DE2627588B2 - Maschine zur Behandlung von in Behältern verpackten Produkten, insbesondere Nahrungs- und/oder Genußmitteln, durch dielektrische Erwärmung - Google Patents

Description

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen HF-Elektroden (9, 10,10') bis zu dem Spiegel der Flüssigkeitsfüllung (4) oder darüber hinaus ragen, daß der Spiegel der Flüssigkeitsfüllung durch höhenverstellbare Überlaufrohre veränderbar ist und daß die Höhenlage des unteren Randes der UHF-Parabolhohlspiegelstrahler (13) verstellbar ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine nebeneinander angeordnete Gleitbahn mit je einer Transportkette vorgesehen ist, die innerhalb des Flüssigkeitsbades zwischen je zwei plattenförmigen HF-Elektroden und unterhalb je eines UHF-Parabolhohlspiegelstirahlers hindurch bewegbar sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zur Behandlung von in Behältern verpackten Produkten, insbesondere Nahrungs- und/oder Genußmitteln, durch Erwärmung in einem Durchlaufverfahren, bei dem die Behälter, während sie eine Wanne mit isolierenden Innenflächen durchlaufen, die mit einer Flüssigkeit von möglichst niedrigem dielektrischen Verlustfaktor gefüllt ist, wobei sich der Füllungsspiegel der Behälter annähernd auf gleicher Höhe wie der Flüssigkeitsspiegel in der Wanne befindet, zwischen seitlich vom Transportweg in die Flüssigkeit eingetauchten HF-Elektroden mit HF-Energie dielektrisch erwärmt und von oben her durch UHF-Strahler mit UHF-Energie bestrahlt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders wirtschaftlich arbeitende Maschine der zur Rede stehenden Gattung zu schaffen, die es ermöglicht, gruppenweise in einer Steige zusammengehaltene Behälter oder einzelne, den Abmessungen einer solchen

ίο Steige entsprechend großflächige Behälter durch Erwärmung des in sie eingefüllten Produkts unter Einhaltung einer in engen Grenzen überalt gleichmäßigen Temperatur zu behandeln.
Unter einer Steige sind rechteckige, und zwar

is vorzugsweise quadratische Halterahmen zu verstehen, die Rasteröffnungen zum Halten darin einsetzbarer gleicher Behälter, wie z. B. Joghurtbecher, aufweisen. Das Durchlaufenlassen in dichter Folge von Gruppen jeweils in einer solchen Steige zusammengehaltener Behälter verbürgt eine wirtschaftlichere Arbeitsweise als das Durchlaufenlassen kleiner Einzelbehälter nacheinander. Wahlweise können naturgemäß statt solcher Gruppen von Behältern auch den Abmessungen einer Steige entsprechend großflächige Einzelbehälter nacheinander behandelt werden. Durch die relativ niedrige, aber großflächige Gestalt des von jeweils einer Behandlungseinheit (Steige mit einer Vielzahl kleiner Behälter oder entsprechend großflächiger Einzelbehälter) ergibt sich das Problem, die Einwirkung der HF-Energie und der UHF-Energie an allen Stellen einer jeden Behandlungseinheit möglichst gleichmäßig zu gestalten. Dies ist unter den bei einer Maschine der zur Rede stehenden Art gegebenen Verhältnissen schwierig·

Diese Schwierigkeiten werden bei einer Maschine der zur Rede stehenden Art erfindungsgemäß dadurch überwunden, daß die Maschine die Vereinigung folgender Merkmale aufweist:

a) Zwischen den HF-Elektroden weist der Boden der isolierenden Wanne eine unterschiedliche, dem Verlauf des elektrischen Feldes angepaßte Höhe auf.

b) Die plattenförmigen HF-Elektroden sind an ihren Vorder- und Hinterkanten zur Verringerung des Spannungsgradienten an dieser Stelle mit einem Isoliermaterial von besonders niedriger Dielektrizitätskonstante überkleidet.

c) Es ist eine zur Konstanthaltung der Spannung zwischen den HF-Elektroden auf einem Sollwert dienende Regeleinrichtung vorgesehen, der selbsttätig in Abhängigkeit von der Anfangstemperatur des Produktes steuerbar ist.

d) Die UHF-Strahler sind als Parabolhohlspiegelstrahler ausgebildet und so angeordnet, daß sich ihre Öffnungsrandebene in einem 0,15 bis 0,35 UHF-Wellenlänge betragendem Abstand oberhalb der Füllungsspiegel der darunter vorbeigeführten Behälter befindet.

Alle diese Merkmale bewirken gemeinsam, indem sie sich gegenseitig ergänzen, ohne daß aber eines dieser Merkmale die anderen ganz oder teilweise ersetzen könnte, eine gleichmäßige Durchwärmung des jeweils an verschiedenen Stellen in der flach rechteckig gestalteten Behandlungszone verteilt angeordneten Behandlungsgutes. Die Gestaltung der Isolierwanne und damit des Flüssigkeitsprofils sorgt für eine gleichmäßige Wärmeerzeugung mittels des elektrischen HF-Feldes

überall in der Behandlungszone. Durch die dielektrische Verkleidung der Elektrodenplattenkanten werden unerwünschte örtliche Konzentrationen der Feldstärke an einzelnen Stellen vermieden. Die Konstanthaltung der Spannung zwischen den H F-Elektroden mittels einer in Abhängigkeit von der Anfangstemperatur des Produktes steuerbare Regeleinrichtung gewährleistet, daß jede Packungseinheit soviel HF-Energie erhält, wie zum Erreichen der vorgesehenen Endtemperatur erforderlich ist. Die Gestaltung und Anordnung der UHF-Strah- ler als Parabolhohlspiegelstrahler in dichtem Abstand oberhalb des Füllungsspiegels schließlich gewährleistet die Gleichmäßigkeit der Erwärmung auch der obersten Produktschicht unter Vermeidung einer außerhalb der Behandlungszone schädlich wirkenden Streustrahlung.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt schematisch

F i g. 1 eine Maschine gemäß der Erfindung, von der Sei'e gesehen,

F i g. 2 die gleiche Maschine im Grundriß u"d

F i g. 3 eine Schnittansicht der Maschine mit Blickrichtung auf die Ebene 3-3 von F i g. 1.

In dem als elektrisch abschirmende Metallwanne ausgebildeten Gestell 1 wird auf Stützen 2 eine Isolierstoffwanne 3 getragen, die mit einer Flüssigkeitsfüllung 4 von möglichst niedrigem dielektrischen Verlustfaktor gefüllt ist. Zwei rinnenförmige Gleitbahnen 5, 5' kommen oberhalb der schmalseitigen Wandränder der Metallwanne 1 und der Isolierstoffwanne 3 an, verlaufen dann schräg geneigt bis auf den Boden der Isolierstoffwanne, dann in waagerechter Richtung längs dieses Bodens und danach wiederum schräg geneigt aus der Isolierstoffwanne heraus über die schmalseitigen Wandungsränder der beiden Wannen an deren entgegengesetztem Ende. In jeder der beiden ringförmigen Gleitbahnen ist eine Transportkette 6 bzw. 6' geführt, die sich während des Betriebs der Maschine in der Transportrichtung (Pfeil in Fig. 1) von links nach rechts bewegt und in regelmäßigen Abständen mit Mitnehmern 7 versehen ist. An einer Stelle im mittleren Teil der Isolierstoffwanne ist eine über ein HF-Kabel 8 mit HF-Energie gespeiste plattenförmige Mittenelektrode 9 zwischen den ringförmigen Gleitbahnen 5, 5' angeordnet. Dieser stehen beiderseits auf den Außenseiten der rinnenförmigen Gleitbahnen innerhalb der Isolierstoffwanne 3 angeordneten plattenförmige Gegenelektroden 10, 10' gegenüber, welche mit der Metallwanne 1 galvanisch verbunden und dadurch geerdet bzw. an Masse gelegt sind. Mit 11 ist jeweils eine Steige bezeichnet, die zum Halten einer Vielzahl mit je einer Füllung des Behandlungsgutes versehenen Produktbehältern 12 dient. Die Steigen haben eine rechteckige und beispielsweise quadratische Form. Sie sind so bemessen, daß sie außerhalb der Metallwanne 1, links von dieser in der Zeichnung, in eine der rinnenförmigen Gleitbahnen 5 eingesetzt werden können. Sie werden dann von einem der Mitnehmer 7 der langsam laufenden Isolierstoffkette erfaßt und durch die Flüssigkeitsfüllung 4 der Isolierstoffwanne zwischen den Elektroden 9 und 10 bzw. 10' hindurchbewegt und dabei zusammen mit dem Flüssigkeitsbad 4 in der Wanne 3 dem elektrischen HF-Feld ausgesetzt. Außerdem werden sie durch einen dicht oberhalb ihres Füllungsspiegels angeordneten UHF-Parabolhohhpiegelstrahler 13 mit UHF-Energie bestrahlt. In der Zeichnung ist der Strahler 13 der besseren Übersichtlichkeit halber neben der zwischen den HF-Elektroden 9 und 10 bzw. 13 befindlichen Behandlungszone dargestellt Der b^.w. die UHF-Strahler können aber auch unmittelbar über dsr Behandlungszone zwischen den HF-Elektrodenplatten angeordnet sein, so daß die Bestrahlung mit UHF-Energie gleichzeitig mit der dielektrischen Erwärmung durch HF-Energie erfolgt Praktisch spielt es für die Wirkung der Erfindung keine entscheidende Rolle, ob beide Behandlungsarten gleichzeitig oder in kurzem Abstand oder unmittelbar nacheinander zur Wirkung gelangen.

Der Boden der isolierenden Wanne 3 weist zwischen den HF-Elektroden 9 und 10 b:zw. 9 und 10' eine unterschiedliche, dem Verlauf des elektrischen Feldes angepaßte Höhe auf, wie dies in Fig.3 durch die keilförmigen Bodenerhebungen 14, 14' angedeutet ist Dadurch wird das hochfrequente Wechselfeld zwischen den Elektroden im Bereich beider Gleitbahnen 5, 5' weitgehend vergleichmäßigt, so daß an allen Stellen der Behandlungszone die gleiche Wärmeentwicklung stattfindet Die mit Hochfrequenz gespeiste Mittenelektrode 9 ist an ihren Vorder- und Hinterkanten mit einem Isoliermaterial von besonders niedriger Dielektrizitätskonstante überkleidet Durch diese dielektrischen Umkleidungen 15 wird an der an scharfen Kanten sonst zu erwartende besonders hohe Spannungsgradient, der eine örtliche Felderhöhung bewirken würde, vermieden. Die elektrischen Umkleidungen tragen somit zur Vergleichmäßigung der Wärmeentwicklung in dem die Behandlungszone durchlaufenden Produkt bei. An den geerdeten bzw. mit Masse verbundenen Gegenelektroden 10,10' sind dielektrische Verkleidungen entbehrlich, da hier keine entsprechend starken Streufelder auftreten.

Die mit der Maschine zu behandelnden Produkte weisen oft unterschiedliche Anfangstemperaturen auf. Selbst wenn ein Produkt eine bestimmte thermische Vorbehandlung, wie z. B. Behandlung in einem Wärmeoder Brutschrank erfahren hat, so haben die einzelnen Behälter, die meist gestapelt an die Maschine gebracht werden, vielfach unterschiedliche Temperaturen, wenn sie in die Maschine eingegeben werden. Um dennoch eine gleichmäßige Endtemperatur nach der Behandlung zu erreichen, ist zur Konstanthaltung der Spannung zwischen den H F-Elektroden auf einem Sollwert eine Regeleinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen, wobei der Sollwert selbsttätig in Abhängigkeit von der Anfangstemperatur des Produktes steuerbar ist. Die Temperatur des Produktes wird während des Durchlaufens durch eine Lichtschranke mit einem Strahlungsthermometer gemessen. Es wird für die Behandlungseinheit eine Mitteltemperatur in Form eines elektrischen Signals gespeichert Die Messung erfolgt außerhalb der Hochfrequenzzone. Das gespeicherte Signal wird dann abgerufen, wenn die zugehörige Behandlungseinheit in das Hochfrequenzfeld einläuft. Das Signal beeinflußt den vorgegebenen Sollwert für die Leistungseinstellung des HF-Generators nach einer frei wählbaren Funktion, so daß jede Packungseinheit soviel HF-Energie erhält, wie zum Erreichen der vorgesehenen Endtemperatur erforderlich ist

Der bzw. die Parabolhohlspiegelstrahler 13 bezweckt die zusätzliche Einstrahlung von UHF-Energie in das Produkt von oben her. Der Strahler 13 ist so gestaltet und bemessen, daß seine Ausgangsstrahlung im Grundriß der Behandlungszone, d. h. dem Grundriß eine^r Steige bzw. eines entsprechend groß bemessenen Einzelbehälters entspricht. Die Lage des Strahlers ist bezüglich seiner Höhe zweckmäßig einstellbar und der Strahler so angeordnet, daß seine Öffnungsrandebene in

einem 0,15 bis 0,35 UHF-Wellenlänge betragenden Abstand oberhalb der Füllungsspiegel der darunter vorbeigeführten Behälter liegt. Bei einer solchen optimalen Größe des Abstand*· wird ein guter Energieurnsatz in dem zu behandelnden Produkt ^r, erreicht. Bei größerem Abstand, der vielleicht wünschenswert erscheinen mag, um einen hohen Freiraum unterhalb der Strahler zu erhalten, ergäben sich wesentliche Nachteile: Die Randbereiche der Behandlungszone würden nicht die gleiche Energie erhalten wie die inneren Bereiche, weil sich dort die Energiestrahlungen der innerhalb des Parabolhohlspiegels nebeneinander angeordneten Einzelstrahler überlagern würden. Je weiter außerdem die Strahler von der Produktoberfläche entfernt sind, um so stärker würde eine Streustrahlung auch außerhalb der BchändiüngSZüiie entstehen. Die Streustrahlung muß aber aus Sicherheitsgründen mit Rücksicht auf die Gesundheit der die Maschine bedienenden Personen so niedrig wie möglich gehalten werden.

Die jeweils zu behandelnden Produktbehälter können unterschiedliche Höhen aufweisen. Dementsprechend muß die Höhenlage des Parabolhohlspiegelstrahlers und auch die Höhe des Spiegels der Flüssigkeitsfüllung 4 in der Isolierstoffwanne 3 der Höhe des Füllungsspiegels des zu behandelnden Produktes angepaßt werden. Hierzu können in der Isolierstoffwanne 3 verstellbare Überlaufrohre vorgesehen sein. Die HF-Elektroden können, damit sie nicht jedesmal mit verstellt werden müssen, so hoch ausgeführt sein, daß sie immer — auch beim höchsten Flüssigkeitsstand — aus der Flüssigkeitsfüllung 4 herausragen.

Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel einer Maschine gemäß der Erfindung weist zwei nebeneinander laufende Transportbahnen für Behandlungseinheiten auf. Es sind aber auch Ausführungsformen mit nur einer oder mit mehr als zwei Transportbahnen möglich. Die Transportgeschwindigkeit und die Elektrodenlänge, in der Transportnchtung gemessen, können so bemessen sein, daß sich eine Behandlungsdauer von etwa 1 Minute ergibt. Die gesamte HF- und UHF-Behandlungseinrichtung der Maschine ist hinreichend gut abgeschirmt, so daß keine HF- und UH F-Energie in schädlicher Weise die räumliche Umgebung der Maschine beeträchtigen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Maschine zur Behandlung von in Behältern verpackten Produkten, insbesondere Nahrungs- und/oder Genußmitteln, durch Erwärmung in einem Durchlaufverfahren, bei dem die Behälter, während sie eine Wanne mit isolierenden Innenflächen durchlaufen, die mit einer Flüssigkeit von möglichst niedrigem dielektrischen Verlustfaktor gefüllt ist, wobei sich der Füllungsspiegel der Behälter annähernd auf gleicher Höhe wie der Flüssigkeitsspiegel in der Wanne befindet, zwischen seitlich vom Transportweg in die Flüssigkeit eingetauchten HF-Elektroden mit HF-Energie dielektrisch erwärmt und von oben her durch UHF-Stahler mit UHF-Energie bestrahlt werden, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Zwischen den HF-Elektroden weist der Boden der isolierenden Wanne (3) eine unterschiedliche, dem Verlauf des elektrischen Feldes angepaßte Höhe auf.

b) Die plattenförmigen H F-Elektroden sind an ihren Vorder- und Hinterkanten zur Verringerung des Spannungsgradienten an dieser Stelle mit einem Isoliermaterial von besonders niedriger Dielektrizitätskonstante überkleidet.

c) Es ist eine zur Konstanthaltung der Spannung zwischen den HF-Elektroden auf einem Sollwert dienende Regeleinrichtung vorgesehen, der selbsttätig in Abhängigkeit von der Anfangstemperatur des Produktes steuerbar ist.

d) Die UHF-Strahler sind als Parabolhohlspiegelstrahler ausgebildet und so angeordnet, daß sich ihre Öffnungsrandebene in einem 0,15 bis 0,35 UHF-Wellenlänge betragendem Abstand oberhalb der Füllungsspiegel der darunter vorbeigeführten Behälter befindet.