Vorrichtung zum sterilen Verpacken von sterilem Verbrauchsgut
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum sterilen Verpacken von sterilem Verbrauchsgut, in welcher eine biegsame Bahn in eine Abfüll- und Verpackungsmaschine geführt, hier zu einem Tubus geformt, dieser mit dem zu verpackenden Gut teilweise gefüllt und unter Zusammendrücken quer zu seiner Längsrichtung zu geschlossenen, gefüllten Behältern geformt wird, wobei im Inneren des Tubus zwischen eingefülltem Gut und Tubusöffnung eine Heizeinrichtung zur sterilisierenden Erhitzung der Tubusinnenseite angeordnet ist.
Vorrichtungen der geschilderten Art ermöglichen, jede vorgängig dem Formen des Tubus stattfindende Sterilisierung des bahnförmigen Verpackungsmaterials wegzulassen. Damit vereinfacht sich das ganze Abfüll- und Verpackungsverfahren ausserordentlich gegenüber einer Arbeitsweise, bei welcher die Bahn vor ihrer Einführung in die Maschine sterilisiert wird und wo auf dem Weg in die Maschine und bis zum Bilden der geschlossenen Packung dauernd für eine sterile Atmosphäre gesorgt werden muss, z. B. durch Erzeugen einer unter geringem Überdruck stehenden sterilen Atmosphäre im Inneren einer den Weg der Bahn und die Teile zur Bildung der Packungen und zum Füllen derselben umschliessenden Kammer.
Die Inbetriebsetzung einer Vorrichtung mit im Inneren des Tubus stattfindender Sterilisierung der inneren Tubuswand erfordert, dass alle später im eigentlichen Betrieb sich im Tubusinneren befindenden und nicht etwa einer sterilisierenden Erhitzung durch die Heizvorrichtung ausgesetzten Teile, wie Einfüllrohr für das zu verpackende Gut, Einrichtungen zum Regulieren des Niveaus des eingefüllten Gutes usw., vor Beginn des Verpackungs- und Abfüllbetriebes einer Anfangs sterilisierung unterworfen werden. Die Erfindung bezweckt insbesondere, diese Anfangs sterilisierung einfach und betriebssicher zu gestalten.
Ferner setzt sie sich zum Ziel, die Sicherheit bezüglich Aufrechterhalten steriler Arbeitsbedingungen beim Übergang von der Anfangs sterilisierung zum eigentlichen Betrieb der Maschine zu erhöhen und auch im Betrieb jede Nachinfektion durch von aussen eindringende Keime auszuschliessen.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein koaxial zur Tubusachse angeordnetes Mantelrohr, das im Betrieb der Vorrichtung mindestens die ausserhalb der Einwirkung der Heizvorrichtung im Tubusinneren befindlichen sterilen Teile der Maschine umschliesst und dass weiter Mittel zum Zuführen eines der Anfangssterilisierung dienenden Wärmeträgers in das Innere des Mantelrohres vorgesehen sind.
Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Vorteile sind nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert; die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung.
Die gezeichnete Abfüll- und Verpackungsmaschine weist ein Gehäuse 1 auf, das mit einem trägerartigen Aufsatz 2 versehen ist. 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 in einen Ring 3 geführt, dass sich ein Tubus 5' bildet, und zwar bildet die beschichtete Seite die Innenwand des Tubus. 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 nicht gezeichneten Rolle abgestützt.
Der Heizschuh 7 ist elektrisch beheizt.
Im Inneren 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 Einfüllrohr 21 zugeführt. Dieses ist auf später beschriebene Weise am Träger 4 befestigt.
Die Zufuhr von Milch wird mit Hilfe des Schwimmers 9 so reguliert, dass sich im Inneren des Tubus ein auf gleicher Höhe verbleibender Flüssigkeitsspiegel 22 bildet.
Im Inneren des geformten Tubus 5' ist oberhalb des eingefüllten Gutes eine Heizeinrichtung angeordnet. Diese umschliesst das Einfüllrohr 21 und weist eine elektrische Heizspirale 24 auf. Diese wird radial auswärts von einem Quarzzylinder 25 umschlossen; das Einfüllrohr 21 ist durch eine Wärmeisolation 26 gegen die Heizspirale abgeschirmt. Die Heizspirale 24 ist an dem nach oben aus dem Tubus herausgeführten elektrischen Kabel 27 angeschlossen.
Koaxial zur Tubusachse ist erfindungsgemäss ein Mantelrohr 28 vorgesehen, welches sich nach oben über die Heizeinrichtung hinaus erstreckt und nach unten bis über das Ende des Einfüllrohres 21 verlängert ist. Das Mantelrohr bildet im Betrieb mit dem Tubus 5' einen Spalt 29. Ferner ist im Mantelrohr eine Öffnung 30 vorhanden, welche vom ringförmigen Verteilkanal 31 umschlossen ist, in welchen eine Leitung 32 mündet. Weil die nach unten liegende Verlängerung des Mantelrohres sich bis in den Bereich der Pressbackenpaare 10 und 11 erstreckt, ist das Mantelrohr in seinem Unterteil flexibel ausgebildet. Zu diesem Zweck ist an dem aus Metall bestehenden Oberteil 28a des Mantelrohres ein Schlauch 28b mit Hilfe des Ringes 28c aufgeschraubt.
Der Schlauchteil 28b besteht vorzugsweise aus hitzebeständigem Kunststoff, z. B. aus einem Polymerisationsprodukt von Tetrafluoräthylen.
An die Heizvorrichtung schliesst ein Verschlusskörper 33 an, welcher sich im Betrieb der Vorrichtung gegen die Innenwand des Tubus 5' anlegt. Ein am Einfüllrohr 21 geeignet befestigter Tragring 34 hält die Heizeinrichtung gegen den Verschlusskörper 33, der seinerseits durch die Klemmschraube 35 am Einfüllrohr 21 befestigt ist. Zur Aufnahme von Dehnungsunterschieden ist zwischen Heizvorrichtung und Verschlusskörper eine Feder 23 vorgesehen. Zwischen Verschlusskörper 33 und der Tubusöffnung 36 ist das Einfüllrohr 21 von einem Isoliermantel 37 umschlossen, der nach oben aus dem Tubus ragt und auf dem Einfüllrohr 21 befestigt ist. Ferner weist der Verschlusskörper eine Vertiefung 38 auf, und zwar an der Durchführungsstelle des Einfüllrohres.
Das Einfüllrohr 21 und die von ihm getragenen Teile sind auf dem Träger 4 abgestützt, der am Isoliermantel 37 befestigt ist.
Die Leitung 32 ist über ein Ventil 43 an die Leitung 42 angeschlossen, die mit dem Umgebungsluft ansaugenden Ventilator 44 in Verbindung steht.
In der Leitung 42 ist eine z. B. als elektrische Heizwicklung 45 ausgebildete Erhitzungsvorrichtung angeordnet. In Strömungsrichtung der angesaugten Luft ist nach der Erhitzungsvorrichtung 45 ein Filter 47 angeordnet, das von der angesaugten Luft mitgeführte Keime zurückhält. Die geschilderte Anordnung ermöglicht, der Leitung 32 wahlweise heisse sterile Erhitzungsluft oder aber kühlere, z. B. Raumtemperatur aufweisende sterile Luft zuzuführen, letzteres bei abgestellter Erhitzungseinrichtung 45. Die Leitung 42 ist ferner über die Leitung 49 und das Ventil 50 mit dem Einfüllrohr 21 verbunden.
Zur Inbetriebnahme der geschilderten Vorrichtung wird vorerst durch die Leitung 32 erhitzte keimfreie Luft in den vom Mantelrohr 28 umschlossenen Raum eingeführt. Die Temperatur der erhitzten Luft kann beispielsweise 300 C betragen. Desgleichen wird eine Teilmenge der erzeugten Heissluft dem Einfüllrohr 21 zugeführt. Beide Massnahmen dienen der Anfangssterilisierung, und zwar wird so einerseits das Innere des Einfüllrohres und anderseits die von der Heissluft im Inneren des Mantelrohres umspülten Teile wie Aussenseite des Einfüllrohres, Ringkörper 34 und die das Niveau 22 des eingefüllten Gutes regelnde Schwimmervorrichtung 9 sterilisiert. Zu diesem Zeitpunkt kann bereits die Heizvorrichtung 24, 25 eingeschaltet sein, vorteilhaft auf vorerst kleiner Stufe.
Nachdem Gewähr besteht, dass alle später im Inneren des Tubus 5' befindlichen Teile sterile Oberflächen aufweisen, wird die Heizvorrichtung 45 abgeschaltet, womit Raumtemperatur aufweisende, jedoch sterile Luft in die Leitung 32 und in das Einfüllrohr 21 strömt. Die so in das Innere des Mantelrohres 28 strömende sterile Luft entweicht nach unten sowie durch den Spalt zwischen Verschlusskörper 33 und Mantelrohr 28 nach oben, und zwar als Sperrströmungen, welche ein Eindringen von Aussenluft und damit eine Reinfektion der vorgängig auf geschilderte Weise sterilisierten Teile verhindern.
Hierauf wird die Heizspirale 24 auf Vollast ein geschaltet bzw. umgeschaltet, der Heizschuh 7 eingeschaltet und die Bahn 5 auf geeignete Weise eingeführt und zwischen dem Verschlusskörper 33 und dem Mantelrohr 28 nach unten gestossen, bis der Bahnanfang von den umlaufenden Pressbacken 10, 11 erfasst und die Bahn durch die Bewegung der Pressbacken nachgezogen wird. Die einander überlappenden Seitenränder der Bahn werden so unter Bildung einer Längsnaht verschweisst. Der erzeugte Tubus 5' bewegt sich nach unten, wird durch die Pressbacken in Querrichtung zu seiner Achse zusammengeschweisst und der Tubus ist nunmehr einzig durch seine Öffnung 36 mit der Aussenluft in Verbindung.
Die Heizleistung der Heizspirale wird beispielsweise so eingestellt, dass die an ihr vorbeibewegte Tubusinnenwand auf etwa 200O C oder darüber erhitzt und auf diese Weise kontinuierlich sterilisiert wird. Weil mit der Anfangssterilisierung sämtliche sich nunmehr im Tubusinneren befindlichen Oberflächen steril gemacht wurden und weil auf der Tubusinnenwand befindliche Keime beim Passieren der Heizvorrichtung vernichtet werden, ist gewährleistet, dass die vorläufig nur mit steriler Luft gefüllten Packungen in ihrem Inneren keimfrei sind. Die Sterilität im Raume unterhalb der Heizeinrichtung 24, 25 wird weiterhin dadurch gefördert, dass die hier befindlichen Teile bis zum ersten Schliessen des Tubus durch die Pressbacken 10, 11 noch eine von der Anfangs sterilisierung herrührende erhöhte Temperatur aufweisen.
Hierauf wird das Ventil 50 geschlossen und das Ventil 51 im Einfüllrohr 21 geöffnet, derart, dass an Stelle von steriler Luft nun das abzufüllende sterile Gut, z. B. Milch, eingeführt wird. Die durch die Pressbacken 10, 11 nunmehr erzeugten verschlossenen Packungen sind vollständig mit Milch gefüllt.
Die Zufuhr steriler, etwa Raumtemperatur aufweisender Luft durch die Leitung 32 in den nun zwischen Mantelrohr 28 und Tubus 5'vorhandenen Spaltraum kann weiterhin aufrechterhalten bleiben und dient dann zur Kühlung der Tubusaussenseite.
Sofern das zur Bildung des Tubus verwendete bahnförmige Verpackungsmaterial ausreichend hitzebeständig ist, kann aber auch diese Kühlluftzufuhr wegfallen. Bleibt die Kühlluftzufuhr aufrechterhalten, trägt das Mantelrohr 28 zu einer wirksamen Kühlung bei; der enge Spaltraum zwischen Tubus 5' und Mantelrohr 28 verursacht eine verhältnismässig hohe Geschwindigkeit der auf beiden Seiten abströmenden Luft, womit ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist.
Neben seiner Aufgabe, für die Anfangssterilisierung einen bis auf die obere und untere Öffnung abgeschlossenen Raum zu erzeugen, ergibt sich als weitere vorteilhafte Wirkung des Mantelrohres 28, dass es als Führung beim Einziehen des Tubus 5' dient.
Der Verschlusskörper 33 verhindert weitgehend, dass im Betrieb der Einrichtung nichtsterile Luft aus der Umgebung in das Tubusinnere strömen kann.
Durch die Heizvorrichtung 24, 25 wird die Luft im Inneren des Tubus erhitzt und hat die Neigung, nach oben wegzuströmen, wobei ohne Verschlusskörper ein Eindringen von kühlerer Umgebungsluft in das Tubusinnere stattfinden kann. Diese kühlere Umgebungsluft ist nicht steril; fällt sie mit etwelcher Geschwindigkeit nach unten, besteht unter Umständen die Gefahr, dass ihre Aufenthaltszeit im Bereich der Heizvorrichtung 24, 25 nicht ausreicht, von ihr mitgeführte Keime zu vernichten. Die Heizvorrichtung ist vornehmlich als Strahlungsheizkörper wirksam, womit nicht unmittelbar mit dem Quarzrohr 25 in Berührung kommende Luft verhältnismässig langsam erhitzt wird. Auf diese Weise trägt der Verschlusskörper auch zu einer Vergleichmässigung der Temperaturverteilung im Tubusinneren bei, da ein Luftwechsel im Tubusinneren praktisch ausgeschaltet ist.
Mit dem Verhindern eines Eindringens von Umgebungsluft in das Tubusinnere ist eine weitere vorteilhafte Wirkung verbunden. In der Regel ist die Bahn 5 auf ihre die Innenwand der fertigen Pakkungen bildende Seite mit einem Kunststoff, z. B.
Polyäthylen, beschichtet. Letzteres neigt dazu, in Anwesenheit von Sauerstoff und bei erhöhten Temperaturen zu oxydieren, was seine Eigenschaften beeinträchtigt, insbesondere die Schweissbarkeit. Die anfänglich im Tubusinneren unterhalb des Verschlusskörpers 33 befindliche Luft verarmt im Betrieb verhältnismässig rasch an Sauerstoff, womit eine solche schädliche Oxydation weitgehend verhindert werden kann.
Bei Berührung feuchter Umgebungsluft mit dem Einfüllrohr kann sich auf diesem Kondensat bilden und nach unten auf der Rohraussenfläche ablaufen.
Um eine solche Kondensatbildung zu verhindern, ist das Einfüllrohr oberhalb seiner Durchführung durch den Verschlusskörper 33 von einer Wärmeisolation umschlossen. Diese ist im gezeichneten Ausführungsbeispiel als Mantel 37 ausgebildet, wobei der im Inneren des Mantels befindliche Luftraum eine wirksame Wärmeisolation darstellt. Allfällig trotzdem auf dem Einfüllrohr ablaufende Kondensattröpfchen werden von der Vertiefung 38 auf der Oberseite des Verschlusskörpers 33 aufgefangen und könnten unter Umständen durch eine zweckmässige Ableitung weggeführt werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass nicht steriles Kondensat auf der Aussenfläche des Einfüllrohres nach unten in das Tubusinnere gelangt; solches Kondenswasser wäre ja nicht einer sterilisierenden Erhitzung durch die Heizeinrichtung 24, 25 ausgesetzt.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeichnete Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr könnte das Mantelrohr 28 nur die untere Endpartie der Heizeinrichtung 24, 25 umfassen. Auch kann die geschilderte Vorrichtung zum Abfüllen und Verpacken anderer fliessfähiger Verbrauchsgüter als Milch dienen.