CN110877885A

CN110877885A - 用于从碳酸饮料的瓶驱除空气的方法和装置

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Publication number: CN110877885A
Application number: CN201910821815.9A
Authority: CN
Inventors: S·哥本多夫
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2039-09-02
Also published as: CN110877885B; EP3620427A1; US20200071149A1; DE102018214972A1; US11505441B2

Abstract

说明了用于从碳酸饮料的瓶驱除空气的方法和装置。其中，声波从至少一个声源发射并且通过环境空气传播、穿过口部进入饮料和/或使瓶的壁振动，使得CO₂从饮料排出，并且饮料在头部空间中起泡，从而通过口部驱除容纳在头部空间中的空气。因此，能够以相对较少的设备花费并且针对不同的瓶形式来进行灵活地调节，减小饮料中潜在有害的氧含量。

Description

用于从碳酸饮料的瓶驱除空气的方法和装置

技术领域

本发明涉及从碳酸饮料的瓶驱除(displace)空气的方法和装置。

背景技术

当将碳酸饮料(特别地，具有高维生素C含量的碳酸饮料或者还例如啤酒)装瓶时，必须在灌装过程之后移除存在于瓶的头部空间中的空气，以防止产品与氧气反应。

为此，例如，在灌装机和封盖机之间的传送期间，可以将细的热水射流以高压注入瓶中。这使得溶解的CO₂从产品中释放。结果，CO₂气泡在产品中上升并产生泡沫，从而将产品上方的空气从瓶颈驱除。

这种通过注入液体的起泡例如从DE 10 2006 022 464 A1中已知，通过将气体注入碳酸饮料中的起泡从GB 797 679 A中已知。

DE 10 2012 007 314 A1还记载了将超声波振动器浸入碳酸饮料中，DE 1 121955 A记载了用于横向放置在瓶肩上并传输超声波的振荡构件，并且DE 85 07 507 U1记载了通过瓶基部上的滑动板传递振动。

注射方法的缺点在于，相对高的能量消耗、需要适当预处理过的注射介质(诸如脱气的水等)、由瓶的头部空间中的湍流不期望地引入了氧气以及对于注射所需的泵的相对复杂的控制。

与瓶壁和/或瓶基部接触地产生振动需要相应的声音发生器和传送介质在传输期间与瓶一起被运载，和/或导致难以控制地形成泡沫。

发明内容

因此，在该方面，需要用于从碳酸饮料的瓶驱除空气的改善的方法和装置。

所提出的该目的利用根据方案1的方法实现。利用该方法可以从碳酸饮料的瓶驱除空气，这是因为声波从至少一个声源发射、通过环境空气传播、穿过口部进入饮料和/或使瓶的壁振动，使得从饮料中排出CO₂，并且饮料在头部空间中产生气泡，从而通过口部驱除容纳在头部空间中的空气。

优选地，声波为超声波。声波例如经由头部空间中存在的空气传播到饮料并穿入到饮料中。以这种方式耦合的声波在瓶的基部处反射并返回到瓶的头部空间。在该过程中，可以在饮料中形成驻声波(standing sound wave)以及耦合并返回重叠的声波。

可以通过声波从瓶的基部和/或从瓶的侧壁的反射来形成驻声波。

从饮料中排出CO₂是基于在饮料中产生的驻声波，其中在波节处产生压力波动，其通过空穴作用(降至低于饱和压力并产生湍流)释放溶解在饮料中的CO₂。这种此时未溶解的CO₂上升到饮料的表面并在该处产生驱除空气所需的泡沫。

第一声波优选地定向为指向瓶的壁，并且声波的输出频率被调节到灌装好的瓶的固有共振频率。这使得能够以相对低的能量输入在饮料中形成驻波，这是因为通过环境空气耦合的声波被瓶的固有共振放大。

优选地调节第一声波的输出频率。结果，尽管产生固有共振频率的与生产相关的分散，但是可以利用相应的各个固有共振频率可靠地激励瓶。为此，输出频率在例如合适的调谐范围中连续升高或降低。于是，调谐范围包括例如特定瓶形式或瓶批次的与生产相关的可能的各个固有共振频率的范围。于是，可以至少暂时地激励所有待灌装的瓶，以在相应的固有共振下进行壁振动。

优选地，基于与相应的瓶形式和/或饮料和/或饮料的灌装液位相关的标准固有共振频率来调谐输出频率。标准固有共振频率是例如针对特定瓶形式的固有共振频率的平均值。例如，特别是连续调节高于和低于标准固有共振频率的合适调谐范围。调谐范围能够适应于针对特定瓶形式所期望的固有共振的分散。这使壁振动的可靠且整体快速地激发成为可能，从而能够有效地起泡。

优选地，以不同的输出频率接收第一声波，并且通过比较所接收的声波的信号振幅来确定特定瓶的固有共振频率或特定瓶形式的瓶的数量。因此，可以确定各个瓶的固有共振频率以及固有共振频率的统计分散(statistical scattering)，例如作为它们的针对特定瓶形式的平均值和/或标准偏差。

第二声波优选地定向为通过瓶的口部指向瓶的基部，从而在饮料中产生驻波。这允许对将声波耦合到饮料中进行相对容易地控制。

然后，第二声波优选地定向为指向基部的至少一个弯曲壁部。利用瓶中的饮料的灌装液位中的系统相关波动，然后可以依据灌装液位在弯曲壁部的不同局部区段处形成驻波。

原则上，产生驻波取决于声音发生器距瓶的相应基部以及相应瓶中的饮料的灌装液位的距离。这是因为空气和饮料中的声音频率相同、但是波长根据声波在空气和饮料中的传播速度而变化的事实。瓶基部的相对于灌装液位以适合于形成驻波的距离配置的局部区段足以在饮料中产生驻波。因此，可以在不改变声源与瓶的基部之间的距离的情况下相对可靠地产生驻波。

优选地，依据形式设定第一声波和/或第二声波的振幅。能够针对不同的瓶尺寸和瓶形状而在泡沫的量和为此需要输入的能量方面优化泡沫的形成。

优选地，第一声波和/或第二声波由至少一个压电陶瓷扬声器产生。这允许相对灵活地调谐声音频率以及灵活地适应于空间条件地产生声音。

可选地，第一声波和/或第二声波以有利的方式由至少一个压电陶瓷球形帽(piezoceramic spherical cap)产生，并且被聚焦以形成冲击波。这使得能够利用瓶的头部空间中相应的起泡从饮料中特别有效地释放CO₂。

所提出的目的还利用根据方案12的装置实现。据此，该装置被构造成遵循根据上述实施方式中的至少一个实施方式的方法从碳酸饮料的瓶中驱除空气，并且该装置包括用于瓶的传送装置以及至少一个声源，该至少一个声源以距瓶有距离的方式固定地配置在传输装置的区域中，用于发射首先通过口部和/或其次从外侧到瓶的侧壁和/或基部的声波。由此可以获得关于方案1所说明的优点。

存在可自动调节输出频率的声源用于从外部辐射瓶的侧壁和/或基部，声源特别地为压电陶瓷扬声器的形式。结果，特别是还当瓶的固有共振频率由于与生产相关的环境而分散时，瓶可以被可靠地激励以在其固有共振频率下振动。这使得能够利用相应的泡沫的形成从饮料中特别有效地释放CO₂，从而从瓶的头部空间驱除空气。

针对瓶的口部有利地存在可自动调节距瓶的基部的距离和/或可自动调节输出频率的声源，声源特别地为用于产生冲击波的压电陶瓷球形帽的形式。结果，可以通过调节声源距瓶的基部和/或距饮料的灌装液位的距离来可靠地产生由于从瓶的基部的声音反射而引起的驻波。

附图说明

附图中示出了本发明的优选实施方式，在附图中，

图1是瓶在排出CO₂时的示意图；

图2是调谐所发射的输出频率的示意图；并且

图3是灌装机与封盖机之间的装置的示意性俯视图。

具体实施方式

如图1示意性示出的，根据本发明的装置100和利用装置100进行的方法用于通过例如由第一声源4和/或第二声源5产生的驻声波3从碳酸饮料2(诸如啤酒、含维生素C的柠檬水等)的瓶1排出CO₂。这引起泡沫2a的产生，泡沫2a的产生最终使瓶1的头部空间1a中存在的空气和其中包含的氧气被驱除。

第一声源4定向为从外侧指向瓶1的侧壁1b。第二声源5定向为通过瓶1的口部1c、因此从内侧指向瓶1的基部1d，使得由于来自基部1d的声音反射而在饮料2中产生驻声波3。特别地，在瓶尺寸和/或灌装液位2b各自不同的情况下，如示意性示出的，具有弯曲壁区段的基部1d对于驻声波3的可靠形成是有利的。

第一声源4通过第一声波4a操作，第一声波4a通过环境空气非接触地传递到侧壁1b。从第二声源5发射的第二声波5a也通过环境空气与口部1c非接触地耦合到饮料2中。

为了清楚起见，仅示出了单个驻声波3，该单个驻声波3通过由第二声源5发射的第二声波5a、在从基部1d反射之后返回的声波3a以及共用波节3b形成。排出溶解在饮料2中的CO₂是基于因饮料2中特别地在波节3b处的压力波动而引起的CO₂的释放。

还示意性示出了瓶1的侧壁1b中和基部1d中的壁振动6，壁振动6由第一声源4激励、增强了泡沫的形成并且具有固有共振频率7(图2中示出)。固有共振频率7能够由于与生产有关的环境而针对特定瓶形式独立波动，和/或固有共振频率7能够针对特定饮料2(例如还取决于灌装液位2b)而独立波动。

因此，图2以示意性的频率-时间图示出了能够在各个瓶1的适当处理时段期间调谐第一声源4的输出频率8。为此，优选地，输出频率8在整个调谐范围9中连续升高和/或降低，其中调谐范围9覆盖待处理的所有瓶1的可能的固有共振频率7。

调谐范围9能够基于取决于形式和/或取决于饮料和/或取决于灌装液位的标准固有共振频率10，并且针对待处理的瓶1被分别确定，使得在调谐期间输出频率8与各灌装好的瓶的实际固有共振频率7暂时一致。因此，即使系统地引起各个固有共振频率7的分散(scattering)，也可以在所有瓶1上至少暂时地可靠激励壁振动6，壁振动6增强起泡。

在所示示例中，调谐输出频率8引起了线性增加的频率-时间序列8a。同样可以想到的是，线性降低的输出频率8或覆盖固有共振频率7的其它频率-时间序列。

调谐范围9优选地具体针对形式和/或具体针对产品而确定，即可能还取决于灌装到瓶1中的饮料2。为此，例如，在确定调节范围9时可以引入瓶尺寸和/或灌装液位2b的统计变量。

为了将各个瓶1的固有共振频率7和/或固有共振频率7针对具有相关饮料的特定瓶形式的统计分散确定为例如平均值和标准偏差，可以通过第一声源4以不同的输出频率8辐射瓶1，并且能够比较由合适的声音接收器记录的信号振幅。

通过对这种测量结果的统计评价，可以为可能的瓶形式和饮料的各种组合计算例如相关的标准固有共振频率10和/或相关的调谐范围9。

用于在图1所示的声波4a、5a中非接触地耦合的装置100还包括(示意性地示出的)传输装置11，传输装置11具有相关的转动轴线11a和用于瓶1的可选的承载面11b。传输装置11例如为传送星轮等，由此形成瓶1相对于声源4、5的传输方向1e。然而，原则上，传输装置11还可以是输送带等形式的线性传输路径。

原则上，可以另外地使承载面11b根据输出频率8振动。然而，在所示的示例中，处于固有共振频率7的壁振动6仅由第一声源4激励。

第一声源4和/或第二声源5能够形成为例如压电陶瓷扬声器。特别地，第一声源4的输出频率8可以由控制器12自动调谐。

能够为第二声源5设置升降装置13，以设定第二声源5与瓶1的基部1b之间的距离14。然后可以例如以形式特定和/或饮料特定的方式通过触摸屏或类似输入单元由控制器12来集中地预先确定距离14和/或输出频率8。

特别地，第二声源5还可以被构造为压电陶瓷球形帽，以基于会聚球面波产生冲击波。由于相关的聚焦(focusing)，声音能够更有效地耦合到饮料2中，并且能够特别有效地产生驻声波3。

然后，压电元件能够以本身已知的方式以单层或双层方式配置在球形帽中，以便通过微米范围的高压脉冲同时扩展，从而在相邻介质中产生压力脉冲。然后，已知压电元件朝向焦点定向，在该焦点的区域中形成冲击波。

可选地，基于扬声器的工作原理，可以想到利用扁平线圈产生电磁压力脉冲或冲击波。在这种情况下，扁平膜通过电磁力以冲击加载的方式偏转，该电磁力产生平面波，然后使用声学透镜适当地聚焦该平面波。同样在这种情况下，冲击波出现在焦点附近。

图1示出了在瓶1的任意随机传输位置处组合的第一声源4和第二声源5。原则上，还可以通过仅使用第一声源4或仅使用第二声源5从饮料2释放CO₂来产生泡沫2a，以便利用泡沫2a驱除存在于瓶1的饮料2上方的头部空间1a中的空气。

还可以想到的是，在传输方向1e上将多个第一声源4和/或多个第二声源5一个接一个地配置于传输装置11。还可以想到的是，在传输方向1e上将一个第一声源4和一个第二声源5一个接一个地配置于传输装置11。

这在示意图3中以示例的方式示出。从图3中可见的是，被形成为旋转机器的灌装机和封盖机21以及形成于灌装机与封盖机21之间的传输装置11，该灌装机具有入口星轮和出口星轮，传输装置11作为具有第一声源4和第二声源5的传送星轮。

例如，可以首先通过第一声源4激励处于固有共振频率7的壁振动6，然后可以通过在来自第二声源5的声波5a中耦合来选择性地控制瓶1中的泡沫2a的量。CO₂由于被激励的壁振动6而已经被释放，并因此产生泡沫2a。例如，能够通过改变第一声源4的声音振幅和/或通过选择性地调整第一声源4的输出频率8来调整泡沫2a的量。无论如何，然后可以利用第二声源5从上方另外控制起泡。

然而，原则上，可以想到使第一声源4和/或第二声源5同时或相继作用的任何变型。

优选地在灌装机20中以连续的产品流用饮料2灌装瓶1，并且瓶1被从灌装机20的出口星轮传送到传输装置11。在连续传输容器1期间，声波4a、5a在传输装置11的区域中通过第一声源4和/或第二声源5耦合到侧壁1b、基部1c和/或饮料2中。结果，从饮料2中排出CO₂，并且在瓶1的头部空间1a中形成泡沫2a，使得先前存在的空气优选地从头部空间1a被完全驱除。因此，可以将潜在有害地进入饮料2中的氧气降低到可接受的程度。

此后，如此处理的瓶1以本身已知的方式被给送到封盖机21并在封盖机21中利用封闭盖22封闭瓶1。对密封的瓶1的进一步处理是已知的，因此不再进一步说明。

可以使由声源4、5发射的声波4a、5a的振幅集中地适应相应的瓶形式和/或饮料。可以想到声源4、5的沿着传输方向1e的任何串联配置，其中声源4、5具有单独适应的声音振幅。这允许特别精确地控制瓶1中泡沫的形成，以便首先尽可能多地排出存在于饮料2上方的空气并同时避免泡沫2a溢出。

在设备的花费相对少的情况下，声波4a、5a中通过环境空气的非接触式耦合是灵活的并且适于不同的瓶形式和饮料。特别是，不需要更换设置部件等来进行形式适应。

代替地，可能仅输出频率8(特别是用于激发灌装好的瓶1的处于固有共振频率7的壁振动6的输出频率8)和/或在第二声源5与基部1d的内壁之间的距离14将分别适应于特定形式和/或特定饮料或特定灌装液位。由此同样灵活和有效地驱除瓶1的头部空间1a中的空气。

特别地，能够通过以下参数特定地控制泡沫的形成：

■一个或多个声源的输出频率和/或声音振幅；

■第一声源4距瓶的基部1c的距离；

■发射的声波的振动形式，诸如正弦形式、锯齿状形式、矩形形式等；

■可以独立控制的多个第一声源4和/或第二声源5在灌装机与封盖机之间的串联配置；和/或

■对灌装好的瓶的处于固有共振频率7的壁振动6的激励。

能够获得如下优点，例如：

■可以例如在触摸屏上依据机器性能集中地调节和控制所说明的参数；

■能够以特别有选择性的方式产生泡沫2a，使得空气从头部空间1a排出，特别地，使得空气从头部空间1a以层流的方式排出，避免了头部空间1a中的不期望的湍流；

■由于非接触式声音耦合产生的最佳卫生性；

■不将诸如水等的其它物质引入饮料2，由此维持产品品质；以及

■低的能量消耗。

Claims

1.一种用于从碳酸饮料(2)的瓶(1)驱除空气的方法，其中声波(4a、5a)从至少一个声源(4、5)发射、通过环境空气传播、穿过所述瓶(1)的口部(1c)进入所述饮料(1)和/或使所述瓶(1)的侧壁(1b)振动(6)，使得从所述饮料(2)排出CO₂，并且所述饮料(2)在所述瓶(1)的头部空间(1a)中起泡，从而通过所述口部(1c)驱除容纳在所述头部空间(1a)中的空气。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一声波(4a)定向为指向所述瓶(1)的所述侧壁(1b)，并且输出频率(8)适应于灌装好的所述瓶(1)的固有共振频率(7)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述第一声波(4a)的发射期间调谐所述输出频率(8)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于与相应的瓶形式和/或所述饮料(2)和/或所述饮料(2)的灌装液位(2b)相关的标准固有共振频率(10)来调谐所述输出频率(8)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，接收处于不同输出频率(8)的所述第一声波(4a)，并且通过比较相关的信号振幅来确定所述固有共振频率(7)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，第二声波定向为通过所述瓶(1)的所述口部(1c)指向所述瓶(1)的基部(1d)，因而在所述饮料(2)中产生驻波(3)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对相关的所述声源(4a)距所述瓶(1)的所述基部(1d)的距离(14)进行适应，特别地，对相关的所述声源(4a)距所述瓶(1)的所述基部(1d)的距离(14)进行自动适应。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述第二声波(5a)定向为指向所述基部(1d)的弯曲壁部。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一声波(4a)和/或所述第二声波(5a)的振幅被单独设定。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一声波(4a)和/或所述第二声波(5a)由至少一个压电陶瓷扬声器产生。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一声波(4a)和/或所述第二声波(5a)由至少一个压电陶瓷球形帽产生，并且被聚焦以形成冲击波。

12.一种用于从碳酸饮料(2)的瓶(1)驱除空气的装置(100)，所述装置遵循前述权利要求中至少一项所述的方法，所述装置(100)包括用于所述瓶的传输装置(11)和至少一个声源(4、5)，所述至少一个声源(4、5)以距所述瓶(1)有距离的方式固定地配置在所述传输装置(11)的区域中，以发射通过所述口部(1c)的声波(4a、5a)和/或从外侧到所述瓶(1)的侧壁(1b)的声波(4a、5a)和/或从外侧到所述瓶(1)的基部(1d)的声波(4a、5a)。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，针对所述侧壁(1b)和/或基部(1d)存在能够自动调谐输出频率(8)的声源(4)，特别地，所述声源(4)是压电陶瓷扬声器的形式。

14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，针对所述口部(1c)存在能够自动调节距所述基部(1d)的距离(14)和/或能够自动调节输出频率(8)的声源(5)，特别地，所述声源(5)是用于产生冲击波的压电陶瓷球形帽的形式。