DE2013934C3 - Verfahren zum Verpacken kleiner Flüssigkeitsmengen und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

des Kühlmittels durch eine Hilfsströmung im In der kanadischen Patentschrift 747 319 ist da-

Kühlmittel unterstützt wird. 25 gegen kein kontinuierlich arbeitendes Kerstellungs-

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfah- verfahren angegeben und insbesondere ist das dort rens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein beschriebene Verfahren zum Erstellen von Kapseln senkrechtes Rohr (Kolonne 1), das das Kühl- größeren Formates als Miniaturkapseln nicht geeigmittel enthält, eine am unteren Ende der Ko- net, ganz abgesehen von erheblichen aufwandslonne(l) angeordnete Düse (5) zur Abgabe der 30 bedingten apparativen Nachteilen einer zum Ausüben Flüssigkeitstropfen, eine Überlaufvorrichtung zum des dort beschriebenen Verfahrens geeigneten Vor-Entfernen der in der Kolonne (1) nach oben richtung. Auch durch die USA.-Patentschrift schwimmenden Kugeln (12) und zwei mit diesen 1 434 397, in der die Möglichkeit der Umhüllung Kugeln (12) beschickte, parallele, benachbarte erstarrter Flüssigkeitstropfen erwähnt ist, ist kein Beschichtungswalzen (22,24), deren eine in das 35 praktikables Herstellungsverfahren für eine Ver-Hüllmaterial (Bad 23) eintaucht und im wesent- packung der eingangs genannten Art angegeben, das liehen in axialer Richtung angeordnete Vertiefun- die vorstehend charakterisierte Aufgabenstellung zu gen aufweist und deren andere eine schnecken- erfüllen in der Lage wäre.

förmige Nut aufweist, wobei die gefrorenen Ku- Die zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungs-

geln (12) dem Spalt zwischen den Walzen von 40 gemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit tropfenoben zugeführt werden. weise in den unteren Bereich einer Säule eines flüs-

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 zum Aus- sigen Kühlmitteis eingeleitet wird, dort nach oben üben des Verfahrens nach Anspruch 2, gekenn- steigt und dabei ausfriert, wobei das Kühlmittel auf zeichnet durch einen Flüssigkeitsbehälter (20), einer wesentlich unter dem Schmelzpunkt der Flüseinen Tank (14) mit Verdampferspulen (15), eine 45 sigkeit liegenden Temperatur gehalten ist, eine Pumpe (16) und eine Zulaufvorrichtungen (18) wesentlich größere Dichte als die Flüssigkeit aufweist zum Erzeugen der Hilfsströmung. und mit dieser nicht mischbar ist und daß die Kugeln

danach vom Kühlmitte! getrennt und die ausgebrachten Kugeln durch Wälzen im flüssigen Hüllmaterial

50 beschichtet werden.

Zwar ist durch die USA.-Patentschrift 2 492 861 grundsätzlich schon eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wachsüberzuges bekannt; jedoch handelt es

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ver- sich dabei lediglich um eine bestimmte Vorrichtung packen von kleinen Flüssigkeitsmengen, wobei diese 55 zum Herstellen eines Wachsüberzuges, die nicht bedurch Abkühlen in kugelförmige, feste Körper um- stimmt und auch nicht dazu geeignet ist, einen gewandelt werden und die Kugeln durch eine flüssig Flüssigkeitsvorrat zwecks Verpackens in einzelne aufgetragene, danach aushärtende Schicht eingehüllt kleine Kapseln zu portionieren, einzufrieren und zum werden. Abschluß dieses Herstellungsprozesses mit zunächst

Insbesondere ist bei der Verpackung an kleine 6° flüssigem und dann zu einer Kapsel aushärtendem Kapseln gedacht, die schnell und unkompliziert, Material zu umgeben.

nämlich einfach durch z. B. von Hand ausgeübten Vielmehr ist durch die erfindungsgemäße Lösung

Druck, geöffnet — beispielsweise gesprengt — wer- ein auch für die Massenfertigung mit einfachen appaden können. rativen Mitteln realisierbares, funktionstüchtiges Ver-

Durch die kanadische Patentschrift 747 319 ist 65 fahren zum Verpacken relativ kleiner Flüssigkeitsschon ein Verfahren der eingangs genannten Art mengen durch leicht zu öffnende Kapseln angegeben, bekannt, das zur Herstellung sogenannter Miniatur- Für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verkapseln für darin eingehüllte, äußerst kleine Flüssig- iahrens in der Massenfertigung ist es dabei, nach

einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, vorteilhaft, das Ausbringen der gefrorenen Flüssigkeitsmengen aus der Säule des Kühlmittels durch eine Hilfsströmung im Kühlmittel zu unterstützen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens w;ist ein senkrechtes Rohr (Kolonne) auf, das das Kühlmittel enthält, ferner eine am unteren Ende des Rohres angeordnete Düse zur Abgabe der Flüssigkeitstropfen und eine Überlaufvorrichtung zum Entfernen der im Rohr nach oben schwimmenden Kugeln und zwei mit diesen Kugeln beschickte parallele, benachbarte Beschichtungswalzen, deren eine in das Hüllmaterial eintaucht und im wesentlichen in axialer Richtung angeordnete Vertiefungen aufweist und deren andere eine schneckenförmige Nut aufweist, wobei die gefrorenen Kugein dem Spalt zwischen den Walzen von oben zugeführt werden. Dieser Vorrichtung ist zweckmäßigerweise ein Flüssigkeitsbehälter und ein Tank mit Verdampfungsspulen zugeordnet, wobei eine Hilfsströmung von einer mit einer Pumpe versehenen Zulaufvorrichtung erzeugt wird.

Zum Durchführen des Verfahrens wird zweckmäßigerweise in als solcher bekannter Weise ein Kühlmittel benutzt, das nicht nur auf Grund seiner geeignet gewählten Viskosität die Entstehung von unerwünschten Turbulenzen in den einzelnen Teilmengen der abzupackenden Flüssigkeit unterbindet bzw. minimalisiert, sondern das darüber hinaus eine wesentliche größere Dichte als die abzupackende Flüssigkeit selbst aufweist, wodurch sowohl große Durchlaufgeschwindigkeit der einzelnen abzupackenden Teilmengen der Flüssigkeit durch das Kühlmittel, als auch ein weitestgehend luftfreier Flüssigkeitsinhalt in der luftdicht verschlossenen Verkapselung erzielt wird.

Mit den vorstehend beschriebenen Walzen ist ein großer Ausstoß an gleichförmig kugelig geformten Kapseln konstanten Durchmessers erreichbar.

Da am Ende dieses Arbeitsganges die einzelnen zu Eiskugeln eingefrorenen Flüssigkeitsmengen wieder schmelzen, wird als Endprodukt jeweils eine luftdicht verschlossene, leicht zu öffnende Kapsel mit flüssigem.Inhalt erzielt.

Die Substanz für die zwischen den beiden Walzen vorgenommene Beschichtung kann in an sich bekannter Weise ein synthetisches Material oder ein natürliches Wachs sein, beispielsweise Paraffin oder plastisches Kunststoffmaterial oder aber auch eine Mischung aus beiden. Dieses Material bildet auf den zunächst noch gefrorenen Flüssigkeitsmengen einen zusammenhängenden gleichmäßigen Überzug, der unter Ausbildung eines aufreißbaren oder aufbrechbaren versiegelten Behälters erstarrt bzw. gegebenenfalls ausgehärtet wird. In gleicher Weise kann die Substanz für die Beschichtung aber auch als Lösung, als Suspension oder als Emulsion bzw. in geschmolzener Form aufgebracht werden.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels gemäß der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung kleiner Eiskugeln,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Beschichtung dieser Kugeln mit Wachs,

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Teil der Vorrichtung der Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß der LinieIV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, und zwai eines abgeänderten Ausführungsbeispieles,
Fig. 6 einen Querschnitt in vertikaler Richtung einer Vorrichtung nach Fig. 5.

Gemäß Fig. 1 weist eine Vorrichtung zur Herstellung von Eis ein Rohr oder eine Kolonne auf, die aus einem wärme-isolierten vertikalen Glasrohr besteht, das einen Durchmesser von etwa 10 cm und eine Höhe von ungefähr 2,4 m hat und mit einem Gemisch von 1,1,1-Trichloräthan (ungefähr 60%) und η-Hexan (ungefähr 40 Vo) mit einem spezifischen Gewicht von 1,09 bei - 25° C gefüllt ist. Eine Verdampferspule 2 eines Kühlsystems weist einen Kondensationsteil 3 auf, und ist innerhalb der Wandung der Kolonne 1 angeordnet, wo sie in das Gemisch eintaucht. Der Kondensationsteil wird mit Freon-22 betrieben und ist für eine Leistung von 1 PS ausge-

legt. Das Kühlsystem hält die Temperatur des Gemisches in dem Rohr im wesentlichen auf — 25° C konstant.

Wasser mit einem Gehalt von Γ/s % Glyzerin wird in Tropien durch eine Düse oder ein Ansatzrohr von

»5 ungefähr 1,2 mm Durchmesser von der Sohle der Kolonne 1 her unter Überdruck gegen den Druck der Mischung zugeführt. Zu diesem Zwecke wird das Wasser aus einem Tank 6 der ungefähr 3,35 m oberhalb der Sohle angeordnet ist zugeführt. Ein Nadel-

ventil 7 steuert den Zufluß des Wassers in der Kolonne 1, wobei der Durchsatz mittels eines gebräuchlichen Strömungsmessers 8 gemessen wird. Die Düse S ist in einem Block 9 eingeschraubt, so daß sie ersetzt werden kann. Dieser Block kann auf eine Temperatur von ungefähr 50° C mittels eines kleinen elektrischen Heizgerätes 10 gehalten werden, so daß das Wasser in der Düse nicht gefrieren kann. Das Heizelement kann auch dazu verwendet werden, um zu Beginn des Betriebes Wasser in der Düse 5 nach einer Betriebspause der Vorrichtung aufzutauen.

Weiteriün ist ein Absperrventil 11 in dem Block 9 angeordnet, so daß die Düse entfernt werden kann, ohne daß die Kolonne entleert wird. Infolge ihres geringeren spezifischen Gewichtes steigen die Wasser-

♦5 tropfen, die aus der Düse 5 austreten, durch das Gemisch in der Kolonne 1 auf und gefrieren zu Eiskugeln 12. Diese Eiskugeln gelangen in eine Überlaufvorrichtung 13 am oberen Rand der Säule 1 und werden mittels eines zweiten Umlaufsystems entfernt.

Im vorliegenden Fall wird das Gemisch der Lösungsmittel in einem Tank 14 mit Wärmetauscher auf ungefähr — 30° C abgekühlt. Das Kühlen wird mittels einer zweiten Verdampferspule 15 durchgeführt, die von der Kondensationseinheit 3 gespeist wird.

Das abgekühlte Lösungsmittelgemisch wird aus dem Tank 14 mittels einer Pumpe 16 entnommen, durch ein Filter 17 geleitet, um gefrorene Wasserteilchen zu entfernen und an der Stelle 18 dem oberen Ende der Kolonne 1 zugeführt. Das Gemisch fließt über die

überlaufvorrichtung 13, die einen Hahn 19 aufweist, in einen kleinen oben liegenden Flüssigkeitsbehälter 20. der mit dem Tank 14 verbunden ist. Die Eiskugeln 12 werden aus der Kolonne 1 über die Leitung 13 mit dem Lösungsmittelgemisch transportiert und in einem Sammelbecken 21 oberhalb des oben angeordneten Flüssigkeitsbehälters 20 zurückgehalten. Die Eiskugeln werden periodisch von Zeit zu Zeit aus dem Sammelbecken 21 entfernt und in

einem TiefkühUeiJ, das auf einer Temperatur von — 20" C gehalten wird, ausgefroren.

Die Durchmesser der so hergestellten Eiskugeln stimmen überein und betragen ungefähr 6,0 mm, wenn der Innendurchmesser der Düse ungefähr 1,2 mm beträgt. Eiskugcln von kleinerem oder größerem Durchmesser werden mittels Düsen von Weinerem oder weiterem Durchmesser erhalten, der im allgemeinen im Bereich von 1,0 bis 1,5 mm liegt.

Sobald die Eiskugeln auSgchärtct sind, werden sie zu einer in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Vorrichtung gebracht in der sie mit Wachs beschichtet werden. Die Vorrichtung zum Beschichten weist eine Walze 22 auf, mit einem Durchmesser von etwa 10 cm und einer Länge von etwa 7,5 cm. Die Walze weist niediigc Rillen in axialer Richtung auf und taucht in ein beheiztes Bad 23 aus heißem geschmolzenem Wachs. Die Vorrichtung weist weiterhin eine zweite Walze 24 von etwa 7,5 cm Durchmesser und etwa 7,5 cm Breite mit einer schraubenförmigen bzw. schneckenförmigen Nut von halbkreisförmigem Querschnitt auf, die den Eiskugeln angepaßt ist. In passender Weise hat die schneckenförmige Nut einen Durchmesser von ungefähr 8 mm und erstreckt sich über vier oder mehr volle Windungen auf der Walze 24. Die beiden parallel zueinander und horizontal angeordneten Walzen 22, 24 werden in der gleichen Richtung (und zwar in Fig. 2 in Richtung des Uhrzeigers) getrennt mittels Elektromotoren 25, 26 angelrieben, deren Geschwindigkeitsstufen (bis zu 200 Umdrehungen pro Minute) durch Steuereinrichtungen 27,28 gesteuert werden. Die Walzen können auch mittels eines einzigen Motors über ein (ietriebe angelrieben werden.

Die Eiskugeln werden in einen gekühlten Trichter 29 eingebracht, der nicht dargestellte Rührmiltel aufweist, die ihrerseits von einem Motor 30 angetrieben werden.

Aus dem Trichter 29 gleiten die Eiskugcln in einem Rohr 31 abwärts, von dessen unterem Ende sie einzeln und in Abständen zu einer Slelle oberhalb des Spaltes zwischen den Walzen 22, 24 mittels eines Veneilerstabes 32 gebracht werden, welcher mittels eines auf einer Scheibe 34 befestigten Nockens 33 synchron mit der Walze 34 mittels eines Motors 26 angetrieben und mittels Rückstellfeder 35 in seine ursprüngliche Ausgangslage gebracht wird. Ein in I" i g. 2 nicht eingezeichnetes Staublech 36 sorgt dafür, daß jede Eiskugel dem Eingang der schneckenförmigen Nut zugeführt wird. Die schneckenförmige Nui transportiert die Eiskugel zu dem Spalt zwischen den Walzen und zwar quer über die Oberfläche der Walze 22, deren Rillen bzw. Furchen nicht nur das Wachs zu transportieren und auf der Oberfläche der Eiskugeln abzulagern haben, sondern auch eine Rotation der Eiskugcl besorgen, so daß sie auf ihrer gesamten Oberfläche mit Wachs gut beschichtet wird. Eine andere Vorrichtung zum Transport der Eiskugcln zu der Vorrichtung zum Beschichten ist in d'^n Fig. 5 und 6 dargestellt. Die Eiskugeln werden mittels Vibration von einem Zubringer für Kugeln zu einer Röhre 38 geleitet, die in einem wärme-isolierendcn Gehäuse angeordnet ist, dessen Temperatur mittels kontinuierlich zirkulierender kalter trockener Luft unterhalb des Gefrierpunktes gehalten ist. Auf diese Weise wird ein Verstopfen der Röhre 38 durch angehäufte Eisteilchen wirksarn verhindert. Von der Sohle der Röhre aus werden die Kugeln zu den Walzei 22, 24 für die Beschichtung transportiert, und zwar mittels einer rotierenden Scheibe 39, die auf einem Ring angeordnete Löcher 40 aufweist.

Die Kugeln fallen der Reihe nach in die Löcher, to werden jedoch durch eine fest angeordnete Platte 41 an dem gleichzeitigen Hindurchfallcn durch die Löcher gehindert. Die Kugeln fallen von der Scheibe 39 in die schneckenförmige Nut der Walze 24 an der Stelle 42, an der die Platte 41 nicht weitergeführt ist. »5 Sobald eine beschichtete Eiskugel 12 am Ende der schneckenförmigen Nut angelangt ist, fällt sie über eine Überlaufkante 36 oder entlang einer Führung in eine niedrige Rinne 37, durch welche über Einlaßöffnungen 57 kaltes Wasser fließt. Wie in der Zeichaa nung dargestellt ist, kann eine zweite Rinne 59 angeordnet sein, zu der die Eiskugeln über eine Rinne 60 gelangen. Die Eiskugeln werden schließlich über eine weitere Rinne 61 gesammelt und gespeicheii, wobei das Wasser mittels eines Ablaufes 62 entfernt »5 wird. Bis zu diesem Verfahrensschritt hat sich du¹ Wachsschicht verfestigt und ist ausgehärtet, so daß es unwesentlich ist, ob die Eiskugeln bereits in den flüssigen Zustand zurückgekehrt sind oder nicht.

Mit der oben beschriebenen erfindungsgemäßen 3c Vorrichtung können kugelförmige Wachskapseln von gleicher Größe erhalten werden und zwar mit einei Leistung von 120 Stück pro Minute mit Walzen 22. 24, die mit 120 Umdrehungen pro Minute rotieren Das für die Schicht verwendete Material ist ein Gr misch aus 25 ⁽⁾/₀ eines Wachses bzw. Harzes, da¹* Unter dem Warenzeichen »Sur-fo Wax 220 H« (hergestellt von der Campbell Technical Waxes Ltd.) bekannt ist und 75 "/« eines üblichen Paraffinwachses mit einem Schmelzpunkt von 65 bis 68° C. Statt des oben beschriebenen Gemisches kann eine andere homogene Mischung von Lösungsmitteln verwendet werden, beispielsweise von Tetrachlorkohlenstoff und Petroläther mit einem spezifischen Gewicht von 1,02 bis 1,20 bei Zimmertemperatur. Diese Gcmische werden auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur gehalten, welche unterhalb des Schmelzpunktes der einzukapselnden Flüssigkeit liegt. An Stelle des Wärmetauschers 14, 15 kann das Lösungümiltelgemisch durch eine Kühlspule in Umlauf ge-5u hallen werden, welche ihrerseits mit festen Kohlendioxyd gekühlt wird. Die gefrorenen Flüssigkeitskugeln können von dem Lösungsmittelgemisch mittels eines siebartigen Filters abgetrennt werden, der vor der Kühlcinheit des Kreislaufs für die Mischung angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für das Einkapseln von anderen Flüssigkeiten als Wasser verwendet werden, beispielsweise von Salz- oder anderen Loöo sungen, und zur Herstellung von Kapseln für eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten, beispielsweise für das Filtern von Tabakrauch u. dgl., sowie für die Geschmackverbesserung von Tabakrauch.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 keitsmengen führt. Ein ähnliches Verfahren ist durch Patentansprüche: die USA.-Patentschrift 2 492 861 vorbekannt, das eine mit einer Kühlfiüssigkeits a'cht mischbare Hüll-

1. Verfahren zum Verpacken von kleinen flüssigkeit in Form von Tropfen aus Flüssigkeits-Flüssigkeitsmengen, wobei diese durch Abkühlen 5 kernen mit darum herum angeordnetem Hüllmaterial in kugelförmige feste Körper umgewandelt wer- beschreibt.

den, und die Kugeln durch eine flüssig aufgetra- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein

gene, danach aushärtende Schicht eingehüllt wer- Verfahren — und eine Vorrichtung zum Ausüben den, dadurch gekennzeichnet, daß die des Verfahrens — der eingangs genannten Art anFlüssigkeit tropfenweise in den unteren Bereich io zugeben, nach dem es mit verhältnismäßig einfachen einer Säule eines flüssigen Kühlmittels eingeleitet konstruktiven Mitteln möglich ist, in einem einzigen wird, dort nach oben steigt und dabei ausfriert, Produktionsgang eine zu verpackende Flüssigkeit zu wobei das Kühlmittel auf einer wesentlich unter portionieren und mit einer leicht zu öffnenden (z. B. dem Schmelzpunkt der Flüssigkeit liegenden zerbrechbaren) Umhüllung zu versehen, die im End-Temperatur gehalten ist, eine wesentlich größere 15 ergebnis als hohlkugelförmige Kapsel die Flüssigkeit Dichte als die Flüssigkeit aufweist und mit dieser enthält; dabei ist insbesondere angestrebt, ein für die nicht mischbar ist und daß aie Kugeln danach Massenproduktion geeignetes, kontinuierüch arbeivom Kühlmittel getrennt und die ausgebrachten tendes Verfahren anzugeben, bei dem Kapseln mit Kugeln durch Walzen im flüssigen Hüllmaterial einem Durchmesser in der Größenordnung von 5 bis beschichtet werden. 20 8 mm hergestellt werden, wie sie z. B. in der Tabak-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- warenindustrie als Bestandteile von feuchtigkeitsaufkennzeichnet, daß das Ausbringen der gefrorenen nehmenden Filtern für Tabakrauch verwendet wer-Flüssigkeitsmengen (Kugeln 12) aus der Säule den.