EP3620427A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdrängen von luft aus flaschen mit karbonisierten getränken - Google Patents

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Publication number
EP3620427A1
EP3620427A1 EP19187708.3A EP19187708A EP3620427A1 EP 3620427 A1 EP3620427 A1 EP 3620427A1 EP 19187708 A EP19187708 A EP 19187708A EP 3620427 A1 EP3620427 A1 EP 3620427A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bottles
sound waves
sound
beverage
waves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19187708.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Gebendorfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krones AG
Original Assignee
Krones AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krones AG filed Critical Krones AG
Publication of EP3620427A1 publication Critical patent/EP3620427A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/222—Head-space air removing devices, e.g. by inducing foam

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for displacing air from bottles with carbonated drinks.
  • a fine jet of hot water can be sprayed into the bottle under high pressure when transferring between filler and capper. This releases dissolved CO 2 from the product. As a result, CO 2 bubbles rise in the product and generate foam that displaces the air above it from the bottle neck.
  • Such foaming by injecting a liquid is, for example, from DE 10 2006 022 464 A1 known to foam out by injecting gas into a carbonated beverage GB 797 679 A .
  • Disadvantages of injection processes are the comparatively high expenditure of energy, the need for suitably pretreated injection media, such as for example degassed water, undesirable oxygen introduction due to turbulence in the head space of the bottles and the comparatively complex control of the pumps required for injection.
  • Vibration generation in contact with the bottle walls and / or the bottle bottoms requires carrying the corresponding sound generator and transmission media with the bottles during transport and / or leads to foam formation that is difficult to control.
  • the object is achieved with a method according to claim 1.
  • This can be used to displace air from bottles with carbonated beverages by emitting sound waves from at least one sound source, spreading through ambient air, penetrating through the mouths into the drink and / or causing the walls of the bottles to vibrate so that CO 2 is expelled from the drink and foams it in the head space in such a way that air contained in the head space is displaced through the mouth.
  • the sound waves are preferably ultrasonic waves.
  • the sound waves for example, propagate through the air in the headspace to the drink and penetrate into it.
  • the sound waves injected in this way are reflected on the bottom of the bottle and run back to the headspace of the bottle. Coupled and returning sound waves overlap, and standing sound waves can form in the drink.
  • Standing sound waves can be formed by reflection of sound waves on the bottle bottom and / or on the side walls of the bottles.
  • the expulsion of CO 2 from the beverage is based on the generation of standing sound waves in the beverage, pressure fluctuations forming at wave nodes, which release CO 2 dissolved in the beverage through cavitation (falling below the saturation pressure and turbulence). This now undissolved CO 2 rises to the surface of the drink and generates the foam required to displace air.
  • First sound waves are preferably directed onto the walls of the bottles, and the emission frequency of the sound waves is adapted to a natural resonance frequency of the filled bottles. This enables the formation of standing waves in the beverage with a comparatively low energy consumption, since the sound waves injected by the ambient air are amplified by the natural resonance of the bottles.
  • the output frequency of the first sound waves is preferably tuned.
  • the bottles can be reliably excited with the respective individual natural resonance frequency, despite the manufacturing-related spread of the natural resonance frequency.
  • the delivery frequency is continuously raised or lowered, for example, over a suitable tuning range.
  • the tuning range then encompasses, for example, the range of possible individual natural resonance frequencies of a particular bottle format or a batch of bottles which are possible due to the production. In this way, all bottles to be filled can be excited, at least temporarily, for wall vibration at the respective natural resonance.
  • the delivery frequency is preferably tuned on the basis of a standard natural resonance frequency assigned to the respective bottle format and / or the beverage and / or its filling level.
  • the standard natural resonance frequency is, for example, an average of the natural resonance frequency for a specific bottle format.
  • suitable tuning ranges above and below the standard natural resonance frequency are in particular continuously tuned.
  • the scope of the tuning range can be adapted to the dispersion of the natural resonance to be expected for a specific bottle format. This enables a reliable and overall rapid excitation of the wall vibration and thus an efficient foaming.
  • the first sound waves are preferably received at different delivery frequencies and the natural resonance frequency of a specific bottle or number of bottles of a specific bottle format is determined by comparing signal amplitudes of sound waves received in the process. This allows both the natural resonance frequencies of individual bottles to be determined and a statistical spread of the natural resonance frequency, for example as their mean value and / or standard deviation for a specific bottle format.
  • second sound waves are directed through the mouths of the bottles onto the bottoms of the bottles and standing waves are thereby generated in the drink. This enables the sound waves to be coupled into the drink in a comparatively simple manner.
  • the second sound waves are then preferably directed onto at least one curved wall region of the floors.
  • standing waves can then form on different sections of the curved wall areas depending on the filling level.
  • the generation of standing waves depends on the distance of the sound generator from the respective bottle bottom and on the filling height of the drink in the respective bottle. This results from the fact that the sound frequency in air and in the drink is identical, but the wavelength changes depending on the speed of propagation of the sound waves in air and in the drink.
  • a partial section of the bottle base is sufficient, which is arranged at a suitable distance from the filling level for standing waves. This means that standing waves can be generated relatively reliably without changing the distance between the sound source and the bottle bottom.
  • the amplitudes of the first and / or second sound waves are preferably set depending on the format. This allows the foam formation for different bottle sizes and bottle shapes to be optimized in terms of their size and the amount of energy required.
  • the first and / or second sound waves are preferably generated by at least one piezoceramic loudspeaker. This enables a comparatively flexible tuning of the sound frequency and a sound generation that can be flexibly adapted to the spatial conditions.
  • the first and / or second sound waves are advantageously generated by at least one piezoceramic spherical cap and focused to shock waves. This enables a particularly efficient release of CO 2 from beverages with corresponding foam formation in the head space of the bottles.
  • this is designed to displace air from bottles with carbonated beverages according to the method according to at least one of the above-described embodiments and comprises a means of transport for the bottles and at least one sound source arranged in the region of the means of transport and at a distance from the bottles for emitting sound waves on the one hand through the mouths and / or on the other hand, from the outside, on the side walls and / or bottoms of the bottles.
  • a device designed to displace air from bottles with carbonated beverages according to the method according to at least one of the above-described embodiments and comprises a means of transport for the bottles and at least one sound source arranged in the region of the means of transport and at a distance from the bottles for emitting sound waves on the one hand through the mouths and / or on the other hand, from the outside, on the side walls and / or bottoms of the bottles.
  • a sound source with an automatically tunable delivery frequency in particular in the form of a piezoceramic loudspeaker.
  • the bottles can be reliably excited to oscillate with their natural resonance frequency, in particular even in the case of production-related scattering of their natural resonance frequency. This enables a particularly efficient release of CO 2 from the beverage and corresponding foam formation to displace air from the head space of the bottles.
  • a sound source for the mouths of the bottles with an automatically adjustable distance from the bottoms of the bottles and / or with an automatically adjustable delivery frequency, in particular in the form of a piezoceramic spherical cap for generating shock waves.
  • This can cause standing waves as a result of sound reflection at the Bottoms of the bottles are reliably generated by adjusting the distance of the sound source from the bottle bottoms and / or from the filling height of the drink.
  • the device 100 serve to drive out CO 2 from bottles 1 with carbonated drinks 2, such as beer, a vitamin C-containing lemonade or the like, by means of standing sound waves 3, for example from a first sound source 4 and / or a second sound source 5 are generated.
  • the first sound source 4 is directed from the outside onto a side wall 1b of a bottle 1.
  • the second sound source 5 is directed through the mouth 1c of the bottle 1, and thus from the inside, onto the base 1d thereof, so that sound waves 3 are formed in the beverage 2 by sound reflection on the base 1d.
  • a base 1d with curved wall sections, as indicated schematically, is advantageous for a reliable formation of standing sound waves 3, in particular with individually different bottle dimensions and / or filling heights 2b.
  • the first sound source 4 works by means of first sound waves 4a transmitted contactlessly through the ambient air up to the side wall 1b. Second sound waves 5a emitted by the second sound source 5 are also coupled into the beverage 2 without contact through the ambient air and the mouth 1c.
  • a single standing sound wave 3 is shown, which is formed by a second sound wave 5a emitted by the second sound source 5, a sound wave 3a returning after reflection on the floor 1d, and common wave nodes 3b.
  • the expel dissolved in the beverage 2 CO 2 based on its delivery by pressure fluctuations in the beverage 2 triggered in particular at the wave node 3b.
  • This can fluctuate for a certain bottle format due to the production and / or for a certain drink 2, for example also depending on its fill level 2b.
  • FIG. 2 The clarifies accordingly Figure 2 in a schematic frequency-time diagram that the delivery frequency 8 of the first sound source 4 can be tuned during a suitable treatment period of individual bottles 1.
  • the delivery frequency 8 is preferably continuously raised and / or lowered via a tuning area 9 which includes the possible natural resonance frequencies 7 of all bottles 1 to be treated.
  • the tuning range 9 can be based on a format-dependent and / or beverage-dependent and / or filling level-dependent standard natural resonance frequency 10 and can be defined for the bottles 1 to be treated in such a way that the delivery frequency 8 temporarily matches the actual natural resonance frequency 7 of the individual filled bottle 1 during tuning .
  • a wall oscillation 6 which increases the foaming can thus be reliably excited at least temporarily even on systemically induced scattering of the individual natural resonance frequency 7 on all bottles 1.
  • tuning the output frequency 8 leads to a linearly increasing frequency-time sequence 8a.
  • a linear lowering of the delivery frequency 8 or other frequency-time sequences covering the natural resonance frequency 7 would also be conceivable.
  • the tuning range 9 is preferably defined in a format-specific and / or product-specific manner, that is, possibly also depending on the beverage 2 filled in the bottles 1.
  • the statistical scatter of bottle dimensions and / or the filling height 2b can be included in the determination of the tuning range 9.
  • bottles 1 can be irradiated by the first sound source 4 at different delivery frequencies 8 and registered by means of suitable sound receivers Signal amplitudes are compared.
  • the illustrated device 100 for the contactless coupling of sound waves 4a, 5a further comprises a (schematically indicated) transport means 11 with associated axis of rotation 11a and an optional support surface 11b for the bottles 1.
  • the transport means 11 is, for example, a transfer star or the like, from which a transport direction 1e of the bottles 1 with respect to the sound sources 4, 5 results. In principle, however, it could also be a linear transport route in the form of a conveyor belt or the like.
  • the first and / or second sound source 4, 5 can be designed, for example, as a piezoceramic loudspeaker.
  • the output frequency 8 of the first sound source 4 can be automatically tuned by a controller 12.
  • a lifting device 13 can be provided for the second sound source 5 in order to set a distance 14 between the second sound source 5 and the base 1b of the bottles 1.
  • the distance 14 and / or the delivery frequency 8 can then, for example, be specified centrally by the controller 12 using a touchscreen or the like input unit in a format-specific and / or beverage-specific manner.
  • the second sound source 5 could also be designed as a piezoceramic spherical cap for generating shock waves based on convergent spherical waves.
  • the associated focusing means that sound can be coupled into beverage 2 more effectively and standing sound waves 3 can be generated particularly efficiently.
  • Piezo elements can then be arranged in a single-layer or double-layer manner in the spherical cap in a manner known in principle in order to be expanded simultaneously in the micrometer range by means of a high-voltage pulse and thus to generate a pressure pulse in the adjacent medium. As is known, the piezo elements are then focused on a focus, in the area of which shock waves are formed.
  • an electromagnetic pressure pulse or shock wave generation with flat coils based on the working principle of a loudspeaker is also conceivable.
  • a flat membrane is suddenly deflected by electromagnetic forces and thus generates a flat wave, which is then suitably focused using an acoustic lens.
  • the shock waves occur in the vicinity of the focus.
  • the first and second sound sources 4, 5 are shown combined at any transport position of the bottle 1.
  • the foam 2a could also be generated by releasing CO 2 from the drink 2 only with the first sound source 4 or only with the second sound source 5 in order to displace the air present in the head space 1a of the bottles 1 above the drink 2 through the foam 2a .
  • first sound sources 4 and / or a plurality of second sound sources 5 one behind the other in the transport direction 1e on the transport means 11.
  • a first sound source 4 and a second sound source 5 could be present one behind the other on the transport means 11 in the transport direction 1e.
  • FIG. 3 This shows a filler 20 designed as a rotary machine with an inlet star and outlet star and a capper 21 and in between the transport means 11 designed as a transfer star with a first sound source 4 and a second sound source 5.
  • a wall vibration 6 with the natural resonance frequency 7 of the bottles 1 could first be excited by means of the first sound source 4 and then the amount of foam 2a in the bottles 1 could be controlled in a targeted manner by coupling sound waves 5a from the second sound source 5.
  • the excited wall vibrations 6 already release CO 2 and consequently foam 2a is generated. Its amount can be set, for example, by changing the sound amplitude of the first sound source 4 and / or by specifically adapting its delivery frequency 8. Irrespective of this, the foaming with the second sound source 5 can then be additionally controlled from above.
  • first and / or second sound sources 4, 5 acting simultaneously or in series are conceivable.
  • the bottles 1 are preferably filled as a continuous product stream in the filler 20 with the beverage 2 and transferred from the outlet star of the filler 20 to the transport means 11.
  • sound waves 4a, 5a are coupled in by means of the first sound source 4 and / or the second sound source 5 during continuous transport of the containers 1 into the side walls 1b, floors 1c and / or the drink 2.
  • This turns CO 2 from the Beverage 2 is expelled and forms with it the foam 2a in the head spaces 1a of the bottles 1, so that air previously present therein is preferably completely displaced from the head spaces 1a. Potentially harmful entry of oxygen into the beverage 2 can thus be reduced to an admissible level.
  • bottles 1 treated in this way are fed to the capper 21 and closed in the latter with closure caps 22 in a manner known per se.
  • closure caps 22 in a manner known per se.
  • the oscillation amplitude of the sound waves 4a, 5a emitted by the sound sources 4, 5 can be adjusted in a centrally controlled manner to the respective bottle format and / or beverage. Any series connection of sound sources 4, 5 along the direction of transport 1e with individually adapted sound amplitudes is also conceivable here. This enables a particularly precise control of the foam formation in the bottles 1, on the one hand to expel the air present there above the beverage 2 as completely as possible and at the same time to avoid overflow of foam 2a.
  • the contactless coupling of the sound waves 4a, 5a by the ambient air is flexible and can be adapted to different bottle formats and drinks with comparatively little expenditure on equipment. In particular, no exchange of setup parts or the like for format adjustment is necessary.
  • the output frequency 8 in particular for excitation of the wall vibration 6 with the natural resonance frequency 7 of the filled bottle 1 and / or the distance 14 between the second sound source 5 and the inner walls of the floors 1d, may need to be adapted in a format-specific and / or drink-specific or fill-level-specific manner. This results in an equally flexible and efficient displacement of air from the head space 1 a of the bottles 1.

Landscapes

  • Closures For Containers (AREA)
  • Basic Packing Technique (AREA)

Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdrängen von Luft aus Flaschen mit karbonisiertem Getränken. Dabei werden Schallwellen von wenigstens einer Schallquelle ausgesandt, die sich durch Umgebungsluft ausbreiten, durch die Mündung in das Getränk eindringen und/oder die Wände der Flaschen in Schwingung versetzen, so dass CO<sub>2</sub>aus dem Getränk ausgetrieben wird und das Getränk im Kopfraum derart aufschäumt, dass darin enthaltene Luft durch die Mündung verdrängt wird. Somit kann der potentiell schädliche Sauerstoffgehalt im Getränk mit vergleichsweise geringem apparativen Aufwand und für unterschiedliche Flaschenformate flexibel einstellbar reduziert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdrängen von Luft aus Flaschen mit karbonisierten Getränken.
  • Bei der Abfüllung karbonisierter Getränke ist es insbesondere bei hohem Vitamin-C-Gehalt oder beispielsweise auch für Bier notwendig, nach dem Füllen im Kopfraum der Flaschen vorhandene Luft zu entfernen, um Produktreaktionen mit Sauerstoff zu verhindern.
  • Dazu kann beispielsweise beim Transfer zwischen Füller und Verschließer ein feiner Heißwasserstrahl unter Hochdruck in die Flasche gespritzt werden. Dies entbindet gelöstes CO2 aus dem Produkt. Folglich steigen im Produkt CO2-Blasen auf und erzeugen Schaum, der die darüber vorhandene Luft aus dem Flaschenhals verdrängt.
  • Derartiges Aufschäumen durch Einspritzen einer Flüssigkeit ist beispielsweise aus DE 10 2006 022 464 A1 bekannt, Aufschäumen durch Injizieren von Gas in ein karbonisiertes Getränk aus GB 797 679 A .
  • Beschrieben wurden ferner das Eintauchen eines Ultraschallschwingers in ein karbonisiertes Getränk in DE 10 2012 007 314 A1 , Schwingkörper zum seitlichen Aufsetzen auf Flaschenschultern und Übertragen von Ultraschall in DE 1 121 955 A und Schwingungsübertragung durch eine Gleitplatte auf Flaschenböden in DE 85 07 507 U1 .
  • Nachteilig bei Injektionsverfahren sind der vergleichsweise hohe Energieaufwand, der Bedarf an geeignet vorbehandelten Einspritzmedien, wie an beispielsweise entgastem Wasser, unerwünschter Sauerstoffeintrag durch Turbulenzen im Kopfraum der Flaschen und die vergleichsweise aufwendige Steuerung der zum Einspritzen benötigten Pumpen.
  • Schwingungserzeugung im Kontakt mit den Flaschenwänden und/oder den Flaschenböden erfordert ein Mitführen der entsprechenden Schallerzeuger und Übertragungsmedien mit den Flaschen beim Transport und/oder führt zu einer schwierig zu steuernden Schaumbildung.
  • Es besteht daher Bedarf für diesbezüglich verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Verdrängen von Luft aus Flaschen mit karbonisierten Getränken.
  • Die gestellte Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Mit diesem lässt sich Luft aus Flaschen mit karbonisierten Getränken verdrängen, indem Schallwellen von wenigstens einer Schallquelle ausgesandt werden, sich durch Umgebungsluft ausbreiten, durch die Mündungen in das Getränk eindringen und/oder die Wände der Flaschen in eine Wandschwingung versetzen, so dass jeweils CO2 aus dem Getränk ausgetrieben wird und dieses im Kopfraum derart aufschäumt, dass im Kopfraum enthaltene Luft durch die Mündung verdrängt wird.
  • Die Schallwellen sind vorzugsweise Ultraschallwellen. Die Schallwellen breiten sich beispielsweise über die im Kopfraum vorhandene Luft zum Getränk aus und dringen in dieses ein. Am Flaschenboden werden die derart eingekoppelten Schallwellen reflektiert und laufen wieder zum Kopfraum der Flasche zurück. Dabei überschneiden sich eingekoppelte und zurücklaufende Schallwellen, und es können sich stehende Schallwellen im Getränk ausbilden.
  • Stehende Schallwellen können sich durch Reflexion von Schallwellen am Flaschenboden und/oder an Seitenwänden der Flaschen ausbilden.
  • Das Austreiben von CO2 aus dem Getränk beruht auf der Erzeugung stehender Schallwellen im Getränk, wobei sich an Wellenknoten Druckschwankungen ausbilden, die im Getränk gelöstes CO2 durch Kavitation (Unterschreiten des Sättigungsdrucks und Turbulenzen) entbinden. Dieses nunmehr ungelöste CO2 steigt an die Oberfläche des Getränks und erzeugt dort den zum Verdrängen von Luft erforderlichen Schaum.
  • Vorzugsweise werden erste Schallwellen auf die Wände der Flaschen gerichtet, und die Abgabefrequenz der Schallwellen wird an eine Eigenresonanzfrequenz der gefüllten Flaschen angepasst. Dies ermöglicht die Ausbildung stehender Wellen im Getränk mit vergleichsweise geringem Energieeinsatz, da die durch Umgebungsluft eingekoppelten Schallwellen durch die Eigenresonanz der Flaschen verstärkt werden.
  • Vorzugsweise wird die Abgabefrequenz der ersten Schallwellen durchgestimmt. Dadurch lassen sich die Flaschen trotz herstellungsbedingter Streuung der Eigenresonanzfrequenz zuverlässig mit der jeweiligen individuellen Eigenresonanzfrequenz anregen. Die Abgabefrequenz wird hierzu beispielsweise kontinuierlich über einen geeigneten Durchstimmbereich angehoben oder abgesenkt. Der Durchstimmbereich umfasst dann beispielsweise den Bereich herstellungsbedingt möglicher individueller Eigenresonanzfrequenzen eines bestimmten Flaschenformats oder einer Flaschencharge. Damit können alle zu füllenden Flaschen zumindest vorübergehend zur Wandschwingung bei der jeweiligen Eigenresonanz angeregt werden.
  • Vorzugsweise wird die Abgabefrequenz auf der Grundlage einer dem jeweiligen Flaschenformat und/oder dem Getränk und/oder dessen Füllhöhe zugeordneten Standard-Eigenresonanzfrequenz durchgestimmt. Die Standard-Eigenresonanzfrequenz ist beispielsweise ein Mittelwert der Eigenresonanzfrequenz für ein bestimmtes Flaschenformat. Beispielsweise werden geeignete Durchstimmbereiche oberhalb und unterhalb der Standard-Eigenresonanzfrequenz insbesondere kontinuierlich durchgestimmt. Der Umfang des Durchstimmbereichs kann an die für ein bestimmtes Flaschenformat zu erwartende Streuung der Eigenresonanz angepasst werden. Dies ermöglicht eine zuverlässige und insgesamt zügige Anregung der Wandschwingung und somit ein effizientes Aufschäumen.
  • Vorzugsweise empfängt man die ersten Schallwellen bei unterschiedlichen Abgabefrequenzen und ermittelt die Eigenresonanzfrequenz einer bestimmten Flasche oder Anzahl von Flaschen eines bestimmten Flaschenformats durch Vergleich von Signalamplituden dabei empfangener Schallwellen. Dadurch lässt sich sowohl die Eigenresonanzfrequenzen einzelner Flaschen ermitteln als auch eine statistische Streuung der Eigenresonanzfrequenz, beispielsweise als deren Mittelwert und/oder Standardabweichung für ein bestimmtes Flaschenformat.
  • Vorzugsweise werden zweite Schallwellen durch die Mündungen der Flaschen auf die Böden der Flaschen gerichtet und dadurch stehende Wellen im Getränk erzeugt. Dies ermöglicht ein vergleichsweise einfach zu kontrollierendes Einkoppeln der Schallwellen in das Getränk.
  • Vorzugsweise werden die zweiten Schallwellen dann auf wenigstens einen gekrümmten Wandbereich der Böden gerichtet. Bei systematisch bedingten Schwankungen der Füllhöhe des Getränks in den Flaschen können sich stehende Wellen dann je nach Füllhöhe an unterschiedlichen Teilabschnitten der gekrümmten Wandbereiche ausbilden.
  • Prinzipiell ist die Erzeugung stehender Wellen vom Abstand des Schallerzeugers vom jeweiligen Flaschenboden und von der Füllhöhe des Getränks in der jeweiligen Flasche abhängig. Dies ergibt sich daraus, dass die Schallfrequenz in Luft und im Getränk identisch ist, sich jedoch die Wellenlänge je nach Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen in Luft und im Getränk ändert. Für die Erzeugung stehender Wellen im Getränk genügt ein Teilabschnitt des Flaschenbodens, der bezogen auf die Füllhöhe in einem für die Entstehung stehender Wellen geeigneten Abstand angeordnet ist. Somit lassen sich stehende Wellen vergleichsweise zuverlässig ohne Abstandsänderung zwischen Schallquelle und Flaschenboden erzeugen.
  • Vorzugsweise werden die Amplituden der ersten und/oder zweiten Schallwellen formatabhängig eingestellt. Damit kann die Schaumbildung für unterschiedliche Flaschengrößen und Flaschenformen hinsichtlich ihres Ausmaßes und des dafür nötigen Energieeinsatzes optimiert werden.
  • Vorzugsweise werden die ersten und/oder zweiten Schallwellen von wenigstens einem piezokeramischen Lautsprecher erzeugt. Dies ermöglicht ein vergleichsweise flexibles Durchstimmen der Schallfrequenz und eine flexibel an die räumlichen Gegebenheiten anpassbare Schallerzeugung.
  • Alternativ werden die ersten und/oder zweiten Schallwellen auf vorteilhafte Weise von wenigstens einer piezokeramischen Kugelkalotte erzeugt und zu Stoßwellen fokussiert. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Entbindung von CO2 aus Getränken mit entsprechender Schaumbildung im Kopfraum der Flaschen.
  • Die gestellte Aufgabe wird ebenso mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst. Demnach ist diese zum Verdrängen von Luft aus Flaschen mit karbonisierten Getränken gemäß dem Verfahren nach wenigstens einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet und umfasst ein Transportmittel für die Flaschen und wenigstens eine stationär im Bereich des Transportmittels und im Abstand zu den Flaschen angeordnete Schallquelle zur Abgabe von Schallwellen einerseits durch die Mündungen und/oder andererseits, von außen her, auf Seitenwände und/oder Böden der Flaschen. Damit lassen sich die bezüglich des Anspruchs 1 beschriebenen Vorteile erzielen.
  • Vorzugsweise ist für die äußere Bestrahlung der Seitenwände und/oder Böden der Flaschen eine Schallquelle mit automatisch durchstimmbarer Abgabefrequenz vorhanden, insbesondere in Form eines piezokeramischen Lautsprechers. Dadurch können die Flaschen, insbesondere auch bei herstellungsbedingter Streuung ihrer Eigenresonanzfrequenz zuverlässig zur Schwingung mit ihrer Eigenresonanzfrequenz angeregt werden. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Entbindung von CO2 aus dem Getränk und entsprechende Schaumbildung zum Verdrängen von Luft aus dem Kopfraum der Flaschen.
  • Vorzugsweise ist für die Mündungen der Flaschen eine Schallquelle mit automatisch einstellbarem Abstand zu den Böden der Flaschen und/oder mit automatisch einstellbarer Abgabefrequenz vorhanden, insbesondere in Form einer piezokeramischen Kugelkalotte zur Erzeugung von Stoßwellen. Dadurch können stehende Wellen in Folge einer Schallreflexion an den Böden der Flaschen zuverlässig erzeugt werden, indem der Abstand der Schallquelle von den Flaschenböden und/oder von der Füllhöhe des Getränks angepasst wird.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind zeichnerisch dargestellt. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Flasche beim Austreiben von CO2;
    Figur 2
    eine schematische Darstellung des Durchstimmens der abgegebenen Abgabefrequenz; und
    Figur 3
    eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung zwischen einem Füller und einem Verschließer.
  • Wie die Figur 1 schematisch andeutet, dienen die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 und das damit ausgeführte Verfahren dem Austreiben von CO2 aus Flaschen 1 mit karbonisierten Getränken 2, wie beispielsweise Bier, einer Vitamin-C-haltigen Limonade oder dergleichen mittels stehender Schallwellen 3, die beispielsweise von einer ersten Schallquelle 4 und/oder einer zweiten Schallquelle 5 erzeugt werden. Dadurch entsteht Schaum 2a, der schließlich im Kopfraum 1a der Flaschen 1 vorhandene Luft und darin enthaltenen Sauerstoff verdrängt.
  • Die erste Schallquelle 4 ist von außen auf eine Seitenwand 1b einer Flasche 1 gerichtet. Die zweite Schallquelle 5 ist durch die Mündung 1c der Flasche 1, und somit von innen, auf deren Boden 1d gerichtet, so dass sich durch Schallreflexion am Boden 1d stehende Schallwellen 3 im Getränk 2 ausbilden. Vorteilhaft für eine zuverlässige Ausbildung stehender Schallwellen 3 insbesondere bei individuell unterschiedlichen Flaschenabmessungen und/oder Füllhöhen 2b ist ein Boden 1d mit gekrümmten Wandabschnitten, wie schematisch angedeutet ist.
  • Die erste Schallquelle 4 arbeitet mittels kontaktlos durch die Umgebungsluft bis zur Seitenwand 1b übertragener erster Schallwellen 4a. Auch von der zweiten Schallquelle 5 ausgesandte zweite Schallwellen 5a werden kontaktlos durch die Umgebungsluft und die Mündung 1c in das Getränk 2 eingekoppelt.
  • Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich eine einzelne stehende Schallwelle 3 dargestellt, die von einer von der zweiten Schallquelle 5 ausgesandten zweiten Schallwelle 5a, einer nach Reflexion am Boden 1d zurücklaufenden Schallwelle 3a und gemeinsamen Wellenknoten 3b gebildet wird. Das Austreiben von im Getränk 2 gelöstem CO2 beruht auf dessen Entbindung durch Druckschwankungen im Getränk 2 ausgelöst insbesondere an den Wellenknoten 3b.
  • Schematisch angedeutet ist ferner eine von der ersten Schallquelle 4 angeregte und die Schaumbildung verstärkende Wandschwingung 6 in der Seitenwand 1b und im Boden 1d der Flasche 1 mit einer (in der Figur 2 dargestellten) Eigenresonanzfrequenz 7. Diese kann für ein bestimmtes Flaschenformat herstellungsbedingt und/oder für ein bestimmtes Getränk 2 beispielsweise auch abhängig von dessen Füllhöhe 2b individuell schwanken.
  • Entsprechend verdeutlicht die Figur 2 in einem schematischen Frequenz-Zeit-Diagramm, dass die Abgabefrequenz 8 der ersten Schallquelle 4 während einer geeigneten Behandlungsdauer einzelner Flaschen 1 durchgestimmt werden kann. Hierzu wird die Abgabefrequenz 8 vorzugsweise über einen die möglichen Eigenresonanzfrequenzen 7 aller zu behandelnden Flaschen 1 umfassenden Durchstimmbereich 9 kontinuierlich angehoben und/oder abgesenkt.
  • Der Durchstimmbereich 9 kann auf einer formatabhängigen und/oder getränkeabhängigen und/oder füllhöhenabhängigen Standard-Eigenresonanzfrequenz 10 basieren und für die zu behandelnden Flaschen 1 jeweils derart festgelegt werden, dass die Abgabefrequenz 8 beim Durchstimmen vorübergehend mit der tatsächlichen Eigenresonanzfrequenz 7 der einzelnen gefüllten Flasche 1 übereinstimmt. Eine das Aufschäumen verstärkende Wandschwingung 6 kann somit zumindest vorübergehend auch bei systematisch bedingter Streuung der individuellen Eigenresonanzfrequenz 7 zuverlässig an allen Flaschen 1 angeregt werden.
  • Das Durchstimmen der Abgabefrequenz 8 führt im dargestellten Beispiel zu einem linear ansteigenden Frequenz-Zeit-Ablauf 8a. Ebenso wäre ein lineares Absenken der Abgabefrequenz 8 denkbar oder andere die Eigenresonanzfrequenz 7 abdeckende Frequenz-Zeit-Abläufe.
  • Der Durchstimmbereich 9 wird vorzugsweise formatspezifisch und/oder produktspezifisch festgelegt, also gegebenenfalls auch abhängig von dem in die Flaschen 1 gefüllten Getränk 2. Hierzu können beispielsweise die statistische Streuung von Flaschenabmessungen und/oder der Füllhöhe 2b in die Bestimmung des Durchstimmbereichs 9 einfließen.
  • Zur Ermittlung der Eigenresonanzfrequenz 7 einzelner Flaschen 1 und/oder einer statistischen Streuung der Eigenresonanzfrequenz 7 für ein bestimmtes Flaschenformat mit zugehörigem Getränk, beispielsweise als Mittelwert und Standardabweichung, können Flaschen 1 von der ersten Schallquelle 4 bei unterschiedlichen Abgabefrequenzen 8 bestrahlt und dabei mittels geeigneter Schallempfänger registrierte Signalamplituden verglichen werden.
  • Durch statistische Auswertung derartiger Messergebnisse kann man dann beispielsweise für einzelne Kombinationen möglicher Flaschenformate und Getränke zugehörige Standard-Eigenresonanzfrequenzen 10 und/oder zugehörige Durchstimmbereiche 9 berechnen.
  • Die in der Figur 1 dargestellte Vorrichtung 100 zum kontaktlosen Einkoppeln von Schallwellen 4a, 5a umfasst ferner ein (schematisch angedeutetes) Transportmittel 11 mit zugehöriger Drehachse 11a und einer optionalen Auflagefläche 11b für die Flaschen 1. Das Transportmittel 11 ist beispielsweise ein Transferstern oder dergleichen, woraus eine Transportrichtung 1e der Flaschen 1 bezüglich der Schallquellen 4, 5 resultiert. Es könnte sich prinzipiell aber auch um eine lineare Transportstrecke in Form eines Förderbands oder dergleichen handeln.
  • Prinzipiell wäre es möglich, zusätzlich die Auflagefläche 11b passend zur Abgabefrequenz 8 in Schwingung zu versetzen. Im gezeigten Beispiel wird die Wandschwingung 6 mit der Eigenresonanzfrequenz 7 jedoch ausschließlich durch die erste Schallquelle 4 angeregt.
  • Die erste und/oder zweite Schalquelle 4, 5 können beispielsweise als piezokeramischer Lautsprecher ausgebildet sein. Insbesondere die Abgabefrequenz 8 der ersten Schallquelle 4 ist von einer Steuerung 12 automatisch durchstimmbar.
  • Für die zweite Schallquelle 5 kann eine Hubvorrichtung 13 vorhanden sein, um einen Abstand 14 zwischen der zweiten Schallquelle 5 und dem Boden 1b der Flaschen 1 einzustellen. Der Abstand 14 und/oder die Abgabefrequenz 8 lassen sich dann beispielsweise zentral von der Steuerung 12 mittels Touchscreen oder dergleichen Eingabeeinheit formatspezifisch und/oder getränkespezifisch vorgeben.
  • Insbesondere die zweite Schallquelle 5 könnte auch als piezokeramische Kugelkalotte zur Erzeugung von Stoßwellen auf der Grundlage konvergenter Kugelwellen ausgebildet sein. Durch die damit verbundene Fokussierung kann Schall effektiver in das Getränk 2 eingekoppelt und stehende Schallwellen 3 besonders effizient erzeugt werden.
  • In der Kugelkalotte können dann auf prinzipiell bekannte Weise Piezoelemente einschichtig oder doppelschichtig angeordnet sein, um mittels Hochspannungsimpuls zeitgleich im Mikrometerbereich ausgedehnt zu werden und so einen Druckimpuls im angrenzenden Medium zu erzeugen. Die Piezoelemente sind dann bekanntermaßen auf einen Fokus ausgerichtet, in dessen Bereich es zur Bildung von Stoßwellen kommt.
  • Alternativ ist auch eine elektromagnetische Druckpuls- bzw. Stoßwellenerzeugung mit Flachspulen in Anlehnung an das Arbeitsprinzip eines Lautsprechers denkbar. In diesem Fall wird eine flache Membran durch elektromagnetische Kräfte stoßartig ausgelenkt und erzeugt so eine ebene Welle, die dann mithilfe einer akustischen Linse geeignet fokussiert wird. Auch in diesem Fall entstehen die Stoßwellen in der Umgebung des Fokus.
  • In der Figur 1 sind die ersten und zweiten Schallquellen 4, 5 kombiniert an einer beliebigen Transportposition der Flasche 1 dargestellt. Prinzipiell ließe sich der Schaum 2a durch Entbinden von CO2 aus dem Getränk 2 auch nur mit der ersten Schallquelle 4 oder nur mit der zweiten Schallquelle 5 erzeugen, um im Kopfraum 1a der Flaschen 1 über dem Getränk 2 vorhandene Luft durch den Schaum 2a zu verdrängen.
  • Ebenso wäre es denkbar, mehrere erste Schallquellen 4 und/oder mehrere zweite Schallquellen 5 in Transportrichtung 1e hintereinander am Transportmittel 11 anzuordnen. Ebenso könnten eine erste Schallquelle 4 und eine zweite Schallquelle 5 in Transportrichtung 1e hintereinander am Transportmittel 11 vorhanden sein.
  • Dies ist beispielhaft in der schematischen Figur 3 angedeutet. Darin ist ein als Rundläufer ausgebildeter Füller 20 mit Einlaufstern und Auslaufstern und ein Verschließer 21 und dazwischen das als Transferstern ausgebildete Transportmittel 11 mit einer ersten Schallquelle 4 und einer zweiten Schallquelle 5 zu erkennen.
  • Beispielsweise könnte zuerst eine Wandschwingung 6 mit der Eigenresonanzfrequenz 7 der Flaschen 1 mittels der ersten Schallquelle 4 angeregt werden und dann die Menge des Schaums 2a in den Flaschen 1 durch Einkoppeln von Schallwellen 5a aus der zweiten Schallquelle 5 gezielt gesteuert werden. Durch die angeregte Wandschwingungen 6 wird bereits CO2 entbunden und demzufolge Schaum 2a erzeugt. Dessen Menge kann beispielsweise durch Verändern der Schallamplitude der ersten Schallquelle 4 und/oder gezielte Anpassung ihrer Abgabefrequenz 8 eingestellt werden. Unabhängig davon kann das Aufschäumen mit der zweiten Schallquelle 5 dann von oben zusätzlich gesteuert werden.
  • Es sind jedoch prinzipiell beliebige Varianten von gleichzeitig oder hintereinander wirkenden ersten und/oder zweiten Schallquellen 4, 5 denkbar.
  • Die Flaschen 1 werden vorzugsweise als kontinuierlicher Produktstrom im Füller 20 mit dem Getränk 2 gefüllt und vom Auslaufstern des Füllers 20 an das Transportmittel 11 übergeben. Im Bereich des Transportmittels 11 werden Schallwellen 4a, 5a mittels der ersten Schallquelle 4 und/oder der zweiten Schallquelle 5 bei fortlaufendem Transport der Behälter 1 in die Seitenwände 1b, Böden 1c und/oder das Getränk 2 eingekoppelt. Dadurch wird CO2 aus dem Getränk 2 ausgetrieben und bildet mit diesem den Schaum 2a in den Kopfräumen 1a der Flaschen 1, so dass darin zuvor vorhandene Luft vorzugsweise vollständig aus den Kopfräumen 1a verdrängt wird. Somit kann potentiell schädlicher Eintrag von Sauerstoff in das Getränk 2 auf ein zulässiges Maß reduziert werden.
  • Anschließend werden die derart behandelten Flaschen 1 dem Verschließer 21 zugeführt und in diesem mit Verschlusskappen 22 auf an sich bekannte Weise verschlossen. Die weitere Handhabung der verschlossenen Flaschen 1 ist bekannt und daher nicht weiter erläutert.
  • Die Schwingungsamplitude der vom den Schallquellen 4, 5 abgegebenen Schallwellen 4a, 5a lässt sich zentral gesteuert an das jeweilige Flaschenformat und/oder Getränk anpassen. Hierbei ist auch eine beliebige Hintereinanderschaltung von Schallquellen 4, 5 entlang der Transportrichtung 1e mit individuell angepassten Schallamplituden denkbar. Dies ermöglicht eine besonders genaue Kontrolle der Schaumbildung in den Flaschen 1, um zum einen dort über dem Getränk 2 vorhandene Luft möglichst vollständig auszutreiben und gleichzeitig ein Überlaufen von Schaum 2a zu vermeiden.
  • Das kontaktlose Einkoppeln der Schallwellen 4a, 5a durch die Umgebungsluft ist flexibel und mit vergleichsweise geringem apparativen Aufwand an unterschiedliche Flaschenformate und Getränke anpassbar. Insbesondere ist kein Austausch von Rüstteilen oder dergleichen zur Formatanpassung nötig.
  • Vielmehr sind gegebenenfalls lediglich die Abgabefrequenz 8 insbesondere zur Anregung der Wandschwingung 6 mit der Eigenresonanzfrequenz 7 der gefüllten Flasche 1 und/oder der Abstand 14 zwischen der zweiten Schallquelle 5 und den Innenwänden der Böden 1d formatspezifisch und/oder getränkespezifisch bzw. füllhöhenspezifisch anzupassen. Somit ist eine gleichermaßen flexible und effiziente Verdrängung von Luft aus dem Kopfraum 1a der Flaschen 1 gegeben.
  • Die Schaumbildung kann insbesondere durch folgende Parameter gezielt gesteuert werden:
    • ▪ Abgabefrequenz und/oder Schallamplitude der Schallquelle(n);
    • ▪ Abstand der ersten Schallquelle 4 vom Flaschenboden 1c;
    • ▪ Schwingungsform der abgegebenen Schallwellen, wie beispielsweise sinusförmig, sägezahnförmig, rechteckig oder dergleichen;
    • ▪ Aneinanderreihung mehrerer getrennt steuerbarer erster und/oder zweiter Schallquellen 4, 5 zwischen Füller und Verschließer; und/oder
    • ▪ Anregung zur Wandschwingung 6 mit Eigenresonanzfrequenz 7 gefüllter Flaschen.
  • Folgende Vorteile können beispielsweise erzielt werden:
    • ▪ Einstellung und Regelungen der beschriebenen Parameter ist zentral, beispielsweise an einem Touchscreen, und abhängig von Maschinenleistung möglich.
    • ▪ Schaum 2a kann besonders gezielt erzeugt werden, sodass Luft insbesondere laminar aus dem Kopfraum 1a ausgetrieben wird und unerwünschte Turbulenzen im Kopfraum 1a vermieden werden.
    • ▪ Optimale Hygiene durch kontaktlose Schalleinkopplung;
    • ▪ Kein Einbringen zusätzlicher Stoffe, wie beispielsweise Wasser, in das Getränk 2 und somit Erhalt der Produktqualität; und
    • ▪ Geringer Energiebedarf.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Verdrängen von Luft aus Flaschen (1) mit karbonisierten Getränken (2), wobei Schallwellen (4a, 5a) von wenigstens einer Schallquelle (4, 5) ausgesandt werden, sich durch Umgebungsluft ausbreiten, durch die Mündungen (1c) der Flaschen (1) in das Getränk (1) eindringen und/oder die Seitenwände (1b) der Flaschen (1) in Schwingung (6) versetzen, sodass CO2 aus dem Getränk (2) ausgetrieben wird und das Getränk (2) in den Kopfräumen (1a) der Flaschen (1) derart aufschäumt, dass darin enthaltene Luft durch die Mündungen (1c) verdrängt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei erste Schallwellen (4a) auf die Seitenwände (1b) der Flaschen (1) gerichtet werden und die Abgabefrequenz (8) an eine Eigenresonanzfrequenz (7) der gefüllten Flasche (1) angepasst wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Abgabefrequenz (8) während der Abgabe der ersten Schallwellen (4a) durchgestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Abgabefrequenz (8) auf der Grundlage einer dem jeweiligen Flaschenformat und/oder dem Getränk (2) und/oder dessen Füllhöhe (2b) zugeordneten Standard-Eigenresonanzfrequenz (10) durchgestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die ersten Schallwellen (4a) bei unterschiedlichen Abgabefrequenzen (8) empfangen werden und durch Vergleich zugehöriger Signalamplituden die Eigenresonanzfrequenz (7) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei zweite Schallwellen durch die Mündungen (1c) der Flaschen (1) auf die Böden (1d) der Flaschen (1) gerichtet und dadurch stehende Wellen (3) im Getränk (2) erzeugt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Abstand (14) der zugehörigen Schallquelle (4a) von den Böden (1d) der Flaschen (1) insbesondere automatisch angepasst wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die zweiten Schallwellen (5a) auf einen gekrümmten Wandbereich der Böden (1d) gerichtet werden.
  9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Amplituden der ersten und/oder zweiten Schallwellen (4a, 5a) individuell eingestellt werden.
  10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die ersten und/oder zweiten Schallwellen (4a, 5a) von wenigstens einem piezokeramischen Lautsprecher erzeugt werden.
  11. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die ersten und/oder zweiten Schallwellen (4a, 5a) von wenigstens einer piezokeramischen Kugelkalotte erzeugt und zu Stoßwellen fokussiert werden.
  12. Vorrichtung (100) zum Verdrängen von Luft aus Flaschen (1) mit karbonisierten Getränken (2) gemäß dem Verfahren nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, mit einem Transportmittel (11) für die Flaschen und wenigstens einer stationär im Bereich des Transportmittels (11) und im Abstand zu den Flaschen (1) angeordneten Schallquelle (4, 5) zur Abgabe von Schallwellen (4a, 5a) durch die Mündungen (1c) und/oder von außen auf Seitenwände (1b) und/oder Böden (1d) der Flaschen (1).
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei für die Seitenwände (1b) und/oder Böden (1d) eine Schallquelle (4) mit automatisch durchstimmbarer Abgabefrequenz (8) vorhanden ist, insbesondere in Form eines piezokeramischen Lautsprechers.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei für die Mündungen (1c) eine Schallquelle (5) mit automatisch einstellbarem Abstand (14) zu den Böden (1d) und/oder mit automatisch einstellbarer Abgabefrequenz (8) vorhanden ist, insbesondere in Form einer piezokeramischen Kugelkalotte zur Erzeugung von Stoßwellen.
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