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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von sterilen Packungen aus einem mindestens zum Teil aus organischen Substanzen bestehenden Verpackungsmaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von sterilen Packungen aus einem mindestens zum Teil aus organischen Substanzen bestehenden bahnförmigen Verpakkungsmaterial. Es sind Verfahren bekannt, die es erlauben, flüssige oder feste Stoffe wie Nahrungsmittel, Getränke, pharmazeutische Produkte oder Hilfsstoffe entweder völlig keimfrei herzustellen oder einer keimfrei machenden Behandlung zu unterziehen. Es ist auch schon bekannt, Milch und andere Flüssigkeiten unter sterilen Bedingungen in Blechdosen einzufüllen und diese hermetisch zu verschliessen. Ferner ist bereits versucht worden, Milch unter sterilen Bedingungen in die üblichen Glasflaschen einzufüllen und diese mit geeigneten Deckeln zu verschliessen.
Die verhältnismässig hohen Kosten für Blechdosen und das bei Flaschen besonders ungünstige Gewichtsverhältnis zwischen Ware und Verpackung sowie der kostspielige Flaschenrücknahme- und Reinigungsdienst wirken sich jedoch derart verteuern aus, dass diese Verpackungsarten für Verbrauchsgüter wie Milch in den wenigsten Fällen wirtschaftlich sind.' Hiezu kommt bei Glasflaschen, dass die üblicherweise zur Flaschenherstellung verwendeten Gläser einer mehrmaligen Erhitzung auf die zur Sterilisation erforderlichen Temperaturen von etwa 2500 C oder darüber nicht gewachsen sind.
Es sind anderseits Packungen bekannt, die aus einem mindestens zum Teil aus organischen Substanzen bestehenden Verpackungsmaterial hergestellt werden, z. B. aus Kunststoff, wie Polyäthylen oder aus mindestens einseitig mit Kunststoff beschichtetem Papier.
Zum sterilen Verpacken eines sterilen Gutes in aus solchem Material geformten Packungen ist es notwendig, mindestens die später die Innenseite der Packung bildende Materialseite zu sterilisieren, wobei in der Regel nur eine Wärmebehandlung ein vollständiges Vernichten der Keime gewährleistet. Hiezu sind Sterilisationstemperaturen von etwa 2000 C oder darüber nötig. Das Sterilisieren gestaltet sich nun insofern schwierig, als solches mindestens zum Teil aus organischen Substanzen bestehendes Material sehr hitzeempfindlich ist. Bei ganz oder teilweise aus Kunststoff bestehendem Material erweicht der Kunststoff bereits bei Temperaturen unterhalb der erforderlichen Sterilisationstemperatur.
Anderseits beginnt bei gewissen Papieren bereits bei Temperaturen oberhalb 2000 C eine Verkohlung, während schon bei tieferen Temperaturen die Papiere brüchig werden oder sich verfärben.
Bei mit Kunststoff beschichteten Papieren, welche in ihrer ganzen Dicke erhitzt werden, darf der erhitzte Kunststoff nicht mit Führungs- oder Transportmitteln in Berührung kommen, was ein kompliziertes Führungs- und Transportsystem voraussetzt. Ferner ist die Erhitzungstemperatur auf einem für die Sterilisation gerade ausreichend, möglichst tiefen Niveau zu halten, um mit Sicherheit eine schädliche Veränderung des zu behandelnden Materials auszuschliessen. Dies bedingt eine längere Erhitzungsdauer, was bei Behandlung einer laufenden Bahn des Verpackungsmaterials eine Erhitzung über ein verhältnismässig langes Wegstück der Bahn voraussetzt.
Die Erfindung ermöglicht, die geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten weitgehend auszuschalten. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die später die Aussenseite der Packung bildende Bahnseite in wärmeleitendem Kontakt derart über Oberflächenteile eines Kühlkörpers geführt wird, dass jedes Bahnteilchen während seiner einseitigen Erhitzung gleichzeitig auf der anderen Materialseite gekühlt wird.
Mit Hilfe des geschilderten Verfahrens ist es möglich, ohne Schädigung oder nachteilige Veränderung des behandelten Materials die.
Erhitzung der später die Innenseite der Packung bildenden Materialseite bei erheblich höheren Temperaturen und wesentlich kürzerer Erhitzungsdauer durchzuführen. Zum Herstellen steriler Packungen genügt es, wenn
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nur die Oberfläche der später die Innenseite der Packung bildenden Materialseite auf Sterilisationstemperatur erhitzt wird. Durch die während dieses Erhitzens erfolgende gleichzeitige Kühlung der später die Aussenseite der Packung bildenden Materialseite gelingt es, im Material selbst einen solchen Temperaturgradienten herbeizuführen, dass über den grössten Teil der Materialdicke sich eine Temperatur einstellt, die wesentlich unter der Ober- flächentemperatur der erhitzten Materialseite liegt.
Bei mit Kunststoff beschichtetem Papier kann beispielsweise die Kunststoffseite auf 2500 C erhitzt werden, ohne dass das Papier irgendwelchen Schaden erleidet. Bei der Behandlung von ganz aus Kunststoff bestehendem Material ist es möglich, die später die Innenseite der Packung bildende Materialseite auf 2500 C oder darüber zu erhitzen, während durch ausreichende Kühlung der später die Aussenseite bildenden Materialseite ein Erweichen des Kunststoffes auf der letztgenannten Seite verhindert wird ; es ist dann möglich, die gekühlte Seite über feste Führungsflächen zu führen, ohne dass das Material während der Wärmeeinwirkung auf der Führungsfläche kleben bleibt.
Vorteilhaft kann die zu sterilisierende Materialseite durch Wärmestrahlung oder mit Hilfe eines gas-oder dampfförmigen Wärmeträgers erhitzt werden.
Es ist zwar anderseits bereits vorgeschlagen worden, bei der Herstellung von leeren, flachgedrückten Beuteln aus einem Schlauch, der mit Hilfe einer Ringspaltdüse aus Kunststoff gepresst oder durch Bildung einer Längsnaht aus bahnförmigem Material geformt wird, dem Schlauchinnern erhitzte Luft zur Sterilisation zuzuführen und den Schlauch hierauf zur Kühlung durch ein Wasserbad hindurchzuziehen. Eine solche Kühlung ist beim Herstellen von sterilen Packungen durch einseitige Sterilisation von bahnförmigem Verpackungsmaterial nicht möglich. Ferner ergibt sich beim erfindungsgemässen Verfahren, dass jedes Bahnteilchen während seiner einseitigen Erhitzung gleichzeitig auf der anderen Ma- terialseite gekühlt wird, womit das Material stärker geschont bzw. mit höheren Arbeit- temperaturen sterilisiert werden kann.
Insbe- sondere ist es möglich, sehr hitzeempfindliches
Material, wie z. B. mit Polyäthylen beschich- tetes Papier der zum Erreichen völliger Steri- lität nötigen Hitzeeinwirkung auszusetzen.
Ferner lassen sich mit Hilfe der Erfindung auch feuchtigkeitsempfindliche Verpackungs- materialien zum Herstellen der Packung ver- wenden.
Wird ferner bei der bekannten Arbeitsweise ein Schlauch durch Längsschweissung erzeugt, besteht die Gefahr, dass bei mangelhafter
Längsnaht nicht steriles Kühlwasser in das Innere des Schlauches eindringen kann, was bei gleichzeitigem Füllen der Packung von aussen praktisch nicht entdeckt werden kann.
Dieser Nachteil ist beim erfindungsgemässen Verfahren vollständig ausgeschaltet ; wird aus der erfindungsgemäss behandelten Bahn ein Schlauch geformt und dieser gefüllt und werden durch Querschweissungen gefüllte Pakkungen gebildet, so steht das Schlauchinnere unter dem statischen Überdruck der im Schlauch befindlichen Flüssigkxitssäule, so dass auch be ! fehlerhafter Längsnaht keine Keime von aussen eindringen können.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des geschilderten Verfahrens ; die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung einen vorzugsweise metallischen Kühlkörper aufweist, auf dessen Oberfläche die Bahn längs des Erhitzungsteilstückes ihres Weges über die ganze Breite aufliegt.
Die Heizeinrichtung kann zweckmässig ab elektrisch beheizter Strahler ausgebildet sein oder eine Blasvorrichtung aufweisen, mit deren Hilfe ein gas- oder dampfförmiger Wärmeträger auf die zu erhitzende Materialseite gerichtet werden kann-Die kühlende Oberfläche des Kühlkörpers kann schliesslich zweckmässig durch die Mantelfläche eines drehbar gelagerten und im Innern von einem Kühlmittel durchströmten Trommelkörpers gebildet sein, der bei laufender Bahn durch letztere in Drehung versetzt wird.
Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale sind nachstehend an Hand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 eine Heiz-und Kühleinrich- tung für eine laufende biegsame Bahn mit gekühlter metallischer Führungsfläche für die Bahn und Erhitzung der zu sterilisierenden Bahnseite mittels eines gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers, Fig. 2 in der Ansicht und Fig. 3 im Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 eine Heiz- und Isühleinrichtung für eine laufende bieg3ame Bahn mit Erhitzung der zu sterilisierenden Bahnseite mit Hilfe eines elektrisch beheizten Strahlers und Führung der Bahn über die gekühlte Mantelfläche eines drehbar gelagerten Trommelkörpers.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besitzt eine gewölbte metallische Führungsfläche 1 für die strichpunktiert eingezeichnete Bahn 2. Letztere besteht aus mit Kunststoff beschichtetem Papier. Die Bahn 2 ist derart über die Führungsfläche 1 geführt, dass sie mit ihrer Papierseite auf letzterer über ihre ganze Breite aufliegt. Vor dem Auflaufen der durch nicht gezeichnete Transportmittel bewegten Bahn auf die Führungsfläche 1 um- schlingt die Bahn teilweise die Walze 3. Die
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Führungsfläche 1 wird durch eine in sich geschlossene Blechbahn 4 gebildet, welche einen Hohlraum 5 einschliesst. Der Hohlraum 5 ist stirnseitig durch Bleche 6 und 7 abgeschlossen.
Im Bereich der Ablaufstelle der Bahn 2 von der Führungsfläche 1 münden eine Reihe von Verteilleitungen 8 in den Hohlraum 5.
Die Leitungen 8 sind an die Leitung 9 angeschlossen, welche mit einer nicht gezeichneten Quelle für ein Kühlmittel, z. B. Kühlwasser, in Verbindung steht. Im Bereich der Auflaufstelle führen einzelne Leitungen 10 aus dem Hohlraum nach aussen und münden in die Sammelleitung 11, durch welche das in den Hohlraum zugeführte Kühlmittel kontinuierlich abgeführt werden kann.
Im Abstand zur Bahn 2 sind eine Mehrzahl von Blasrohren 12 angeordnet, die an eine Zuführleitung 13 für einen gas-oder dampfför- migen Wärmeträger, z. B. Wasserdampf, angeschlossen sind. Die Rohre 12 sind mit Bohrungen 14 versehen, durch welche der Wärmeträger gegen die mit Kunststoff beschichtete Seite der Bahn 2 gerichtet werden kann.
Der Betrieb der geschilderten Einrichtung erfolgt auf folgende Weise. Durch den Hohlraum 5 wird bei eingeschalteter Kühlmittelzufuhr Kühlmittel geleitet, welches die Führungsfläche 1 intensiv kühlt. Hierauf wird die Bahn 2 über die Führungsfläche geführt und durch die erwähnten Transportmittel in Richtung des Pfeiles 15 bewegt. Hierauf wird die Zufuhr des Wärmeträgers eingeschaltet und dieser auf die beschichtete Seite der Bahn 2 geblasen. Die Temperatur des Wärmeträgers beträgt beispielsweise 4000 C, wäh-
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weist.
Der Wärmeträger bewirkt eine Erhitzung der später die Innenseite der Packung bildenden Bahnseite auf annähernd die Temperatur des Wärmeträgers, während die später die Aussenseite der Packung bildende Bahnseite durch Kontakt mit der gekühlten Führung- fläche auf einer Temperatur von weniger als 800 C gehalten wird. Auf diese Weise wird jede schädliche Veränderung der zu behandelnden Bahn vermieden. Auf geeignete Weise ist dafür zu sorgen, dass die von der geschilderten Vorrichtung ablaufende Bahn nicht mit keimhaltiger Atmosphäre in Berührung kommt, beispielsweise durch Führung der Bahn innerhalb eines unter überdruck stehenden und mit steriler Luft gefüllten Kanals.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 wird die Bahn 20 über die Mantelfläche des drehbar gelagerten Trommelkörpers 21 geführt. Der Trommelkörper besteht aus zwei Hälften 22 und 23, die durch Schrauben 24 zusammengehalten werden. Der Trommelkörper ist auf der Achse 25 mit Hilfe der Kugellager 26 und 27 drehbar gelagert. Die Achse 25 besitzt zwei axiale Bohrungen 28 bzw. 29, die sich gegen die Mitte der Nabenpartie erstrecken. In radialer Richtung verlaufende Bohrungen 30 und ! 31 verbinden die genannten axialen Bohrungen mit Ringräumen 32 bzw 33, die durch eine die Achse mit engem Spiel umschliessende Scheibe 34 voneinander getrennt sind.
Der Ringraum 32 steht über Kanäle 35,36, 37 und 38 mit einem durch Ausnehmungen in der Umfangspartie des Trommelkörpers gebildeten Hohlraum 39 in Verbindung, u. zw. befinden sich diese Kanäle in je einer der Rippen 40 des Halbkörpers 23, In den Rippen 40a des Halbkörpers 22 befinden sich Kanäle 42,43, 44 und 45, die den Hohlraum 39 mit dem Ringraum 33 verbinden. Die Rippen 40 und 40a sind gegeneinander um einen Winkel von 450 versetzt, Die Hohlräume 32 und 33 sind durch Dichtungen 46 gegen die Lagerpartien abgedichtet Der Hohlraum 39 ist gegen aussen durch die Dichtung 47 abgedichtet. über einen Teil des Umfanges der Mantelfläche des Trommelkörpers erstreckt sich ein Strahler 48, in dessen Innerem die elektrische Heizspirale 48a angeordnet ist. Im Betrieb der geschilderten Einrichtung wird durch die Bohrung 29 ein Kühlmittel, z. B.
Kühlwasser, zugeführt, das nach aussen durch die Kanäle 35-38 in den Hohlraum 39 strömt und aus diesem wieder durch die Kanäle 43-45 abfliesst, um durch die Bohrung 28 in der Welle 25 abgeführt zu werden. Auf diese Weise wird die die Führungsfläche für die Bahn 20 bildende Mantelfläche des Trommelkörpers und damit auch die über ihre ganze Breite auf einem Teil der Führungsfläche aufliegende Bahn 20 intensiv gekühlt., Dies verhindert eine schädliche Veränderung der Bahn 20 infolge der Erhitzung ihrer zu sterilisierenden Bahnseite. Die Bahn 20 wird wiederum durch nicht gezeichnete Transportmittel in Richtung des Pfeiles 41 bewegt, wobei der Trommelkörper 21 ohne Schlupf gegenüber der Bahn in Drehung versetzt wird.
In vielen Fällen empfiehlt es sich, die zu kühlende Bahnseite vorübergehend so lange zu sterilisieren, bis die aus dem Material zu formende Packung gefüllt und hermetisch verschlossen ist. Dies kann so erfolgen, dass de ; m Kühlmittel ein Sterilisierungsmittel, z. B. Permanganat oder Ozon beigemischt wird oder ein solches Sterilisierungsmittel vor, während oder nach der Erhitzung des Materials in Berührung mit der später die Aussenseite der Packung bildenden Materialseite gebracht wird.
Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann auch Material behandelt werden, das nur zum Teil aus organischen Substanzen besteht, z. B. eine biegsame Bahn aus mit Kunststoff beschichtetem Papier, das eine Einlage in Form
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einer Aluminiumfolie aufweist.
Ferner könnte als Heizeinrichtung auch ein mit Hilfe eines gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers beheizter Strahler verwendet werden.,
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von sterilen Packungen aus einem mindestens zum Teil aus organischen Substanzen bestehenden bahnförmigen Verpackungsmaterial, bei welchem das Material auf der die Innenseite der Pakkung bildenden Materialseite erhitzt und auf der anderen Materialseite gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die später die Aussenseite der Packung bildende Bahnseite in wärmeleitendem Kontakt derart über Oberflächenteile eines Kühlkörpers geführt wird, dass jedes Bahnteilchen während seiner einseitigen Erhitzung gleichzeitig auf der anderen Materialseite gekühlt wird.