WO2015043854A1

WO2015043854A1 - Vorrichtung zur veränderung der strahlform von fliessfähigen produkten

Info

Publication number: WO2015043854A1
Application number: PCT/EP2014/068049
Authority: WO
Inventors: Johannes Hortmanns; Christian Rabe
Original assignee: Sig Technology Ag
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2015-04-02
Also published as: CN105593122B; EP3052387A1; TR201904051T4; CN105593122A; PL3052387T3; RU2016116989A; DE102013110774A1; US20160236924A1; BR112016006529A2; EP3052387B1; AU2014327639A1; US9909290B2; MX2016003930A; JP6408589B2; WO2015043854A9; JP2016536232A; ES2715886T3

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Vorrichtung (14) zur Veränderung der Strahlform von fließfähigen Produkten, insbesondere von Nahrungsmitteln, umfassend: einen Eintrittsbereich (16) zum Eintritt der fließfähigen Produkte, einen Austrittsbereich (17) zum Austritt der fließfähigen Produkte, und mehrere Kanäle (18) zur Durchleitung der fließfähigen Produkte, wobei jeder Kanal (18) einen dem Eintrittsbereich (16) zugeordneten Einlass (19) und einen dem Austrittsbereich (17) zugeordneten Auslass (20) aufweist, wobei die Einiässe (19) gemeinsam eine im Eintrittsbereich (16) liegende Eintrittsfläche (30) mit einer Breite (B) und einer Höhe (H) bilden, und wobei die Auslässe (20) gemeinsam eine im Austrittsbereich (17) liegende Austrittsfläche (32) mit einer Breite (Β') und einer Höhe (Η') bilden. Um zu erreichen, dass sich die Spritzerbildung bei der Befüllung von Verpackungen mit nicht-rotationssymmetrischem Querschnitt verringert, wird vorgeschlagen, dass die Austrittsfläche (32) nicht-rotationssymmetrisch ist.

Description

Vorrichtung zur Veränderung der Strahlform von fließfähigen Produkten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der Strahlform von fließfähigen Produkten, insbesondere von Nahrungsmitteln, umfassend: einen Eintrittsbereich zum Eintritt der fließfähigen Produkte, einen Austrittsbereich zum Austritt der fließfähigen Produkte, und mehrere Kanäle zur Durchleitung der fließfähigen Produkte, wobei jeder Kanal einen dem Eintrittsbereich zugeordneten Einlass und einen dem Austrittsbereich zugeordneten Auslass aufweist, wobei die Einlasse gemeinsam eine im Eintrittsbereich liegende Eintrittsfläche mit einer Breite und einer Höhe bilden, und wobei die Auslässe gemeinsam eine im Austrittsbereich liegende Austrittsfläche mit einer Breite und einer Höhe bilden.

Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung einer derartigen Vorrichtung zur Abfüllung von Nahrungsmitteln, insbesondere zur aseptischen Abfüllung von

Nahrungsmitteln.

Auf dem Gebiet der Verpackungstechnik sind zahlreiche Möglichkeiten bekannt, fiießfähige Produkte in die dafür vorgesehenen Verpackungen zu füllen. Bei den fließfähigen Produkten kann es sich beispielsweise um Nahrungsmittel wie etwa Milch, Fruchtsaft, Saucen oder Joghurt handeln. Als Verpackungen können

beispielsweise Verbundverpackungen mit Lagen aus Pappe und Kunststoff eingesetzt werden.

Ein wichtiger Schritt bei der Befüllung der Verpackungen besteht darin, die fließfähigen Produkte möglichst schnell in die Verpackungen zu füllen, um eine schnelle Taktung und somit hohe Stückzahlen erreichen zu können. Trotz der hohen Strömungsgeschwindigkeit soll die Befüllung jedoch weitgehend ohne Spritzer und Schaumbildung erfolgen, um die hygienischen Anforderungen erfüllen zu können und Verunreinigungen an der Verpackung oder der Abfüllmaschine zu ver Besonders hohe hygienische Anforderungen treten bei Nahrungsmitteln auf, die unter sterilen, also keimfreien Bedingungen abgefüllt werden.

Den hohen Anforderungen kann nur genügt werden, wenn der Befüllvorgang an individuelle Faktoren wie beispielsweise die Eigenschaften des abzufüllenden

Produkts und das Volumen sowie die Form der Verpackung angepasst wird. Die Anpassung beinhaltet regelmäßig eine Einstellung der Durchflussmenge und der Durchflussgeschwindigkeit Darüber hinaus wird oftmals auch die Fülldüse an das abzufüllende Produkt und die Verpackung angepasst und gegebenenfalls

ausgetauscht. Denn die Fülldüse bestimmt maßgeblich die Form und das

Geschwindigkeitsprofil des Füllstrahls. Zudem ist die Fülldüse für eine tropfenfreie Befüllung verantwortlich. Hierzu wird der Volumenstrom vor dem Austritt aus der Fülldüse häufig in mehrere Teilströme aufgeteilt, die durch einzelne Kanäle geleitet werden. Dies hat den Vorteil, dass das abzufüllende Produkt mit einer größeren Wandfläche in Berührung kommt, wodurch bei einer Unterbrechung der Befüllung die Restmenge des abzufüllenden Produkts sicher in den Kanälen gehalten wird und nicht unkontrolliert auf die Verpackung oder die Abfüllmaschine tropft („Kapillarwirkung").

Viele der bekannten Fülldüsen haben ein Gehäuse mit einer runden

Querschnittsfläche. Zudem sind sowohl die Eintrittsfläche als auch die Austrittsfläche bekannter Fülldüsen oftmals rund geformt. Durch das runde Gehäuse können die Fülldüsen in jeder beliebig gedrehten Stellung einfach in bekannten Abfüllmaschinen eingesetzt werden. Durch die runden Eintritts- und Austrittsflächen wird ein

Füllstrahl erzeugt, dessen Querschnitt ebenfalls rund ist.

Eine Fülldüse für die Abfüllung von Nahrungsmitteln ist beispielsweise aus der EP 2 078 678 AI bekannt. Zur Aufteilung des Volumenstromes weist die dort gezeigte Fülldüse eine austauschbare, runde und somit rotationssymmetrische Platte mit zahlreichen Löchern auf. Die Löcher sind zylindrisch geformt und verlaufen parallel zueinander, um mit der Platte einen besonders geraden Füllstrahl zu erzeugen („flow straightening plate"). Während die Einlässe der Löcher in einer Ebene liegen, sind die Auslässe der Löcher auf einer gekrümmten Fläche angeordnet, so dass die Löcher - in Strömungsrichtung betrachtet - unterschiedlich lang sind. Durch die Variation der Länge der Löcher soll die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst werden.

Insbesondere soll die Strömungsgeschwindigkeit in der Mitte des Füllstrahls durch längere Löcher und die dadurch bedingte höhere Reibung stärker verlangsamt werden als in den Randbereichen des Fülistrahls.

Die aus der EP 2 078 678 AI bekannte Fülidüse hat mehrere Nachteile. Zunächst muss aufgrund der zweiteiligen Konstruktion die Platte gegenüber dem Körper der Fülldüse abgedichtet werden. In dem abzudichtenden Spalt zwischen Platte und Körper können sich Produktreste ablagern, was hygienisch problematisch ist. Ein weiterer Nachteil liegt in der unterschiedlichen Länge der Löcher. Denn ein gekrümmter

Austrittsbereich der Platte führt dazu, dass sich die Teilströme des abzufüllenden Produkts zu unterschiedlichen Zeitpunkten von der Unterseite der Platte ablösen und zudem einer unterschiedlich großen Fallhöhe bis zum Boden der Verpackung ausgesetzt werden. Diejenigen Teilströme, die durch kürzere Löcher geführt werden und sich früher von der Unterseite der Platte ablösen, werden früher einer

Fallbeschleunigung ausgesetzt als diejenigen Teilströme, die sich zu diesem Zeitpunkt noch in den längeren Löchern befinden. Aufgrund der unterschiedlichen Fallhöhen der Teilströme werden diese im freien Fall auch unterschiedlich lange beschleunigt und erreichen einen unterschiedlich großen Geschwindigkeitszuwachs. Dies hat zur Folge, dass das an der Unterseite der Platte eingestellte Geschwindigkeitsprofil im freien Fall wieder verändert wird. Das für die Spritzerbildung maßgebliche

Geschwindigkeitsprofil beim Aufprall des Füllstrahls auf den Boden der Verpackung lässt sich daher mit der vorgeschlagenen Lösung nur sehr unpräzise einstellen.

Ein weiterer Nachteil der aus der EP 2 078 678 AI bekannten Fülidüse - und anderer vergleichbarer Fülldüsen - liegt darin, dass diese Fülldüsen ausschließlich

Füllstrahlen mit einer runden Querschnittsfläche erzeugen können. Dies liegt insbesondere an der Anordnung der Löcher in einer runden Platte. Runde Füllstrahlen werden in vielen Fällen auch angestrebt. Zunächst ist die runde Form diejenige Form, die sich im freien Fall des Strahls aufgrund der Oberflächenspannung (Kohäsion) in dem fließfähigen Produkt ohnehin ausbildet. Hinzu kommt die Tatsache, dass die Gehäuse der meisten Fülldüsen rund geformt sind, um in die - üblicherweise ebenfalls runden - Aufnahmen bekannter Füllmaschinen eingesetzt werden zu können.

Schließlich stellen runde Querschnitte die strömungstechnisch optimale Form dar, weil sie die geringste Oberfläche und somit den geringsten Strömungswiderstand bezogen auf die Größe der Querschnittsfläche bieten,

Bei Verpackungen mit einer runden Grundfläche, beispielsweise Flaschen, sind runde Füllstrahlen auch im Hinblick auf die Spritzerbildung als vorteilhaft anzusehen. Viele Verpackungen weisen jedoch nicht-rotationssymmetrische, beispielsweise

rechteckige Grundflächen auf. Bei diesen Verpackungen kann ein runder Füllstrahl zu Problemen führen. Denn ein runder Füllstrahl weist geometrisch bedingt bei der Befüllung von Verpackungen mit rechteckiger Grundfläche zu zwei der Seitewände einen wesentlich geringeren Abstand auf als zu den anderen beiden Seiten wänden. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Abschirmung von auftretenden Spritzern: Die beiden dicht an dem Strahl liegenden Seitenwände schirmen in einem steilen Winkel auftretende Spritzer recht gut ab und verhindern ihren Austritt aus der Verpackung. Die beiden weiter von dem Strahl entfernt liegenden Seitenwände können jedoch Spritzer, die sich in einem genauso steilen Winkel nach oben bewegen, nicht mehr abschirmen. Es besteht daher die Gefahr, dass diese Spritzer aus der Verpackung austreten und die Verpackung oder die Abfüllmaschine verunreinigen. Dies kann zur Folge haben, dass die Verpackung, beispielsweise eine Karton/Kunststoff- Verbundverpackung, in demjenigen Bereich verunreinigt wird, in dem sie später durch Schweißverfahren verschlossen werden soll. Im Bereich der Verunreinigung kann jedoch keine zuverlässige Schweißverbindung mehr erzeugt werden, so dass die Verpackung nicht mehr dicht verschlossen werden kann und aussortiert werden muss. Wenn die Undichtigkeit nicht sofort erkannt wird, kann die undichte

Verpackung bei weiteren Verarbeitungsschritten oder beim Transport Teile der Abfüllmaschine oder andere Verpackungen verunreinigen. Da viele Lebensmittel unter sterilen, also keimfreien Bedingungen abgefüllt werden müssen, können derartige Verunreinigungen der Abfüllmaschine eine aufwändige Reinigung sowie eine erneute Sterilisation der gesamten Abfüllmaschine erforderlich machen.

Während dieser Zeit kann keine Abfüllung erfolgen, so dass es zu

Produktionsausfällen kommt. Eine Verunreinigung anderer Verpackungen kann demgegenüber dazu führen, dass größere Einheiten oder Paletten von Verpackungen unverkäuflich werden. Bereits einzelne aus der Verpackung austretende Spritzer können daher erhebliche Probleme verursachen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte und zuvor näher beschriebene Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass sich die Spritzerbildung bei der Befüllung von Verpackungen mit nicht- rotationssymmetrischem Querschnitt verringert.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass die Austrittsfläche nicht-rotationssymmetrisch ist.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich zunächst durch einen

Eintrittsbereich zum Eintritt der fließfähigen Produkte sowie durch einen

Austrittsbereich zum Austritt der fließfähigen Produkte aus. Zwischen dem

Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich sind mehrere Kanäle zur Durchleitung der fließfähigen Produkte angeordnet. Jeder der Kanäle weist einen Einlass auf, der dem Eintrittsbereich zugeordnet ist. Zudem weist jeder der Kanäle einen Auslass aus, der dem Austrittsbereich zugeordnet ist. Die Einlässe bilden gemeinsam eine im

Eintrittsbereich liegende Eintrittsfläche und die Auslässe bilden gemeinsam eine im Austrittsbereich liegende Austrittsfläche. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, vorzugsweise Edelstahl, hergestellt sein.

Gemäß der Erfindung ist die Austrittsfläche nicht-rotationssymmetrisch. Die

Symmetrie wird in Bezug auf die Mittelachse der Vorrichtung betrachtet. Die Form der Austrittsfläche hat einen wesentlichen Einfluss auf die Form der Querschnittsfläche des austretenden Füüstrahls. Die Erfändung sieht demnach eine Abkehr von bekannten, rotationssymmetrischen Querschnitten vor. Stattdessen wird eine Austritts fläche gewählt, die nicht-rotationssymmetrisch und insbesondere nicht kreisförmig ist. Die Austrittsfläche kann viereckig, insbesondere rechteckig oder quadratisch geformt sein. Ebenso kann die Eintrittsfläche viereckig, insbesondere rechteckig oder quadratisch geformt sein. Die Form der Eintrittsfläche bestimmt die Form des FüUstrahls zwar weniger stark als die Form der Austrittsfläche. Jedoch hat eine entsprechend geformte Eintrittsfläche den Vorteil, dass die Form der - die Eintrittsfläche mit der Austrittsfläche verbindenden - Kanäle einfacher gestaltet sein kann und die durch die Kanäle fließenden Teilströmungen weniger stark umgelenkt werden müssen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Austritts- und/oder Eintrittsfläche wird ein Füllstrahl erzeugt, dessen Querschnittsfläche ebenfalls nicht- rotationssymmetrisch, sondern beispielsweise viereckig geformt ist. Im freien Fall verändert sich die Querschnittsfläche aufgrund der Oberflächenspannung zwar wieder in Richtung eines runden Querschnitts. Es hat sich jedoch überraschend gezeigt, dass bei relativ kurzen Fallhöhen - wie sie bei den meisten Verpackungen üblich sind - die nicht-rotationssymmetrische Querschnittsfläche des Füllstrahls zumindest teilweise erhalten bleibt. Der Erfindung liegt also das Prinzip zugrunde, die Geometrie des Füllstrahls an die Grundfläche der zu befüllenden Verpackung anzupassen.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Höhe der

Austrittsfläche größer ist als ihre Breite. Nach dieser Ausgestaltung wird also eine Austrittsfläche gewählt, dessen Größe in den beiden senkrecht zueinander

verlaufenden Hauptrichtungen unterschiedlich ist. Die Austrittsfläche kann beispielsweise etwa rechteckig geformt sein. Vorzugsweise ist die Höhe der

Austrittsfläche wenigstens 1,3 mal, insbesondere wenigstens 1,4 mal größer als ihre Breite. In entsprechender Weise kann auch die Höhe der Eintrittsfläche größer sein als ihre Breite. Auch die Hohe der Eintrittsfläche ist vorzugsweise wenigstens 1,3 mal, insbesondere wenigstens 1,4 mal größer als ihre Breite. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Einlasse und/oder die Auslässe der Kanäle in einer Ebene angeordnet sind. Die Anordnung der Einlässe in einer Ebene hat den Vorteil, dass alle Einlässe gleichzeitig durch ein besonders einfach geformtes, insbesondere durch ein ebenes Dichtelement sicher abgedichtet werden können. Die Anordnung der Auslässe in einer Ebene hat den Vorteil, dass sämtliche Teilströmungen sich gleichzeitig von der Unterseite der Vorrichtung ablösen und somit gleichzeitig der Fallbeschleunigung ausgesetzt werden. Vorzugsweise ist die Ebene, in der die Einlässe der Kanäle angeordnet sind, parallel zu der Ebene, in der die Auslässe der Kanäle angeordnet sind. Dies hat - jedenfalls bei gerade verlaufenden Kanälen - den Vorteil, dass die Kanäle gleich lang sind und somit die reibungsbedingte Verlangsamung der Teilströmungen in allen Kanälen etwa gleich groß ist.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einlässe und/oder die Auslässe der außermittigen Kanäle kreisförmig auf Ringen um die Mittelachse der Vorrichtung angeordnet sind. Unter einem außermittigen Kanal wird jeder Kanal verstanden, der nicht entlang der Mittelachse der Vorrichtung verläuft. Nach dieser Lehre können mehrere Kanäle derart angeordnet werden, dass ihre Einlässe und/oder ihre Auslässe gleich weit von der Mittelachse entfernt sind. Auf diese Weise lässt sich ein gleichmäßig geformter Füllstrahl erzeugen. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Einlässe und/oder die Auslässe auf dem äußersten Ring in zwei gegenüberliegenden und voneinander getrennten Gruppen angeordnet sind. Mit anderen Worten ist der äußerste Ring nicht vollständig mit Einlässen/Auslässen besetzt. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass trotz der grundsätzlich ringförmigen Anordnung der Einlässe und/oder Auslässe eine Eintrittsfläche und/oder eine Austrittsfläche ermöglicht wird, deren Breite und Höhe unterschiedlich groß sind. Durch diese Ausgestaltung kann also auch bei ringförmiger Anordnung der Einlässe und/oder Auslässe eine nicht-rotationssymmetrische Eintrittsfläche und/oder eine nicht-rotationssymmetrische Austrittsfläche gebildet werden. Gemäß einer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anzahl der Kanäle wenigstens 30 beträgt und insbesondere im Bereich zwischen 30 und SO liegt. Die Gesamtströmung soll nach dieser Ausbildung in eine besonders hohe Anzahl von Teilströmungen aufgeteilt werden. Dies hat den Vorteil, dass für jede Teilströmung die Geschwindigkeit und Richtung dieser Teilströmung individuell eingestellt werden kann, so dass sich auch komplexe Formen und Geschwindigkeitsprofile des Füllstrahls erzielen lassen. Zudem führt eine hohe Anzahl von Kanälen zu einer größeren

Kontaktfläche zwischen Strömung und Kanal, was aufgrund der Kapillarwirkung die Tropfgefahr bei einer Unterbrechung der Befüllung verringert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Mittelachsen der außermittigen Kanäle gegenüber der Mittelachse der Vorrichtung um einen Neigungswinkel geneigt angeordnet sind. Durch die Neigung der außermittigen Kanäle können die Teilströmungen in diesen Kanälen neben einem vertikalen Impuls auch einen horizontalen Impuls erhalten. Dies erlaubt eine besonders variable Gestaltung der Form des Füllstrahls. Die betroffenen Kanäle können - in

Strömungsrichtung gesehen - nach außen oder nach innen geneigt sein. Eine Neigung nach außen spreizt oder teilt den Füüstrahl und lenkt ihn seitlich an die Wände der Verpackung. Auf diese Weise wird die Verpackung besonders schonend und weitgehend ohne Schaumbildung befüllt. Eine Neigung nach innen ermöglicht hingegen einen besonders spitzen, konzentrierten Füllstrahl.

Zu dieser Ausgestaltung wird weiter vorgeschlagen, dass der Neigungswinkel im Bereich zwischen 1° und 6° liegt Der Neigungswinkel ist derjenige Winkel, der sich zwischen der Mittelachse der Vorrichtung und der Mittelachse des entsprechenden Kanals einstellt. Der angegebene Bereich kann wiederum eine Neigung nach außen oder eine Neigung nach innen betreffen. Weiter wird zu diesen beiden Ausgestaltungen vorgeschlagen, dass der Neigungswinkel der außermittigen Kanäle mit steigendem Abstand der Kanäle zur Mittelachse der Vorrichtung ansteigt, insbesondere stetig oder monoton ansteigt. Die Neigung der Kanäle soll also umso größer sein, je weiter außen der Kanal angeordnet ist. Die stärkere Neigung der äußeren Kanäle ist insbesondere bei einer Neigung nach innen vorteilhaft, da auf diese Weise ein besonders schlanker, konzentrierter

Füllstrahl erreicht werden kann, Alternativ zu den genannten Neigungswinkeln kann für die außermittigen Kanäle vorgesehen sein, dass der Neigungswinkel etwa 0° beträgt. Durch sehr kleine

Neigungswinkel, beispielsweise Neigungswinkel im Bereich zwischen -0,5° und +0,5°, oder durch absolut neigungsfreie Kanäle wird ein Füilstrahl erreicht, der weder konzentriert noch gestreut wird. Die Form des FüUstrahls spiegelt also bei diesen sehr geringen Neigungswinkeln weitgehend die Form der Austrittsfläche wider. Dies hat den Vorteil, dass die Form des Füllstrahls besonders genau an der Form der

Verpackung angepasst werden kann, was zur besseren Abschirmung von Spritzern beiträgt. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Einlass eines Kanals eine erste Querschnittsfläche aufweist und jeder Auslass eines Kanals eine zweite Querschnittsfläche aufweist, und dass die zweite Querschnittsfläche wenigstens eines Kanals größer ist als die erste Querschnittsfläche dieses Kanals. Vorzugsweise ist die zweite Querschnittsfläche jedes Kanals größer ist als die erste Querschnittsfläche dieses Kanals. Mit anderen Worten vergrößert sich die

Querschnittsfläche der Kanäle in Strömungsrichtung, also von dem Einlass in Richtung des Auslasses. Die Vergrößerung der Querschnittsfläche kann gleichmäßig und stetig oder monoton erfolgen. Nach den Gesetzen der Strömungsmechanik, insbesondere dem Gesetz von Bernoulli führt eine Vergrößerung der Querschnittsfläche zu einer proportionalen Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit. Diese Ausbildung der Kanäle führt demnach zu einer Verlangsamung der in dem Kanal fließenden Teilströmung. Der Quotient aus der ersten Querschnittsfläche und der zweiten Querschnittsfläche ist daher stets kleiner als eins und stellt ein Maß für den Grad der Verlangsamung dar. Dieser Quotient kann daher auch als„Verlangsamungsfaktor" bezeichnet werden; sein Kehrwert kann demgegenüber als„Beschleunigungsfaktor" bezeichnet werden.

Zu dieser Ausbildung wird weiter vorgeschlagen, dass der Quotient aus der ersten Querschnittsfläche und der zweiten Querschnittsfläche bei jedem Kanal im Bereich zwischen 0,35 und 0,75 liegt. Dies bedeutet, dass die Querschnittsfläche am Einlass jedes einzelnen Kanals nur etwa 35% bis 75% der Querschnittsfläche am Auslass dieses Kanals beträgt. Jeder einzelne Kanal soll demnach zu einer deutlichen

Vergrößerung der Querschnittsfläche und daraus folgenden Verlangsamung der Strömung beitragen, die innerhalb des genannten Bereiches liegt. Es kann vorgesehen sein, dass der Quotient aus der ersten Querschnittsfläche und der zweiten

Querschnittsfläche - also der Verlangsamungsfaktor - bei jedem Kanal identisch ist; alternativ können die Quotienten auch innerhalb des genannten Bereiches zwischen den Kanälen variieren, so dass die Verlangsamung der Strömung für jeden Kanal individuell angepasst werden kann. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht schließlich vor, dass die außermittigen Kanäle einen Abstand zur Mittelachse der Vorrichtung aufweisen und dass der Quotient aus der ersten Querschnittsfläche und der zweiten Querschnittsfläche mit steigendem Abstand der außermittigen Kanäle zur Mittelachse der Vorrichtung sinkt,

insbesondere stetig oder monoton sinkt. Diese Lehre sieht also vor, dass der Quotient aus der ersten Querschnittsfläche und der zweiten Querschnittsfläche - also der Verlangsamungsfaktor - bei den außen liegenden Kanälen kleiner ist als bei den weiter innen liegenden Kanälen. Die Strömung soll also bei den außen liegenden Kanälen stärker verlangsamt werden als bei den weiter innen liegenden Kanälen. Vorzugsweise ist der Verlangsamungsfaktor umso kleiner, je weiter außen der Kanal angeordnet ist. Die zuvor beschriebene Vorrichtung kann in allen dargestellten Ausgestaltungen besonders gut zur Abfüllung von Nahrungsmitteln, insbesondere zur aseptischen Abfüllung von Nahrungsmitteln verwendet werden. Bei den Nahrungsmitteln kann es sich beispielsweise um Milch, Fruchtsaft, Saucen oder Joghurt handeln.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes

Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. la eine aus dem Stand der Technik bekannte Fülldüse,

Fig. lb einen vergrößerten Ausschnitt der Platte der Fülldüse aus Fig. la im

Querschnitt, Fig. lc die Platte der Fülldüse aus Fig. la entlang der in Fig. la eingezeichneten

Schnittebene Ic-Ic,

Fig. 2a eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Veränderung der Strahlform von fließfähigen Produkten im Querschnitt,

Fig. 2b die Vorrichtung aus Fig. 2a im Querschnitt entlang der in Fig. 2a

eingezeichneten Schnittebene llb-üb, und

Fig. 2c die Vorrichtung aus Fig. 2a im Querschnitt entlang der in Fig. 2a

eingezeichneten Schnittebene lic-IIc.

In Fig. 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Fülldüse 1 im Querschnitt dargestellt. Die Fülldüse 1 umfasst einen Körper 2 und eine runde Platte 3 zur Formung der Strömung. Die Platte 3 kann austauschbar in den Körper 2 eingesetzt werden, indem ein umlaufender Flansch 4, der an der Platte 3 vorgesehen ist, auf einen Vorsprung 5, der an dem Körper 2 vorgesehen ist, aufgesetzt wird. Die Platte 3 weist mehrere Löcher 6 auf, die eine - in Fig. la schematisch mit Pfeilen dargestellte - Durchströmung der Fülidüse 1 mit fiießfähigen Produkten erlauben. Nach dem

Austritt aus der Fülidüse 1 bilden die fließfähigen Produkte einen Strahl 7, dessen äußere Kontur in Fig. 1 gezeigt ist Durch den Körper 2 und die Platte 3 verläuft zentral eine Mittelachse 8.

Fig. lb zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Platte 3 der Fülldüse 1 aus Fig. la im Querschnitt. Die bereits im Zusammenhang mit Fig. la beschriebenen Bereiche der Platte 3 sind in Fig. lb mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Platte 3 weist eine Oberseite 9 zum Eintritt der fließfähigen Produkte und eine Unterseite 10 zum Austritt der fließfähigen Produkte auf. Die Oberseite 9 ist durch die Löcher 6 mit der Unterseite 10 verbunden. Jedes der Löcher 6 weist einen Einlass 11 und einen Ausiass 12 auf, wobei die Einlasse 11 der Löcher 6 der Oberseite 9 zugeordnet sind und wobei die Auslässe 12 der Löcher 6 der Unterseite 10 zugeordnet sind. Bei der in Fig. lb dargestellten Platte 3 verlaufen alle Löcher 6 parallel zur Mittelachse 8 der Platte 3 und weisen somit keine Neigung auf. Zudem ist die Querschnittsfläche aller Löcher 6 identisch und verändert sich in Strömungsrichtung, also von dem Einlass 11 zu dem Ausiass 12, nicht. Die Oberseite 9 wird durch eine Ebene gebildet, in der die Einlasse 11 der Löcher 6 liegen. Demgegenüber wird die Unterseite 10 durch eine gekrümmte Fläche gebildet, in der die Auslässe 12 der Löcher 6 liegen. Die Unterseite 10 ist derart gekrümmt, dass diejenigen Löcher 6, die in der Nähe der Mittelachse 8 liegen, länger sind, als diejenigen Löcher 6, die im Randbereich der Platte 3 liegen. An den Rändern der Auslässe 12 können umlaufende Fasen 13 vorgesehen sein. In Fig. lc ist die Platte 3 der Fülldüse 1 aus Fig. la entlang der in Fig. la

eingezeichneten Schnittebene ic-Ic, also von der Unterseite betrachtet, dargestellt. Auch in Fig. lc sind die bereits im Zusammenhang mit Fig. la und Fig. lb

beschriebenen Bereiche der Platte 3 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit wurde in Fig. lc auf eine Darstellung des Körpers 2 verzichtet. Fig. lc verdeutlicht, dass eine Vielzahl von Löchern 6 dicht nebeneinander angeordnet sind und dabei nahezu die gesamte Fläche der Platte 3 einnehmen. Die in Fig. la, Fig. lb und Fig. lc dargestellte Fülldüse 1 entspricht weitgehend der aus der EP 2 078 678 AI bekannten Fülldüse.

Fig. 2a zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 14 zur Veränderung der Strahlform von fiießfähigen Produkten im Querschnitt. Die Vorrichtung 14 weist ein einteilig ausgebildetes Gehäuse 15 auf, das einen Eintrittsbereich 16 zum Eintritt der fließfähigen Produkte und einen Austrittsbereich 17 zum Austritt der fließfähigen Produkte umfasst. Zwischen dem Eintrittsbereich 16 und dem Austrittsbereich 17 sind eine Vielzahl von Kanälen 18 zur Durchleitung der fließfähigen Produkte in dem Gehäuse 15 angeordnet. Die Kanäle 18 weisen jeweils einen dem Eintrittsbereich 16 zugeordneten Einlass 19 und eine dem Austrittsbereich 17 zugeordneten Auslass 20 auf. Bei der in Fig. 2a gezeigten Vorrichtung 14 sind sowohl der Eintrittsbereich 16 - und somit auch die Einlässe 19 - als auch der Austrittsbereich 17 - und somit auch die Auslässe 20 - in einer Ebene angeordnet, wobei die beiden Ebenen parallel zueinander liegen. Schließlich weist die Vorrichtung 14 an ihrer Oberseite einen umlaufenden Flansch 21 auf, in den mehrere Bohrungen 22 eingebracht sind. Über die Bohrungen 22 kann die Vorrichtung 14 beispielsweise mit einer Abfüllmaschine verbunden werden. In Fig. 2a ist weiterhin eine Ventilstange 23 mit einem Dichtelement 24 dargestellt. Diese Bauteile gehören zwar nicht zur Vorrichtung 14, dienen jedoch der Erläuterung ihrer Funktionsweise. Um die - in Fig. 2a schematisch mit Pfeilen dargestellte - Durchströmung der Vorrichtung 14 zu unterbrechen, wird die Ventilstange 23 abgesenkt, so dass das Dichtelement 24 auf den Eintrittsbereich 16 gedrückt wird und die dort angeordneten Einlässe 19 der Kanäle 18 verschließt. Durch die Ventilstange 23, das Dichtelement 24 und die Vorrichtung 14 verläuft zentral eine Mittelachse 25.

Bei der in Fig. 2a beispielhaft dargestellten Vorrichtung 14 können die Kanäle 18 in einen zentralen Kanal 18' und in mehrere außermittige Kanäle 18" unterteilt werden, Die Mittelachse des zentralen Kanals 18' entspricht der Mittelachse 25 der

Vorrichtung; der zentrale Kanal 18' verläuft also gerade nach unten und steht senkrecht auf den beiden Ebenen des Eintrittsbereiches 16 und des Austrittsbereiches 17. Die Mittelachsen der außermittigen Kanäle 18" sind hingegen gegenüber der Mittelachse 25 der Vorrichtung 14 um einen Neigungswinkel geneigt. Der

Neigungswinkel α der außermittigen Kanäle 18" steigt mit steigendem Abstand der Kanäle 18" zur Mittelachse 25 der Vorrichtung 14 stetig oder monoton an. Mit anderen Worten sind diejenigen außermittigen Kanäle 18" mit dem größten Abstand zur Mittelachse 18" - also die radial außen liegenden Kanäle 18" - am stärksten geneigt. Die außermittigen Kanäle 18" sind in Strömungsrichtung gesehen in Richtung der Mittelachse 25 geneigt, so dass die Auslässe 20 der Kanäle 18" näher an der Mittelachse 25 liegen als die Einlasse 19 der Kanäle 18".

Die Kanäle 18 der in Fig. 2a beispielhaft dargestellten Vorrichtung 14 weisen eine erste Querschnittsfläche 26 und eine zweite Querschnittsfläche 27 auf, wobei die erste Querschnittsfläche 26 an den Einlässen 19 gemessen wird und wobei die zweite Querschnittsfläche 27 an den Auslässen 20 gemessen wird. Die Kanäle 18 der in Fig. 2a gezeigten Vorrichtung 14 zeichnen sich dadurch aus, dass die zweite

Querschnittsfläche 27 jedes Kanals 18 größer ist als die erste Querschnittsfläche 26 dieses Kanals 18. Dies betrifft sowohl den zentralen Kanal 18' als auch die

außermittigen Kanäle 18". Mit anderen Worten vergrößert sich die Querschnittsfläche der Kanäle 18 in Strömungsrichtung gesehen von ihren Einlässen 19 zu ihren

Auslässen 20.

Fig. 2b zeigt die Vorrichtung 14 aus Fig. 2a im Querschnitt entlang der in Fig. 2a eingezeichneten Schnittebene Ilb-llb. In Fig. 2b ist demnach ein Blick auf den

Eintrittsbereich 16 der Vorrichtung 14 dargestellt. Die bereits im Zusammenhang mit Fig. 2a beschriebenen Bereiche der Vorrichtung 14 sind in Fig. 2b mit entsprechenden Bezugszeichen versehen, in Fig. 2b ist erkennbar, dass die Vorrichtung 14 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die kreisförmige Fläche des Eintrittsbereiches 16 kann bei der in Fig. 2b beispielhaft dargestellten Vorrichtung 14 in Dichtbereiche 28 und in vier Einlaufbereiche 29 unterteilt werden, von denen jeder etwa einen Bereich von 90° abdeckt. Die Dichtbereiche 28 sind zur abdichtenden Anlage des - in Fig. 2b nicht gezeigten - Dichtelements 24 bestimmt. In zwei der vier Einlaufbereiche 29 sind neun außermittige Kanäle 18" angeordnet, in den anderen beiden Einlaufbereichen 29 sind elf außermittige Kanäle 18" angeordnet. In allen Einlaufbereichen 29 sind die Einlasse 19 der Kanäle 18" erkennbar. In der Mitte des Eintrittsbereiches 16 liegt der zentrale Kanal 18'. Die Einlasse 19 der Kanäle 18 der in Fig. 2b dargestellten

Vorrichtung 14 weisen ein bestimmtes Muster auf: öm den zentralen Kanal 18' herum sind die außermittigen Kanäle 18" kreisförmig auf drei konzentrischen Ringen angeordnet. Der erste, innerste Ring weist zehn Kanäle 18" auf (zwei Einlaufbereiche 29 mit je zwei Kanälen 18" und zwei Einlaufbereiche 29 mit je drei Kanälen 18"). Der zweite Ring weist achtzehn Kanäle 18" auf (zwei Einlaufbereiche 29 mit je vier Kanälen 18" und zwei Einlaufbereiche 29 mit je fünf Kanälen 18") und der dritte - nicht vollständig besetzte - Ring weist zwölf Kanäle 18" auf (vier Einlaufbereiche 29 mit je drei Kanälen 18"). Insgesamt sind also einundvierzig Kanäle 18 vorhanden. Bei der in Fig. 2b beispielhaft dargestellten Vorrichtung 14 bilden die Einlasse 19 gemeinsam eine im Eintrittsbereich 16 liegende Eintrittsfläche 30 mit einer Breite B und einer Höhe H. Die Eintrittsfläche 30 wird durch Linien oder Kurve gebildet, die alle Einlasse 19 einschließen und somit die Ränder der äußeren Einlässe 19 tangieren. Die zwölf Einlässe 19 auf dem äußersten Ring sind in zwei gegenüberliegenden und voneinander getrennten Gruppen angeordnet, so dass die Höhe H der Eintrittsfläche 30 wesentlich größer ist als ihre Breite B. Die Form der Eintrittsfläche 30 ist etwa rechteckig.

Fig. 2c zeigt die Vorrichtung 14 aus Fig. 2a im Querschnitt entlang der in Fig. 2a eingezeichneten Schnittebene IIc-IIc. In Fig. 2c ist demnach ein Blick auf den

Austrittsbereich 17 der Vorrichtung 14 dargestellt. Die bereits im Zusammenhang mit Fig. 2a oder Fig. 2b beschriebenen Bereiche der Vorrichtung 14 sind in Fig. 2c mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Fläche des Austrittsbereiches 17 ist im Gegensatz zur Fläche des Eintrittsbereiches 16 nicht mehr in Dichtbereiche 28 und Einlaufbereiche 29 unterteilt, da dort erstens keine Fläche zur Anlage des

Dichtelements 24 benötigt wird und zweitens mehr Fläche für die in diesem Bereich vergrößerten Kanalquerschnitte benötigt wird. Daher sind die Kanäle 18 in der Ebene des Austrittsbereiches 17 nur noch durch sehr schmale Stege 31 voneinander getrennt. Auch im Austrittsbereich 17 sind die außermittigen Kanäle 18" auf drei konzentrischen Ringen um den zentralen Kanal 18' herum angeordnet, von denen der äußerste Ring nicht vollständig besetzt ist.

Bei der in Fig. 2c beispielhaft dargestellten Vorrichtung 14 bilden die Auslässe 20 gemeinsam eine im Austrittsbereich 17 liegende Austrittsfläche 32 mit einer Breite B' und einer Höhe H'. Die Austrittsfiäche 32 wird durch Linien oder Kurve gebildet, die alle Auslässe 20 einschließen und somit die Ränder der äußeren Auslässe 20 tangieren. Die zwölf Auslässe 20 auf dem äußersten Ring sind in zwei

gegenüberliegenden und voneinander getrennten Gruppen angeordnet, so dass die Höhe H' der Austrittsfläche 32 wesentlich größer ist als ihre Breite B'. Auch die Form der Austrittsfläche 32 ist daher etwa rechteckig.

Bezugszei chenl iste :

1: Fülldüse

2: Körper

3: Platte

4: Flansch

5; Vorsprung

6: Loch

7: Strahl

8: Mittelachse

9: Oberseite

10: Unterseite

11: Einlass

12: Auslass

13: Fase

14: Vorrichtung

15: Gehäuse

16: Eintrittsbereich

17: Austrittsbereich

18, 18', 18": Kanal

19: Einlass

20: Auslass

21: Flansch

22: Bohrung

23: Ventilstange

24: Dichtelement

25: Mittelachse

26: erste Querschnittsfiäche

27: zweite Querschnittsfläche 28: Dichtbereich

29: Einlaufbereich

30: Eintrittsfläche

31: Steg

32: Austrittsfläche

Η, Η': Höhe

B, B': Breite

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung (14) zur Veränderung der Strahlform von fließfähigen Produkten, insbesondere von Nahrungsmitteln, umfassend:

- einen Eintrittsbereich (16) zum Eintritt der fließfähigen Produkte,

- einen Austrittsbereich (17) zum Austritt der fließfähigen Produkte, und

- mehrere Kanäle (18) zur Durchleitung der fließfähigen Produkte,

- wobei jeder Kanal (18) einen dem Eintrittsbereich (16) zugeordneten Einlass (19) und einen dem Austrittsbereich (17) zugeordneten Auslass (20) aufweist,

- wobei die Einlasse (19) gemeinsam eine im Eintrittsbereich (16) liegende Eintrittsfläche (30) mit einer Breite (B) und einer Höhe (H) bilden, und

- wobei die Auslässe (20) gemeinsam eine im Austrittsbereich (17) liegende Austrittsfläche (32) mit einer Breite (Β') und einer Höhe (Η') bilden, dadurch gekennzeichnet, dass

die Austrittsfläche (32) nicht-rotationssymmetrisch ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Höhe (Η') der Austrittsfläche (32) größer ist als ihre Breite (Β').

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeich et, dass

die Höhe (Η') der Austrittsfläche (32) wenigstens 1,3 mal, insbesondere wenigstens 1,4 mal größer ist als ihre Breite (Β').

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Höhe (H) der Eintrittsfiäche (30) größer ist als ihre Breite (B).

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Höhe (H) der Eintrittsfläche (30) wenigstens 1,3 mal, insbesondere wenigstens 1,4 mal größer ist als ihre Breite (B),

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Einlässe (19) und/oder die Auslässe (20) der Kanäle in einer Ebene angeordnet sind,

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Einlässe (19) und/oder die Auslässe (20) der außermittigen Kanäle (18") kreisförmig auf Ringen um die Mittelachse (25) der Vorrichtung (14) angeordnet sind.

Vorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch geke nzeichnet, dass

die Einlässe (19) und/oder die Auslässe (20) auf dem äußersten Ring in zwei gegenüberliegenden und voneinander getrennten Gruppen angeordnet sind.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch ekennzeichnet, dass

die Anzahl der Kanäle (18) wenigstens 30 beträgt und insbesondere im Bereich zwischen 30 und 50 liegt.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Mittelachsen der außermittigen Kanäle (18") gegenüber der Mittelachse (25) der Vorrichtung (14) um einen Neigungswinkel (a) geneigt angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeic ne , dass

der Neigungswinkel (a) im Bereich zwischen 1° und 6° liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

der der Neigungswinkel (a) der außermittigen Kanäle (18") mit steigendem Abstand der Kanäle (18") zur Mittelachse (25) der Vorrichtung (14) ansteigt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Neigungswinkel ( ) etwa 0° beträgt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, dass

jeder Einiass (19) eines Kanals (18) eine erste Querschnittsfläche (26) aufweist und jeder Auslass (20) eines Kanals (18) eine zweite Querschnittsfläche (27) aufweist, und dass die zweite Querschnittsfläche (27) wenigstens eines Kanals (18) größer ist als die erste Querschnittsfläche (26) dieses Kanals.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Quotient aus der ersten Querschnittsfläche (26) und der zweiten

Querschnittsfläche (27) bei jedem Kanal (18) im Bereich zwischen 0,35 und 0,75 liegt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15,

dadurch gekennzeichnet, dass

die außermittigen Kanäle (18") einen Abstand zur Mittelachse (25) der

Vorrichtung (14) aufweisen und dass der Quotient aus der ersten Querschnittsfläche (26) und der zweiten Querschnittsfläche (27) mit steigendem Abstand der außermittigen Kanäle (18") zur Mittelachse der Vorrichtung (14) sinkt.

17. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Abfüllung von Nahrungsmitteln, insbesondere zur aseptischen Abfüllung von

Nahrungsmitteln.