CH644321A5 - Verfahren zur beseitigung von schaum ueber dem spiegel einer fluessigkeit, insbesondere ueber fluessigem fuellgut, z.b. milch und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens. - Google Patents
Verfahren zur beseitigung von schaum ueber dem spiegel einer fluessigkeit, insbesondere ueber fluessigem fuellgut, z.b. milch und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens. Download PDFInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von Schaum über dem Spiegel einer Flüssigkeit, insbesondere über flüssigem Füllgut, z.B. Milch, in einem Behälter nach dessen Füllung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Auf zahlreichen Gebieten der Technik ist es wünschenswert, eine Schaumbildung über dem Spiegel von Flüssigkeiten zu vermeiden oder entstandenen Schaum zu zerstören. Dies ist z.B. in der Flotationstechnik der Fall oder bei der Verdampfung von Flüssigkeiten, wo über dem Flüssigkeitsspiegel befindlicher Schaum die Förderung und Verdampfung behindert. Die vorliegende Erfindung befasst sich insbesondere mit der Beseitigung des Schaumes, der beim Abfüllen von flüssigem Füllgut, z.B. Milch oder Fruchtsäften, in daraufhin zu verschliessende Behälter sich über dem Flüssigkeitsspiegel während und/oder aufgrund des Füllvorganges ausgebildet hat. Dieser Schaum erweist sich vor allem dann als störend, wenn die Abfüllung in Behälter aus kunststoffbeschichtetem Karton erfolgt, die zum Zweck des Verschliessens an der Oberseite heiss versiegelt oder verklebt werden. Befindet sich zwischen den Klebeflächen Schaum, so stellt sich in den Bereichen, die benetzt sind,
kein richtiger Klebeverband zwischen den Flächen her und der so «verschlossene» Behälter ist tatsächlich nicht richtig durch Klebung verschlossen. Bei einer Heissversiegelung ist eine Verbindung der Siegelflächen zwar möglich, da durch die entstehende Wärme und den Druck der Siegelbacken die vorhandene Schaumbenetzung verdampft und/oder weggedrückt werden kann. Jedoch beeinträchtigt der verbleibende Eiweissrest auf den Siegelflächen ebenfalls die Siegelung. Besonders nachteilig wirkt sich die Schaumbenetzung bei einer Heissversiegelung aus, die durch Vorerhitzen (Aktivieren) der durch thermoplastischen Kunststoff gebildeten Siegelflächen und anschliessendes Zusammenpressen der Siegelflächen mittels kalter Pressbacken durchgeführt wird. Denn durch die Schaumbenetzung erfahren die vorerhitzten Siegelflächen stellenweise eine Abkühlung, so dass beim anschliessenden Pressvorgang keine zuverlässige Bindung und damit ein nur unzureichender Verschluss eintritt.
Weiterhin ist nachteilig, dass der über dem Flüssigkeitsspiegel stehende Schaum beim Verschliessen des Behälters, beispielsweise beim Falten der Oberseite eines Faltbehälters, überquillt und sowohl die Aussenseite des Behälters als auch die Verschlusswerkzeuge verschmutzt.
Da aus Wirtschaftlichkeitsgründen die Abmessungen der Behälter nicht erheblich grösser als entsprechend dem vorgesehenen Füllgutinhalt gemacht werden, ist es bei der Abkühlung z.B. von Milch in Abfüllanlagen notwendig, eine eigene Vorrichtung zur Beseitigung des über der Milch befindlichen Schaumes vorzusehen, wenn die geschilderten Nachteile vermieden werden sollen. Diese Vorrichtung umfasst einen in den jeweils zu verschliessenden Behälter einfahrbaren Absaugstutzen und eine Absauganlage, durch die der Schaum über dem Flüssigkeitsspiegel entfernt wird. Weiterhin werden zur Gewährleistung eines einwandfreien Verschlusses Blasdüsen vorgesehen, die Tropfen und Schaumreste von den Siegel- bzw. Klebeflächen wegblasen.
Die bekannte Art der Schaumbeseitigung ist nicht frei von Nachteilen: Zunächst fällt durch die Schaumabsaugung Milch in erheblicher Menge an, die nicht wieder als Füllgut verwendet werden darf, sondern nur noch als Futtermilch Verwendung finden kann. Dies stellt einen Verlust an Füllgut dar. Weiterhin ist die Schaumneigung bei verschiedenem Füllgut unterschiedlich und auch bei Milch vom Zustand (Frischmilch oder H-Milch) sowie vom Fettgehalt der Milch, der Temperatur und der Einfüllgeschwindigkeit abhängig. Selbst von Behälter zu Behälter kann die Schaumbildung unterschiedlich sein. Das hat zur Folge, dass durch die Schaumabsaugung die Behälterfüllung mit der verbleibenden Milch schwankend ist. Schliesslich kann beim Abfüllen von sterilem Füllgut, z.B. von sterilisierter Milch, die Einhaltung steriler Bedingungen durch die Schaumabsaugung beeinträchtigt werden. Denn der Saugstutzen kommt mit dem
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Schaum in Berührung und bedarf daher der Reinigung und Überwachung, damit eine Keimbildung vermieden wird.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das auf einfache Weise eine Schaumbeseitigung insbesondere bei der Abfüllung von flüssigem Füllgut in Behälter ermöglicht, ohne dass ein Verlust an Füllgut auftritt.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass der Schaum durch die Einwirkung einer hochfrequenten elektromagnetischen oder akustischen Wellenstrahlung zum Zerfall gebracht wird.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es durch Einwirkung auf die Schaumstruktur mittels einer hochfrequenten Wellenstrahlung möglich ist, den Schaum an Ort und Stelle zu zerstören, so dass er in sich zerfällt. Dadurch gelangt der den Schaum bildende Anteil an flüssigem Füllgut in das Füllgut zurück und geht nicht, wie das bei dem vorstehend geschilderten bekannten Verfahren der Fall ist, verloren.
Es hat sich gezeigt, dass die Schaumzerstörung sowohl durch die Einwirkung von elektromagnetischen Wellen, z.B. Mikrowellen oder eine Infrarotstrahlung, als auch durch die Einwirkung von Druckwellen, z.B. Schallwellen, wirkungsvoll durchgeführt werden kann. Es versteht sich, dass in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Wellenstrahlung der Begriff «hochfrequent» unterschiedlich auszulegen ist. So ist bei Anwendung einer Mikrowellenstrahlung darunter ein Frequenzbereich von 0,3 bis 300 GHz zu verstehen. Bei der Infrarotstrahlung liegt aufgrund der noch kürzeren Wellenlänge die Frequenz entsprechend höher. Bei Schallwellen, für die sich im Rahmen der Erfindung im wesentlichen die Ultraschallwellen eignen, liegt der Frequenzbereich in der Grössenordnung von 20 000 Hz.
Vorteilhafterweise wird die Strahlung, z.B. die Ultraschall-Wellenstrahlung gegen den Flüssigkeitsspiegel gerichtet. Dadurch werden nicht nur unerwünschte Einwirkungen ausserhalb des Schaumbereiches verhindert, sondern eine Konzentration der Strahlung auf die Schaumstruktur erreicht. Es hat sich gezeigt, dass besonders gute Ergebnisse bei der Schaumzerstörung dann erreicht werden, wenn mehrere einander überlagernde und in im wesentlichen gleicher Richtung sich erstreckende Ultraschall-Wellenfelder zur Einwirkung auf die Schaumstruktur gebracht werden. Werden beispielsweise 8 zueinander parallele Ultraschall-Wellenfelder von einer entsprechend ausgebildeten Sonotrode in die Schaumstruktur eingestrahlt, so erhält man bereits bei einer Einwirkungsdauer von nur 0,2 bis 0,3 Sekunden eine so weitgehende Zerstörung des Schaumes, dass eine entsprechende Schaumfreiheit des Füllgutes in der Regel durch die beschriebene Absaugung nicht erreichbar ist.
Beim Verarbeiten von sterilem Füllgut erweist sich der Erfindungsgedanke als besonders vorteilhaft, da zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorteilen die einfache Möglichkeit der Aufrechterhaltung aseptischer Bedingungen hinzukommt. Denn die Vorrichtung zum Aussenden der Wellenstrahlung, z.B. der Richtstrahler für die Mikrowellen oder das Ultraschallwerkzeug für die Ultraschallwellen, braucht nicht in die Schaumstruktur einzutauchen, sondern kann über der zu erwartenden Schaumschicht angeordnet werden. In allen Fällen besteht zu dieser Vorrichtung nur eine elektrische Verbindung zur Umgebung hin, so dass auch bei Ausfall oder Stillstand keinerlei Beeinträchtigung der sterilen Umgebung zu erwarten ist.
Von Vorteil ist es, wenn die Ultraschallwellen mit einer möglichst grossen Schwingamplitude des Ultraschallwerkzeugs, beispielsweise bis zu 60 [im, in die Schaumstruktur eingestrahlt werden. Denn dadurch lässt sich die Zeitdauer der Schaumzerstörung erheblich verkürzen. Dies spielt dann eine Rolle, wenn durch einen der Anlage zugeordneten Ultraschallgenerator zugleich Siegelbacken zum Verschluss der Behälter als auch eine Sonotrode zur Schaumzerstörung beaufschlagt werden. Denn dann kann durch eine Verkürzung der Zeitdauer der Schaumzerstörung innerhalb einer Taktzeit sowohl die Versiegelung als auch die Schaumzerstörung nach Umschalten des Ultraschallgenerators erfolgen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge-mässen Verfahrens ist eine in einem Abstand über dem Flüssigkeitsspiegel angeordnete Einrichtung zur Aussendung einer elektromagnetischen oder akustischen hochfrequenten Wellenstrahlung. Sie kann beispielsweise einen Richtstrahler zur Aussendung von Mikrowellen, einen Strahler für Infrarotstrahlen oder ein Ultraschallwerkzeug zur Aussendung von Ultraschallwellen enthalten. Die Vorrichtung kann ortsfest oder auf und ab beweglich über dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet sein.
Bei Anwendung eines Ultraschallwerkzeuges zur Aussendung von Ultraschallwellen ist es von Vorteil, mehrere Einzelhörner zu einer Hörnergruppe bzw. einem Gesamtwerkzeug zu vereinigen. Zweckmässigerweise sind diese Einzelhörner zapfenförmig ausgebildet und parallel zueinander an einem metallischen Übertragungsblock befestigt, so dass sie die jeweiligen Einzel-Ultraschallwellenfelder eng nebeneinander in den Schaum einstrahlen können. Um auch bei gerichtetem Strahlenfeld die über der Flüssigkeit befindliche Schaumschicht voll zu erfassen, ist es zweckmässig, die Vorrichtung zur Aussendung der Wellenstrahlung, z.B. das Ultraschallwerkzeug, im Bereich des Flüssigkeitsspiegels der Behälterquerschnittsform anzupassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines zur Aufnahme von flüssigem Füllgut. z.B. Milch bestimmten Behälters;
Fig. 2 schematisch eine Fördervorrichtung zum Fördern von mit Füllgut gefüllten, jedoch noch unverschlossenen Behältern gemäss Fig. 1 sowie die Anordnung einer Vorrichtung zur Schaumzerstörung, und
Fig. 3, 4 Seitenansichten in Längs- und Querrichtung auf ein Ultraschallwerkzeug zur Erzeugung von Ultraschall-Wellenfeldern und die Zuordnung eines mit f-üssigem Fül-gut gefüllten Behälters gemäss Fig. 1 zum Ultraschallwerkzeug.
Der in Fig. 1 gezeigte Behälter 1 zur Aufnahme von flüssigem Füllgut, z.B. von Milch, besteht in weithin bekannter Weise aus einem mit Kunststoff beschichteten Karton. Er ist im Querschnitt rechteckig oder quadratisch und im verschlossenen Zustand an seiner Oberseite giebelförmig gefaltet und dort längs einer Siegelrippe 2 durch Heisssie-gelung der Kunststoffbeschichtung verschlossen.
In Fig. 2 ist rein schematisch die Art und Weise der Förderung von mit flüssigem Füllgut, z.B. MUch, gefüllten Behältern 1 gemäss Fig. 1 dargestellt. Demgemäss sind die Behälter in einer Fördervorrichtung in Gestalt einer Zellenkette 3 aufgenommen, von der jede Zelle einen Behälter 1 umfasst und gegen Umfallen sicher hält. Die Zellenkette 3 fördert die Behälter 1 in Pfeilrichtung. In einer vorangehenden, nicht dargestellten Abfüllstation werden die bis dahin leeren Behälter mit dem Füllgut gefüllt. Je nach der Schaumneigung des Füllgutes und während sowie aufgrund des Füllvorganges bildet sich über dem Flüssigkeitsspiegel 4 (siehe Fig. 4) eine mehr oder weniger dicke Schaumschicht 5 aus, die sich bis in den Bereich von Heisssiegelflächen 6 erstreckt, die zur Bildung der Schweissrippe 2 miteinander heiss versiegelt werden sollen. In Fig. 2 ist die Schaumschicht 5 durch Punkte angedeutet.
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Die Zeilenkette 3 fördert die Behälter 1 zu einer Heiss-siegelstation 7, in der nur schematisch angedeutet Siegelbacken 8 angeordnet sind. Die Siegelbacken 8 führen eine zangenförmige Öffnungs- und Schliessbewegung aus und können ausserdem durch nicht gezeigte Einrichtungen in vertikaler Richtung auf- und abverstellt werden. Sie sind entweder ultraschallbeaufschlagt, so dass sie selbst ein Ultraschallwerkzeug darstellen, oder beheizbar. Auf diese Weise führen sie im geschlossenen Zustand, in dem sie die Heiss-siegelfächen 6 des Behälters 1 aneinanderpressen, eine ausreichende Wärmemenge der Kunststoffschicht im Bereich der Heisssiegelflächen 6 zu, so dass diese unter Druck und Wärme miteinander verschweissen. Heisssiegelbacken dieser Art sind bekannt und brauchen deshalb nicht im einzelnen erläutert zu werden.
In Förderrichtung vor der Heisssiegelstation 7, anschliessend an einige «Freistationen» nach der nicht gezeigten Abfüllstation, ist das Ultraschallwerkzeug 9 mit einer Gruppe von acht Einzelhörnern feststehend über der Zellenkette 3 angeordnet. Die Enden der Einzelhörner 10 befinden sich knapp über den Oberkanten der Behälter 1.
Das Ultraschallwerkzeug 9 mit den Einzelhörnern 10 ist in grösserem Massstab in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass auf der Unterseite eines aus Alù-minium bestehenden quaderförmigen Metallblockes 12 eine Gruppe von acht zapfenförmigen Einzelhörnern 10 befestigt ist. Die Einzelhörner 10 bestehen aus Titan und sind etwa in ihrer Längsmitte im Durchmesser abgesetzt, so dass sie an ihrem unteren Ende dünner als in dem Befestigungsbereich an dem Metallblock 12 sind. Die Einzelhörner 10 sind so auf der Unterseite des Metallblockes 12 verteilt, dass sie den Querschnitt des Behälters sowohl in der Breite als auch in der Länge in etwa ausfüllen (s. Fig. 4). Der Metallblock 12 ist in nicht dargestellter Weise mit einem sogenannten
Booster der Ultraschalleinrichtung, mit einem zugehörigen Konverter und einem Ultraschallgenerator verbunden. Der grundsätzliche Aufbau einer Ultraschalleinrichtung dieser Art ist bekannt und braucht ebenfalls hier nicht erläutert s zu werden. Der Metallblock 12 und die daran befestigten Einzelsonotroden 10 sind mit einer Frequenz von 20 000 Hz und einer ausreichend hohen Energie beaufschlagt, um an den Einzelhörnern 10 eine Schwingamplitude von etwa 60 (j,m zu erzielen. Dadurch werden von den Enden der io Einzelhörner 10 in Richtung auf den Flüssigkeitsspiegel 4 im Behälter 1 acht zueinander etwa gleichgerichtete Ultraschallwellenfelder abgestrahlt, die in die Schaumstruktur eindringen und sie zerstören. Es genügt eine Einwirkungsdauer von 0, 2 Sekunden, um beispielsweise eine Schaum-15 schicht von 7,5 cm Höhe über Milch als Füllgut vollkommen zu zerstören.
Nur beispielsweise sei angegeben, dass der Metallblock 12 aus Aluminium 60 mm breit, 150 mm lang und 124 mm hoch ist, während die Einzelhörner 10 in ihrem dickeren 20 Bereich einen Durchmesser von 23 mm und in ihrem dünneren Bereich einen Durchmesser von 16 mm aufweisen.
Die Anzahl von Einzelhörnern kann gegenüber dem Ausführungsbeispiel abgeändert werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit zunehmender Anzahl von Einzelhörnern die 25 zerstörende Einwirkung auf die Schaumsstruktur verstärkt wird, so dass mit kürzeren Zerfallszeiten zu rechnen ist. Die Hörner müssen auch nicht in der regelmässigen Form angeordnet werden, wie das Ausführungsbeispiel zeigt, wo die Einzelhörner 10 paarweise und in gleichem Abstand von-30 einander über die Unterseite des Metallblockes 12 verteilt sind. Dies ist jedoch zweckmässig, um die Überlagerung der von den Einzelhörnern abgegebenen Ultraschallwellenfelder an allen Stellen der Schaumstuktur gleichzuhalten, so dass auch der gleiche Effekt erzielt wird.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Verfahren zur Beseitigung von Schaum (5) über dem Spiegel einer Flüssigkeit, insbesondere flüssigen Füllguts, z.B. Milch, in einem Behälter (1) nach dessen Füllung mit der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum (5) durch die Einwirkung von elektromagnetischer oderlku-stischer Hochfrequenzstrahlung zum Zerfall gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum (5) durch die Einwirkung von akustischen Wellen wie Ultraschallwellen oder durch die Einwirkung von elektromagnetischen Wellen wie Mikrowellen oder Infrarotstrahlung zum Zerfall gebracht wird.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung gegen den Flüssigkeitsspiegel (4) gerichtet wird oder die Strahlungsquelle seitlich im Bereich des Flüssigkeitsspiegels angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3 mit Verwendung von Ultraschallwellen, vorzugsweise von einem Ultraschallwerkzeug mit grosser Schwingamplitude ausgesendet, wobei mit einem Füllapparat eine Mehrzahl von Behältern (1) nacheinander mit flüssigem Füllgut gefült werden, jeder innerhalb einer vom Arbeitstakt des Apparates bestimmten Periode, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkungszeit der Ultraschallwellen auf jeden Behälter einen Bruchteil dieser Periode beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Mehrzahl von einander überlagernden, etwa in gleicher Richtung sich erstreckenden Ultraschallwellenfeldern ausgeführt wird, vorzugsweise mit acht gleichartigen nebeneinander abgestrahlten Ultraschallwellenfedern.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einein einem Abstand über dem Flüssigkeitsspiegel (4) befindliche Einrichtung (9) zur Aussendung von elektromagnetischer oder akustischer Hochfrequenzstrahlung.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Ultraschallwerkzeug zur Aussendung von akustischen Wellen wie Ultraschallwellen oder ein Strahler zur Aussendung elektromagnetischer Wellen wie Mikrowellen oder Infrarotstrahlen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (9) zur Aussendung von Hoch-frequenzstrahlung mit veränderbarem Abstand zum Flüssigkeitsspiegel (4) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (9) zur Aussendung von Hochfrequenzstrahlung der Behälterquerschnittsform im Bereich des Flüssigkeitsspiegels (4) angepasst ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-9, gekennzeichnet durch ein Ultraschallwerkzeug das mehrere, z.B.
acht, Einzelhörner (10) umfasst, wobei diese vorzugsweise an einem metallischen Übertragungsblock (12) mit gleich-mässiger Verteilung befestigt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelhörner (10) die Form von Zapfen haben und parallel zueinander auf der Unterseite des metallischen Übertragungsblockes (12) befestigt sind, wobei ihre freien Enden vorzugsweise alle auf gleicher Höhe liegen.
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