-
Stand der
Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sterilisation von zylindrischen
Behältnissen,
ausgehend von den gattungsgemäßen Merkmalen
des Hauptanspruchs.
-
Es
ist hinlänglich
bekannt, zur Beseitigung von schädlichen
Mikroorganismen oder Keimen in Behältnissen in der Medizin oder
der Lebensmitteltechnologie, z.B. bei Ampullen, Schnappdeckelgläser, Septengläser oder
sog. Vials bzw. sonstiger sog. Parenteralia-Verpackungen physikalische
oder chemische Verfahren einzusetzen.
-
Für sich gesehen
ist es außerdem
bekannt, dass eine Sterilisation mittels der Einwirkung trockener
Hitze, mittels Wasserdampf, mittels Chemikalien, wie Peressigsäure oder
Wasserstoffperoxid in der Dampfphase oder mit gasförmigem Ethylenoxid durchführbar ist.
Außerdem
gibt es Verfahren, die zur Entkeimung UV-, Beta- oder Gamma-Strahlung benutzen.
-
Für den Einsatz
in der Medizin ist die Sterilisation, also lediglich die Abreicherung
keimfähiger Organismen,
nicht hinreichend. Hier muss darüber hinaus
sichergestellt werden, dass entzündlich
wirkende Restbestandteile der abgetöteten Keime entfernt, mindestens
aber in ihrer pyrogenen Wirkung dauerhaft inaktiviert werden.
-
Besonders
trifft dies für
Endotoxine, vor allem die sog. Lipopolysaccharide der Gram-negativen Bakterien
zu, die sich außen
auf der Zellwand befinden und, wenn sie in den Blutkreislauf gelangen,
Abwehrreaktionen hervorrufen können.
Die Forderung nach einer ausreichenden Endotoxin-Abreicherung wird zur Zeit nur über Hitzeeinwirkung
bei mind. 250° Behältertemperatur
erreicht.
-
Die
vorgenannten Verfahren haben jedoch insbesondere dadurch Nachteile,
dass die Hitzeeinwirkung erfordert, dass die zu behandelnden Geräte aus temperaturstabilen
Werkstoffen, wie z.B. Stahl, Keramik oder Glas, hergestellt sein
müssen.
Darüber hinaus
muss der Hitzebehandlung gerade im Bereich der Abfüllung von
Parenteralia eine aufwendige Kühlung
folgen, die Energie, Platz und Investment erfordert, um bei Raumtemperatur
temperaturempfindliche Wirkstoffe abfüllen zu können.
-
Der
sogenannte Sterrad-Plasmaprozess erfordert einen hohen Zeitbedarf
und den Einsatz einer aggressiven Chemikalie, wie z.B. Wasserstoffperoxid oder
Peressigsäure,
die vor der weiteren Verwendung der Geräte restlos beseitigt werden
müssen. Darüber hinaus
sind spezielle Vorrichtungen notwendig, um bei Hohlkörpern eine
ausreichende Keim- und
Endotoxinabreicherung auch im Inneren der Hohlkörper sicherzustellen. Darüber hinaus
hat der Sterradprozess den Nachteil nicht ausreichend entpyrogenisierend
zu wir ken. Die sterilisierende Wirkung wird beim Sterrad-Verfahren auch nicht
durch das Plasma, sondern durch die Chemikalie erreicht. Das Plasma
wird nur genutzt, um Reste dieser Chemikalie effizient zu inaktivieren.
-
Zur Überwindung
mindestens einiger dieser Nachteile ist beispielsweise in der
DE 101 38 938 A1 ein
Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine Anregung
einer elektromagnetischen Schwingung derart durchgeführt wird,
dass ein Plasma in einem Vakuum in der Nähe der zu sterilisierenden
Bereiche des Behältnisses
bewirkbar ist. Hierzu werden die zu sterilisierenden Bereiche des
Behältnisses
zwischen dem Einschleusen und dem Ausschleusen in der Kammer durch
Bewegung des Behältnisses
und/oder der schwingungserzeugenden Vorrichtung für eine oder
mehrere vorgegebene Zeiträume
derart an die schwingungserzeugenden Vorrichtung angenähert, dass
in diesen Bereichen innen und außen am Behältnis ein Plasma angeregt wird. Durch
ständige
Rotation der Behältnisse
im Plasma wird hierbei eine allseitige Sterilisation bzw. Entpyrogenisierung
einschließlich
der Halterungselemente erreicht.
-
Um
die hohen Anforderungen nach Keimfreiheit auch bei komplexen Abfülllinien
mit einer hohen Prozesssicherheit gewährleisten zu können sind hierzu
alle Verfahrensschritte und Vorrichtungsmerkmale hinsichtlich des
Aufwandes zu optimieren.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Eine
Vorrichtung zur Sterilisation von zylindrischen Behältnissen,
bei der in einer Kammer eine Plasmabehandlung durch Anregung einer
elektromagnetischen Schwingung derart durchführbar ist, dass das Plasma
in einem Vakuum in der Nähe
der zu sterilisierenden Bereiche des Behältnisses angeregt wird, wird
erfindungsgemäß dadurch
fortgebildet, dass in der Kammer eine Transportvorrichtung vorhanden
ist, die eine im wesentlichen rotierende Bewegung des Behältnisses
während
des Transports von der Einschleusung zur Ausschleusung in der Kammer
bewirkt und bei der die Transportvorrichtung einen Rahmen oder Raster
für die
zylindrischen Behältnisse
aufweist, mit dem eine allseitige Sterilisierung der Behältnisse
und der Transportvorrichtung in vorteilhafter Weise durchführbar ist.
-
Beim
eingangs erwähnten
Stand der Technik wird bei den zu sterilisierenden Behältnissen überwiegend
entweder von einem Setzgut oder von einem kontinuierlichen Bestückungsbetrieb
ausgegangen, wobei bei einem Setzgut-Betrieb die Behältnisse während der Plasmabehandlung
statisch sind, d.h. nicht bewegt werden. Dies hat den Nachteil, dass
die Kontaktstellen untereinander oder zwischen Behältnis und
Halterung nicht getrennt werden. Wegen der beschränkten Spaltgängigkeit
der üblichen Sterilisationsmedien,
z.B. Wasserstoffperoxid-Dampf, ist hier mit den bekannten Methoden
eine vollständige
Abreicherung biologischer Kontaminantien nicht möglich.
-
Beim
kontinuierlichen Betrieb ergibt sich die Notwendigkeit einer Schleusentechnik
mit Ausbringungen von bis zu 600 Behältnisse pro Minute, bei der
die Verfahrens- und die Pumpzeiten der Schleuse für die einzuschleusende
Zahl an Behältnissen
Berücksichtigung
finden muss. Soweit die Plasmaprozesse im Vakuum stattfinden müssen, ist
dies eine hohe Herausforderung an die Pumpentechnik und die Schleusenaktorik,
da zum Transfer der Behältnisse
eine Doppelkammerschleuse genutzt werden kann um gleichzeitig einzuschleusen,
bzw. die gefüllte
zweite Schleuse abzupumpen. Diese Parallelisierung erfordert aber
einen erheblichen technischen Aufwand. Die Abdichtung des Systems
beim Verfahren mit den beiden Schleusenkammern erfordert eine dynamische
Abdichtung gegenüber
der Prozesskammer, um Druck- und Gaszusammensetzungseinflüsse durch
die Schleusung zu verhindern.
-
Die
Erfindung nutzt insbesondere den Betrieb im Setzgut, d.h. die Behältnisse
werden bei geöffneter
Plasmakammer transferiert und nach Abschluss des Transfers wird
die Kammertüre
geschlossen und das Kammervolumen abgepumpt bis das für den Prozess
optimale Vakuum erreicht worden ist. Während der Plasmasterilisation
der Behältnisse
und der Halterungselemente bzw. der Transportvorrichtung werden
auch die Kammerwände ebenfalls
sterilisiert, so dass nach dem Prozess der gesamte Innenraum der
Prozesskammer steril ist. Dann kann eine Kammertüre zur Füllmaschine geöffnet werden
kann, ohne dass eine Rekontamination der Behältnisse oder der Füllmaschine
erfolgen wird.
-
Um
sicher zu stellen, dass die Behältnisse und
Halterungselemente allseitig sterilisiert werden, auch an den Kontaktstellen,
ist eine Bewegung der Behältnisse
während
des Prozesses unabdingbar. Diese wird gemäß der Erfindung in besonders
vorteilhafter Weise entweder unter Ausnutzung der Gravitation oder
durch eine erzwungene Linearbewegung eingeleitet, die zu einem Abrollen
der zylindersymmetrischen Behältnisse
führt.
Im Falle der Bewegungseinleitung durch Gravitation wird die gesamte Kammer
um einen bestimmten Winkel gekippt, was zuverlässig dazu führt, dass alle Behältnisse
um ihre Längsachse
abrollen.
-
Damit
die Behältnisse
nicht aneinander schlagen oder reiben, was kosmetischen Defekte
zur Folge haben könnte,
sind diese auf einer Fläche
liegend in Fächern
in einem Rahmen oder Raster angeordnet. Die Fächer sind dabei so gestaltet,
dass sie eine Drehbarkeit z.B. der Vials als Behältnisse ohne Verklemmen zwischen
den Fächerwänden zulassen. Im
Falle der Linearbewegung wird der oben beschriebene Rahmen linear
bewegt, was ebenfalls zu einem Abrollen der zylindersymmetrischen
Behältnisse führt. In
beiden Fällen
sind Abrollen in einer Richtung oder Abrollen erst in die eine,
dann in die andere Richtung möglich.
-
Das
Plasma kann durch die Auflagefläche der
Behältnisse
hindurch angeregt werden; dazu muss die Fläche aus einem hochfrequenztransparenten
Material, z.B. Glas oder Teflon gefertigt sein. Diese Fläche bildet
den Kammerboden und ist gegen die Kammerwände abgedichtet. Durch ein
direktes Aufliegen der Behältnisse
auf der Plasmaquelle ist in einer vorteilhaften Ausführung der
Erfindung eine maximale elektromagnetische Felddichte im Inneren der
Behältnisse
sichergestellt, wodurch die Effizienz des Verfahrens gewährleistet
werden kann. Zudem ist die Auflagefläche vorzugsweise mit Kühlflächen von
außen
kühlbar,
wodurch die Temperaturbelastung der Behältnisse begrenzt werden kann.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
ist eine zweite flächig
wirkende Plasmaquelle oberhalb der zu behandelnden Behältnisse angeordnet,
so dass die Behälteroberseite,
die Rahmenoberseite und die Kammerwände auch dem Sterilisationsprozess
ausgesetzt sind. Diese zweite Plasmaquelle ist wiederum flächig ausgebildet
und gegen die Kammerwände
abgedichtet und stellt damit eine Kammerdecke dar. Vorteilhaft kann
diese zweite Plasmaquelle auch höhenverstellbar
sein, um zum Beispiel an unterschiedliche Behälterdurchmesser anpassbar zu
sein.
-
Diese
Verstellbarkeit kann zusätzlich
auch für
Wartungszwecke und zum Einbringen des Rahmens genutzt werden.
-
Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Zeichnung
-
Ausführungsbeispiele
von Vorrichtungen Sterilisation von zylindrischen Behältnissen
werden anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
-
1a und 1b jeweils
eine schematische Ansicht einer kippbaren Kammer mit einer angedeuteten
Transportvorrichtung zum Durchschleusen von zu sterilisierenden
Behältnissen,
wobei in der Kammer mit einer Plasmaquelle ein Plasma angeregt wird,
-
2 einen
Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung mit einer Kammer mit zwei Plasmaquellen und einem
Rahmen oder Raster als Transportvorrichtung für die Behältnisse,
-
3 einen
detaillierten Schnitt durch eine Transportvorrichtung mit am Rahmen
oder Raster angebrachten Stiften,
-
4 eine
Ansicht auf ein Ausführungsbeispiel
eines Rahmens für
die Behältnisse
und
-
5 und 6 einen
Schnitt und eine Detailansicht auf ein mit dem Rahmen nach der 4 transportiertes
Behältnis.
-
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
In 1a und 1b ist
schematisch eine Kammer 1 mit einer Plasmaquelle 2 gezeigt,
durch die zu sterilisierende Behältnisse 3 geschleust
werden. In der Ansicht nach der 1a liegen
die Behältnisse 2 auf
einer horizontalen Ebene; in der Ansicht nach der 1b werden
die Behältnisse 3 durch
Kippen der Kammer 1 zu einer rotierenden Bewegung veranlasst.
-
Aus 2 ist
ein spezielleres Ausführungsbeispiel
einer Kammer 1 zu entnehmen, anhand dessen die Funktion
der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert werden
soll. Es ist hier eine untere Plasmaquelle 4 und eine obere,
höhenverstellbare
Plasmaquelle 5 vorhanden, mit denen eine eingangs erwähnte Sterilisation
der Behältnisse 3 in
der Niederdruck- oder Vakuumkammer 1 durchführbar ist.
Die Behältnisse 3 werden
in einem Rahmen 6 geführt und
werden durch die anhand der 1b beschriebenen
Kippbewegung zu einer Rotation veranlasst.
-
Die
Kammer 1 verfügt über zwei
verschließbare
Kammertüren 7 und 8,
die den Ab- und Weitertransport der Behältnisse 3 in eine
nachfolgende Abfüllmaschine
erlauben. Außer
zu Wartungs- oder Reparaturzwecken ist immer nur eine der beiden
Kammertüren 7 oder 8 geöffnet, so
dass die jeweilige geschlossene andere Kammertür die Sterilgrenze der Abfülllinie
darstellt.
-
Nach
einem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 sind
jeweils an den seitlichen Kammerwänden gehaltene Führungs-
oder Gleitschiene 9 auf jeder Seite des Rahmens 6 mit
einer reibmindernden Oberflächenbeschichtung
so ausgebildet, dass je zwei Stifte 10, 11, die
an gegenüberliegenden
Seiten des Rahmens 6 befestigt sind, auf den so beschichte ten Gleitschienen 9 partikelarm
bewegt werden können. Während der
Bewegung des Rahmens 6 kann dann einmal der eine Stift 10 (gezeigt
in der 3) und dann der andere Stift 11 allseitig
in einer Aussparung der Geleitschiene 9 mit dem Plasma 13 beaufschlagt werden
kann, während
der jeweils andere Stift 10 oder 11 (gezeigt in
der 3) in jeweils einer Ausbuchtung 12 in
den Führungsschienen 9 zu
liegen kommen kann.
-
Ein
Sterilisationsvorgang könnte
beispielhaft wie folgt ablaufen: Nach einer Flutung der Kammer 1 wird
die Kammertür 7 auf
der Zuführungsseite
geöffnet,
ein leerer Rahmen 6 wird aus der Kammer 1 automatisiert
entnommen und in eine seitliche Parkposition zuführungsseitig vor der Kammer 1 gefahren. Dann
wird ein bereits mit Behältnissen 3 vorbestückter Rahmen 6 anschließend in
die Kammer 1 eingebracht, wobei der Rahmen 6 seitlich
geführt
wird und in eine definierte Position innerhalb der Kammer 1 einrastet.
Die Kammertür 7 wird
nun geschlossen und anschließend
auf ein Basisvakuum abgepumpt. Danach werden die Prozessgase eingelassen
und die Ausgangsbedingungen für
den Plasmaprozess eingeregelt.
-
Das
Plasma wird dann in der in der Beschreibungseinleitung erwähnten Art
und Weise mit einem Hochfrequenzgenerator in den Plasmaquellen 4 und 5 angeregt
und die Bewegung der Behältnisse 3 und des
Rahmens 6 wird mechanisch eingeleitet; entweder durch ein
Kippen der Kammer 1 oder durch eine lineare Verschiebung
des Rahmens 6 oder durch beide Vorgänge.
-
Nach
dem Ablauf des Prozesses wird die Plasmaanregung gestoppt und die
Kammer 1 mit Sterilluft geflutet. Nach dem Erreichen des
gleichen Drucks wie in dem anschließenden Abfüllbereich der Behältnisse 3 wird
die Kammertür 8 auf
der Abführseite
geöffnet
und der Rahmen 6 mit den behan delten Behältnissen 3 wird
in Richtung der Abfüllmaschine
entnommen.
-
Anschließend kann
noch ein dritter leerer Rahmen 6, der auf der Abfüllmaschine
abführungsseitig
hinter der Kammer 1 seitlich in einer Parkposition gelagert
ist, in die Kammer 1 überführt werden. Dann
kann die Kammertür 8 geschlossen
und danach die Kammertür 8 auf
der Zuführungsseite
geöffnet
werden.
-
In 4 ist
beispielhaft ein Rahmen 6 gezeigt, der schematisch auf
Gleitschienen 9 in der Kammer 1 aufliegt, wobei
die Rahmen 6, die zuführungsseitig
vor, bzw. abführungsseitig
hinter der Kammer 1 befüllt
oder entleert werden, immer gleich ausgeführt sein können. Es ist aber auch möglich, dass
die Rahmen bereits beim Hersteller der Behältnisse beladen werden und
nach einem Auspacken ev. mit einer Reinigung direkt der Kammer 1 zugeführt werden.
Die Rahmen 6 sollten hierbei aus einem vakuumtauglichen
und plasmaresistenten Material hergestellt sein und über eine
Oberfläche
verfügen,
die bei einer Berührung
mit den Behältnissen 3 kosmetische
Defekte an der Behältnisaußenwand vermeiden.
-
In 5 und 6 sind
noch Details bezüglich
der Aufnahme der Behältnisse 3 im
Rahmen 6 und der Auflage des Rahmens 6 an den
an Kammerwänden 14 befestigten
Gleitschienen 9 über
die Stifte 10 und 11 gezeigt.
-
Die
Behältnisse 3 können auch
in speziellen Transportrahmen angeliefert werden, die eine einfache
und schonende Umladung der Behältnisse 3 in den
Behandlungsrahmen 6 ermöglichen.
-
Weiterhin
ist es auch möglich,
dass die Behältnisse 3 aus
den Behandlungsrahmen 6 in spezielle Abfüllrahmen überführt werden,
die innerhalb der Abfüllmaschine
zirkulie ren. Diese Rahmen sind autoklavierbar, bzw. können mit
Wasserstoffperoxid-Dampf in einer Biodekontamination behandelt werden.
Die Rahmenauflage dabei ist so ausgebildet, dass der Rahmen 6 in
seitlichen Führungsschienen
innerhalb der Kammer 1 definiert geführt wird.