und mit geeigneten Mitteln 118 so abgedichtet, dass an dieser Stelle keine Flüssigkeit durchsickern kann.
Um das Einlassrohr 117 mit der gewünschten Geschwindigkeit, vorzugsweise 40 bis 60 T min, zu drehen, ist ein Motor 120 vorgesehen. Ein abgewinkelter Teil 121 des Einlassrohres 117 reicht in das Gehäuse 110 hinein, und zwar grundsätzlich parallel zur konischen Wandung 114. An seinem oberen Ende ist das Rohr 117 mit einem Ausguss 122 versehen, welcher immer gegen die anstossende mittlere zylindrische Gehäusewandung 113, dicht am oberen Ende des unteren Teils 114, gerichtet ist. Das Rohr 117 und der Ausguss 122 dienen dazu, das Füllgut behutsam entlang der abgeschrägten Wandung 114 auszugiessen und es in dünner Schicht um das Gehäuse 110 herum zu verteilen. Die geringe Rotationsgeschwindigkeit des Ausgusses 122 stösst das Füllgut nicht mittels Zentrifugalkraft gegen die Wände aus.
Das langsam fliessende Füllgut wird nur durch eine wirbelnde Masse von überhitztem Dampf durch Oberflächenberührung erwärmt.
Der obere Gehäuseteil 11 ist mit zwei ringförmigen Zwischenwandungen 123 und 124 versehen. Die untere Zwischenwand 123 ist vorzugsweise konisch und erstreckt sich nach innen und unten bis zu einem Innenumfang 125. Die obere Zwischenwand 124 ist ebenfalls nach unten geneigt und verläuft ungefähr parallel zur unteren Zwischenwand, ist jedoch mit einem herabragenden, zylindrischen Teil 126 versehen, welcher mit einem gewissen Abstand in den Innenumfang 125 der unteren Zwischenwand 123 hineinragt. Das untere Ende des herabragenden zylindrischen Teils 126 ist nach aus sen abgeschrägt und endet in einem grundsätzlich radial nach aussen abstehenden Flansch 127. Der Umfang des Flansches ist ungefähr mit dem Umfang 125 der unteren Zwischenwandung 123 senkrecht ausgerichtet und weist ebenfalls ungefähr den gleichen Durchmesser wie dieser auf.
Zwischen der oberen und unteren Zwischenwand 123 und 124 ist die obere Gehäusewand 11 mit einer Einlassöffnung 128 für überhitzten Dampf versehen.
Zur Kühlhaltung der anstossenden Gehäusewand fliesst ein Wasserstrom in einem Kühlkanal 129, so dass verspritzte Suppe oder andere erhitzte Nahrungsmittel an der Gehäusewand nicht anbrennen können. Weitere Kanäle, wie z. B. Kanal 129, können, falls erwünscht, vorgesehen werden, namentlich dann, wenn das Gehäuse eine andere Form aufweist als das Gehäuse 110. So kann z. B. ein solcher Kanal um die Wand 113 herumgeführt werden.
Auf diese Weise wird das Gehäuse 110 durch die Zwischenwände 123 und 124 in drei Hauptkammern unterteilt : eine obere Kammer 130, eine mittlere Kammer 131, in welche der Dampf eingeführt wird, und eine untere Kammer 132, in welche das Nahrungsmittel 104 durch den rotierenden Ausguss s 122 abgegeben wird. Aus diesem Ausguss 122 fliesst das Füllgut 104 langsam auf die senkrechte Wand 113 und an der geneigten Wand 114 herab, wobei die Drehung des Einlassrohres 117 dazu dient, das Füllgut 104 zu einer filmartigen Schicht 133 zu verteilen. Die Viskosität des Füllgutes 104 und die zur Aufwärmung erforderliche Berührungszeit bestimmen den Neigungswinkel der Wand 114.
Je grösser die gewünschte Aufwärmungszeit und je geringer die Viskosität des Füllgutes ist, um so kleiner muss selbstverständlich der Neidungswinkel sein. Ein Neigungswinkel von 45 genügt für zahlreiche Suppenarten, doch können auch verschiedene Neigungswinkel verwendet werden, abhängig von den gewünschten Betriebsbedingungen, einschliesslich der Abmessungen der Vorrichtung, sowie der Natur des Füllgutes.
Die obere Abschlusswand 112 des Gehäuses trägt eine Antriebswelle 134, welche auf der Gehäuseachse nach unten ragt und an ihrem unteren Ende mit einem Gebläse 135 versehen ist. Die Antriebswelle 134 ragt aus dem Gehäuse 110 heraus und ist mit geeigneten Antriebsmitteln versehen, wie z. B. einem hochtourigen Motor 136, welcher die Welle 134 über einen Riemen 137 und eine Riemenscheibe 138 antreibt. Ein geeignetes Drucklager 139 ist zur Aufnahme der Welle 134 vorgesehen. Die Welle 134 wird vorzugsweise durch ein Gehäuse 140 abgedichtet und geschützt, wobei dieses Gehäuse eine Wasserkühlleitung, sowie das für die Welle 134 erforderliche Schmiersystem enthält.
Das Gebläse 135 ist aus mehreren Teilen zusammengesetzt und dreht sich mit der Antriebswelle 134. Das Gebläse besteht aus einer Nabe 140a, aus welcher eine Mehrzahl von Innenschaufeln 141 herausragen, welche derart geneigt sind, dass sie beim Rotieren den Dampf von unten nach oben bewegen. Am äusseren Umfang der Innenschaufeln 141 ist ein zylindrisches Mantelblech 142 angeordnet, welches ebenfalls mit der Welle 134 rotiert. Das obere Ende des Mantelbleches 142 passt mit einem entsprechenden Arbeitsspiel ziemlich genau in den nach unten ragenden, zylindrischen Teil 126 der oberen Zwischenwand 124. Von der Nabe 140a ragt eine Anzahl Stäbe 143 radial nach aussen, welche einen ringförmigen Kranz 144 tragen.
Dieser Kranz 144 ragt senkrecht bis zu einem Punkt knapp unterhalb der unteren Zwischenwand 123 und radial knapp weiter als der Aussenumfang des Flansches 127 nach oben. Der obere Rand des Kranzes 144 ist mit Einschnitten versehen, und so gebogen, dass eine Reihe von Gebläseschaufeln 145 gebildet werden.
Die mittlere Kammer 131 dient als Dampfeintrittund-verteilungskammer, wobei der Dampf durch den Einlass 128 eintritt und die Kammer entlang der unteren Kante 125 verlässt. Die mit einer hohen Geschwindigkeit (z. B. 1800 T/min, in einem Gehäuse 110 mit einem Durchmesser von 90 cm) rotierenden Gebläseschaufeln 145 ziehen den Dampf aus der Kammer 131 heraus und jagen ihn in einer Wirbelbewegung in die untere Kammer 132 und gegen die Wände 113, 114, an welchen das Füllgut 104 langsam herabfliesst. Um zu verhindern, dass die Gebläseschaufeln 145 einen Teil des Dampfes in die Kammer 131 zurücktreiben und dadurch eine Ge genströmung erzeugen, ist eine Reihe von senkrechtstehenden Leitblechen 146 vorgesehen, welche entgegengesetzt zu der Neigung der Schaufeln 145 geneigt sind.
Der von den Schaufeln 145 (siehe Abb. 9) in Wirbel- bewegung versetzte, heisse Dampf (z. B. mit einer Temperatur von 400 bis 650 C) trifft auf das in langsamer Bewegung entlang den Wänden 113 und 114 des unteren Gehäuses herabfliessende Füllgut 104, wobei durch dieses langsame Fliessen ständig neue Oberflächen des Nahrungsmittels 104 dem Dampf ausgesetzt werden. Der wirbelnde Dampf dringt nicht in das Nahrungsmittel ein, sondern erhitzt dessen Oberfläche. Der abgekühlte Dampf, der z. B. eine Temperatur von 180 bis 230 C aufweist, wird durch die inneren Gebläseschaufeln 141 angesaugt und durch das Innere des zylindrischen Teils 126 der Zwischenwand in die obere Kammer 130 getrieben.
Die Wirbelschaufeln gewährleisten eine äusserst wirksame Wärmeübermittlung durch die hohe Geschwindigkeit des überhitzten Dampfstromes und werfen auch jedes Tröpfchen oder Teilchen des Nahrungsmittels in die Schicht 133 zurück, wodurch vermieden wird, dass das Nahrungsmittel mit irgendwelchen metallischen Oberflächen in Berührung kommt, auf denen es verkohlen könnte. In der vorliegenden Erfindung berührt die Mischung 104 nur Wandungen, die kälter sind als sie selbst, d. h. die Wandungen sind durch die Mischung selbst gegen den Dampf isoliert.
Um einen gleichmässigen Druck auf eine später zu beschreibende Art aufrechtzuerhalten, führt eine Lei , tung 147 aus der Kammer 132 in die Steuerungsvorrichtung G.
Die obere Kammer 130 ist mit einer geeigneten Dampfausgangsöffnung 148 versehen, welche durch ein Rohr 149 den grössten Teil des Dampfes einem gasbe heizten Überhitzer 150 (Abb. 1A) zur nachherigen Wiederverwendung zuleitet. Der tZberhitzer 150 ist mit einem Gasbrenner 15 und einer Anzahl Wärmeaus- tauschrohre 152 ausgerüstet. Eine Leitung 153 führt von einem Auslassleitungsstück 154 des Oberhitzers 150 zum Einlass 128 des Füllguterhitzers F. Der zurückströ- mende Dampf tritt in die Rohre 152 durch eine Einlassleitung 155 ein.
Eine Dampfablass-oder Entspannoff- nung 156 gewährleistet das Ausströmen einer gleichmäs- sigen kleinen Dampfmenge, wodurch Luft und andere, unerwünschte Gase aus dem System entfernt werden können, während ein Dampfeinlass 157 eine abgemessene Menge des aufbereiteten Dampfes einlässt.
Auf diese Weise wird der überhitzte Dampf ununterbrochen vom gasbeheizten Oberhitzer 150 durch den Füllguterhitzer F mittels der Gebläseschaufeln 145 und 141 umgewälzt. Der aus dem Vberhitzer 150 austretende, überhitzte Dampf wird durch die rotierenden Gebläseschaufeln 145 in die Kammer 132 tangential hineingetrieben. Der auf diese Weise in der Kammer 132 kreisend aufgewirbelte, überhitzte Dampf streicht über die Oberfläche der langsam sich an den Wänden 113 und 114 herabbewegenden Mischung und heizt das stän- dig fliessende Füllgut rasch auf die gewünschte Betriebstemperatur auf.
Nachdem der Dampf die Oberfläche des Füllgutes gestreift und diesem einen Teil seiner Wärme abgegeben hat, wird er von den Gebläseschaufeln 141 durch die Kammer 130 in die Leitung 149 zum Einlass 155 geführt und von dort wieder durch den tXberhitzer 150 umgewälzt. Der auf diese Weise wieder aufgeheizte Dampf gelangt durch das Rohr 153 zur ringförmigen Kammer 131 zurück, von wo aus er wieder tangential in die Füllgut-Aufheizkammer 132 getrieben wird.
Bemerkungen zur Betriebsweise des Fiillgut-Heizgerates F
Ein besonderes wichtiges Merkmal des Füllgut-Auf- heizgerätes F besteht darin, dass das Füllgut ausschliesslich durch überhitzten Dampf auf einer Zwischenfläche zwischen Dampf und Nahrungsmittel 104 erwärmt wird.
Sowohl das Füllgut als auch der Dampf befinden sich in Bewegung, doch wird der Dampf nicht in das Nahrungsmittel eingespritzt. Dampf und Nahrungsmittel vermischen sich nicht miteinander. Der Kontakt mit dem Dampf vollzieht sich ausschliesslich an der Oberfläche, und durch diese Tatsache unterscheidet sich die vorliegende Erfindung von allen bisherigen Versuchen, mit Erhitzen durch Dampf zu arbeiten, denn bei diesen Versuchen wurde das Füllgut immer zumindest teilweise durch Vermischen erwärmt.
Der auf das langsam fliessende, flüssige Füllgut auftreffende überhitzte Dampf schlägt genügend stark auf das Nahrungsmittel auf, um einen Austausch zwischen der Oberfläche des Nahrungsmittels und der darunterliegenden Schicht zu bewirken, so dass die gesamte Flüs- sigkeit oder der grösste Teil derselben dem Dampf ausgesetzt wird, um eine Hitzeübermittlung durch die gesamte, flüssige Masse hindurch zu erreichen, ohne dass sich Dampf und Füllgut miteinander vermischen, und ohne heftiges Bewegen des Füllgutes.
Da überdies die Flüssigkeit eine verhältnismässig dünne Schicht bildet und der Dampf grundsätzlich gleichmässig in die Kammer gespeist wird, gewahrleistet eine grosseFlüssigkeits-/ Gas-Berührungsfläche einen optimalen Wärmeaustausch.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Wärme auf das fliessende flüssige Produkt direkt aus dem überhitzten Dampf durch eine Flüssigkeits-/Gas-Zwischenfläche aufgebracht wird, ohne Verwendung einer festen Wärme- austauschfläche. Ein Anbrennen ist ausgeschlossen, da dies nur vorkommen kann, wenn der statische Teil einer Fl ssigkeit an einer festen Wärmeaustauschfläche überhitzt wird und an dieser festhaftet. In der Wärmeaustauschvorrichtung der vorliegenden Erfindung isoliert das Füllgut selbst die Wände 113 und 114 der ringförmi- gen Kammer 132, so dass die Temperatur dieser Wände nie so hoch werden kann, dass die festen Bestandteile an der Metalloberfläche anbrennen und festkleben.
Lediglich an den oberen Kanten des Flüssigkeitsspiegels gelangt der Dampf zu einer mit der Flüssigkeit in Ber hrung stehenden kleinen Wand 158, und hier wird das Oberhitzen der Metallwand durch den Kühlkanal 129 verhindert.
Die von der Heizeinheit 150 dem Dampf übermit- telte Wärmemenge kann genügend gross gehalten sein, um die Flüssigkeit vollständig durch Übertragung und nicht durch irgendwelche latente Kondensationswärme zu erhitzen, zumindest in bezug auf den Endeffekt. Denn obgleich sich ein Teil des überhitzten Dampfes in den kühleren Teilen der Flüssigkeit kondensiert, wird eine entsprechende Menge Dampf aus der Flüssigkeit verdampft.
Die Wärmeübermittlungsmethode lässt sich besser verstehen, wenn man vorerst einmal überlegt, was geschehen wurde, wenn die Flüssigkeit durch gesättigten Dampf bei einer Temperatur von 100 C erhitzt wurde.
Obgleich sich bei Anwendung des Verfahrens der Dampf nicht mit der Flüssigkeit vermischen w rde, wurde sich ein Teil des Dampfes kondensieren, in die Flüssigkeit eingehen und deren Gesamtvolumen durch Verdünnung vergrössern. Die gesamte, durch eine solche Kondensation übermittelte Wärme käme aus der latenten Konden sationswärme. Wird jedoch der Dampf auf irgendeine Temperatur über 100 C erhitzt, so erfolgt ein Teil der Wärmeübertragung durch den spezifischen Wärmegehalt des auf die Flüssigkeit aufgebrachten Dampfes, während der Rest der Wärmeübermittlung immer noch durch Kondensation vor sich geht.
Durch genügend starkes Erhitzen und genügend rasches Aufwirbeln des Dampfes kann die gesamte Nutzwärme des Dampfes durch Obertragung übermittelt werden, d. h. die Wärmeübermittlung erfolgt durch bewegte Massen, im Gegensatz zur Wärmeübermittlung durch stillstehende Massen, welche Wärmeleitung genannt wird. Bei früheren Verfahren wurde die Wärme im allgemeinen durch die Metallwände eines Wärmeaustau- schers durch Leitung übermittelt, währenddem in der vorliegenden Erfindung die Wärme durch physikalische Bewegung von Dampfmassen gegen flüssige Massen übertragen wird.
Durch die Verwendung der Wärme übertragung unterscheidet sich das vorliegende Verfahren auch von demjenigen Verfahren, bei welchem Dampf mit der Flüssigkeit vermischt und in der Flüssigkeit kondensiert wird, um eine Ubermittlung der Wärme durch die latente Kondensationswärme zu erzielen. In der vorliegenden Vorrichtung kann die Wärmeübermittlung entweder vollständig durch latente Kondensationswärme oder vollständig durch tSbertragung erfolgen, abhängig von der Wärmemenge, welche dem Dampf im Oberhit- zer 150 vermittelt wird, vom Volumen und der Geschwindigkeit des auf die Oberfläche der Flüssigkeit 104 auftreffenden, berhitzten Dampfes, sowie von der Flussgeschwindigkeit der Flüssigkeit selbst.
Wird die dem Dampf vermittelte Wärme über den Gleichgewichtspunkt hinaus gesteigert, so wird die Menge des aus der Flüssigkeit verdampften Dampfes diejenige des in der Flüssigkeit kondensierten Dampfes übersteigen. Ist Kondensation erwünscht, wird dieser Zustand vorherrschen. Ist Gleichgewicht erwünscht, kann es erhalten werden. Beim Gleichgewichtspunkt ist die dem Dampf vermittelte Wärmemenge gerade ausreichend, um Kondensation und Verdampfung im Gleichgewicht zu halten. Im Betrieb weist der Dampf beim Verlassen des Uberhitzers 150 gewöhnlich eine Temperatur von 480 bis 650 C auf.
Die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses 135 wird auf 1750 bis 1800 T/min oder sogar auf 3600 T/min konstant gehalten, kann jedoch beschleunigt werden, um die Geschwindigkeit der Wärmeübermittlung durch Obertragung zu beschleunigen oder zur Erreichung des Gegenteiles verlangsamt werden.
Für das Aufwirbeln des überhitzten Dampfes in der Füllgut-Aufheizkammer 132 sind drei Gründe massgebend : 1. Verhindern des Vermischens von Dampf und Füllgut und damit Trennen von Dampf und Füllgut in zwei deutlich verschiedene Phasen während des Heizvorganges : 2. Verhindern, dass das Füllgut auf die heissen Metalloberflächen der Aufheizkammer 132 verspritzt wird, wo es verkohlen und in das übrige Füllgut zurückfallen könnte, was eine Qualitätsverminderung bewirken wurde ; 3. Verhindern, dass Tröpfchen oder Teilchen des Nahrungsmittels von dem durch den tÇberhitzer 150 umgewälzten Dampf mitgeführt werden.
Das Verhindern des Vermischens von Dampf und Füllgut wurde bereits behandelt. Was das Verspritzen betrifft, so muss vermieden werden, dass selbst mikro- skopisch kleine Tröpfchen des Füllgutes mit den heissen Metalloberflächen in Berührung gelangen. Der wirbelnde, überhitzte Dampf nimmt alle Tröpfchen auf, die selbst nur vorübergehend aus der Oberfläche des Füll- gutes austreten und wirft sie durch Zentrifugalkraft in die langsam fliessende Füllgutmasse zurück.
Ebenso wichtig ist es, zu verhindern, dass selbst winzig kleine Tröpfchen oder Teilchen des Nahrungsmittels vom abgehenden Dampf mitgeführt werden, da diese im gasbeheizten Uberhitzer verbrennen und durch den wiederaustretenden, umgewälzten Dampf dem Nahrungsmittel einen schlechten Geschmack und Geruch vermitteln wurden. Aus diesem Grunde erfolgt das Zurück- fliessen des Dampfes aus der Kammer 132 in den gasbeheizten Uberhitzer 150 aus der Mitte der Kammer 132, welche der Wirbelkern der kreiselnden Dampfmasse ist. Daraus ergibt sich, dass irgendwelche mikroskopische Nahrungsmittelteilchen durch Zentrifugalkraft aus der wirbelnden Dampfmasse herausgelöst werden und den Dampfstrom vom Wirbelkern an nicht mehr begleiten.
Ausgedehnte Versuche, bei welchen Erbspüree wäh- rend einer Behandlungsdauer von acht Stunden ununterbrochen überhitztem Dampf im Temperaturbereich von 425 bis 540 C ausgesetzt wurde, ergaben folgende Resultate : nicht die geringste Spur eines Anbrennens, weder an den Gebläseoberflächen noch an den Wänden des Gehäuses 110, noch an den Leitungen 148 und 153, noch in den tZberhitzerrohren 152.
Ein weiteres, sehr wichtiges Merkmal ist das Mittel zur Vermeidung des Anbrennens und des Anhäufens eingebrannter, verkohlter Nahrungsmittelteile an den Grenzstellen zwischen der Flüssigkeit und den Metalloberflächen 158. Da das Füllgut und der Dampf in zwei verschiedenen, deutlich getrennten Phasen gehalten werden, ergibt sich notwendigerweise eine Grenze, an welcher das Füllgut die heisse, blanke Metalloberfläche 158 berührt. Da die Oberfläche 158 ständig mit Dampf bedeckt ist, neigt sie dazu, die ungefähre Dampftemperatur zu erreichen, wogegen die unterhalb des Füllgutes sich befindenden Metalloberflächen 113 und 114 eine Temperatur aufweisen, welche niedriger ist als diejenige des Füllgutes 104.
Das an diesen Grenzstellen auf die heissen Metalloberflächen auftreffende Füllgut neigt dazu, anzubrennen und sich in Form einer eingebrannten Masse rasch aufzuhäufen, um dann durch Einwirkung des heissen Dampfes zu verkohlen.
Die Zentrifugalkraft des überhitzten Dampfes hält den Rand des Füllgutes an der Oberfläche 158 nahe bei der senkrechten Wand 113. Um das Anbrennen, das Einbrennen und das Verkohlen des Füllgutes an der Metalloberfläche 158 zu verhindern, wird durch den kleinen, ringförmigen Kühlkanal 129 ein Kühlwasserstrom geleitet. Der Kühlkanal 129 wirkt als Sperre gegen den Wärmedurchgang aus dem überhitzten Dampf durch das Metall 158 zum Füllgutrand. Durch das Ableiten der Wärme aus diesem schmalen Metallstreifen zwischen dem Rand des Füllgutes und dem überhitzten Dampf wird das An-und Einbrennen des Füllgutes völlig verhindert.
Der abgekühlte Zwischenraum der Metalloberfläche 159 wird durch Dampfkondensat zu jedem Zeitpunkt nass gehalten, und infolgedessen kommt der nor malerweise zu Störungen führende Rand des Füllgutes mit einer nassen Oberfläche anstatt mit einer heissen, trockenen Metallfläche in Berührung.
Diese Kiihlsperre kann anstelle des Kühlkanals 129 auch anders konstruiert sein. So kann beispielsweise an der gleichen Stelle wie der Kühlkanal 129 ein grosser Kühlring vorgesehen werden, durch welchen das Füllgut hindurchgepumpt wird, bevor es in das Verteilerrohr 117 eintritt. Auf diese Weise dient das Füllgut selbst als Kühlmittel, wobei der Kühlkanal dem doppelten Zweck des Vorerhitzens des Füllgutes und des Abkühlens der Metalloberfläche an der Grenze zwischen dem Füllgut und dem überhitzten Dampf dient.
Das Verteilerrohr 117 dreht sich mit verhältnismäs , sig niedriger Geschwindigkeit, vorzugsweise mit 60 T/ min. Bei einem Gehäuse mit normalem Durchmesser (z. B. 60 bis 120 cm) sollte die Rotationsgeschwindigkeit nicht höher als 80 T/min sein, da Versuche ergeben haben, dass bei höheren Drehgeschwindigkeiten die weichen und empfindlichen festen Komponenten des Füll- gutes beschädigt und zerstört werden. Geschwindigkeit unter 30 T/min sind ebenfalls ungeeignet, da diese ein unregelmässiges Abfliessen des Füllgutes entlang den Wänden 113 und 114 der Kammer 132 bewirken wür- den.
Das heisst, eine langsame Drehung des Verteilerausgusses 122 würde bewirken, dass das Füllgut 104 an den Metalloberflächen 113 und 114 in Wellen herabfliessen würde, und zwischen den einzelnen Wellen wären die Wände 113 und 114 praktisch trocken. Infolgedessen wurden die Metalloberflächen zwischen den Zyklen des Füllgutverteilers durch direkte Berührung mit dem überhitzten Dampf erhitzt. Der Füllgutverteiler 122 sollte schnell genug rotieren, um die Metalloberflächen 113 und 114 in nassem Zustand und ausreichend mit dem Füllgut 104 bedeckt zu halten, um ein Erhitzen des Metalls durch direkte Berührung mit dem Dampf zu verhindern.
Auf diese Weise ist die Temperatur der Me talloberflächen 113 und 114 immer niedriger als diejenige des sie berührenden Füllgutstromes, so dass kein Anbrennen und Festkleben des Füllgutes an den Metalloberflächen erfolgen kann.
In praktischen Versuchen wurde demonstriert, dass die Temperatur der Metalloberflächen 113 und 114 immer niedriger ist als diejenige des an ihnen entlang fliessenden Füllgutes 104. Zu diesem Zweck wurden drei Thermoelemente an den Aussenflächen der Gehäusewände durch Silberlötung befestigt : ein Element am Mittelpunkt der senkrechten Wand 113, das zweite am Mittelpunkt der Schrägwand 114 und das dritte am Boden der Schrägwand 114, nahe beim Auslass 115. Bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 77 T/min des Füllgutverteilers 122 in einer Kammer 130 mit einem Höchst- durchmesser von 35, 5 cm wurde bei einer Temperatur von 85 bis 89 C ein Püree aus halben Erbsen mit einer kontinuierlichen Leistung von 22 I/min aus dem Vertei lerausguss 122 abgegeben.
Bei einer Temperatur des überhitzten Dampfes in der Kammer 132 von ca. 340 Celsius und einem Druck von 4, 35 bis 5, 55 atü ergab die Messung an den Thermoelementen für die Temperatur der sich unter dem fliessenden Brei befindenden Metallflächen folgende Werte : am Mittelpunkt der Metallfläche 113 : 99 bis 103 C, am Mittelpunkt der Metallfläche 114 : 131 bis 132 C und an der Bodenfläche der Kammer : 140 bis 142 C. Der Brei selbst erreichte am Ausgang 115 eine Endtemperatur im Bereich von 143 bis 145 C.
Temperatur-¯ und Druckregulierung des Heizgerdtes F (Abb. IA und 8)
Die dem Dampf während seines Durchflusses durch den Überhitzer 150 vermittelte Wärmemenge kann durch die Temperatur des erhitzten Füllgutes gesteuert werden, d. h. durch ein temperaturempfindliches Element 160, welches zwischen der Steuerungsvorrichtung G und der Temperaturkonstanthaltevorrichtung I angeordnet ist. Die von diesem Element 160 gemessene Temperatur wird vorzugsweise einem Temperaturregistrierund tXberwachungsgerät 161 geeigneten Typs übermit- telt.
Das Überwachungsgerät 161 kann die Menge der dem Gasbrenner 151 zugeführten Gas-Luftmischung mittels Druckluftübertragung steuern. Die Druckluft, deren Druck durch das Regulierventil 162 auf einem konstanten Wert gehalten wird, wird dem Vberwachungs- gerät 161 zugeführt, welches diesen Druck entsprechend der vom Element 160 gemessenen Temperatur variiert.
Daraufhin wird die Druckluft durch ein Rohr 163 in die Membrankammer 164 eines membranbetätigten Flügel- ventils 165 geleitet. Durch ein Gebläse (nicht abgebildet) unter Druck zugeführte Luft strömt durch das Ventil 165 in eine Mischkammer 166 ; der Druck dieser Luft wirkt auf ein zweites membranbetätigtes Ventil 167 ein, wodurch die Zuführung des Brennstoffes reguliert wird.
Das Ventil 167 sorgt dafür, dass die Menge des durch die Brennstoffzuführungsleitung 168 der Mischkammer 166 zugeführten Brennstoffes immer in gleichbleibendem Verhältnis zu der der Mischkammer 166 zugeführ- ten Luftmenge bleibt. Zur Einstellung dieses Verhältnis- ses dient ein Mischventil 196.
Die Menge der dem Brenner 151 zugeführten Brennstoff-Luftmischung wird auf diese Weise so reguliert, dass sich beim Messelement 160 eine konstante Füllgut- temperatur ergibt.
Auf gleiche Weise kann auch der Druck reguliert werden. Ein Druckrohr 170 kann den in der Kammer 132 herrschenden Druck einem Druckanzeige-und Überwachungsgerät 171 zuführen. Luft, deren konstanter Druck durch ein Regulierventil 172 bestimmt wird, tritt in das Überwachungsgerät 171 ein, wo der Druck , dieser Luft entsprechend den Druckänderungen im Rohr 170 variiert wird. Daraufhin gelangt dieses Luftsignal durch ein Rohr 173 zur Membrankammer 174 des niembranbetätigten Ventils 175. Das Ventil 175 steuert den aus einer geeigneten Quelle durch das Rohr 176 kommenden, unter Druck stehenden Dampf durch den Dampfeinlass 157 hindurch in die Leitung 148, welches durch den Eingangsverteiler 155 in den Uberhitzer hineinführt.
Wie bereits bemerkt, wird eine gewisse Dampfmenge (zusammen mit Luft usw.) durch die Offnung 156 ständig aus dem System ausgestossen ; dadurch sinkt der Druck in der Kammer 132, wenn nicht weiterer Dampf durch den Einlass 157 zugeführt wird. Das Drucküberwachungsgerät 171 sorgt daf r, dass die richtige Dampfmenge eingeführt wird, um den Druck genau auf dem erwünschten Wert zu halten.
Die dem ununterbrochen durch das Heizgerät F hindurchfliessenden Füllgut 104 vermittelte Wärmemenge wird durch eine Kombination von Bedingungen bestimmt, deren wichtigste die folgenden sind :
1. Die Temperatur des sich in Berührung mit der Oberfläche des Füllgutes 104 befindenden, überhitzten Dampfes.
2. Das Ausmass der sich mit dem überhitzten Dampf in Berührung befindenden Fläche des Füllgutes 104.
3. Die Geschwindigkeit des sich in Ber hrung mit der Oberfläche des Füllgutes 104 befindenden, wirbelnden, berhitzten Dampfes.
4. Die Geschwindigkeit, mit welcher das Füllgut 104 durch das Füllgut-Aufheizgerät F hindurchfliesst.
5. Die Dicke der vom Füllgut 104 gebildeten Schicht 133, welche beim Herabfliessen an den Wänden 113 und 114 dem überhitzten Dampf ausgesetzt ist.
6. Der Druck des überhitzten Dampfes in der Heizkammer 132.
Wenn sich das Heizgerät F in Betrieb befindet, so wird das Füllgut bis in die Steuerungsvorrichtung G und in diejenigen Teile der Temperaturkonstanthaltevorrichtung I, die über der Steuerungsvorrichtung G angeordnet sind, hineinspritzen, wenn der Druck des überhitzten Dampfes nicht gleich oder grösser ist als der Verdamp fungsdruck, welcher der am Temperaturmesselement 160 gemessenen Durchschnittstemperatur des Füllgutes 104 entspricht. Deshalb wird der Druck im Heizgerät F durch das Drucküberwachungsgerät 171 auf einem vorbestimmten Wert eingestellt und gehalten, welcher gleich oder grösser ist als der Verdampfungsdruck des Füll- gutes in den Vorrichtungen G und I.
Soll das Füllgut beispielsweise auf eine Temperatur von 143 C aufgeheizt werden, wobei diese Temperatur durch das Messelement 160 registriert und durch das Überwachungsgerät 161 automatisch eingehalten wird, so wird das Drucküberwachungsgerät 171 so eingestellt, dass ein Druck von ca. 3, 5 atü im Heizgerät F und in der Steuerungsvorrichtung G aufrechterhalten wird. Bei einer Temperatur von 143 C beträgt der Verdampfungsdruck des Füllgutes ungefähr 3 atü, und es wurde festgestellt, dass ein tJberdruck von ca. 0, 5 atü genügt, um das Aufsprühen des Füllgutes zu verhindern.
Eine geringe Temperaturabnahme des am Messelement 160 entlangfliessenden Füllgutes 104 bewirkt eine Wärme- zunahme im Gasbrenner 151 und eine entsprechende Temperaturzunahme des überhitzten Dampfes, wodurch die Temperatur des Füllgutes 104 auf den gewünschten Wert zurückgebracht wird.
Wenn der Druck in der Heizkammer 132 abnimmt und sich dem Verdampfungsdruck des Füllgutes 104 bei der entsprechenden Betriebstemperatur nähert, nimmt die sich im Füllgut 104 kondensierende Dampfmenge ab. Ist beispielsweise das Temperaturüberwachungsge rät 161 so eingestellt, dass es die Temperatur des am Messelement 160 entlangfliessenden Füllgutes 104 auf 143 C konstant hält und ist das Drucküberwachungsgerät 171 so eingestellt, dass es den Druck auf 3 atü konstant hält, so wird das vom Temperaturüberwa chungsgerät 161 zum Ventil 165 abgegebene Druckluftsignal bewirken, dass die Zufuhr des Luft-/Gasgemischs zum Brenner 151 zunimmt,
bis die Menge des sich im Füllgut 104 kondensierenden Dampfes genau gleich gross ist wie die aus dem Füllgut 104 verdampfte und ununterbrochen aus der Ablassöffnung 156 austretende Dampfmenge. Ist dieses Gleichgewicht erreicht, so ist die vom Drucküberwachungsgerät 171 durch den Dampfcinlass 157 hindurchgelassene Dampfmenge genau gleich gross wie die aus der Auslassöffnung 156 heraustretende Dampfmenge.
NVürde das Drucküberwachungsgerät 171 auf einen Druck unter dem Verdampfungsdruckwert des Füllgutes 104 unter Beibehaltung der Temperatur von 143 C cingestellt. so würde vom Drucküberwachungsgerät 171 durch den Einlass 157 kein Dampf mehr eingelassen, und das Ausfliessen des Dampfes durch die Offnung 156 würde den in der Kammer 132 herrschenden Druck reduzieren, worauf das Füllgut 104 aufsprühen würde.
Durch das Aufsprühen würde das Füllgut abgekühlt.
Nun bewirkt das Temperaturmesselement 160, dass aus dem Überhitzer 150 so lange mehr Wärme zugeführt wird, bis das Gleichgewicht wieder hergestellt ist. Auf diese Weise sichert das Temperaturüberwachungssystem automatisch nicht nur die Zufuhr der zur Erwärmung des Füllgutes 104 auf die Betriebstemperatur (z. B. 143 Celsius) erforderlichen Wärmemenge, sondern kompensiert auch den Dampfverlust, welcher aus der Auslass öffnung 156 austritt. Bei dieser Betriebsweise tritt kein Verspriihen des Füllgutes 104 mehr auf.
Die Steuerungsvorrichtung G (Abb. IA, 8, 10 und 11)
Vom Heizgerät F fliesst das Nahrungsmittel durch wärmeisolierte Vorrichtungen bis zur Kühlröhre J. Aus Gründen der Einfachheit ist die Isolation 177 in den Abbildungen nicht in allen Teilen dargestellt. Die Leitung 115 führt von der Heizkammer 132 zur Steuerungsvorrichtung G, welche ein eine Schwimmerkammer 181 bildendes Gehause 180 aufweist. Vom Deckel der Schwimmerkammer 181 herabragend, ist eine von einem geeigneten Motor, wie beispielsweise dem Motor 120, angetriebene Welle 182 angeordnet, auf welcher ein Schwimmer 183 gleitend befestigt ist.
Am unteren Ende der Welle 182 befindet sich eine Hohlschraube 184, welche in Bauart und Funktionsweise gleich ist wie die Schraube 97 in der Mischvorrichtung D und auch genau dem gleichen Zweck dient, d. h. der Sicherung einer gleichmässigen Förderung der Füllgutmischung. Diese Schraube 184 ist ebenfalls mit einer Spitze 98 ausgebildet, welche eine Brückenbildung über dem Auslass 185 und das Zerdrücken, Breiigwerden und Beschädigen der festen Teile verhindert.
Der Schwimmer 183 ist gleitend auf der Welle 182 befestigt. Die Funktion der Welle 182 in bezug auf den Schwimmer ist jedoch lediglich diejenige einer Führung, um den Schwimmer 183 in geeigneter Ausrichtung entlang dem Längsdurchmesser der Kammer zu halten. Ein am Schwimmer 183 befestigter Hebel 186 ist über ein Gestänge 188 und eine Kurbel 189 mit dem Kolben 187 eines Nadelventils verbunden.
Das Nadelventil 187 dient zur Drosselung eines konstanten, unter Druck (beispielsweise 1, 4 atü) stehenden Luftstromes, welcher aus einer pneumatischen Leitung 190 ausströmt und zur Steuerung des Motors H mit ver änderlicher Geschwindigkeit, welcher die Pumpe E antreibt, verwendet wird. Wenn der Flüssigkeitsstand in der Schwimmerkammer 181 steigt, wird der zu einer Auslassöffnung 192 führende Auslassdurchgang 191 vergrössert, wodurch der Druck in einer Kammer 193 vor dem Auslass 192 reduziert wird.
Diese Druckver- minderung bewirkt eine Reduktion des Druckes in einer Leitung 194, welche ihrerseits den Druck in einem pneumatischen Verstärker 195 (siehe Abb. 1A und 2), wie beispielsweise einem Varitrol-Gerät, reduziert, welch letzterer die Geschwindigkeit des die Pumpe E und die Dosierungs-und Blanchierungseinheit C antreibenden Motors H verlangsamt. Der Schwimmer 42 wirkt ausserdem auch zur Regulierung des Flüssigkeitsstandes auf das Flügelventil 54 ein, so dass die Flüssigkeit ebenfalls dosiert wird, um die gewählte Proportion der festen und flüssigen Bestandteile zu erhalten. Auf diese Weise besteht eine gegenseitige Wechselwirkung der verschiedenen Teile des Systems.
In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass der Grund für ein Steigen des Flüssigkeitsstandes in der Kammer 181 und somit auch des Schwimmers 183, entweder darin besteht, dass die Pumpe E das Füllgut entweder zu rasch beför- dert, oder darin, dass die Fülleinheit K das Füllgut langsamer abgibt als die als normale festgesetzte Leistung.
Normalerweise ist der Flüssigkeitsstand in der Schwimmerkammer 181 konstant.
Ein geeichter Flüssigkeitsstandanzeiger 178 kann ebenfalls vom Schwimmer 183 betätigt werden und erleichtert die Einstellung des richtigen Flüssigkeitsstandes in der Kammer 181. Der Flüssigkeitsstand in der Schwimmerkammer 181 sollte immer hoch genug sein, um ein Entweichen des Dampfes in die Temperaturkonstanthaltevorrichtung I sowie in die Kühlvorrichtung J zu verhindern. Der Flüssigkeitsspiegel sollte jedoch auch nicht unterhalb des Punktes liegen, an welchem die Leitung 115 in die Kammer 181 einmündet, damit kein Dampf aus der Kammer 132 durch die Kammer 181 und die Druckausgleichsleitung 147 entweichen kann, was eine Störung der Dampfumwälzung und ein Anbrennen des Füllgutes an und beim Schwimmer 183 verursachen könnte.
Der Flüssigkeitsspiegel sollte anderseits nie so stark ansteigen, dass das erhitzte Füllgut in das Gehäuse 110 zurückfliessen könnte.
Die Druckausgleichsleitung 147 erhält den Druck in der Kammer 181 auf dem gleichen Wert wie in der Kammer 132, so dass der Stand des Schwimmers 183 durch Druckunterschiede nicht beeinflusst wird. Die Leitung 147 dient nicht nur zur Dampfbeförderung, sondern wird lediglich zum Druckausgleich verwendet. Der Dampf in der Kammer 181 ist gesättigt und weist grund sätzlich die gleiche Temperatur auf wie das Füllgut 104 in der Kammer 181. Es wurde festgestellt, dass durch diese Anordnung das Anbrennen des Füllgutes am Schwimmer 183 und am Gehäuse 180 verhindert wird.
Die Temperaturkonstanthaltevorrichtung 1 (Abb. IB)
Aus dem Auslass 185 gelangt die Flüssigkeit in die Temperaturkonstanthaltevorrichtung I, durch welche sie auf der gewünschten Temperatur während einer zur Beendigung der Sterilisierung ausreichenden Zeit gehalten wird, wobei diese Zeit von einigen Sekunden bis zu einer Minute betragen kann. Je grösser die festen Bestandteile sind, desto länger benötigt die Wärme bei der konstantgehaltenen Temperatur, um vollständig in diese festen Teile einzudringen. Für homogene Flüssigkeiten, wie beispielsweise Erbscremesuppe, genügen 8 bis 10 Sekunden bei einer Temperatur von ca. 141 C.
Gemüsesuppe mit ca. 1 cm grossen Stücken benötigt zur vollständigen Sterilisation erfahrungsgemäss 38 Sekunden bei einer Temperatur von 143 C.
Die Vorrichtung I kann aus einer isolierten Rohrleitung 196 bestehen, deren Durchmesser gross genug sein muss, um eine Beschädigung der festen Bestandteile des fliessenden Füllgutes zu vermeiden, und welche lang genug sein muss, um die gewünschte Warmhaltezeit zu ge währleisten, währenddem das Füllgut durch den in der Heizkammer 132 herrschenden Druck ununterbrochen durch die Leitung 196 bewegt wird, und zwar mit einer Geschwindigkeit, welche gross genug ist, um das Mischverhältnis des Füllgutes ohne Beschädigung der festen Teile aufrechtzuerhalten. Hiermit ist die Sterilisierung abgeschlossen.
Die Kühlvorrichtung J
Die Flüssigkeit gelangt sodann in die Kühlrohrlei- tung J, welche mit einem ein Einlassventil 198 und ein Auslassventil 199 aufweisenden Wassermantel 197 versehen ist, wobei diese Ventile das Entleeren der Kühl- leitung während der Sterilisation zu Beginn des Arbeitsvorganges ermöglichen. Von da aus gelangt die Mischung durch ein Rohr 200 zur Füllvorrichtung K. Unmittelbar vor dem Einlauf in die Abfüllvorrichtung K ist ein Ventil 201 angeordnet, an welchem eine mit einem Gegendruckventil 203 versehene Entleerungsleitung 202 befestigt ist. Unmittelbar nach dem Ventil 201 befindet sich ein zweites Ventil 204, welches zum Einlassen von Dampf aus einer Leitung 205 während des Vorsterilisierens der Anlage verwendet werden kann.
Die Behaltersterilisierung (Abb. IB)
Unterdessen wurden die Behälter M in einem geeigneten Sterilisationsgerät entkeimt, wie es in der Praxis allgemein üblich ist. Die sterilen Behälter M können nun über einen sterilen Durchgang 206 in die Abfüllvorrichtung K durch ein Sternrad 207 eingespeist werden.
Kurze, allgemeine Beschreibung des Abfüllgerätes K (Abb. IB und 14-16)
Das in den Abbildungen dargestellte Abfüllgerät K besteht im allgemeinen aus einem unbeweglichen Hauptrahmen 210 und aus einer drehbaren Vorrichtung 211, welche vom Rahmen 210 getragen wird und mit diesem zusammenwirkt, um eine Kammer 212 zu bilden, in welcher durch Einführen eines ununterbrochenen Dampfstromes aus dem Behältersterilisator L und dem Durchgang 206 keimfreie Bedingungen aufrechterhalten werden. Aus dem Behältersterilisator L werden durch den geschlossenen, keimfreien Durchgang 206 und über das Sternrad 207 die vorsterilisierten, leeren Dosen M oder andere, geeignete Behälter zugeführt.
Durch eine Einlassöffnung 213 befördert das Sternrad 207 eine leere Dose M nach der anderen in die Kammer 212. Jede Dose M wird an einer festen Kreisbahn 214 (welche durch den Rahmen 212 getragen ist) entlang geführt und befindet sich während des ganzen Vorganges unter einer Ausgussöffnung 215 (Abb. 15). Auf der Kreisbahn 214 beschreibt die Dose M einen Weg von ungefähr 270 Grad und wird an der Öffnung 216 als gefüllte Dose N durch ein Sternrad 217 oder durch die Haken einer För- derkette herausgeholt und über das Förderband O in die Schliessmaschine P eingespeist, wobei sowohl Förder- band als auch Schliessmaschine in keimfreier Atmo sphäre gehalten sind.
Der Rahmen 210 des Füllgerätes (hauptsächlich Abb. 14)
Der unbewegliche Rahmen 210 kann geeignete Stüt- zen 220 aufweisen, durch welche das Abfüllgerät K in einem Abstand über dem Fussboden gehalten wird. Die Stützen 220 tragen einen Sockel 221, welcher den übri- gen Teil des Rahmens 210 mit einem mittleren, senkrechten, feststehenden Rohr 222 und einer Reihe von aufrechtstehenden, in bestimmten Abständen um das Füllgerät K herum angeordneten Stäben 223 aufnimmt.
Der Sockel 221 trägt ferner ein ringförmiges Getriebegehäuseelement 224, welches einen nach oben gerichteten Lagervorsprung 225 aufweist. Am Aussenrand des Vorsprunges 225 starr befestigt, ist ein mit einem ringförmigen Kranz 227 versehenes Tragkreuz 226 angeordnet, mit einer Nockenbahn 228, deren Funktion später erläutert wird. Der Kranz 227 trägt ferner auf einer Reihe von Stützen 229 die Dosenkreisbahn 240.
Drehung des Gehäuses 211 und der Sternräder
207 und 217 (Abb. 14-16)
Die Drehvorrichtung oder der Drehkopf 211 besteht aus einer oberen Nabe 230, welche mit einer drehbaren, senkrecht montierten Hohlwelle 231 verbunden ist, welche ihrerseits um das Rohr 222 drehbar gelagert ist. Entlang der Welle 231 können geeignete Lager und flüssige Dichtungsmittel vorgesehen sein, und die Welle ist nahe bei ihrem unteren Ende mit einem vorzugsweise zwischen dem Getriebekasten 224 und dem Sockel 221 eingebauten Kegelgetriebe 232 versehen. Der Antrieb des Getriebes 232 kann durch ein weiteres, auf einer Welle 234 angeordnetes Kegelgetriebe 233 erfolgen. Die Welle 234 ist rechtwinklig zur Welle 231 angeordnet und wird durch einen geeigneten Motor 235 angetrieben, welcher auch die Schliessmaschine P antreibt.
Auf diese Weise bewirkt die Drehung der Welle 234 die Rotation der Vorrichtung 211. Über Zahnräder 236 und 237 sowie über die Sternradwelle 238 kann die Antriebswelle 234 auch das Sternrad 207 betätigen. Auf gleiche Weise kann auch das Sternrad 217 von dieser Welle angetrieben werden.
Die Nabe 230 weist einen unteren, manschettenartigen, auf der Welle 231 aufgesteckten Teil 240 sowie einen oberen Flansch 241 auf. Um den manschettenartigen TeR 240 herum ist ein Ring 242 befestigt, welcher ein Tragkreuz 243 aufnimmt. Das Tragkreuz 243 ist von einem mit Öffnungen 245 versehenen ringförmigen Kranz 244 umgeben, in welche Öffnungen Laufbüchsen 246 eingesetzt sind. Innerhalb der Büchsen 246 sind kurze Wellen 247 drehbar gelagert, an deren oberen Enden Finger 250 zum Felthalten der Dosen befestigt sind.
Diese Finger halten die Dosen M fest und bewegen sie entlang der Kreisbahn 214, wobei jede Dose genau unter einen Füllgutausguss 215 zu stehen kommt. Am unteren Ende jeder Welle 247 ist ein Kurbelarm 251 befestigt, durch welchen eine Nockenrolle 252 drehbar gehalten wird.
Die Nockenrollen 252 stehen mit der Nockenbahn 228 im Eingriff, welche grundsätzlich kreisfömig ist, jedoch nahe beim Ende 216 der Dosenabfüllbahn einen abgeflachten Teil 253 aufweist. Der Zweck dieses abgeflachten Teils 253 besteht darin, die Bewegung der ge füllten Dosen N etwas zu verlangsamen, wenn sie zum Ausgang 216 gelangen, um einen behutsamen Ubergang auf das Sternrad zu gewährleisten. An allen anderen Stellen der Dosenbahn drücken die Finger 250 fest gegen die Dosen und bewegen sie mit konstanter Geschwindigkeit vorwärts.
Die Finger 250 nehmen die Dosen M vom Sternrad 206 auf und befördern sie zwischen einer feststehenden Führungsschiene 258 und einem in Bewegung stehenden Führungsring 259 durch das Füll- gerät K, wobei die Dosen sich ständig genau unter den Ausgussöffnungen 215 befinden. Die Nockenbahn 228 bewirkt, dass die Finger 250 erst dann in ihrer Greiferwirkung nachlassen, wenn die Offnungen 215 geschlossen sind und wenn sich die gefüllten Dosen N der Ausgangsöffnung 216 des Füllgerätes nähern.
Der Nabenflansch 241 trägt die Ausgussöffnungen 215, wodurch deren Synchronisierung mit den Fingern 250 gewährleistet ist. Der Flansch trägt ferner ein kuppelförmiges, oberes Gehäuse 254, welches durch einen abgedichteten Deckel 255 abgeschlossen wird und somit die abgedichtete Kammer 256 bildet. Das Gehäuse 254 und ein auf dem Flansch 241 angeordneter Block 247 tragen zusammen jeweils je einen zu einem Satz gehörenden Füllzylinder 260.
Die Fisllzylinder 260 und ihre Kolben 270 (Abb. 14 und 15)
Die in jeder beliebigen, geeigneten Anzahl vorgesehenen, radial gerichteten Zylinder 260 sind waagrecht und symmetrisch um eine Mitte 261 des Gehäuses 254 angeordnet, um welche die Vorrichtung 211 sich dreht.
Das in der Längsrichtung gesehene innere Ende 262 jedes Zylinders 260 öffnet sich in die Kammer 256, welche während des ganzen Arbeitsvorganges ein keimfreies Medium enthält. Das in Längsrichtung gesehene äussere Ende 263 jedes Zylinders 260 wird durch den Block 257 verschlossen, mit Ausnahme einer Einlassöffnung 264 und einer Auslassöffnung 265, welche sich vorzugsweise auf dem oberen Teil des Zylinders befinden. Die tiefer als die Auslassöffnung liegende Einlassöffnung 264 steht mit einem Eingangskanal 266 in Verbindung, welcher innerhalb des Blockes 257 von oben nach unten zum Einlass 264 führt, währenddem ein Auslasskanal 267 im Block 257 vom Auslass 265 nach unten zum Ausguss 215 führt.
Ein Kolben 270 bewegt sich in jedem Zylinder 260 hin und her. Zylinder 260 und Kolben 270 bestehen vorzugsweise aus rostfreiem Edelstahl und sind geschliffen, um die Verwendung möglichst geringer Toleranzen zu gestatten und um unnötigen Verschleiss zu vermeiden.
Um Leckverluste zwischen dem Kolben 270 und dem Zylinder 260 zu verhindern, ist vorzugsweise nahe beim äusseren Ende des Kolbens 270 ein 0-Ring 271 angeordnet.
Am entgegengesetzten Ende des Kolbens 270 ist ein vorzugsweise aus Teflon (eingetragene Marke) bestehender Antifriktionsring 272 aus Polytetrafluoräthylen vorgesehen, um das Abschürfen oder Abscheuern der Wandungen des Zylinders 260 und des Kolbens 270 zu verhindern, was der Fall wäre, wenn die in Bewegung stehenden beiden Metallflächen einander berühren würden. Dieses Konstruktionsmerkmal ist besonders wichtig, denn es wurde in ausgedehnten Versuchen und gründlichen Prüfungen festgestellt, dass rostfreier Stahl und sogar hochglanzpolierte, verchromte Oberflächen nicht in enger Berührung miteinander und mit Lebensmitteln bewegt werden können, ohne dass sie übermässig stark abgescheuert und abgeschliffen werden, wodurch in der Praxis untragbar hohe Unterhaltskosten entstehen.
In der vorliegenden Vorrichtung werden die Kolben 270 an ihrem einen Ende durch die 0-Ringe 271 und an ihrem anderen Ende durch die Teflon -Abnutzungs- streifen 272 richtiggehend getragen. Ein geeignetes Teflon -Abnutzungsband 272 kann beispielsweise eine Dicke von 1, 6 mm und eine Breite von 9, 5 mm aufweisen und ist in einer 1, 2 mm tiefen Rille 273 eingesetzt, welche um das kurbelseitige Ende des Kolbens 270 in einem Abstand von ca. 3, 2 mm vom Ende entfernt herum verläuft.
Das Teflon -Band 272 bildet vorzugsweise nicht einen geschlossenen Ring, sondern besteht aus einem von einem 1, 6 mm dicken und 9, 5 mm breiten Stück Teflon abgeschnittenen Streifen, dessen Länge knapp geringer als der Kolbenumfang ist. Die Enden des Teflon -Bandes 272 brauchen einander nicht so zu berühren, dass sie eine Dichtung bilden. Es ist sogar besser, wenn der Raum zwischen dem 0-Ring 271 und dem Teflon -Band 272 nicht dicht abgeschlossen ist, da sonst ein Oberdruck auf den 0-Ring 271 ausgeübt werden könnte.
Das radial gesehen äussere Ende 274 des Kolbens 270 ist vorzugsweise konkav, um ein Zerquetschen der festen Bestandteile zu vermeiden. Dieses Ende befindet sich gegenüber der äusseren Endwandung 263 des Zylinders 260 und wird zurückgezogen, um ein abgemessenes Quantum des Nahrungsmittels 104 in den Zylinder 260 einzuführen und bewegt sich dann wieder gegen die Wand, um die dosierte Menge wieder abzugeben. Zu diesem Zweck ist jeder Kolben 270 in frei drehbarer Verbindung mittels eines Stiftes 276 mit einer Stange 275 verbunden ; und sämtliche Stangen 275 aller Kolben 270 sind mittels Kurbelstiften 277 drehbar auf einem Kurbelring 280 befestigt.
Der Kurbelring 280 ist auf einer festen Kurbelwelle 281 gelagert, welche in bezug auf die Mitte 261 der Drehvorrichtung 211 exzentrisch angeordnet ist. Alle Kolben 270 besitzen den gleichen Hub, welcher der doppelten Exzentrizität der Kurbelwelle 281 entspricht. Um die Länge des Hubes variieren zu können, ist die Exzen trizität einstellbar. Zu diesem Zweck ist die Kurbelwelle 281 wie folgt befestigt (siehe Abb. 21) : am oberen Ende der feststehenden Welle 222 ist ein Block 272 fest montiert, welcher so ausgebildet ist, dass er eine Führungsrinne 283 bildet, in und entlang welcher ein Block 284 gleitend bewegbar ist. Die Kurbelwelle 281. ist mit diesem beweglichen Block 284 verschraubt.
Das untere Ende dieses Blockes 284 ist mit einer Zahnstange 285 versehen, welche in ein Zahnrad 286 eingreift, das im festmontierten Block 282 gelagert ist und durch Ansetzen eines Griffes auf das abgeflachte Ende 287 einer Welle betätigt wird. In seiner festen Stellung wird der Block 284 normalerweise durch eine Deckplatte 288 gehalten, welche ihrerseits durch Schrauben 289 am feststehenden Block 282 befestigt und mit einem Schlitz 290 versehen ist, so dass sich die Kurbelwelle 281 und der Block 284 in bezug auf den Block 282 und die Deckplatte 288 bewegen können.
Nach Wegnehmen des Deckels 255 können die Schrauben 289 gelöst werden und am verkeilten Ende 287 ein Griff angebracht werden, um das Zahnrad 286 und damit auch die Zahnstange 285 und den Block 284 zu betätigen, wobei der Block 284 die Kurbelwelle 281 mitnimmt. Der Block 284 kann dazu neigen, sich in der Rille 283 festzuklemmen ; deshalb kann in einer Rille 292 im Block 282 eine Nocke 291 vorgesehen werden, die Nocke 291 kann durch Ansetzen eines Handgriffes oder eines Schlüssels am entsprechend bearbeiteten Ende der zugehörigen Welle 293 betätigt werden.
Durch die auf diese Weise durchgeführte Veränderung der Exzen trizität der festmontierten Kurbelwelle 281 wird die Füll- kapazität der Zylinder 260 verändert, weil durch diesen Vorgang der Hub der Kolben 270 um einen Wert ver längert oder verkürzt wird, der zweimal der Bewegung des Blockes 284 entspricht.
Die Fiillgutleitung 200 und die Verteilerleitung 300 (Abb. 14)
Das für das Füllgerät K bestimmte Nahrungsmittel gelangt aus einem Rohr 200 zu einer Verteilerleitung 300, welche am Ende der Leitung 200 mittels eines Antifriktionslagers 301 drehbar befestigt werden kann, wobei allfälliges Lecken durch eine 0-Ring-Dichtung 302 vermieden wird. Das obere Ende der Verteilerleitung 300 kann aus einem verhältnismässig einfachen, manschettenartigen Rohrstück 303 bestehen, welches das untere Ende des Rohres 200 umgibt, währenddem ein unteres Endstück 304 der Verteilerleitung 300 eine Reihe von Auslassöffnungen 305 aufweist, deren jede mit je einer Fülleitung 306 verbunden ist, welche ihrerseits zu je einem Füllzylinder 260 führt.
Es sei hier er wähnt, dass alle Verbindungen der verschiedenen Rohre und Leitungen vorzugsweise mit Klemmringen 307 eines bekannten Typs ausgeführt sind, welche sich leicht sterilisieren lassen und deren einmal sterilisierte Innenseite keimfrei bleibt.
Die Einlassventile 310 (Abb. 18 bis 20)
Jede Leitung 306 ist über ein Kniestück 308 mit dem Eingangsrohrstück 309 eines Einlassventils 310 verbunden. Das Einlassventil 310 ist in den Block 257 eingelassen und besteht aus einer Kugel 311, durch welche ein Durchgang 312 hindurchführt und welche einen Führungsstift 313 aufweist, welcher durch seine Drehung die Kugel 311 um 90 Grad zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung dreht. Der Stift 313 ragt durch eine Büchse 314 hindurch, welche mit einem oder mehreren 0-Ringen 315 versehen ist, deren abdichtende Wirkung die Keimfreiheit innerhalb des Ventils 310 dauernd aufrechterhält.
Die Kugel 311 wird vorzugsweise zwischen zwei vorteilhafterweise aus Teflon bestehenden, horizontalen Ventilsitzen 316 gehalten, welche mit 0-Ringen 317 aus synthetischem Gummi abgedichtet sind. Der 0-Ring 317 ist dicker als die Tiefe der Rille 319, in welche er eingesetzt ist, jedoch dünner als deren Breite. Der 0-Ring 317 erfüllt damit einen doppelten Zweck : 1. er bildet zwischen dem Ventilsitz 316 und der flachen Metalloberfläche 320, 321, 322 und 323 eine Dichtung und übt 2. einen Druck auf die Ventilsitze 316 aus, so dass die kugelförmig konkaven Teile der Ventilsitze 316 dicht gegen die konvexe Oberfläche der blanken Metallkugel 311 gedrückt werden. Zwischen den Metallteilen 320, 321 und den aus Teflon bestehenden Ventilsitzen 316 ist ein Spiel vorgesehen.
Spiel ist ebenfalls zwischen den Ventilsitzen 316 und den an jeder Seite dieser Ventilsitze 316 angeordneten Seitenwänden 322 und 323 vorgesehen.
Deshalb sind die Ventilsitze und die 0-Ringe in bezug auf die Metallteile 320 und 321 zwischen den Wandungen 322 und 323 gleitend bewegbar, um so die Selbsteinstellung der Ventilsitze 316 in bezug auf die Kugel 311 zu bewirken. Die Kugel 311 schwebto somit zwischen den zwei Ventilsitzen 316, welche ihrerseits gleitend zwischen zwei parallelen, polierten Metallhalteflächen angeordnet sind ; die Kugel wird also weder durch den Betätigungsstift 313 noch durch irgendein anderes Organ starr gehalten. Weitere Eigenschaften dieses Ventils 310 werden später im Zusammenhang mit der Besprechung des Ventils 500 der Abb. 12 bis 17 erläutert.
Aus der Auslassseite des Kugeldurchganges 312 führt ein Durchgang 318 in die Zylindereingangsleitung 266. Wenn das Ventil 310 offen ist, fliesst das Nahrungsmittel 104, welches aus einer feste Bestandteile enthaltenden Flüssigkeit bestehen kann, frei aus der Leitung 200 durch die Verteilerleitung 300, die Rohre 306, das Ventil 310 und den Durchgang 266 in den Zylinder 260.
An keiner Stelle des ganzen Weges von der Leitung 200 bis in den Zylinder 260 sind die festen Bestandteile irgendeiner unzulässigen Reibung ausgesetzt, durch welche sie zerstückelt werden könnten. Sie können sich an keiner Stelle des Ventils 310 verfangen und in keiner Weise die Funktion des Ventils beeinträchtigen.
Das Auslassventil 325 (Abb. 18 bis 20)
Das Auslassventil 325 weist dieselbe Bauart auf wie das Ventil 310. Es ist über die Leitung 267 mit dem Zylinderauslass 265 sowie über den Abgabedurchgang 226 mit der Abgabe-oder Auslassöffnung 215 verbunden.
Das Ventil 325 weist die gleiche innere Struktur wie das Einlassventil 310 auf und wird durch einen Stift 327 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung gedreht.
Betatigungs-und Synchronisierungsvorrichtung f iir die Ventile 310 und 325 (Abb. 17)
Die Ventile 310 und 325 werden durch die gleiche Art Vorrichtung geöffnet und geschlossen. An jedem Aussenende jedes Stiftes 313 der Einlassventile ist ein grundsätzlich dreieckiger Nockenhebel 330 montiert, und alle Stifte 327 der Auslassventile sind mit dem gleichen Nockenhebel 331 versehen. Jeder Nockenhebel oder Ventilauslöser 330 und 331 weist abgeschrägte oder gebogene Nockenflächen 332 und 333 auf. Auf einem Paar der aus dem Sockel 221 des Hauptrahmens 210 heraufragenden Träger 223 sind Bügel 335 derart befestigt, dass sie mittels Einstellschrauben 336 sowohl in senkrechter Richtung als auch radial einstellbar sind.
Jeder Bügel 335 trägt zwei Wellen 337, auf deren jeder je eine von vier Nockenbetätigungsrollen 340, 341, 342 und 343 montiert ist.
Die Rolle 340 ist unmittelbar über dem Eingang 213 der leeren Dosen angeordnet ; sie greift in die obere Nok kenfläche 323 des Nockenhebels 330 des Einlassventils ein und bewirkt damit die Drehung des Stiftes 313, wodurch das Einlassventil 310 aus einer offenen in eine geschlossene Stellung gedreht wird, wenn der Nockenhebel 330 von der Rolle 340 betätigt wird. In gleicher Weise ist die Rolle 341 nahe bei der Ausgangsöffnung 216 für die gefüllten Dosen angeordnet, jedoch in tieferer Stellung als die Rolle 340 ; sie greift in die untere Nockenfläche 333 des Nockenhebels 330 des Einlassventils ein und bewegt das Einlassventil 310 aus der geschlossenen in die offene Stellung.
Die Rolle 342 ist gleich wie die Rolle 340 und unmittelbar nach dieser angeordnet ; sie greift in die obere Nockenfläche 332 des Nockenhebels 331 ein und bewegt das Auslassventil 325 aus der offenen in die geschlossene Stellung, unmittelbar nachdem das Einlassventil 301 geschlossen wird. Die Rolle 343 ist gleich wie die Rolle 341 ; sie ist so angeordnet, dass sie in die untere Nockenfläche 333 des Nockenhebels 331 des Auslassventils 325 eingreift, um das Auslassventil 325 aus der offenen Stellung in die geschlossene zu bewegen, unmittelbar bevor das Einlassventil 310 geöffnet wird.
Da die Wellen 337 der Nockenrollen 341 und 343 während der Betätigung der Vorrichtung unbeweglich sind, werden sie auf eine geeignete Lage eingestellt, um in Bezug auf die feststehende Kurbelwelle 281 eine Synchronisierung zu gewährleisten. Diese einmal erreichte Synchronisierung bleibt unverändert, unabhängig vom Abstand zwischen Kurbelwelle 281 und Mitte 261. Die Anfangseinstellung kann ohne Schwierigkeit mittels des Bügels 335 ausgeführt werden.
Der Bügel 335 der Rollen 340 und 342 ist starr auf einer Manschette 344 montiert, welche auf dem Träger 223 drehbar angeordnet ist. Auf diese Weise können die Nockenrollen 340 und 342 nach aussen in eine Ruhestellung geschwenkt werden. Diese Bewegung wird durch einen ebenfalls starr auf der Manschette 344 befestigten Sicherheitshebel 345 ausgeführt, welcher die Abgabe von Füllgut verhindert, wenn sich unter dem betreffenden Ausguss keine Dose befindet. Der Hebel 345 ist drehbar mit einem Gestänge 346 verbunden, welches seinerseits drehbar mit einem gebogenen Arm 347 in Verbindung steht. Der auf einem Drehzapfen 348 gelagerte Arm 347 ist unmittelbar unter der Führungsschiene 258 und normalerweise parallel zu dieser angeordnet. Eine Feder 349 drückt den Arm 347 in eine Stellung innerhalb der Führungsschiene 258.
Wenn die leeren Dosen M durch das Sternrad 207 auf die Bahn 214 gebracht und durch die Finger 250 dieser Bahn 214 entlang geführt werden, drückt der untere Teil der Dosenwand gegen den Arm 347 und schwenkt den Arm 345 nach aussen, wodurch der Bügel 335 nach innen gegen die Ventilbetätigungshebel 330 und 331 bewegt wird. Befindet sich jedoch unter einem Auslass 215 keine Dose, dann schwenkt die Feder 349 die Rollen 340 und 341 aus der Arbeitsstellung heraus, so dass sie nicht in die Betätigungshebel 330 und 331 der Ventile eingreifen können. Es wird also aus dem Zylinder 260 kein Füllgut abgegeben, wenn sich keine Dose unter der Auslassöffnung 215 befindet. Durch die Bewegung des Kolbens 260 wird das Füllgut lediglich vorübergehend durch das Rohr 306 zurück in einen anderen Zylinder befördert, so dass kein Schaden entsteht.
Da das Einlassventil 310 offen bleibt, kann die unkomprimierte Flüs- sigkeit die Zylinder 260 und die dazugehörigen Teile nicht beschädigen. Werden während einer gewissen Zeit dem Füllgerät K keine Dosen zugeführt, dann wirkt der Schwimmer 183 der Steuerungsvorrichtung G in der bereits beschriebenen Art auf die Pumpe E und die Dosierungsvorrichtung B und C ein.
Der Abfüllzyklus (Abb. 15 bis 17)
Der Abfüllzyklus lässt sich am besten unter Zuhilfenahme der Abb. 15 bis 17 verstehen. Wenn man mit der linken Seite der Abbildung beginnt, sieht man, dass das Auslassventil 325 eben geschlossen und die Dose N eben gefüllt wurde. Die das Auslassventil 325 schliessende Nockenrolle 343 ist derart angeordnet, dass sie in den Nockenhebel 331 eingreift und das Auslassventil 325 gerade dann schliesst, wenn der Kolben 270 die äussere Begrenzung seines Hubes erreicht. Wohlverstanden wird dieser Zeitpunkt durch die Einstellung der Kurbelwelle 281 gegen die Mitte 261 oder von dieser weg nicht beeinflusst.
Da die Zylinderauslassöffnung 265 am oberen Ende des Zylinders 260 angeordnet ist, wird das durch das Auslassventil 325 austretende Füllgut vom Kolben 270 gesteuert, so dass es nicht unkontrolliert ausfliessen kann, wie dies der Fall wäre, wenn die Zylinderauslass öffnung 265 am Boden des Zylinders 260 angeordnet wäre. tZberdies wird durch die genannte Anordnung der Auslassöffnung 265 am oberen Ende des Zylinders 260 jede im Füllgut 104 eingeschlossene Luft-oder Gasmenge ausgestossen. Würde sich dagegen der Auslass 265 am Boden befinden, so könnte die aufgestaute Luftoder Gasmenge nicht ausströmen, sondern wurde innerhalb des Zylinders 260 einem Druck ausgesetzt sein und sich bei geöffnetem Auslassventil 325 ausdehnen, so dass das Füllgut 104 aus der Dose herausspritzen wurde.
Die solcherart aufgestaute Luft-oder Gasmenge wurde ausserdem die Genauigkeit der Abfüllung beeinträchti- gen.
Sobald die Rolle 343 das Schliessen des Auslassventils 325 durch den Nockenhebel 331 bewirkt hat, verursacht die Rolle 342 das Offnen des Einlassventils 310 durch den Nockenhebel 330 und ermöglicht somit das Einfliessen des unter Druck stehenden Füllgutes 104 in den Zylinder 260. Zu diesem Zeitpunkt setzt sich die bereits begonnene, radial nach innen gerichtete Bewe- gung des Kolbens 270 fort, bis sie die innere Hubbegrenzung erreicht und dosiert dadurch ein bestimmtes Nahrungsmittelquantum.
Genau in dem Moment, wo der Kolben 270 die innere Begrenzung seines Hubes (Totpunkt oder Kurbelzentrum) erreicht, wird durch den mit der Rolle 340 im Eingriff stehenden Nockenhebel 330 das Einlassventil 310 geschlossen, vorausgesetzt, dass sich unter der Auslassöffnung 215 eine leere Dose M befindet, und somit wird das entsprechende Nah rungsmittelquantum genau abgemessen. Während dieses Eingangszyklus wurde der Kolben 270 nur durch die Wirkung der Kurbelwelle 281 auf das Gestänge 275 bewegt, so dass der Druck der in den Zylinder 260 einströ- menden Flüssigkeit den Kolben 270 nicht beeinflusst, und umgekehrt wird der Gegendruck des Füllgutes 104 in der Leitung 200 durch die Bewegung des Kolbens 270 nicht beeinflusst.
Das Schliessen des tentils 310 übt auf den Gegendruck des Füllgutes 104 in der Leitung 200 ebenfalls keinen Einfluss aus.
* Sobald das Einlassventil 310 geschlossen ist, bewirkt die mit dem Nockenhebel 331 in Eingriff stehende Rolle 342 das Offnen des Auslassventils 325, wodurch das sich im Zylinder 260 befindende Füllgut durch den Kolben 270 in den Behälter M abgegeben wird. Es sei darauf hingewiesen, dass das Einlassventil 310 geschlossen wird, wenn eine leere Dose M durch den Eingang 213 in den Eingangszyklus eingetreten ist, so dass diese leere Dose bereits so positioniert ist, dass sie den Inhalt des Zylinders 260 aufnehmen kann.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass die gefüllte Dose N die Kreisbahn erst nach dem Schliessen des Ventils 325 verlässt, so dass sie all fällige Tropfen noch auffangen kann, obgleich dank dem Kugelventil 311, welches selbsteinstellende Teflon - Ventilsitze 316 und 0-Ringe 317 aus Gummi aufweist, normalerweise kein Tropfen auftritt. Die 0-Ringe 317 bilden zwischen Teflon -Ventilsitzen 316 und den Metalloberflächen 320 und 321 eine Dichtung und üben gleichzeitig den erforderlichen Druck aus, um jegliche Verluste zwischen dem Kugelventil 311 und den Ventilsitzen 316 zu verhindern.
Ausserdem ist das Auslassventil 325 absichtlich so nahe als möglich beim Boden des Ventilblockes 257 angeordnet, so dass die Entfernung zwischen dem Ventil 325 und der Abgabeöffnung 215 kurz ist und die Möglichkeit der Tropfenbildung dank der kleinen Oberfläche auf ein Mindestmass herabgesetzt ist.
Aufrechterhaltung der Keimfreiheit in der ringformigen Dosenabfiillkammer 212 (A bb. 14)
Während des Abfüllens werden die Dosen M in der Kammer 212 in keimfreier Atmosphäre gehalten. Diese Kammer wird gebildet durch die feststehende Dosenkreisbahn 214, durch eine senkrecht stehende, an dieser Kreisbahn 214 befestigte, ringförmige Wand 350, durch den rotierenden Flansch 241 sowie durch eine senkrecht stehende, vom Flansch 241 herabragende und an diesem befestigte ringförmige Wand 351. Die Wand 351 ist mit einem weiteren Flansch 352 verbunden, welcher am Kranz 244 befestigt ist. Die Wand 351 ist mit einer Anzahl kurzer Schlitze 353 versehen, welche eine Schwenk- bewegung der Finger 250 ermöglichen.
Anstelle von Drehdichtungen wurde vorgezogen, einen schmalen Spielraum zu belassen, durch welchen nur geringe Dampfmengen ausströmen können. Auf diese Weise ergibt sich bei den Schlitzen 353 ein geringer Verlust an sterilem Dampf oder Gas, ein grösserer beim Spielraum 354 zwischen dem Flansch 352 und der Dosenkreisbahn 214 und ein weiterer Verlust beim Spielraum 355 zwischen der Wand 350 und einer Rille 356 am Flansch 341. Diese Spielräume tragen dazu bei, dass während des Abfüllvorganges der atmosphärische Druck aufrechterhalten wird, auch dann, wenn Dampf oder anderes, steriles Gas durch die Sternradkammer 207 in die Kammer 212 eingeführt wird. Der Dampfaustritt aus der Kammer 212 verhindert ausserdem, dass Bakterien zusammen mit der Aussenluft in diese keimfreie Kammer 212 eindringen.
Erhaltung der Keimfreiheit der Kammer 256 wahrend des Arbeitsvorganges (Abb. 14)
Ein keimf-eies Medium, wie beispielsweise kaltes, sterilisiertes X asser oder gesättigter Dampf, wird wäh- rend des But beys der Vorrichtung in der Kammer 256 unter niedrigem Druck gehalten. Da das Nahrungsmittel 104 selbst kehnfrei ist, bedeutet dies, dass der Zylinder 260 ausschliesslich und während des ganzen Vorganges mit keimfreien, auf beiden Seiten des Kolbens 270 sich befindenden Medien in Berührung kommt. Der 0-Ring 271 des Kolbens 270 verhindert jedes Vermischen beider Flüssigkeiten.
Wenn das Produkt 104 bei einer Temperatur von 30 bis 40 C eingeiüllt werden soll, ist steriles Wasser dem gesättigten Dampf vorzuziehen, da dieses das Füllgut nicht erhitzt. Soll bei ca. 90 C abgefüllt werden, so ist Dampf vorzuziehen, da dieser das Füllgut nicht abkühlen kann.
Sterilisationsvorrichtung für die Kammer 256 des Füllgerätes K (Abb. 14)
Innerhalb der Leitung 220 führt ein feststehendes Rohr 260 durchgehend nach oben, wo es mit einem Rohrstück 361-verschraubt ist. Dieses Rohr 360 dient dazu, die Kammer 256 und das, radial gesehen, innere Ende der Zylinder 256 zuerst mit sterilisierendem Dampf und dann mit keimfreiem Wasser zu versorgen. Das Rohr 360 ist über ein Rohr 362 mit einem Behälter 363 verbunden, der normalerweise keimfreies Wasser enthält und mit einem normalerweise kaltes Wasser enthaltenden Mantel 364 versehen ist, wobei dieses Wasser durch die Leitungen 365 und 366 zu-und abgeführt wird.
Ein Einlass-Schliessventil 367, ein Auslassventil 368 mit einer Auslassleitung 369 sind ebenfalls vorgesehen. Der obere Teil des Behälters 363 ist über eine Leitung 370 mit einer geeigneten Dampfquelle verbunden, welche die erforderlichen Temperatur-und Druckregulierungsvorrichtungen 371 aufweist. Um das Kondensat während des Vorsterilisationsvorganges aus der Kammer 256 abzuführen, ist diese am Boden mit einem Ablassventil 372 versehen.
Die auf das Abfisllen folgenden Vorgdnge (Abb. IB)
Bis zum Verschliessen werden die abgefüllten Dosen N in geschlossenen, keimfreien Kammern weiterbehandelt. Uber eine Förderanlage O gelangen sie durch eine sterile Kammer 380 in die Schliessmaschine P. Inzwischen werden Deckel 381 in eine geeignete Speicherungseinheit 382 eingebracht und in einen Deckelsterilisator Q irgendeines geeigneten Typs eingefiihrt. Von da aus gelangen die keimfreien Deckel 381 zur Schliessmaschine P. Die Schliessmaschine P arbeitet wie jede andere normale keimfreie Maschine und verschliesst Deckel 381 und Dosen N dicht miteinander. Da kein späterer Kochvorgang mehr erfolgt, muss an dieser Stelle alles keimfrei sein.
Alle Innenflächen der Schliessmaschine P, welche in irgendwelcher Weise entweder mit den abgefüllten, keimfreien Dosen N oder mit den keimfreien Deckeln 381 in Berührung kommen können, werden durch den nach aussen fliessenden, sterilen Gasoder Dampfstrom in keimfreiem Zustand gehalten. Die Schliessmaschine P ist sodann mit einem Auslass versehen, durch welchen Dampf ausströmt, um die Keimfreiheit aufrechtzuerhalten und durch welchen die verschlossenen Dosen R die keimfreie Einmachanlage auf dem Förderband S verlassen, von wo aus die Dosen R einer Wasch-, Etikettier-und Packanlage zugeführt werden.
Eine Variante 400 des Füllgut-Aufheizgerätes (Abb. 12 und 13)
Um zu erläutern, wie das Füllgut-Aufheizgerät abgeändert werden kann, wird in den Abb. 12 und 13 eine Variante 400 des Fiillgut-Aufheizers dargestellt. Ein Ge häuse 401 besteht aus einem trichterartigen unteren Teil 402, einer kurzen, zylindrischen, oberen Wand 403 und aus einem oberen Abschlussdeckel 404, welche zusammen eine Wärmekammer 405 bilden. Der Füllgutauslass 406 kann derselbe sein wie der Auslass 115 und das drehbare Einlassrohr 407 ist ebenfalls gleich wie das Rohr 117 und weist gleichfalls einen oberen geneigten Teil 408 und einen Ausguss 409 auf.
Der Dampf wird jedoch auf andere Art aufgeheizt und eingeführt ; er wird nicht umgewälzt und erhitzt das Füllgut hauptsächlich durch latente Kondensationswärme. Ein Dampfeinlassrohr 410 führt in ein zentrales Verteilerstück 411, aus welchem eine Anzahl Rohre 412 radial herausragen. Eine am äusseren Ende jedes Rohres 412 angeordnete Düse 413 lenkt den Dampfstrom in der Ebene der Rohre 412 senkrecht zum Radius der Kammer und vermittelt dadurch dem Dampf eine Wirbelbewegung. Ein mit kaltem Wasser gefüllter Kühlkanal 414 hält auf bereits beschriebene Weise die Grenzflächen kühl.
Ein Dampfauslass 415 lässt eine kleine, konstante Dampfmenge aus der Mitte der Kammer 405 ausströ- men, welche dann über das Rohr 416 durch einen mit einer den Dampfstrom konstant haltenden Offnung versehenen Ablass 417 austritt. Eine Druckausgleichsleitung 418 verbindet das Rohr 416 mit der Steuerungsvorrichtung G.
Aus einem Dampfkessel gelangt Dampf (normalerweise bei einer Temperatur von ca. 175 bis 180 C, je nach Kesseldruck) durch eine Leitung 420 in die Anlage, wobei ein Teil dieses Dampfes unter vollem Kesseldruck durch einen Aufheizmantel 421 abgezweigt wird, und der andere Teil unter niedrigem Druck durch ein handbetätigtes Ventil 424 durchfliesst. Ein Temperatur überwachungsgerät 423 (gleich wie das Überwachungs- gerät 161) ist mit einem im Ausgang der Steuerungsvorrichtung G angeordneten, temperaturempfindlichen Element 424 ausgerüstet und steuert ein Ventil 425, welches seinerseits den Druck des durch die mit einem Mantel versehene Einlassleitung 410 geführten Dampfes reguliert.
Auf diese Weise wird ein Teil des Dampfes unter hohem Kesseldruck im Mantel 421 verwendet, um den restlichen Teil des Dampfes zu überhitzen, der unter reguliertem, niedrigem Druck der Einlassleitung 410 zugeführt wird.
Was den Wärmevorgang betrifft, wirkt die in den Abb. 12 und 13 dargestellte Einheit im Prinzip auf eine sehr ähnliche Weise wie die Einheit der Abb. 8 und 9.
Wirbelnder Dampf erhitzt das Nahrungsmittel an den Berührungsflächen, ohne dass sich der Dampf mit dem Nahrungsmittel vermischt. Da aber der Dampf eine verhältnismässig niedrige Temperatur, beispielsweise 175 bis 180 C aufweist, wird er sich grösstenteils an der Oberfläche des Nahrungsmittels kondensieren und dieses hauptsächlich durch latente Kondensationswärme aufheizen. Dadurch unterscheidet sich dieser Vorgang von der Anwendung von Gleichgewichts-oder Verdampfungsbedingungen, die im Aufheizgerät der Abb. 8 erzielt werden können. Obgleich zwar eine Kondensierung und eine Verdünnung auftreten, setzt sich das Kondensat an der Oberfläche des Füllgutes ab, ohne sich vorher mit diesem zu vermischen und ohne es heftig zu bewegen.
Betrieb der Vorrichtung der Abbildungen 1 bis 31 Stufe I-Vorsterilisierung der Anlage
Bevor das Füllgut durch die keimfreie Einmachanlage befördert werden kann, muss diese Anlage zuerst so behandelt werden, dass die entsprechenden Teile keimfrei werden. Bei diesem Vorgang werden keine festen Bestandteile zugeführt, d. h. das Förderband 62 wird nicht betätigt. Das zur Leitung 33 führende Ventil 34 ist geschlossen und durch die Rohre 35, 36, die Schwimmerkammer 51, die Leitung 45, den Trichter 90 und die Pumpe E wird Leitungswasser in die Anlage eingeführt, und die Pumpe E befördert es durch Leitung 105 und das Einlassrohr 117 in das Füllgut-Aufheiz- gerät F.
Der Dampfüberhitzer 150 wird in Betrieb gesetzt, und überhitzter Dampf, beispielsweise mit einer Temperatur von 425 bis 650 C, wird unter einem Druck von z. B. 3 bis 3, 5 atü durch den Einlass 128 in das Gehäuse I 10 eingefuhrt. Dort wird es durch die Gebläseschaufeln und die Leitbleche 146 wirbelnd in die Kammer 132 gedrängt, wo er das Leitungswasser auf eine Temperatur von ca. 143 bis 150 C erwärmt und dann von den Gebläseschaufeln 141 durch das Auslassrohr 148 wieder umgewälzt wird.
Durch Einwirkung des erhitzten Wassers und des Dampfes wird das Innere des Heizgehäuses 110 sehr rasch sterilisiert. Das unter Druck stehende Heisswasser fliesst in die Leitung 115 und von da aus in die Schwim merkammer 181, welche durch die Leitung 147 unter dem gleichen Druck wie die Kammer 132 gehalten wird.
Auf diese Weise werden Leitung 115 und Schwimmerkammer 181 sterilisiert.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Wassermantel 197 leer., da sein Einlassventil 198 geschlossen und sein Auslass 199 geöffnet ist. Daher fliesst das heisse Wasser aus dem Heizgerät F durch die Vorrichtung I und J und sterilisiert diese. Das Wasser setzt seinen Weg durch die Leitung 200 zum Ventil 201 fort, von wo es durch den Ablauf 202 und das Gegendruckventil 203 ausfliesst, womit die Sterilisierung bis zu diesem Punkt vollzogen ist.
Inzwischen wird aus einer geeigneten Quelle ein überhitzter Dampfstrom mit einer Temperatur von 150 bis 200 C durch die Leitung 205 und das Ventil 204 eingeführt, welcher die andere Seite des Ventils 201 und den restlichen Teil der Leitung 200 sterilisiert. Dieser Dampfstrom gelangt in das Verteilerstück 300 und durchfliesst die Rohre 306 und die Kniestücke 308 bis zum Einlassventil 310, wodurch diese Teile sterilisiert werden. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich die Vorrichtung 211, so dass die Kolben 270 sich in ihren Zylindern 260 bewegen. Die Dosenausfall-Sicherheitsvorrichtung ist ausser Betrieb gesetzt, so dass die Ventile 310 und 325 so betätigt werden, als ob sich auf der Kreisbahn 214 Dosen befinden wurden.
Daher gelangt der Dampf durch die Ventile 310 und 325 in die Zylinder 260 und sterilisiert diesen Teil der Vorrichtung. Sowohl über die Kammer 206 als auch über die Ventile 325 gelangt der sterilisierende Dampf auch in die Abfüllkammer 212.
Zu diesem Zeitpunkt ist das Ventil 368 offen und der Wassermantel 362 leer. Aus der Leitung 370 strömt Dampf unter einem Druck von ca. 1, 1 bis 1, 4 atü ohne zu kondensieren durch den Behälter 363 und von da aus durch die Rohre 362 und 360 in die Kammer 256, wo die inneren Enden der Kolben 270 und der Zylinder 260 sterilisiert werden. Zusammen mit dem in der Kammer 256 gebildeten Dampfkondensat wird etwas Dampf durch das Ventil 372 abgelassen, dessen Öffnung so dimensioniert ist, dass das gesamte Kondensat ausfliessen kann, während gleichzeitig in der Kammer 256 der Dampfdruck auf einem zur Aufrechterhaltung einer Temperatur von etwa 120 C erforderlichen, genügend hohen Wert gehalten wird.
Stufe 2-Übergang zum Normalbetrieb
Nach erfolgter Sterilisierung der Kammer 256 wird das Ventil 368 geschlossen und das Ventil 367 geöffnet, so dass kaltes Wasser in den Mantel 364 einfliesst und diesen über die Leitung 366 wieder verlässt. Das Ventil 372 ist ebenfalls geschlossen. Bald kondensiert sich der Dampf im Behälter 363 und bildet einen Vorrat an keimfreiem, kaltem Wasser, welches die Kammer 256 nach und nach abkühlt und sie mit keimfreiem Wasser füllt, welches durch das Drucküberwachungsgerät 371 während der nachfolgenden Arbeitsgänge unter niedrigem Druck (0, 14 bis 0, 35 atü) gehalten wird.
Nach Sterilisierung der ganzen Anlage, einschliesslich der Füllgut-Aufheizeinheit F, der Strömungssteuerungsvorrichtung G, der Temperaturkonstanthaltevorrichtung I, der Kühlanlage J und des Füllgerätes K, wird durch Offnen des Ventils 198 Kühlwasser in den Mantel 197 geleitet, wobei das Kühlwasser normalerweise bei geschlossenem Ventil 199 durch ein Ventil 373 und eine Leitung 374 wieder umgewälzt wird. Das aus dem Füll- gut-Aufheizer F durch die Temperaturkonstanthaltevor richtung I ständig fliessende, unter Druck stehende Wasser wird dadurch in der Kühlvorrichtung J abgekühlt und über das Gegendruckventil 203 und die Ablassleitung 202 aus dem System herausgeleitet.
Durch Schliessen des Ventils 204 und Umlegen des Dreiwegventils 301 wird der Zustrom des überhitzten Dampfes aus der Leitung 205 nun abgestellt, wodurch das abgekühlte, keimfreie, aus der Kühlvorrichtung J kommende Wasser direkt aus der Leitung 200 über das Verteilerstück 300 zu den Abfüllrohren 306 und schliesslich durch die Ein-und Auslassventile 310 und 325 in die Zylinder 260 und aus diesen herausgeführt wird. Die Dosenausfall-Sicherheitsvorrichtung 334 kann jetzt in Betrieb gesetzt und dem Sterilisator L können keimfreie Dosen in das Füllgerät K eingebracht werden.
Jetzt wird das Ventil 34 umgelegt, um das flüssige Füllgut 31 aus dem Kessel 30 in das System einzuspeisen. Die Füllkästen 60 sind bereits mit festen Zutaten gefüllt, und die Schraube 66 und das Band 62 können jetzt die festen Bestandteile in die Mischvorrichtung D befördern. Da das zuerst verarbeitete Füllgut das Lei tungswasser vor sich herstösst, tritt eine gewisse Verdünnung ein, so dass die ersten wenigen fertigen Dosen R weggeworfen werden müssen.
Stufe 3-Normalbetrieb
Im normalen Betrieb fliesst unter Einwirkung der Schwerkraft ein flüssiger Nahrungsmittelteil 31 durch die Leitung 33, das Ventil 34 und die Leitung 35 in das Gehäuse 40. Diese Flüssigkeit 31 wird in einem Kessel 30 auf irgendeine gewünschte Temperatur vorgeheizt.
Von da aus gelangt die Flüssigkeit durch die Leitung 45 und den Trichter 90 in die Pumpe E. Der gewünschte Flüssigkeitsstand wird durch den auf das Flügelventil 54 wirkenden Schwimmer 42 aufrechterhalten, wobei das genannte Ventil 54 sich schliesst, wenn der Flüssigkeits- spiegel steigt und sich öffnet, wenn die Flüssigkeit sinkt.
Die im Füllkasten 60 durch die langsam rotierenden, weit auseinanderliegenden Stifte 74 am Festkleben an den Wänden verhinderten festen Bestandteile fallen inzwischen in die Dosierungsvorrichtung 61, wo die Schraube 66 sie durch eine Blanchierungslösung, ein Blanchierungsbad 84 oder einen Dampfstrom hindurch nach oben befördert. Wird Dampf verwendet, so tritt dieser aus den Offnungen 83 im Rohr 82 in die Wanne 67 ein ; während Wasser, das nicht aus Dampfkondensat besteht, durch die Leitung 86 und die Düsen 87 eintreten kann. Der Wasserspiegel wird durch die Öffnung 88 konstant gehalten. Ist jedoch kein Wasserbad erwünscht, wird das Kondenswasser durch die Öffnung 89 abgelassen.
Die blanchierten, festen Bestandteile werden durch die Schraube 66 dosiert, deren Geschwindigkeit und somit das Dosierungsquantum, wird durch die Geschwindigkeit des Motors H und durch die einzelnen Übersetzungsverhältnisse der auf die einzelnen Schraubenantriebswelle 77 einwirkenden Getriebe 81 bestimmt. Die dosierten, festen Bestandteile fallen durch den Auslass 68 auf das Förderband 62 und werden zur Schütte 94 gebracht, über welche sie in den Trichter 90 hineinfallen.
Im Trichter 90 vermischt die langsam rotierende hohle Schraube 97 die festen und flüssigen Bestandteile miteinander, und die Spitze 98 dieser Schraube verhindert die Brückenbildung der festen Bestandteile über dem Pumpeneinlass 93. Die durch den Motor H betätigte Pumpe E fördert die Mischung 104 durch die Leitung 105 in das rotierende Einlassrohr 117 des Füllgut Aufheizgerätes F.
Die vom rotierenden Ausguss 122 abgegebene Mischung 104 fliesst langsam an den Wänden 113 und 114 herab. Der Ausguss 133 dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 80 T/min, so dass die zarten und empfindlichen festen Bestandteile nicht beschädigt werden und die Wände 113 und 114 immer vom Füllgut 104 bedeckt sind. Während das Füllgut 104 langsam an den Wänden 113 und 114 herabfliesst, wird es durch über- hitzten Dampf erwärmt, welcher durch die schnell rotierenden Gebläseschaufeln 145 in der Kammer 132 in Kreiselbewegung versetzt wird. Der auf eine hohe Temperatur überhitzte Dampf streicht über die Oberfläche der Füllgutmischung hinweg, ohne sich mit dieser zu vermengen, wobei an der Oberfläche eine Wärmeübermittlung erfolgt.
Die Wände 113 und 114 sind überall kälter als das an ihnen herabfliessende Nahrungsmittel, so dass keine Gefahr des Anbrennens besteht. Der Kühlkanal 129 ist mit umgewälztem Kühlwasser gefüllt, so dass der Dampf an der Wandfläche 158 kondensiert und die Grenzstellen zwischen Dampf und Füllgut kühl hält, damit an der Oberfläche der Wand 158 kein Anbrennen erfolgen kann.
Die Wirbelbewegung des überhitzten Dampfes verhindert ein Vermischen des Dampfes mit dem Füllgut und das Verspritzen des Nahrungsmittels auf die heissen Metallflächen des Gehäuses 110 oder des Gebläses 135, sie verhindert ausserdem, dass irgendwelche Teile des Füllgutes von dem durch den Überhitzer 150 umge wälzten Dampfstrom mitgeführt werden.
Der abgekühlte, jedoch noch trockene Dampf wird durch die Gebläseschaufeln 141 in die obere Kammer 130 ausgestossen und über die Leitung 148 zum Wiederaufheizen und Umwälzen in den Überhitzer 150 beför- dert. Die Leitung 147, welche die Kammer 132 mit dem Gehäuse 180 verbindet, sorgt für den Druckausgleich in den beiden letztgenannten Elementen.
Das erhitzte Füllgut 104 verlässt das Gehäuse 110 praktisch unverdünnt (ausgenommen dann, wenn eine Verdünnung erwünscht ist) und kann sogar, falls man dies vorzieht, etwas konzentriert werden. Normalerweise wird das Nahrungsmittel jedoch das Heizgerät F mit genau demselben Wassergehalt verlassen, den es beim Eintritt in diese Vorrichtung besitzt.
Bei der Heizgerät-Variante 400 ist der Erwärmungs- vorgang derselbe, das Füllgut wird jedoch durch Kondensat verdünnt. Der Dampf erhält seine Wirbelbewegung von den festmontierten Strahldüsen 413 und wird nicht umgewälzt.
Das auf 143 C oder auf eine Temperatur im Bereich von 135 bis 150 C aufgeheizte Füllgut verlässt das Heizgerät F durch die Leitung 115 und tritt in die Schwimmerkammer 181 ein. Hier hängt der Füllgutspie- gel davon ab, wieviel von der Pumpe E befördert wird.
Der Schwimmer 183 passt sich dem Füllgutspiegel an.
Je nachdem, ob der Schwimmer 183 steigt oder sinkt, schliesst oder öffnet er das Nadelventil 187, wodurch über das Rohr 194 der pneumatische Druck im pneu matischen Verstärker 195 variiert wird. Der Verstärker 195 beschleunigt oder verlangsamt die Geschwindigkeit der Vorrichtung H. Geschwindigkeitsänderungen der Vorrichtung H steuern die Geschwindigkeit der Pumpe E und der Dosierungsschraube 66 für die festen Bestandteile der Mischung 104. Wenn der Spiegel in der Kammer 181 steigt, wird die Geschwindigkeit der Pumpe E und der Schraube 66 verlangsamt ; fällt der Spiegel in der Schwimmerkammer 181, nimmt die Geschwindigkeit zu. Auf gleiche Art wird durch die Einwirkung der Pum pengeschwindigkeit auf den Flüssigkeitsstand in der Schwimmerkammer 41 der flüssige Teil der Mischung durch das Ventil 54 dosiert.
Auf diese Weise wird die Dosierung der in das Aufheizgerät F gelangenden Bestandteile durch irgendwelche Anderungen der Abfüllleistung automatisch gesteuert.
Die Einwirkung der Dosierungsleistung auf die Erwärmung sowie auf irgendeinen anderen Wärmevorgang betätigt das Temperaturüberwachungsgerät 161, so dass im Brenner 151 sofort Gegenmassnahmen ergriffen werden, um die Dampftemperatur durch Erhöhen oder Senken auf den gewünschten Wert zurückzubringen. Auf diese Weise sind alle Vorgänge vom Abfüllgerät K ab hängig.
Aus der Schwimmerkammer 181 fliesst das Füllgut unter Einwirkung des in der Kammer 132 herrschenden Druckes durch die isolierte Leitung 196 der Temperaturkonstanthaltevorrichtung I, wo die hohe Temperatur während der wenigen, für die vollständige Sterilisierung des Füllgutes 104 erforderlichen Sekunden aufrechterhalten wird.
In der Kühlvorrichtung J wird das sterilisierte Füllgut 104 zur Vermeidung unerwünschter chemischer Effekte auf die gewünschte Temperatur abge kuhlt und gelangt durch die Leitung 200 in das Abfiill- gerät K. Da das Ventil 201 nur während der Vorsterili- sierung verwendet wird, und im Normalbetrieb den freien Fluss der Mischung 104 nicht behindert, kann das Teilstück des Systems zwischen Pumpe E und Einlassventilen 310 des Füllgerätes K als ventillos betrachtet werden, ebenso wie auch das Teilstück vor der Pumpe E.
Das abgekühlte, keimfreie Füllgut 104 gelangt in das Verteilerstück 300 und fliesst durch die Rohre 306 zu den Einlassventilen 310. Die Abfüllvorrichtung 211 be- findet sich in ständiger Drehbewegung, so dass einige Einlassventile 310 offen sind, während andere geschlossen sind, und umgekehrt. Daher fliesst aus dem Rohr 200 ständig Füllgut in irgendeines der Rohre 306.
Währenddem die Vorrichtung 211 rotiert, nehmen die Finger 250 leere, keimfreie Dosen M aus dem Sternrad 206 auf und führen sie entlang der Kreisbahn 214 unter einen Abgabeausguss 215. Wird aus irgendeinem Grund eine Dose M von irgendwelchen Fingern 250 nicht aufgenommen, so tritt der Dosenausfall-Sicherheitshebel 345 in Funktion und verhindert, dass die Rollen 340 und 342 das entsprechende Auslassventil 325 öffnen oder das entsprechende Einlassventil 310 schlies- sen.
Bei normaler Funktion greifen die Rollen 340 und 342 in die Nockenhebel 331 und 330 ein, um nacheinander das Einlassventil 310 genau dann zu schliessen, wenn der Zylinder 260 mit dem durch das Ventil hindurchfliessenden Fiillgut gefiillt ist, und öffnen dann das Auslassventil 325, so dass der Kolben 270 das Füll- gut 104 in die Dose ausstösst. Das Abfüllen dauert so lange, bis die Rolle 343 nach Erreichen der äusseren Begrenzung des Hubes des entsprechenden Kolbens 270 das Auslassventil 325 schliesst, worauf die Rolle 341 sofort das Einlassventil 310 öffnet, um den Zylinder 260 mit einem weiteren Füllgutquantum zu füllen.
Kurz nachdem sich das Auslassventil 325 geschlossen hat, erreicht der Nockenhebel 252 den flachen Teil der Nockenbahn 228, und der Finger 250 zieht sich etwas zurück, wodurch der Vorschub der mit dem keimfreien Produkt gefüllten, keimfreien Dose N etwas verlangsamt wird, und zwar in dem Moment, in dem sie über das Förderband O zur Schliessmaschine P gelangt, wo sie unter keimfreien Bedingungen verschlossen wird.
Von da aus werden die verschlossenen Dosen R durch die Förderanlage S aus der Sterilisieranlage herausgebracht.
In den nachstehenden Beispielen werden die verschiedenen flüssigen oder flüssig-festen Nahrungsmittel gemäss der vorstehenden Beschreibung des Verfahrens und der Einrichtung durch direkte Oberflächenberührung mit umgewälztem, erhitztem Dampf erwärmt.
Beispiel 1
In einem mit Dampfmantel versehenen Kessel wurden 31, 75 kg halbe Erbsen zu 136, 4 1 kochendem Wasser hinzugefügt ; die Mischung wurde so lange durchgekocht, bis die Erbsen zu Brei oder Püree zerkochten. Durch Beigabe von Wasser wurde das Volumen auf 181, 8 1 ergänzt.
Durch den Verteilerausguss 122 wurde der genannte Brei über die abgeschrägten Wände 113 und 114 der Heizkammer 132 gegossen, währenddem überhitzter, mit hoher Geschwindigkeit in der Kammer 132 wirbelnder Dampf die Oberfläche des langsamfliessenden Breis berührte. Der Dampf bewegte sich über die Oberfläche des Breis hinweg und gab an diesen einen Teil seiner spezifischen oder Uberwärme und einen Teil seiner latenten Wärme ab. Die Wärmeübermittlung erfolgte demnach an der Berührungsfläche von Dampf und Flüssig- keit, wobei ein Teil der Wärme aus der spezifischen Wärme des Dampfes und ein Teil aus der, Kondensation in sich schliessenden, latenten Wärme stammte.
Der abgekühlte Dampf wurde durch den Überhitzer 150 um gewälzt, wo er aufgeheizt und anschliessend zum weiteren Erhitzen des Breies wieder verwendet wurde.
Der auf diese Weise sozusagen augenblicklich durch Oberflächenberührung mit dem überhitzten Dampf erhitzte Brei floss ununterbrochen aus der Heizkammer 132 durch das isolierte Temperaturkonstanthalterohr I und durch das mit einem Wassermantel versehene Kühl- rohr J und wurde durch eine Gegendruckpumpe in den Breireservoirkessel 30 abgegeben. Der Kühlwasserzufluss zum Wassermantel des Kühlrohres J wurde genü- gend stark reduziert, um die Temperatur des in das Reservoir 30 abgegebenen Breies auf ca. 65, 5 C konstant zu halten, was den tatsächlichen Betriebsbedingungen entspricht. Der Brei wurde dann während 41 Minuten im geschlossenen System in Zirkulation gesetzt, und die Temperaturen und Flussgeschwindigkeiten wurden registriert.
Am Schluss des Versuches wurde das Breivolumen sorgfältig gemessen, um festzustellen, wieviel Dampf durch Kondensation während des genannten Umlaufens im System während des Heizvorganges in das Nahrungsmittel eingetreten war. Die Messung ergab 234 Liter.
Die Zunahme an Wasser betrug demnach 52, 8 Liter.
Der Apparat wurde nun demontiert und auf allfäl- lige Spuren eines Anbrennens an sämtlichen Metallteilen untersucht. An keiner Stelle des Apparates, welcher im wesentlichen dem in der Abb. 8 dargestellten Gerät entsprach, wurden irgendwelche Anzeichen von Anschmoren oder Anbrennen gefunden.
Die im Versuch gemessenen Temperaturen und Flussgeschwindigkeiten sind in der Tabelle I aufgeführt.
(Siehe Seiten 41/42.)
Tabelle I-Halb-Erbspuree
Flüssiges Produkt (Püree aus halben Erbsen) Dampf
Zeit Fluss-Anfangs-Betriebs-Konstant Konstant End-Druck Temperatur Temperatur in geschwindig-Temperatur Temperatur gehaltene gehaltene Temperatur in beim Eintritt beim Austritt Minuten keitin in C in C ZeitnachdemTemperatur in C atü indieHeiz-ausderHeiz-
1 Minute Aufheizen in in C kammer kammer Sekunden in C in C
10 26, 1 74 141 45 137 721/4 4, 15 520 275
16 23, 8 70 138 46 138 70 3, 7 510 285
21 21, 0 71 137 53 136 65 4, 64 527 295
25 19, 3 70 139 57 138t/4 613/4 4, 64 530 295
29 25,
0 68 138 44 1381/4 621/4 4, 22 500 295
33 26, 1 67 137 45 136 57 4, 15 475 290
37 18, 7 663/4 145 59 143 531/4 4, 64 495 290
41 21, 0 63 142 46 142 51 4, 57 495 290 Durchschnitt 22, 1 69 140 139 49 613/4 4, 43 504 290
Weder in diesem noch in den anderen Beispielen fand ein Anbrennen des flüssigen Produktes statt.
Wie oben erwähnt, betrug am Schluss des Versuches das Volumen des flüssigen Produktes nach 41 Minuten 234 1, was eine Nettozunahme der Wassermenge von 52, 8 1 aus dem Heizdampfkondensat darstellt. Dies entspricht einer Zunahme von nur 3, 3"/o je Zyklus, also einer sehr geringen Kondensationsmenge, nämlich ca.
6, 25 l für ein Quantum von 181, 8 l. Doch auch diese geringe Verdünnung kann durch noch stärkeres Erhitzen des Dampfes oder durch Beschleunigung des Umlaufes ausgeschaltet werden. Unter den genannten Bedingungen, d. h. bei einem Litergewicht des Füllgutes von ca.
850 g und einer spezifischen Wärme von ca. 1, 0, ergibt die Berechnung anhand der Normentabellen, dass die Wärmeübermittlung zu ca. 471/2 /o durch Kondensation und zu ca. 521/2 /o durch tJbertragung erfolgt ist.
Beispiel 2
Der Brei aus Beispiel 1 wurde durch gewürfelte Karotten und Kartoffeln ergänzt und in einem Kessel auf ca. 65, 5 C erwärmt. Dann wurde die Mischung gemäss dem Verfahren der vorliegenden Erfindung mittels auf ca. 482 C überhitztem Dampf auf eine Betriebstemperatur von über 146 C gebracht, auf dieser Temperatur gehalten und wieder abgekühlt. Es wurde kein Anbrennen festgestellt, und wiederum war die Kondensationsmenge praktisch vernachlässigbar.
Beispiel 3
Der Brei aus Beispiel 1 wurde durch gewürfelte Kartoffeln und Karotten ergänzt. Bei einer Flussgeschwindigkeit von 22, 2 I/min wurde das Produkt erfindungsgemäss von ca. 61 auf 138 C erhitzt. Die Temperatur des unter einem Druck von ca. 4, 3 atü stehenden Dampfes wurde von über 500 C auf ca. 280 C gesenkt. Nach dem Abkühlen wurde weder ein Anbrennen noch eine nennenswerte Dampfkondensation im Produkt festgestellt.
Beispiel 4
Ein im wesentlichen gleiches Produkt wie dasjenige des Beispiels 3 wurde von ca. 65 auf ca. 143 C erhitzt, bei einem Dampfdruck von 5, 6 atü und der gleichen Dampftemperatur wie im Beispiel 3. Das Produkt wurde auf ca. 41 C abgekühlt. Es erfolgte keine nennenswerte Zunahme des Produktvolumens (d. h. keine nennenswerte Dampfkondensation im Produkt) und keinerlei Anbrennen des erhitzten Produktes.
Beispiel 5
Ein Produkt wie dasjenige der Beispiele 3 und 4 wurde bei einer Flussgeschwindigkeit von ca. 21, 8 I/min von ca. 69 auf ca. 142 C durch Dampf mit einem Druck von 5, 75 atü und einer Anfangstemperatur von ca. 475 C erhitzt. Der Dampf wurde beim Austritt aus der Heizkammer 132 auf ca. 290 C abgekühlt. Wiederum war kein Anbrennen und keine oder nur geringe Kondensation festzustellen.
Beispiel 6
Dieselben zufriedenstellenden Ergebnisse wurden mit einem dem Produkt der Beispiele 3, 4 und 5 ähnlichen Nahrungsmitteln, dessen Flussgeschwindigkeit ca. 21 I/min betrug, durch Aufheizen von ca. 84 auf ca. 142 C mit Dampf unter einem Druck von ca. 5, 7 atü und mit einer Temperatur von ca. 525 C, welche dann auf ca.
310 C abgekühlt wurde, erzielt.
Beispiel 7
Auf ähnliche Weise wurde Kartoffelcremesuppe mit 1 cm grossen Kartoffelwürfeln einer Dampfbehandlung ausgesetzt. Die auf ca. 73 C vorerwärmte Suppe durchfloss den neuartigen Wärmeaustauscher mit einer Geschwindigkeit von ca. 21 l/min, wo sie durch direkte Berührung (jedoch nicht durch Vermischen) mit ca. 335 C heissem Dampf auf ca. 143 C erhitzt wurde. Dadurch wurde der Dampf auf ca. 221 C abgekühlt.
Beispiel 8
Auf gleiche Weise wurde nun Hühnercremesuppe behandelt : Vorwärmen auf 79 C, Durchfliessen des Heizgerätes mit einer Geschwindigkeit von ca. 21, 5 1/min und Berührung mit ca. 320 C heissem Dampf. Die so erhaltene Suppentemperatur von ca. 141 C wurde wäh- rend 64 Sekunden konstant gehalten. Nachdem die Temperatur des Dampfes auf 210 C gesunken war, wurde dieser zur Umwälzung einem gasbeheizten tYberhitzer zugeführt. Wiederum erfolgte der Kochvorgang ohne jedes Anbrennen und ohne nennenswerte Kondensation.
Beispiel 9
Gehacktes Rindfleisch wurde zur Herstellung von sehr dicker Hackfleischsuppe (sogenannter Hamburger Suppe ) verwendet. Das Kochen erfolgte in der beschriebenen Weise mittels Dampf durch Aufheizen der Suppe von 85 C auf ca. 143 C, welch letztere Temperatur während ca. 1 Minute konstant gehalten wurde. Der unter einem Druck von ca. 6 atü eintretende Dampf wies eine Temperatur von ca. 340 C auf und wurde nach Absinken auf ca. 227 C durch einen Uberhitzer wieder umgewälzt. Die Ergebnisse waren durchaus befriedigend.
Beispiel 10
Sehr dicke Minestrone wurde bei einer Flussgeschwindigkeit von 22 !/min von ca. 64 auf ca. 145 C erhitzt und während etwa einer Minute auf dieser Temperatur gehalten. Der Dampfdruck betrug ca. 6, 1 atü, die Dampfeintrittstemperatur 316 C, die Dampfaustrittstemperatur 219 C. Wiederum war das Kochergebnis befriedigend und weder fand ein Anbrennen statt noch sammelten sich unerwünschte Wassermengen im Kochgut an.
Beispiel 11
Nach Aufheizen von ca. 62 auf ca. 145 C mittels 6 atü Dampf, mit einer Anfangstemperatur von 316 C und einer Endtemperatur von 216 C, wurde Minestrone mit einer Leistung von 42 Dosen zu je 450 g in der Minute eingemacht. Um das Eindringen der Wärme in die festen Bestandteile zu gewährleisten, wurde die Suppe während ca. 45 Sekunden auf 145 C gehalten ; dann wurde die Minestrone auf die ausreichende Einfülltemperatur von 49 C abgekühlt.
Beispiel 12
Minestrone wurde bei gleicher Leistung wie in Beispiel 11 in Dosen abgefüllt, d. h. durch Dampf von ca.
71 auf ca. 140 C aufgeheizt, während 43 Sekunden auf dieser Temperatur gehalten und auf ca. 46 C abgekühlt. Der Dampf wies einen Druck von 5, 8 atü und eine Anfangstemperatur von ca. 365 C auf, welche im Heizgerät F auf ca. 221 C abgekühlt wurde.
Beispiel 13
Eine dem Brei aus Beispiel 1 ähnliche Erbsensuppe wurde teilweise kondensiert oder konzentriert. Dies erfolgte durch Erhöhen der Dampfeintrittstemperatur auf ca. 650 C und durch Beschleunigen der Dampfumlaufgeschwindigkeit auf einen Wert, bei welchem die gesamte Wärmeübermittlung durch Obertragung erfolgt und ca. 10 der Einmachflüssigkeit in den Dampfstrom verdampft. Die erforderliche Geschwindigkeit konnte anhand von Normentabellen ohne weiteres errechnet werden.
Beispiel 14
In jedem der in den Beispielen 7, 8, 9, 11 und 12 beschriebenen Versuche wurden mehrere hundert Proben in Dosen abgefüllt. Aus jedem dieser Versuche wurden 96 Dosen zur Prüfung der Sterilität bei ca. 36 bis 38 C der Inkubation ausgesetzt. Dem Laboratorium der Vereinigung amerikanischer Konservenfabriken in Berkely, Kalifornien, wurden für bakteriologische Untersuchungen ebenfalls Muster zugestellt. Weder in den Inkubationsversuchen noch bei den vom genannten Laboratorium durchgeführten Untersuchungen entstand irgendein Verderb.
Aus den vorstehenden Erläuterungen geht klar hervor, dass die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nicht nur ein Heiz-, sondern auch ein Verdampfungsgerät einschliesst und dass die im Produkt enthaltene Flüssigkeitsmenge lediglich durch Einstellen der Temperatur, des Druckes und der Geschwindigkeit der Dampfbewegung in bezug auf die Flussgeschwindigkeit und die Anfangstemperatur des Produktes erhöht verringert oder gleich belassen werden kann.
Obgleich in der vorstehenden Beschreibung überhitz- ter Dampf durchweg als Beispiel gewählt wurde und bei der Verarbeitung von Lebensmitteln auch vorzuziehen ist, können auch andere heisse Gase, wie beispielsweise heisser Stickstoff, heisses Helium oder, wenn keine Oxydationsprobleme in Betracht zu ziehen sind, heisse Luft verwendet werden.
Kurze, allgemeine Beschrebung einer Variante der AbfüllvorrichtungK' (Abb. 22 und 23)
Die in den Abb. 22 und 23 dargestellte Füllgerät Variante K'ist dem Gerät K der Abb. 14 bis 21 grund sätzlich ähnlich, weist jedoch einige wichtige Unterschiede auf. So ist beispielsweise das Füllgerät K'so eingerichtet, dass die Dosen M während des Abfüllvorganges in demselben Abstand vorwärtsbewegt werden, den sie auf den Sternrädern 207 und 217 einnehmen. Daher ist das Nockensystem 278 überflüssig, welches dazu dient, die Bewegung der Dosen zu verlangsamen, wenn sie sich dem Sternrad 217 nähern, so dass der ganze, zu diesem Nockensystem gehörende Mechanismus weggelassen werden kann.
Ferner dient anstelle der beiden Ventile 310 und 325 ein einziges Kugelventil als Einlass-und Auslassventil. Im Verlauf der nachstehenden Beschreibung wird Art und Bedeutung dieser und anderer Abänderungen deutlich werden.
Im allgemeinen besteht die abgeänderte Abfüllvorrichtung K'aus einem festmontierten Hauptrahmen 400 und einer vom Rahmen 400 getragenen Drehvorrichtung 401, welche mit letzteren zusammen eine Kammer 402 bildet, in welcher durch Einführen eines ununterbrochen fliessenden Dampfstromes aus dem Behälter- sterilisator L und dem Durchgang 206 keimfreie Bedingungen aufrechterhalten werden. Vorsterilisierte, leere Dosen M oder andere, geeignete Behälter werden aus dem Behältersterilisator L über den geschlossenen, sterilen Durchgang 206 und das Sternrad 207 zugeführt.
Durch eine Eingangsöffnung 403 befördert das Sternrad 207 jede leere Dose M in die Kammer 402, wo die Dosen M auf einer feststehenden Kreisbahn 404 (vom Rahmen 400 getragen) mit derselben Geschwindigkeit wie auf dem Sternrad 207 vorwärtsbewegt werden und sich zu jedem Zeitpunkt genau unter einer Füllgutabgabe- öffnung 405 befinden (Abb. 22). Die Dose M beschreibt einen Weg von ca. 270 Grad entlang der Kreisbahn 404 und wird an einer Ausgangsöffnung 406 als gefüllte Dose N durch das Sternrad 217 (oder durch die Haken einer Förderkette) übernommen und über das Förder- band O der Schliessmaschine P zugeführt.
Der Rahmen 400 des Fiillgerdtes IC (Abb. 22 und 23)
Der feststehende Rahmen 400 kann einen Sockel 411 enthalten, welcher ein mittleres, feststehendes, senkrechtes Rohr 412 sowie eine Reihe von aufrechtstehenden, in bestimmten Abständen um das Füllgerät K'herum angeordneten Stäben 413 trägt. Der Sockel 411 trägt ferner ein ringförmiges Getriebegehäuseelement 414, welches einen nach oben gerichteten Lagervorsprung 415 aufweist. Am Aussenrand des Vorsprunges 415 starr befestigt ist ein ringförmiges Element 416 mit einem Flansch 417 angeordnet, dessen obere Fläche die Nockenbahn 404 bildet.
Drehung des Gehduses 401 und der Sternräder 207 und 217 (Abb. 22 und 23)
Die Drehvorrichtung oder der Drehkopf 401 besteht aus einer oberen Nabe 420, welche mit einer drehbaren, senkrecht montierten Hohlwelle 421 verbunden ist, welche ihrerseits um das Rohr 412 gelagert und mit geeigneten Lagern und flüssigen Dichtungsmitteln versehen ist. Nahe bei ihrem unteren Ende ist die Welle 421 mit einem Kegelgetriebe 422 versehen, welches gleich wie das Kegelgetriebe 232 angetrieben wird und welches dazu dient, die Rotation der Drehvorrichtung 401 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Sternräder 207 und 217 zu bewirken.
Die Nabe 420 weist einen unteren Flansch 423 und einen oberen Flansch 424 auf. Vom unteren Flansch 423 herabragend sind Dosenhaltefinger 425 angeordnet, welche die Behälter M entlang der Kreisbahn fortbewegen und sie gleichzeitig unter einer Füllgutauslassöffnung 405 zentrieren, welche ebenfalls vom Flansch 423 getragen wird. Die Auslassöffnungen 405 liegen auf dem gleichen Radius wie die Mittelpunkte der Dosen, wenn diese letzteren von den Sternrädern 207 und 217 vor wärtsbewegt werden, mid der Abstand zwischen den Auslassöffnungen 405 ist gleich wie der Abstand zwischen den Dosen aus den Sternrädern 207 und 217 ; daher werden die Dosen M und N sowohl auf den Sternrädern 207 und 217 wie auch im Füllgerät K'mit derselben konstanten Geschwindigkeit fortbewegt.
Sie werden durch die Finger 425 zwischen einer festmontierten Führungsschiene 426 und dem Lagervorsprung 415 vor wärtsgestossen. Durch eine vom Flansch 417 getragene, ringförmige Wand 427 wird die keimfreie Kammer 402 eingeschlossen, wobei der überschüssige Dampf durch den kleinen, von einer Kreisnut 428 gebildeten Spielraum entweicht, in welche die Wand 427 teilweise hineinragt.
Der obere Flansch 424 trägt ein kuppelförmiges, oberes Gehäuse 430, welches durch einen abgedichteten Deckel 431 verschlossen wird und eine dichte Kammer 432 bildet. Das Gehäuse 430 und der obere Flansch 424 tragen eine Anzahl Füllgut-Dosierungszylinder 433.
Die Fullzylinder 433 und ihre Kolben 440 (Abb. 22 und 23)
Die in jeder beliebigen, geeigneten Anzahl vorgesehenen, radial gerichteten Zylinder 433 sind waagrecht und symmetrisch um eine Mitte 434 des Gehäuses 430 angeordnet, um welche die Vorrichtung 401 sich dreht.
Das in der Längsrichtung gesehen innere Ende 435 jedes Zylinders 433 öffnet sich in die Kammer 432, welche während des ganzen Arbeitsvorganges ein keimfreies Medium enthält. Das in Längsrichtung gesehen äussere Ende jedes Zylinders 433 wird durch eine Abschlusswand 436 verschlossen, mit Ausnahme einer Offnung 437 im oberen Teil dieser Wand, durch welche das Füll- gut ein-und austritt. Die Offnung 437 steht mit einer Leitung 438 in Verbindung, welche zu einem Dreiwegventil 443 führt.
Ein dem Kolben 270 gleicher Kolben 440 bewegt sich in jedem Zylinder 433 hin und her. Der der Wand 436 gegenüberstehende Kolben 440 zieht sich von dieser Wand zurück, um ein bestimmtes Quantum des Nahrungsmittels 104 in den Zylinder 433 abzumessen und bewegt sich dann wieder auf die Wand zu, um dieses Quantum abzugeben. Der Kolbenantrieb erfolgt gleich wie beim Kolben 270 oder in anderer geeigneter Weise.
Die Ventile 443 (Abb. 22, 23 und 30 bis 32)
Das für die Abfüllvorrichtung K'bestimmte Nahrungsmittel gelangt über die Leitung 200 zum Verteilerstück 300, welches am Ende der Leitung 200 mittels geeigneter Antifriktionslager drehbar montiert ist und fliesst durch die Rohre 441 zu einem Einlassverbin- dungsstück 442 jedes Einfüllventils 443. Das Einlassventil 443 besitzt ein Gehäuse 444 und besteht aus einer Kugel 445 mit einem rechtwinkligen Durchgang 446 und einem Führungsstift 447, welcher so gedreht wird, dass er die Kugel 443 um 90 Grad zwischen einer Zylinderabfüll-oder Dosierungsstellung und einer Zylinderendee- rungs-oder Dosenabfüllstellung bewegt.
Der Stift 447 ragt durch eine Büchse 448 hindurch, welche mit einem oder mehreren 0-Ringen versehen ist, deren abdichtende Wirkung die Aufrechterhaltung der Keimfreiheit innerhalb des Ventils 443 gewährleistet. Das Ventil 443 wird in der Folge noch ausführlich beschrieben.
Betdtigungs-und Synchronisierungsvorrichtung f iir das Ventil 443 (Abb. 23 und 32)
Das Ventil 443 wird zwischen seinen beiden Stellungen durch einen einzigen, an seinem äusseren Ende befestigten, grundsätzlich dreieckigen Nockenhebel 450 bewegt. Jeder Nockenhebel oder Nockenführungshebel 450 ist gleich wie die Hebel 330 und 331 und weist abgeschrägte oder gebogene Nockenführungsflächen 451 und 452 auf. Auf einem Paar der aus dem Sockel 411 des Hauptrahmens 400 heraufragenden Träger 413 sind Bügel 453 derart befestigt, dass sie mittels Einstellschrauben 454 sowohl in senkrechter Richtung als auch radial einstellbar sind (Abb. 22).
Jeder Bügel 453 trägt eine Welle 455, auf welcher eine Nockenbetätigungs- rolle 456 oder 457 montiert ist. Durch einen Schlitz im Bügel 453 kann die Welle 455 an diesem verstellbar montiert werden.
Die Rolle 456 ist unmittelbar nach der Eingangs öffnung 403 für die leeren Dosen angeordnet und greift in die obere Nockenfläche 451 des Ventil-Nockenführungshebels 450 ein, um die Drehung des Führungsstif- tes 447 zu bewirken, so dass das Ventil 443 aus einer Zylindereinfüllstellung in die Dosenabfüllstellung bewegt wird, wenn der Nockenhebel 450 sich an der Rolle 456 entlangbewegt. In gleicher Weise ist die Rolle 457 beim Ausgang 406 für die gefüllten Dosen in geringerer Höhe als die Rolle 456 angeordnet ; sie greift in die untere Nockenfläche 452 des Ventil-Nockenführungshebels 450 ein und bewegt das Ventil 443 aus seiner Dosenabfüllstellung in die Zylindereinfüllstellung zurück.
Da die Welle 455 der Nockenrolle 457 während der Betätigung der Vorrichtung unbeweglich ist, wird sie auf eine geeignete Lage eingestellt, um in bezug auf die Kurbelwelle eine Synchronisierung zu gewährleisten. Diese einmal eingestellte Synchronisierung bleibt unverändert, unabhängig vom Abstand zwischen Kurbelwelle und Mitte 434. Der Bügel 453 ist zu seiner Bewegung gleich wie der Bügel 335 montiert, so dass die Rolle 456 durch den Dosenausfall-Sicherheitshebel 345 nach aussen in Ruhestellung geschwenkt werden kann.
Der Abfüllzyklus (Abb. 22 bis 23)
Sobald der Nockenhebel 450 durch Einwirkung der Rolle 457 das Ventil in Dosierungsstellung gebracht hat, fliesst das Nahrungsmittel 104 unter Druck in einen Zy linder 433. Zu diesem Zeitpunkt setzt sich die bereits begonnene, radial nach innen gerichtete Bewegung des Kolbens 440 fort, bis sie die innere Hubbegrenzung erreicht und dosiert dadurch ein bestimmtes Nahrungsmittelquantum. Genau in dem Moment, wo der Kolben 440 die innere Begrenzung seines Hubes (Totpunkt oder Kurbelzentrum) erreicht, wird durch den mit der Rolle 456 im Eingriff stehenden Nockenhebel 450 das Ventil 443 umgelegt, vorausgesetzt, dass sich unter der Auslassöffnung 405 eine leere Dose M befindet, und somit wird das entsprechende Nahrungsmittelquantum genau abgemessen.
Während dieses Zyklus wurde der Kolben 440 nur durch die Wirkung seiner Kurbelwelle bewegt, so dass der Druck des in den Zylinder 433 einfliessenden Füllgutes den Kolben 440 nicht beeinflusst, und umgekehrt wird der Gegendruck des Füllgutes 104 in der Leitung 200 durch die Bewegung des Kolbens 440 nicht beeinflusst. Die Bewegung des Ventils 443 übt auf den Gegendruck des Füllgutes 104 in der Leitung 200 ebenfalls keinen Einfluss aus.
Wenn das Ventil 443 die Einlassleitung 441 abschliesst, verbindet es die Zylinderzufuhrleitung 435 mit dem Auslass 405 und das sich im Zylinder 433 befindende Füllgut wird durch den Kolben 440 in einen Be hälter M abgegeben. Es sei darauf hingewiesen, dass eine leere Dose M durch den Eingang 403 in den Eingangszyklus eingetreten ist, bevor das Einlassventil 443 umgelegt wurde, so dass die Dose noch lange genug unter dem Ausguss 405 verweilt, um allfällige Tropfen aufzufangen, obgleich dank den Kugelventilen normalerweise kein Tropfen auftritt. Oberdies ist der Auslass 405 vom Ventil 443 absichtlich so nahe als möglich bei der Dose M angeordnet, dass die Möglichkeit der Tropfenbildung dank der kleinen Oberfläche auf ein Minimum reduziert ist.
Während des Abfüllens werden die Dosen M in der Kammer 402 in keimfreier Atmosphäre gehalten. Diese Kammer wird gebildet durch die feststehende Dosenkreisbahn 404, durch eine senkrecht stehende, an dieser Kreisbahn befestigte ringförmige Wand 427 sowie durch den rotierenden unteren Flansch 423 und den Lagervorsprung 415. Der schmale Spielraum zwischen der Wand 427 und der Kreisnut 428 ermöglicht ein begrenztes Ausströmen des Dampfes, um die Füllkammer 402 unter atmosphärischem Druck zu halten und um das Eindringen von Bakterien mit der Aussenluft zu verhindern. Anfangssterilisation und tZbergang auf Normalbetrieb erfolgen genau gleich wie beim Abfüllgerät K.
Allgemeine Beschreibung der Kugelventile der
Abb. 24 bis 35
Das verwendete Kugelventil kann zur Reinigung ohne weiteres vollständig auseinandergenommen werden, lässt sich leicht wieder zusammenbauen und sterilisieren und funktioniert unter hohen Drücken und sterilen Bedingungen absolut einwandfrei, ohne zu verschmutzen oder undicht zu werden. Um das angewandte Prinzip zu illustrieren, sind vier Ventiltypen dargestellt. Die Abb.
24 bis und mit 29 zeigen ein Zweiwegventil 500 mit einem geraden Durchgang, welches für einfache Ein Aus-Funktion bestimmt ist. Dieses Ventil 500 ist gleich wie die in den Abb. 19 bis und mit 21 dargestellten Ventile 310 und 325 und kann überall dort angeordnet werden, wo ein Zweiwegventil dieses Typs erwünscht ist.
Das in Abb. 30 gezeigte Ventil 443 besitzt einen rechtwinkligen Durchgang 446. Ein Anwendungsbeispiel für dieses Ventil wurde bereits erläutert. Die Abb. 33 und 34 zeigen ein mit einem T-förmigen Durchgang versehenes Ventil 34, welches zur Verbindung der Leitungen 33, 35 und 36 der Abb. 1A dient. Schliesslich zeigt die Abbildung 35 ein Vierwegventil 580 mit zwei rechtwinkligen Durchgängen, welches, wie nachstehend beschrieben, anstelle der Ventile 201 und 204 verwendet werden kann.
Das Zweiwegventil 500 der Abb. 24 bis 29
Das Ventil 500 besitzt eine grundsätzlich runde Kugel 501 mit einem geraden Durchgang 502 und einem Stift 503. Der Stift 503 weist einen abgeflachten, äusseren Endteil 504 auf, an welchem ein Handgriff 505 befestigt ist. Der Handgriff 505 soll vorzugsweise leicht abnehmbar sein und kann durch einen Nockenhebel, wie die im Zusammenhang mit den Ventilen 310 und 325 beschriebenen Nockenführungshebel, ersetzt werden.
Ein wichtiges Merkmal des Ventils 500 ist seine einfache Montage und Demontage. Um dieses zu ermöglichen, besteht das Ventilgehäuse aus mehreren Teilen, welche durch gewöhnliche Klemmspangen, wie sie beispielsweise zum Verschliessen von Einmachflaschen verwendet werden, miteinander verbunden sind. Wie dargestellt, ist der manschettenartige Körper 510 mit Endflanschen 511 und 512 sowie mit einem rohrförmigen mittleren Vorsprung 513, dessen Ende als Flansch 514 ausgebildet ist, versehen.
Zwei Gehäuseabschlusselemente 515 und 516, welche beide gleich sein können, weisen jedes einen geraden Durchgang 517 und eine grundsätzlich zylindrische Aussenfläche auf und sind mit einem herausragenden, ringförmigen Flansch 518, 519 ausgebildet, welcher mittels einer gewöhnlichen Klemmspange 520, 521 (wie sie bei Sanitärrohren verwendet wird) mit dem ringförmigen Flansch 511, 512 des Körpers 510 verbunden ist. In Rillen 524 und 525 sind 0 Ringe 522 und 523 eingesetzt, welche gegen die Innenflächen des Gehäuses 510 abdichtend wirken. Ein Gehäuseelement 526 für den Führungsstift ist in den Vorsprung 513 eingepasst und weist eine äussere Kreisnut 527 für einen 0-Ring 528 sowie einen Flansch 529 auf, welcher durch eine Klemmspange 530 mit dem Flansch 514 des Vorsprunges 513 verbunden ist.
Werden die drei Klemmspangen 520, 521 und 530 entfernt, so lassen sich die beiden Gehäuseabschlusselemente 515 und 516 und das Stiftgehäuseelement 526 ohne weiteres vom Körper 510 abnehmen, werden jedoch sonst normalerweise durch die Klemmen 520, 521 und 530 fest zusammengehalten, ohne dass Leckverluste entstehen kön- nen.
Das Gehäuseelement 526 für den Führungsstift weist einen Stiftdurchgang 531 auf und ist an seinem unteren Ende mit einer Kreisnut 533 ausgebildet, die einen 0 Ring 534 aufnimmt, welcher gegen einen abgeflachten Teil 535 der Kugel 501 abdichtend wirkt, und da die Kugel 501 in derselben Ebene rotiert, genügt diese Dichtung vollständig, um jeden Leckverlust zu verhindern.
Die Gehäuseabschlusselemente 515 und 516 weisen rohrförmige Verlängerungen 539 auf, in welchen Ventilsitze 540 derart umschlossen und festgehalten sind, dass genügend radiales Spiel vorhanden ist, um die Selbsteinstellung der Ventilsitze 540 zu ermöglichen. Der äussere Endteil 541 der Verlängerung läuft vorzugsweise konisch auseinander, um den Zusammenbau zu erleichtern (Abb. 29). Die Ventilsitze 540 bestehen vorzugsweise aus Teflon oder anderem Kunstharzmaterial und weisen konkave, kugelförmige Sitze 542 auf, welche die polierte, kugelförmige Oberfläche der Kugel 501 auf nehmen, wogegen die anderen Flächen der Ventilsitze flach oder zylindrisch ausgebildet sind.
Die Gehäuseelemente 515 und 516 weisen gegenüber einer flachen Seite der Ventilsitze 540 eine Abschlusswand 543 auf, welche mit einer Rille 545 zur Aufnahme eines 0-Ringes 546 versehen ist, welcher beträchtlich dicker als die Tiefe der Rille 545 und beträchtlich dünner als deren Breite ist. Deshalb ist zwischen dem Ventilsitz 540 und der Abschlusswand 543 immer Spiel vorhanden. Dank diesem Spiel 547 kann Flüssigkeit eintreten und in die 0-Ring Kreisnut 545 gelangen, um gegen den 0-Ring 546 und : gegen die Wand 544 des Ventilsitzes 540 einen hydrostatischen Druck auszuüben. Dieser hydrostatische Druck vergrössert die Dichte des Abschlusses zwischen den Ventilsitzen 540 und der Oberfläche der Kugel 511, wenn der Flüssigkeitsdruck zunimmt.
Der 0-Ring 546 bildet zwischen der flachen Seite 544 des Ventilsitzes 540 und der zylindrischen Wandung 548 der Rille 545 eine Dichtung. Der auf den 0-Ring 546 ausgeübte hydrostatische Druck macht diesen Anschluss ebenfalls dicht und wird auf die Rückseite 544 des Ventilsitzes 540 übertragen, wo er weiterhin die Dichte des Anschlusses zwischen der Oberfläche 542 und der Oberfläche der Kugel 501 erhöht. Obgleich die Bewegung d'es 0-Ritlges 546 und des Ventilsitzes 540 sehr gering ist, verhindert der durch sie übertragene hydrostatische Druck äusserst wirksam jedes Lecken.
Durch den hydrostatischen Flüssigkeitsdruck wird der Ventilsitz 540 mit dem dazugehörigen 0-Ring 546 wie ein Kolben gegen die Kugel 501 gedrückt.
Wie stark der Ventilsitz 540 gegen die Kugeloberfläche 501 des Ventils drückt, hängt davon ab, wie gross der Teil der Fläche 544 ist, der dem hydrostatischen Druck ausgesetzt wird. Der grösste hydrostatische Druck auf den Ventilsitz 540 ist erreicht, wenn der Aussendurchmesser der 0-Ringnut 545 gleich dem Aussendurchmesser des Ventilsitzes 540 ist, wie im Ventil 500 der Abb. 24 bis 29, so dass die ganze hintere Fläche 544 dem hydrostatischen Druck ausgesetzt ist. Ist dieser Druck zu gross, kann er durch Verwendung kleinerer 0-Ringe und Nuten, wie in den Abb. 30 und 31 dargestellt, verringert werden.
Das Ventil 500 kann unabhängig von Flussrichtung oder Druck in jeder Position angeordnet werden, denn es ist dank dem in diesem Fall anwendbaren Pascalschen Gesetz in beiden Richtungen gleich dicht.
Uberdies wird durch den hydrostatischen Druck und durch die kolbenartige Wirkung des 0-Ringes immer ein dichter Verschluss erstellt, so dass der Ventilsitz 540 selbsteinstellend ist. Bei Abnutzung oder Verziehen schiebt der hydrostatische Druck den Ventilsitz 540 in diejenige Lage, in welcher er am dichtesten an die Kugel anschliesst.
Ein weiteres Merkmal ist noch zu erwähnen. Selbst bei Nulldruck wird keine Metallfeder verwendet, um den Ventilsitz 540 in enger Berührung mit der Kugel 501 zu halten, da die 0-Ringe 546 selbst stark genug komprimiert sind, um einen dichten Anschluss aufrechtzuerhalten.
Das Ventil 443 der Abbildungen 30 und 31
Das Ventil 443 wurde zum Teil bereits beschrieben, und zahlreiche seiner weiteren Merkmale sind grundsätzlich dieselben wie die entsprechenden Merkmale des Ventils 500. Es besitzt einen Körper 550 mit geeigneten Vorsprüngen und Durchgängen. Die drei Gehäuseelemente 551, 552 und 553 sind den Gehäuse-Abschlusselementen 515 und 516 des Ventils 500 sehr ähnlich, mit dem Hauptunterschied, dass das den Auslass 405 bildende Element 553 aussergewöhnlich kurz ist und dass der Durchmesser der 0-Ringe 554 und der Rillen 555 durchweg kleiner gewählt wurde, um zu vermeiden, dass ein übermässig hoher Druck auf die Ventilsitze 556 einwirkt. Vier Ventilsitze 556 sind vorgesehen. Ein viertes Gehäuseelement 557 ist nicht rohrförmig, sondern massiv, weist jedoch ebenfalls die Rille 555 und den 0 Ring 554 auf.
Im übrigen ist die Funktionsweise der 0 Ringe 554 und der Teflon-Ventilsitze 556 gleich wie beim Ventil 500.
Der Ventilstift 447 kann wie beim Ventil 500 ein Gehäuseelement 526 aufweisen oder dieses kann, wie dargestellt, ein Teil des Körpers 550 sein, wobei ein 0 Ring 449 und ein Druckring 558 aus Teflon verwendet werden, um die gewünschte Dichte zu erhalten. Der Stift 447 kann so verlängert werden, dass er direkt in den Hebel 450 eingreift, doch kann auch ein mit geeignetem Gelenk versehener Verlängerungsstift 560, wie dargestellt, verwendet werden. Wie im vorangehenden Beispiel, halten gewöhnliche Klemmspangen 561 das Ge häuse zusammen. Das Element 553 liegt ganz einfach auf einem Innenvorsprung 562 des Körpers 550 auf.
Das Ventil 34 der Abbildungen 33 und 34
Das Ventil 34 der Abb. 33 und 34 besteht aus einer Kugel 570, welche mit einem T-förmigen Durchgang 571 versehen ist, im übrigen jedoch durch Drehung des Stiftes (nicht dargestellt) um 90 Grad genau gleich betätigt wird, wie die vorstehend beschriebenen beiden Ventile 443 und 500. Es sind drei gleiche Gehäuseelemente 572 vorgesehen sowie ein viertes, wie beim Ventil 443 ge schlossenes Element 575, welche alle in einen Körper 573 von geeigneter Form eingepasst und mittels Klemmen 574 an diesem befestigt sind. Die 0-Ringe 575 und die Ventilsitze 576 wirken wie vorstehend beschrieben.
Befindet sich das Ventil 34 in der in Abb. 33 gezeigten Stellung, so wird die Leitung 33 (Abb. 1A) mit der Leitung 35 verbunden, und dies ist die Ventilstellung für den Normalbetrieb. Wird das Ventil jedoch durch eine Drehung um 90 Grad auf die in Abb. 34 gezeigte Stellung umgelegt, so wird die Leitung 36 mit der Leitung 35 verbunden. Bei dieser Stellung wird, wie vorstehend beschrieben,währendderVorstenlisationsphase kaltes Wasser durch die Leitung 36 in die Leitung 35 eingeführt. Im übrigen ist die Funktionsweise gleich wie beim Ventil 443.
Das Ventil 580 der Abbildung 35
Die Abbildung zeigt ein Ventil 580, welches hinsichtlich der Verwendung der 0-Ringe, des Kugelventils und der Ventilsitze grundsätzlich den bereits erläuterten Ventilen gleicht. Ein Körper 581 ist mittels Klemmen 582 an vier gleichen Gehäuseteilen 583, 584, 585 und 586 befestigt, deren Bauweise gleich ist wie vorstehend beschrieben. Die Kugel 590 weist zwei voneinander getrennt gehaltene rechtwinklige Durchgänge 591 und 592 auf. Dieses Ventil 580 kann in einem Sterilisationsvorgang anstelle der Ventile 201 und 204 verwendet werden. Wiederum ist die Funktion der Ventilsitze, der 0 Ringe und des hydrostatischen Druckes dieselbe. Die Ventile sind auch hier selbsteinstellend, selbstdichtend und zur Reinigung leicht demontierbar.
Das Gehäuse 583 ist durch die Füllgutleitung 200 mit dem Kühlrohr J verbunden, währenddem das Ge häuse 584 durch eine Leitung 200a mit dem Füllgerät K oder K'in Verbindung steht. Das Gehäuse 585 ist mit dem Dampfrohr 205 verbunden, und das Gehäuse 586 steht mit dem Ablassrohr 202 in Verbindung (siehe Abb. 1B). In der Normalbetriebsstellung (in der Zeichnung durch unterbrochene Linien dargestellt) verbindet der Durchgang 591 die Leitungen 200 und 200a für die Füllgutzufuhr, währenddem der Durchgang 592 die Leitungen 205 und 202 zur Aufrechterhaltung der Dampfsterilisierung des Ventils 580 verbindet.
In der Vorsterilisationsstellung (durchgezogene Linien) verbindet der Durchgang 591 die Füllgutleitung 200 mit dem Ablassrohr 202, um, wie vorstehend beschrieben, das heisse Wasser abzulassen, wogegen überhitzter Dampf aus der Leitung 205 der Leitung 200a zum Sterilisieren des Füll- gerätes K oder K'und der sich darin befindenden Füll- gutleitungen zugeführt wird.
Es ist demnach ersichtlich, dass, gleichgültig ob das verwendete Ventil ein Zweiweg-, Dreiweg-oder Vier wegventil ist, die beschriebenen Prinzipien angewendet werden können, um in einem Einmachsystem oder ähn- lichem einen sterilen Betrieb zu erzielen, wobei der hydrostatische Druck auf die Ventilsitze und 0-Ringe ausgenützt wird, um bei allen Drücken Leckverluste zu verhindern.