DE2926955C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Beseitigung von Schaum über dem Spiegel einer Flüssigkeit, insbesondere über flüssigem Füllgut, z.B. Milch - Google Patents

Description

Siegelung, so daß in beiden Fällen keine zuverlässige Bindung und damit ein nur unzureichender Verschluß eintritt Da aus Wirtschaftlichkeitsgründen andererseits die Abmessungen der Behälter nicht erheblich größer als entsprechend dem vorgesehenen Füllguünhalt gemacht werden, der über dem Flüssigkeitsspiegel stehende Schaum jedoch beim Verschließen des Behälters, beispielsweise beim Falten der Oberseite eines Faltbehälters, überquillt und sowohl die Außenseite des Behälters als auch die Verschlußwerkzeuge verschmutzt, ist es in Abfüllanlageri notwendig, eine eigene Einrichtung zur Beseitigung des über dem Füllgut befindlichen Schaumes vorzusehen. Diese Einrichtung umfaßt einen in den jeweils zu verschließenden Behälter einfahrbaren Absaugstutzen und eine Absauganlage, durch die der Schaum entfernt wird. Weiterhin sind zur Gewährleistung eines einwandfreien Verschlusses Blasdüsen vorgesehen, die Tropfen und Schaumreste von den Klebebzw. Siegelflächen wegblasen.

Diese bekannte Art der Schaumbeseitigung ist nicht frei von Nachteilen: Zunächst fällt durch Schaumabsaugung FüllguJ in erheblicher Menge an, das — auf dem Getränkeseknor — nicht wieder als solches verwendet werden darf, sondern nur noch als minderwertiges Produkt Verwendung finden kann, z. B. Milch als Futtermilch. Das stellt einen Verlust an Füllgut dar. Weiterhin ist die Schaumneigung bei verschiedenem Füllgut unterschiedlich und auch bei Milch vom Zustand (Frischmilch oder H-Milch) sowie vom Fettgehalt der Milch, der Temperatur und der Einfüllgeschwindigkeit abhängig, so daß sich sogar von Behälter zu Behälter eine unte: schiedliche Schaumbildung ergeben kann. Das hat zur Folge, daß durch die Schaumabsaugung die Behälterfüllung schwankend ist. Schließlich kann beim Abfüllen von sterilem Füllgut die Einhaltung steriler Bedingungen durch die Schaumabsaugung beeinträchtigt werden, da der Saugstutzen mit dem Schaum in Berührung kommt, so diiß eine regelmäßige Reinigung und Überwachung zur Vermeidung einer Keimbildung nötig ist.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die auf einfache Weise eine Schaumbeseitigung insbesondere bei der Abfüllung von flüssigem Füllgut in Behälter ermöglichen, ohne daß ein Verlust an Füllgut auftritt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß von oberhalb des Schaumes durch den Schaum hindurch eine hochfrequente Wellenstrahlung mit einer Frequenz von mindestens 20 000 Hz gegen den Flüssigkeitsspiegel gerichtet wird.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es durch Einwirkung auf die Schaumstruktur mittels einer hochfrequenten Wellenstrahlung ohne besondere Ausbildung von Resonanzräumen od. dgl. möglich ist, den Schaum an Ort und Stelle zu zerstören, so daß er in sich zerfällt. Dadurch gelangt der den Schaum bildende Anteil an Flüssigkeit in das Füllgut zurück und geht nicht verloren.

Es hat sich gezeigt, daß die Schaumzerstörung sowohl durch die Einwirkung von elektromagnetischen Wellen, z. B. Mikrowellen oder eine Infrarotstrahlung, als auch durch die Einwirkung von Ultraschallwellen wirkungsvoll durchgeführt werden kann. In Abhängigkeit von der Art der verwendeten Wellenstrahlung ist der Begriff »hochfrequent« unterschiedlich auszulegen. So ist bei Anwendung einer Mikrowellenstrahlung darunter ein Frequenzbereich von 0,3 bis "<00GHz zu versehen. Bei der Infrarotstrahlung liegt aufgrund der noch kürzeren Wellenlänge die Frequenz entsprechend höher. Bei Ultraschallwellen liegt der Frequenzbereich in der Größenordnung von 20 000 Hz.
Anstelle der bisher vorgesehenen Einrichtung zum Absaugen des Schaumes ist erfinduiigsgemäß die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so ausgestattet, daß die Einrichtung zur Beseitigung des Schaumes zum Aussenden einer hochfrequenten Wellenstrahlupg gegen den Flüssigkeitsspiegel ausgebildet und mit

ίο einem mindestens der Höhe des Schaumes entsprechenden Abstand über dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet ist.

Beim Verarbeiten von sterilem Füllgut erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren und die dazu gehörige

Vorrichtung deshalb weiterhin als vorteilhaft, weil ggf. erwünschte aseptische Bedingungen nicht beeinträchtigt werden. Denn die Einrichtung zum Aussenden der Wellenstrahlung braucht nicht in die Schaumstruktur einzutauchen, sondern kann über der zu erwartenden Schaumschicht angeordnet werden. Bei allen möglichen Ausführungsformen dieser Einrichtung besteht nur eine elektrische Verbindung zur Umgebung hin, so daß auch bei Ausfall oder Stillstand keinerlei Beeinträchtigung der sterilen Umgebung zu erwarten ist.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die Aussendung von Ultraschallwellen mit einer großen Schwingamplitude der Sonotrode, beispielsweise bis zu 60 μιη, die Zeitdauer der Schaumzerstörung erheblich verkürzt werden kann, so daß sie beispielsweise in der Größenordnung von nur 0,2 bis 0,3 Sekunden liegt. Das spielt dann eine Rolle, wenn durch einen der Abfüllanlage zugeordneten Ultraschallgenerator zugleich Siegelbacken zum Verschluß der Behälter als auch die Sonotrode zur Schaumzerstörung beaufschlagt werden.

Denn dann kann durch die erzielte Verkürzung der Zeitdauer innerhalb einer Taktzeit der Abfüllanlage sowohl die Versiegelung als auch die Schaumzerstörung nach Umschalten des Ultraschallgenerators erfolgen.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß durch mehrere Einzelsonotroden, die zu einer Sonotrodengruppe vereinigt sind, mehrere einander überlagernde und sich im wesentlichen in gleicher Richtung erstreckende Ultraschall-Wcllenfelder zur Einwirkung auf die Schaumstruktur gebracht werden. Hierdurch läßt sich ebenfalls die Einw irkungsdauer bis zur vollständigen Schaumzerstörung steuei n.

Andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 10 bis 17. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der

so Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines zur Aufnahme von flüssigem Füllgut, z. B. Milch bestimmten Behälters;
F i g. 2 schematisch eine Fördervorrichtung zum Fördem von mit Füllgut gefüllten, jedoch noch unverschlossenen Behältern gemäß F i g. 1 sowie die Anordnung einer Vorrichtung zur Schaumzerstörung, und

F i g. 3,4 Seitenansichten in Längs- und Querrichtung auf eine Sonotrode zur Erzeugung von Ultraschall-Wel-

bo lcnfeldern und die Zuordnung eines mit flüssigem Füllgut gefüllten Behälters gemäß F i g. 1 zur Sonotrode.

Der in F i g. 1 gezeigte Behälter ? zur Aufnahme von flüssigem Füllgut, /.. B. von Milch, besteht aus einem mit Kunststoff beschichteten Karton. Er ist im Querschnitt

h-> rechteckig oder quadratisch und im verschlossenen Zustand an seiner Oberseite giebelförmig gefaltet und dort längs einer Siegelrippe 2 durch Heißsiegelung der Kunststoffbeschichtung verschlossen.

In F i g. 2 ist rein schematisch die Art und Weise der Förderung von mit flüssigem Füllgut, z. B. Milch, gefüllten Behältern 1 gemäß Fig. 1 dargestellt. Demgemäß sind die Behälter 1 in einer Fördervorrichtung in Gestalt einer Zellenkette 3 aufgenommen, von der jede Zelle einen Behälter 1 umfaßt und gegen Umfallen sicher hält. Die Zellenkette 3 fördert die Behälter 1 in Pfeilrichtung. In einer vorangehenden, nicht dargestellten Abfüllstation werden die bis dahin leeren Behälter 1 mit dem Füllgut gefüllt. )e nach der Schaumneigung des Füllgutes bildet sich während des Füllvorganges über dem Flüssigkeitsspiegel 4 (siehe F i g. 4) eine mehr oder weniger dicke Schaumschicht 5 aus, die sich bis in den Bereich von Heißsiegelflächen 6 erstreckt, die zur Bildung einer Schweißrippe 2 miteinander heiß versiegelt wer- r, den soiien. in F i g. 2 isi die Schauinsehiehl 5 durch Punkte angedeutet.

Die Zellenkette 3 fördert die Behälter 1 zu einer Heißsiegelstation 7, in der nur schematisch angedeutet Siegelbacken 8 angeordnet sind. Die Siegelbacken 8 führen eine zangenförmige öffnungs- und Schließbewegung aus und können außerdem durch nicht gezeigte Einrichtungen in vertikaler Richtung auf- und abverstellt werden. Sie sind entweder ultraschallbeaufschlagt, so daß sie selbst eine Ultraschall-Sonotrode darstellen, oder beheizbar. Auf diese Weise führen sie im geschlossenen Zustand, in dem sie die Heißsiegelflächen 6 des Behälters 1 aneinanderpressen, eine ausreichende Wärmemenge der Kunststoffschicht im Bereich der Heißsiegelflächen 6 zu, so daß diese unter Druck und Wärme miteinander verschweißen.

In Förderrichtung vor der Heißsiegelstation 7, anschließend an einige »Freistationen« nach der nicht gezeigten Abfülistation, ist eine Sonotrode 9 mit einer Gruppe von acht Einzelsonotroden 10 feststehend über der Zellenkettc 3 angeordnet. Die Enden der Einzelsonotroden 10 befinden sich knapp über den Oberkanten der Behälter 1.

Die Sonotrode 9 mit den Einzelsonotroden 10 ist größer in den F i g. 3 und 4 dargestellt. Daraus ist ersiehtlieh, daß auf der Unterseite eines aus Aluminium bestehenden quaderförmigen Metallblockes 12 eine Gruppe von acht zapfenförmigen Einzelsonotroden 10 befestigt ist. Die Einzelsonotroden 10 bestehen aus Titan und sind etwa in ihrer Längsmitte im Durchmesser abgesetzt, so daß sie an ihrem unteren Ende dünner als in dem Befestigungsbereich an dem Metallblock 12 sind. Die Einzelsonotroden 10 sind so auf der Unterseite des Metallblockes 12 verteilt, daß sie den Querschnitt des Behälters 1 sowohl in der Breite als auch in der Länge in etwa ausfüllen (s. Fig.4). Der Metallblock 12 ist in nicht dargcsielliet V/eise mit einem sogenannten Booster der Ultraschalleinrichtung, mit einem zugehörigen Konverter und einem Ultraschallgenerator verbunden.

Der Metallblock 12 und die daran befestigten Einzelsonotroden 10 sind mit einer Frequenz von 20 000 Hz und einer ausreichend hohen Energie beaufschlagt, um an den Einzelsonotroden 10 eine Schwingamplitude von etwa 60 μΐη zu erzielen. Dadurch werden von den Enden der Einzelsonotroden 10 in Richtung auf den Flüssigkeitsspiegel 4 im Behälter 1 acht zueinander etwa gleichgerichtete Ultraschallwellenfelder abgestrahlt, die in die Schaumstruktur eindringen und sie zerstören. Es genügt eine Einwirkungsdauer von 0,2 Sekunden, um beispielsweise eine Schaumschicht von 7,5 cm Höhe über Milch als Füllgut vollkommen eu zerstören.

Nur beispielsweise sei angegeben, daß der Metallblock 12 aus Aluminium 60 mm breit, 150 mm lang und 124 mm hoch ist, während die Einzelsonotroden 10 in ihrem dickeren Bereich einen Durchmesser von 23 mm und in ihrem dünneren Bereich einen Durchmesser von 16 mm aufweisen.

Die Anzahl von Einzelsonotroden 10 kann gegenüber dem Ausführungsbeispiel abgeändert werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit zunehmender Anzahl von Einzelsonotroden die zerstörende Einwirkung auf die Schaumstruktur verstärkt wird, so daß mit kürzeren Zcrfallszeiten zu rechnen ist. Die Sonotroden müssen auch nicht in der regelmäßigen Form angeordnet werden, wie das Ausführungsbeispiel zeigt, wo die Einzelsonotroden 10 paarweise und in gleichem Abstand voneinander über die Unterseite des Metallblockes 12 verteilt sind. Dies ist jedoch zweckmäßig, um die Überlagerung der von den Einzclsonotroden 10 abgegebenen Ultraschallwellenfelder an allen Stellen der Schaumstruktur gleichzuhallen, so daß auch der gleiche Effekt erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

1 2 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche II bis Patentansprüche: 13, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Einzelsonotroden (10) alle auf gleicher Höhe He-

1. Verfahren zur Beseitigung von Schaum über gen.

dem Spiegel einer Flüssigkeit, insbesondere über 5 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch geflüssigem Füllgut, z. B. Milch, in einem Behälter nach kennzeichnet, daß die Einzelsonotroden (10) im dessen Füllung, dadurch gekennzeichnet, Obergangsbereich von dem größeren zu dem kleinedaß von oberhalb des Schaumes durch den Schaum ren Durchmesser gerundet sind, hindurch eine hochfrequente Wellenstrahlung mit 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis einer Frequenz von mindestens 20 000 Hz gegen den io 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsonotro-FlQssigkeitsspiegel gerichtet wird. den (10) auf der Unterseite des metallischen Über-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- tragungsblockes (12) gleichmäßig verteilt angeordzeichnet, daß der Schaum durch die Einwirkung von net sind.

Ultraschallwellen zum Zerfall gebracht wird. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (9) zeichnet, daß der Schaum durch die Einwirkung von zur Beseitigung des Schaumes auf- und abbewegbar Mikrowellen zum Zerfall gebracht wird über dem Flüssigkeitsspiegel (4) angeordnet ist

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schaum durch Einwirkung einer

Infrarotstrahlung zum Zerfall gebracht wird. 20

5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem flüssiges

Füllgut innerhalb einer durch eine Füllmaschine vor- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung gegebenen Taktzeit in Behälter abgefüllt wird, da- von Schaum über dem Spiegel einer Flüssigkeit, insbedurch gekennzeichnet, daß Ultraschallwellen mit ei- sondere über flüssigem Füllgut, z. B. Milch, in einem ner so großen Schwingungsamplitude eingestrahlt 25 Behälter nach dessen Füllung. Weiterhin betrifft die Erwerden, daß die Einwirkungsdauer der Ultraschall- findung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verweilen bis zur vollständigen Beseitigung des Schau- fahrens. mes nur einen Bruchteil der Taktzeit beträgt. Auf zahireichen Gebieten der Technik ist es wün-

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sehenswert, eine Schaumbildung über dem Spiegel von nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Einrich- 30 Flüssigkeiten zu vermeiden oder entstandenen Schaum tung zur Beseitigung von Schaum über dem Spiegel zu zerstören. Dies ist z. B. in der Flotationstechnik der einer in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit, ins- Fall oder bei der Verdampfung von Flüssigkeiten, wo besondere über Füllgut, z. B. Milch, dadurch gekenn- über dem Flüssigkeitsspiegel befindlicher Schaum die zeichnet, daß die Einrichtung (9) zur Beseitigung des Förderung und Verdampfung behindert So ist bereits Schaumes zum Aussenden einer hochfrequenten 35 ein Verfahren zur Zerstörung eines von Detergenzien, Wellenstrahlung gegen den Flüssigkeitsspiegel (4) Waschmitteln od. dgl. stammenden Schaumes bekannt, ausgebildet und mit einem mindestens der Höhe des bei dem der Schaum ohne eine ihn tragende Flüssigkeit Schaumes entsprechenden Abstand über dem Flüs- in eine Schaumzerstörungskammer eingefördert wird, sigkeitsspiegel (4) angeordnet ist. an deren Kopf ein Transducer zur Ausstrahlung von

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- 40 Schallenergie mit einer Frequenz zwischen 20 und zeichnet, daß die Einrichtung (9) zur Beseitigung des 20 000 Hz angeordnet ist. Um eine effektive Schaum-Schaumes eine Sonotrode zur Aussendung von ¹Jl- zerstörung zu erhalten, wird der Kammerinhalt auf die traschallwellen ist. Erzielung einer Resonanz mit der eingestrahlten Schall-

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- frequenz abgestimmt, wozu das Kammervolumen bezeichnet, daß die Einrichtung zur Beseitigung des 45 stimmende Schieber vorgesehen sind. Außerdem ist zur Schaumes ein Richtstrahler zur Aussendung von Mi- Abgrenzung der Kammer nach unten eine Reflektorkrowellen ist platte mit einer darin vorgesehenen Durchtrittsöffnung

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- für den Schaum vorgesehen (GB-PS 13 54 678). Weiterzeichnet, daß die Einrichtung zur Beseitigung des hin ist auch schon ein Verfahren bekannt, bei dem eine Schaumes ein Strahler für Infrarotstrahlen ist. 50 strömende Flüssigkeit dadurch entschäumt wird, daß die

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, Flüssigkeit vom Boden her mit Ultraschallwellen beaufdadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur schlagt und durch Wehre zu einer Zick-Zack-Strömung Beseitigung des Schaumes der Behälterquerschnitts- gegenüber der Ultraschallquelle veranlaßt wird (GB-PS form im Bereich des Flüssigkeitsspiegels (4) ange- 12 36 803).

paßt ist 55 Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 10, dadurch mit der Beseitigung von Schaum, der beim Abfüllen von gekennzeichnet, daß mehrere, z. B. acht, Einzelso- Getränken, z. B. Milch oder Fruchtsäften, in daraufhin notroden (10) zu einer Sonotrodengruppe vereinigt zu verschließende Behälter sich über dem Flüssigkeitssind- spiegel während und/oder aufgrund des Füllvorganges

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge- to ausgebildet hat. Dieser Schaum erweist sich vor allem kennzeichnet, daß die Einzelsonotroden (10) zapfen- dann als störend, wenn die Abfüllung in Behälter aus mit förmig ausgebildet und parallel zueinander an einem Kunststoff beschichtetem Karton erfolgt, die zum metallischen Übertragungsblock (12) befestigt sind. Zweck des Verschließens an der Oberseite heißversie-

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, da- gelt oder verklebt werden. Befindet sich zwischen den durch gekennzeichnet, daß die Einzelsonotroden 65 Klebeflächen Schaum, so stellt sich in den Bereichen, die (10) kreisförmigen Querschnitt haben und in ihrer davon benetzt sind, kein richtiger Klebeverband ein und Längsrichtung zu ihrem freien Ende hin zu einem bei einer Heißversiegelung beeinträchtigt der verbleikleineren Durchmesser abgesetzt sind, bende Eiweißrest auf den Siegelflächen ebenfalls die