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.
Process for the continuous, aseptic canning of flowable foodstuffs and equipment for carrying out the same
The present invention relates to a method for the continuous, aseptic canning of flowable foods and filling them into containers.
The invention also relates to a device for carrying out the method.
Food is organic and as such is highly sensitive to heat. They like to stick to hot heat exchange surfaces and form layers or crusts. Local overheating or charring of the material adhering to the heat exchange surfaces not only gives the rest of the filling material that comes into contact with these parts in the course of movement through the heater with a so-called cooking taste, a burnt aroma and an unsightly color, but also the burnt or as a result A layer on the heat exchange surfaces that has become stuck to heat reduces the effectiveness of the heat transfer quite considerably.
If the product to be processed contains easily destructible solids, the problem of heating and processing in the processing plant is even more difficult.
Sterilization at high temperature cannot take place after the goods have been filled into the container, because in this case the heat transfer from the outside to the inside of the goods is too slow and because precise regulation presents difficulties. The contents and cross-section of the cans are so large that when the periphery is heated to 150 C, the center of the interior does not reach the sterilization temperature for a long time after the edge parts have long been sterilized and after the long heating has already destroyed these edge parts.
In the case of viscous products, in which the heat is conducted and not transferred, no high treatment temperatures can be used after filling the can, because the product in contact with the excessively hot can walls would otherwise burn heavily. Even with non-viscous or only slightly viscous products, such as small-sized products, for example whole corn kernels or peas in brine, in which the heat is largely transferred by conduction, methods with high temperatures cannot be used if the product is already in the can , since the short treatment times required in high temperature ranges cannot be precisely regulated.
Another difficulty is that the filling level or the filling quantity of the can influences the strength of movement of the product in the can; if the can is filled too much, the reduction in the space between the filling level and the upper edge of the can causes a reduction in heat transfer; as a result, there is a risk of under-sterilization and thus spoilage of the finished canning items.
Filling machines, which can canning non-lumpy, liquid filling material aseptically, are not able to process pieces of the type mentioned without crushing or crushing them to a practically homogeneous pulp. The friction between the food and the edges of the machine or even between the individual filling goods causes these parts to rub. In addition, the deposits of such parts on certain machines clog and even damage the valves. With other machines the pieces are crumbled, crushed and destroyed beyond recognition through the valves.
Since we eat with the eyes and the touch as well as the palate, such foods are unacceptable and undermine a main object of aseptic canning: to offer the consumer a preserve that is as little different as possible from what a good cook would or a housewife would bring to the table from her own kitchen.
At temperatures above 100 C, sterilization or cooking can only be carried out under high pressure. For example, at a temperature of 143 C, the pressure must be maintained at no less than 3 atmospheres, which corresponds to the vapor pressure of water at the temperature mentioned; otherwise the water content of the product would spray out. This spraying cools the product and brings it back to the temperature at which water evaporates under the existing pressure. Spraying can also destroy the solid components, for example when peas are cooked under pressure at a temperature of 143 C. If the pressure suddenly dropped in this case, the peas would explode as a result of the sudden escape of steam from their interior.
The spraying affects the continuity of the work process due to its effect on the product to be processed.
The usual filling devices for the sterile canning of homogeneous liquids work with a metering pump arranged directly in front of the filling device in order to maintain this counter pressure. However, when processing foods with solid parts, such as vegetable soup, there are three main objections to using such pumps: 1. The pump chops up and shreds the solid components so that the end product has a slightly appetizing, mushy appearance.
2. The discharge of the liquid part of the filling material under pressure through the openings of the pump causes the solid parts to be sieved off during the pulsing or measuring process of the pump, so that the solid components pile up in front of the pump. These piled solids are dispensed with each pumping cycle. If the liquid part of the filling material is thin or has a low viscosity, it will flow off to such an extent that the pumping speed has to be reduced significantly so that the continuous supply to the filling device can be kept constant.
3. The dosing pumps, which process liquid-solid mixtures without grinding the solid parts, cannot be used to maintain the counterpressure in the system during the pre-sterilization of the devices, since the liquid leaks from the pump. Even when the pump is at a standstill, this leakage is so strong that the steam pressure in the heater would have to be reduced below the value that is required to sterilize the system. In addition, the superheated water would spray on the outlet side of the pump, whereby the temperature would fall below the temperature required for the sterilization of the pump parts and the parts of the system and the filling device following the pump.
The aseptic canning of a mixture consisting of solid and liquid parts poses particular problems. One of these difficulties is maintaining an adequate proportion between the solid and liquid parts throughout the process. It goes without saying that no canning process can be satisfactory in which the quantitative ratio of the solid and liquid components in the various doses varies. Usually, the solid component is made up of different products. The same soup can e.g. B. Contains potatoes, peas, celery, carrots and beef in solid pieces.
This also raises the problem of maintaining the correct, quantitative proportions of these various solid components. Simple mixing of the solid components with the liquid and subsequent stirring with mechanical means would lead to poor proportioning as well as to crushing, stirring and other destruction of some solid components.
It is also common practice to blanch the solid ingredients before adding them to the liquid, and this must be done in such a way that neither overcooking nor insufficient blanching can occur.
The purpose of the invention is to prevent the solid parts of the food from disintegrating, grinding or becoming pulpy, and on the other hand to enable precise measuring, blanching, complete sterilization and precise and rapid filling into the pre-sterilized containers. The invention is also intended to enable the production of liquid or semi-liquid canned food in which there are solid pieces, the aroma, color, structure and uniformity being much better than can be achieved with the usual preservation methods. Furthermore, the production of homogeneous, liquid or semi-liquid preserves of improved quality should be made possible.
The aseptic canning method according to the invention differs from the usual canning methods in that the flowable food is continuously conveyed with pumping means, that the conveyed food is spread out to form a moving film-like layer, that a free surface of the film-like layer is called with a rapidly moving current Gas is brought into contact without the gas and liquid contained in the food mixing, with all other surface parts of the film-like layer being kept in contact with bodies of less high temperature than the gas and that the food after being sterilized is at a temperature below the The ignition temperature is cooled to atmospheric pressure and the food is dosed and filled into the sterile containers,
the back pressure being kept at the value of the dosing level between the contact level with the gas and the dosing level.
The device for carrying out the method according to the invention is characterized in that it has a heating device with a support surface for the flowable food, means for distributing the food to be heated in a film-like layer flowing slowly over the support surface, means through which only the surface the layer is touched by hot gas, and means by which the wing is kept cooler in all places than the layer in contact with it. and metering means for measuring the food and a filling device for filling the food into containers.
The method according to the invention and the function of the device which allows this method to be carried out are explained below, for example, with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1A and 1B are a partially isometric and partially schematic representation of an embodiment of the invention. Some parts are cut to reveal more parts. Fig. 1A shows the dosing and mixing device as well as the sterilization unit, while Fig. 1B shows the constant temperature and cooling device, the container sterilizer, the filling device and the can sealing device.
Fig. 2 is an enlarged view in elevation and partially in section of the device for dosing the liquid part of the filling material to be sterilized, for dosing and blanching the solid components, for mixing the solid and liquid part and for pumping the mixture through the remaining parts of the Systems. For the sake of clarity, some parts are cut in or out.
Fig. 2A is an enlarged fragmentary view in elevation and in section taken along line 2A-2A of FIG. 2 of the wing valve.
Fig. 3 is another enlarged view, in elevation and partially in section, taken along line 3-3 of FIG. 2.
Fig. 4 is a view in elevation and in section on the scale of FIG. 3 of a part of the dosing and blanching device for solid components of Fig. 2.
Fig. 5 is another enlarged fragmentary view in elevation and in section taken along line 5-5 of FIG. 2.
Fig. 6 is a partial elevational and sectional view of the end of the screw conveyor used in the solid ingredient metering and blanching apparatus.
Fig. Figure 7 is a view in elevation and section of a pump suitable for use with the present invention.
Fig. 8 is a referring to Fig. 1A enlarged view in elevation and in section of a heating and sterilizing device. Some lines and valves are shown schematically and some associated elements are shown partly in elevation and partly in section and in section.
Fig. 9 is a horizontal section taken along line 9-9 of Fig. 8th.
Fig. 10 is an enlarged horizontal section taken along line 10-10 of FIG. 8th.
Fig. 11 is a partial view, in elevation and in section, of a modified form of a device for preventing the filling material from clogging which is used in the float chamber of FIG. 8 as well as in the mixing device of Fig. 2 can be used. The scale in Fig. 11 is in relation to Fig. 8 bigger.
Fig. 12 is one of fig. 8 generally similar view of a modified form of the filling material heating and sterilizing device.
Fig. 13 is a top plan view of the heater of Fig. 12 with cut and sectioned parts.
Fig. 14 is an elevation of a filling apparatus. Some parts are omitted, some parts are trimmed, and some parts are cut apart and taken along line 14-14 of Fig. 15 shown in section in order to better expose the parts behind.
Fig. 15 is a top plan view of the device of Fig.
14, partially cut away and shown in section, with the omission of some parts that would impair the clarity of the representation.
Fig. 16 is a view in horizontal section taken along line 16-16 in Fig. 14th
Fig. 17 is a summarized developed view in elevation along the line shown in Fig. The path represented by circle 17-17 showing the filling cycle and distribution of the valve actuating cams.
Fig. 18 is an enlarged elevational view taken along line 18-18 of FIG. 15, showing one of the end pieces of the filling cylinder with the associated valves.
Fig. 19 is a vertical section on the scale of Fig. 18, taken along line 19-19 of Fig. 15th
Fig. 20 is an enlarged section taken along line 20-20 of FIG. 19th
Fig. 21 is an enlarged vertical section taken along line 21-21 of FIG. 14th
Fig. 22 is one of Fig. 14 similar view in elevation and partly in section of a modified filling device. Some parts have been cut away to provide a better overview.
Fig. 23 is a top plan view of the Fig. 20, in which some parts are cut away and some parts are shown in section.
Fig. Figure 24 is a side view of a preferred embodiment of a two-way ball valve.
Fig. 25 is a top plan view of the ball valve of Fig. 24.
Fig. 26 is a view in elevation and in section taken along line 26-26 of FIG. 25 showing the valve in the open position.
Fig. 27 is one of Fig. 26 similar view showing the valve in the closed position.
Fig. 28 is a view in elevation and in section taken along line 28-28 of FIG. 26th
Fig. 29 is an enlarged fragmentary view, in elevation and in section, of a portion of FIG. 26th
Fig. 30 is a side view, partially in section, of a portion of the apparatus of FIG. 22, in which a novel three-way valve is shown.
Fig. 31 is an enlarged section taken along line 31-31 of FIG. 30, showing the valve in the dosing position.
Fig. 32 is a schematic diagram showing how the cam system causes rotation of the valve of Fig. 30 caused by 90 from the dosing position to the can filling position.
Fig. 33 is a view in elevation and in section of a T-shaped three-way valve.
Fig. 34 is one of Fig. 33 similar view in which the valve is in a different position.
Fig. Figure 35 is a view in elevation and in section of a four-way valve shown on the production line immediately prior to the filling machine. The dotted lines show the valve in a different position.
The heat treatment applied to the canned goods in the sterilization phase of the aseptic canning method preferably lasts only seconds, whereas it takes several minutes in the conventional canning systems. For example, green pea soup in sealed 303X406 cans (453 g size) is heated at 120 C for 55 minutes. For comparison, with the aseptic canning method, the same product is sterilized after only 8.8 seconds at 142 C before filling. In the method forming the subject of the present invention, the canning is preferably brought to 142 C in only 1 to 2 seconds, so that the total heating and heating time for sterilization is only approx. 10 to 11 seconds.
The short-term sterilization process at high temperature offers more precise, automatic setting options for the rapid and continuous aseptic canning process and thus also allows savings in labor and heat energy, but these savings and the speed are not the only advantage. Just as important is the fact that the finished, canned product differs from the canned products that are sterile at low-sigexer Tempratux in terms of better aroma, color, structure and higher vitamin content.
This extraordinary improvement in quality is due to the fact that the destructive effect of the heat on the bacterial germs increases with rising temperature with a significantly higher exponential ratio than the chemical changes that affect the aroma, color, structure and the vitamin-containing components of the product. In fact, the sterilization effect or the lethal effect increases tenfold at a constant time, whereas the chemical reactions responsible for the impairment of the food quality double with every increase of 73 / 4'C in the temperature applied.
The importance of this interesting relationship will be appreciated when you consider that 4 equals 16, 104 but equals 10,000.
The rapid heating of food to temperatures of 135 to 150 C, however, poses numerous difficulties. It is difficult to avoid scorching and overheating of the product on the heat exchange surfaces in the heater.
The solid components of the filling material also tend to dissolve or turn to a pulp when they are moved through the heating device and other parts of the usual processing equipment.
The filling device contained in the device can be operated without difficulty under completely sterile conditions. For example, vegetable soup can contain whole peas and beans, diced potatoes and carrots, and pieces of celery. Potau-feu would include pieces of beef, diced potatoes and carrots, etc. into the liquid broth.
Maintaining the counterpressure on the flow of material is particularly important in sterile canning.
Before filling, the product is heated to the sterilization temperature in a continuous flow; then it is kept at that temperature while moving it under pressure; next, it is cooled to the desired filling temperature while still moving and under pressure; All of this is done for the purpose of maintaining the counter pressure in the heating and holding parts of the system. It is therefore necessary to keep the product under pressure until it leaves the filling device. It is also important that the filling device works with pressures that are not lower than the counterpressure and that the filling device does not cause any appreciable fluctuation in the counterpressure.
It is also important that the filling device itself functions precisely and that the filling device cannot be damaged by the flow of material, nor can the material be adversely affected by the filling device.
General description of embodiments of the device for carrying out the method according to the invention (Fig. IA and IB)
A liquid supply unit A (Fig. 1A) feeds a liquid metering unit B with the liquid part of the filling material to be sealed. Meanwhile, a feed, metering and blanching unit C feeds a mixing device D with different, measured amounts of small-sized or solid components, the solid and liquid components being mixed with one another in said mixing device.
From here the mixture is conveyed through the remaining parts of the system by a pump E: it first reaches a filling material heating unit F and then a flow control device G. The flow control device G regulates a variable speed motor H which in turn controls the speed of the pump E and the dosage ratio of the supply unit C for solid components.
Coming from the flow control device G, the hot mixture flows through a high-temperature constant device I (Fig. 1B), where the sterilization is completed and from there it is passed through a cooling device J. The cooled, sterilized product then passes to a filling apparatus K. A can sterilizer L supplies empty, sterile cans M to the contents K, and the filled cans N are brought from the filling apparatus K to a closing machine P by a sterile conveyor belt O. A lid sterilizer Q supplies the closing machine P with sterile lids, which are placed on the cans N by this machine and closed with them.
The closed, filled cans R then leave the aseptic closing machine P and are conveyed by a conveyor belt S from the sterile environment of the aseptic canning system to other, non-sterile devices, such as washing systems, labeling machines, packing machines and others not directly connected to the aseptic canning system related devices.
The liquid supply unit A (Fig. 1A)
The liquid supply unit A in Fig. 1A consists of a boiler 30 which is provided with a steam jacket and which contains a liquid filling material component 31. An outlet 32 at the lower end of the boiler 30 leads to a vertical pipe 33, since conveyance using gravity in the stages upstream of the pump E is preferable. However, a circulatory pump can be used if desired. The vertical pipe 33 preferably leads to a pipe 35 through a three-way valve 34. The three-way valve 34 is used during pre-sterilization of the aseptic canning system. During this process, the valve 34 separates the pipe 33 from the pipe 35 and connects the pipe 35 to a water line 36.
Purpose and functionality of this device as well as a preferred valve design (Fig. 33 and 34) will be explained later. In any case, the pipe 35 leads to the liquid metering unit B.
The liquid dosing unit B (Fig. 2)
The liquid metering unit B consists of a generally cylindrical housing 40 which forms a float chamber 41 containing a float 42. The chamber 41 has a lower inlet opening 43 connected to the tube 35 as well as an outlet 44 which is arranged somewhat elevated radially on one side, but which must be below the desired level of the liquid 31 in the chamber 41. From the outlet 44 a generally horizontal line 45 leads into the mixing device D.
The liquid 31 basically has the same level in the chamber 41 and in the mixing device D. The float chamber 41 is dimensioned such that the liquid can flow evenly through it. For example, in such an apparatus the diameter of the chamber 41 is approx. 25 cm and that of the swimmer approx. 18 cm.
The float 42 is provided with a diameter tube 46 which has an extension 47 by means of which the float 42 can be slidably mounted on a rod 48. The float 42 can be attached to the rod 48 at any desired height by means of a wing screw 43. The housing 40 has a cover 50 in which there is a larger, axially directed opening 51 provided with a projection, which serves as a guide for the rod 48. There is sufficient play between the pipe extension 47 and the opening 51 to allow all entrained air to escape.
The air can also flow out of the mixing device D, which is connected to the surrounding atmosphere, because the pressure is not allowed to build up either in the float chamber or in the mixing device.
The lower end of the extension 48 is rotatably connected to a link arm 52, which in turn is also rotatably connected to a second arm 53. A small, round butterfly valve 54 is attached to the lower end of the arm 53. The valve and arm are rotatably connected to the housing 40 by means of two pivot bolts or bearing journals 55 on the same axis as the extension 48 and the opening 51.
The inlet 41 has a valve opening 56 in which the butterfly valve 54 moves to restrict the flow. Since the butterfly valve 54 is hydrostatically in equilibrium, it is controlled without difficulty by the float 42 at any liquid level in the vessel 43 and at any liquid pressure in the line 35.
In order to enable easy and thorough cleaning, the sanitary design according to Fig. 2A preferable. The valve 54, which consists of a thin metal disk, is fastened between the bearing journals 55 exactly opposite one another.
The bearing pins 55 are held in a guide sleeve 58 through round recesses 57. After removing the cover 50 and the float 42, the valve 54 can easily be removed by loosening a clamping ring 59 and sliding the guide sleeve 58 out of the housing 40 together with the extension 47 and the rods 52 and 53.
When the float 42 rises, it moves the levers 52 and 53 in order to close the valve 54, as a result of which the liquid flow 31 through the opening 56 is reduced. When the float 42 reaches a certain height, the butterfly valve 54 closes the opening 56, and the liquid supply 31 is practically interrupted.
If the liquid level falls, the float 52 opens the valve 54. In this way, the float valve 42 controls the flow of liquid 31 from the kettle 30 to the mixing device D and the pump E; it prevents the mixing device D from overflowing or emptying and ensures an optimal liquid level for mixing the liquid with the solid components coming from the unit C.
Feeding, dosing and blanching unit C for solid components (Fig. 1A and 2-6)
The dosing and blanching unit C for solid constituents consists of a row of filling boxes 60, each of which is provided for receiving a specific solid ingredient, a dosing and blanching device 61 arranged at the lower end of each filling box 60 and a common conveyor belt 62 , on which all dosing devices 61 deposit their ingredients, whereupon these ingredients are brought by the conveyor belt to the mixing device D and emptied into it.
The solid ingredients to be dosed can be, for example, the following: Vegetables in cubes or slices (e.g. B. Potatoes, celery, carrots, onions), meat (e.g. B. diced beef or slices of ham); the cubes can be approx. 1 cm on a side or any other size, it being possible for the cutting to be carried out in any desired manner. If desired, all of these ingredients can be pre-cooked or sautéed. The sorted solid components prepared in this way are distributed into the appropriate filling boxes 60.
All filling boxes 60 are basically of the same design and mode of operation, any desired adaptation to the diversity of the filling material being possible. As shown, each filling box 60 has an inclined wall 63 and an opening 64 at the lower end, which leads to a funnel-like housing part 65 of the dosing device 60. At the bottom of each dosing device 60 there is a basically hollow screw 66 which is turned so that it conveys the filling material out of the housing part 65 and through a trough 67.
The trough 67 has a basically semicircular cross-section, with its side walls projecting considerably beyond the screw 66 and with both the side walls and the base being a sufficiently large distance from the screw 66 to prevent any damage to the solid components. The speed of rotation of the screw 66 determines the delivery amount of the filling material constituents onto the conveyor belt 62 through an opening 68 at the outer end of the tub 67. In order to enable blanching, the trough 67 is preferably inclined so that the screw 66 has to convey the filling material upwards out of the housing 65. Each banjo bolt has a stub shaft 69 mounted on a corresponding pin at its outer end (see Fig.
Fig. 6) on.
The filling box 60 is equipped with a vibrator 70 of any suitable mechanical, electrical or pneumatic type. The vibrator 70 prevents the solid components from getting caught on the inclined walls 63 of the filling box 60, which rests on a frame 71 by means of supports 72 made of rubber or another flexible material, its lower end 64 being freely movable.
Directly above the screw 66, a shaft 73 is arranged in the housing 65, on which a series of bent rods 74 is attached. The ends of these rods or fingers 74 basically extend as close as possible, but with a certain amount of play, to the housing or filling box walls. In order to achieve the desired Schaufelffektullg, three or four on a free-standing shaft 73 by stands separated from each other and arranged at different angles on this shaft 73 bars 74; a larger number is not desirable. If the shaft 73 is rotated, the rods 74 rotate and prevent the filling material from agglomerating or settling, as well as clogging due to bridging at the lower end 64 of the filling box 60.
In principle, the shaft should rotate somewhat slower and in no case faster than the screw 66. In order to achieve this, the shaft is driven via a reduction gear 75 and a chain 76 from the drive shaft 77, which actuates the screw 66. Although the vibration of the sloping filling boxes 60 is sufficient to ensure the free flow of most foods into the dosing device 61, certain foods, such as wide noodles, tend to stick together under pressure; without the rotating rods 74, the rotating banjo screw 66 would entangle the noodles in tight lumps rather than ejecting them individually.
The metering screw 66 performs the function of measuring the filling material, the speed of rotation of the screw 66 determining the amount of filling material dispensed onto the belt 62. All of the screws 66 are preferably driven at the same variable speed motor H which also operates the inlet pump E, with all of the screws 66 being driven by the same main drive shaft 80.
Furthermore, each screw 66 is equipped with its own, variable transmission unit, which has a calibrated setting knob 81 for individual regulation of the speed. This enables the individual adjustment of the dosage amounts of the various screws 66 in relation to one another, while all the screws are driven simultaneously by the same motor H, the speed of which is in turn regulated in a manner to be explained later.
The conveyor belt 62 is preferably driven at a fairly high speed so that the solid filling material components coming from the various dosage units 61 are dispensed into the mixing device D in a uniform flow. If the belt moves too slowly, the solid constituents would build up and be discharged into the device D irregularly. Therefore, the tape 62 must move faster than it takes time for the material to accumulate; how much faster doesn't matter.
As already mentioned, the solid contents are blanched or preheated while they are moving through the dosing unit. For this purpose, the trough 67, in which the screw 66 moves, is inclined upwards towards its outlet 68. The inclination can be adjusted by supporting the tub 67 on suitable bearing bushings 78 arranged on the axis 80 and by means of an adjusting screw 79 between the tub 67 and the frame. If no setting is required, the inclination can be fixed. The blanching heat is generated by saturated steam, hot water or a hot solution of suitable composition. For this purpose, steam can be passed through a line 82 fastened to the bottom of the tub 67 and released into the tub 67 through the opening 83.
A hot water bath 84 is formed by the steam condensation in the unit 61; however, if steam blanching is desired, all of the condensed water can be discharged through a bottom opening 85. If desired, hot water or a blanching solution can be supplied directly from a line 86 through nozzles 87 (Fig. 4) be submitted; if hot water or blanching solution is used, an outlet 88 located higher removes the excess liquid above a predetermined level, a valve 89 then closing the bottom opening 85. The blanching time depends on the temperature of the blanching agent, the length of the tub 67 and the speed of the screw 66.
Since the temperature is never higher than 100 Celsius, the blanching time is generally never very critical if it is not chosen so long that the food is cooked off.
The mixing device D (Fig. IA and 2)
The mixing unit D consists of a funnel or housing 90 which has a lateral inlet opening 91 connected to the line 45, an open upper end 92 and a bottom outlet 93, which preferably simultaneously forms the inlet to the inlet pump E. The solid contents of the filling material fall from the belt 62 directly or via a chute 94, which extends below the upper open end 92 of the funnel 90, and the liquid part reaches the inlet 91 via the line 45. The amount of liquid and the liquid level are determined by the float 42, while the solid components falling from the belt 62 are dosed by the unit C.
The device D not only performs the function of mixing the solid constituents with the liquid 31 while the liquid flows continuously into the inlet pump E, but also has the much more important task of bridging the solid constituents at the funnel outlet and causing the accumulation and blockages To prevent pump input 93. Compared with the bridging-preventing effect of this device, the mechanical mixing process of the solid and liquid components is very simple.
A vertical axis 94 is provided along with the necessary drive means 96 which can be connected to the motor H as shown.
The shaft rotates at a rotational speed of 40 to 60 T / min. Too high a speed would destroy the solid constituents, whereas too low a speed would neither ensure proper mixing nor proper prevention of bridging. A basically hollow screw 97 is fastened to the shaft 95, which screw has a downwardly directed worm thread which terminates in a vertically downwardly directed, radially offset tip 98.
This vertically downwardly protruding tip 98 is an important element, because without this tip the solid components, such as potato cubes, carrots, beef and the like, would quickly form a bridge over the small outlet 93, which is also the pump inlet deposit there as a compact layer.
The liquid was sucked in or drawn in through this solid layer; the solid components could not disperse in the liquid and would continue to accumulate until the funnel 90 overflows.
The offset tip 98 of the banjo bolt 97 rotates in a circle around and near the inner wall of the inlet 93 of the pump E. The tip 98 is thin and pointed in such a way that it frees as much space as possible for the flow of solid and liquid constituents flowing together in the pump E. The circular motion of the tip 98 around and near the inner wall of the inlet 93 vigorously agitates the solid constituents which tend to bridge and clog the inlet 93.
If the tip 98 were to run axially with the screw 97 and be arranged concentrically with the pump inlet 93, it would not be able to stir up the agglomerated solid components; in this case it would even make the situation more difficult, because instead of creating a free, round opening, it would only open up an annular path, in the middle of which its own tip would form an obstacle. This tip 98 does not necessarily have to reach into the opening 93, except when the opening is to act as a mechanical guide. However, the tip must be arranged close enough to the inlet edge of the opening 93 so that all adhering solid constituents can be stirred up.
For practical, mechanical reasons, the tip 98 should preferably be approx. 6 mm into the inlet opening 93.
While circular motion of tip 98 is preferred, linear or arcuate pendulum motion has also been used with success. A rapidly oscillating or oscillating rod 99 made of stainless steel with a diameter of 3 mm and provided with a tip 98 (see Fig. 11) has already been used to prevent bridging in the pump inlet opening 93.
Referring to Fig. 2 it can be determined that the hollow screw 97 has such a steep thread and is dimensioned in such a way that, regardless of the movement of the screw 97, there is ample space for the free flow of solid and liquid components. This type of construction is used in order not to compress or squeeze the solid components together. The hollow screw 97 creates a larger opening and more free space for the free flow or movement of the mixture and is less damaging to the solid components than a solid screw. The function of the hollow screw 97 is that of a spiral-shaped, rotating agitator than that of an actual screw conveyor.
If desired, a helical rod with a tapered tip can be used in place of the screw 97, although the flattened screw agitates better and mixes the liquid and solid components better while at the same time pushing them slightly down into the pump without damaging the solid components . In this way, the banjo screw 97 gently stirs the mixture and at the same time pushes it down into the inlet opening 93 of the pump E, where the thin, tapered tip 98 of the screw moves this mixture in a circle and, as already explained, prevents the solid components from cracking.
The liquid level in mixing funnel 90 should only be just high enough to allow proper mixing of the solid and liquid components. If the liquid level is too high above the inlet 91, the correspondingly larger amount of liquid cannot be stirred sufficiently well by the rotating screw 97. In this case, the solid constituents would not be uniformly mixed with the liquid flowing through the lower part of the mixing funnel 90. On the other hand, if the liquid level in the mixing funnel 90 is too low, there is a risk that air could be sucked into the pump E together with the product mixture; The best liquid level is, as experience shows, a little above the outlet 91.
The inlet pump E (Fig. 1A, 2 and 7)
The inlet pump E is a positive acting feed pump of suitable type, which is driven by a motor H with variable speed.
It should be able to pump liquid at pressures of 5.5 to 7 atmospheres without chopping up or mechanically destroying the relatively soft, solid pieces of food. This pump is valveless as valves tend to crush, cut or chop up the product. In fig. 7 such a pump is shown. It consists of a housing 100, two double-vane impellers 101 and 102 and an outlet 103. Single-vane paddle wheels can also be used.
The pump E feeds the mixture 104 into the pipe 105 and continues through the entire system to the point at which the filling device K dispenses the mixture 104 into the containers M. There are no valves or other obstacles between the pump E and the filling machine K, although the flow control device G is arranged after the heating device F.
The filling sterilization and heating device F (Fig. IA, 8 and 9)
The heater F consists of an insulated housing 110 with a cylindrical upper part 11 having a closed upper end 112, a cylindrical middle part 3 and a conical, funnel-like lower part 114. The housing 110 can advantageously consist of two parts provided with a flange, which are connected by eyelet screws 119, a ring 119a passing through the eyelets ensuring an even pressure distribution. The lower part 114 is provided, close to its lower end, on one side with an outlet pipe 115 and with an axially directed, central bottom opening 116.
The inlet pipe 105 leads into the opening 116. In this bottom opening 116, an inlet tube 117 is rotatably fastened at its lower end and sealed with suitable means 118 in such a way that no liquid can seep through at this point.
In order to rotate the inlet pipe 117 at the desired speed, preferably 40 to 60 Tmin, a motor 120 is provided. An angled part 121 of the inlet pipe 117 extends into the housing 110, namely basically parallel to the conical wall 114. At its upper end, the tube 117 is provided with a spout 122, which is always directed against the adjoining central cylindrical housing wall 113, close to the upper end of the lower part 114. The tube 117 and the spout 122 serve to carefully pour out the filling material along the beveled wall 114 and to distribute it in a thin layer around the housing 110. The low rotational speed of the spout 122 does not eject the filling material against the walls by means of centrifugal force.
The slowly flowing product is only heated by a swirling mass of superheated steam through surface contact.
The upper housing part 11 is provided with two annular intermediate walls 123 and 124. The lower intermediate wall 123 is preferably conical and extends inward and downward to an inner circumference 125. The upper partition 124 is also inclined downward and runs approximately parallel to the lower partition, but is provided with a protruding, cylindrical part 126 which protrudes into the inner circumference 125 of the lower partition 123 at a certain distance. The lower end of the protruding cylindrical part 126 is chamfered towards the outside and ends in a flange 127 which basically projects radially outward. The periphery of the flange is approximately perpendicular to the periphery 125 of the lower intermediate wall 123 and also has approximately the same diameter as this.
Between the upper and lower intermediate walls 123 and 124, the upper housing wall 11 is provided with an inlet opening 128 for superheated steam.
To keep the adjoining housing wall cool, a stream of water flows in a cooling channel 129 so that splashed soup or other heated food cannot burn on the housing wall. Other channels, such as B. Channel 129 can, if desired, be provided, in particular if the housing has a different shape than the housing 110. So z. B. such a channel can be led around the wall 113.
In this way, the housing 110 is divided by the partitions 123 and 124 into three main chambers: an upper chamber 130, a middle chamber 131 into which the steam is introduced, and a lower chamber 132 into which the food 104 is fed through the rotating spout s 122 is delivered. From this spout 122, the filling material 104 slowly flows down onto the vertical wall 113 and down the inclined wall 114, the rotation of the inlet pipe 117 serving to distribute the filling material 104 into a film-like layer 133. The viscosity of the filling material 104 and the contact time required for heating determine the angle of inclination of the wall 114.
The longer the desired warm-up time and the lower the viscosity of the product, the smaller the angle of inclination must of course be. An angle of inclination of 45 is sufficient for many types of soup, but various angles of inclination can also be used depending on the desired operating conditions, including the dimensions of the device and the nature of the contents.
The upper end wall 112 of the housing carries a drive shaft 134 which protrudes downward on the housing axis and is provided with a fan 135 at its lower end. The drive shaft 134 protrudes from the housing 110 and is provided with suitable drive means, such as. B. a high-speed motor 136 which drives the shaft 134 via a belt 137 and a pulley 138. A suitable thrust bearing 139 is provided for receiving the shaft 134. The shaft 134 is preferably sealed and protected by a housing 140, this housing containing a water cooling line and the lubrication system required for the shaft 134.
The fan 135 is composed of several parts and rotates with the drive shaft 134. The fan consists of a hub 140a from which a plurality of inner blades 141 protrude, which are inclined in such a way that they move the steam upwards from below when rotating. A cylindrical jacket plate 142, which also rotates with the shaft 134, is arranged on the outer circumference of the inner blades 141. The upper end of the jacket sheet 142 fits fairly precisely into the downwardly projecting, cylindrical part 126 of the upper intermediate wall 124 with a corresponding working clearance. A number of rods 143 protrude radially outward from the hub 140a and carry an annular ring 144.
This ring 144 protrudes vertically up to a point just below the lower partition 123 and radially just further than the outer circumference of the flange 127 upwards. The upper edge of the rim 144 is cut and bent to form a series of fan blades 145.
Middle chamber 131 serves as a steam entry and distribution chamber, with steam entering through inlet 128 and exiting the chamber along lower edge 125. Those at a high speed (e.g. B. 1800 t / min, in a housing 110 with a diameter of 90 cm) rotating fan blades 145 pull the steam out of the chamber 131 and force it in a whirling motion into the lower chamber 132 and against the walls 113, 114, on which the filling material 104 slowly flows down. In order to prevent the fan blades 145 from forcing some of the steam back into the chamber 131 and thereby generating a countercurrent, a series of vertical baffles 146 are provided, which are inclined opposite to the inclination of the blades 145.
That of the blades 145 (see Fig. 9) hot steam (e. G. B. with a temperature of 400 to 650 C) hits the filling material 104, which is flowing slowly down the walls 113 and 114 of the lower housing, whereby new surfaces of the food 104 are constantly exposed to the steam as a result of this slow flow. The swirling steam does not penetrate the food, but heats its surface. The cooled steam that z. B. has a temperature of 180 to 230 C, is sucked in by the inner fan blades 141 and forced through the interior of the cylindrical part 126 of the partition into the upper chamber 130.
The vortex blades ensure extremely efficient heat transfer through the high speed of the superheated steam flow and also throw any droplets or particles of food back into layer 133, thereby preventing the food from coming into contact with any metallic surfaces that could char. In the present invention, the mixture 104 only contacts walls that are colder than itself; H. the walls are isolated from the steam by the mixture itself.
In order to maintain a uniform pressure in a manner to be described later, a line 147 leads from the chamber 132 into the control device G.
The upper chamber 130 is provided with a suitable steam outlet opening 148 which, through a pipe 149, transfers most of the steam to a gas-heated superheater 150 (Fig. 1A) for subsequent reuse. The superheater 150 is equipped with a gas burner 15 and a number of heat exchange tubes 152. A line 153 leads from an outlet line piece 154 of the top heater 150 to the inlet 128 of the product heater F. The returning steam enters the tubes 152 through an inlet line 155.
A steam discharge or expansion opening 156 ensures the outflow of an even, small amount of steam, as a result of which air and other undesired gases can be removed from the system, while a steam inlet 157 lets in a measured amount of the prepared steam.
In this way, the superheated steam is continuously circulated from the gas-heated upper heater 150 through the product heater F by means of the fan blades 145 and 141. The superheated steam exiting from the superheater 150 is driven tangentially into the chamber 132 by the rotating fan blades 145. The superheated steam circulated in this way in the chamber 132 brushes the surface of the mixture slowly moving down the walls 113 and 114 and quickly heats the continuously flowing product to the desired operating temperature.
After the steam has brushed the surface of the filling material and given off some of its heat, it is guided by the fan blades 141 through the chamber 130 into the line 149 to the inlet 155 and from there circulated again through the superheater 150. The steam, which has been reheated in this way, returns through the pipe 153 to the annular chamber 131, from where it is again driven tangentially into the filling material heating chamber 132.
Comments on the mode of operation of the fill material heater F
A particularly important feature of the product heating device F consists in the fact that the product is heated exclusively by superheated steam on an intermediate surface between the steam and the food 104.
Both the product and the steam are in motion, but the steam is not injected into the food. Steam and food do not mix. The contact with the steam takes place exclusively on the surface, and this fact distinguishes the present invention from all previous attempts to work with heating by steam, because in these attempts the filling material was always at least partially heated by mixing.
The superheated steam impinging on the slowly flowing liquid filling material hits the food with sufficient force to bring about an exchange between the surface of the food and the layer underneath, so that all or most of the liquid is exposed to the steam in order to achieve a heat transfer through the entire, liquid mass without the steam and product mixing with each other and without violent movement of the product.
Since the liquid also forms a relatively thin layer and the vapor is basically fed evenly into the chamber, a large liquid / gas contact surface ensures an optimal heat exchange.
It should be noted that the heat is applied to the flowing liquid product directly from the superheated vapor through a liquid / gas interface, without the use of a solid heat exchange surface. Burning is excluded, as this can only occur if the static part of a liquid is overheated on a solid heat exchange surface and adheres to it. In the heat exchange device of the present invention, the filling material itself insulates the walls 113 and 114 of the annular chamber 132 so that the temperature of these walls can never get so high that the solid components burn and stick to the metal surface.
Only at the upper edges of the liquid level does the vapor reach a small wall 158 in contact with the liquid, and here the overheating of the metal wall is prevented by the cooling channel 129.
The amount of heat transferred to the steam by the heating unit 150 can be kept sufficiently large to heat the liquid completely by transfer and not by any latent heat of condensation, at least with regard to the end effect. Because although part of the superheated vapor condenses in the cooler parts of the liquid, a corresponding amount of vapor is evaporated from the liquid.
The method of heat transfer can be better understood by considering what would happen when the liquid was heated by saturated steam at a temperature of 100 C.
Although the vapor would not mix with the liquid using the method, some of the vapor would condense and enter the liquid, increasing its total volume by dilution. All the heat transmitted by such condensation would come from the latent heat of condensation. However, if the steam is heated to any temperature above 100 C, part of the heat transfer occurs through the specific heat content of the steam applied to the liquid, while the remainder of the heat transfer still takes place by condensation.
If the steam is heated sufficiently and swirled up quickly enough, the entire useful heat of the steam can be transmitted by transmission, i.e. H. the heat transfer takes place through moving masses, in contrast to the heat transfer through stationary masses, which is called heat conduction. In previous methods, the heat was generally transferred through the metal walls of a heat exchanger by conduction, whereas in the present invention the heat is transferred by physical movement of masses of vapor against masses of liquid.
Through the use of heat transfer, the present method also differs from that method in which steam is mixed with the liquid and condensed in the liquid in order to achieve a transfer of the heat through the latent heat of condensation. In the present device, the heat transfer can take place either completely by latent heat of condensation or completely by thermal transfer, depending on the amount of heat which is imparted to the steam in the upper heater 150, the volume and the speed of the superheated steam hitting the surface of the liquid 104 , as well as the flow rate of the liquid itself.
If the heat imparted to the vapor is increased beyond the equilibrium point, the amount of vapor evaporated from the liquid will exceed that of the vapor condensed in the liquid. If condensation is desired, this condition will prevail. If balance is desired, it can be maintained. At the equilibrium point, the amount of heat imparted to the steam is just sufficient to keep condensation and evaporation in equilibrium. In operation, the steam leaving the superheater 150 is usually at a temperature of 480 to 650.degree.
The speed of rotation of the fan 135 is kept constant at 1750-1800 T / min or even 3600 T / min, but it can be accelerated to accelerate the rate of heat transfer by transfer or slowed down to achieve the opposite.
There are three main reasons for whirling up the superheated steam in the filling material heating chamber 132: 1. Preventing the mixing of steam and filling material and thus separating steam and filling material into two clearly different phases during the heating process: 2. Prevent the filling material from being sprayed onto the hot metal surfaces of the heating chamber 132, where it could char and fall back into the remaining filling material, which would cause a reduction in quality; 3. Prevent droplets or particles of food from being entrained by the steam circulated through the superheater 150.
Preventing the mixing of steam and product has already been discussed. As far as splashing is concerned, it must be avoided that even microscopic droplets of the product come into contact with the hot metal surfaces. The swirling, superheated steam picks up all the droplets that only emerge temporarily from the surface of the product and throws them back into the slowly flowing product mass through centrifugal force.
It is equally important to prevent even tiny droplets or particles of the food from being carried away by the outgoing steam, as these would burn in the gas-heated superheater and give the food a bad taste and smell due to the recirculating steam that escapes. For this reason, the steam flows back from the chamber 132 into the gas-heated superheater 150 from the center of the chamber 132, which is the vortex core of the rotating steam mass. As a result, any microscopic food particles are detached from the swirling steam mass by centrifugal force and no longer accompany the steam flow from the vortex core.
Extensive tests in which pea puree was continuously exposed to superheated steam in the temperature range from 425 to 540 C for a treatment period of eight hours gave the following results: not the slightest trace of burning, neither on the fan surfaces nor on the walls of the housing 110, still on lines 148 and 153, still in the superheater pipes 152.
Another very important feature is the means of preventing the burning and piling up of burnt, charred food pieces at the interfaces between the liquid and the metal surfaces 158. Since the filling material and the steam are kept in two different, clearly separated phases, there is necessarily a limit at which the filling material touches the hot, bare metal surface 158. Since the surface 158 is constantly covered with steam, it tends to reach the approximate steam temperature, whereas the metal surfaces 113 and 114 located below the filling material have a temperature which is lower than that of the filling material 104.
The filling material hitting the hot metal surfaces at these boundary points tends to burn on and quickly pile up in the form of a burnt-in mass, in order then to char under the action of the hot steam.
The centrifugal force of the superheated steam holds the edge of the filling material at the surface 158 close to the vertical wall 113. In order to prevent the filling material from burning, burning in and charring on the metal surface 158, a flow of cooling water is passed through the small, annular cooling channel 129. The cooling channel 129 acts as a barrier against the passage of heat from the superheated steam through the metal 158 to the edge of the filling material. By dissipating the heat from this narrow metal strip between the edge of the filling material and the overheated steam, the burning-in and burning-in of the filling material is completely prevented.
The cooled space between the metal surface 159 is kept wet at all times by steam condensate, and as a result the edge of the filling material, which normally causes problems, comes into contact with a wet surface instead of a hot, dry metal surface.
This cooling lock can also be constructed differently instead of the cooling channel 129. For example, a large cooling ring can be provided at the same point as the cooling channel 129, through which the filling material is pumped before it enters the distributor pipe 117. In this way, the product itself serves as a coolant, the cooling channel serving the dual purpose of preheating the product and cooling the metal surface at the boundary between the product and the superheated steam.
The manifold 117 rotates at a relatively low speed, preferably at 60 T / min. In the case of a housing with a normal diameter (e.g. B. 60 to 120 cm) the speed of rotation should not be higher than 80 tons / min, since tests have shown that the soft and sensitive solid components of the filling material are damaged and destroyed at higher speeds. Speeds below 30 T / min are also unsuitable, since they would cause the filling material to flow off irregularly along the walls 113 and 114 of the chamber 132.
This means that a slow rotation of the distributor spout 122 would cause the filling material 104 to flow down in waves on the metal surfaces 113 and 114, and the walls 113 and 114 would be practically dry between the individual waves. As a result, the metal surfaces were heated by direct contact with the superheated steam between cycles of the dispenser. The product manifold 122 should rotate fast enough to keep the metal surfaces 113 and 114 wet and sufficiently covered with the product 104 to prevent heating of the metal through direct contact with the steam.
In this way, the temperature of the metal surfaces 113 and 114 is always lower than that of the flow of filling material in contact with them, so that the filling material cannot burn or stick to the metal surfaces.
It was demonstrated in practical tests that the temperature of the metal surfaces 113 and 114 is always lower than that of the filling material 104 flowing along them. For this purpose, three thermocouples were attached to the outer surfaces of the housing walls by silver soldering: one element at the center of the vertical wall 113, the second at the center of the sloping wall 114 and the third at the bottom of the sloping wall 114, close to the outlet 115. At a rotation speed of 77 T / min of the product distributor 122 in a chamber 130 with a maximum diameter of 35.5 cm, a puree of half peas with a continuous output of 22 l / min was made from the at a temperature of 85 to 89 C. Distribution spout 122 dispensed.
At a temperature of the superheated steam in chamber 132 of approx. 340 Celsius and a pressure of 4.35 to 5.55 atmospheres, the measurement on the thermocouples for the temperature of the metal surfaces under the flowing paste gave the following values: at the center of the metal surface 113: 99 to 103 ° C, at the center of the metal surface 114 : 131 to 132 C and at the bottom of the chamber: 140 to 142 C. The pulp itself reached a final temperature in the range of 143 to 145 C. at exit 115.
Temperature ¯ and pressure regulation of the heater F (Fig. IA and 8)
The amount of heat imparted to the steam as it flows through the superheater 150 can be controlled by the temperature of the heated filling material; H. by a temperature-sensitive element 160, which is arranged between the control device G and the constant temperature device I. The temperature measured by this element 160 is preferably transmitted to a temperature registration and monitoring device 161 of a suitable type.
The monitoring device 161 can control the amount of the gas-air mixture supplied to the gas burner 151 by means of compressed air transmission. The compressed air, the pressure of which is kept at a constant value by the regulating valve 162, is fed to the monitoring device 161, which varies this pressure in accordance with the temperature measured by the element 160.
The compressed air is then passed through a pipe 163 into the diaphragm chamber 164 of a diaphragm-operated wing valve 165. Air supplied under pressure by a blower (not shown) flows through valve 165 into a mixing chamber 166; the pressure of this air acts on a second diaphragm-operated valve 167, whereby the supply of fuel is regulated.
The valve 167 ensures that the amount of fuel supplied to the mixing chamber 166 through the fuel supply line 168 always remains in a constant ratio to the amount of air supplied to the mixing chamber 166. A mixing valve 196 is used to set this ratio.
The amount of the fuel-air mixture fed to the burner 151 is regulated in this way so that the measuring element 160 has a constant product temperature.
The pressure can also be regulated in the same way. A pressure pipe 170 can supply the pressure prevailing in the chamber 132 to a pressure display and monitoring device 171. Air, the constant pressure of which is determined by a regulating valve 172, enters the monitoring device 171, where the pressure of this air is varied according to the pressure changes in the pipe 170. This air signal then passes through a pipe 173 to the diaphragm chamber 174 of the valve 175 which is not actuated by a lever. The valve 175 controls the pressurized steam coming from a suitable source through the pipe 176 through the steam inlet 157 into the conduit 148 which leads through the input manifold 155 into the superheater.
As already noted, a certain amount of steam (along with air, etc. ) constantly expelled from the system through opening 156; this causes the pressure in chamber 132 to drop unless more steam is supplied through inlet 157. The pressure monitor 171 ensures that the correct amount of steam is introduced to keep the pressure exactly at the desired level.
The amount of heat imparted to the filling material 104 flowing continuously through the heater F is determined by a combination of conditions, the most important of which are the following:
1. The temperature of the superheated steam in contact with the surface of the filling material 104.
2. The extent of the area of the filling material 104 that is in contact with the superheated steam.
3. The speed of the swirling, superheated steam that is in contact with the surface of the filling material 104.
4th The speed at which the filling material 104 flows through the filling material heating device F.
5. The thickness of the layer 133 formed by the filling material 104, which is exposed to the superheated steam as it flows down the walls 113 and 114.
6th The pressure of the superheated steam in the heating chamber 132.
When the heater F is in operation, the filling material is injected into the control device G and into those parts of the constant temperature device I which are arranged above the control device G if the pressure of the superheated steam is not equal to or greater than the evaporator Fung pressure, which corresponds to the average temperature of the filling material 104 measured at the temperature measuring element 160. The pressure in the heater F is therefore set and kept at a predetermined value by the pressure monitoring device 171, which is equal to or greater than the evaporation pressure of the filling material in the devices G and I.
If the filling material is to be heated to a temperature of 143 C, for example, this temperature being registered by the measuring element 160 and automatically maintained by the monitoring device 161, the pressure monitoring device 171 is set so that a pressure of approx. 3, 5 atm in the heater F and in the control device G is maintained. At a temperature of 143 C, the evaporation pressure of the product is around 3 atmospheres, and it has been determined that an overpressure of approx. 0.5 atm is sufficient to prevent the product from being sprayed on.
A slight decrease in temperature of the filling material 104 flowing along the measuring element 160 causes an increase in heat in the gas burner 151 and a corresponding increase in the temperature of the superheated steam, whereby the temperature of the filling material 104 is brought back to the desired value.
When the pressure in the heating chamber 132 decreases and approaches the evaporation pressure of the filling material 104 at the corresponding operating temperature, the amount of steam condensing in the filling material 104 decreases. If, for example, the temperature monitoring device 161 is set in such a way that it keeps the temperature of the product 104 flowing along the measuring element 160 constant at 143 C and if the pressure monitoring device 171 is set in such a way that it keeps the pressure constant at 3 atm, the temperature monitoring device 161 The compressed air signal sent to valve 165 causes the air / gas mixture to be supplied to burner 151 to increase,
until the amount of steam condensing in the filling material 104 is exactly the same as the amount of steam that has evaporated from the filling material 104 and continuously escaping from the outlet opening 156. If this equilibrium is reached, the amount of steam let through the steam inlet 157 by the pressure monitoring device 171 is exactly the same size as the amount of steam emerging from the outlet opening 156.
If the pressure monitoring device 171 would be set to a pressure below the evaporation pressure value of the filling material 104 while maintaining the temperature of 143 C. Thus, no more steam would be admitted from the pressure monitoring device 171 through the inlet 157, and the outflow of the steam through the opening 156 would reduce the pressure prevailing in the chamber 132, whereupon the filling material 104 would spray.
The product would be cooled by spraying it on.
The temperature measuring element 160 now has the effect that more heat is supplied from the superheater 150 until equilibrium is restored. In this way, the temperature monitoring system automatically not only ensures the supply of the material for heating the filling material 104 to the operating temperature (e.g. B. 143 Celsius), but also compensates for the loss of steam that emerges from the outlet opening 156. In this mode of operation, there is no longer any spraying of the filling material 104.
The control device G (Fig. IA, 8, 10 and 11)
The food flows from the heater F through heat-insulated devices to the cooling tube J. For the sake of simplicity, the isolation 177 is not shown in all parts in the figures. The line 115 leads from the heating chamber 132 to the control device G, which has a housing 180 forming a float chamber 181. Projecting from the cover of the float chamber 181 is a shaft 182 driven by a suitable motor such as motor 120, on which a float 183 is slidably mounted.
At the lower end of the shaft 182 there is a hollow screw 184, which is identical in construction and mode of operation to the screw 97 in the mixing device D and also serves exactly the same purpose, i.e. H. ensuring an even delivery of the product mix. This screw 184 is also formed with a tip 98, which prevents bridging over the outlet 185 and the crushing, pulping and damage of the solid parts.
The float 183 is slidably mounted on the shaft 182. The function of the shaft 182 with respect to the float, however, is merely that of a guide to maintain the float 183 in proper alignment along the longitudinal diameter of the chamber. A lever 186 attached to the float 183 is connected to the piston 187 of a needle valve via a linkage 188 and a crank 189.
The needle valve 187 is used to throttle a constant, pressurized (e.g. 1, 4 atm) air flow which flows out of a pneumatic line 190 and is used to control the motor H at a variable speed, which drives the pump E. When the liquid level in the float chamber 181 rises, the outlet passage 191 leading to an outlet opening 192 is enlarged, as a result of which the pressure in a chamber 193 in front of the outlet 192 is reduced.
This pressure reduction causes a reduction in the pressure in a line 194, which in turn increases the pressure in a pneumatic amplifier 195 (see Fig. 1A and 2), such as a Varitrol device, which latter slows down the speed of the motor H driving the pump E and the dosing and blanching unit C. The float 42 also acts on the butterfly valve 54 to regulate the liquid level, so that the liquid is also dosed in order to obtain the selected proportion of the solid and liquid components. In this way there is a mutual interaction of the different parts of the system.
In this context, it should be pointed out that the reason for a rise in the liquid level in the chamber 181 and thus also in the float 183 is either that the pump E is either moving the filling material too quickly or that the filling unit K delivers the product more slowly than the normal set output.
Normally, the liquid level in the float chamber 181 is constant.
A calibrated liquid level indicator 178 can also be operated by the float 183 and makes it easier to set the correct liquid level in the chamber 181. The liquid level in the float chamber 181 should always be high enough to prevent the vapor from escaping into the constant temperature device I and into the cooling device J. However, the liquid level should also not be below the point at which the line 115 opens into the chamber 181, so that no steam can escape from the chamber 132 through the chamber 181 and the pressure equalization line 147, which would disrupt the steam circulation and burn the contents on and at the swimmer 183.
On the other hand, the liquid level should never rise so much that the heated filling material could flow back into the housing 110.
The pressure equalization line 147 maintains the pressure in the chamber 181 at the same value as in the chamber 132, so that the level of the float 183 is not influenced by pressure differences. The line 147 is not only used to convey steam, but is only used to equalize pressure. The steam in the chamber 181 is saturated and basically has the same temperature as the filling material 104 in the chamber 181. It was found that this arrangement prevents the filling material from burning on the float 183 and on the housing 180.
The constant temperature device 1 (Fig. IB)
From the outlet 185, the liquid passes into the constant temperature device I, by means of which it is kept at the desired temperature for a time sufficient to end the sterilization, this time being from a few seconds to a minute. The larger the solid constituents, the longer it takes for the heat to penetrate completely into these solid parts at the constant temperature. For homogeneous liquids, such as pea cream soup, 8 to 10 seconds are sufficient at a temperature of approx. 141 C.
Vegetable soup with approx. Experience has shown that pieces of 1 cm in size require 38 seconds at a temperature of 143 C for complete sterilization.
The device I can consist of an insulated pipe 196, the diameter of which must be large enough to avoid damage to the solid constituents of the flowing filling material, and which must be long enough to ensure the desired warming time, while the filling material is through the The pressure prevailing in the heating chamber 132 is moved continuously through the line 196, namely at a speed which is high enough to maintain the mixing ratio of the filling material without damaging the fixed parts. The sterilization is now complete.
The cooling device J
The liquid then passes into the cooling pipe line J, which is provided with a water jacket 197 having an inlet valve 198 and an outlet valve 199, these valves enabling the cooling line to be emptied during the sterilization at the beginning of the work process. From there, the mixture passes through a pipe 200 to the filling device K. A valve 201, to which an emptying line 202 provided with a counter-pressure valve 203 is fastened, is arranged immediately before the inlet into the filling device K. Immediately after the valve 201 there is a second valve 204 which can be used to let in steam from a line 205 during the pre-sterilization of the system.
The container sterilization (Fig. IB)
In the meantime, the containers M have been sterilized in a suitable sterilization device, as is generally customary in practice. The sterile containers M can now be fed into the filling device K by means of a star wheel 207 via a sterile passage 206.
Brief, general description of the filling device K (Fig. IB and 14-16)
The filling device K shown in the figures generally consists of an immovable main frame 210 and a rotatable device 211 which is carried by the frame 210 and cooperates with this to form a chamber 212 in which, by introducing a continuous stream of steam from the container sterilizer L and passage 206 aseptic conditions are maintained. The pre-sterilized, empty cans M or other suitable containers are fed from the container sterilizer L through the closed, aseptic passage 206 and via the star wheel 207.
The star wheel 207 conveys one empty can M one after the other into the chamber 212 through an inlet opening 213. Each can M is guided along a fixed circular path 214 (which is carried by the frame 212) and is located under a pouring opening 215 during the entire process (Fig. 15). The can M describes a path of approximately 270 degrees on the circular path 214 and is pulled out at the opening 216 as a filled can N by a star wheel 217 or by the hooks of a conveyor chain and fed into the closing machine P via the conveyor belt O, both Both the conveyor belt and the closing machine are kept in a sterile atmosphere.
The frame 210 of the filling device (mainly Fig. 14)
The immovable frame 210 can have suitable supports 220 by means of which the filling device K is held at a distance above the floor. The supports 220 carry a base 221, which receives the remaining part of the frame 210 with a central, vertical, fixed tube 222 and a number of upright rods 223 arranged at certain intervals around the filling device K.
The base 221 also carries an annular gear housing element 224 which has an upwardly directed bearing projection 225. Rigidly attached to the outer edge of the projection 225, a support cross 226 provided with an annular rim 227 is arranged, with a cam track 228, the function of which will be explained later. The rim 227 further supports the can circular path 240 on a series of supports 229.
Rotation of the housing 211 and the star wheels
207 and 217 (Fig. 14-16)
The rotating device or the rotating head 211 consists of an upper hub 230 which is connected to a rotatable, vertically mounted hollow shaft 231, which in turn is rotatably mounted about the tube 222. Suitable bearings and liquid sealants may be provided along the shaft 231, and the shaft is provided with a bevel gear 232, preferably installed between the gear box 224 and the base 221, near its lower end. The transmission 232 can be driven by a further bevel gear 233 arranged on a shaft 234. The shaft 234 is arranged at right angles to the shaft 231 and is driven by a suitable motor 235 which also drives the closing machine P.
In this way, rotation of shaft 234 causes device 211 to rotate. The drive shaft 234 can also actuate the star wheel 207 via gears 236 and 237 and via the star wheel shaft 238. The star wheel 217 can also be driven by this shaft in the same way.
The hub 230 has a lower, sleeve-like part 240 fitted onto the shaft 231 and an upper flange 241. A ring 242, which receives a support cross 243, is fastened around the sleeve-like TeR 240. The support cross 243 is surrounded by an annular ring 244 provided with openings 245, into which openings liners 246 are inserted. Within the cans 246, short shafts 247 are rotatably mounted, at the upper ends of which fingers 250 are attached for holding the cans.
These fingers hold the cans M firmly and move them along the circular path 214, each can coming to stand exactly under a filling material spout 215. At the lower end of each shaft 247 there is attached a crank arm 251 by which a cam roller 252 is rotatably supported.
The cam rollers 252 are in engagement with the cam track 228, which is basically circular, but has a flattened part 253 near the end 216 of the can filling track. The purpose of this flattened part 253 is to slow down the movement of the filled cans N somewhat as they reach the exit 216 in order to ensure a smooth transition onto the star wheel. At all other locations on the can track, fingers 250 press firmly against the cans and move them forward at a constant speed.
The fingers 250 pick up the cans M from the star wheel 206 and convey them through the filling device K between a stationary guide rail 258 and a moving guide ring 259, the cans always being located exactly under the pouring openings 215. The cam track 228 has the effect that the fingers 250 only relax in their gripping action when the openings 215 are closed and when the filled cans N approach the exit opening 216 of the filling device.
The hub flange 241 carries the pouring openings 215, whereby their synchronization with the fingers 250 is ensured. The flange also carries a dome-shaped, upper housing 254, which is closed by a sealed cover 255 and thus forms the sealed chamber 256. The housing 254 and a block 247 arranged on the flange 241 together each carry a filling cylinder 260 belonging to a set.
The filling cylinders 260 and their pistons 270 (Fig. 14 and 15)
The radially directed cylinders 260, provided in any suitable number, are horizontally and symmetrically arranged about a center 261 of the housing 254, about which the device 211 rotates.
The inner end 262 of each cylinder 260, viewed in the longitudinal direction, opens into the chamber 256, which contains an aseptic medium during the entire working process. The longitudinal outer end 263 of each cylinder 260 is closed by the block 257, with the exception of an inlet opening 264 and an outlet opening 265, which are preferably located on the upper part of the cylinder. The inlet opening 264, which is deeper than the outlet opening, communicates with an inlet channel 266, which leads from top to bottom within the block 257 to the inlet 264, while an outlet channel 267 in the block 257 leads from the outlet 265 down to the spout 215.
A piston 270 reciprocates in each cylinder 260. The cylinder 260 and piston 270 are preferably made of stainless steel and are ground in order to allow the use of the smallest possible tolerances and to avoid unnecessary wear.
In order to prevent leakage losses between the piston 270 and the cylinder 260, an O-ring 271 is preferably arranged close to the outer end of the piston 270.
At the opposite end of the piston 270, a polytetrafluoroethylene anti-friction ring 272, preferably made of Teflon (registered trademark), is provided to prevent the walls of the cylinder 260 and piston 270 from being abraded or chafed, which would be the case if the two were in motion Metal surfaces would touch each other. This design feature is particularly important because it has been established in extensive tests and thorough tests that stainless steel and even highly polished, chrome-plated surfaces cannot be moved in close contact with each other and with food without being excessively abraded and abraded, which in In practice, maintenance costs are prohibitively high.
In the present device, pistons 270 are effectively supported at one end by O-rings 271 and at the other end by Teflon® wear strips 272. A suitable Teflon wear band 272 can, for example, have a thickness of 1.6 mm and a width of 9.5 mm and is inserted in a 1.2 mm deep groove 273 which surrounds the crank-side end of the piston 270 at a distance of approx . 3.2mm from the end.
The Teflon tape 272 preferably does not form a closed ring, but consists of a strip cut from a 1.6 mm thick and 9.5 mm wide piece of Teflon, the length of which is slightly less than the circumference of the piston. The ends of the Teflon® tape 272 need not be in contact with one another to form a seal. It is even better if the space between the O-ring 271 and the Teflon tape 272 is not tightly sealed, otherwise an upper pressure could be exerted on the O-ring 271.
The radially outer end 274 of the piston 270 is preferably concave in order to avoid crushing the solid components. This end is opposite the outer end wall 263 of the cylinder 260 and is withdrawn to introduce a measured quantity of the food 104 into the cylinder 260 and then moves against the wall again to dispense the metered amount again. For this purpose, each piston 270 is freely rotatably connected to a rod 275 by means of a pin 276; and all of the rods 275 of all of the pistons 270 are rotatably mounted on a crank ring 280 by means of crank pins 277.
The crank ring 280 is mounted on a fixed crankshaft 281, which is arranged eccentrically with respect to the center 261 of the rotating device 211. All pistons 270 have the same stroke, which corresponds to twice the eccentricity of the crankshaft 281. In order to be able to vary the length of the stroke, the eccentricity is adjustable. For this purpose, the crankshaft 281 is attached as follows (see Fig. 21): at the upper end of the fixed shaft 222, a block 272 is fixedly mounted, which is designed so that it forms a guide channel 283 in and along which a block 284 is slidably movable. The crankshaft 281. is bolted to this movable block 284.
The lower end of this block 284 is provided with a toothed rack 285 which engages a gear 286 which is mounted in the fixed block 282 and is operated by placing a handle on the flattened end 287 of a shaft. Block 284 is normally held in its fixed position by a cover plate 288 which in turn is secured to stationary block 282 by screws 289 and is slotted 290 so that crankshaft 281 and block 284 move with respect to block 282 and the top plate 288 can move.
After removing the cover 255, the screws 289 can be loosened and a handle can be attached to the wedged end 287 in order to operate the gear 286 and thus also the rack 285 and the block 284, the block 284 taking the crankshaft 281 with it. The block 284 may have a tendency to wedge itself into the groove 283; therefore, a cam 291 can be provided in a groove 292 in block 282; the cam 291 can be actuated by applying a handle or a key to the correspondingly machined end of the associated shaft 293.
The change in the eccentricity of the fixed crankshaft 281 carried out in this way changes the filling capacity of the cylinders 260 because this process increases or decreases the stroke of the piston 270 by a value that corresponds to twice the movement of the block 284 .
The fill line 200 and the distribution line 300 (Fig. 14)
The food intended for the filling device K arrives from a pipe 200 to a distribution line 300, which can be rotatably attached to the end of the line 200 by means of an anti-friction bearing 301, with any leakage being avoided by an O-ring seal 302. The upper end of the distribution line 300 can consist of a relatively simple, sleeve-like pipe piece 303, which surrounds the lower end of the pipe 200, while a lower end piece 304 of the distribution line 300 has a series of outlet openings 305, each of which is connected to a filling line 306 which in turn leads to a filling cylinder 260 each.
It should be mentioned here that all connections of the various pipes and lines are preferably made with clamping rings 307 of a known type, which can be easily sterilized and the inside of which, once sterilized, remains sterile.
The inlet valves 310 (Fig. 18 to 20)
Each line 306 is connected to the inlet pipe section 309 of an inlet valve 310 via an elbow 308. The inlet valve 310 is embedded in the block 257 and consists of a ball 311 through which a passage 312 passes and which has a guide pin 313 which, by its rotation, turns the ball 311 through 90 degrees between an open and a closed position. The pin 313 protrudes through a bushing 314 which is provided with one or more O-rings 315, the sealing effect of which permanently maintains the sterility within the valve 310.
The ball 311 is preferably held between two horizontal valve seats 316, advantageously made of Teflon, which are sealed with O-rings 317 made of synthetic rubber. The O-ring 317 is thicker than the depth of the groove 319 in which it is inserted, but thinner than its width. The 0-ring 317 thus fulfills a double purpose: 1. it forms a seal between the valve seat 316 and the flat metal surface 320, 321, 322 and 323 and exercises 2. exerts a pressure on the valve seats 316 so that the spherically concave parts of the valve seats 316 are pressed tightly against the convex surface of the bare metal ball 311. A game is provided between the metal parts 320, 321 and the valve seats 316 made of Teflon.
Clearance is also provided between the valve seats 316 and the side walls 322 and 323 arranged on each side of these valve seats 316.
Therefore the valve seats and the O-rings are slidably movable with respect to the metal parts 320 and 321 between the walls 322 and 323 so as to effect the self-adjustment of the valve seats 316 with respect to the ball 311. The ball 311 thus floats between the two valve seats 316, which in turn are slidably arranged between two parallel, polished metal holding surfaces; the ball is therefore held rigidly neither by the actuating pin 313 nor by any other organ. Further characteristics of this valve 310 will be discussed later in connection with the discussion of the valve 500 of Fig. 12 to 17 explained.
A passage 318 leads from the outlet side of the ball passage 312 into the cylinder inlet line 266. When the valve 310 is open, the food 104, which may be a liquid containing solids, flows freely from the line 200 through the manifold 300, the tubes 306, the valve 310 and the passage 266 into the cylinder 260.
At no point all the way from conduit 200 to cylinder 260 are the solid constituents exposed to any undue friction which could break them apart. You cannot get caught anywhere on the valve 310 and in no way impair the function of the valve.
The outlet valve 325 (Fig. 18 to 20)
The outlet valve 325 is of the same construction as the valve 310. It is connected to the cylinder outlet 265 via the line 267 and to the dispensing or outlet opening 215 via the dispensing passage 226.
The valve 325 has the same internal structure as the inlet valve 310 and is rotated by a pin 327 between open and closed positions.
Actuating and synchronizing device for valves 310 and 325 (Fig. 17)
Valves 310 and 325 are opened and closed by the same type of device. A basically triangular cam lever 330 is mounted on each outer end of each pin 313 of the intake valves, and all pins 327 of the exhaust valves are provided with the same cam lever 331. Each cam lever or valve actuator 330 and 331 has beveled or curved cam surfaces 332 and 333. Brackets 335 are fastened to a pair of supports 223 protruding from the base 221 of the main frame 210 in such a way that they can be adjusted both in the vertical direction and radially by means of adjusting screws 336.
Each bracket 335 carries two shafts 337, on each of which one of four cam actuating rollers 340, 341, 342 and 343 is mounted.
The roller 340 is located immediately above the entrance 213 of the empty cans; it engages the upper Nok kenfläche 323 of the cam lever 330 of the intake valve and thereby causes the rotation of the pin 313, whereby the intake valve 310 is rotated from an open to a closed position when the cam lever 330 is operated by the roller 340. In the same way, the roller 341 is arranged close to the exit opening 216 for the filled cans, but in a lower position than the roller 340; it engages the lower cam surface 333 of the intake valve cam lever 330 and moves the intake valve 310 from the closed to the open position.
The roller 342 is the same as the roller 340 and is arranged immediately after it; it engages the upper cam surface 332 of the cam lever 331 and moves the exhaust valve 325 from the open to the closed position immediately after the intake valve 301 is closed. Roller 343 is the same as roller 341; it is arranged to engage the lower cam surface 333 of the cam lever 331 of the exhaust valve 325 to move the exhaust valve 325 from the open position to the closed position just before the intake valve 310 is opened.
Since the shafts 337 of the cam rollers 341 and 343 are immovable during the actuation of the device, they are set to a suitable position in order to ensure synchronization with respect to the fixed crankshaft 281. This synchronization, once achieved, remains unchanged, regardless of the distance between crankshaft 281 and center 261. The initial adjustment can be carried out by means of the bracket 335 without difficulty.
The bracket 335 of the rollers 340 and 342 is rigidly mounted on a sleeve 344 which is rotatably arranged on the carrier 223. In this way, the cam rollers 340 and 342 can be pivoted outwards into a position of rest. This movement is carried out by a safety lever 345 which is likewise rigidly attached to the collar 344 and which prevents the dispensing of filling material if there is no can under the spout in question. The lever 345 is rotatably connected to a linkage 346, which in turn is rotatably connected to a curved arm 347. The arm 347, mounted on a pivot 348, is arranged immediately below the guide rail 258 and normally parallel to it. A spring 349 urges the arm 347 into a position within the guide rail 258.
When the empty cans M are brought onto the track 214 by the star wheel 207 and guided along this track 214 by the fingers 250, the lower part of the can wall presses against the arm 347 and pivots the arm 345 outwards, whereby the bracket 335 inwards is moved against the valve operating levers 330 and 331. However, if there is no can under an outlet 215, the spring 349 swings the rollers 340 and 341 out of the working position so that they cannot engage in the actuating levers 330 and 331 of the valves. No filling material is therefore discharged from the cylinder 260 if there is no can under the outlet opening 215. As a result of the movement of the piston 260, the filling material is only temporarily conveyed back through the pipe 306 into another cylinder, so that no damage occurs.
Since the inlet valve 310 remains open, the uncompressed fluid cannot damage the cylinders 260 and their associated parts. If no doses are fed to the filling device K for a certain period of time, the float 183 of the control device G acts on the pump E and the metering devices B and C in the manner already described.
The filling cycle (Fig. 15 to 17)
The filling cycle can best be described with the aid of Fig. 15 to 17 understand. If you start with the left side of the figure, you can see that the outlet valve 325 has just closed and the can N has just been filled. The cam roller 343 closing the outlet valve 325 is arranged in such a way that it engages in the cam lever 331 and the outlet valve 325 closes just when the piston 270 reaches the outer limit of its stroke. It is understood that this point in time is not influenced by the setting of the crankshaft 281 towards the center 261 or away from it.
Since the cylinder outlet opening 265 is arranged at the upper end of the cylinder 260, the filling material exiting through the outlet valve 325 is controlled by the piston 270 so that it cannot flow out in an uncontrolled manner, as would be the case if the cylinder outlet opening 265 at the bottom of the cylinder 260 would be arranged. In addition, due to the aforementioned arrangement of the outlet opening 265 at the upper end of the cylinder 260, any amount of air or gas enclosed in the filling material 104 is expelled. If, on the other hand, the outlet 265 were on the floor, the accumulated amount of air or gas could not flow out, but would be exposed to pressure within the cylinder 260 and expand with the outlet valve 325 open, so that the filling material 104 would squirt out of the can.
The amount of air or gas accumulated in this way would also impair the accuracy of the filling process.
As soon as the roller 343 has caused the outlet valve 325 to close by the cam lever 331, the roller 342 causes the inlet valve 310 to open by the cam lever 330 and thus enables the pressurized filling material 104 to flow into the cylinder 260. At this point in time, the radially inwardly directed movement of the piston 270, which has already begun, continues until it reaches the inner stroke limitation and thereby doses a certain amount of food.
Exactly at the moment when the piston 270 reaches the inner limit of its stroke (dead center or crank center), the inlet valve 310 is closed by the cam lever 330 which is in engagement with the roller 340, provided that there is an empty can M under the outlet opening 215 is located, and thus the corresponding food quantum is measured exactly. During this input cycle, the piston 270 was only moved by the action of the crankshaft 281 on the linkage 275, so that the pressure of the liquid flowing into the cylinder 260 does not affect the piston 270, and the counterpressure of the filling material 104 in the line is reversed 200 is not influenced by the movement of the piston 270.
Closing the valve 310 also has no influence on the counterpressure of the filling material 104 in the line 200.
As soon as the inlet valve 310 is closed, the roller 342, which is in engagement with the cam lever 331, causes the outlet valve 325 to open, whereby the filling material in the cylinder 260 is discharged into the container M through the piston 270. It should be noted that the inlet valve 310 is closed when an empty can M has entered the inlet cycle through the inlet 213, so that this empty can is already positioned to receive the contents of the cylinder 260.
It should also be pointed out that the filled can N leaves the circular path only after the valve 325 has been closed, so that it can still catch any drops that may occur, although thanks to the ball valve 311, which has self-adjusting Teflon valve seats 316 and O-rings 317 made of rubber normally no dripping occurs. The O-rings 317 form a seal between the Teflon valve seats 316 and the metal surfaces 320 and 321 and at the same time exert the necessary pressure to prevent any loss between the ball valve 311 and the valve seats 316.
In addition, the outlet valve 325 is intentionally arranged as close as possible to the bottom of the valve block 257, so that the distance between the valve 325 and the dispensing opening 215 is short and the possibility of droplet formation is reduced to a minimum thanks to the small surface area.
Maintenance of sterility in the ring-shaped can filling chamber 212 (A bb. 14)
During filling, the cans M are kept in the chamber 212 in a sterile atmosphere. This chamber is formed by the stationary circular can path 214, by a vertical, annular wall 350 attached to this circular path 214, by the rotating flange 241 and by a vertical, annular wall 351 protruding from the flange 241 and attached to it. The wall 351 is connected to a further flange 352 which is fastened to the rim 244. The wall 351 is provided with a number of short slots 353 which allow the fingers 250 to pivot.
Instead of rotary seals, it was preferred to leave a small space through which only small amounts of steam can escape. In this way, there is a small loss of sterile vapor or gas in the slots 353, a greater loss in the clearance 354 between the flange 352 and the circular can path 214, and a further loss in the clearance 355 between the wall 350 and a groove 356 on the flange 341. These margins help to maintain atmospheric pressure during the filling process, even when steam or other sterile gas is introduced into chamber 212 through star wheel chamber 207. The steam exit from the chamber 212 also prevents bacteria from penetrating into this germ-free chamber 212 together with the outside air.
Maintaining the sterility of chamber 256 during the working process (Fig. 14)
A germ-free medium, such as cold, sterilized water or saturated steam, is kept under low pressure in the chamber 256 while the device is in use. Since the food 104 itself is throat-free, this means that the cylinder 260 comes into contact exclusively and during the entire process with sterile media located on both sides of the piston 270. The O-ring 271 of the piston 270 prevents any mixing of the two liquids.
If the product 104 is to be encapsulated at a temperature of 30 to 40 C, sterile water is to be preferred to saturated steam, since this does not heat the contents. Should be approx. 90 C are filled, steam is preferable, as this cannot cool the product down.
Sterilization device for chamber 256 of filling device K (Fig. 14)
Within the line 220, a stationary pipe 260 leads continuously upwards, where it is screwed to a pipe section 361. This tube 360 serves to supply the chamber 256 and the inner end of the cylinder 256, seen radially, first with sterilizing steam and then with sterile water. The pipe 360 is connected via a pipe 362 to a container 363 which contains normally sterile water and is provided with a jacket 364 which normally contains cold water, this water being supplied and discharged through the lines 365 and 366.
An inlet shut-off valve 367, an outlet valve 368 with an outlet line 369 are also provided. The upper part of the container 363 is connected via a line 370 to a suitable steam source which has the necessary temperature and pressure regulating devices 371. In order to discharge the condensate from the chamber 256 during the pre-sterilization process, this is provided with a drain valve 372 at the bottom.
The processes following the waste (Fig. IB)
The filled cans N are further treated in closed, sterile chambers until they are closed. Via a conveyor system O, they pass through a sterile chamber 380 into the closing machine P. In the meantime, lids 381 are placed in a suitable storage unit 382 and placed in a lid sterilizer Q of any suitable type. From there, the sterile lids 381 reach the closing machine P. The closing machine P works like any other normal sterile machine and closes lid 381 and cans N tightly with one another. Since there is no later cooking process, everything must be sterile at this point.
All inner surfaces of the closing machine P, which can come into contact in any way either with the filled, sterile cans N or with the sterile lids 381, are kept in a sterile state by the outward flowing, sterile gas or steam stream. The closing machine P is then provided with an outlet through which steam flows out in order to maintain the sterility and through which the closed cans R leave the sterile canning system on the conveyor belt S, from where the cans R are fed to a washing, labeling and packing system will.
A variant 400 of the product heating device (Fig. 12 and 13)
To explain how the product heating device can be modified, Fig. 12 and 13 show a variant 400 of the fill material heater. A housing 401 consists of a funnel-like lower part 402, a short, cylindrical, upper wall 403 and an upper end cover 404, which together form a heating chamber 405. The product outlet 406 can be the same as the outlet 115 and the rotatable inlet pipe 407 is also the same as the pipe 117 and likewise has an upper inclined part 408 and a spout 409.
However, the steam is heated and introduced in a different way; it is not circulated and heats the product mainly through latent heat of condensation. A steam inlet pipe 410 leads into a central distributor piece 411 from which a number of pipes 412 protrude radially. A nozzle 413 arranged at the outer end of each tube 412 directs the steam flow in the plane of the tubes 412 perpendicular to the radius of the chamber and thereby gives the steam a swirling motion. A cooling channel 414 filled with cold water keeps the interfaces cool in the manner already described.
A steam outlet 415 allows a small, constant amount of steam to flow out of the center of the chamber 405, which then exits via the pipe 416 through an outlet 417 provided with an opening that keeps the steam flow constant. A pressure equalization line 418 connects the pipe 416 to the control device G.
Steam escapes from a steam boiler (usually at a temperature of approx. 175 to 180 C, depending on the boiler pressure) through a line 420 into the system, whereby part of this steam is branched off under full boiler pressure through a heating jacket 421, and the other part flows through a manually operated valve 424 under low pressure. A temperature monitoring device 423 (same as the monitoring device 161) is equipped with a temperature-sensitive element 424 arranged in the outlet of the control device G and controls a valve 425, which in turn regulates the pressure of the steam fed through the jacketed inlet line 410.
In this way, some of the high pressure steam in jacket 421 is used to superheat the remainder of the steam that is supplied to inlet conduit 410 under regulated low pressure.
As far as the heating process is concerned, the one shown in Fig. 12 and 13 in principle in a very similar way to the unit of Fig. 8 and 9.
The swirling steam heats the food on the contact surfaces without the steam mixing with the food. However, since the steam has a relatively low temperature, for example 175 to 180 C, it will for the most part condense on the surface of the food and heat it up mainly through latent heat of condensation. This distinguishes this process from the application of equilibrium or evaporation conditions, which are used in the heating device of Fig. 8 can be achieved. Although condensation and dilution occur, the condensate settles on the surface of the product without mixing with it beforehand and without moving it violently.
Operation of the device of Figures 1 to 31 Stage I pre-sterilization of the system
Before the filling goods can be conveyed through the aseptic canning system, this system must first be treated in such a way that the corresponding parts become sterile. In this process, no solid components are added; H. the conveyor belt 62 is not operated. The valve 34 leading to the line 33 is closed and tap water is introduced into the system through the pipes 35, 36, the float chamber 51, the line 45, the funnel 90 and the pump E, and the pump E conveys it through line 105 and the Inlet pipe 117 into the product heating device F.
The steam superheater 150 is put into operation, and superheated steam, for example at a temperature of 425 to 650 C, is under a pressure of e.g. B. 3 to 3, 5 atm through the inlet 128 into the housing I 10 introduced. There it is swirled by the fan blades and the baffles 146 forced into the chamber 132, where it brings the tap water to a temperature of approx. 143 to 150 ° C. and then circulated again by the fan blades 141 through the outlet pipe 148.
The inside of the heater housing 110 is sterilized very quickly by the action of the heated water and steam. The pressurized hot water flows into the line 115 and from there into the swimming chamber 181, which is kept under the same pressure as the chamber 132 through the line 147.
In this way, line 115 and float chamber 181 are sterilized.
At this point the water jacket 197 is empty. because its inlet valve 198 is closed and its outlet 199 is open. Therefore, the hot water flows from the heater F through the devices I and J and sterilizes them. The water continues its way through the line 200 to the valve 201, from where it flows out through the drain 202 and the counter pressure valve 203, whereby the sterilization is complete up to this point.
In the meantime, a superheated steam stream having a temperature of 150 to 200 ° C. is introduced through line 205 and valve 204 from a suitable source, which steam sterilizes the other side of valve 201 and the remainder of line 200. This steam flow reaches the distributor piece 300 and flows through the tubes 306 and the elbows 308 to the inlet valve 310, whereby these parts are sterilized. At this point, the device 211 rotates so that the pistons 270 move in their cylinders 260. The can failure safety device is disabled so that valves 310 and 325 are operated as if cans were on circular path 214.
Thus, the steam enters cylinders 260 through valves 310 and 325 and sterilizes that part of the device. The sterilizing steam also reaches the filling chamber 212 both via the chamber 206 and via the valves 325.
At this point, valve 368 is open and water jacket 362 is empty. Steam flows out of line 370 at a pressure of approx. 1.1 to 1.4 atm without condensing through container 363 and from there through tubes 362 and 360 into chamber 256, where the inner ends of pistons 270 and cylinders 260 are sterilized. Together with the steam condensate formed in the chamber 256, some steam is discharged through the valve 372, the opening of which is dimensioned so that all of the condensate can flow out, while at the same time the steam pressure in the chamber 256 is at a temperature required to maintain a temperature of about 120 ° C , sufficiently high value is kept.
Stage 2 transition to normal operation
After the chamber 256 has been sterilized, the valve 368 is closed and the valve 367 opened, so that cold water flows into the jacket 364 and leaves it again via the line 366. The valve 372 is also closed. Soon the steam condenses in the container 363 and forms a supply of aseptic, cold water, which gradually cools the chamber 256 and fills it with aseptic water, which the pressure monitor 371 provides during the subsequent operations under low pressure (0.14 to 0.35 atm).
After the entire system has been sterilized, including the filling material heating unit F, the flow control device G, the constant temperature device I, the cooling system J and the filling device K, cooling water is fed into the jacket 197 by opening the valve 198, the cooling water normally being supplied with the valve 199 closed is circulated again through a valve 373 and a line 374. The pressurized water flowing constantly from the filling material heater F through the temperature constant holding device I is thereby cooled in the cooling device J and passed out of the system via the counter pressure valve 203 and the drain line 202.
By closing the valve 204 and turning over the three-way valve 301, the inflow of the superheated steam from the line 205 is shut off, whereby the cooled, germ-free water coming from the cooling device J directly from the line 200 via the distributor 300 to the filling pipes 306 and finally is guided into and out of cylinders 260 through inlet and outlet valves 310 and 325. The can failure safety device 334 can now be put into operation and sterile cans can be introduced into the filling device K using the sterilizer L.
Now the valve 34 is turned over in order to feed the liquid filling material 31 from the boiler 30 into the system. The filling boxes 60 are already filled with solid ingredients, and the screw 66 and the belt 62 can now convey the solid ingredients into the mixing device D. Since the filling material processed first pushes the water in front of it, a certain degree of dilution occurs, so that the first few finished cans R have to be thrown away.
Level 3 normal operation
In normal operation, under the action of gravity, a liquid food item 31 flows through the line 33, the valve 34 and the line 35 into the housing 40. This liquid 31 is preheated in a vessel 30 to any desired temperature.
From there, the liquid passes through line 45 and funnel 90 into pump E. The desired liquid level is maintained by the float 42 acting on the butterfly valve 54, the said valve 54 closing when the liquid level rises and opening when the liquid sinks.
The solid components prevented from sticking to the walls in the filling box 60 by the slowly rotating, widely spaced pins 74 now fall into the dosing device 61, where the screw 66 conveys them up through a blanching solution, a blanching bath 84 or a stream of steam. If steam is used, it enters the trough 67 from the openings 83 in the tube 82; while water other than steam condensate can enter through line 86 and nozzles 87. The water level is kept constant through the opening 88. However, if a water bath is not desired, the condensation water is drained through opening 89.
The blanched, solid constituents are dosed by the screw 66, the speed of which, and thus the dose quantity, is determined by the speed of the motor H and by the individual gear ratios of the gears 81 acting on the individual screw drive shaft 77. The dosed, solid constituents fall through the outlet 68 onto the conveyor belt 62 and are brought to the chute 94, via which they fall into the funnel 90.
In the funnel 90, the slowly rotating hollow screw 97 mixes the solid and liquid components together, and the tip 98 of this screw prevents the solid components from bridging over the pump inlet 93. The pump E actuated by the motor H conveys the mixture 104 through the line 105 into the rotating inlet pipe 117 of the filling material heating device F.
The mixture 104 dispensed from the rotating spout 122 slowly flows down the walls 113 and 114. The spout 133 rotates at a speed of 30 to 80 t / min, so that the delicate and sensitive solid components are not damaged and the walls 113 and 114 are always covered by the filling material 104. While the filling material 104 slowly flows down the walls 113 and 114, it is heated by superheated steam, which is set in gyratory motion in the chamber 132 by the rapidly rotating fan blades 145. The steam, which is superheated to a high temperature, sweeps over the surface of the product mixture without mixing with it, with heat being transferred on the surface.
The walls 113 and 114 are colder everywhere than the food flowing down them, so that there is no risk of burning. The cooling channel 129 is filled with circulated cooling water so that the steam condenses on the wall surface 158 and keeps the boundary points between steam and filling material cool, so that no burning can occur on the surface of the wall 158.
The swirling movement of the superheated steam prevents the steam from mixing with the filling material and the food from being splashed onto the hot metal surfaces of the housing 110 or the fan 135; it also prevents any parts of the filling material from being carried along by the steam flow circulated by the superheater 150 .
The cooled, but still dry steam is expelled through the fan blades 141 into the upper chamber 130 and conveyed via the line 148 to the superheater 150 for reheating and circulation. The line 147, which connects the chamber 132 to the housing 180, ensures the pressure equalization in the two last-mentioned elements.
The heated filling material 104 leaves the housing 110 practically undiluted (except when a dilution is desired) and can even, if this is preferred, be concentrated somewhat. Normally, however, the food will leave the heating device F with exactly the same water content as it had when it entered this device.
With the heater variant 400, the heating process is the same, but the product is diluted by condensate. The steam receives its whirling motion from the fixed jet nozzles 413 and is not circulated.
The filling material heated to 143 ° C. or to a temperature in the range from 135 to 150 ° C. leaves the heater F through the line 115 and enters the float chamber 181. Here the product level depends on how much is conveyed by pump E.
The float 183 adapts to the product level.
Depending on whether the float 183 rises or falls, it closes or opens the needle valve 187, whereby the pneumatic pressure in the pneumatic amplifier 195 is varied via the pipe 194. The amplifier 195 accelerates or decelerates the speed of the device H. Changes in the speed of the device H control the speed of the pump E and the metering screw 66 for the solid components of the mixture 104. When the level in chamber 181 rises, the speed of pump E and screw 66 is slowed; if the level falls in the float chamber 181, the speed increases. In the same way, the liquid part of the mixture is metered through the valve 54 by the action of the Pum pen speed on the liquid level in the float chamber 41.
In this way, the dosing of the ingredients entering the heating device F is automatically controlled by any changes in the filling capacity.
The effect of the dosing output on the heating as well as on any other heating process activates the temperature monitoring device 161 so that countermeasures are immediately taken in the burner 151 to bring the steam temperature back to the desired value by increasing or decreasing it. In this way, all processes from the filling device K are dependent.
The filling material flows from the float chamber 181 under the effect of the pressure prevailing in the chamber 132 through the insulated line 196 of the temperature constant device I, where the high temperature is maintained for the few seconds required for the complete sterilization of the filling material 104.
In the cooling device J, the sterilized filling material 104 is cooled to the desired temperature in order to avoid undesired chemical effects and passes through the line 200 into the filling device K. Since the valve 201 is only used during the pre-sterilization and does not hinder the free flow of the mixture 104 during normal operation, the section of the system between pump E and inlet valves 310 of the filling device K can be regarded as valveless, as can the section in front of pump E.
The cooled, sterile filling material 104 reaches the distributor piece 300 and flows through the tubes 306 to the inlet valves 310. The filling device 211 is in constant rotary motion so that some inlet valves 310 are open while others are closed, and vice versa. Therefore, filling material flows continuously from the pipe 200 into any one of the pipes 306.
While the device 211 is rotating, the fingers 250 pick up empty, aseptic cans M from the star wheel 206 and guide them along the circular path 214 under a dispensing spout 215. If for any reason a can M is not picked up by any of the fingers 250, the can failure safety lever 345 comes into operation and prevents the rollers 340 and 342 from opening the corresponding outlet valve 325 or from closing the corresponding inlet valve 310.
During normal operation, the rollers 340 and 342 engage in the cam levers 331 and 330 in order to close the inlet valve 310 one after the other exactly when the cylinder 260 is filled with the filling material flowing through the valve, and then open the outlet valve 325 so that the piston 270 ejects the filling material 104 into the can. Filling lasts until the roller 343 closes the outlet valve 325 after reaching the outer limit of the stroke of the corresponding piston 270, whereupon the roller 341 immediately opens the inlet valve 310 in order to fill the cylinder 260 with a further quantity of filling material.
Shortly after the exhaust valve 325 closes, the cam lever 252 reaches the flat portion of the cam track 228 and the finger 250 retracts slightly, thereby slightly slowing the advance of the aseptic can N filled with the aseptic product, in that area The moment in which it arrives via the conveyor belt O to the closing machine P, where it is closed under sterile conditions.
From there, the closed cans R are brought out of the sterilization system by the conveyor system S.
In the following examples, the various liquid or liquid-solid foods are heated in accordance with the above description of the method and the device by direct surface contact with circulated, heated steam.
example 1
In a steam-jacketed kettle, 31.75 kg of half peas were added to 136.4 liters of boiling water; the mixture was cooked until the peas boiled into a pulp or puree. The volume was made up to 181.8 liters by adding water.
Through the manifold spout 122, said slurry was poured over the sloping walls 113 and 114 of the heating chamber 132 while superheated steam swirling at high speed in the chamber 132 touched the surface of the slow flowing slurry. The steam moved over the surface of the pulp and gave up to it part of its specific or superheat and part of its latent heat. The heat transfer took place at the contact surface of steam and liquid, with part of the heat originating from the specific heat of the steam and part from the latent heat that forms in itself.
The cooled steam was circulated through the superheater 150 µm, where it was heated up and then used again for further heating the pulp.
The pulp, which was instantly heated in this way by surface contact with the superheated steam, flowed continuously from the heating chamber 132 through the insulated temperature stabilizing pipe I and through the cooling pipe J, which was provided with a water jacket, and was discharged into the pulp reservoir 30 by a counter pressure pump. The cooling water inflow to the water jacket of the cooling pipe J was reduced to a sufficient extent to bring the temperature of the pulp discharged into the reservoir 30 to approx. 65.5 C constant, which corresponds to the actual operating conditions. The slurry was then circulated in the closed system for 41 minutes and the temperatures and flow rates recorded.
At the end of the experiment, the pulp volume was carefully measured in order to determine how much steam had entered the food as a result of condensation during the said circulation in the system during the heating process. The measurement resulted in 234 liters.
The increase in water was therefore 52.8 liters.
The apparatus has now been dismantled and examined for any signs of burning on all metal parts. At no point in the apparatus, which essentially corresponds to that shown in Fig. 8, any signs of scorching or burning were found.
The temperatures and flow rates measured in the experiment are listed in Table I.
(See pages 41/42. )
Table I-half hereditary traces
Liquid product (puree from half peas) steam
Time flow-start-operation-constant constant end-pressure temperature temperature in speed-temperature temperature maintained temperature in at entry at exit minutes in C in C time after temperature in C atü in the heating-out of the heating-
1 minute heating in in C chamber seconds 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 Average 22, 1 69 140 139 49 613/4 4, 43 504 290
The liquid product did not burn in either this or the other examples.
As mentioned above, at the end of the experiment the volume of the liquid product after 41 minutes was 234 liters, which represents a net increase in the amount of water of 52.8 liters from the heating steam condensate. This corresponds to an increase of only 3.3 "/ o per cycle, i.e. a very small amount of condensation, namely approx.
6.25 l for a quantity of 181.8 l. But even this slight dilution can be switched off by heating the steam even more or by accelerating the circulation. Under the stated conditions, i. H. with a liter weight of the filling goods of approx.
850 g and a specific heat of approx. 1, 0, the calculation based on the standard tables shows that the heat transfer is approx. 471/2 / o through condensation and approx. 521/2 / o has taken place through transmission.
Example 2
The porridge from Example 1 was supplemented with diced carrots and potatoes and brought to approx. 65.5 C heated. Then the mixture according to the method of the present invention was increased to approx. 482 C superheated steam brought to an operating temperature of over 146 C, held at this temperature and cooled again. No burning was observed and again the amount of condensation was practically negligible.
Example 3
The porridge from Example 1 was supplemented with diced potatoes and carrots. At a flow rate of 22.2 l / min, the product according to the invention was approx. 61 heated to 138 C. The temperature of the under a pressure of approx. 4, 3 atmospheric steam was increased from over 500 C to approx. 280 C. After cooling, neither burning nor significant vapor condensation was found in the product.
Example 4
An essentially the same product as that of Example 3 was obtained from approx. 65 to approx. 143 C heated at a vapor pressure of 5.6 atmospheres and the same vapor temperature as in Example 3. The product was reduced to approx. 41 C cooled. There was no significant increase in product volume (i.e. H. no significant vapor condensation in the product) and no burning of the heated product.
Example 5
A product like that of Examples 3 and 4 was produced at a flow rate of approx. 21.8 l / min from approx. 69 to approx. 142 C by steam with a pressure of 5.75 atmospheres and an initial temperature of approx. Heated to 475 C. When exiting the heating chamber 132, the steam was reduced to approx. 290 C cooled. Again no burning and little or no condensation could be observed.
Example 6
The same satisfactory results were obtained with a food similar to the product of Examples 3, 4 and 5, the flow rate of which was approx. 21 l / min, by heating up to approx. 84 to approx. 142 C with steam under a pressure of approx. 5, 7 atmospheres and with a temperature of approx. 525 C, which then increases to approx.
310 C was cooled achieved.
Example 7
Similarly, creamy potato soup was steamed with 1 cm potato cubes. The approx. 73 C preheated soup flowed through the new heat exchanger at a speed of approx. 21 l / min, where by direct contact (but not by mixing) with approx. 335 C hot steam to approx. 143 C was heated. This increased the steam to approx. 221 C cooled.
Example 8
Creamy chicken soup was treated in the same way: preheating to 79 C, flowing through the heater at a speed of approx. 21.5 1 / min and contact with approx. 320 C hot steam. The resulting soup temperature of approx. 141 C was kept constant for 64 seconds. After the temperature of the steam had dropped to 210 C, it was fed to a gas-fired superheater for circulation. Again, the cooking process took place without any burning and without significant condensation.
Example 9
Minced beef was used to make very thick minced meat soup (known as hamburger soup). Cooking was carried out in the manner described using steam by heating the soup from 85 C to approx. 143 C, the latter temperature for approx. Was kept constant for 1 minute. The under a pressure of approx. Steam entering 6 atm had a temperature of approx. 340 C and after dropping to approx. 227 C circulated again by a superheater. The results were quite satisfactory.
Example 10
Very thick minestrone was produced at a flow rate of 22! / Min from approx. 64 to approx. 145 C and held at this temperature for about a minute. The vapor pressure was approx. 6, 1 atm, the steam inlet temperature 316 C, the steam outlet temperature 219 C. Once again, the cooking result was satisfactory and there was neither burning nor unwanted amounts of water accumulating in the food.
Example 11
After heating up approx. 62 to approx. At 145 C by means of 6 atm steam, with an initial temperature of 316 C and an end temperature of 216 C, minestrone was canned with an output of 42 cans of 450 g per minute. To ensure that the heat penetrates into the solid components, the soup was left to stand for approx. Held at 145 C for 45 seconds; then the minestrone was cooled to a sufficient filling temperature of 49 ° C.
Example 12
Minestrone was filled into cans with the same output as in Example 11, i. H. by steam of approx.
71 to approx. 140 C, held at this temperature for 43 seconds and reduced to approx. 46 C cooled. The steam had a pressure of 5.8 atü and an initial temperature of approx. 365 C, which in heater F to approx. 221 C was cooled.
Example 13
A pea soup similar to the porridge from Example 1 was partially condensed or concentrated. This was done by increasing the steam inlet temperature to approx. 650 C and by accelerating the steam circulation speed to a value at which the entire heat transfer takes place by transfer and approx. 10 of the canning liquid evaporates into the steam stream. The required speed could easily be calculated using standard tables.
Example 14
In each of the experiments described in Examples 7, 8, 9, 11 and 12, several hundred samples were filled into cans. From each of these tests, 96 doses were used to test sterility at approx. Subjected to incubation at 36 to 38 C. Samples were also sent to the laboratory of the American Canneries Association in Berkely, California for bacteriological testing. Neither in the incubation experiments nor in the investigations carried out by the laboratory mentioned there was any spoilage.
From the above explanations it is clear that the device for carrying out the method according to the invention includes not only a heating device but also an evaporation device and that the amount of liquid contained in the product can only be adjusted by adjusting the temperature, pressure and speed of the steam movement in relation to the flow rate and the initial temperature of the product can be increased, decreased or left the same.
Although superheated steam has been chosen as an example throughout the description above and is also preferable when processing food, other hot gases such as hot nitrogen, hot helium or, if no oxidation problems are to be considered, hot air can also be used be used.
Brief, general description of a variant of the filling device K '(Fig. 22 and 23)
The in Fig. 22 and 23 shown filling device variant K 'is the device K of Fig. 14 to 21 are basically similar, but with some important differences. For example, the filling device K's is set up so that the cans M are moved forward during the filling process at the same distance as they occupy on the star wheels 207 and 217. Therefore, the cam system 278, which serves to slow down the movement of the cans as they approach the star wheel 217, is superfluous, so that the entire mechanism associated with this cam system can be omitted.
Furthermore, instead of the two valves 310 and 325, a single ball valve serves as an inlet and outlet valve. As the description proceeds, the nature and significance of these and other changes will become apparent.
In general, the modified filling device K 'consists of a fixed main frame 400 and a rotating device 401 carried by the frame 400, which together with the latter forms a chamber 402 in which, by introducing a continuously flowing stream of steam from the container sterilizer L and the passage 206, sterile Conditions are maintained. Pre-sterilized, empty cans M or other suitable containers are fed from the container sterilizer L via the closed, sterile passage 206 and the star wheel 207.
Through an inlet opening 403, the star wheel 207 conveys each empty can M into the chamber 402, where the cans M are moved forward on a fixed circular path 404 (carried by the frame 400) at the same speed as on the star wheel 207 and at every point in time exactly below one Dispensing opening 405 is located (Fig. 22). The box M describes a path of approx. 270 degrees along the circular path 404 and is taken over at an exit opening 406 as a filled can N by the star wheel 217 (or by the hooks of a conveyor chain) and fed to the closing machine P via the conveyor belt O.
The frame 400 of the grounded IC (Fig. 22 and 23)
The fixed frame 400 can contain a base 411 which carries a central, fixed, vertical tube 412 as well as a series of upright rods 413 which are arranged at certain intervals around the filling device K '. The base 411 also carries an annular gear housing element 414 which has an upwardly directed bearing projection 415. Arranged rigidly on the outer edge of the projection 415 is an annular element 416 with a flange 417, the upper surface of which forms the cam track 404.
Rotation of the housing 401 and the star wheels 207 and 217 (Fig. 22 and 23)
The rotating device or rotating head 401 consists of an upper hub 420 which is connected to a rotatable, vertically mounted hollow shaft 421, which in turn is mounted around the tube 412 and provided with suitable bearings and liquid sealing means. Near its lower end, the shaft 421 is provided with a bevel gear 422 which is driven in the same way as the bevel gear 232 and which serves to cause the rotation of the rotating device 401 at the same speed as the star wheels 207 and 217.
The hub 420 has a lower flange 423 and an upper flange 424. Can holding fingers 425 protrude from the lower flange 423 and move the container M along the circular path and at the same time center them under a filling material outlet opening 405, which is also carried by the flange 423. The outlet openings 405 lie on the same radius as the centers of the cans when these latter are moved forward by the star wheels 207 and 217, mid the distance between the outlet openings 405 is the same as the distance between the cans from the star wheels 207 and 217; therefore the cans M and N are moved both on the star wheels 207 and 217 and in the filling device K 'at the same constant speed.
They are pushed forward by the fingers 425 between a fixed guide rail 426 and the bearing projection 415. The aseptic chamber 402 is enclosed by an annular wall 427 carried by the flange 417, the excess steam escaping through the small clearance formed by a circular groove 428 into which the wall 427 partially projects.
The upper flange 424 carries a dome-shaped, upper housing 430 which is closed by a sealed cover 431 and forms a sealed chamber 432. The housing 430 and the upper flange 424 carry a number of product metering cylinders 433.
The full cylinders 433 and their pistons 440 (Fig. 22 and 23)
The radially directed cylinders 433 provided in any suitable number are arranged horizontally and symmetrically about a center 434 of the housing 430 about which the device 401 rotates.
The inner end 435 of each cylinder 433, seen in the longitudinal direction, opens into the chamber 432, which contains a sterile medium during the entire working process. The outer end of each cylinder 433, seen in the longitudinal direction, is closed by an end wall 436, with the exception of an opening 437 in the upper part of this wall through which the filling material enters and exits. The opening 437 is connected to a line 438, which leads to a three-way valve 443.
A piston 440 similar to piston 270 reciprocates in each cylinder 433. The piston 440 opposite the wall 436 withdraws from this wall in order to measure a certain quantity of the food 104 into the cylinder 433 and then moves again towards the wall in order to dispense this quantity. The piston drive takes place in the same way as with piston 270 or in another suitable manner.
The valves 443 (Fig. 22, 23 and 30 to 32)
The food intended for the filling device K ′ reaches the distributor piece 300 via the line 200, which is rotatably mounted at the end of the line 200 by means of suitable anti-friction bearings and flows through the pipes 441 to an inlet connector 442 of each filling valve 443. The inlet valve 443 has a housing 444 and consists of a ball 445 with a right-angled passage 446 and a guide pin 447 which is rotated in such a way that it moves the ball 443 through 90 degrees between a cylinder filling or metering position and a cylinder discharge or can filling position emotional.
The pin 447 protrudes through a sleeve 448, which is provided with one or more O-rings, the sealing effect of which ensures that the sterility within the valve 443 is maintained. The valve 443 is described in detail below.
Actuating and synchronizing device for valve 443 (Fig. 23 and 32)
The valve 443 is moved between its two positions by a single, basically triangular cam lever 450 attached to its outer end. Each cam lever or cam guide lever 450 is the same as levers 330 and 331 and has sloped or curved cam guide surfaces 451 and 452. Brackets 453 are attached to a pair of supports 413 protruding from base 411 of main frame 400 in such a way that they can be adjusted both vertically and radially by means of adjusting screws 454 (Fig. 22).
Each bracket 453 carries a shaft 455 on which a cam actuating roller 456 or 457 is mounted. The shaft 455 can be adjustably mounted on the bracket 453 through a slot.
The roller 456 is arranged immediately after the inlet opening 403 for the empty cans and engages the upper cam surface 451 of the valve cam guide lever 450 to cause the rotation of the guide pin 447 so that the valve 443 from a cylinder filling position into the Can filling position is moved when the cam lever 450 moves along the roller 456. In the same way the roller 457 is arranged at the exit 406 for the filled cans at a lower height than the roller 456; it engages the lower cam surface 452 of the valve cam guide lever 450 and moves the valve 443 back from its can filling position to the cylinder filling position.
Since the shaft 455 of the cam roller 457 is immovable during actuation of the device, it is adjusted to a suitable position in order to ensure synchronization with respect to the crankshaft. This synchronization, once set, remains unchanged regardless of the distance between the crankshaft and the center 434. The bracket 453 is mounted in the same way as the bracket 335 for its movement, so that the roller 456 can be pivoted outwards into the rest position by the can failure safety lever 345.
The filling cycle (Fig. 22 to 23)
As soon as the cam lever 450 has brought the valve into the metering position by the action of the roller 457, the food 104 flows under pressure into a cylinder 433. At this point in time, the radially inwardly directed movement of the piston 440, which has already begun, continues until it reaches the inner stroke limitation and thereby doses a certain amount of food. Exactly at the moment when the piston 440 reaches the inner limit of its stroke (dead center or crank center), the valve 443 is switched over by the cam lever 450 which is in engagement with the roller 456, provided that there is an empty can M under the outlet opening 405 and thus the corresponding quantity of food is precisely measured.
During this cycle, the piston 440 was only moved by the action of its crankshaft, so that the pressure of the filling material flowing into the cylinder 433 does not affect the piston 440, and conversely, the counterpressure of the filling material 104 in the line 200 is caused by the movement of the piston 440 unaffected. The movement of the valve 443 also has no influence on the counterpressure of the filling material 104 in the line 200.
When the valve 443 closes the inlet line 441, it connects the cylinder supply line 435 to the outlet 405 and the filling material in the cylinder 433 is discharged into a container M through the piston 440. It should be noted that an empty can M entered the input cycle through the inlet 403 before the inlet valve 443 was turned over, so that the can remains under the spout 405 long enough to catch any drops, although normally thanks to the ball valves no drop occurs. In addition, the outlet 405 from the valve 443 is intentionally placed as close as possible to the can M, so that the possibility of dripping is reduced to a minimum thanks to the small surface area.
During filling, the cans M are kept in the chamber 402 in a sterile atmosphere. This chamber is formed by the stationary circular can path 404, by a vertical annular wall 427 attached to this circular path, and by the rotating lower flange 423 and the bearing projection 415. The narrow clearance between the wall 427 and the circular groove 428 allows a limited outflow of steam in order to keep the filling chamber 402 under atmospheric pressure and to prevent the penetration of bacteria with the outside air. Initial sterilization and transition to normal operation are exactly the same as with the filling device K.
General description of the ball valves of the
Fig. 24 to 35
The ball valve used can easily be completely dismantled for cleaning, can be easily reassembled and sterilized and works absolutely flawlessly under high pressures and sterile conditions without becoming dirty or leaking. To illustrate the principle used, four valve types are shown. Fig.
24 to 29 show a two-way valve 500 with a straight passage, which is intended for a simple on-off function. This valve 500 is the same as that in Figs. Valves 310 and 325 shown in FIGS. 19 up to and including 21 and can be arranged wherever a two-way valve of this type is desired.
That in Fig. Valve 443 shown in FIG. 30 has a rectangular passage 446. An application example for this valve has already been explained. Fig. 33 and 34 show a valve 34 provided with a T-shaped passage which is used to connect the lines 33, 35 and 36 of Figs. 1A serves. Finally, Figure 35 shows a four-way valve 580 with two right-angled passages, which, as described below, can be used in place of valves 201 and 204.
The two-way valve 500 of Fig. 24 to 29
The valve 500 has a generally round ball 501 with a straight passage 502 and a pin 503. The pin 503 has a flattened, outer end part 504 to which a handle 505 is attached. The handle 505 is preferably intended to be easily removable and can be replaced by a cam lever such as the cam guide levers described in connection with valves 310 and 325.
An important feature of the valve 500 is its ease of assembly and disassembly. In order to make this possible, the valve housing consists of several parts, which are connected to one another by conventional clamps, such as those used for closing canning bottles. As shown, the sleeve-like body 510 is provided with end flanges 511 and 512 as well as with a tubular central projection 513, the end of which is designed as a flange 514.
Two housing closure elements 515 and 516, which can both be the same, each have a straight passage 517 and a basically cylindrical outer surface and are designed with a protruding, annular flange 518, 519, which is secured by means of a conventional clamp 520, 521 (as is the case with sanitary pipes is used) is connected to the annular flange 511, 512 of the body 510. Rings 522 and 523 are inserted in grooves 524 and 525 and act in a sealing manner against the inner surfaces of the housing 510. A housing element 526 for the guide pin is fitted into the projection 513 and has an outer circular groove 527 for an O-ring 528 and a flange 529 which is connected to the flange 514 of the projection 513 by a clamp 530.
If the three clamps 520, 521 and 530 are removed, the two housing closure elements 515 and 516 and the pin housing element 526 can be easily removed from the body 510, but are otherwise normally held tightly together by the clamps 520, 521 and 530 without causing leakage can.
The housing element 526 for the guide pin has a pin passage 531 and is formed at its lower end with a circular groove 533 which receives an O ring 534 which acts as a seal against a flattened part 535 of the ball 501, and since the ball 501 is in the same plane rotates, this seal is completely sufficient to prevent any leakage.
The housing closure elements 515 and 516 have tubular extensions 539 in which valve seats 540 are enclosed and held in such a way that there is sufficient radial play to enable the valve seats 540 to self-adjust. The outer end portion 541 of the extension is preferably tapered to facilitate assembly (Fig. 29). The valve seats 540 are preferably made of Teflon or other synthetic resin material and have concave, spherical seats 542 which take the polished, spherical surface of the ball 501, while the other surfaces of the valve seats are flat or cylindrical.
The housing elements 515 and 516 have opposite a flat side of the valve seats 540 an end wall 543 which is provided with a groove 545 for receiving an O-ring 546 which is considerably thicker than the depth of the groove 545 and considerably thinner than its width. Therefore, there is always play between the valve seat 540 and the end wall 543. Thanks to this play 547, liquid can enter and get into the O-ring circular groove 545 in order to exert a hydrostatic pressure against the O-ring 546 and against the wall 544 of the valve seat 540. This hydrostatic pressure increases the density of the seal between the valve seats 540 and the surface of the ball 511 as the fluid pressure increases.
The O-ring 546 forms a seal between the flat side 544 of the valve seat 540 and the cylindrical wall 548 of the groove 545. The hydrostatic pressure exerted on the O-ring 546 also seals this connection and is transmitted to the rear side 544 of the valve seat 540 where it continues to increase the density of the connection between the surface 542 and the surface of the ball 501. Although the movement d'es 0-Ritlges 546 and the valve seat 540 is very small, the hydrostatic pressure transmitted through them is extremely effective in preventing any leakage.
The valve seat 540 with the associated O-ring 546 is pressed against the ball 501 like a piston by the hydrostatic fluid pressure.
How strongly the valve seat 540 presses against the spherical surface 501 of the valve depends on how large the part of the surface 544 is that is exposed to the hydrostatic pressure. The greatest hydrostatic pressure on the valve seat 540 is reached when the outer diameter of the O-ring groove 545 is the same as the outer diameter of the valve seat 540, as in the valve 500 in Fig. 24 through 29, so that the entire rear surface 544 is exposed to the hydrostatic pressure. If this pressure is too great, it can be reduced by using smaller O-rings and grooves, as shown in Fig. 30 and 31 can be reduced.
The valve 500 can be arranged in any position regardless of the direction of flow or pressure, because thanks to Pascal's law applicable in this case, it is equally tight in both directions.
In addition, the hydrostatic pressure and the piston-like effect of the O-ring always create a tight seal, so that the valve seat 540 is self-adjusting. When worn or warped, the hydrostatic pressure pushes the valve seat 540 into the position in which it connects most closely to the ball.
Another feature has to be mentioned. Even at zero pressure, no metal spring is used to keep the valve seat 540 in close contact with the ball 501 because the O-rings 546 are themselves compressed enough to maintain a tight fit.
The valve 443 of Figures 30 and 31
Valve 443 has in part been described and many of its other features are fundamentally the same as corresponding features of valve 500. It has a body 550 with suitable protrusions and passages. The three housing elements 551, 552 and 553 are very similar to the housing closing elements 515 and 516 of the valve 500, with the main difference that the element 553 forming the outlet 405 is exceptionally short and that the diameter of the O-rings 554 and the grooves 555 was chosen to be consistently smaller, in order to avoid an excessively high pressure acting on the valve seats 556. Four valve seats 556 are provided. A fourth housing element 557 is not tubular, but solid, but also has the groove 555 and the O ring 554.
Otherwise, the functionality of the O-rings 554 and the Teflon valve seats 556 is the same as for the valve 500.
The valve pin 447 may include a housing member 526 as with the valve 500, or it may be part of the body 550 as shown using a Teflon O ring 449 and compression ring 558 to achieve the desired density. The pin 447 can be extended to directly engage the lever 450, but a suitably hinged extension pin 560 can be used as shown. As in the previous example, ordinary clamps 561 hold the housing together. The element 553 simply rests on an inner projection 562 of the body 550.
The valve 34 of Figures 33 and 34
The valve 34 of Fig. 33 and 34 consists of a ball 570, which is provided with a T-shaped passage 571, but otherwise actuated by rotating the pin (not shown) by 90 degrees in exactly the same way as the two valves 443 and 500 described above. Three identical housing elements 572 are provided as well as a fourth element 575, which is closed as in the case of valve 443, all of which are fitted into a body 573 of suitable shape and fastened to it by means of clamps 574. The O-rings 575 and the valve seats 576 act as described above.
If the valve 34 is in the position shown in Fig. 33, the line 33 (Fig. 1A) is connected to line 35, and this is the valve position for normal operation. However, if the valve is turned 90 degrees to the position shown in Fig. 34 is turned over, the line 36 is connected to the line 35. In this position, as described above, cold water is introduced through line 36 into line 35 during the pre-sterization phase. Otherwise, the mode of operation is the same as with valve 443.
The valve 580 of Figure 35
The figure shows a valve 580 which is basically the same as the valves already explained with regard to the use of the O-rings, the ball valve and the valve seats. A body 581 is fastened by means of clamps 582 to four identical housing parts 583, 584, 585 and 586, the construction of which is the same as that described above. The ball 590 has two rectangular passages 591 and 592 which are held separate from one another. This valve 580 can be used in place of valves 201 and 204 in a sterilization process. Again, the function of the valve seats, the O rings and the hydrostatic pressure is the same. Here, too, the valves are self-adjusting, self-sealing and easy to dismantle for cleaning.
The housing 583 is connected to the cooling pipe J by the filling material line 200, while the housing 584 is connected to the filling device K or K ′ by a line 200a. The housing 585 is connected to the steam pipe 205, and the housing 586 is connected to the drain pipe 202 (see Fig. 1B). In the normal operating position (shown in the drawing by broken lines) the passage 591 connects the lines 200 and 200a for the product supply, while the passage 592 connects the lines 205 and 202 for maintaining the steam sterilization of the valve 580.
In the pre-sterilization position (solid lines), the passage 591 connects the filling material line 200 with the drain pipe 202 in order, as described above, to drain the hot water, whereas superheated steam from the line 205 of the line 200a for sterilizing the filling device K or K ' and is fed to the product lines located therein.
It can therefore be seen that, regardless of whether the valve used is a two-way, three-way or four-way valve, the principles described can be applied to achieve sterile operation in a canning system or the like, with the hydrostatic pressure being limited to the Valve seats and O-rings are used to prevent leakage at all pressures.