Verfahren und Vorrichtung zum sterilen Verpacken von sterilem Verbrauchsgut
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sterilen Verpacken von sterilem Verbrauchsgut, bei welchem eine sterile biegsame Bahn in eine Abfüll- und Verpackungsmaschine geführt, hier zu einem Tubus geformt, dieser mit dem zu verpackenden Gut gefüllt und durch Zusammen drücken quer zu seiner Längsrichtung zu geschlossenen Behältern geformt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Formen des Tubus in einem vorgängig mit Hilfe eines auf Sterilisationstemperatur erhitzten Wärmeträgers sterilisierten Raum und das Zusammendrücken des Tubus ausserhalb dieses Raumes durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des geschilderten erfindungsgemä ssen Verfahrens. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen mit Mitteln zum Zuführen des Wärmeträgers versehenen sterilen Raum, welcher die Formorgane zum Formen des Tubus aus der in den Raum geführten Bahn enthält, ferner durch eine Austrittsöffnung in der Wand des sterilen Raumes, durch welche der geformte Tubus in einen ausserhalb des sterilen Raumes befindlichen zweiten Raum gewährt werden kann, der die zum Zusammendrücken des Tubus dienenden Pressorgane enthält und schliesslich durch ein in den sterilen Raum eingeführtes Zuführrohr für das Zuführen des abzufüllenden Gutes in den Tubus.
Vorteilhaft sind Mittel vorgesehen, mit deren Hilfe dem sterilen Raum ein unter geringem Überdruck stehendes steriles gas- oder dampfförmiges Medium zugeführt werden kann. Ferner kann die Austrittsöffnung zweckmässig mit der Aussenwand des geformten Tubus einen Spalt bilden, durch welchen das dem sterilen Raum zugeführte sterile Medium über den zweiten Raum in die Atmosphäre entweichen kann. Weiter empfiehlt es sich, das Zuführrohr für das abzufüllende Gut so anzuordnen, dass es in das Innere des geformten Tubus ragt. Das Zuführrohr kann hierbei zweckmässig als Teleskoprohr ausgebildet sein, derart, dass sich das in den Tubus ragende Rohrstück so weit in seinem Führungsrohr verschieben lässt, dass sein Austrittsende sich jenseits der Austrittsöffnung im sterilen Raum befindet.
Vorteilhaft kann ferner ein zum Sterilisieren der Vorrichtung vor ihrer Inbetriebnahme dienender und zum Verschliessen der Austrittsöffnung eingerichteter Deckel vorgesehen sein, der mit Austrittskanälen für den erhitzten Wärmeträger versehen ist, welcher vor Inbetriebnahme der Vorrichtung in den sterilen Raum und durch das Zuführrohr einzuleiten ist.
Schliesslich kann dieser Deckel zweckmässig mit getrennten Austrittskanälen für den in den sterilen Raum und für den durch das Zuführrohr geführten Wärmeträger versehen sein, wobei bei verschlossener Austrittsöffnung das Zuführrohr auf einer Sitzfläche des Deckels ruht.
Nachstehend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch und teilweise im Längsschnitt die Vorrichtung, bestehend aus einer Abfüllund Verpackungsmaschine mit vorgeschalteter Sterilisiereinrichtung für die biegsame Bahn,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der in Fig. 1 dargestellten Sterilisiereinrichtung,
Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Abfüll- und Verpackungsmaschine,
Fig. 4 den sterilen Raum der Abfüll- und Verpackungsmaschine mit an seiner Austrittsöffnung angebrachtem Deckel und
Fig. 5 schematisch dargestellt die Anordnung der zur Sterilisation der Einrichtung nötigen Apparate und Leitungen.
Die zur Herstellung der Verpackungen dienende biegsame Bahn besteht zweckmässig aus einer Papierbahn, welche einseitig mit Kunststoff, z. B. Poly äthylen, beschichtet ist. Diese Bahn wird in der nachstehend (Fig. 1 und 2) beschriebenen Einrichtung sterilisiert und anschliessend in sterilem Zustand zu Packungen geformt, in welche ein steriles Gut, z. B. feste oder flüssige Nahrungsmittel, abgefüllt werden. Die mit Kunststoff beschichtete Bahn 1 wird von der Rolle 2 abgezogen und gelangt über die Umlenkrolle 3 und ein angetriebenes Klemmrollenpaar 4 in den Sterilisationsraum 5, der sich im Inneren des Gehäuses 6 befindet. Der Sterilisationsraum 5 ist durch die Wand 7 umschlossen, welche teilweise aus wärmeisolierendem Material besteht.
Im Inneren des Sterilisationsraumes befinden sich Führungsrollen 8, wovon die Rollen 8a und 8b mit Hilfe nicht gezeichneter Antriebsmittel in Umdrehung gesetzt werden können. Über die Rollen 8 sind zwei in sich geschlossene Kettenbänder 9a und 9b gelegt, welche in Zähne der Führungsrollen eingreifen und bei Drehung der Rollen 8a und 8b in Umlauf versetzt werden. Die Ketten 9a und 9b sind durch parallel, horizontal und in gleichmässigen Abständen voneinander angeordnete Tragstäbe 10 verbunden.
Die von der Rolle 2 abgezogene Bahn 1 wird derart über die Tragstäbe 10 geführt, dass das Innere des Sterilisationsraumes von einer Mehrzahl frei hängender Bahnschleifen gefüllt ist, welche mit ihrer Papierseite auf den Tragstäben 10 aufliegen und durch die Wanderbewegung der Stäbe von links nach rechts transportiert werden. Die Bahn gelangt anschliessend in die Befeuchtungskammer 11 und hierauf in die Trocknungskammer 12, wo sie durch das angetriebene Klemmrollenpaar 13 und über die Umlenkrolle 14 geführt ist. An die Trocknungskammer schliesst der Transportkanal 15 an, in dem sich ein weiteres antreibbares Klemmrollenpaar 16 befindet.
Der Transportkanal 14 mündet in die Verpackungsund Abfüllmaschine 17.
Im Inneren des Sterilisationsraumes 5 sind mit Öffnungen versehene Verteilleitungen 1 8a und 1 8b angeordnet. Diese Leitungen stehen in Verbindung mit der Zuleitung 19, welcher aus dem an die Dampfzuleitung 20 angeschlossenen Überhitzer 21 Wasserdampf unter geringem Überdruck und mit einer Temperatur von etwa 4000 C zugeführt werden kann.
Auf der Oberseite des Sterilisationsraumes ist eine Abführleitung 21 für den Wasserdampf vorgesehen.
Die Zufuhr des als Wärmeträger zur Durchführung der Sterilisation dienenden Wasserdampfes kann mittels des Ventils 22 eingestellt werden. Durch die Entspannung des in den Sterilisationsraum eingeführten Dampfes sowie infolge von Wärmeverlusten ergibt sich eine mittlere Sterilisationstemperatur von etwa 2000 C.
In der Befeuchtungskammer 11 sind zwei an die Zuleitung 23 angeschlossene Rohre 24 und 25 angeordnet. Der Zuführleitung 23 kann aus einer nicht gezeichneten Quelle steriles Wasser zugeführt werden. Die Rohre 24 und 25 sind mit Öffnungen ver- sehen, durch welche das unter Druck zugeführte Wasser gegen die Papierseite der laufenden Bahn gespritzt werden kann, womit eine Kühlung und eine Befeuchtung der Bahn herbeigeführt wird.
Den anschliessenden Trocknungsraum 12 durchläuft die Bahn als frei nach unten hängende Schleife.
In das Innere der Trocknungskammer kann über die Leitung 26 sterile Trocknungsluft eingeführt werden, die durch den Kompressor 27 aus der Atmosphäre angesaugt, im Überhitzer 28 erhitzt und im Sterilfilter 29 von mitgeführten Keimen befreit werden kann. Die in den Trocknungsraum eingeführte sterile Luft durchströmt den allseitig geschlossenen Transportkanal 15 im Gleichstrom mit der laufenden Bahn und entweicht auf später beschriebene Weise an einer geeigneten Sbelle der Abfüll- und Verpackungsmaschine 17 in die Atmosphäre. Das in der Befeuchtungskammer sich ansammelnde Wasser wird über die als Syphon ausgebildete Leitung 30 abgeführt, wobei die sich bildende Wassersäule das Eindringen von keimhaltiger Aussenluft verhindert.
Im weiteren soll angenommen werden, dass als Verbrauchsgut Milch in die aus der biegsamen Bahn zu formenden Packungen abgefüllt werden soll. Die Rohmilch gelangt durch die Leitung 35 in die schematisch angedeutete Entkeimungseinrichtung 36 (Fig. 3), wo sie beispielsweise durch Einführen von erhitztem Wasserdampf kurzzeitig - d. h. während Sekundenbruchteilen - auf eine Temperatur von 150"C oder darüber erhitzt und anschliessend sofort gekühlt wird. Die so behandelte keimfreie Milch strömt durch das Zuführrohr 37 in die Verpackungsund Abfüllmaschine 17.
Die Abfüll- und Verpackungsmaschine 17 weist einen sterilen Raum 41 auf, in welchen der Transportkanal 15 mündet. Der sterile Raum 41 wird durch das Gehäuse 42 gebildet, das mit hermetisch schliessenden Sichtfenstern 43 versehen ist. Im sterilen Raum 41 befindet sich ein zylindrischer Formdorn 45, der von einem am Gehäuse 42 befestigten Träger 46 gehalten ist. Die laufend aus dem Transportkanal 15 zugeführte Bahn 1 wird derart auf den Formdorn geführt, dass sich ein Tubus 1' bildet, und zwar liegt die Bahn 1 mit ihrer beschichteten Seite auf dem Formdorn auf. Die Seitenkanten der Bahn 1 überlappen sich und bilden Mantellinien des geformten Tubus. Ein am Träger 44 befestigter Heizschuh 47 liegt unter Druck auf der überlappten Partie der Bahn auf und bewirkt durch Erwärmen des Kunststoffbelages ein Zusammenkleben. Der Heizschuh 47 ist elektrisch beheizt.
Im Bereich des Heizschuhs ist die überlappte Partie des Tubus auf einer im Tubusinneren befindlichen Rolle 48 abgestützt. Letztere ist in einer Ausfräsung 49 (Fig. 4) des Formdorns 45 angeordnet und drehbar gelagert.
Der geformte Tubus tritt durch eine Austritts öffnung 50 in einen zweiten Raum 51 aus, der sich ausserhalb des sterilen Raumes 41 befindet. Der Raum 51 wird durch das Gehäuse 52 gebildet, das durch Schrauben mit dem Gehäuse 42 verbunden ist.
In der Wand des Gehäuses 52 sind Öffnungen 53 enthalten, die in den die Maschine enthaltenden Raum ausmünden. Die Austrittsöffnung 50 bildet mit der Wand des nach unten geführten Tubus einen Ringspalt 54.
Der Raum 51 weist die zum Zusammendrücken des Tubus 1' dienenden Pressorgane auf. Diese sind als elektrisch beheizte Pressbackenpaare 55 und 56 ausgebildet, welche auf den in sich geschlossenen Ketten 57 und 58 umlaufen. Die Ketten 57 und 58 laufen über die Führungsräder 59, 60 bzw. 61 und 62, von denen die Räder 59 und 61 durch nicht gezeichnete Antriebsmittel in Drehung versetzt werden können. Weitere, nicht gezeichnete Pressbackenpaare, arbeiten senkrecht zur Zeichenebene, derart, dass der laufend nach unten geführte Tubus abwechselnd in zwei zueinander senkrechten Richtungen zusammengedrückt und nach unten transportiert wird.
Die Pressbacken 55 und 56 sind in Arbeitsstellung auf den Schienen 63 und 64 abgestützt. Durch das Zusammendrücken mit Hilfe der beheizten Pressbacken wird der Tubus 1' in geschlossene Behälter 65' abgeteilt.
Die abzufüllende Milch wird der geschilderten Einrichtung durch das Rohr 37 zugeführt, das von aussen gasdicht in den sterilen Raum 41 eingeführt ist. Das Rohr 37 ragt durch das Innere des Formdorns 45 in den geformten Tubus 1'.
Das Rohr 37 besitzt eine teleskopartige Verlängerung 65, die sich so weit in dem zu ihrer Führung dienenden Rohr 37 nach oben verschieben lässt, bis ihr Austrittsende 66 sich jenseits der Austrittsöffnung 50 im sterilen Raum befindet. Die Austrittsöffnung 50 ist mit Hilfe eines Deckels 67 (Fig. 4) verschliessbar, der von aussen durch eine der Öffnungen 53 in das Innere des Raumes 51 eingeführt und mittels Bajonettverschlusses befestigt werden kann. Der Dekkel 67 weist zwei zugleich als Handgriff dienende Rohrstücke 68 und 69 auf. Das Rohrstück 68 schliesst an eine Bohrung 70 im Deckelboden an, während das Rohrstück 69 in einen zentralen Stutzen 71 ausmündet, der einen Sitz für das Ende des Rohres 65 bildet.
Zum Montieren des Deckels 67 an der Austrittsöffnung 50 wird der Deckel gegen das in seiner unteren Endlage befindliche Rohr 65 bewegt, derart, dass letzteres in das Innere des Stutzens 71 zu liegen kommt und bei montiertem Deckel angehoben ist.
Vorgängig der Inbetriebnahme der Vorrichtung wird diese sterilisiert, und zwar mit Hilfe eines auf, Sterilisationstemperatur erhitzten Wärmeträgers. Als solcher kann zweckmässig überhitzter Wasserdampf oder ein Gemisch von Verbrennungsgasen und Wasserdampf verwendet werden. Eine Temperatur von etwa 400O C hat sich als geeignet erwiesen, um mit Sicherheit auch hitzeresistente Keime zu vernichten.
Zweckmässig wird im Überhitzer 21 (Fig. 2) erhitzter Dampf verwendet, dem zweckmässig Verbrennungsgase beigemischt sein können, die durch einen zur Beheizung des Überhitzers dienenden Gasbrenner erzeugt werden. Der Wärmeträger wird durch die Leitung 26 in den Trocknungsraum 12 eingeführt, aus dem er in die Befeuchtungskammer 11 übertritt. Der Wärmeträger strömt durch den Transportkanal 15 in den Raum 41 der Abfüll-und Verpackungsmaschine 17 und entweicht durch die Bohrung 70 im Deckel 67 und durch das Rohrstück 68 ins Freie.
Anderseits wird auch das Zuführrohr 37 für die Milch vorgängig der Inbetriebnahme sterilisiert. Dies geschieht ebenfalls so, dass ein auf Sterilisationstemperatur erhitzter Wärmeträger - z. B. überhitzter Wasserdampf - durch das Rohr geleitet und durch den Stutzen 71 und das Rohrstück 69 in die Atmosphäre abgeführt wird. Die zur Erreichung vollständiger Sterilität nötige Zeit beträgt etwa eine halbe Stunde. Unter Umständen kann auch durch die Leitung 72 zusätzlich überhitzter Wasserdampf in den Raum 41 eingeführt werden. Eine Sterilisation des Raumes 51 und der in ihm enthaltenen Organe findet nicht statt.
Nach abgeschlossener Sterilisation wird die Wärmeträgerzufuhr in die geschilderten Anlageteile unterbrochen und auf beschriebene Weise sterile Luft unter geringem Überdruck durch die Leitung 26 in die Trocknungskammer 12 eingeführt. Hierauf wird der Deckel 67 von der Austrittsöffnung 50 entfernt, womit die sterile Luft durch die Austrittsöffnung 50 und die Öffnungen 53 in die Atmosphäre entweichen kann.
Fig. 5 zeigt schematisch eine zweckmässige Anord- nung der zur geschilderten Sterilisation dienenden Apparate und Leitungen. Die an eine nicht gLezeich- nete Sattdampfquelie angeschlossene und mit dem Ventil 22 versehene Leitung 20 mündet in den Dampfüberhitzer 21. Dieser kann mit Hilfe des Gasbrenners 75 beheizt werden, dessen Verbrennungsgase durch Wärmeaustausch den Dampf überhitzen.
Die Austrittsseite des Dampfüberhitzers steht einerseits über die Leitung 19 und über das Ventil 73 mit den im Sterilisationsraum 5 befindlichen Verteilrohren 18a und 18b in Verbindung. Anderseits zweigt aus der Leitung 19 eine Leitung 74 ab, die über das Ventil 75 in den Injektor 77 führt. Dessen Saugseite ist über die Leitung 78 mit der Haube 79 verbunden, welche sich im Strömungsweg der hochsteigenden Verbrennungsgase oberhalb des Dampfüberhitzers 21 befindet. An den Injektor 77 schliesst die Leitung 80 an, welche in die vom Dreiwegventil 81 bis in die Trocknungskammer 12 mündende Leitung 26 mündet. An das Dreiwegventil 81 schliesst auch die aus dem Sterilfilter 29 kommende Leitung 82 an. Der Sterilfilter steht mit seiner Einlassseite über die Leitung 83 mit der Austrittsseite des Lufterhitzers 28 in Verbindung.
Die Eintrittsseite des Lufterhitzers ist durch die Leitung 84 am Kompressor 27 angeschlossen, dessen Saugseite mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Schliesslich führt eine Leitung 85 von der Sattdampfleitung 20 zum Dreiwegventil 81.
Die Verbrennungsgase entweichen durch das Kamin 86.
Zur Sterilisation der Vorrichtung wird bei geschlossenem Ventil 73 und geöffnetem Ventil 75 im Überhitzer 21 erhitzter Dampf in den Injektor 77 geleitet. Ferner wird das Dreiwegventil 81 so gestellt, dass wie gezeichnet, die Leitung 85 mit der Leitung 82 in Verbindung steht. Im Injektor 77 werden Verbrennungsgase angesaugt und das erhaltene Gemisch von überhitztem Dampf und Verbrennungsgasen strömt durch die Leitungen 80 und 26 in die Trocknungskammer 11 und weiter durch den Transportkanal 15 in den Raum 41 der Abfüll- und Verpackungsmaschine 17. Gleichzeitig strömt Sattdampf durch die Leitungen 85 und 82 in das Sterilfilter 29.
Nach erfolgter Sterilisation wird das Ventil 75 geschlossen, das Ventil 73 geöffnet, ferner das Dreiwegventil 81 so umgestellt, dass die Leitung 82 mit der Leitung 26 verbunden ist und schliesslich der Kompressor 27 eingeschaltet. Hiermit strömt überhitzter Dampf durch die Verteilrohre 1 8a und 1 8b in den Sterilisationsraum, während durch den Kompressor 27 aus der Atmosphäre angesaugte und verdichtete Luft im Lufterhitzer 28 erwärmt, im Sterilfilter 29 von mitgeführten Keimen befreit und durch die Leitung 26 in den Transportkanal und in den Raum 41 der Abfüll- und Verpackungsmaschine geführt wird.
Hierauf wird der Anfang der Papierbahn 1 in das angetriebene Klemmrollenpaar 4 geführt und die Bahn wird auf hier nicht näher beschriebene Weise in Form von hängenden Schleifen durch das Innere des Sterilisationsraumes 5 geführt und hierbei sterilisiert. Die so sterilisierte Bahn wird in der Befeuchtungskammer 11 befeuchtet und gekühlt, anschlie ssend in der Trocknungskammer 12 getrocknet und gelangt in steriler Atmosphäre durch den Transportkanal 15 in die Abfüll- und Verpackungsmaschine 17.
Hier wird der Anfang der Bahn von Hand auf den Formdorn 45 geführt. Zur Vermeidung einer Infektion der bereits sterilisierten Organe werden hierzu die Handschuhe 87 benützt, die gasdicht an Öffnungen 88 des Gehäuses 89 befestigt sind. Das Gehäuse 89 ist am Gehäuse 42 des sterilen Raumes 41 befestigt. Das Innere des Gehäuses 89 kann mit Hilfe des Schiebers 90 vom sterilen Raum 41 getrennt werden. Um auch die Handschuhe zu sterilisieren, wird zu einem früheren Zeitpunkt der Schieber 90 geschlossen und in das Innere des vom Gehäuse 89 umschlossenen Raumes durch die Leitung 91 Sattdampf eingeführt, der z. B. aus der in Fig. 5 gezeichneten Leitung 20 abgezweigt wird.
Nach so erfolgter Sterilisation wird der Schieber 90 in die strichpunktierte Lage bewegt, worauf der die Maschine bedienende Arbeiter mit Hilfe der Handschuhe 87 die zum Einführen der Bahn nötigen Handgriffe vornehmen kann.
Nach erfolgtem Zusammendrücken des gebildeten Tubus 1' wird durch die Leitung 37 entkeimte Milch eingeführt und die Milchzufuhr so eingestellt, dass der Tubus 1' dauernd teilweise mit Milch gefüllt ist.
Die Pressbacken 55 und 56 befinden sich also unterhalb des im Tubus sich bildenden Milchspiegels, so dass die erzeugten Packungen vollständig mit Milch gefüllt sind.
Obschon der Raum 51 und die in ihm enthaltenen Organe nicht steril sind, kann keine Nachinfektion der abzufüllenden Milch stattfinden, weil einerseits der Tubus 1' auf seinem ganzen Weg innerhalb des Raumes 51 vollständig geschlossen ist.
Anderseits kann durch den zwischen Tubus und Austrittsöffnung vorhandenen Ringspalt 54 keine keimhaltige Luft in das Innere des sterilen Raumes 41 übertreten, indem dieser Spalt von oben nach unten durch die aus dem Transportkanal 15 zugeführte sterile Luft durchströmt wird. Die geschilderte Anordnung macht es möglich, eine vollständig sterile Abfüllung ohne Sterilisation des Raumes 51 zu gewährleisten. Die Erhitzung des Raumes 51 und der in ihm enthaltenen Organe würde im Hinblick auf die zahlreichen geschmierten Lagerstellen zu Schwierigkeiten führen. Anderseits befinden sich im sterilen Raum 41 keine bewegten Teile.