DE102008007428A1

DE102008007428A1 - Verfahren sowie Vorrichtung zum Sterilisieren von Packmitteln sowie Anlage zum Füllen und Verschließen von Packmitteln

Info

Publication number: DE102008007428A1
Application number: DE102008007428A
Authority: DE
Inventors: Alfred Drenguis; Volker Till
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2028-02-02
Also published as: WO2009095182A2; WO2009095182A3; US20110016829A1; DE102008007428B4; JP2011514292A; US9302896B2

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Sterilisieren von Packmitteln, wie z. B. Dosen, Flaschen oder dergleichen Behältern, durch Behandlung der Packmittelinnenfläche mit Elektronenstrahlung wenigstens eines Behandlungskopfes (15), wobei der Behandlungskopf für die Behandlung durch eine Packmittelöffnung (2.1) in dem jeweiligen Packmittel (2) bez. Packmittelinnenraum platziert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1, auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 20 oder 27 sowie auf eine Anlage gemäß Oberbegriff Patentanspruch 40.
In vielen Bereichen, insbesondere auch in der Pharma-, Lebensmittel- oder Getränkeindustrie ist es erforderlich, Produkte steril bzw. keimfrei zu verpacken bzw. in Behälter abzufüllen und diese Behälter keimfrei zu verschließen. Hierbei ist es grundsätzlich auch bekannt, die verwendeten Packmittel durch Erhitzen zu sterilisieren (Heißsterilisation). Diese Heißsterilisation ist aber vielfach nicht möglich oder nicht erwünscht, beispielsweise wegen des hohen Energieverbrauchs oder aber wegen der Gefahr einer Zerstörung oder Beschädigung der Behälter, beispielsweise solcher aus Kunststoff (z. B. aus PET).
U. a. zur Vermeidung der Heißsterilisation ist ein Verfahren zur Innensterilisation von Behältern unter Verwendung von Elektronenstrahlung, d. h. zur Elektronensterilisation oder -entkeimung bekannt ( DE 198 82 252 T1 ). Bei dem bekannten Verfahren erfolgt die Behandlung der Behälter mit einem Elektronenstrahl, der eine Strahlintensität bzw. Leistung in der Größenordnung von 100–250 keV aufweist, in der Form, dass der Elektronen-Strahl zur Innensterilisation in den jeweiligen Behälter durch die Behälteröffnung eingebracht wird. Die Strahlungsquelle bzw. der von dieser Strahlungsquelle gebildete Behandlungskopf befindet sich während der Behandlung außerhalb des jeweiligen Behälters und oberhalb der Behältermündung der bei der Behandlung aufrechtstehend angeordneten Behälter. Nachteilig ist hierbei u. a., dass der Abstand zwischen dem Behandlungskopf bzw. der Strahlungsquelle und der zu behandelnden Behälterinnenfläche relativ groß ist, d. h. die Elektronenstrahlung einen relativ großen Weg zurücklegen muss, bevor sie auf die zu behandelnde Behälterinnenfläche auftrifft, und dass außerdem speziell bei als Flaschen ausgebildeten Behältern der von dem Querschnitt der Behälter- oder Flaschenmündung bestimmte Strahlungsquerschnitt relativ klein ist, sodass zur Erzielung der erforderlichen Keimfreiheit bzw. der diese Keimfreiheit sicherstellenden Strahlungsdosen eine Elektronenstrahlung hoher Leistung und/oder eine relativ lange Behandlungsdauer erforderlich sind.
Eine Innensterilisation von Behältern mit Elektronenstrahlen durch die Behälterwandung hindurch ist nicht möglich, da die Reichweite dieser Strahlen zumindest bei vertretbaren Intensitäten oder Leistungen de Elektronenstrahlen in dem üblicherweise für Packmittel verwendeten Material sehr gering ist.
Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren auch, dass zur Vermeidung einer Schädigung des Materials der Behälter, insbesondere auch bei Behältern aus Kunststoff, bei denen hohe Strahlungsdosen der Elektronenstrahlung zur Versprödung des Materials führen, ein aufwendiges Blendensystem erforderlich ist, welches sicherstellt, dass die von dem Behandlungskopf abgegebene Elektronenstrahlung tatsächlich ausschließlich in den Innenraum des jeweils behandelten Behälters eingebracht wird und nicht auf die Behältermündung umgebende Bereiche der Behälterwandung auftrifft.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Elektronen-Sterilisation bzw. Entkeimung aufzuzeigen, welches die vorgenannten Nachteile vermeidet und bei reduzierter Strahlungsintensität und damit bei reduziertem Energieverbrauch und reduzierter Strahlenbelastung des Packmittelmaterials die erforderliche Keimfreiheit gewährleistet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Eine Vorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruches 20 oder 27. Eine Anlage zum Füllen und Verschließen von Packmitteln, insbesondere Flaschen oder dergleichen Behälter ist Gegenstand des Patentanspruchs 40.
Packmittel im Sinne der Erfindung sind insbesondere Behälter, wie Dosen und Flaschen und deren Verschlüsse, speziell auch unter Verwendung von Kunststoff hergestellte bzw. aus Kunststoff bestehende Packmittel.
Elektronenstrahlung im Sinne der Erfindung ist in erster Linie die von wenigstens einer elektrisch betriebenen Elektronenstrahlquelle abgegebene Eleltronenstrahlung. Elektronenstrahlung ist im Sinne der Erfindung aber auch die von einer Beta-Strahler abgegebene Strahlung.
Bei der Erfindung erfolgt insbesondere auch die Innensterilisation der Packmittel durch Beaufschlagung der Packmittelinnenflächen mit Elektronen-Strahlung (Beta-Strahlung). Die Besonderheit besteht dabei darin, dass der jeweilige Behandlungskopf bzw. die von diesem Behandlungskopf gebildete Elektronenstrahlquelle durch die Öffnung des jeweiligen Packmittels bei der Innensterilisation eingeführt ist, sodass bei reduzierter Strahlungsintensität der vom Behandlungskopf abgegebenen Elektronen-Strahlung eine Sterilisation mit ausreichend hoher Strahlendosis möglich ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung und in Draufsicht eine Anlage zum sterilen Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in als Flaschen ausgebildete Behälter;
2–4 eine der Behandlungsstationen eines Sterilisators der Anlage der 1 in verschiedenen Betriebszuständen;
5 in schematischer Darstellung und in Seitenansicht eine Verschließmaschine der Anlage der 1, zusammen mit einem Behandlungskopf zur Sterilisierung der der Verschließmaschine zugeführten Verschlüsse;
6 in vereinfachter Darstellung den zeitlichen Ablauf beim Zuführen, Sterilisieren und Aufbringen der Verschlüsse auf die Flaschen;
7 einen Schnitt entsprechend der Linie I-I der 1.
Die in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Anlage dient zum sterilen bzw. aseptischen, beispielsweise kaltaseptischen Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen 2, die bei der dargestellten Ausführungsform als PET-Flaschen ausgebildet sind.
Die Anlage 1 besteht im Wesentlichen aus einem Sterilisator 3, aus einer Füllmaschine 4 und aus einer Verschließmaschine 5, die jeweils als Maschinen umlaufender Bauart ausgebildet und in einem durch eine Einhausung 6 zur Umgebung hin verschlossenen Steril- oder Reinraum 7 untergebracht sind, welcher über zwei Personenschleusen 8 und 9 beispielsweise für Reinigungs-, Wartungs- und/oder Reparaturzwecke zugänglich ist.
Die zu füllenden Flaschen 2 werden der Anlage 1 über einen Transporteur 10 und eine Eingangs-Schleuse 11 zugeführt und gelangen mit diesem im Wesentlichen von einem endlos angetriebenen Transportband gebildeten Transporteur 10 in den Steril- oder Reinraum 7, wo sie über einen um eine vertikale Achse umlaufend angetriebenen Transportstern 12 jeweils einzeln nacheinander an eine Behandlungsstation 13 übergeben werden, die zusammen mit einer Vielzahl gleichar tiger Behandlungsstationen 13 am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse MA1 umlaufend (Pfeil A) antreibbaren Rotors 14 des Sterilisators 3 vorgesehen ist.
Die Behandlungsstationen 13, die in gleichmäßigen Winkelabständen um die vertikale Maschinenachse des Rotors 14 angeordnet sind, bestehen bei der dargestellten Ausführungsform jeweils im Wesentlichen aus einem Behandlungskopf 15, der u. a. einer Einrichtung zur Erzeugung einer Elektronenstrahlung (Elektronenstrahlquelle) mit ausreichend hoher Energie etwa in der Größenordnung von 100–150 keV, aufweist, sowie aus einen Behälterträger 16. Von dem Behandlungskopf 15 wird die Elektronenstrahlung (Beta-Strahlung) bei aktivierter Elektronenstrahlquelle in einer die Achse des Behandlungskopfes 15 umschließenden gleichmäßigen oder im Wesentlichen gleichmäßigen Strahlungscharakteristik radial sowie auch axial abgegeben.
Die einzelnen Behandlungsköpfe 15 sind an dem Rotor 14 jeweils so vorgesehen, dass sie mit ihrer Achse radial oder im Wesentlichen radial zur Maschinenachse MA1 des Rotors 14 orientiert von diesem wegstehen. Die Behälterträger 16 sind jeweils zum Halten der Flasche 2 an ihrem Flaschenhals bzw. an einem dortigen Hals- oder Mündungsflansch 2.2 im Bereich der Flaschenmündung 2.1 ausgebildet und gesteuert um horizontale Achsen tangential oder etwa tangential zur Drehbewegung des Rotors 14 schwenkbar sowie bezogen auf die vertikale Drehachse MA1 des Rotors 14 gesteuert radial bewegbar. Hierfür sie die Behälterträger 16 jeweils bei 17 an einem Schlitten 18 angelenkt, der an einer radialen Führung 19 verschiebbar angeordnet ist. Die Steuerung der Schwenkbewegung (Doppelpfeil B) und der radialen Bewegung (Doppelpfeil C) erfolgt über ein Gestänge 20 beispielsweise kurvengesteuert und synchron mit der Drehbewegung des Rotors 14 in der Weise, dass jede von einer Behandlungsstation 13 bzw. von dem dortigen Behälterträger 16 übernommene Flasche 2 an diesem Behälterträger hängend gehalten ist, und zwar mit der Flaschenachse in vertikaler Richtung orientiert und mit der Flaschenmündung 2.1 nach oben weisend (2). Bei um die vertikale Maschinenachse drehendem Rotor 14 wird dann die jeweilige an einer Behandlungsstation 13 angeordnete Flasche 2 mit dem Behälterträger 16 so geschwenkt, dass ihre Flaschenachse in horizontaler Richtung radial zur Maschinenachse MA1 orientiert und achsgleich oder im Wesentlichen achsgleich mit der Achse des stabförmigen Behandlungskopfes 15 angeordnet ist. Die jeweilige Flasche 2 befindet sich dann zunächst noch in einem radialen Abstand von der Maschinenachse MA1, der größer ist als der Abstand, den das freie Ende des Behandlungskopfes 15 von dieser Achse aufweist, die jeweilige Flasche 2 aber mit ihrer Flaschenmündung 2.1 dem Behandlungskopf 15 zugewandt ist (3).
Auf einem weiteren Winkelbereich der Drehbewegung des Rotors 14 wird dann der Behandlungskopf 15 in der Flasche 2 platziert, und zwar durch Bewegen des Schlittens 18 und damit der Flasche 2 bezogen auf die Maschinenachse MA1 radial nach innen. Sobald dieser in der 4 dargestellte Zustand erreicht ist, wird durch Aktivieren des Elektronen-Strahlquelle über den in die Flasche 2 eingeführten Behandlungskopf 15 die Innenfläche der Flasche 2 für die Elektronen-Sterilisation oder -Entkeimung, d. h. für die Abtötung von vorhandenen Keimen mit der Elektronenstrahlung behandelt, und zwar über eine ausrechende Zeitdauer bzw. mit einer ausreichenden Strahlendosis, beispielsweise in der Größenordnung von 9–60 kGy (0,9–6 Mrad). Die Intensität der Elektronen-Strahlung ist dabei so eingestellt, dass für die Elektronen eine Eindringtiefe von 0,01 mm–0,3 mm in das Material der Flasche 2 erreicht wird. Durch das Einführen der Behandlungsköpfe 15 in die Flaschen 2 sowie durch die stabförmige Ausbildung der Behandlungsköpfe 15 in der Weise, dass sie sich nach dem Einführen jeweils über den größeren Teil der Flaschenhöhe erstrecken, ist es möglich mit einer relativ geringen Intensität der Elektronen-Strahlung die für die erforderliche Keimfreiheit, z. B. für eine log6-Keimreduzierung notwendige Strahlendosis, beispielsweise im Beriech von 9–60 kGy zu erreichen, und zwar energiesparend und ohne eine Schädigung des Materials, insbesondere auch des Kunststoffmaterials der Flaschen 2 durch die Elektronenstrahlung.
Während der Behandlung der Flaschen 2 mit den Strahlungsköpfen 15 an den Flascheninnenflächen erfolgt auch eine Behandlung der Flaschen 2 an der Außenfläche durch weitere Behandlungsköpfe 21, die wiederum im Wesentlichen aus einer Elektronen-Strahlquelle bestehen und an der Bewegungsbahn der Behandlungsstationen 13 und der an diesen Stationen vorgesehenen Flaschen 2 in mehreren in Drehrichtung A des Rotors 14 aufeinander folgenden, mit dem Rotor 14 nicht mitbewegten Gruppen vorgesehen sind. Jede Gruppe besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus drei Behandlungsköpfen 21, von denen ein Behandlungskopf 21 oberhalb der Bewegungsbahn der Behandlungsstationen 13 und damit der auf den Behandlungsköpfen 15 angeordneten Flaschen 2, ein Behandlungskopf 21 unterhalb dieser Bewegungsbahn und ein Behandlungskopf 21 bezogen auf die Bewegungsbahn radial außen liegend angeordnet ist, sodass jede Flasche 2 beim Vorbeibewegen an den Gruppen der Behandlungsköpfe 21 an sämtlichen Bereichen ihrer Außenfläche zur Erzielung der erforderlichen Keimreduktion mit der Elektronen- bzw. Beta-Strahlung behandelt wird. Auch die Behandlungsköpfe 21 sind beispielsweise jeweils für die Abgabe einer Elektronen-Strahlung mit einer Leistung von 100–150 keV ausgebildet.
Die Leistung der Behandlungsköpfe 15 und 21 bzw. deren Elektronen-Strahlquellen ist so ausgelegt, dass bei maximaler Leistung der Anlage 1 die Flaschen 2 mit einer für die angestrebte Keimreduzierung ausreichenden Strahlendosis beispielsweise im Bereich zwischen 9 und 60 kGy behandelt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die die jeweilige Elektronenstrahlquelle bildenden Behandlungsköpfe 15 oder aber die diesen Behandlungsköpfen zugeordneten Elektronenstrahlquellen aktiv gekühlt, d. h. unter Verwendung eines beispielsweise flüssigen oder dampf- und/oder gasförmigen Kühlmediums.
Weiterhin können die Behandlungsköpfe 15 so ausgebildet sein, dass mit ihnen auch eine Behandlung der Flascheninnenräume mit einem gas- und/oder dampfförmigen und/oder flüssigen Medium erfolgt, beispielsweise mit CO₂, N₂ und/oder steriler Luft. Weiterhin können die Behandlungsköpfe 15 auch zum Abführen oder Absaugen von gas- und/oder dampfförmigen Bestandteilen aus den behandelten Flaschen 2 ausgebildet sein, beispielsweise zum Absaugen von Ozon, welches unter Umständen bei der Elektronen-Sterilisation oder -Entkeimung entsteht.
Nach der Behandlung der jeweiligen Flasche 2 mit dem Behandlungskopf 15 erfolgt ein Abschalten dieses Behandlungskopfes bzw. der zugehörigen Elektronen-Strahlquelle und auch ein Zurückbewegen der Flasche 2 in die hängende, der 2 entsprechende Ausgangsposition durch gesteuertes Verschieben des Schlittens 18 radial nach außen und durch Zurückschwenken des Behälterträgers 16, sodass jede sterilisierte Flasche 2 dann über einen um eine vertikale Achse umlaufend angetriebenen Transportsterns 22 an eine Füllposition der Füllmaschine 4 übergeben werden kann, die (Füllposition) mit einer Vielzahl gleichartiger Füllpositionen am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotors 23 (Pfeil D) der Füllmaschine 4 vorgesehen ist und eine dem Fachmann von Füllmaschinen bekannte Ausbildung aufweist.
Nach dem Füllen mit dem flüssigen Füllgut wird jede Flasche 2 über einen um eine vertikale Achse umlaufend angetriebenen Transportstern 24 an die Verschließmaschine 5 bzw. an eine dortige Verschließposition 25 übergeben, die zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Verschließpositionen 25 am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse M2 umlaufend angetriebenen Rotors 26 der Verschließmaschine 5 vorgesehen ist. Jede Verschließposition 25 besteht im Wesentlichen aus einem Verschließwerkzeug 27 mit Verschließ- oder Werkzeugkopf 28 und aus einem unterhalb des Verschließwerkzeugs 27 am Rotor 26 vorgesehenen Behälterträger 29, der bei der dargestellten Ausführungsform wiederum für eine hän gende Halterung der Flaschen 2 an ihrem Flaschenhals bzw. an dem dortigen Hals- oder Mündungsflansch 2.2 ausgebildet sind.
Die Verschließmaschine 5 bzw. deren Verschließwerkzeuge 27 sind für die Verarbeitung von Schraubverschlüssen, d. h. von durch Aufdrehen auf Gewinde am Flaschenhals befestigbare Verschlüsse oder Deckel ausgebildet und weist hierfür die zur Verarbeitung derartiger Verschlüsse 30 erforderliche und dem Fachmann bekannte Konstruktion auf.
Wie insbesondere auch in der 6 dargestellt, werden die Verschlüsse 30 der Verschließmaschine 5 bzw. einer Verschlussabnahmeposition 31 dieser Maschine über eine Führung 32 zugeführt, dann an der Verschlussabnahmeposition bei umlaufenden Rotor 26 jeweils von einem Werkzeugkopf 28 übernommen, mit diesem mitgeführt und schließlich auf die an der betreffenden Verschließposition 25 und dort hängend gehaltene Flasche 2 aufgesetzt und durch Aufdrehen an dieser Flasche befestigt. Die so verschlossenen Flaschen 2 werden von der Verschließmaschine 5 an einen von einem endlos umlaufenden Transportband gebildeten Transporteur 33 übergeben, mit dem die gefüllten und verschlossenen Flaschen 2 durch eine Ausgangsschleuse 34 aus dem Steril- oder Reinraum 7 herausbewegt und über einen nicht dargestellten äußeren Transporteur einer weiteren Behandlung, beispielsweise einer Etikettiermaschine zugeführt werden.
Das Verschließen der Flaschen 2 mit den Verschlüssen 30 erfolgt auf dem Winkelbereich der Drehbewegung (Pfeil E) des Rotors 26 zwischen dem Transportstern 24 und dem Transporteur 33. Die Besonderheit der Verschließmaschine 5 besteht darin, dass die Verschließköpfe 28 und insbesondere auch die an diesen Verschließköpfen gehaltenen Verschlüsse 30 an der Verschlussinnenseite, d. h. an allen Flächen, die mit dem flüssigen Füllgut in Berührung kommen oder kommen könnten, auf dem Winkelbereich der Drehbewegung (E) des Rotors 26 zwischen der Verschlussabnahmeposition 31 und dem Aufsetzen der Verschlüsse auf die Flaschen 2 mehrmals mit Elektronenstrahlen 35.1 (6) behandelt werden. Hierfür sind in Drehrichtung des Rotors 26 auf die Verschlussabnahmeposition 31 folgend bei der dargestellten Ausführungsform drei Behandlungsköpfe 35, die wiederum im Wesentlichen aus einer Elektronen-Strahlquelle bestehen, an der Peripherie des Rotors 26 und mit diesem nicht mitdrehend vorgesehen. Die Behandlungsköpfe 35 sind mit ihrer Wirk- oder Strahlungsrichtung jeweils schräg von unten auf die Verschließ- und Werkzeugköpfe 28 sowie auch auf die Behälterträger 29 gerichtet. Die Leistung der Behandlungsköpfe 35 bzw. deren Elektronen-Strahlquellen ist so ausgelegt, dass bei maximaler Leistung der Anlage 1 die Verschlüsse 30 mit einer für die angestrebte Keimreduzierung ausreichenden Strahlendosis beispielsweise im Bereich zwischen 9 und 60 kGy behandelt werden.
Vorstehend wurde bereits beschrieben, dass die Flaschen 2 zumindest am Ein- und Auslauf des Sterilisators 3, an der Füllmaschine 4 sowie auch an der Verschließmaschine 5 bzw. an den dortigen Verschließstationen 25 hängend gehalten sind. Auch die übrigen Transportelemente, nämlich die Transporteure 10 und 33 sowie die Transportsterne 12, 22 und 24 sind jeweils für eine hängende Anordnung bzw. Halterung der Flaschen 2 an ihrem Halsflansch 2.2 ausgebildet.
Wie in der 1 mit 36 angedeutet, werden die Flaschen 2 zumindest an dem Auslauf des Sterilisators 3 bis zum endgültigen Verschließen, d. h. bis zur Übergabe an den Transporteur 33 durch einen Kanal 36 bewegt, der durch Wandabschnitte, teilweise auch durch mit den Rotoren 14, 23 und 26 umlaufenden Wandabschnitte beidseitig sowie oben und unten begrenzt ist und der über wenigstens einen Einlass 37 mit steriler Luft beaufschlagt wird, sodass diese den Kanal 36 durchströmt und aus dem Kanal 36 einerseits am Sterilisator 3 und andererseits an der Verschließmaschine 5 austritt, sodass hierdurch eine zusätzliche Sicherheit gegen ein erneutes Verkeimen der sterilisierten Flaschen 2 vor dem Verschließen gewährleistet ist.
Selbstverständlich ist auch der Steril- oder Reinraum 7 über zusätzliche Einlässe mit steriler Luft beaufschlagt, sodass der Druck im Steril- und Reinraum 7 etwas größer ist als der Atmosphärendruck und sich somit ein ein Verkeimen des Steril- oder Reinraumes 7 verhindernder Luftstrom durch die Eingangsschleuse 11 und die Ausgangsschleuse 34 nach außen ergibt.
Die Behandlungsköpfe 21 und 35 sind bei der beschriebenen Anlage 1 so angeordnet und hinsichtlich der Strahlrichtung der Elektronen-Strahlung ausgerichtet, dass solche Oberflächenbereiche der Flaschen 2 oder Verschlüsse 30, die beim Vorbeibewegen an einem Behandlungskopf 21 bzw. 35 im „Schatten" von Funktionselementen, beispielsweise im „Schatten" des Behälterträgers 16 bzw. des Verschließ- oder Werkzeugkopfes 28 liegen, beim Vorbeibewegen an einen weiteren Behandlungskopf 21 bzw. 25 mit der Elektronenstrahlung dieses Behandlungskopfes voll beaufschlagt werden.
Jeder Behandlungskopf 15 besteht im Wesentlichen aus einem zylinderförmigen Gehäuse, in welchem die Elektronenstrahlquelle angeordnet ist und welches an seiner Mantelfläche sowie auch an dem freien Ende für den Austritt der Elektronenstrahlung mit Fenstern 15.1 (Elektronenstrahlaustrittsfenstern) versehen ist, die jeweils mit einer dünnen Wandung oder Folie aus einem für die Elektronenstrahlung durchlässigen Material, beispielsweise aus Titan verschlossen sind.
In gleicher Weise bestehen auch die Behandlungsköpfe 21 und 35 jeweils aus einem die Elektronenstrahlquelle aufnehmenden Gehäuse mit Austrittsfenstern für die Elektronenstrahlung, wobei diese Fenster wiederum durch die für die Elektronenstrahlung durchlässige Folie verschlossen sind. Zum Schutz der die Elektronenstrahlaustrittsfenster verschließenden sehr Folie bei einer Wartung und/oder Reinigung der Anlage 1 sind die Behandlungsköpfe 15, 21 und 35 zumindest an ihren diese Elektronenstrahlaustrittsfenster aufweisenden Flächen mit Schutzkappen abdeckbar.
Wie in der 1 gezeigt, ist am Transportstern 12 ein weiterer Behandlungskopf 38 mit Elektronenstrahlquelle für eine Elektronensterilisation oder -entkeimung der vorbei bewegten Flasche 2 an ihrer Außenfläche vorgesehen.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Vorstehend wurde die Erfindung am Beispiel einer Anlage zum Sterilisieren, Füllen und Verschließen von Flaschen 2 beschrieben. Selbstverständlich eignet sich die Erfindung auch zur Anwendung bei anderen Packmitteln oder Behältern, beispielsweise Dosen.
Weiter wurde vorstehend davon ausgegangen, dass zum Platzieren des jeweiligen Behandlungskopf 15 die Flasche 2 bzw. der entsprechende Behälter relativ zum Behandlungskopf 15 bewegt wird. Grundsätzlich ist es auch möglich, den jeweiligen Behandlungskopf 15 oder einen von der Funktion her entsprechenden Behandlungskopf in den jeweiligen Behälter einzuführen und nach der Behandlung aus dem Behälter wieder herauszubewegen.
Vorstehend wurde weiterhin davon ausgegangen, dass bei einem Sterilisator 3 bzw. bei einer Vorrichtung zum Sterilisieren unter Verwendung von Elektronen- oder Betastrahlung mit mehreren Behandlungsköpfen 15 als Elektronenstrahlquelle ausgebildet ist. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, eine Elektronen-Strahlquelle für sämtliche Behandlungsstationen 13 oder aber für eine Gruppe solcher Stationen gemeinsam vorzusehen.
Vorstehend wurde weiterhin davon ausgegangen, dass der stabförmige Behandlungskopf 15 während der Behandlung mit seiner Achse horizontal oder im Wesentlichen horizontal orientiert ist und dementsprechend das Platzieren des Behandlungskopfes im Behälter sowie das Entfernen des Behandlungskopfes aus dem Behälter durch eine Relativbewegung zwischen Behälter oder Flasche und Behandlungskopf 15 erfolgt (Relativbewegung) zumindest eine horizontale Komponente aufweist. Die Relativbewegung zwischen Behandlungskopf und Behälter kann auch in einer anderen Achsrichtung erfolgen, die beispielsweise in vertikaler Richtung z. B. in der Form, dass der Behandlungskopf durch Anheben des Behälters und/oder durch Absenken des Behandlungskopfes im Behälter platziert und durch eine Bewegung in umgekehrter Richtung, d. h. durch Absenken des Behälters und/oder Anheben des Behandlungskopfes aus dem Innenraum des Behälters wieder entfernt wird.
Allen Ausführungsformen der Erfindung ist gemeinsam, dass der Behandlungskopf 15 bei der Behandlung des jeweiligen Behälters an seiner Innenfläche durch die Behältermündung in den Behälterinnenraum eingeführt ist, sodass mit einer reduzierten Strahlendosis im Bereich von beispielsweise lediglich 9–60 Gy die Entkeimung mit der angestrebten Qualität bzw. mit der angestrebten reduzierten Keimrad erreicht wird, ohne dass durch eine überhöhte Strahlendosis insbesondere die Gefahr einer Materialschädigung des Behälters eintritt.

1: Anlage
2: Flasche
2.1: Flaschenmündung
2.2: Halsflansch
3: Sterilisator
4: Füllmaschine
5: Verschließmaschine
6: Einhausung
7: Steril- oder Reinraum
8, 9: Personenschleuse
10: Transporteur
11: Eingangsschleuse
12: Transportstern
13: Behandlungsstation
14: Rotor
15: Behandlungskopf mit Elektronenstrahlquelle
15.1: Elektronenstrahl-Austrittsfenster
16: Behälterträger
17: Schwenkachse
18: Schlitten
19: Führung
20: Gestänge
21: Bestrahlungskopf mit Elektronenstrahlquelle
22: Transportstern
23: Rotor
24: Transportstern
25: Verschließstation
26: Rotor
27: Verschließwerkzeug
28: Verschließ- oder Werkzeugkopf
29: Behälterträger
30: Verschluss oder Deckel
31: Verschlussabnahmeposition
32: Verschlusszuführung
33: Transporteur
34: Ausgangsschleuse
35: Behandlungskopf mit Elektronenstrahlquelle
35.1: Elektronenstrahlung
36: Kanal
37: Einlass für sterile Luft
38: Behandlungskopf
A: Drehrichtung des Rotors 14
B: Schwenkbewegung des Behälterträgers 16
C: Bewegung des Schlittens 18
D: Drehrichtung des Rotors 23
E: Drehrichtung des Rotors 26
MA1, MA2: Maschinenachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19882252 T1 [0003]

Claims

Verfahren zum Sterilisieren von Packmitteln, wie z. B. Dosen, Flaschen oder dergleichen Behältern, durch Behandlung der Packmittelinnenfläche mit Elektronenstrahlung wenigstens eines Behandlungskopfes (15), dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungskopf für die Behandlung durch eine Packmittelöffnung (2.1) in dem jeweiligen Packmittel (2) bzw. Packmittelinnenraum platziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung wenigstens eines Behandlungskopfes (15), der hinsichtlich seiner Abstrahlcharakteristik so ausgebildet ist, dass zumindest die gesamte in einer Abstrahlrichtung oder in einem Abstrahlwinkelbereich des Behandlungskopfes (15) angeordnete Innenfläche des Packmittels mit gleicher oder im Wesentlicher gleicher Strahlungsleistung beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung wenigstens eines Behandlungskopfes (15), der hinsichtlich seiner Abstrahlcharakteristik so ausgebildet ist, dass die gesamte Innenfläche des behandelten Packmittels mit gleicher oder im Wesentlicher gleicher Strahlungsintensität beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen stabförmig ausgebildeten Behandlungskopf (15) zum Aussenden einer radialen oder im Wesentlichen radialen und/oder axialen oder im Wesentlichen axialen Elektronenstrahlung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Packmittel (2) und der in den Packmittelinnenraum platzierte, wenigstens eine Behandlungskopf (15) während der Elektronen-Strahlbehandlung relativ zueinander bewegt werden, beispielsweise translatorisch und/oder rotatorisch.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Platzieren des wenigstens einen Behandlungskopfes (15) im Packmittelinnenraum durch eine Zustellbewegung des Packmittels (2) relativ zu dem wenigstens einen Behandlungskopf (15) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Platzieren des wenigstens einen Behandlungskopfes (15) im Packmittelinnenraum durch Anheben des Packmittels (2) in vertikaler Richtung oder im Wesentlichen in vertikaler Richtung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Platzieren des wenigstens einen Behandlungskopfes (15) im Packmittelinnenraum durch Zustellbewegung des Packmittels (2) in einer horizontalen oder im Wesentlichen horizontalen Richtung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Packmittel (2) vor der Zustellbewegung aus einer Ausgangsstellung in eine Stellung bewegt und/oder geschwenkt wird, in der die Öffnung (2.1) des Packmittels (2) dem wenigstens einen Behandlungskopf (15) in der Achse der Zustellbewegung gegenüberliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Sterilisators (3), der an einem Transporteur beispielsweise in Form eines um eine vertikale Maschinenachse (MA1) umlaufend angetriebenen Rotors (14) mehrere Behandlungsstationen (13) mit jeweils wenigstens einem Behandlungskopf (15) und einem jedem Behandlungskopf (15) zugeordneten Behälterträger (16) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Packmittel (2) auch an ihrer Außenfläche zur Sterilisation bzw. Entkeimung mit der Elektronenstrahlung wenigstens eines Behandlungskopfes (21) behandelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Packmittel (2) nach dem Sterilisieren mit einem Füllgut gefüllt und verschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschließen der gefüllten Packmittel unter Verwendung von Verschlüssen (30) erfolgt, die vor dem Aufbringen auf das jeweiligen Packmittel (2) zur Elektronensterilisation oder -entkeimung zumindest ihrer Innenflächen mit der Elektronenstrahlung wenigstens eines Behandlungskopfes (35) behandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschließen der Packmittel (2) unter Verwendung wenigstens eines Verschließwerk zeugs (27) mit wenigstens einem Verschließ- oder Werkzeugkopf (28) erfolgt, der zur Aufnahme jeweils wenigstens eines Verschluss (30) sowie zum Anbringen des Verschlusses (30) am Packmittel (2) ausgebildet ist, und dass der jeweilige Verschluss (30) mit dem Verschließ- oder Werkzeugkopf (28) für die Elektronensterilisation oder -entkeimung an dem wenigstens einen Behandlungskopf (35) vorbeibewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Verschließmaschine (5) die an einem umlaufenden Transporteur, beispielsweise an einem um eine vertikale Maschinenachse (MA2) umlaufend angetriebenen Rotor (26) wenigstens ein Verschließwerkzeug (27) mit Verschließ- oder Werkzeugkopf (28) aufweist, und dass der wenigstens eine Behandlungskopf (35) mit dem Transporteur nicht mitbewegt auf einer Transportstrecke zwischen einer Verschlussabnahmeposition (31), an der der jeweilige Verschluss (30) von dem Verschließ- oder Werkzeugkopf (28) aufgenommen wird, und einer Position vorgesehen ist, an der ein Aufsetzen des Verschlusses auf das jeweilige Packmittel (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Behandlungskopf (15, 21, 35, 38) nur während der Behandlung des jeweiligen Packmittels zur Abgabe der Elektronenstrahlung aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Packmittel unter Verwendung von Kunststoff hergestellt sind, beispielsweise Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter aus Kunststoff, z. B. PET sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sterilisieren, Füllen und Verschließen der Packmittel (2) in einem Steril- oder Reinraum (7) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Packmittel (2), insbesondere der Packmittelinnenraum zusätzlich mit einem fluiden Behandlungsmedium, beispielsweise mit CO2, N2, H2O2 und/oder Luft behandelt wird.
Vorrichtung zum Behandeln von Packmitteln, insbesondere von als Hohlkörper ausgebildete von Packmitteln (2), wie z. B. Dosen, Flaschen oder dergleichen Behälter, mit wenigstens einer Behandlungsstation (13) mit mindestens einem Behandlungskopf (15) mit Elektronenstrahlquelle für eine Elektronensterilisation oder -entkeimung, dadurch gekennzeichnet, dass für die Elektronensterilisation oder -entkeimung des jeweiligen Packmittelinnenraums die wenigstens eine Behandlungsstation (13) für ein Platzieren des wenigstens einen Behandlungskopfes (15) im Packmittel (2) während der Behandlung und für ein Entfernen des wenigstens einen Behandlungskopfes (15) aus dem Packmittel (2) nach der Behandlung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass an einem umlaufend antreibbaren Transportelement, beispielsweise an einem um eine vertikale Maschinenachse (MA1) umlaufend antreibbaren Rotor (14) mehrere, jeweils wenigstens einen Behandlungskopf (15) aufweisende Behandlungsstationen (13) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Behandlungsstation (13) wenigstens ein Packmittelträger (16) zugeordnet ist, und dass der Behandlungskopf (15) und der Packmittelträger (16) für eine Zustellbewegung relativ zueinander gesteuert bewegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Behandlungskopf (15) und der zugehörige Packmittelträger (16) in horizontaler oder im Wesentlichen in horizontaler Achsrichtung, vorzugsweise radial zur Drehachse des Rotors (14), und/oder in vertikaler oder im Wesentlichen in vertikaler Achsrichtung relativ zueinander gesteuert bewegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Packmittelträger (16) zum Platzieren des wenigstens eines Behandlungskopfes (15) im Packmittelinnenraum sowie zum Entfernen des Behandlungskopfes (15) aus dem Packmittelinnenraum gesteuert bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22–24, dadurch gekennzeichnet, dass der Packmittelträger (16) mit dem jeweiligen Packmittel (2) aus einer Ausgangslage in eine Bereitstellungsposition bewegbar oder schwenkbar ist, in der das Packmittel (2) mit der Achse seiner Packmittelöffnung (2.1) parallel zur Achse der Zustellbewegung zwischen Behandlungskopf (15) und Behälterträger (16) orientiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21–25, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Bewegungsbahn der mit dem Transportelement (14) bewegten Behandlungsstationen (13) wenigstens ein Behandlungskopf (21) für die Elektronensterilisation oder -entkeimung der Packmittel (2) an ihrer Außenfläche vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Behandeln von Packmitteln in Form von Verschlüssen (30) für Dosen, Flaschen oder dergleichen Behälter (2), mit wenigstens einer Behandlungsstation mit mindestens einem Behandlungskopf (35) mit Elektronenstrahlquelle für eine Elektronensterilisation oder -entkeimung, dadurch gekennzeichnet, der wenigstens eine Behandlungskopf (35) für die Elektronensterilisation oder -entkeimung zumindest der jeweiligen Verschlussinnenseite unmittelbar vor dem Verschließen eine Behälters (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Behandlungskopf (35) an oder in einer Verschließmaschine (5) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, gekennzeichnet durch wenigstens ein Verschließwerkzeug (27) mit einem Verschließ- oder Werkzeugkopf (28) zur Aufnahme des jeweiligen Verschlusses (30) an einer Aufnahmeposition (31) und zum Aufsetzen und Befestigen des Verschlusses (30) an einem Packmittel (2), wobei an einer Bewegungsbahn, auf der der Verschließ- oder Werkzeugkopf (28) zwischen der Aufnahmeposition (31) und dem Aufbringen des Verschlusses auf das jeweilige Packmittel (2) bewegt wird wenigstens ein eine Elektronen- oder Beta-Strahlung aussendender Behandlungskopf (35) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Behandlungsstation (13) für eine Relativbewegung, vorzugsweise für eine translatorische und/oder rotatorische Relativbewegung zwischen dem jeweiligen Packmittel (2) und dem wenigstens einen Behandlungskopf (15, 21, 35, 38) während der Behandlung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Behandlungskopf (15, 21, 35, 38) eine eigenständige Elektronenstrahlquelle zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für sämtliche Behandlungsköpfe (15, 21, 35, 38) oder aber für eine Gruppe von Behandlungsköpfen (15, 21, 35, 38) eine Elektronenstrahlquelle gemeinsam vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Behandlungskopf (15, 21, 35, 38) für die Abgabe einer Elektronen- oder Beta-Strahlung mit einer Energie in der Größenordnung von 100–150 keV ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Behandlungskopf (15, 21, 35, 38) für eine Behandlung der Packmittel (2) mit einer Strahlendosis größer 5 kGy, vorzugsweise mit einer Dosis im Bereich von etwa 9–60 kGy ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung oder Strahlungsintensität des wenigstens einen Behandlungskopfes (15, 21, 35, 38) in Abhängigkeit der Leistung der Vorrichtung (Anzahl der behandelten Packmittel je Zeiteinheit) steuerbar oder regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bestandteil einer Anlage (1) zum Füllen und Verschließen der Packmittel (2) ist, wobei die Anlage in einem Steril- oder Reinraum (7) wenigstens eine Vorrichtung oder Maschine zum Füllen der Packmittel (2) sowie wenigstens eine Einrichtung oder Vorrichtung (5) zum Verschließen der Packmittel (2) mit Verschlüssen (30) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bzw. der wenigstens eine Behandlungskopf (15) unmittelbar in bzw. auf einer Maschine (4) zum Abpacken bzw. Füllen von Produkten in Packmittel (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Behandlungskopf (15, 21, 35, 38) und/oder die diesen Behandlungskopf (15, 21, 35, 38) bildende oder die diesem Behandlungskopf (15, 21, 35, 38) zugeordnete Elektronenstrahlquelle mit einer Kühlung versehen ist, beispielsweise mit einer Kühlung unter Verwendung eines gas- und/oder dampfförmigen oder flüssigen Kühlmediums.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Behandlungskopf (15) zum Spülen oder Behandeln des jeweiligen Packmittels (2) und/oder Packmittelinnenraums mit einem inerten gas- und/oder dampfförmigen Medium, z. B. mit CO2, N₂, H₂O₂ und/oder steriler Luft ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Behandlungskopf (15) zum Entfernen oder Absaugen von gas- und/oder dampfförmigen Bestandteilen aus dem Packmittelinnenraum ausgebildet ist.
Anlage zum Füllen und Verschließen von Packmitteln (2), wie z. B. Dosen, Flaschen oder dergleichen Behältern, mit einer in einem Steril- oder Reinraum (7) angeordneten Pack- oder Füllmaschine (4) sowie einer im Steril- oder Reinraum (7) angeordneten Verschließmaschine (5), dadurch gekennzeichnet, dass im Steril- oder Reinraum (7) weiterhin eine Vorrichtung zur Elektronenstrahlsterilisation oder -entkeimung der Packmittel (2) bzw. des jeweiligen Packmittelinnenraumes vor ihrer Weiterleitung an die Pack- oder Füllmaschine (4) vorgesehen ist.
Anlage nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass an und/oder in der Verschließmaschine (5) wenigstens einen Behandlungskopf (35) zur Elektronensterilisation oder -entkeimung der Verschlüsse (30) vorgesehen ist.
Anlage nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Elektronenstrahlsterilisation oder -entkeimung der Packmittel (2) bzw. des jeweiligen Packmittelinnenraumes oder der Verschlüsse nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20–40 ausgebildet ist.