DE102019215692A1

DE102019215692A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Identifikation von Stoffen in der Fluidzusammensetzung

Info

Publication number: DE102019215692A1
Application number: DE102019215692.4A
Authority: DE
Inventors: Gunther Krieg; Dirk Fey
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2039-10-12
Also published as: WO2021069033A1; MX2022004151A; DE102019215692B4; EP4042147A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Identifikation von Stoffen in einer Fluidzusammensetzung, insbesondere in einem Behälter, vorzugsweise in einer verschlossenen Flasche, umfassendeine Entnahmevorrichtung zur Entnahme einer durch eine Befüllungsvorrichtung in einen Behälter einzufüllenden Fluidzusammensetzung,zumindest eine Analysevorrichtung, insbesondere eine Spektroskopievorrichtung zur, insbesondere spektroskopischen, Analyse der einzufüllenden Fluidzusammensetzung und/oder zur, insbesondere spektroskopischen, Analyse der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung,zumindest eine Auswerteeinrichtung, die mit der zumindest einen Analysevorrichtung verbunden ist, zur Identifikation der zu befüllenden Fluidzusammensetzung und/oder zur Identifikation der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung, und die ausgebildet ist, basierend auf einem Vergleich der identifizierten einzufüllenden und/oder einer vorgebbaren Fluidzusammensetzung mit der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung zumindest ein Signal auszugeben, wenn die beiden Fluidzusammensetzungen gemäß zumindest einem vorgebbaren Parameter, insbesondere innerhalb eines vorgebbaren Toleranzintervalls voneinander abweichen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Identifikation von Stoffen in einer Fluidzusammensetzung, insbesondere in einem Behälter, vorzugsweise in einer verschlossenen Flasche.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Identifikation von Stoffen in einer Fluidzusammensetzung, insbesondere in einem Behälter, vorzugsweise in einer verschlossenen Flasche.
Die Erfindung betrifft weiter eine Spülvorrichtung zum Spülen einer Befüllungsvorrichtung mit einem Spülmedium.
Obwohl auf beliebige Behälter anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Flaschen, beispielsweise Mehrweg-PET-Flaschen, PET-Einwegflaschen sowie Glasflaschen erläutert.
Obwohl auf beliebige Fluidzusammensetzungen anwendbar, wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf flüssige Zusammensetzungen erläutert.
In der Getränkeindustrie werden Getränke, beispielsweise aufbereitetes Wasser, Mineralwasser oder mit Zusätzen versehenes Wasser, Bier oder dergleichen in Flaschen, beispielsweise PET-Mehrweg-Flaschen gefüllt, die Flaschen anschließend verschlossen, und dann entsprechend in Gebinden zur Auslieferung verpackt. Das Aufbereiten des abzufüllenden Getränkes erfolgt hierbei in der Befüllungsanlage, die über entsprechende Leitungen mit den jeweiligen Vorratsbehältern verbunden ist, um von der Befüllungsanlage im gewünschten Verhältnis in die Flaschen gefüllt zu werden. Hierbei ist es bekannt geworden, die Zusammensetzung der Flüssigkeiten in den jeweiligen Vorratsbehältern laufend zu überprüfen, um sicherzustellen, dass verschiedene Produkte in den gewünschten Konzentrationen, etc. abgefüllt bzw. bereitgestellt werden.
Nachteilig dabei ist, dass nach dem Befüllen der Behälter mit dem Getränk, dieses im Behälter nicht mehr überprüft werden kann. Eine Überprüfung, ob sich tatsächlich das Produkt in der gewünschten Zusammensetzung im Behälter befindet oder sich beispielsweise Verunreinigungen im Behälter befinden, ist nicht mehr, wenn der Behälter verschlossen wurde, oder nur sehr aufwendig möglich, beispielsweise durch Entnehmen einer Probe aus dem jeweiligen Behälter und Analysieren derselben. Ein solches Vorgehen ist nicht nur kostenintensiv, sondern auch in der benötigten Geschwindigkeit von bis zu 20 Flaschen pro Sekunde nicht möglich.
Ein weiteres Problem stellt ein entsprechender Getränkewechsel dar. Um beispielsweise die Befüllungsanlage von Energy Drink auf Mineralwasser oder Tafelwasser umzustellen, muss, um zu vermeiden, dass Geschmacksirritationen bei einem späteren Kunden durch Geschmackstransfer auftreten, die Befüllungsanlage mit einem neutralen Medium und/oder durch Zusatz von Lauge, Säure, Chlor oder anderen Reinigungsmitteln gespült werden. Zum Spülen der Befüllungsanlage wird beispielsweise frisches Wasser verwendet, mit dem die Befüllungsanlage für eine Zeitspanne gespült wird. Die Zeitspanne wird dabei basierend auf Erfahrungswerten so gewählt, bis angenommen wird, dass sich keine nennenswerten Bestandteile des früheren Produkts, im vorliegenden Fall Energy Drink, mehr in den Leitungen der Befüllungsanlage befindet. Hierdurch kommt es jedoch zu einem unnötig hohen Verbrauch von Frischwasser. Gleichzeitig steht die Befüllungsanlage wegen der überdimensionierten Spülzeit für eine unnötig lange Zeit zur Befüllung von Flaschen nicht zur Verfügung, was wirtschaftlich nachteilig ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kontinuierliche Überwachung von befüllten Behältern zu ermöglichen bei ausreichender Schnelligkeit und Zuverlässigkeit bei der Identifikation von Stoffen in einer Fluidzusammensetzung, insbesondere im Bereich der Getränkeindustrie. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine schnelle, kostengünstige sowie ausreichende Spülung einer Befüllungsanlage zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Vorrichtung zur Identifikation von Fremdstoffen in einer Fluidzusammensetzung, ein alternatives Verfahren zur Identifikation von Fremdstoffen in einer Fluidzusammensetzung sowie eine alternative Spülvorrichtung anzugeben.
Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend genannten Aufgaben mit einer Vorrichtung zur Identifikation von Stoffen in einer Fluidzusammensetzung, insbesondere in einem Behälter, vorzugsweise in einer verschlossenen Flasche, umfassend eine Entnahmevorrichtung zur Entnahme einer durch eine Befüllungsvorrichtung in einen Behälter einzufüllenden Fluidzusammensetzung, zumindest eine Analysevorrichtung, insbesondere eine Spektroskopievorrichtung, zur, insbesondere spektroskopischen, Analyse der einzufüllenden Fluidzusammensetzung und/oder zur, insbesondere spektroskopischen, Analyse der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung, zumindest eine Auswerteeinrichtung, die mit der zumindest einen Analysevorrichtung verbunden ist, zur Identifikation der zu befüllenden Fluidzusammensetzung und/oder zur Identifikation der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung, und die ausgebildet ist, basierend auf einem Vergleich der identifizierten einzufüllenden und/oder einer vorgebbaren Fluidzusammensetzung mit der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung zumindest ein Signal auszugeben, wenn die beiden Fluidzusammensetzungen gemäß zumindest einem vorgebbaren Parameter, insbesondere innerhalb eines vorgebbaren Toleranzintervalls, voneinander abweichen.
Die vorliegende Erfindung löst die vorstehenden Aufgaben ebenfalls mit einem Verfahren zur Identifikation von Stoffen in einer Fluidzusammensetzung, insbesondere in einem Behälter, vorzugsweise in einer verschlossenen Flasche, vorzugsweise zur Durchführung mit einer Identifikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-20, umfassend die Schritte

- Entnehmen einer Probe, insbesondere kontinuierlich, einer durch eine Befüllungsvorrichtung in einen Behälter einzufüllenden Fluidzusammensetzung,
- Analysieren, insbesondere spektroskopisch, der einzufüllenden Fluidzusammensetzung und/oder der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung,
- Identifizieren der zu befüllenden Fluidzusammensetzung und/oder der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung basierend auf dem Vergleich der identifizierten einzufüllenden Fluidzusammensetzung mit der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung, und
- Ausgeben zumindest eines Signals, wenn die beiden identifizierten Fluidzusammensetzungen gemäß zumindest einem vorgebbaren Parameter, insbesondere innerhalb eines vorgebbaren Toleranzintervalls, voneinander abweichen.

Die vorliegende Erfindung löst die vorstehenden Aufgaben ebenfalls mit einer Spülvorrichtung zum Spülen einer Befüllungsvorrichtung mit einem Spülmedium, umfassend

eine Spülmediumbereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen eines Spülmediums, insbesondere von Wasser, und
eine Identifikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-20,
wobei die Spülmediumbereitstellungseinrichtung ausgebildet ist, der Identifikationsvorrichtung das Spülmedium bereitzustellen und die Identifikationsvorrichtung die Spülmediumzusammensetzung vor und nach dem Durchgang des Spülmediums durch die Befüllungsvorrichtung identifiziert und wobei die Spülmediumbereitstellungseinrichtung abgeschaltet wird, so dass das Bereitstellen von Spülmedium beendet wird, wenn der Unterschied der beiden identifizierten Spülmediumzusammensetzungen anhand eines Parameters einen vorgegebenen Schwellwert für den zumindest einen Parameter unterschreitet.

Unter dem Begriff „Fluid“ ist jeglicher Stoff oder jegliches Stoffgemisch zu verstehen, welches sich in gasförmigem und/oder flüssigem Aggregatzustand befindet.
Einer der mit der Erfindung erzielten Vorteile ist, dass damit Verunreinigungen der Fluidzusammensetzung nach Passieren der Befüllungsanlage bzw. -vorrichtung zuverlässig vermieden werden können bei gleichzeitiger ausreichender Schnelligkeit und Zuverlässigkeit der Identifizierung von Verunreinigungen, was einen großtechnischen Einsatz im Prozessmaßstab ermöglicht. Ein weiterer Vorteil ist, dass mittels der Spülvorrichtung eine schnelle, zuverlässige und kostengünstige Spülung der Befüllungsvorrichtung ermöglicht wird, was die Verfügbarkeit der Befüllungsvorrichtung bei einem Produktwechsel wesentlich erhöht, was die Produktionskosten reduziert.
Weitere Merkmale, Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den folgenden Unteransprüchen beschrieben oder werden durch diese offenbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die zumindest eine Analysevorrichtung eine Spektroskopievorrichtung, die ausgebildet ist, die spektroskopische Analyse der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung und nach Einfüllen in einen Behälter, vorzunehmen. Vorteil hiervon ist, dass eine Kontrolle der Fluidzusammensetzung auf Verunreinigungen im Behälter selbst vorgenommen werden kann, was die Zuverlässigkeit hinsichtlich der Detektion von Fremdstoffen oder unerwünschten Abweichungen in der Fluidzusammensetzung wesentlich erhöht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind zwei Spektroskopievorrichtungen angeordnet, wobei die erste Spektroskopievorrichtung zur spektroskopischen Analyse der einzufüllenden Fluidzusammensetzung, und die zweite Spektroskopievorrichtung zur spektroskopischen Analyse einer in einem Behälter befindlichen Fluidzusammensetzung ausgebildet ist. Vorteil hiervon ist, dass die Flexibilität hinsichtlich der spektroskopischen Analyse der Fluidzusammensetzung vor und nach der Befüllungsvorrichtung erhöht wird, da unterschiedliche Spektroskopieverfahren, unterschiedliche Optiken oder dergleichen verwendet werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die zumindest eine Spektroskopievorrichtung ausgebildet, die spektroskopische Analyse der in einem Behälter befindlichen Fluidzusammensetzung entnahmefrei durchzuführen. Damit kann die Überprüfung am geschlossenen Behälter durchgeführt werden. Dies erhöht die Zuverlässigkeit, da weitere nachfolgende Verunreinigungen durch den verschlossenen Behälter ausgeschlossenen sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die zumindest eine Spektroskopievorrichtung, insbesondere zur Analyse der in einem Behälter befindlichen Fluidzusammensetzung, eine Sendeoptik zur Bereitstellung zumindest eines Punktstrahls oder zumindest eines Linienstrahls und/oder eine Empfangsoptik zum Empfang von Licht in Form zumindest eines Punktstrahls und/oder zumindest eines Linienstrahls auf. Vorteil hiervon ist, dass auf einfache und zuverlässige Weise der Lichtstrahl auf den gewünschten Bereich gelenkt wird bzw. von diesem in Abhängigkeit der Form des Lichtstrahls detektiert werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die zumindest eine Spektroskopievorrichtung ausgebildet, mittels Transmission durch die, insbesondere in einem Behälter befindliche, Fluidzusammensetzung eine spektroskopische Analyse durchzuführen. Vorteil hiervon ist, dass damit auf einfache und zuverlässige Weise eine spektroskopische Analyse der Fluidzusammensetzung, insbesondere in einem Behälter, durchgeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die zumindest eine Spektroskopievorrichtung so ausgebildet und gegenüber dem Behälter so angeordnet, dass Lichteintritt in den Behälter und Lichtaustritt aus dem Behälter über zwei nicht-parallel orientierte Flächen des Behälters erfolgt. Damit kann beispielsweise eine Transmission „über Eck“ erfolgen, sodass der bei großen Behältern üblicherweise lange Lichtweg verkürzt werden kann und so eine ausreichende Transmission für eine spektroskopische Analyse auch bei großen Behältern bereitgestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die zumindest eine Spektroskopievorrichtung eine Messzelle, hergestellt aus Quarzglas, zum Messen der Fluidzusammensetzung auf. Vorteil hiervon ist eine einfache Herstellbarkeit ebenso wie eine hohe Temperaturstabilität und Resistenz gegenüber aggressiven Substanzen wie Säuren oder dergleichen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung beträgt das Verhältnis von der Dicke einer Wand der Messzelle zu Innendurchmesser der Messzelle weniger als die Hälfte und/oder mehr als 1/6. Damit lässt sich bei ausreichender Stabilität der Messzelle ein ausreichendes Volumen der Messzelle bereitstellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die zumindest eine Spektroskopievorrichtung ausgebildet, Licht in die Messzelle derart einzukoppeln, dass das Licht mittels Totalreflexionen an den Wänden der Messzelle innerhalb der Messzelle transmittiert wird. Vorteil hiervon ist eine höhere optische Weglänge bei hoher T ransm ission .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die zumindest eine Spektroskopievorrichtung einen Lichtwellenleiter zum Einkoppeln von Licht in die Messzelle auf, der zentral in der Messzelle angeordnet ist und einen Durchmesser von weniger als der Hälfte des Innendurchmessers der Messzelle, insbesondere weniger als ein Viertel des Innendurchmessers der Messzelle aufweist. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass eine zuverlässige Einkopplung von Licht in die Messzelle ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Messzelle als UV-transparente Glashohlfaser ausgebildet, insbesondere wobei eine optische Weglänge von mehr als dem 5-fachen der Länge der Messzelle bereitgestellt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind optische Komponenten der Vorrichtung temperaturgeregelt, insbesondere passiv. Damit wird die Zuverlässigkeit der spektroskopischen Analyse noch weiter erhöht bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die optischen Komponenten separat von elektronischen Komponenten der Vorrichtung temperaturgeregelt. Damit werden mehrere Temperaturreglungskreise ermöglicht, was die Zuverlässigkeit insgesamt bei der Identifikation der Fluidzusammensetzungen weiter verbessert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Kühleinrichtung angeordnet, insbesondere umfassend einen Kühlkörper, ein Wärmerohr und zumindest einen drehzahlgeregelten Lüfter. Damit wird eine Kühlung für die optischen und/oder elektronischen Komponenten der Vorrichtung bereitgestellt, was ein Überhitzen der Komponenten vermeidet und die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Vorrichtung insgesamt erhöht. Unter dem Begriff „Wärmerohr“ ist eine „Heat-Pipe“ zu verstehen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, mittels eines neuronalen Netzes und/oder einer genetischen Spektralsuche eine Identifikation der zu befüllenden Fluidzusammensetzung und/oder eine Identifikation der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung durchzuführen. Damit wird eine besonders zuverlässige Identifikation der Fluidzusammensetzungen, also insbesondere der jeweiligen Konzentrationen, ermöglicht. Eine Bestimmung der Fluidzusammensetzung, insbesondere der jeweiligen Konzentrationen, kann beispielsweise durch kontinuierliches Lösen eines Gleichungssystems mit n Unbekannten, also den Konzentrationen, die zu bestimmen sind, erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die zumindest eine Spektroskopievorrichtung eine UV-/VIS-Spektroskopievorrichtung. Damit wird ein ausreichend großer Wellenlängenbereich für die Identifikation der Fluidzusammensetzungen bei gleichzeitig zuverlässiger Aufnahme der Spektren im relevanten Wellenlängenbereich bei hoher Sensitivität und ausreichender Selektivität ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die zumindest eine Spektroskopievorrichtung ein Fluoreszenz-Spektrometer. Vorteil hiervon ist die Möglichkeit der Durchführung einer spektroskopischen Analyse auf der Basis von Fluoreszenz, was die Flexibilität bei der Identifikation von Fluidzusammensetzungen verbessert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Fluidbereitstellungseinrichtung zur Bereitstellung eines freien Fluidstrahls nach Durchgang durch die Befüllungsvorrichtung angeordnet und mittels der zumindest einen Spektroskopievorrichtung ist der freie Fluidstrahl spektroskopisch analysierbar. Damit lässt sich die Zuverlässigkeit der spektroskopischen Analyse steigern, da keinerlei störenden Behälterwände berücksichtigt werden müssen, die beispielsweise verschiedene Wellenlängenbereiche unterdrücken oder die zu instabilen, nicht reproduzierbaren, Messergebnissen führen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Vorrichtung ausgebildet, eine kontinuierliche Identifikation von Stoffen in der Fluidzusammensetzung, insbesondere in Behältern, mittels Spektroskopie bereitzustellen. Damit wird eine laufende „Online“-Untersuchung in großtechnischen Anlagen, beispielsweise bei der Getränkeabfüllung möglich. Aufwendige und teure Einzelproben werden vermieden; zudem kann häufiger überprüft werden, was die Produktsicherheit des befüllten Behälters erhöht.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
In den Figuren zeigen

1 in schematischer Form eine Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 in schematischer Form eine Messzelle zur Durchführung einer spektroskopischen Untersuchung im Einlauf einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 in schematischer Form Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt in schematischer Form eine Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Detail ist in 1 eine Vorrichtung 1 zur Identifikation von Getränkezusammensetzungen gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst dabei eine Entnahmevorrichtung 3, die aus Getränkezuführleitungen 60a von einem Reservoir 60 kontinuierlich Proben entnehmen kann. Die Entnahmevorrichtung 3 leitet dabei die Probe in eine Messzelle 30 einer ersten Spektroskopievorrichtung 5 weiter, die mit Licht einer Lichtquelle 11 beaufschlagt werden kann. Ein Spektrometer 12 analysiert das durch die Probe transmittierte und/oder von der Probe remittierte Licht spektroskopisch und leitet das Analyseergebnis an eine Auswerteeinrichtung 7 weiter.
Die Getränkezuführleitungen 60a sind mit einer Befüllungsvorrichtung 4 zur großtechnischen Befüllung von Flaschen 2 verbunden. Nachdem die Flaschen 2 durch die Befüllungsvorrichtung 4 mit einer vorgegebenen Getränkezusammensetzung befüllt und verschlossen wurden, werden diese mittels einer Fördervorrichtung, hier in Form eines Transportbandes 14, an einer zweiten Spektroskopievorrichtung 6 vorbeigeführt. Die zweite Spektroskopievorrichtung 6 umfasst eine Lichtquelle 10, die jeden Behälter 2 mit Licht der Lichtquelle 10 durchstrahlt. Der Lichtquelle 10 vorgeschaltet ist eine Sendeoptik 8 für einen Punktstrahler. Nach Transmission des Lichts durch einen Teil des mit der Getränkezusammensetzung befüllten und verschlossenen Behälters 2 wird das transmittierte Licht mittels einer Sammeloptik 9 für Punktstrahler gesammelt und einem zweiten Spektrometer 13 zur spektroskopischen Analyse zugeführt. Eine Transmission des Lichts wird hierbei über eine im Wesentlichen rechtwinklige Ecke des jeweiligen Behälters 2 durchgeführt, mit anderen Worten über eine Seitenwand 20 und einen im Wesentlichen hierzu senkrecht angeordneten Boden 21 des Behälters 2. Das zweite Spektrometer 13 ist ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung 7 verbunden. Die Auswerteeinrichtung 7 wertet nun mittels genetischer Spektralsuche und/oder mittels eines neuronalen Netzes und/oder mittels Lösen eines linearen Gleichungssystems mit n Unbekannten die ermittelten Spektren der Getränkezusammensetzungen der Proben vor Durchlaufen der Befüllungsvorrichtung 4 mit den Spektren der Getränkezusammensetzungen in den Behältern 2 aus. Ergeben sich hier Abweichungen kann die Getränkebefüllung gestoppt und mit der Fehlersuche begonnen werden. Beispielsweise kann die Befüllungsvorrichtung 4 gespült werden, um Rückstände aus der Befüllungsvorrichtung 4 zu entfernen und die weitere Verunreinigung von Getränkezusammensetzungen durch die Rückstände zu vermeiden. Zur Anzeige des Ergebnisses der Auswerteeinrichtung 7 ist diese mit einer Anzeigeeinrichtung 80, beispielweise einem Monitor verbunden. Darüber hinaus kann diese mit einer Steuereinrichtung (hier nicht gezeigt) für den Befüllvorgang insgesamt verbunden sein.
Um die Befüllungsvorrichtung 4 zu spülen, ist eine Bereitstellungseinrichtung 90 für Frischwasser vorgesehen, die über eine separate Leitung zur Beaufschlagung der Befüllungsvorrichtung 4 mit Frischwasser vorgesehen ist. Die Bereitstellungseinrichtung 90 oder deren Frischwasserzuführleitung kann dabei mit der ersten Spektroskopievorrichtung 5, der Ausgang der Befüllungsvorrichtung 4 kann dabei mit der zweiten Spektroskopievorrichtung 6 verbunden sein, sodass die erste Spektroskopievorrichtung 5 die Wasserzusammensetzung vor dem Spülen der Befüllungsvorrichtung 4, die zweite Spektroskopievorrichtung 6 die Wasserzusammensetzung nach dem Durchgang der Befüllungsvorrichtung 4 analysieren kann. In 1 wird für die spektroskopische Analyse vor und nach dem Durchgang durch die Befüllungsvorrichtung 4 lediglich die erste Spektroskopievorrichtung 5 genutzt.
Mittels der Auswerteeinrichtung 7 kann nun das Beaufschlagen der Befüllungsvorrichtung 4 solange erfolgen, bis die Abweichung der beiden Wasserzusammensetzungen anhand eines Parameters unter einen bestimmten Schwellwert erfolgt. Auf diese Weise ist eine effiziente, schnelle Spülung bzw. Reinigung der Befüllungsvorrichtung 4 möglich.
2 zeigt in schematischer Form eine Messzelle zur Durchführung einer spektroskopischen Untersuchung im Einlauf einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Detail ist in 2 in einer Schnittdarstellung eine Messzelle 30 in Form einer UV-Glashohlzelle mit Messzellenwänden 32 aus Siliziumdioxid mit Brechungsindex 1,46 gezeigt. Die Messzelle 30 wird auf ihrer Außenseite mit Kunststoff beschichtet, dessen Brechungsindex kleiner ist als der der Wand 32 der Messzelle 30. Die Dicke der Messzellenwände beträgt hier 0,5 mm, der Innendurchmesser 33 beträgt 2,7 mm, der Außendurchmesser folglich 3,7 mm. Zur Einkopplung von Licht ist eine Lichtleitfaser 34 angeordnet, die symmetrisch zu den Messzellenwänden 32 in der Messzelle 30 angeordnet ist.
In 2 ist weiterhin ein Strahlenverlauf 36, 37, 38 eines aus der Lichtleitfaser 34 ausgekoppelten und in die Messzelle 30 eingekoppelten Strahls gezeigt. Der Strahl 36 wird teilweise an der Innenseite der Wand 32 gebrochen (gebrochener Strahl 37) oder verläuft als zweiter gebrochener Strahl teilweise innerhalb der Wand 32 (zweiter gebrochener Strahl 38)
Auf diese Weise kann durch Vielfachreflexionen an der Innenseite der Wand 32 der Messzelle 30 eine Steigerung des optischen Wegs um zumindest den Faktor 10 erreicht werden, so dass eine entsprechende Steigerung der Sensitivität der Vorrichtung 1 resultiert. 3 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 3 ist eine Vorrichtung 1 zur Identifikation von Fluidzusammensetzungen gezeigt. Neben einer Lichtquelle 11 und einem Spektrometer 12, welche jeweils mit einer Messzelle 30 verbunden sind, ist ebenfalls eine Destillationseinheit 3' angeordnet zur Aufbereitung von Getränkezusammensetzungen für die nachfolgende Analyse mittels des Spektroskops 12. Die Lichtquelle 11 ist hier als Deuteriumlichtquelle ausgebildet, die mittels Heatpipes und eines Axiallüfters einer Kühlvorrichtung 50 gekühlt werden. Damit wird eine Verbesserung, d.h. eine Senkung der Nachweisgrenze um den Faktor 2 ermöglicht. Insbesondere kann damit im ultravioletten Spektralbereich eine stabile Messung erreicht werden, da die optischen Komponenten mit Messzelle 30, Lichtquelle 11 und Spektrometer 12 auf einer vorgegebenen Temperatur mittels der Kühlvorrichtung 50 gehalten werden können. Die elektronischen Komponenten, beispielsweise eine Auswerteeinrichtung 7 oder die hier gezeigte Steuereinrichtung 40 werden mittels einer Klimaanlage gekühlt und sind oberhalb der optischen Komponenten in einem in 3 gezeigten Schaltschrank angeordnet. Die Destillationseinheit 3' ermöglicht eine Abtrennung von spektral störenden Stoffkomponenten, beispielsweise von Nitrat oder von Huminstoffen, die in der Regel in Wasser für Getränke enthalten sind.
4 zeigt in schematischer Form Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Detail zeigt 4 Schritte eines Verfahrens zur Identifikation von Stoffen in einer Fluidzusammensetzung, insbesondere in einem Behälter, vorzugsweise in einer verschlossenen Flasche, mittels Spektroskopie.
Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte.
In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Entnehmen einer Probe, insbesondere kontinuierlich, einer durch eine Befüllungsvorrichtung in einen Behälter einzufüllenden Fluidzusammensetzung.
In einem weiteren Schritt S2 erfolgt ein spektroskopisches Analysieren der einzufüllenden Fluidzusammensetzung und/oder der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung.
In einem weiteren Schritt S3 erfolgt ein Identifizieren der zu befüllenden Fluidzusammensetzung und/oder der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung basierend auf dem Vergleich der identifizierten einzufüllenden Fluidzusammensetzung mit der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung.
In einem weiteren Schritt S4 erfolgt ein Ausgeben zumindest eines Signals, wenn die beiden identifizierten Fluidzusammensetzungen gemäß zumindest einem vorgebbaren Parameter voneinander abweichen.
Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile auf:

- Hohe Genauigkeit
- Niedrige Nachweisgrenze
- Schnelle, zuverlässige Spülung
- Hohe Produktivität und Wirtschaftlichkeit
- Weniger Ausschuss
- Hohe Produktsicherheit

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Behälter
3: Entnahmevorrichtung
3': Destilliereinheit
4: Befüllungsvorrichtung
5,6: Spektroskopievorrichtung
7: Auswerteeinrichtung
8: Sendeoptik
9: Empfangsoptik
10, 11: Lichtquelle
12, 13: Spektrometer
14: Transportband/Fördervorrichtung
20,21: Flächen des Behälters
30: Messzelle
31: Dicke
32: Wand der Messzelle
33: Innendurchmesser
34: Lichtwellenleiter
35: Durchmesser
36, 37, 38: Lichtstrahlen
50: Kühleinrichtung
60: Vorratsbehälter
60a, 60b: Zuführleitung
70: Fluidbereitstellungseinrichtung
80: Anzeigeeinrichtung
90: Spülvorrichtung
S1, S2, S3, S4: Schritte

Claims

Vorrichtung (1) zur Identifikation von Stoffen in einer Fluidzusammensetzung, insbesondere in einem Behälter (2), vorzugsweise in einer verschlossenen Flasche, umfassend eine Entnahmevorrichtung (3) zur Entnahme einer durch eine Befüllungsvorrichtung (4) in einen Behälter (2) einzufüllenden Fluidzusammensetzung, zumindest eine Analysevorrichtung (5,6), insbesondere eine Spektroskopievorrichtung (5,6) zur, insbesondere spektroskopischen, Analyse der einzufüllenden Fluidzusammensetzung und/oder zur, insbesondere spektroskopischen, Analyse der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung (4), zumindest eine Auswerteeinrichtung (7), die mit der zumindest einen Analysevorrichtung (5,6) verbunden ist, zur Identifikation der zu befüllenden Fluidzusammensetzung und/oder zur Identifikation der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung (4), und die ausgebildet ist, basierend auf einem Vergleich der identifizierten einzufüllenden und/oder einer vorgebbaren Fluidzusammensetzung mit der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung (4) zumindest ein Signal auszugeben, wenn die beiden Fluidzusammensetzungen gemäß zumindest einem vorgebbaren Parameter, insbesondere innerhalb eines vorgebbaren Toleranzintervalls, voneinander abweichen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest eine Analysevorrichtung eine Spektroskopievorrichtung (5,6) umfasst, die ausgebildet ist, die spektroskopische Analyse der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung (4) und nach Einfüllen in einen Behälter (2), vorzunehmen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Spektroskopievorrichtungen (5,6) angeordnet sind, wobei die erste Spektroskopievorrichtung (5) zur spektroskopischen Analyse der einzufüllenden Fluidzusammensetzung, und wobei die zweite Spektroskopievorrichtung (6) zur spektroskopischen Analyse einer in einem Behälter (2) befindlichen Fluidzusammensetzung ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spektroskopievorrichtung (5,6) ausgebildet ist, die spektroskopische Analyse der in einem Behälter (2) befindlichen Fluidzusammensetzung entnahmefrei durchzuführen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spektroskopievorrichtung (5,6), insbesondere zur Analyse der in einem Behälter (2) befindlichen Fluidzusammensetzung, eine Sendeoptik (8) zur Bereitstellung zumindest eines Punktstrahls oder zumindest eines Linienstrahls und/oder eine Empfangsoptik (9) zum Empfang von Licht in Form eines Punktstrahls und/oder eines Linienstrahls aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spektroskopievorrichtung (5,6) ausgebildet ist, mittels Transmission durch die, insbesondere in einem Behälter befindliche, Fluidzusammensetzung eine spektroskopische Analyse durchzuführen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spektroskopievorrichtung (5,6) so ausgebildet und gegenüber dem Behälter (2) so angeordnet ist, dass Lichteintritt in den Behälter und Lichtaustritt aus dem Behälter über zwei nicht-parallel orientierte Flächen (20,21) des Behälters (2) erfolgt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spektroskopievorrichtung (5,6) eine Messzelle (30), hergestellt aus Quarzglas, aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von der Dicke (31) einer Wand (32) der Messzelle (30) zu Innendurchmesser (33) der Messzelle (30) weniger als die Hälfte und/oder mehr als 1/6 beträgt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8-9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spektroskopievorrichtung (5,6) ausgebildet ist, Licht in die Messzelle (30) derart einzukoppeln, dass das Licht mittels Totalreflexionen an den Wänden (32) der Messzelle (30) innerhalb der Messzelle (30) transmittiert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die zumindest eine Spektroskopievorrichtung (5,6) einen Lichtwellenleiter (34) zum Einkoppeln von Licht in die Messzelle (30) aufweist, der zentral in der Messzelle (30) angeordnet ist und einen Durchmesser (35) von weniger als der Hälfte des Innendurchmessers (33) der Messzelle (30), insbesondere weniger als ein Viertel des Innendurchmessers (33) der Messzelle (30) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (30) als UV-transparente Glashohlfaser ausgebildet ist, insbesondere wobei eine optische Weglänge von mehr als dem 5-fachen der Länge der Messzelle (30) bereitgestellt wird.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass optische Komponenten (5,6,8,9,10,11,12,13) der Vorrichtung (1) temperaturgeregelt sind, insbesondere passiv.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Komponenten (5,6,8,9,10,11,12,13) separat von elektronischen Komponenten (7) der Vorrichtung (1) temperaturgeregelt sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13-14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung (50) angeordnet ist, insbesondere umfassend einen Kühlkörper, ein Wärmerohr und zumindest einen drehzahlgeregelten Lüfter.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, mittels eines neuronalen Netzes und/oder einer genetischen Spektralsuche eine Identifikation der zu befüllenden Fluidzusammensetzung und/oder eine Identifikation der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung (4) durchzuführen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spektroskopievorrichtung (5,6) eine UV-/VIS-Spektroskopievorrichtung ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spektroskopievorrichtung (5,6) ein Fluoreszenz-Spektrometer umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidbereitstellungseinrichtung (70) zur Bereitstellung eines freien Fluidstrahls nach Durchgang durch die Befüllungsvorrichtung (4) angeordnet ist und mittels der zumindest einen Spektroskopievorrichtung (5,6) der freie Fluidstrahl spektroskopisch analysierbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ausgebildet ist, eine kontinuierliche Identifikation von Stoffen in der Fluidzusammensetzung, insbesondere in Behältern (2), mittels Spektroskopie bereitzustellen.
Verfahren zur Identifikation von Stoffen in einer Fluidzusammensetzung, insbesondere in einem Behälter (2), vorzugsweise in einer verschlossenen Flasche, umfassend die Schritte - Entnehmen (S1) einer Probe, insbesondere kontinuierlich, einer durch eine Befüllungsvorrichtung (4) in einen Behälter (2) einzufüllenden Fluidzusammensetzung, - Analysieren (S2), insbesondere spektroskopisch, der einzufüllenden Fluidzusammensetzung und/oder der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung (4), - Identifizieren (S3) der zu befüllenden Fluidzusammensetzung und/ oder der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung (4) basierend auf dem Vergleich der identifizierten einzufüllenden Fluidzusammensetzung mit der Fluidzusammensetzung nach Durchlauf durch die Befüllungsvorrichtung (4), - Ausgeben (S4) zumindest eines Signals, wenn die beiden identifizierten Fluidzusammensetzungen gemäß zumindest einem vorgebbaren Parameter, insbesondere innerhalb eines vorgebbaren Toleranzintervalls, voneinander abweichen.
Spülvorrichtung zum Spülen einer Befüllungsvorrichtung (4) mit einem Spülmedium, umfassend eine Spülmediumbereitstellungseinrichtung (90) zum Bereitstellen eines Spülmediums, insbesondere von Wasser, und eine Identifikationsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1-20, wobei die Spülmediumbereitstellungseinrichtung (90) ausgebildet ist, der Identifikationsvorrichtung (1) das Spülmedium bereitzustellen und die Identifikationsvorrichtung (1) die Spülmediumzusammensetzung vor und nach dem Durchgang des Spülmediums durch die Befüllungsvorrichtung (4) identifiziert und wobei die Spülmediumbereitstellungseinrichtung (90) abgeschaltet wird, so dass das Bereitstellen von Spülmedium beendet wird, wenn der Unterschied der beiden identifizierten Spülmediumzusammensetzungen anhand eines Parameters einen vorgegebenen Schwellwert für den zumindest einen Parameter unterschreitet.