PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69115821T2 21.11.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0479037
Titel Gas-Verdrängungsvorrichtung für das Verpacken von Nahrungs- und Nicht-Nahrungsmitteln
Anmelder International Paper Co., Purchase, N.Y., US
Erfinder Marano, Gerald A., Mobile, Alabama 36695, US;
Lomax, Edwin D., Satsuma, Alabama 36572, US;
Evans, Donald, South Mobile, Alabama 36608, US;
Harbison, James C., Fairhope, Alabama 36532, US
Vertreter Stoffregen, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 63450 Hanau
DE-Aktenzeichen 69115821
Vertragsstaaten CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 18.09.1991
EP-Aktenzeichen 911157949
EP-Offenlegungsdatum 08.04.1992
EP date of grant 27.12.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.11.1996
IPC-Hauptklasse B65B 31/04

Beschreibung[de]
Erfindungsgebiet

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entfernen von Sauerstoff aus dem Verschlußraum eines mit festem oder flüssigem Material gefüllten Behälters vor dem Verschließen einer Öffnung im Kopfbereich des Behälters. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ersetzen von Umgegebungsluft durch Inertgas in dem Verschlußraum von Pappkartons mit Giebeloberteil.

Stand der Technik

Im allgemeinen werden Nahrungsmittel, Medikamente, Kosmetika und andere in Behältern verpackte Substanzen durch die Umgegebungsluft oxidiert, was eine Qualitätsverschlechterung der Substanzen zur Folge hat. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, den Sauerstoff aus dem Verschlußraum eines Behälters während seiner Befüllung zu entfernen, indem die Umgebungsluft in dem Verschlußraum durch Inertgas ersetzt wird.

Insbesondere ist die oxidative Verschlechterung eine der Hauptursachen für den Verderb von steril abgepackten Nahrungsprodukten. Diese Verschlechterung resultiert aus dem direkten Kontakt von Sauerstoff mit dem Nahrungsprodukt und deren Reaktion miteinander während längerer Lagerung des abgepackten Nahrungsproduktes. Der Verderb nirnmt bei höheren Lagertemperaturen zu. Einige Nicht-Nahrungsprodukte müssen ebenfalls vor Sauerstoff geschützt werden.

Obwohl aufwendige Verpackungen zum Fernhalten des Sauerstoffs von den Nahrungsprodukten entwickelt werden können, müssen verschiedene Produkte mit einem Verschlußraum zum Mischen und Gießen verpackt werden. Wenn der Verschlußraum mit Umgebungsluft gefüllt ist, enthält das Verschlußraumvolumen 21 % Sauerstoff, der entfernt werden sollte.

Eine bekannte Vorrichtung zur Reduzierung der Sauerstoffmenge in dem Verschlußraum eines Behälters mit Giebeloberteil ist in dem US-Patent Nr.4,869,047, Nishigushi et al., beschrieben. Entsprechend dieser Lehre ist eine Station zum Austauschen von Gas mit einem Paar von Inertgaseinfülldüsen zwischen den Füll- und kopfseitigen Dichtstationen angeordnet. Die erste Düse hat eine größere Fläche als die zweite Düse. Das durch die erste Düse in den Verschlußraum injizierte Inertgas verdrängt die Umgebungsluft. Die zweite Düse ist angeordnet, um mehr Inertgas in den Verschlußraum zu injizieren, während die kopfseitigen Kanten des Pappkartons zusammengebracht werden, um den kopfseitigen Abdichtungsschritt vorzubereiten.

Die Anordnung von Nishiguchi et al. leidet unter dem Nachteil, daß die Umgebungsluft in den Ecken des Kartons nicht einfach verdrängt werden kann, da der Düsenauslaß kreisförmig und der Querschnitt des Kartons rechteckig ist. Aus dem zuvor genannten Grund und weiterhin weil das injizierte Inertgas zunächst radial nach außen und dann aufwärts entlang der inneren Wand des Kartons strömt, können turbulente Strömungen entstehen, was dazu führt, daß Umgebungsluft in dem Verschlußraum eingekesselt wird.

Eine weitere Anordnung zur Reduzierung der Sauerstoffmenge in dem Verschlußraum eines Behälters ist in dem US-Patent Nr.4,870,801 von Mizandjian et al. beschrieben. Entsprechend dieser Lehre wird die Desoxidation jedes Behälters in einer Inertgasatmosphäre mittels zweier gleichzeitiger Injektionen von Inertgas durchgeführt. Die Füllvorrichtung weist eine isolierende Abschlußkappe zur Verhinderung des Eintritts von Sauerstoff in die Verpackung, einen Inertgasversorgungskreis zum Füllen der Abschlußkappe mit Inertgas und einen Ablaßgasversorgungskreis zum Ausspülen der Verpackungen mit Inertgas auf.

Obwohl Mizandjian et al. behaupten, daß ihre Methode eine Verringerung des Sauerstoffgehalts auf unter 2% bewirkt, hat die beschriebene Anordnung Nachteile, da sie eine aufwendige Injektionsanordnung benötigt.

Eine weitere Anordnung zur Reduzierung der Sauerstoffmenge in dem Verschlußraum eines Behälters ist in dem US-Patent 4,936,127 von Risko et al. beschrieben. Gemäß dieser Lehre tritt Stickstoff in den Verschlußraum des Behälters ein und wird abwärts durch ein diffusierendes Gewebe und in Vorwärtsrichtung durch ein erstes Paar von Ablenkblechen in den vorderen Karton eines Paars von doppelt eingeteilten Kartons und abwärts und seitwärts durch ein zweites Paar von Ablenkblechen in den nachfolgenden Karton des Kartonspaars geführt. Ein paar von längsgerichtet orientierten Abschirmungen dient dazu, das Auströmen von Stickstoff zu den Seiten des nach oben offenen Kartons zu verhindern.

Risko et al. beschreiben Sauerstoffrückstände von 1 bis 3% in den Kartons, nachdem diese mit einer Stickstoffströmung von 0.37 bis 0.92 m³/min. druchströmt werden. Die Apparatur ist zwischen der Füll- und Oberteilformeinheit von Maschinen angegliedert, die zusammenwirkende Drehkopf- und Fördermechanismen zur Einteilung aneinandergereihter Paare von Kartons aufweisen. Die Anordnung von Risko ist somit eingeschränkt und würde das Ausspülen einer Folge von kontinuierlich bewegten Kartons nicht erlauben.

Bei der Verwendung von herkömmlichen Verpackungsmaschinen, die bei standardisierten Form-/Einfüll-/Abdichtstufen arbeiten, ist es möglich geworden, die Sauerstoffmenge in dem Verschlußraum von 21% auf 3-6 % pro Volumen zu reduzieren. Diese herkömmlichen Verpackungsmaschinen benutzen Einrichtungen zum Ausspülen des Verschlußraums mit einem Inertgas wie Stickstoff, das die Umgebungsluft in den Verschlußraum des Kartons ersetzt.

Sauerstoffanteile von 3 bis 6 % pro Volumen in dem Verschlußraum sind jedoch zu hoch, um einen optimalen Schutz gegen Qualitätsminderung solcher Nahrungsmittelprodukte zu gewährleisten, die eine Lagerungsdauer von wenigsten einem Jahr bei Raumtemperatur und unter Trockenlagerungsbedingungen in Anspruch nehmen. Stattdessen wird ein Sauerstoffanteil im Verschlußraum benötigt, der im Durchschnitt kleiner als 1 % pro Volumen ist.

Beschreibung der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die zuvor aufgeführten Nachteile von herkömmlichen Verpackungsmaschinen zu überwinden. Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduzierung der Sauerstoffmenge in dem Verschlußraum eines Behälters auf weniger als 1 % pro Volumen zu reduzieren.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung zum Durchspülen des Verschlußraums eines ein Giebeloberteil aufweisenden Pappkarton mit Inertgas zur Verfügung zu stellen.

Zusätzliches Ziel der Erfindung ist es, eine stationäre Gasaustausvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine kontinuierliche Strömung von Inertgas in ein Volumen ermöglicht, durch das eine Folge von kontinuierlich bewegten Behältern geführt wird.

Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchspülen von Kartons zur Verfügung zu stellen, um weniger als 1% Sauerstoff pro Volumen zu erhalten, ohne das Produkt in dem Karton zu beeinflussen, nachteilig auf die Dichtungsqualität einzuwirken oder den Karton auszubauchen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Entfernen von Sauerstoff aus dem Verschlußraum eines Behälters zur Verfügung zu stellen, wobei der Behälter während der Durchspülung mit Inertgas kontinuierlich bewegt wird.

Zusätzliches Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren zur Entfernung von Sauerstoff aus dem Veschlußraum eines Behälters zur Verfügung zu stellen, das realtiv günstig und geeignet ist in herkömmlichen Form-/Einfüll-/Abdichtvorrichtungslinien integriert zu werden.

In der vorliegenden Erfindung sollen diese Ziele neben anderen, die noch ersichtlich werden, für das Gerät oder die Vorrichtung durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale erzielt werden. Für das Verfahren werden die Ziele der vorliegenden Erfindung durch die in Anspruch 5 angegebenen Merkmale erreicht.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Dispersionsvorrichtung für Inertgas zur Verfügung gestellt, die Inertgas wirkungsvoll in den Verschlußraum eines relativ zu dem Apparat bewegbaren Behälters einleitet. Dies wird durch Ausstoßen einer großen Menge von Inertgas ausgeführt, die den Verschlußraum des Behälters bei niedriger Inertgasgesschwindigkeit einnebelt, wobei die Umgebungsluft in dem Verschlußraum verdrängt wird.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine rohrförmige Verbindung zur einer Inertgasquelle und eine Abzugshaube mit einer Kammer auf, die mit einem Auslaß der rohrförmigen Verbindung in Verbindung steht. Die Kammer beinhaltet einen Ausschnitt, der derart ausgestaltet ist, um den Verschlußraum des darunter passierenden Behälters zu überdecken. Eine bevorzugte Ausführungsform zur Anpassung an die Besonderheiten von herkömmlichen Behältern mit Giebeloberteil, die im allgemeinen einen quadratischen Querschnitt aufweisen, wurde entworfen. Folglich hat der Ausschnitt der bevorzugten Ausführungsform einen rechteckigen Querschnitt mit einer Breite in Querrichtung der Bewegungsrichtung des Behälters, die kleiner ist als die Behälterbreite gemessen entlang der gleichen Richtung, und eine Länge in Bewegungsrichtung des Behälters, die größer ist als die Behälterlänge gemessen in Bewegungsrichtung.

Die Länge in Richtung der Behälterbewegung des Teils des Ausschnitts, der den offenen Kopfbereich des Behälters überdeckt, variiert während eines ersten Teils des Weges des Behälters unterhalb des Ausschnitts kontinuierlich von Null bis zu der Länge des Behälters gemessen in dieser Richtung; die Länge ist konstant und entsprechend der Behälterlänge während eines zweiten Teils des Weges des Behälters unterhalb des Ausschnitts; und variiert während eines dritten Teils des Weges des Behälters unterhalb des Ausschnitts kontinuierlich von der Behälterlänge bis zu Null. Die Breite in Querrichtung des Teils des Auslasses, die den offenen Kopfbereich überdeckt, ist konstant und entspricht der Breite des Ausschnitts während des zweiten Teils des Weges des Containers unterhalb des Ausschnitts.

Die Gas-Verdrängungsvorrichtung gemäß der Erfindung durchspült die Umgebungsluft aus dem Verschlußraum des Behälters durch Dispergieren von gasförmigem Stickstoff oder anderem Inertgas oder Mischungen von Inertgasen in den Verschlußraum des Behälters. Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in herkömmlichen Form-/Abfüll-/Abdicht- Produktionslinien für Kartons geeignet, um Sauerstoff aus dem Verschlußbereich von Pappkartons zu entfernen. Wie zuvor ausgeführt, ist die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung derart ausgebildet, um bei Behältern mit giebelförmigem Kopfbereich angewendet zu werden; die Erfindung ist jedoch nicht auf eine besondere Behälterkonfiguration beschränkt. Die Konfiguration des Ausschnittes kann wie gewünscht modifiziert werden, um Besonderheiten von anderen Kartongestaltungen zu entsprechen.

In der bevorzugten Ausführungsform wird gasförmiger Stickstoff von einem Tank mit flüssigem Stickstoff oder einer anderen Quelle als Durchspülgas verwendet. Hochgeschwindigkeitsgas aus dem Zylinder mit flüssigem Stickstoff wird auf wenigstens sein vierfaches Volumen expandiert, um seine Geschwindigkeit zu reduzieren und dann durch die Verdrängungsvorrichtung in den Verschlußraum eines auf einem Förderband transportierten Kartons einzuströmen Die Gasgeschwindigkeit wird wenigstens um das Vierfache einer maximalen Geschwindigkeit von etwa 121,9 bis 182,88 (400 bis 600 feet) Meter pro Minute an dem Verschlußraum des Kartons reduziert. Die Durchspülperiode der bevorzugten Ausführungsform beträgt etwa 4 Sekunden pro Karton. Empirische Daten zeigen, daß wenigstens das 60fache des Verschlußraumvolumens eines gefüllten Kartons oder das 7fache des Volumens eines leeren Kartons erforderlich ist, um den Sauerstoffgehalt auf weniger als 1% pro Volumen zu reduzieren, obwohl das erfindungsgemäße Verfahren nicht notwendigerweise auf diese Werte beschränkt ist.

Bei einer herkömmlichen Form-/Füll-/Abdicht-Produktionslinie ist die Vorrichtung unmittelbar zwischen den oberteilseitigen Heizungs- und Abdichtungsbereichen angebracht. Vorteilhafterweise stellt die Vorrichtung einen Inertgaslaufsteg zur Verfügung, in dem sich die Kartons auf der Produktionslinie bewegen und in dem die Abdichtung des Kartons in einem Dichtbereich durch die Wirkungsweise einer herkömmlichen Apparatur wie Abdichtklemmen bewirkt wird. Bei der Vorrichtung werden Auslaßöffnungen für die verdrängte Umgebungsluft bei dem erfindungsgemäßen Dispersionsprozeß vorgesehen.

Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Abbildungen

Die bevorzugte Ausführungsform soll nun mit Bezug zu den Abbildungen im Detail beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Gas-Verdrängungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Unteransicht der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine Draufsicht der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine Rückansicht der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der Stellung der Vorrichtung relativ zu den sich unterhalb der Vorrichtung bewegenden Kartons,

Fig. 6 eine schematische Darstellung von Umgebungsluft- und Inertgasströmungsmustern, die bei Betrieb der Gas-Verdrängungsvorrichtung der Erfindung erhalten werden.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Mit Bezug zu Fig. 1 weist die Gas-Verdrängungsvorrichtung 2 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Rohrleitung 4 mit einem zylinderförmigen Kanal 6 und eine mit der Rohrleitung 4 verbundene Hohlstange 8 mit einem zylindrischen Kanal 10 auf, der mit dem Kanal 6 in Verbindung steht. Der Durchmesser des Kanals 10 ist größer als der Durchmesser des Kanals 6.

Die Hohlstange 8 hat weiterhin einen Endbereich 12 mit reduziertem ußerem Durchmesser, der ausgebildet ist, um in eine in eine Abzugshaube 16 eingeformte Öffnung 14 eingebracht zu werden. Die äußere Oberfläche des Endbereichs 12 und die innere Oberfläche der Öffnung 14 können zum gegenseitigen Eingriff Gewinde aufweisen. Alternativ können die äußere Oberfläche des Endbereichs 12 und die innere Oberfläche der Öffnung 14 glatt sein, mit übereinstimmenden Durchmesserabmessungen, so daß der Endbereich mit einer Preßpassung in die Öffnung 14 eingebracht werden kann.

Die Rohrleitung 4 und die Hohlstange 8 sind vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl oder funktionell äquivalentem Material hergestellt; die Abzugshaube 16 ist vorzugsweise aus Aluminium oder nichtrostendem Stahl hergestellt. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Rohrleitung 4 1,27 cm x 0,0889 cm (1/2" x 0,035") aus nichtrostendem Stahl, die Hohlstange 8 ist aus nichtrostendem Stahl mit einem inneren Durchmesser von 2,54 cm (1"), gefräst auf 1/81,28 cm (1/32"), und die Abzugshaube hat äußere Abmessungen von 14,287 cm x 7,62 cm (5 5/8" x 3") und 2,223 cm x 4,445 cm (7/8" x 1 3/4"), wenn diese in Verbindung mit Halbliter-Pappkartons verwendet wird. In der Draufsicht gemäß Fig. 3 werden die Rohrleitung 4 und die Hohlstange 8 im Querschnitt gezeigt.

Die Abzugshaube 16 weist einen kreisförmigen zylindrischen Kanal 18 auf, der mit dem Kanal 10 der Hohlstange 8 in Verbindung steht, wenn das Ende der Hohlstange 8 in der Öffnung 14 angebracht ist. Die Abzugshaube 16 weist ebenfalls eine Kammer 20 auf, die mit dem Kanal 18 über eine elliptische Öffnung 22 in Verbindung steht. Die Kammer 20 wird durch eine geneigte ebene oberseitige Wand 24 und eine periphere Wand 26 gebildet. Wie in Fig. 1 dargestellt, variiert die Höhe der Kammer 20 linear in einer Längsrichtung. Die periphere Wand 26 hat im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken und bildet einen Ausschnitt 28, wie in Fig. 2 dargestellt. Der Ausschnitt 28 steht über die Kammer 20 mit der Öffnung 22 in Verbindung. Eine Einnebelung von Inertgas durchströmt den Ausschnitt 28, wie im folgenden detailliert beschrieben wird.

Herkömmliche Halbliter-Pappkartons mit giebelförmigem Kopfbereich haben einen quadratischen Querschnitt und Seitenabmessungen von 9,525 cm (3 3/4"). Entsprechend sind die Abmessungen der Abzugshaube im allgemeinen dadurch bestimmt, daß diese mit den Abmessungen des Kartons übereinstimmen sollen. In der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Gebrauch mit standardisierten Halbliter-Pappkartons mit giebelförmigem Oberteil hat die Vorderwand der Kammer 26 z. B. eine Höhe von 1,9843 cm (25/32"); die Rückwand der Kammer 26 hat eine Höhe von 1,19 cm (15/32"); und der Ausschnitt 28 hat eine Breite von 7,3025 cm (2 7/8") und eine Länge von 12,144 cm (4 25/32"). Die Abmessungen der Abzugshaube können jedoch in Abhängigkeit von der Größe des Kartons variieren.

Wie in Fig. 5 dargestellt, werden die Behälter 40 und 40' unterhalb der Abzugshaube 16 in Längsrichtung (dargestellt durch Pfeil A) durch ein Transportband (nicht dargestellt) transportiert. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der hier beschriebenen Erfindung haben solche Behälter eine quadratische Querschnittsform. Die Abzugshaube ist in einer Höhe derart angeordnet, daß der Ausschnitt 28 von den geöffneten Kopfbereichen der darunterliegenden Behälter durch einen vorbestimmten Spalt, in Fig. 1 durch Buchstaben "h" gekennzeichnet, beabstandet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die bei standardisierten Halbliter- Pappkartons mit giebelförmigem Kopfbereich Anwendung findet, beträgt der Abstand "h" = 0,238 cm (3/32").

Der Ausschnitt 28 ist auf beiden Seiten von einem Paar von gegenseitig parallelen längsverlaufenden Vorsprüngen 30 flankiert, die den Bodenbereich der Absaughaube 16 (s. Fig. 2) bilden. Die Vorsprünge 30 werden von linearen Streifen gebildet, die ein integraler Bestandteil der Absaughaube sind. Jeder Vorsprung hat eine ebene bodenseitige Oberfläche 32 und eine ebene innenseitige Oberfläche 34 der Höhe "h". Die bodenseitige Oberflächen 32 sind derart angeordnet, daß entgegengesetzte längsverlaufende Seitenkanten der geöffneten Kopfbereiche der Behälter 40 und 40' den jeweiligen Oberflächen gegenüberliegen und mit einem dazwischen liegenden minimalen Raum 38 darunter hergleiten (s. Fig. 5). Bei der bevorzugten Ausführungsform haben die Bodenflächen eine Breite von 0,635 cm (1/4") und eine Länge von 14,287cm (5 5/8") und sind durch eine Weite "d", die 8,57 cm (3 3/8") beträgt, voneinander beabstandet (s. Fig. 4). Somit sind die inneren Kanten der bodenseitigen Oberflächen 34 durch den Abstand 8,57 cm (3 3/8") beabstandet, wohingegen die äußeren Kanten durch den Abstand von 9,842 cm (3 7/8") beabstandet sind. Da die seitliche Abmessung eines standardisierten Halbliter-Pappkartons mit giebelförmigem Kopfteil mit quadratischem Querschnitt 9,525 cm (3 3/4") beträgt, werden die Kartons auf der Produktionslinie derart angeordnet, daß die Oberkanten jedes Kartons in Richtung der Kartonbewegung ausgerichtet sind und direkt unter der gegenüberliegenden bodenseitigen Oberfläche 34 liegen.

Das andere Paar von gegenüberliegenden Oberkanten des unterhalb der Absaughaube 16 positionierten geöffneten Kartons erstrecken sich von einer bodenseitigen Oberfläche 34 zu der anderen und sind von der den Ausschnitt 28 umrundenden ebenen bodenseitigen Oberfläche 36 durch den vorbestimmten Spalt "h" beabstandet. Diese Oberkanten wirken mit den vorderen und hinteren Bereichen der bodenseitigen Oberfläche 36 der Absaughaube 16 zusammen, um Auslaßschlitze von rechteckiger Gestalt mit Abmessungen von h x d von 0,238 cm x 8,57 cm (3/32" x 3 3/8") zum Ausweichen der Umgebungsluft zu bilden, die durch Einströmen von Stickstoffgas in den Verschlußraum verdrängt wird.

Gemäß der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist die Vorderkante des Ausschnitts 28 von der Vorderkante der bodenseitigen Oberfläche 36 durch einen Abstand von 0,952 cm (3/8") beabstandet; die Hinterkante des Ausschnitts 28 ist von der Hinterkante der bodenseitigen Oberfläche 36 durch einen Abstand von 1,1906 cm (15/32") beabstandet; und die Seitenkanten des Ausschnitts 28 sind von den jeweiligen Vorsprüngen 30, 36 durch einen Abstand von 0,635 cm (1/4") beabstandet. Der kreisförmige zylindrische Kanal 18 hat einen Durchmesser von 2,54 cm (1") und hat zu den Längsseiten der Abzugshaube gleiche Abstände und ist von dem hinteren Ende der Abzugshaube mit einem Abstand von 2,54 cm (1") beabstandet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Verwendung in einer herkömmlichen Form-/Füll-/Abdicht-Produktionslinie für Kartons geeignet, wobei die Vorrichtung zwischen einem Kopfbereicherhitzer- und Abdichtbereich angeordnet ist. Erfindungsgemäß benebelt ein Nebelschwaden von Inertgas, vorzugsweise Stickstoff, den Verschlußraum jedes Kartons, der unterhalb transportiert wird. Ein Strömungstunnel von Inertgas benebelt anhaltend jeden Karton, wenn dieser in den Tunnel vorgeschoben wird, und wird durch die Wirkungsweise von Abdichtklauen oder anderen herkömmlichen Geräten des Abdichtsbereichs verschlossen. Während das Transportband jeden Karton unter die Abzugshaube transportiert, überdeckt ein immer größer werdender Bereich des Ausschnitts 28 den geöffneten Kopfbereich des Kartons. Die Länge des des Ausschnittbereichs in Richtung der Kartonbewegung, der den geöffneten Kopfbereich überdeckt, variiert kontinuierlich von 0 bis 9,525 cm (3 3/4"), z. B. die Gesamtlänge des geöffneten Kopfbereichs eines standardisierten Halbliter-Pappkartons mit giebelförmigem Kopfbereich und beträgt 9,525 cm (3 3/4"), während der nächsten 2,619 cm (11/32") der Kartonbewegung und variiert anschließend kontinuierlich von 9,525 cm (3 3/4") zu 0. Folglich schwemmt die Einnebelung von Inertgas wirksam quer durch den geöffenten Kopfbereich des Kartons, beginnend mit der Vorderkante des Kartons. Der in den Verschlußraum des Kartons eingespülte Stickstoff verdrängt die darin enthaltene Umgebungsluft, wodurch der Sauerstoffinhalt des Verschlußraums auf geringere Werte als 1% reduziert wird.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung von Umgebungsluft- und Inertgasströmungsmustern, die beim Betrieb der Gas-Verdrängungsvorrichtung beobachtet werden. Es wird angenommen, daß der Vorteil der Erfindung dadurch erzielt wird, daß große Volumen und niedrige Geschwindigkeiten von Inertgas durch Strömungen bereitgestellt werden, die den Verschlußraum des Kartons einnebeln. Wie in Fig. 6 dargestellt, erzeugt die Gas-Verdrängungsvorrichtung eine laminare und nicht turbulente Strömung von Inertgas innerhalb des Verschlußraumbereichs des Kartons. Umgebungsluft in dem Verschlußraum des Kartons wird allmählich über die Ecken und Seiten des Kartons verdrängt. Die laminare Strömung des Dispergiergases begrenzt Rückströme oder Mischungen von Umgebungsluft innerhalb des Kartons, um den Sauerstoff-Entleerungswirkungsgrad der Erfindung zu erzielen.

Es wird für den Fachmann bekannt sein, daß die Prozeßdurchlaufparameter für Anwendungen der Entleerungsvorrichtung eine Funktion des Kartonvolumens und der Durchlaufgeschwindigkeit sind, die zur Anpassung an besondere Durchlaufanwendungen der Erfindung eingestellt werden müssen. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird gasförmiger Hochgeschwindigkeitsstickstoff auf wenigstens sein vierfaches Volumen expandiert, um seine Geschwindigkeit zu reduzieren und anschließend zu der Verdrängungsvorrichtung geleitet. Die Gasgeschwindigkeit wird von einer maximalen Geschwindigkeit von etwa 121,9 bis 182,88 Meter pro Minute (400 bis 600 feet per minute) im Bereich des Verschlußraumes des Kartons, um wenigstens den Faktor 4 reduziert. Bei diesen bevorzugten Durchlaufparametern beträgt die Spülungsperiode für jeden Karton ungefähr 4 Sekunden. Empirische Daten zeigen, daß wenigstens das 60-fache des Verschlußraums eines gefullten Kartons oder das 7-fache des Volumens eines leeren Kartons benötigt wird, um den Sauerstoffgehalt auf weniger als 1% pro Volumen zu reduzieren. Die vorgenannten Prozeßparameter sind typisch für eine bevorzugte Prozeßanwendung der Dispergiervorrichtung; das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf diese Werte begrenzt.

Aus den obigen Ausführungen wird deutlich, daß Modifikationen möglich sind. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform gasförmigen Stickstoff oder andere Inertgase verwendet, können z. B. Mischungen solcher Gase bei der Erfindung eingesetzt werden. Entsprechend können Mischungen von Inertgas, Sauerstoff und anderen gasförmigen Substanzen in die Produktverpackungen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Dispergiervorrichtung eingeleitet werden. Da das Hauptziel der Erfindung das Dispergieren von Sauerstoff in dem Verschlußraum eines Kartons ist, kann folglich die Verdrängungsvorrichtung ebenfalls als eine Vorrichtung zur kontrollierten Dispergierung und/oder Einleitung von Sauerstoff oder anderen Gasen in Kartons bei einem vorgeschriebenen Wert eingesetzt werden.

Obwohl die Erfindung mit Bezug zu verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es jedoch verständlich, daß andere Kombinationsbauweisen und Prozesse zu seiner Herstellung ausgedacht werden können, die jedoch trotzdem im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen.


Anspruch[de]

1.Gas-Verdrängungsvorrichtung zum Ersetzen von Umgebungsluft in dem Verschlußraum eines Behälters (40, 40') durch Inertgas vor dem Verschließen einer Öffnung im Kopfbereich des Behälters, umfassend:

eine Kappe (16) umfassend eine Durchlaßstrecke (18), die einen umlaufenden zylindnschen Abschnitt bildet und eine erste Öffnung (14) und eine zweite Öffnung (22) an ihren jeweiligen offenen Enden aufweist, und des weiteren umfassend eine Aussparung (20), die mit der Durchlaßstrecke über die zweite Öffnung (22) in Verbindung steht, wobei die Aussparung einen äußeren Rand aufweist, der einen in einer horizontalen Ebene liegenden geschlossenen Umriß bildet und eine dritte Öffnung (28) in der Kappe definiert;

Mittel (8) zur Zuführung einer unter Überdruck stehenden Strömung von Inertgas zu der ersten Öffnung; und

Mittel zur linearen Verschiebung des Behälters (40, 40') derart in eine vorbestimmte horizontale Richtung von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung, daß das aus der zweiten Öffnung austretende Inertgas in den Verschlußraum eingeleitet wird, wenn der Behälter in der ersten Stellung ist, und nicht in den Verschlußraum eingeleitet wird, wenn der Behälter in der zweiten Stellung ist, wobei wenigstens einige Bereiche der Aussparung wenigstens einige Bereiche der Behälteröffnung in der ersten und zweiten Stellung und jeder zwischenliegenden Stellung überdecken, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Öffnung (28) eine maximale Länge in Verschiebungsrichtung aufweist, die größer ist als die maximale Ausdehnung der Behälteröffnung in Verschiebungsrichtung, daß die Aussparung (20) als ein Tunnel wirkt, wenn sich der Behälter (40, 40') in der ersten Stellung befindet, durch den Schutzgas in Stromabwärtsrichtung strömt, die im allgemeinen parallel zur Verschiebungsrichtung des Behälters ist, wobei die stromabwärts strömenden Gase den Verschlußbereich überdecken, wenn der Behälter (40, 40') in die zweite Stellung verschoben wird, daß die Aussparung (20) teilweise von einer ebenen oberen Wand (24) begrenzt wird, die in bezug zu einer horizontalen Ebene geneigt ist und in einer Ebene mit der zweiten Öffnung (22) liegt, wobei die Höhe der geneigten oberen Wand (24) linear in Verschiebungsrichtung ansteigt und teilweise durch eine im wesentlichen zylindrische Seitenwand (26) begrenzt ist, die an dem äußeren Rand abschließt, welche die dritte Öffnung (28) bildet, und daß die Seitenwand (26) erste und zweite gerade Bereiche aufweist, die im wesentlichen senkrecht und im wesentlichen parallel zu der Verschiebungsrichtung angeordnet und durch einen Abstand voneinander getrennt sind, der kleiner ist als die maximale Ausdehnung der Behälteröffnung in einer Richtung quer zu der Verschiebungsrichtung.

2. Gas-Verdrängungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Öffnung (28) der Kappe die Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken aufweist.

3. Gas-Verdrängungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas Stickstoff ist.

4. Gas-Verdrängungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (16) erste und zweite Schienen (30) aufweist, die die dritte Öffnung flankieren und im wesentlichen derart in Verschiebungsrichtung ausgerichtet sind, daß die ersten und zweiten Schienen den jeweiligen Seitenkanten der Behälteröffnung (40, 40') gegenüberliegen, um dazwischen jeweils minimale Spalte zu bilden, wodurch das Ausströmen von aus dem Behälter verdrängter Luft durch diese Spalte minimiert wird.

5. Verfahren zum Ersetzen von Umgebungsluft in dem Verschlußraum eines Behälters (40, 40') durch Inertgas vor dem Verschließen einer Öffnung des Behälters (40, 40') umfassend die folgenden Schritte:

Verschieben des Behälters (40, 40') entlang eines geraden Weges in einer vorbestimmten horizontlen Richtung von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung;

Einleiten eines Stromes von Inertgas im allgemeinen abwärts von einem Auslaß zum Verschlußraum über eine umgekehrte Aussparung (20), während sich der Behälter (40, 40') von der ersten Stellung zur zweiten Stellung entlang des Weges bewegt, die umgekehrte Aussparung (20) weist einen äußeren Rand (28) auf, der ein in einer horizontalen Ebene liegender geschlossener Umriß ist, ein Anteil des Inertgases tritt in den Verschlußraum ein, um Gase im Innern des Verschlußraumes zu verdrängen bis weniger als 1% Sauerstoff in dem Verschlußraum verbleibt; dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (20) als ein Tunnel wirkt, durch den die verdrängten Gase in die Hauptrichtung der vorbestimmten horizontalen Richtung strömen, wenn sich der Behälter (40, 40') in der zweiten Stellung befindet, wobei die verdrängten Gase in der Aussparung (20) den Verschlußraum überdecken, wenn der Behälter (40, 40') weiter in eine dritte Stellung entlang des Weges verschoben wird, in der kein Inertgas mehr in den Verschlußbereich eingeleitet wird; daß Gas kanalisiert wird, das aus dem Verschlußraum verdrängt wurde, um in die vorbestimmte horizontale Richtung bis zun einem Volumen zu strömen, welches sich in einer Höhe befindet, die höher liegt als die Höhe des Verschlußraumes; und daß das kanalisierte Gas in eine im allgemeinen abwärtsgerichtete Richtung zurückgeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (40, 40') eine Giebel-Oberteil-Pappe aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (40, 40') mit Ausnahme des Verschlußraumes mit festem oder flüssigem Material gefüllt ist und daß das Inertgas mit einer Geschwindigkeit von weniger als 182,88 Meter (600 feet) pro Minute in den Verschlußraum eintritt.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (40, 40') mit einer Inertgasmenge ausgespült wird, die wenigstens dem siebenfachen Volumen des Behälters entspricht.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com