Verfahren und Vorrichtung zum Erstellen und Erhalten der Asepsis beim Füllen von Verpackungen und beim Kontrollieren des Füllgutniveaus
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen und Erhalten der Asepsis beim Füllen von Verpackungen und beim Kontrollieren des Füllgutniveaus in Verpackungsmaschinen, in welchen ein bahnartiges Verpackungsmaterial zu einer Röhre geformt, bis zu einem gewissen Niveau mit einem flüssi- gon Füllgut gefüllt, und in verschlossene Pakete unterteilt wird. Ferner schliesst die Erfindung eine Vorrich- tung zur Durchführung des Verfahrens ein.
Beim Verpacken, insbesondere von Produkten, die für Bakterien anfällig sind, wie z. B. Milch, ergibt sich eine wachsende Tendenz, eine möglichst absolute Sterilität anzustreben. Es sind schon eine Reihe von dies bezüglichen Verfahren vorgeschlagen worden. Ebenso sind Verfahsen für die aseptische Kontrolle des Niveaus des Einfüllgutes innerhalb der Röhre schon in Vorschlag gebracht worden, die z. B. die Anordnung eines Schwimmers im untern Teil der Füllröhre vorsehen. Diese Kontrolle hat sich jedoch als ungeeignet erwiesen, und das Verfahren vorursachte auch grosse Schwierigkeiten im Erhalten der Asepsis.
Nach einem Betriebsunterbruch muss die Maschine jeweils wieder von neuem sterilisiert werden, was infolge der bebrächtlichen Zeitdauer, wäh- rend der die Anlage nicht benützt werden kann, natür lich ein grosser Nachteil ist.
Eine Lösungsmöglichkeit besteht darin, das Einfüllgut z. B. während eines Betriebsunterbruches einer kontinuierlichen Zirkulation von und zu einem Sterili siergerät zu unterwerfen. In diesem Zusammenhang ist schon versucht worden, das Problem durch Sterilhalten eines Ventils ausserhalb der Röhre mittels eines Zirkulationsverfahrens zu lösen, indem man ein zweites Ste rilisabionsmedium, z. B. sterile Luft, vom Aussenventil durch die Einfüllröhre leitete. Man muss in diesem Fall mit zwei Sterilisiermedien arbeiten, was natürlich das Verfahren kompliziert und es für Störungen anfälliger macht, was wiederum die Asepsis beeinträchtigt und in Frage stellt.
Das angeführte Ventil konnte nur die Zufuhr von Einfüllgut freigeben und unterbrechen, während die Niveaukontrolle innerhalb eines beschränkten Betriebbersiches durch einen losen Schwimmer auf der Oberfläche des Einfüllgutes erfolgte.
Um diese Nachteile zu beseitigen, schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erstellen und Erhalten der Asepsis, das gekennzeichnet ist durch das Zuführen des flüssigen Füllgutes durch ein in der Röhre angeordnetes Füllröhrchen, welches bezüglich eines zweiten, in der Röhre angeordneten Röhrchens und Venbilmitteln beweglich ist, wobei das Sperren der Zufuhr des flüssigen Füllgutes atn die Röhre in mindestens einer der relativen Stellungen der Röhrchen und der Ventilmittel bewirkt und dann flüssiges Füllgut oder Sberilisationsmittel vom Füllröhrchen durch das zweite Röhrchen geleitet wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Füllröhrcben zum wahlweisen Zuführen von Füllgut in die Röhre oder eines Sterilisationsmittels an in der Röhre befindliche Mittel, und ein zweites Röhrchen zum Wegführen des Sterilisationsmittels, und für den Fall, dass der Eintritt des flüssigen Füllmittels in die Röhre bemporär gesperrt -ist, zum Rückführen des sterilen Füllgutes an die Steri lisiereinrichtung, ferner durch eine an Teilen der in die Röhre getauchten Röhrchen vorgesehene Ventilanordnung, die in Abhängigkeit von der gegenseitigen Stellung der beiden Röhrchen wenigstens drei Arbeitsstellungen aufweist, nämlich eine Schliessstellung, in der das Füllröhrchen an seinem untern Ende ganz verschlossen ist,
eine Offenstellung. in der Verbindungen zwischen den beiden Röhrchen und der Röhre offen sind, und eine Zirkulationsstellung, in der die Verbindung mit der Röhre unterbrochen ist, während wenigstens eine Verbindung zwischen den untern Enden der beiden Röhr- chen offen ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigt :
Fig. 1 das Prinzip der Erfindung,
Fig. 2a-c verschiedene Weg-Durchfluss-Schaubilder,
Fig. 3a-c drei. verschiedene Betriebsstellungen einer Ventilanordnung, die bestimmt ist zur Verwendung beim Ausführen des Verfahrens nach der Erfindung,
Fig. 4 einen Querschnitt durch Fig. 3b und
Fig. 5-9 weitere Ventilanordnungsn.
In Fig. 1 wird eine Bahn 1 von Verpackungsmate- rial über eine Laufrolle 23 gezogen und mittels einer nichtgezeigten Vorrichtung in eine Röhre 2 umgewan- delt. Aus letzterer, die zum Teil mit Füllgut 7 gefüllt ist, werden durch spezielle Mittel 3 geschlossene Pakete 4 gebildet, die abgetrennt und weggenommen werden.
Das Füllgut wird durch Leitungen 22 einem Sterilisator 5 zugeführt. In letzterem wird das Füllgut, z. B. Milch, sterilisiert und durch eine Leitung 21 in das Füllröhrchen 6 geleitet, das im untern Teil der Röhre 2 endigt. Es soll nun immer eine bestimmte Menge von sterilem Füllgut 7 in der Röhre 2 vorhanden sein. Demgemäss besteht das von der Vorrichtung zu lösende Problem erstens im Erzeugen der Sterilität der Füll- mittel, zweitens im Beibehalten dieser Sterilität und drittens im Aufrechthaltsn eines konstanten Niveaus für den Spiegel 8 des Füllgutes 7. Zu diesem Zweck, ist in der Röhre 2 ein zweites Röhrchen 9 angeordnet, das wie das Füllröhrchen 6 im untern Teil der Röhre endigt.
Dieses zweite Röhrchen ist hier als Niveauröhrchen bezeichnet. Die untern Teile der beiden Röhrchen 6, 9 sind zweckmälSigerweise im Bereich der gestrichelten Linien 11 in Fig. 1 besonders geformt. Die beiden Röhrchen 6, 9 können miteinander so in Verbindung stehen, dass das Füllgut 7 im Röhrchen 9 um einen gewissen Betrag auf ein Niveau 10 ansteigt. Letzteres befindet sich nicht notwendigerweise auf denselben Höhe mit dem Füllgutniveau 8, da im Röhrchen 9 über dem Niveau 10 ein Innendruck aufrechtgehalten wird. Steigt das Füllgutniveau 8 in der Röhre 2, so hebt sich auch das Niveau 10.
Dadurch wird der Druck im Niveauröhrchen 9 erhöht, da letzteres einen begrenzten Raum über dem Niveau 10 bestimmt, und der Druck betätigt über die Leitung 17 und das offene Ventil 15 ein Druckwahrnehmungsmittel 18. Das Gerät 18 seinerseits betätigt ein drehmomenterzeugendes Glied 19, das über eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 20, 12 eine relative Anderung der Stellung der beiden Röhrchen 6, 9 zueinander bewirkt. In einer Alternativlösung kann ein drittes Mittel, z. B. eine Ventilspindel, in der Röhre 2 vorgesehen sein, die durch die Vorrichtung 20, 12 so betätigt wird. dass die Spindel eine gewünschte Lage in bezug auf d : ie beiden Röhrchen 6 und 9 einnimmt.
Muss die Verpackungsmaschine aus irgendeinem Grund stillgesetzt werden, so kann die gewünschte Keimfreiheit aufrechterhalten werden, indem die Zufuhr von Füllgut in die Röhre durch eine relative Stellungsänderung der beiden Röhrchen 6, 9 oder des genannten dritten Mittels unterbrochen wird. Gleich zeitig wird das Ventil 14 geöffnet und das Ventil 15 geschlossen, wodurch das Füllgut im Niveauröhrchen 9 ansteigen und durch die Leitungen 13 und 16 zurück in das Sterilisiergerät 5 fliessen kann. Somit wird das Füllgut wenigstens während einer kurzen Betriebsunter brechung vom Sterilisiergerät durch die beiden Röhrchen 6, 9 zurück in das Sterilisiergsrät 5 zirkulieren.
Dadurch werden das Einfüllröhrchen und das Niveau wahrnehmungselement, d. h. das Niveauröhrchen 9, während des ganzen Betriebsunterbruches im sterilen Zustand gehalten, so dass beim Wiederingangsetzen der Maschine keine Neusterilisation vorgenommen werden muss.
Beim Auftreten eines längeren Betriebsunterbruches oder Verlorengehens der Keimfreiheit aus irgendeinem Grund kann diese auf einfache Art und Weise wieder hergestellt werden, indem anstelle von Füllgut ein Sterilisiermittel, z. B. Dampf, eingelassen wird, wobei die Röhrchen in die Zirkulationsstellung gebracht werden und so die ganze Ausrüstung oder Anlage durch Zirkulation des Sterilisiermittels durch die beiden Röhrchen sterilisiert werden kann.
In Fig. 1 ist das Prinzip der Erfindung nur schematisch gezeigt. Im folgenden wird gezeigt, wie der untere Teil 11 der beiden Röhrchen 6, 9 ausgebildet sein kann.
Das Sterilisiergerät 5 die beiden Ventile 14 und 15, das Druckwahrnehmungsgerät 18 und die Steuer-und Drehmomentübertragungsglieder 19, 20 und 12 brauchen jedoch nicht näher beschrieben zu werden, da sie an sich bekannt sind.
Wie schon ausgesagt, sind die beiden Röhrchen so gestaltet, dass sie durch gegenseitiges Verschieben oder Verdrehen Ventilfunktionen ausüben, die mit den drei oberwähnten charakteristischen Betriebsstellungen korrespondieren. In den Fig. 2a-c stellen die durch die Kurven begrenzten schraffierten Flächenabschnitte rechts der Ordinatenachse die in die Röhre gelieferte Flüssigkeitsmenge und diejenigen zur Linken die durch das Niveaurohr 9 zurückfliessende bzw. zirkulierende Flüssigkeit dar.
Fig. 2a zeigt somit ein Weg-Durchflussschaubild, in dem S und O die beiden charakteristischen Betriebs- stellungen bezeichnen, in welchen das Ventil ganz geschlossen ist. d. h. wenn sich überhaupt keine Flüssigkeit in Bewegung befindet bzw. ganz offen ist, in welchem Fall eine maximale Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit in das Rohr 2, abgegeben wird. Zwischen diesen beiden Betriebsstellungen variiert die Flüssigkeitszufuhr gemäss dem Kurvenverlauf in der Zeichnung.
Die verschiedenen Stellungen werden erhalten durch gegenseitiges Verschieben oder Verdrehen der beiden Röhrchen. Die Stellungsänderung von S nach O kann somit z. B. durch Verschieben des Niveauröhrchens erzielt werden, während das Einfüllröhrchen stationär bleibt. Wird das Niveauröhrchen weiter verschoben, so nimmt die Flüssigkeitszufuhr in die Röhre ab und hört beim Erreichen der Stellung C ganz auf. In dieser Stellung, in der die Zirkulation eingeleitet wird, wird das Ventil 14 in Fig. 1 geöffnet, und die Flüssigkeit zirkuliert dann vom Sterilisiergerät durch das Füllröhrchen, durch die von den untern Röhrchenabschnit- ten bestimmte Ventilpartie und durch das Niveauröhrchen zurück in das Sterilisiergerät.
Natürlich könnte auch anstelle des Niveaus das Füllröhrchen verschiebbar sein, wobei dann ersteres stationär bleibt ; und ebenso kann anstelle einer Verschiebung eine Verdrehung der beiden Röhrchen in Betracht gezogen werden.
Ein gemäss dem Schaubild nach Fig. 2a. arbeitendes Ventil ist nun aber durch Charakteristika beeinträchtigt, die in den meisten Fällen als ernste Nachteile zu betrachten sind. Um in die Zirkulationsstellung C zu gelangen, muss, ausgehend von der Stellung S, zuerst die Stellung O erreicht werden, d. h. die Stellung, in der pro Zeiteinheit die grösste Flüssigkeitsmenge an die Röhre abgegeben wird. Es kann nun nicht vermieden werden, dass eine gewisse Flüssigkeitsmenge an die Röhre 2 abgegeben wird, was indessen nicht mehr wünschenswert ist. Ein gemäss dem Schaubild in Fig.
2b arbeitendes Ventil bildet daher eine Verbesserung in dieser Hinsicht. In F, ig. 2b stellen die beiden Stellungen O und C zwei Endstellungen dar, während die Stellung S zwischen diesen beiden liegt. Um aus der geschlossenen Stellung S in die Zirkulationsstellung C zu gelangen, ist man daher nicht mehr gezwungen, die ganz offene Stellung O zu durchlaufen, was & i gewissen Fällen zum Vorteil gereichen kann. Damit die genannte Zirkulation stattfinden kann, ist natürlich angenommen, dass das Ventil 14 geöffnet worden ist, was gleichzeitig mit der Verschiebung der beiden Röhr- chen in die Zirkulafionsstellunglgeschehhen kann.
Die in den meisten Fällen vorteilhafteste Ventilkonstruktion ist jedoch diejenige, die eine in Fig. 2c gazeigte Arbeitsweis,e. erlaubt. Zwischen der ganzgeschlossenen Ventilstellung S und der Zirkulationsstel- lung Cl-C2 des Ventils ist die Zufuhr von flüssigem Einfüllgut an die Umgebung, d. h. die Röhre, immer unterbrochen. Ferner ist die Menge an zirkulierendem Medium einstellbar, was durch die Kurve zwischen den Stellungen Cl-C2 dargestellt ist.
Fig. 3a-3c und 4 zeigen Formen der untern Abschnitte der beiden Röhrchen, mit welchen ein Durchflussdiagramm nach Fig. 2b erzielt werden kann. In diesem Falle dient das linke Röhrchen 30 zum Einfüllen, und das rechte Röhrchen 31 als Niveauröhrchen.
Die beiden Röhrchen weisen auf dem grössten Teil ihrer Länge einen halbzylindrischen Querschnitt auf.
Das Röhrchen 30, also das Einfüllröhrchen, weist in seinem untern Teil eine solche Form auf, dass es eine schräge Wand 32 und einen halben Kegelmantel 33 bildet, wobei erstere mit einer Stütze 34 versehen ist.
Das Füllröhrchen 30 hat eine erste Öffnung 35 zwischen der Schrägwand 32 und der flachen Röhrchenwand 38, und eine zweite Öffnung 36 zwischen dem Halbkegel- mantel 33 und der Schrägwand 32. Das Niveauröhrchen 31 ist in seinem untern Teil abgeschrägt, wobei der Neigungswinkel gleich den Winkeln ist, die die Schrägwand 32 und der Kegelmanbel mit der Symmetrieachse bilden. Im abgeschrägten Teil des Niveauröhr- chens 31 ist eine Offnung 39 vorgesehen. Ferner weist t dieses Röhrchen 31 auch eine Öffnung 40 in seiner flachen Wand 38 auf. Die Grösse dieser Öffnung 40 ist gleich derjenigen der ersten Öffnung 35 des Einfiillröhrchens 30.
Fig. 3a zeigt die Stellung, in der die Zufuhr von Füll- gut in die Röhre ganz frei ist, d. h. entsprechend der Stellung g O im Diagramm 2b. Die Flüssigkeit durchfliesst das Füllröhrchen 30 in Richtung der Pfeile und durch die Öffnungen 35, 36 in die umgebende Röhre.
Ferner steigt die Flüssigkeit im Niveauröhrchen 31 auf eine Höhe 41, die blestimmt ist durch den Flüssigkeitsspiegel in der Röhre und durch den Luftdruck über der Oberfläche 41, wie dies in bezug auf Fig. 1 dargelegt worden ist. Die Grösse der Öffnung 35 und daher auch die Menge an zugefügter Flüssigkeit wird gesteuert durch Fühlen des Druckes über dem Spiegel 41, welcher Druck durch Drehmoment-Übertragungsglieder auf die fruher erwähnte Art und Weise eine relative Stellungs änderung der beiden Röhrchen 30, 31 bewirkt. Wird z. B. das Niveauröhrchen 31 abwärtsverschoben, so wird der untere Teil 42 der Flachwand 38 des Röhr chiens 31 die Öffnung 35 wenigstens teilweise über- decken.
Eine solche Stellung entspricht einem Arbeitspunkt zwischen O und S im Diagramm 2b. In Fig. 3b ist die Stellung S erreicht worden. Der Teil 42 bedeckt dann ganz die Offnung 35, und daher stfeht das Füllröhrchen nicht mehr in Verbindung mit der Umgebung bzw. dem Niveauröhrchen 31. Dadurch, dass das Röhrchen 31 weiter abwärts versetzt wurde, wurde durch die Offnung 40 ein Verbindungsweg geöffnet zwischen n dem Niveauröhrchen und dem Füllröhrchen. Eine gewisse Flüssigkeitsmenge konnte noch in die Umgebung entweichen, aber der grösste zeitliche Flüssigkciitsabfluss in die Röhre wurde nicht erreicht. Stösst das Röhrchen 31 auf den Kegelmantel 33, so wird die Öffnung 36 vom Teil 42 ganz bedeckt.
Die Verbindung zwischen dem Füllröbrchen 30 und den Niveauröhrchen 31 ist jedoch vollständig frei, und durch Offnen des Ventils 14 in Fig. 1 kann die Flüssigkeit auf die angegebene Weise zirkulieren. Durch eine geeignete Konstruktion der Ventilpartien am Füll-und Niveauröhrchen sowie des Ventils 14, kann in allen gezeigten Konstruktionen eine Steuerung der zirkulierenden Flüssigkeitsmenge ge mäss, den Kurven links von der Ordinatenachse in den Diagramme 2a, 2b erhalten werden.
Die Vornichtung kann auch so variiert werden, dass sie gemäss Diagramm 2c operieren kann, indem der Teil 42 des rechten Röhrchens unterhalb der Öffnung 40 um eine gewisse Strecke entsprechend der axialen Länge der Öffnung 36 nach unten verlängert, und der Halbkegeimantel 33 mit einem Schlitz in seiner linken unteren Partie versehen wird, wobei dieser Schlitz eine solche Grösse aufweist, dal3 er die untere Verlängerung des Teils 42 aufnehmen kann.
Fig. 5 zeigt ain weiteres Beispiel einer Venftilpartie am Ende der Füll-und Niveauröhrchen. Das s Füllröhrchen 51 und das Niveauröhrchen 52 sind hier koaxial.
In dieser Figur ist auch die zu füllende Röhre 2 gezeigt.
Der untere Teil 53 des Niveauröhrchens weiist eine spezifische Form auf, und zwar aus Gründen der Strömungstechnik. Diese Ventilgesbaltung ermöglicht ebenfalls die Erreichung der drei charakteristischen Arbeits- stellungen. Die in Fig. 5 gezeigte Stellung entspricht der Stellung O in Fig. 2a. Durch Anheben des Niveauröhrchens bzw. Senken des Füllröhrchens legt sich die Gummipackung 56 dicht an das Niveauröhrchlen unge- fähr am Punkt 57, wobei die Stellung S erreicht ist, d. h. die Füllgutzufuhr ist ganz unterbrochen. Erfolgt die Verlagerung im entgegengesetzten Sinn, so legt sich der am Röhrchen 53 mittels Streben 55 befestigte Kegel 54 an die Gummipackung 56.
Dann ist'die Stellung C in Fig. 2a erreicht worden, und die Zirkulation kann einsetzen.
Ein weiteres Beispiel einer Ventilanordnung ist in Fig. 6 gezeigt und weist zwei koaxiale Röhrchen, nämlich ein Füllröhrchen 61 und ein Niveauröhrchen 62 auf. Diese Ventilanordnung arbeitet gemäss dem Diagramm 2b und ist in der gezeichneten Lage ganz offen.
Diese Anordnung ist sehr ähnlich der Anordnung nach Fig. 5 und weist eine Gummipackung 66, einen aus strömungsbechnischen Gründen besonders ausgebildeten Teil 63 und einen Kegel 64 auf, der hier jedoch mittels Streben 67 am Füllröhrchen befestigt ist, im Gegensatz zum Kegel 54 in Fig. 5. Im Füllröhrchen 61, koaxial mit und an diesem befestigt, ist eine Hülse 69 vorgesehen. In letzterer ist das Niveauröhrchen 62 beweglich und weist an seinem untern Teil eine Anzahl von Offnungen 68 auf.
Wie bereits erwähnt, arbeitet diese Ventilanordnung gemäss Diagramm 2b und nimmt in der gezeichneten Lage die Stellung O ein, d. h. die Verbindung mit der Umgebung ist ganz offen. Durch Senken des Röhr chens 62 wird die Offnung 60 und daher die Flüssig keitszufuhr an die Umgebung, d. h. in die Röhre 2, gedrosselt und dann ganz unterbrochen, wenn der unterste Teil des Röhrchens sich dichtend gegen die Gummipackung 66 legt. Dann ist die Stellung S im Diagramm 2b erreicht worden.
Bei fortgesetzter Relativbewegung wird der Durchlass 60 allmählich durch die Offnung 68 des Niveauröhrchens geöffnet. Gleichzeitig wird der Durchlass 65 zur Röhre 2 gedrosselt und dann ganz abgeschlossen, wenn das Niveauröhrchen sich gegen den Kegel 64 legt, was der Stellung C entspricht. Ist jetzt das Ventil 14 in Fig. 1 offen, so kann Flüssigkeit abwärts durch das Füllröhrchen 61 und durch die Offnungen 68 in das Röhrchen 62 und zurück in das SterilisiergerätTge- langen.
Fig. 7 zeigt eine Variante der Ventilanordnung nach Fig. 6, wobei der funktionelle Unterschied darin besteht, dass die Anordnung gemäss Diagramm 2c arbeiten kann.
In Fig. 7 korrespondiert die Einerstelle in den Bezugs- ziffern mit dem entsprechenden Detail in Fig. 6. Der grösste Unterschied zwischen den beiden Anordnungen beruht in der Gummipackung 76', die auf einen etwas kleineren Kegel 74 aufgezogen ist. Weiter ist die den Kegel 74 haltende Strebe 77 etwas länger. Ebenso wurden der Ring oder die Hülse 79 und der unt'ere Teil des Niveauröhrchens 72 verlängert.
Bei der Drosselung der Flüssigkeitszufuhr durch den Ubergang aus der ganz offenen Stellung O in die Stellung S zeigen die beiden Ventile keinen funktionellen Unterschied, siehe die Diagramme 2b und 2c. Beim Absenken des Röhrchens 72 gegen die Gummipackung 76 und darüber hinaus wird die Offnung 70 jedoch verschlossen und bleibt so, bis das Niveauröhrchen die untere ; Gummipackung 76'erreicht hat, womit ; die Stellung Ci im Diagramm 2c erreicht worden ist.
Jetzt wird das Ventil 14 geöffnet, und die Relatfiv- verschiebung des Niveauröhrchens fortgesetzt, wodurch die Offnungen 78 eine Verbindung zwischem dem Füll- und dem Niveauröhrchen herstellen. Die Menge von zirkulierender Flüssigkeit entspricht der Abszisse der untern Kurve im Diagramm 2c ; es wird die maximale zirkulierende Flüssigkeitsmenge, oder im Falle der Reinigung der Maschine Sterilisationsmittelmenge, pro Zeiteinheit erhalten, da die Offnung 78 sich zwischen dem unteren Rand des Niveauröhrchens, 72 und der Gummipackung 76 befinden, d. h. die Stellung C2 im Diagramm erreicht worden ist.
Ein Erfondernis der aseptischen Verpackung ist, dass alle Elemente, die direkt oder indirekt mit dem Einfüllgut in Berührung kommen können, ganz steril sind. Um diese Sterilität zu erzielen, ist es wünschenswert, dass alle Elemente leicht zu reinigen sind. So zeigt Fig. 8 ein Ventil, das zwecks Reinigung leicht auseinandergenommen werden kann.
Ahnlich den früher angeführten Ventilanordnungen besteht diejenige nach Fig. 8 aus einem Füllröhrohen 81 und einem, zu diesem koaxialen Niveauröhrchen 82.
Weiter sind zwei dem Niveauröhrchen zugeordnete
Gummipackungen 86, 86'verbunden. Die obere Pak- kung 86 ist fest auf dem Niveauröihrchen 82, und die untere Packung 86'fesb auf einer von diesem Röhrchen abnehmbaren Platte 87 montiert. Die Verbindung zwischen letzterer und dem Niveauröhrchen 82 weist einen rohrartigen, mit Offnungen 88 versehenen Teil 84 auf. Letzterer ist mittels, einer U-förmigen Feder (siehe Fig. 8a) am Röhrchen 82 befestigt, deren Ankerzapfen in die Offnung 85 eingesetzt sind.
Diese Ventilanordnung arbeitet gemäss Diagramm 2b und hat gemäss Fig. 8 die Stellung S im Diagramm eingenommen. Die Stellung O wird erreicht durch Anheben des Einfiillröhrchens 81 oder Senken des Niveauröhrchens 82. Die Stellung C jedoch wird erreicht durch Senken des Einfüll-bzw. Anheben des Niveauröhrchens, so dass die untere Gummipackung 86 in Funktion tritt, wobei der einwärtspringende Teil 83 des Füllröhrchens sich gegen die Packung legt. Die Verbindung zwischen Füll-und Niveauröhrchen wird dann durch die Off- nung 88 hergestellt.
Fig. 9 endlich zeigt, wie die beiden Röhrchen 92, 91 mit einem dritten Mittel, nämlich einer Ventil- spindel kombiniert werden können, im Gegensatz zu den andern Beispielen mit koaxialen Röhrchen. Das innere Röhrchen 91 ist das Füll-, und das äussere Röhrchen das Niveauröhrchen. Im Füllröhrchen hängt eine Ventilspindel 97, deren unterer Teil bei 98'glocken- förmig ausgebildet ist und eine Gummipackung 96 trägt.
Das Füllröhrchen 91 ist an seinem untern Ende 93 ausgeweitet und durch Streben 96 starr mit einem Kegel 94 verbunden. Die drei Mittel, d. h. das Füll-, das Niveauröhrchen und die Ventilspindel, sind gegenseitig beweglich. Aus Gründen der Vereinfachung ist es jedoch von Vorteil, das Füllröhrchen 91 mit dem Kegel 94 als stationär anzunehmen, die andern Glieder dagegen in bezug auf diese beiden Organe als beweglich.
In der gezeichneten Stellung ist'die Verbindung 99 zwischen dem Füllröhrchen und der Umgebung (d. h. der Röhre 2) ganz offen, d. h. es ist die Stellung O im Diagramm 2c gezeigt. Durch Anheben der Ventilspindel 97 wird diese Verbindungsstelle verengt und ganz unterbrochen, wenn sich die Gummipackung gegen den Unterteil 93 des Füllröhrchens legt, wobei die Stellung der Dichtung 96'eingezeichnet ist. Dann ist die Position S im Diagramm erreicht. Das Niveauröhrchen 92 wird jetzt gegen den Kegel 94 abgesenkt, und wenn die Stellung 92'eingenommen worden ist, ist die Stellung Ci im Diagramm erreicht.
Jetzt wird das Zirkulationsventil 14 geöffnet und die Ventilspindel wieder gesenkt, wobei diese Bewegung der Kurve zwischen Ci und Cg im Diagramm 2c entspricht. Hat sich die Ventilspindel auf den Kegel 94 gesenkt, so zirkuliert die maximale Menge von Füllflüssigkeit oder Sterilisiermittel durch das System, d. h. es ist die Zirkulationsstellung C2 erreicht worden.
Das Beispiel nach Fig. 9 ermöglicht verschiedene Kombinationen zum Offnen und Schliessen der Verbin- dungen zwischen Füll-und Niveauröhrchen und der Röhre. Die Punkte S, O und C sind daher nicht in irgendeiner bestimmten Ordnung gebunden, wie dies, in den Diagrammen gezeigt ist. So weist eine in drei ver schiedene Teile geteilte Anordnung Probleme auf, die in der Praxis schwer zu lösen sind, im Vergleich mit einer Anordnung aus nur zwei Teilen.
Die Vorrichtung kann auf mannigfache Art und Weise variiert werden. So können z. B. Mittel vorgesehen sein, um die beiden Ventile 14, 15 automatisch zu öffnen und zu schliessen ; und ebenso können ver schiedene Variationen der Ventilanordnungen vorgesehen werden.
Method and device for creating and maintaining asepsis when filling packaging and when checking the level of the contents
The present invention relates to a method for creating and maintaining the asepsis when filling packages and when controlling the level of the contents in packaging machines in which a web-like packaging material is formed into a tube, filled to a certain level with a liquid contents, and in closed ones Packages is divided. The invention also includes a device for carrying out the method.
When packaging, especially products that are susceptible to bacteria, such as B. milk, there is a growing tendency to strive for as absolute sterility as possible. A number of related methods have been proposed. Likewise, procedures for the aseptic control of the level of the filling material within the tube have already been proposed which, for. B. provide the arrangement of a float in the lower part of the filling tube. However, this control has been found to be unsuitable and the procedure has also created great difficulty in maintaining asepsis.
After an interruption in operation, the machine has to be re-sterilized each time, which is of course a major disadvantage due to the considerable length of time during which the system cannot be used.
One possible solution is to use the filling material z. B. subject to continuous circulation from and to a Sterili siergerät during an interruption in operation. In this context, attempts have already been made to solve the problem by keeping a valve outside the tube sterile by means of a circulation method by using a second Ste rilisabionsmedium, z. B. sterile air, passed from the external valve through the filling tube. In this case you have to work with two sterilizing media, which of course complicates the process and makes it more susceptible to malfunctions, which in turn affects and calls into question the asepsis.
The valve mentioned could only release and interrupt the supply of filling material, while the level control was carried out within a restricted operating area by a loose float on the surface of the filling material.
In order to overcome these disadvantages, the present invention provides a method for creating and maintaining asepsis, which is characterized by feeding the liquid filling material through a filling tube arranged in the tube which is movable with respect to a second tube and venous means arranged in the tube , wherein the blocking of the supply of the liquid filling material atn the tube is effected in at least one of the relative positions of the tube and the valve means and then liquid filling material or Sberilisierungsmittel is passed from the filling tube through the second tube.
The device for carrying out the above-mentioned method is characterized by a filling tube for optionally supplying filling material into the tube or a sterilizing agent to means located in the tube, and a second tube for carrying away the sterilizing agent, and in the event that the entry of the liquid filling agent temporarily locked in the tube, to return the sterile filling material to the sterilizing device, furthermore by a valve arrangement provided on parts of the tube immersed in the tube, which has at least three working positions depending on the mutual position of the two tubes, namely a closed position , in which the filling tube is completely closed at its lower end,
an open position. in which connections between the two tubes and the tube are open, and a circulation position in which the connection with the tube is interrupted, while at least one connection between the lower ends of the two tubes is open.
Embodiments of the invention are illustrated in the drawing, namely shows:
1 shows the principle of the invention,
2a-c different path-flow diagrams,
Figures 3a-c three. various operating positions of a valve arrangement which is intended for use in carrying out the method according to the invention,
4 shows a cross section through FIGS. 3b and
Fig. 5-9 further valve arrangements.
In FIG. 1, a web 1 of packaging material is drawn over a roller 23 and converted into a tube 2 by means of a device (not shown). From the latter, which is partially filled with filling material 7, closed packages 4 are formed by special means 3, which are separated and removed.
The filling material is fed to a sterilizer 5 through lines 22. In the latter, the filling material, for. B. milk, sterilized and passed through a line 21 into the filling tube 6, which ends in the lower part of the tube 2. A certain amount of sterile filling material 7 should now always be present in the tube 2. Accordingly, the problem to be solved by the device consists firstly in creating the sterility of the filler, secondly in maintaining this sterility and thirdly in maintaining a constant level for the level 8 of the filling material 7. For this purpose, there is a second in the tube 2 Tube 9 arranged, which ends like the filling tube 6 in the lower part of the tube.
This second tube is referred to here as the level tube. The lower parts of the two tubes 6, 9 are expediently specially shaped in the area of the dashed lines 11 in FIG. The two tubes 6, 9 can be connected to one another in such a way that the filling material 7 in the tube 9 rises to a level 10 by a certain amount. The latter is not necessarily at the same height as the filling material level 8, since an internal pressure is maintained in the tube 9 above the level 10. If the product level 8 in the tube 2 rises, the level 10 also rises.
This increases the pressure in the level tube 9, since the latter determines a limited space above the level 10, and the pressure actuates a pressure sensing means 18 via the line 17 and the open valve 15. The device 18 in turn actuates a torque-generating member 19, which via a Torque transmission device 20, 12 causes a relative change in the position of the two tubes 6, 9 to one another. In an alternative solution, a third agent, e.g. B. a valve spindle may be provided in the tube 2, which is actuated by the device 20, 12 so. that the spindle assumes a desired position in relation to the two tubes 6 and 9.
If the packaging machine has to be shut down for any reason, the desired sterility can be maintained by interrupting the supply of filling material into the tube by changing the relative position of the two tubes 6, 9 or said third means. At the same time, the valve 14 is opened and the valve 15 is closed, as a result of which the filling material in the level tube 9 can rise and flow back into the sterilizer 5 through the lines 13 and 16. Thus, the filling material will circulate back into the sterilization device 5 through the two tubes 6, 9 at least during a brief interruption in operation.
This makes the filling tube and the level perceptual element, i.e. H. the level tube 9, kept in the sterile state during the entire interruption of operation, so that no re-sterilization has to be carried out when the machine is restarted.
If a longer interruption in operation occurs or the sterility is lost for any reason, this can be restored in a simple manner by using a sterilant, e.g. B. steam, is admitted, the tubes are brought into the circulation position and so the entire equipment or system can be sterilized by circulating the sterilant through the two tubes.
In Fig. 1, the principle of the invention is shown only schematically. The following shows how the lower part 11 of the two tubes 6, 9 can be designed.
The sterilization device 5, the two valves 14 and 15, the pressure sensing device 18 and the control and torque transmission elements 19, 20 and 12 do not need to be described in more detail, however, since they are known per se.
As already stated, the two tubes are designed in such a way that, by mutual displacement or rotation, they exert valve functions that correspond to the three characteristic operating positions mentioned above. In FIGS. 2a-c, the hatched surface sections delimited by the curves to the right of the ordinate axis represent the amount of liquid delivered into the tube and those to the left represent the liquid flowing back or circulating through the level tube 9.
2a shows a path / flow diagram in which S and O designate the two characteristic operating positions in which the valve is completely closed. d. H. if there is no liquid in motion at all or is completely open, in which case a maximum amount of liquid per unit of time is dispensed into the tube 2. The liquid supply varies between these two operating positions according to the curve in the drawing.
The different positions are obtained by moving or rotating the two tubes. The change in position from S to O can thus z. B. can be achieved by moving the level tube, while the filling tube remains stationary. If the level tube is moved further, the liquid supply into the tube decreases and stops completely when position C is reached. In this position, in which the circulation is initiated, the valve 14 in FIG. 1 is opened, and the liquid then circulates from the sterilizer through the filling tube, through the valve section determined by the lower tube sections and through the level tube back into the sterilizer .
Of course, the filling tube could also be displaceable instead of the level, in which case the former remains stationary; and a twisting of the two tubes can also be considered instead of a displacement.
A according to the diagram of FIG. 2a. however, the working valve is now impaired by characteristics which in most cases are to be regarded as serious disadvantages. In order to get to the circulation position C, starting from the position S, the position O must first be reached, i.e. H. the position in which the largest amount of liquid is delivered to the tube per unit of time. It can now not be avoided that a certain amount of liquid is delivered to the tube 2, which, however, is no longer desirable. According to the diagram in Fig.
2b operating valve is therefore an improvement in this regard. In F, ig. 2b, the two positions O and C represent two end positions, while the position S lies between these two. In order to get from the closed position S to the circulation position C, one is therefore no longer forced to go through the completely open position O, which can be advantageous in certain cases. So that the mentioned circulation can take place, it is of course assumed that the valve 14 has been opened, which can happen simultaneously with the displacement of the two tubes into the circulation position.
In most cases, however, the most advantageous valve construction is the one that uses a procedure shown in FIG. 2c, e. allowed. Between the fully closed valve position S and the circulation position Cl-C2 of the valve, the supply of liquid filling material to the environment, ie. H. the tube, always interrupted. Furthermore, the amount of circulating medium can be adjusted, which is shown by the curve between the positions C1-C2.
3a-3c and 4 show shapes of the lower sections of the two tubes with which a flow diagram according to Fig. 2b can be achieved. In this case, the left tube 30 is used for filling and the right tube 31 as a level tube.
The two tubes have a semi-cylindrical cross-section over most of their length.
The tube 30, that is to say the filling tube, has such a shape in its lower part that it forms an inclined wall 32 and a half-conical jacket 33, the former being provided with a support 34.
The filling tube 30 has a first opening 35 between the sloping wall 32 and the flat tube wall 38, and a second opening 36 between the hemispherical jacket 33 and the sloping wall 32. The level tube 31 is sloped in its lower part, the angle of inclination equal to the angles which form the inclined wall 32 and the cone manbel with the axis of symmetry. An opening 39 is provided in the beveled part of the level tube 31. Furthermore, this tube 31 also has an opening 40 in its flat wall 38. The size of this opening 40 is equal to that of the first opening 35 of the filler tube 30.
Fig. 3a shows the position in which the supply of filling material into the tube is completely free, ie. H. corresponding to position g O in diagram 2b. The liquid flows through the filling tube 30 in the direction of the arrows and through the openings 35, 36 into the surrounding tube.
Furthermore, the liquid in the level tube 31 rises to a height 41 which is determined by the liquid level in the tube and by the air pressure above the surface 41, as has been explained with reference to FIG. The size of the opening 35 and therefore also the amount of added liquid is controlled by sensing the pressure above the mirror 41, which pressure causes a relative change in the position of the two tubes 30, 31 through torque transmission members in the manner previously mentioned. Is z. If, for example, the level tube 31 is moved downwards, the lower part 42 of the flat wall 38 of the tube chiens 31 will at least partially cover the opening 35.
Such a position corresponds to an operating point between O and S in diagram 2b. In Fig. 3b, the position S has been reached. The part 42 then completely covers the opening 35, and therefore the filling tube is no longer in connection with the environment or the level tube 31. Because the tube 31 was moved further downwards, a connection path was opened through the opening 40 between the two Level tube and the filling tube. A certain amount of liquid was still able to escape into the environment, but the greatest temporal flow of liquid into the tube was not achieved. If the tube 31 hits the cone jacket 33, the opening 36 is completely covered by the part 42.
The connection between the filling tube 30 and the level tube 31 is, however, completely free, and by opening the valve 14 in FIG. 1 the liquid can circulate in the manner indicated. With a suitable construction of the valve parts on the filling and level tube and of the valve 14, control of the circulating liquid quantity can be obtained in all constructions shown according to the curves to the left of the ordinate axis in diagrams 2a, 2b.
The Vornichtung can also be varied so that it can operate according to diagram 2c by extending the part 42 of the right tube below the opening 40 by a certain distance corresponding to the axial length of the opening 36, and the half-cone jacket 33 with a slot in its lower left part is provided, this slot being of such a size that it can accommodate the lower extension of the part 42.
5 shows a further example of a valve section at the end of the filling and leveling tubes. The filling tube 51 and the level tube 52 are coaxial here.
In this figure, the tube 2 to be filled is also shown.
The lower part 53 of the level tube has a specific shape, for reasons of flow technology. This valve configuration also enables the three characteristic working positions to be achieved. The position shown in Fig. 5 corresponds to the position O in Fig. 2a. By raising the level tube or lowering the filling tube, the rubber packing 56 lies close to the level tube at approximately point 57, the position S being reached, ie. H. the product supply is completely interrupted. If the displacement takes place in the opposite direction, the cone 54 attached to the tube 53 by means of struts 55 rests against the rubber packing 56.
Position C in FIG. 2a has then been reached and circulation can begin.
Another example of a valve arrangement is shown in FIG. 6 and has two coaxial tubes, namely a filling tube 61 and a level tube 62. This valve arrangement works according to diagram 2b and is completely open in the position shown.
This arrangement is very similar to the arrangement according to FIG. 5 and has a rubber packing 66, a part 63 specially designed for fluidic reasons, and a cone 64, which, however, is attached to the filling tube by means of struts 67, in contrast to the cone 54 in FIG. 5. A sleeve 69 is provided in the filling tube 61, coaxially with and attached to it. In the latter, the level tube 62 is movable and has a number of openings 68 on its lower part.
As already mentioned, this valve arrangement works according to diagram 2b and assumes the position O in the position shown, i.e. H. the connection with the environment is completely open. By lowering the tube 62, the opening 60 and therefore the liquid supply to the environment, i. H. into the tube 2, throttled and then completely interrupted when the lowest part of the tube lies against the rubber packing 66 in a sealing manner. Then the position S in diagram 2b has been reached.
With continued relative movement, the passage 60 is gradually opened through the opening 68 of the level tube. At the same time, the passage 65 to the tube 2 is throttled and then completely closed when the level tube lies against the cone 64, which corresponds to position C. If the valve 14 in FIG. 1 is now open, then liquid can pass downwards through the filling tube 61 and through the openings 68 into the tube 62 and back into the sterilizer T.
FIG. 7 shows a variant of the valve arrangement according to FIG. 6, the functional difference being that the arrangement can work according to diagram 2c.
In FIG. 7, the units position in the reference numbers corresponds to the corresponding detail in FIG. 6. The greatest difference between the two arrangements is based on the rubber packing 76 ′, which is drawn onto a somewhat smaller cone 74. Furthermore, the strut 77 holding the cone 74 is somewhat longer. The ring or sleeve 79 and the lower part of the level tube 72 have also been lengthened.
When the liquid supply is throttled by the transition from the completely open position O to the position S, the two valves show no functional difference, see diagrams 2b and 2c. When lowering the tube 72 against the rubber packing 76 and beyond, the opening 70 is closed and remains so until the level tube the lower; Rubber packing has reached 76 ', with which; the position Ci in diagram 2c has been reached.
The valve 14 is now opened and the relative displacement of the level tube is continued, as a result of which the openings 78 establish a connection between the filling and the level tube. The amount of circulating liquid corresponds to the abscissa of the lower curve in diagram 2c; the maximum amount of circulating liquid, or in the case of cleaning the machine, the amount of sterilant, per unit of time is obtained, since the opening 78 is between the lower edge of the level tube 72 and the rubber packing 76, i.e. H. position C2 in the diagram has been reached.
A requirement of aseptic packaging is that all elements that can come into direct or indirect contact with the contents are completely sterile. To achieve this sterility it is desirable that all elements be easy to clean. Thus, Fig. 8 shows a valve that can be easily disassembled for cleaning.
Similar to the valve arrangements mentioned earlier, the one according to FIG. 8 consists of a filling tube 81 and a level tube 82 coaxial therewith.
There are also two associated with the level tube
Rubber packings 86, 86 'connected. The upper package 86 is fixedly mounted on the level tube 82, and the lower package 86 ′ is mounted on a plate 87 which can be removed from this tube. The connection between the latter and the level tube 82 has a tubular part 84 provided with openings 88. The latter is fastened to the tube 82 by means of a U-shaped spring (see FIG. 8 a), the anchor pins of which are inserted into the opening 85.
This valve arrangement works according to diagram 2b and has assumed position S in the diagram according to FIG. 8. The position O is reached by raising the filling tube 81 or lowering the level tube 82. The position C, however, is reached by lowering the filling or filling tube. Lifting the level tube so that the lower rubber packing 86 comes into operation, the inwardly projecting part 83 of the filling tube lying against the packing. The connection between the filling and level tubes is then established through the opening 88.
Finally, FIG. 9 shows how the two tubes 92, 91 can be combined with a third means, namely a valve spindle, in contrast to the other examples with coaxial tubes. The inner tube 91 is the filling tube and the outer tube is the level tube. A valve spindle 97 hangs in the filling tube, the lower part of which is bell-shaped at 98 ′ and carries a rubber packing 96.
The filling tube 91 is widened at its lower end 93 and is rigidly connected to a cone 94 by struts 96. The three means, i.e. H. the filling tube, the level tube and the valve spindle are mutually movable. For the sake of simplicity, however, it is advantageous to assume the filling tube 91 with the cone 94 as stationary, while the other links are movable with respect to these two organs.
In the position shown, the connection 99 between the filling tube and the environment (i.e. the tube 2) is completely open, i.e. H. position O is shown in diagram 2c. By lifting the valve spindle 97, this connection point is narrowed and completely interrupted when the rubber packing rests against the lower part 93 of the filling tube, the position of the seal 96 'being shown. Then position S in the diagram is reached. The level tube 92 is now lowered against the cone 94, and when the position 92 'has been assumed, the position Ci in the diagram is reached.
Now the circulation valve 14 is opened and the valve spindle is lowered again, this movement corresponding to the curve between Ci and Cg in diagram 2c. When the valve stem has lowered onto the cone 94, the maximum amount of fill fluid or sterilant is circulating through the system, i. H. the circulation position C2 has been reached.
The example according to FIG. 9 enables various combinations for opening and closing the connections between the filling and level tubes and the tube. The points S, O and C are therefore not bound in any particular order, as shown in the diagrams. Thus, an arrangement divided into three different parts has problems which are difficult to solve in practice, in comparison with an arrangement consisting of only two parts.
The device can be varied in many ways. So z. B. Means may be provided to automatically open and close the two valves 14, 15; and various variations in valve arrangements can also be provided.