Verfahren und Maschine zum sterilen Verpacken von sterilem Verbrauchsgut
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sterilen Verpacken von sterilem Verbrauchsgut, bei welchem eine biegsame Bahn in eine Abfüll- und Verpackungsmaschine geführt, hier zu einem Tubus geformt, dieser mit dem zu verpackenden Gut teilweise gefüllt und durch Zusammendrücken quer zu seiner Längsrichtung zu geschlossenen Behältern geformt wird. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des geformten Tubus an einer oberhalb des eingefüllten Gutes befindlichen Stelle durch Wärmeeinwirkung sterilisiert wird.
Das geschilderte Verfahren ermöglicht, jede vorgängig dem Formen des Tubus stattfindende Sterilisierung des bahnförmigen Verpackungsmateriales wegzulassen, womit sich das ganze Verfahren ausserordentlich vereinfacht. Durch die Sterilisierung der Innenseite des Tubus an einer oberhalb des eingefüllten Gutes befindlichen Stelle werden alle allfällig auf der Innenseite des Tubus befindlichen Keime vernichtet, bevor sie mit dem zu verpackenden Gut in Berührung kommen. Wird ferner dafür Sorge getragen, dass keine Keime durch den Luftraum im Innern des Tubus zum eingefüllten Gut vordringen, ist der Innenraum der jeweils in Formung begriffenen Packung und das eingefüllte sterile Gut vor jeder Nachinfektion geschützt.
Diese Forderung wird in den meisten Fällen auf einfachste Weise dadurch erfüllt, dass die zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens benötigte Heizeinrichtung in der Lage ist, dank geeigneter Ausbildung im Tubusinnern an der Heizeinrichtung vorbeistreichende Keime ebenfalls zu vernichten. Andernfalls kann auch auf später beschriebene Weise sterile Luft an einer unterhalb der Tubusöffnung liegenden Stelle in das Tubusinnere eingeführt werden, welche aus dem Tubus durch die Tubusöffnung entweicht und so Keime am Eindringen in das Tubusinnere verhindert.
Die zu sterilisierende Innenseite des Tubus kann zweckmässig durch Wärmestrahlung oder mit Hilfe eines gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers erhitzt werden. Zur Schonung des Verpackungsmateriales empfiehlt es sich, die Aussenseite des Tubus während der Erhitzung gleichzeitig zu kühlen. Dies kann vorteilhaft so erfolgen, dass die Aussenseite des Tubus durch Beaufschlagen mit einem gas- oder dampfförmigen Kühlmittel oder durch Aufspritzen eines flüssigen Kühlmittels gekühlt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Maschine zur Durchführung des geschilderten erfindungsgemässen Verfahrens, welche Formorgane zum Formen des Tubus aus einer zugeführten biegsamen Bahn, ferner ein Zuführrohr zum Zuführen des abzufüllenden Gutes in den geformten Tubus und weiter Pressorgane zum Zusammendrücken des gefüllten Tubusteils aufweist. Die erfindungsgemässe Maschine ist gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung zur Erhitzung der Tubusinnenseite auf Sterilisationstemperatur, welche derart angeordnet ist, dass sie im Betrieb im Innern des Tubus oberhalb des eingefüllten Gutes liegt.
Die Heizeinrichtung kann vorteilhaft als elektrisch beheizter Strahler ausgebildet sein oder eine Blasvorrichtung aufweisen, mit deren Hilfe eine Strömung eines gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers auf die zu erhitzende Innenseite des Tubus gerichtet werden kann. Ein als Heizeinrichtung dienender Strahler kann zweckmässig eine durch die Mantelfläche eines Kreiszylinders gebildete Strahlungsfläche aufweisen, welche koaxial zur Tubusachse angeordnet ist. Vorteilhaft kann das Zuführrohr für das abzufüllende Gut die Heizeinrichtung durchsetzen. Schliesslich kann zweckmässig eine Kühlvorrichtung mit -Mitteln zum Beaufschlagen der Tubusaussenseite mit einem Kühlmittel vorgesehen sein.
Nachstehend werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch die Abfüll- und Verpackungsmaschine,
Fig. 2 im Detail und im vergrösserten Massstab die Anordnung der in Fig. 1 gezeichneten Heizeinrichtung und
Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Heizeinrichtung.
Die in Fig. 1 gezeichnete Abfüll- und Verpackungsmaschine weist ein Gehäuse 1 auf, das mit einem trägerartigen Aufsatz 2 versehen ist. Ein zylindrischer Formdorn 3 ist mit Hilfe des Trägers 4 am Aufsatz 2 befestigt. Die laufend von einer nicht gezeichneten Rolle abgezogene und der Verpackungsmaschine zugeführte Bahn 5 besteht aus einseitig mit einem Kunststoff - z. B. Polyäthylen - beschichtetem Papier und wird derart auf den Formdorn 3 geführt, dass sich ein Tubus 5' bildet, und zwar liegt die Bahn 5 mit ihrer beschichteten Seite auf dem Formdorn auf. Die Seitenkanten der Bahn 5 überlappen sich und bilden Mantellinien des geformten Tubus. Ein am Träger 6 befestigter Heizschuh 7 liegt unter Druck auf der überlappten Partie der Bahn 5 auf und bewirkt durch Erwärmen des Kunststoffbelages ein Zusammenkleben.
Auf der Innenseite des geformten Tubus ist die überlappte Partie im Bereich des Heizschuhes 7 mit Hilfe einer drehbar am untern Ende des Formdorns 3 angeordneten Rolle 9 abgestützt. Der Heizschuh 7 ist elektrisch beheizt.
Im Innern des Gehäuses 1 sind zum Zusammendrücken des Tubus 5' dienende Pressorgane angeordnet. Diese sind als elektrisch beheizte Pressbackenpaare 10 und 11 ausgebildet, welche auf den in sich geschlossenen Ketten 12 und 13 befestigt sind und im Betrieb der Einrichtung mit diesen umlaufen. Die Ketten 12 und 13 laufen über die Führungsräder 14 und 15 bzw. 16 und 17, von denen die Räder 14 und 17 durch nicht gezeichnete Antriebsmittel in Richtung der Pfeile 18 bzw. 19 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 wird. Die Bewegung der jeweils in Arbeitsstellung befindlichen Pressbacken bewirkt einen Transport der Bahn 5 und des Tubus 5' nach unten.
Durch das Zusammendrücken mit Hilfe der beheizten Pressbacken wird der Tubus 5' in geschlossene Behälter 20 abgeteilt. Das abzufüllende Gut, z. B. auf hier nicht näher geschilderte Weise entkeimte Milch, wird der Einrichtung durch das Rohr 21 zugeführt. Dieses ragt durch das Innere des Formdornes 3 nach unten in den geformten Tubus 5'. Die Zufuhr von Milch wird derart eingestellt, dass sich im Innern des Tubus ein ungefähr auf gleicher Höhe verbleibender Flüssigkeitsspiegel 22 bildet.
Im Innern des geformten Tubus 5' ist oberhalb des eingefüllten Gutes eine Heizeinrichtung 23 angeordnet. Diese ist gemäss Fig. 2 als Zylinder mit kreisringförmigem Querschnitt ausgebildet. Im Innern des durch die Blechwände 24 gebildeten Hohlraumes der Heizeinrichtung ist ein elektrisch beheizter Heizdraht 26 angeordnet. Die elektrischen Zuführungsleitungen 27 und 28 sind durch das Innere des Tubus 5' nach oben geführt und an eine nicht gezeichnete Stromquelle angeschlossen. Die Heizeinrichtung ist durch Streben 29 am Milcheinfüllrohr 21 befestigt und koaxial zu diesem und zum Tubus 5' angeordnet.
Bei eingeschaltetem elektrischem Strom wird die Blechwand 24 erhitzt und wirkt als Wärmestrahler.
Im Bereich der Heizeinrichtung 23 ist der Tubus 5' durch einen ringförmigen Kanal 30 (Fig. 1) umschlossen, der über das Rohr 31 mit einer nicht gezeichneten Quelle eines Kühlmittels, z. B. Kühlluft oder Kühlwasser, in Verbindung steht. In der dem Tubus 5' zugekehrten Wand 32 befinden sich Öffnungen 33, durch welche das unter Druck über die Leitung 31 in den Hohlraum 30 geführte Kühlmittel auf die Tubusaussenseite geführt werden kann. Wird als Kühlmittel eine Kühlflüssigkeit, z. B. Kühlwasser, verwendet, sind unterhalb der geschilderten Kühlvorrichtung zweckmässig Auffangmittel für das ablaufende Kühlwasser vorgesehen, z. B. der in der Zeichnung dargestellte Auffangtrog 34.
Im Betrieb der geschilderten Maschine wird bei vorerst ausgeschalteter Milchzufuhr aus der Bahn 5 der Tubus 5' geformt und dieser durch Zusammendrücken mit Hilfe der Pressbacken 10 und 11 zu vor laufig leeren Behältern geformt. Hierbei wird gleichzeitig die Heizeinrichtung 23 eingeschaltet und im Bereich derselben die Tubusaussenseite mit dem durch die Leitung 31 zugeführten Kühlfluidum beaufschlagt. Unter dem Einfluss der Wärmestrahlung der Heizeinrichtung wird die Tubusinnenseite auf Sterilisationstemperatur, z. B. 300O C, erhitzt und so auf ihr befindliche Keime mit Sicherheit vernichtet.
Dank der gleichzeitig erfolgenden Kühlung der Tubusaussenseite ergibt sich keine schädliche Veränderung des Tubusmateriales. Ferner wird bei immer noch abgeschalteter Milchzufuhr durch die Leitung 21 vorübergehend aus einer nicht gezeichneten Quelle überhitzter Wasserdampf oder ein anderer geeigneter Wärmeträger durch das Rohr 21 geführt und so durch Erhitzen der Rohraussenseite und Rohrinnenseite auf eine Temperatur von beispielsweise 300O C das Rohr 21 sterilisiert. Hiermit werden gleichzeitig allfällig im Luftraum im Innern des Tubus befindliche Keime nach oben durch das offene Tubusende transportiert.
Hierauf wird die Zufuhr des Wärmeträgers in das Rohr 21 unterbrochen. Durch das Rohr 21 wird sterile Milch in das Innere des Tubus bis zur Höhe des Spiegels 22 eingeführt. Allfällig von oben aus der Atmosphäre in das Tubusinnere eindringende Keime werden in der Regel durch die ebenfalls den Luftraum erhitzende Heizeinrichtung 23 vernichtet und so dafür gesorgt, dass keine Keime mit dem zu verpackenden Gut in Berührung kommen. Es wäre aber auch möglich, koaxial zum Einfüllrohr ein weiteres Rohr 46 (Fig. 2) anzuordnen, das oberhalb des eingefüllten Gutes in das Tubusinnere ausmündet. Durch das Rohr 46 kann im Betrieb der Einrichtung dauernd sterile Luft oder ein anderes gasförmiges steriles Medium in das Innere des geformten Tubus geführt werden.
Die sterile Luft strömt hierbei nach oben durch den zwischen der Heizeinrichtung und der Tubusinnenseite verbleibenden freien Querschnitt und verhindert das Vordringen von Keimen aus der Atmosphäre bis zum eingefüllten Gut.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform einer Heizeinrichtung, bei welcher die Innenseite des Tubus mit Hilfe eines gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers erhitzt wird. Im Innern des geformten Tubus 5' befindet sich ein durch die Blechwand 41 gebildeter ringförmiger Hohlraum 42, der über die Leitung 43 mit einer nicht gezeichneten Wärmeträgerquelle, z. B. überhitzter Wasserdampf, in Verbindung steht. Die der Innenseite des Tubus zu gckehrte Blechwand ist mit Öffnungen 44 versehen.
Der aus den Öffnungen 44 austretende Wärmeträger beaufschlagt die Innenseite des Tubus 5' und bewirkt so eine Sterilisierung durch Wärmeeinwirkung.
Als Wärmeträger kann z. B. überhitzter Wasserdampf mit einer Temperatur von etwa 3500 C verwendet werden. Die Aussenseite des Tubus 5' kann auf die im Zusammenhang mit Fig. 1 geschilderte Weise gekühlt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann zur Bildung des Tubus bzw. der Behälter auch ein anderes bahnförmiges Material als mit Kunststoff beschichtetes Papier verwendet werden, z. B. eine biegsame Bahn aus Kunststoff oder Metallfolie. Das geschilderte Verfahren eignet sich auch zum Verpacken von festem Gut. Schliesslich wäre auch eine mittels induktiver Erhitzung der Tubusinnenseite arbeitende Heizeinrichtung möglich.
Process and machine for the sterile packaging of sterile consumables
The invention relates to a method for sterile packaging of sterile consumer goods, in which a flexible web is fed into a filling and packaging machine, here shaped into a tube, this is partially filled with the goods to be packaged and formed into closed containers by pressing transversely to its longitudinal direction becomes. The method according to the invention is characterized in that the inside of the shaped tube is sterilized by the action of heat at a point above the filled material.
The described method makes it possible to omit any sterilization of the web-shaped packaging material that takes place prior to the shaping of the tube, which simplifies the entire method extremely. By sterilizing the inside of the tube at a point above the filled goods, all germs that may be located on the inside of the tube are destroyed before they come into contact with the goods to be packaged. If it is also ensured that no germs penetrate through the air space inside the tube to the filled goods, the interior of the pack being formed and the filled sterile goods are protected from any subsequent infection.
In most cases, this requirement is met in the simplest possible way in that the heating device required to carry out the method according to the invention is able, thanks to a suitable design in the inside of the tube, to also destroy germs passing by the heating device. Otherwise, sterile air can also be introduced into the interior of the tube in a manner described later at a point below the tube opening, which air escapes from the tube through the tube opening and thus prevents germs from penetrating the tube interior.
The inside of the tube to be sterilized can expediently be heated by thermal radiation or with the aid of a gaseous or vaporous heat carrier. To protect the packaging material, it is advisable to cool the outside of the tube at the same time as it is heated. This can advantageously take place in such a way that the outside of the tube is cooled by applying a gaseous or vaporous coolant or by spraying on a liquid coolant.
The invention also relates to a machine for carrying out the described method according to the invention, which has shaping elements for shaping the tube from a supplied flexible web, furthermore a feed tube for feeding the goods to be filled into the shaped tube and further pressing elements for compressing the filled tube part. The machine according to the invention is characterized by a heating device for heating the inside of the tube to the sterilization temperature, which is arranged in such a way that it lies inside the tube above the filled goods during operation.
The heating device can advantageously be designed as an electrically heated radiator or have a blowing device with the aid of which a flow of a gaseous or vaporous heat carrier can be directed onto the inside of the tube to be heated. A radiator serving as a heating device can expediently have a radiation surface formed by the jacket surface of a circular cylinder, which is arranged coaxially to the tube axis. The supply pipe for the goods to be filled can advantageously pass through the heating device. Finally, a cooling device with means for applying a coolant to the outside of the tube can expediently be provided.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
1 shows a section through the filling and packaging machine,
FIG. 2 shows in detail and on an enlarged scale the arrangement of the heating device shown in FIG. 1 and
3 shows another embodiment of the heating device.
The filling and packaging machine shown in FIG. 1 has a housing 1 which is provided with a support-like attachment 2. A cylindrical mandrel 3 is attached to the attachment 2 with the aid of the carrier 4. The continuously withdrawn from a roll (not shown) and fed to the packaging machine web 5 consists of one side with a plastic - z. B. polyethylene - coated paper and is guided on the mandrel 3 in such a way that a tube 5 'is formed, namely the web 5 lies with its coated side on the mandrel. The side edges of the web 5 overlap and form surface lines of the shaped tube. A heating shoe 7 attached to the carrier 6 rests under pressure on the overlapped portion of the web 5 and causes the plastic covering to stick together by heating.
On the inside of the shaped tube, the overlapped part in the area of the heating shoe 7 is supported with the aid of a roller 9 which is rotatably arranged at the lower end of the forming mandrel 3. The heating shoe 7 is electrically heated.
In the interior of the housing 1, pressing members serving to compress the tube 5 'are arranged. These are designed as electrically heated pairs of pressing jaws 10 and 11, which are attached to the self-contained chains 12 and 13 and rotate with them when the device is in operation. The chains 12 and 13 run over the guide wheels 14 and 15 or 16 and 17, of which the wheels 14 and 17 can be set in rotation in the direction of the arrows 18 and 19 by drive means not shown. Further pairs of pressing jaws, not shown, work perpendicular to the plane of the drawing in such a way that the tube, which is continuously guided downwards, is alternately compressed in two mutually perpendicular directions. The movement of the press jaws in the working position causes the web 5 and the tube 5 'to be transported downwards.
By pressing together with the aid of the heated press jaws, the tube 5 ′ is divided into closed containers 20. The goods to be filled, e.g. B. milk sterilized in a manner not described here, is fed to the device through the pipe 21. This protrudes through the interior of the mandrel 3 down into the shaped tube 5 '. The supply of milk is adjusted in such a way that a liquid level 22 that remains approximately at the same height is formed inside the tube.
A heating device 23 is arranged in the interior of the shaped tube 5 'above the filled product. This is designed according to FIG. 2 as a cylinder with a circular cross-section. An electrically heated heating wire 26 is arranged in the interior of the cavity of the heating device formed by the sheet metal walls 24. The electrical supply lines 27 and 28 are passed up through the interior of the tube 5 'and connected to a power source (not shown). The heating device is fastened to the milk filling pipe 21 by struts 29 and is arranged coaxially to this and to the tube 5 '.
When the electrical current is switched on, the sheet metal wall 24 is heated and acts as a heat radiator.
In the area of the heating device 23, the tube 5 'is enclosed by an annular channel 30 (FIG. 1) which, via the tube 31, is connected to a source of coolant (not shown), e.g. B. cooling air or cooling water, is in communication. In the wall 32 facing the tube 5 ′ there are openings 33 through which the coolant, which is guided under pressure via the line 31 into the cavity 30, can be guided to the outside of the tube. If a coolant such. B. cooling water, are used, appropriately collecting means for the draining cooling water are provided below the cooling device described, for. B. the collecting trough 34 shown in the drawing.
In operation of the machine described, the tube 5 'is formed with the milk supply initially switched off from the web 5 and this is formed by pressing together with the help of the pressing jaws 10 and 11 to form containers that are currently empty. In this case, the heating device 23 is switched on at the same time and the outside of the tube is exposed to the cooling fluid supplied through the line 31 in the area thereof. Under the influence of the thermal radiation of the heating device, the inside of the tube is heated to the sterilization temperature, e.g. B. 300O C, heated and thus destroyed germs on it with certainty.
Thanks to the simultaneous cooling of the outside of the tube, there is no harmful change in the tube material. Furthermore, if the milk supply through the line 21 is still switched off, superheated steam or another suitable heat transfer medium is temporarily passed through the pipe 21 from a source not shown and the pipe 21 is sterilized by heating the outside and inside of the pipe to a temperature of, for example, 300 ° C. At the same time, any germs located in the air space inside the tube are transported up through the open tube end.
The supply of the heat transfer medium to the pipe 21 is then interrupted. Sterile milk is introduced through the tube 21 into the interior of the tube up to the level of the mirror 22. Any germs that penetrate from above from the atmosphere into the interior of the tube are usually destroyed by the heating device 23, which also heats the air space, thus ensuring that no germs come into contact with the goods to be packaged. It would also be possible, however, to arrange a further tube 46 (FIG. 2) coaxially to the filling tube, which tube opens into the interior of the tube above the filled material. During the operation of the device, sterile air or another gaseous sterile medium can be continuously fed into the interior of the shaped tube through the tube 46.
The sterile air flows upwards through the free cross section remaining between the heating device and the inside of the tube and prevents the penetration of germs from the atmosphere to the filled product.
3 shows another embodiment of a heating device in which the inside of the tube is heated with the aid of a gaseous or vaporous heat transfer medium. In the interior of the shaped tube 5 'there is an annular cavity 42 formed by the sheet metal wall 41, which via the line 43 is connected to a heat carrier source (not shown), e.g. B. superheated steam connected. The sheet metal wall facing the inside of the tube is provided with openings 44.
The heat transfer medium emerging from the openings 44 acts on the inside of the tube 5 'and thus effects sterilization by the action of heat.
As a heat transfer medium, for. B. superheated steam with a temperature of about 3500 C can be used. The outside of the tube 5 'can be cooled in the manner described in connection with FIG. 1.
The invention is not restricted to the exemplary embodiments described. Thus, to form the tube or the container, another web-like material than paper coated with plastic can be used, e.g. B. a flexible sheet made of plastic or metal foil. The described method is also suitable for packing solid goods. Finally, a heating device operating by means of inductive heating of the inside of the tube would also be possible.