[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmittelbehältern,
insbesondere von Bechern aus Kunststoff zur Aufnahme von Milchprodukten, unter Verwendung
eines Entkeimungsmittels, mit einem Aerosolgenerator mit MHz-Ultraschallwandler zum
Erzeugen von Tröpfchen des Entkeimungsmittels und mit einer Abscheideeinrichtung,
in der die mittels Luftströmung zugeführten Tröpfchen durch Koronaentladung aufgeladen
und elektrostatisch auf die Flächen eines Behälters niedergeschlagen werden, wobei
die Abscheideeinrichtung aus einem in den Behälter eingreifenden Abscheidekopf mit
einer zentralen von einem Generator gespeisten Spitzenelektrode, aus einer den Behälter
umschließenden äußeren Elektrode und aus einer Hilfselektrode am endseitigen Teil
des Abscheidekopfes besteht, die mit der äußeren Elektrode ein elektrisches Feld bildet.
[0002] Aus der Zusatzpatentanmeldung DE 34 40 014 in Verbindung mit der Hauptpatentanmeldung
DE 34 14 268 ist eine derartige Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmittelbehältern
bekannt.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, den dabei verwendeten Abscheidekopf hinsichtlich seiner
Funktion weiter zu verbessern. Darüber hinaus soll der Abscheidekopf eine hohe Sicherheit
bei möglicher Zersplitterung bieten sowie ein leichtes Einrichten und Auswechseln
der Spitzenelektrode ermöglichen.
[0004] Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche
angegebenen Merkmale gelöst.
[0005] Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei
zeigen:
Fig. 1 den Abscheidekopf in seiner bisherigen Ausgestaltung,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie A-B in Fig. 1,
Fig. 3 und 4 den Abscheidekopf mit den erfindungsgemäßen Verbesserungen.
[0006] Der Abscheidekopf 2 besteht aus einem Glaskörper 20 mit einer im Zentrum verlaufenden
Spitzenelektrode 3, die von einem Hochspannungsgenerator gespeist wird. Der Glaskörper
20 wird endseitig von einer Metallfolie als Hilfselektrode 4 umschlossen. Zwischen
den Elektroden 3 und 4 und einer Gegenelektrode 5 als Masse, die den mit einem Entkeimungsmittel
zu belegenden Behälter aufnimmt, wird das elektrostatische Feld gebildet, durch das
die an der Spitzenelektrode 3 durch Koronaentladung aufgeladenen Tröpfchen des Entkeimungsmittels
an der Behälterwand elektrostatisch niedergeschlagen werden.
[0007] Die in einem Aerosolgenerator mit MHz-Ultraschallwandler kontinuierlich erzeugten
Tröpfchen des Entkeimungsmittels werden mit Hilfe eines getakteten Luftstromes dem
Abscheidekopf 2 zugeführt, wobei sich die Menge des Entkeimungsmittels über die Taktlänge
steuern läßt.
[0008] Der Glaskörper 20 des Abscheidekopfes 2 ist als doppelwandiger Körper ausgestaltet,
in dem der Strömungskanal 2a für das Entkeimungsmittel von einem mit erwärmter Luft
beaufschlagbaren zweiten Strömungskanal 2b umgeben ist.
[0009] Abscheidekopf 2 und Gegenelektrode 5 werden über nicht gezeigte Betätigungsmittel
taktweise zwischen einer den Behälter zwischen sich einschließenden Arbeitsstellung
und einer vom Behälter entfernt liegenden Öffnungsstellung verfahren.
[0010] Bei der Beschichtung der Flächen eines Behälters mit größeren Mengen des Entkeimungsmittels
lädt sich die zu beschichtende Isolatorfläche durch die abgeschiedenen durch Koronaentladung
elektrisch aufgeladenen Aerosoltropfen mehr oder weniger schnell auf, bis durch die
Flächenladung ein elektrisches Gleichfeld aufgebaut wird, das die Feldstärke an
der Koronaspitze abschirmt. Die Koronaentladung erlischt dann und beendet die elektrostatische
Aerosolaufladung und -abscheidung.
[0011] Nach einer ersten funktionellen Verbesserung der Erfindung kann das Erlöschen der
Koronaentladung und damit die Begrenzung der Abscheidewirkung dadurch verhindert
werden, daß man nach dem meßbaren Ruckgang oder dem Erlöschen des Koronastromes infolge
Feldabschirmung die Polarität der Koronaspitze wechselt, d. h. diese abwechselnd an
positive oder negative Spannung legt. Der Aerosolstrom wird dann abwechselnd negativ
oder positiv geladen und in beiden Fällen im Feld zwischen Koronaspitze und Masseelektrode
zur dazwischenliegenden Isolatorfläche geführt und abgeschieden.
[0012] Die vorhergehende gegenpolare Flächen-Aufladung bewirkt eine effektive Feldstärkenerhöhung,
die erst durch weitere Abscheidung allmählich wieder abgebaut wird. Durch periodisches
Umpolen der Korona spitze läßt sich auf diese Weise beliebig viel Feinstaerosol vollständig
und gleichmäßig an den Behälterflächen abscheiden.
[0013] In der hier eingesetzten Geräteanordnung zum Entkeimen von Lebensmittelbehältern
wird der Abscheidekopf 2 von oben in den Behälter eingeführt, um feinste Aerosoltropfen
in Mono- oder Doppelschichten auf ihren Innenflächen abzuscheiden.
[0014] Bei dichtem Aerosolstrom kommt es insbesondere bei Richtungsänderungen des Aerosolstroms
infolge von Fliehkräften durch den das Aerosol tragenden Gasstrom sowie durch "Tropfenbombardement"
des Abscheidekopfes 2 zu unerwünschten Aerosolabscheidungen auf dem Abscheidekopf.
Als Folge dieser Abscheidung können größere Tropfen der abzuscheidenden Flüssigkeit
auf die zu beschichtenden Flächen fallen, was die gleichmäßige Beschichtung beeinträchtigt
und das darauffolgende Abtrocknen oder Fixieren der Schichten verzögert. Um diesem
Mangel abzuhelfen, wird bekanntlich der innen hohle Abscheidekopf 2 mit erwärmter
Luft vorgeheizt, damit eventuell angelagerte Tröpfchen direkt verdampfen können.
[0015] Bei der Optimierung dieser Flächenheizung hat sich gemäß einer weiteren Verbesserung
der Erfindung herausgestellt, daß eine FlüssigkeitsUmlaufheizung aufgrund eines wesentlich
besseren Wärmeübergangs effektiver ist als eine Warmluftheizung. Die Höhe der Heiztemperatur
richtet sich aber stets nach der "schwächsten Stelle" am Abscheidekopf 2, das ist
die Stelle, an der der Aerosolstrom mit großer Geschwindigkeitskomponente mehr oder
weniger senkrecht auf die Abscheidekopffläche auftrifft ("blinder Fleck"). Hier ist
durch effektive Luftflächenkühlung und durch gesteigertes "Tropfenbombardement" die
Temperatur an den angeströmten Flächen wesentlich niedriger.
[0016] In einer anderen Variante wird der kritische Teil des Abscheidekopfes 2 mit der größten
Anlagerungsneigung durch eine elektrische Heizbandage 15 auf einer höheren Temperatur
als der übrige Teil des Abscheidekopfes gehalten (Fig. 3 und 4).
[0017] Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Funktionsverbesserung ist dem Abscheidekopf
2 ein erweiterter Raum 16 vorgelagert, in den ein Zulaufstutzen 9 für das Entkeimungsmittel
radial hineinragt, und an den erweiterten Raum 16 ist eine umlaufende Auffangsicke
10 angeformt, die zum Abscheidekopf 2 hin verläuft. Im Hinblick auf eine funktionssichere
Arbeitsweise, und zwar Vermeidung von Tropfenbildung, Verwirbelung und elektrischen
Überschlägen, befindet sich der Zulaufstutzen 9 in einem definierten Abstand zur Auffangsicke
10. Durch die Verwendung einer solchen Auffangsicke 10 wird ein Abtropfen des Aerosols
nach unten sicher verhindert. Das Ableiten der Flüssigkeit geschieht über einen von
der Auffangsicke 10 aus wegführenden Ablaufstutzen 10a, wodurch die Heizbandage 15
in Fortfall gelangen kann (Fig. 3 und 4).
[0018] In einer abgewandelten Ausführung kann der Abscheidekopf 2 so betrieben werden, daß
das Feinstaerosol von unten gegen die zu beschichtenden Flächen geführt wird, was
ein Abtropfen automatisch verhindert und somit grundsätzlich keine Beheizung erfordert.
[0019] Die in Fig. 1 gezeigte zentrale Anordnung der Hochspannungs-Spitzenelektrode im
Abscheidekopf 2 weist keine Isolierung im Zentralrohr auf, so daß zur Vorheizung des
Abscheidekopfes 2 ein nicht leitendes Medium verwendet werden muß. Im Dauerbetrieb
kann es in diesem Innenrohr zu Ablagerungen kommen, die dann Anlaß zu unerwunschten
Leckströmen sind.
[0020] Als weiteres Merkmal wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Zentrum des Abscheidekopfes
2 ein dichtes Keramikröhrchen 11 anzuordnen, das am oberen und unteren Ende durch
eine Dichtung 12a, 12b fest mit dem Zentralrohr des Abscheidekopfes 2 verbunden ist
(Fig. 4). In dieses Keramikröhrchen 11 wird die Koronaspitze 13 als langer dünner
Draht eingeführt, der am unteren Ende mit einer noch zu optimierenden freien Länge
herausragt. Auf diese Weise sind Längenänderungen und ein Service-Austausch der Koronaspitze,
die über ein flexibles Hochspannungskabel zum Generator geführt werden kann, leicht
auszuführen.
[0021] Auch kann die Spitzenelektrode in Form einer endseitig in das Zentralrohr des Abscheidekopfes
2 lösbar einsetzbaren oder aufsteckbaren Spitze 17 ausgestaltet sein, die mit einer
im Zentralrohr verlaufenden Zuleitung 18 in Verbindung gebracht wird. Im Ausführungsbeispiel
(Fig. 3) wird die Spitze 17 von einem Einsatzteil 19 aufgenommen.
[0022] Im Einsatz kann nicht ausgeschlossen werden, daß der Abscheidekopf 2, der aus Glas
als elektrischer Isolator gefertigt ist, beschädigt wird. Um insbesondere bei lebensmitteltechnischen
Anwendungen Glassplitter zu vermeiden, wird der Abscheidekopf 2 gemäß einer letzten
erfindungsgemäßen Verbesserung mit einem reißfesten, hitze- und chemisch beständigen
Kunststoffüberzug versehen, der in bekannter Weise durch Pulverbeschichtung und nachträgliches
Einbrennen auf den Außen- und Innenflächen des Abscheidekopfes 2 angebracht wird.
Dieser Kunststoffüberzug, der vorzugsweise transparent ist, sichert außerdem die Metallelektrode
4 des Abscheidekopfes 2 gegen mechanische, chemische oder elektro-chemische Korosion
und verhindert wegen des hohen elektrischen Widerstandes einen elektrischen Durchschlag
zwischen Abscheidekopf 2 und "Masse"-Elektrode 5 der Apparatur.
1 Vorrichtung zum Entkeimen von Lebensmittelbehältern, insbesondere von Bechern aus
Kunststoff zur Aufnahme von Milchprodukten, unter Verwendung eines Entkeimungsmittels,
mit einem Aerosolgenerator mit MHz-Ultraschallwandler zum Erzeugen von Tröpfchen
des Entkeimungsmittels und mit einer Abscheideeinrichtung, in der die mittels Luftströmung
zugeführten Tröpfchen durch Korona-Entladung aufgeladen und elektrostatisch auf die
Flächen eines Behälters niedergeschlagen werden, wobei die Abscheideeinrichtung aus
einem in den Behälter eingreifenden Abscheidekopf mit einer zentralen von einem Generator
gespeisten Spitzenelektrode, aus einer den Behälter umschließenden äußeren Elektrode
und aus einer Hilfselektrode am endseitigen Teil des Abscheidekopfes besteht, die
mit der äußeren Elektrode ein elektrisches Feld bildet, dadurch gekennzeichnet, daß
nach einem meßbaren Rückgang oder nach Erlöschen des Koronastroms die Polarität der
Spitzenelektrode (13) von negativer auf positive Spannung und umgekehrt schaltbar
ist.
2 Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1, mit einem den Strö mungskanal des Abscheidekopfes
umgebenden erwärmten zweiten Strömungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite
Strömungskanal (2b) mit erwärmter Flüssigkeit beaufschlagbar ist.
3 Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Bereich des Abscheidekopfes (2) mit der größten Tröpfchenablagerungsneigung über
ein elektrisches Heizelement (15) auf einer gegenüber der Temperatur des Abscheidekopfes
(2) höheren Temperatur gehalten ist.
4 Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem
Abscheidekopf (2) ein erweiterter Raum (16) vorgelagert ist und sich zwischen dem
Raum (16) und dem Abscheidekopf (2) eine umlaufende Auffangsicke (10) befindet und
daß in den erweiterten Raum (16) in einem definierten Funktionssicherheitsabstand
zur Auffangsicke (10) ein Zulaufstutzen (9) fur das Entkeimungsmittel radial hineinragt,
vorzugsweise bis über die Mitte hinaus.
5 Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangsicke (10)
einen Ablaufstutzen (10a) aufweist.
6 Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spitzenelektrode von einem Draht (13) gebildet ist, der sich in einem im Zentrum des
Abscheidekopfes (2) angeordneten Keramikröhrchen (11) befindet, das endseitig mit
dem Zentralrohr des Abscheidekopfes (2) über Dichtmittel (12a, 12b) verbunden ist.
7 Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spitzenelektrode in Form einer endseitig in das Zentralrohr des Abscheidekopfes (2)
lösbar einsetzbaren oder aufsteckbaren Spitze (17) ausgestaltet ist, die mit einer
im Zentralrohr verlaufenden Zuleitung (18) in Verbindung bringbar ist.
8 Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abscheidekopf (2) auf seinen Außen- und Innenflächen mit einem reißfesten, hitze-
und chemisch beständigen Überzug versehen ist.
9 Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abscheidekopf (2) derart angeordnet ist, daß das Entkeimungsmittel vertikal von unten
oder horizontal gegen die zu beschichtenden Behälterflächen geführt wird.