DE102008034389A1

DE102008034389A1 - Durchführung sowie Behälterbehandlungsmaschine mit derartigen Durchführungen

Info

Publication number: DE102008034389A1
Application number: DE102008034389A
Authority: DE
Inventors: Alfred Drenguis
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2010-01-28
Also published as: EP2328829B1; WO2010009817A1; PL2328829T3; US20110072760A1; EP2328829A1; US8776482B2

Abstract

Durchführung zum abgedichteten und/oder sterilen Durchführen eines Funktionselementes, beispielsweise eines stab- und/oder wellenartigen Funktionselementes durch wenigstens eine einen Sterilraum von einem Unsterilraum trennende Wandung, mit wenigstens einer eine Relativbewegung des Funktionselementes in Bezug auf die wenigstens eine Wandung ermöglichenden hydraulischen Dichtung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchführung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Behälterbehandlungsmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 10.
Speziell bei Behälterbehandlungsmaschinen zum aseptischen oder sterilen Behandeln von Flaschen oder dergleichen Behältern, z. B. bei Verschließmaschinen zum aseptischen oder sterilen Verschließen von Flaschen oder Behältern besteht vielfach das Problem, das rotierend angetriebene und/oder axial bewegte und/oder radial bewegte, stab- und/oder wellenartige Funktionselemente abgedichtet und steril durch eine einen Unsterilraum von einem Sterilraum trennende Einhausung oder eine den Unsterilraum von dem Sterilraum trennende Trennwandung hindurchgeführt werden müssen, um im Sterilraum die aseptische oder sterile Behandlung durchzuführen, beispielsweise das Füllen und/oder Verschließen der Behälter. Diese dabei jeweils vollständig oder aber zumindest mit einem die Behältermündung aufweisenden Teilabschnitt in dem Sterilraum aufgenommen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Durchführung aufzuzeigen, die ein absolut dichtes und steriles Durchführen des jeweiligen Funktionselementes durch eine Trennwand aus dem Unsterilraum oberhalb der Einhausung oder Trennwand in einen Sterilraum innerhalb der Einhausung bzw. unterhalb der Trennwand ermöglicht, und zwar bei der Möglichkeit einer Relativbewegung zwischen dem Funktionselement und der Trennwand.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Durchführung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Behälterbehandlungsmaschine mit derartigen Durchführungen ist Gegenstand des Patentanspruches 10.
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 im Schnitt eine Verschließmaschine umlaufender Bauart zum Verschließen von Flaschen oder dergleichen Behältern mit Schraub-Verschlüssen;
2 in vereinfachter Einzeldarstellung und im Schnitt eines der Verschließwerkzeuge der Verschließmaschine der 1;
3 eine Einzeldarstellung der hydraulischen Dichtung oder Siphondichtung im Bereich der Durchführung einer Spindel durch eine einen Sterilraum von einem darüber liegenden Unsterilraum trennende Wandung der Verschließmaschine der 1;
4 eine Draufsicht auf eines der beiden Dichtungselemente der hydraulischen Dichtung der 3
5 in Einzeldarstellung das weitere Dichtungselement der hydraulischen Dichtung der 3.
Die in der 1 allgemein mit 1 bezeichnete Verschließmaschine dient zum Verschließen von Flaschen 2 mit Verschlüssen 3 in Form von aufschraubbaren Verschlüssen oder Kappen. Die Verschließmaschine 1 besteht hierfür aus einem um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotor 4, an dessen Umfang ein die Maschinenachse MA konzentrisch umschließender ringkanalartiger Sterilraum 5 vorgesehen ist, der innerhalb einer Einhausung gebildet und durch mehrere Wandungen zur Umgebung, d. h. zu dem von der Umgebung gebildeten Unsterilraum hin begrenzt ist, und zwar bei der schematischen Darstellung der 1 durch eine obere Wandung 6, durch eine bezogen auf die Maschinenachse MA radial innen liegende und die Maschinenachse MA ringförmig umschließende Wandung 7, durch eine bezogen auf die Maschinenachse MA radial außen liegende und die Maschinenachse MA konzentrisch umschließende Wandung 8 sowie an der Unterseite durch Abschnitte 7.1 bzw. 8.1 der Wandungen 7 und 8. Die Wandungen 6 und 7 einschließlich des Abschnittes 7.1 sind am Rotor 4 mit diesem umlaufend vorgesehen. Die Wandung 8 einschließlich des Abschnitts 8.1 ist mit dem Rotor nicht umlaufend an einem Maschinengestell der Verschließmaschine 1 vorgesehen. An den Übergängen zwischen den Wandungen 6 und 8 sowie den Abschnitten 7.1 und 8.1 ist jeweils eine Dichtung 9 bzw. 10, beispielsweise eine hydraulische Dichtung oder Siphondichtung vorgesehen, so dass der Sterilraum 5 durch die Wandun gen 6–8 und die zugehörigen Dichtungen 9 und 10 dicht von der Umgebung bzw. dem Unsterilraum getrennt ist.
Zum Verschließen der Flaschen 2 mit den Verschlüssen 3 sind am Umfang des Rotors 4 mehrere Verschließstationen 11 gebildet, von denen in der 1 lediglich zwei dargestellt und die in gleichmäßigen Winkelabständen um die Maschinenachse MA verteilt vorgesehen sind. Jede Verschließstation 11 besteht aus einem Verschließwerkzeug 12, mit dem der jeweilige Verschluss 3 auf die mit ihrer Flaschenmündung unterhalb des Verschließwerkzeugs 12 an einem Behälterträger 13 gehaltene und vollständig im Sterilraum 5 aufgenommene Flasche 2 aufgeschraubt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Flaschen 2 an dem jeweiligen Behälterträger 13, der durch eine nicht dargestellte Steuerkurve höhengesteuert ist, hängend gehalten, und zwar an einem unterhalb der Flaschenmündung ausgebildeten Behälterflansch.
Das jeweilige Verschließwerkzeug 12 ist als Schraubverschließer ausgebildet und besteht u. a. aus einem z. B. elektromotorischen Antrieb 14, aus einer mit ihrer Achse parallel zur Maschinenachse MA orientierten Spindel 15, die mit ihrem oberen Ende antriebsmäßig mit dem Antrieb 14 bzw. der Motorwelle dieses Antriebs verbunden ist, sowie aus einem am unteren Ende axial gefederten Verschließerkopf 16, mit dem bei umlaufendem Rotor 4 der jeweilige Verschluss 3 an einer nicht dargestellten Verschlussübergabeposition abgenommen, dann durch Anheben der jeweiligen Flasche 2 gegen den Verschließerkopf 16 auf die Flaschenmündung aufgesetzt und anschließend über den von dem Antrieb 14 über die Spindel 15 angetriebenen Verschließerkopf 16 auf die betreffende Flasche 2 aufgeschraubt wird, wie dies dem Fachmann an sich bekannt ist.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, befindet sich der Antrieb 14 sowie ein sich an diesen Antrieb axial anschließendes und eine obere Teillänge der Spindel 15 aufnehmendes rohrartiges Gehäuse 17, in dem die Spindel 15 bei der dargestellten Ausführungsform zweifach gelagert ist (oberes Lager 18 und unteres Lager 19), außerhalb des Sterilraumes 5 und oberhalb der Wandung 6. Ein besonderes Problem besteht dabei in dem dichten Durchführen der Spindel 15 durch die Wandung 6. Hierfür ist für jede Verschließstation 11 an der Oberseite der Wandung 6 eine in den Figuren allgemein mit 20 bezeichnete hydraulische Dichtung oder Siphondichtung vorgesehen. Diese besteht u. a. aus einem als Formkörper ausgebildeten Dichtungselement 21 aus einem geeigneten Material, beispielsweise aus Me tall. Wie insbesondere in der 4 deutlich dargestellt ist, umfasst das Dichtungselement 21 einen an der Oberseite offenen napfartigen Abschnitt 22, der zwei konzentrisch zueinander angeordnete und bei der dargestellten Ausführungsform kreiszylinderförmige Wandabschnitte 22.1 und 22.2 aufweist, die zwischen sich einen Ringkanal 23 bilden, der der Dichtungsraum der Siphondichtung 20 ist und an der Unterseite des Abschnitts 22 bzw. des Formkörpers 21 geschlossen und an der Oberseite des Abschnitts 22 bzw. des Formkörpers 21 offen ist. Der innere Wandabschnitt 22.1 umschließt eine Öffnung 24, durch die die Spindel 15 durch das Dichtungselement 21 bzw. die Siphondichtung 20 hindurchgeführt ist. Weiterhin besitzt der innere Wandabschnitt 22.1 eine im Vergleich zum äußeren Wandabschnitt 22.2 reduzierte Höhe.
Das Dichtungselement 21 ist weiterhin mit einem an dem Abschnitt 22 angeformten Abschnitt oder Rinnensegment 25 ausgebildet, welches an der Oberseite des Formkörpers 21 offen und durch zwei Wandabschnitte 27 und 28 und einen Boden 29 begrenzt ist. Der Abschnitt 25 bzw. dessen Wandabschnitte 27 und 28 sind bogenförmig gekrümmt, und zwar derart, dass die Abschnitte 25 der in Umfangsrichtung des Rotors 4 aneinander anschließenden Verschließstationen 11 bzw. der hydraulischen Dichtungen 20 dieser Stationen einen sich aus den Abschnitten 25 oder Segmenten zusammen setzenden, die Maschinenachse MA konzentrisch umschließenden und oben offenen Ringkanal 26 bilden, der bezogen auf die Maschinenachse die Abschnitte 22 und damit die durch die Öffnungen 24 dieser Abschnitte hindurchgeführten Spindeln 15 außen umschließt.
Die Höhe, die die Wandabschnitte 27 und 28 in der Achsrichtung senkrecht zum Boden 29 und damit im eingebauten Zustand in der Achsrichtung parallel zur Maschinenachse MA aufweisen, ist beispielsweise gleich der entsprechenden Höhe des äußeren Wandabschnittes 22.2. Das Rinnensegment 26 steht über eine Öffnung 30 mit dem Ringkanal 23 in Verbindung. Die Öffnung 30 befindet sich dabei im Bereich des mit dem Boden des Ringkanals 23 niveaugleich oder etwa niveaugleich angeordneten Boden 29 des Rinnensegments 25.
Im montierten Zustand ist der Formkörper 21 jeder hydraulischen Dichtung 20 an der Oberseite der Wandung 6 im Bereich einer in dieser Wandung vorgesehenen Öffnung 31 befestigt, und zwar derart, dass die Öffnung 24 deckungsgleich mit der Öffnung 31 liegt und der Ringkanal 23 sowie das Rinnensegment 25 jeweils zu der der Wandung 6 abgewandten Oberseite offen sind.
Im montierten Zustand ist das Gehäuse 17 mit einem das untere Lager 19 aufweisenden Gehäuseabschnitt 17.1 mit dem äußeren Wandabschnitt 22.2 an der Oberseite dieses Wandabschnittes dicht verbunden.
Bestandteil jeder hydraulischen Dichtung 20 ist weiterhin ein als Formteil ausgebildetes napf- oder glockenartiges Dichtungselement 32, welches, wie insbesondere auch in der 5 im Detail dargestellt ist, aus einem ringförmigen Abschnitt 33, der im montierten Zustand auf der Spindel 15 diese umgreifend dicht befestigt ist, und aus einem kreiszylinderförmigen Abschnitt 34 besteht, der im montierten Zustand die Achse der Spindel 17 konzentrisch und mit radialem Abstand umschließt und an seinem oberen Ende in den ringförmigen Abschnitt 33 übergeht. Der Abschnitt 34 ist so ausgebildet, dass er im montierten Zustand der jeweiligen hydraulischen Dichtung 20 in den Ringkanal 23 des Dichtungselementes 21 hineinreicht, und zwar derart, dass die kreiszylinderförmige Innenfläche und die ebenfalls kreiszylinderförmige Außenfläche des Abschnittes 34 jeweils von der Innenfläche der Wandabschnitte 22.1 und 22.2 sowie das untere freie Ende des Abschnitts 34 vom Boden des Ringkanals 23 beabstandet ist.
Jede hydraulische Dichtung 20 weist weiterhin mehrere mechanische Dichtungselemente auf, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform einen Dichtungsring 35, der den Übergang zwischen dem Gehäuseabschnitt 17.3 und den oberen Rand des Wandabschnittes 22.2 abdichtet, einen Dichtungsring 36, der den Spalt zwischen dem Abschnitt 33 und der Außenfläche der Spindel 17 abdichtet, sowie ein beispielsweise mit wenigstens einer Abstreiflippe ausgeführtes ringförmiges Dichtungselement 37 zwischen dem Abschnitt 33 des mit der Spindel 17 umlaufenden Dichtungselementes Formteils 32 und der Innenfläche der äußeren Wandung 22.2 im oberen Bereich dieser Wandung. Weitere, nicht dargestellte Dichtungen sind zwischen den einzelnen aneinander anschließenden Rinnensegmenten 25 vorgesehen, um so eine aus diesen Rinnensegmenten 25 bestehende, flüssigkeitsdichte Rinne 26 zu schaffen.
Während des Betriebes sind die von den Rinnensegmenten 25 gebildete, die Maschinenachse MA konzentrisch umschließende Rinne 26 und damit über die Öffnungen 30 auch das jeweilige, von dem Abschnitt 34 des Dichtungselementes 32 nicht eingenommene Volumen des Ringkanals 23 jeder hydraulischen Dichtung 26 bis zu einem Niveau N mit einem flüssigen Dichtungs- oder Sterilisationsmedium gefüllt, wobei dieses Niveau N etwas unterhalb des Niveaus des oberen Randes des inneren Wandabschnitts 22.1 liegt. Durch den in den jeweiligen Ringkanal 23 hineinragenden Abschnitt 34 und durch das in dem Ringkanal 23 aufgenommene flüssige Dichtungs- oder Sterilisationsmedium ergibt sich an jeder Verschließstation 11 eine zuverlässige siphonartige Abdichtung im Bereich der Durchführung der Spindel 15. Das Niveau N des Dichtungs- oder Sterilisationsmediums wird beispielsweise über eine nicht dargestellte, niveaugesteuerte Versorgungseinheit gesteuert oder geregelt eingehalten.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So wurde vorstehend davon ausgegangen, dass die Dichtungen 20 zum dichten Durchführen der um ihre Spindelachsen rotierenden Spindeln 15 dienen. Selbstverständlich können Dichtungen 20 oder die diese aufweisenden Durchführungen auch für eine axiale und/oder radiale Bewegung der Spindel 15 oder eines anderen Funktionselementes einer Verschließstation ausgebildet sein, und zwar insbesondere bei entsprechender Anpassung der axialen Abmessungen der Dichtungselemente 21 und 32, d. h. insbesondere der Höhe der Wandabschnitte 22.1, 22.2, 27, 28 sowie insbesondere durch entsprechende Anpassung der axialen Abmessung des kreiszylinderförmigen Abschnittes 34.
Die hydraulische Dichtung 20 stellt ein absolut dichtes und steriles Durchführen der Spindel 15 durch die Wandung 6 sicher, und zwar insbesondere auch dadurch, dass durch das in dem Ringkanal 23 aufgenommene flüssige Dichtungs- und/oder Sterilisationsmedium eine Sperre gebildet ist, die sich um den gesamten, in dieses Dichtungs- und/oder Sterilisationsmedium eingetauchten Abschnitt 34 erstreckt. Mit Ausnahme des gegen die Innenfläche des Wandabschnittes 22.1 anliegenden Dichtungselementes 37 erfolgt die Abdichtung ohne eine Berührung zwischen den Dichtungselementen 21 und 32.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße Dichtung oder Durchführung selbstverständlich nicht nur für die Verwendung bei Verschließmaschinen geeignet, sondern auch für die Verwendung bei andere Behälterbehandlungsmaschinen, bei denen beispielsweise ein rotierendes und/oder axial und/oder radial bewegbares Funktionselement von der Umgebung oder einem Unsterilraum in einen Sterilraum von oben her mit einem Teilabschnitt hineinreicht.

1: Verschließmaschine
2: Flasche
3: Verschluss
4: Rotor
5: Sterilraum
6, 7, 8: Wandung
7.1, 8.1: Abschnitt der Wandung 7 bzw. 8
9, 10: Dichtung
11: Verschließstation
12: Verschließwerkzeug bzw. Schraubverschließer
13: Behälterträger
14: Antrieb des Verschließwerkzeugs
15: Spindel
16: Verschließerkopf
17: Gehäuse
17.1: Gehäuseabschnitt
18, 18: Lager
20: hydraulische Dichtungseinheit
21: Dichtungselement oder Formkörper
22: Abschnitte des Formkörper 21
22.1, 22.2: Wandabschnitt
23: Ringkanal
24: Öffnung
25: Abschnitt oder Rinnensegment
26: Rinne
27, 28: Wandabschnitt
29: Boden
30: Öffnung oder Verbindung
31: Öffnung
32: Dichtungselement oder Formkörper
33, 34: Abschnitt des Dichtungselementes
35, 36: Dichtungsring
37: Dichtung
N: Niveau des Dichtungs- oder Sterilisationsmediums

Claims

Durchführung zum abgedichteten und/oder sterilen Durchführen eines Funktionselementes (15), beispielsweise eines stab- und/oder wellenartigen Funktionselementes durch wenigstens eine einen Sterilraum (5) von einem Unsterilraum trennende Wandung (6), mit wenigstens einer eine Relativbewegung des Funktionselementes (15) im Bezug auf die wenigstens eine Wandung (6) ermöglichenden hydraulischen Dichtung (20), dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Dichtung (20) wenigstens ein erstes, an dem Funktionselement (15) dieses dicht umschließend befestigbares topf- und/oder glockenartiges Dichtungselement (32) aufweist, welches mit einer dem Sterilraum (5) zugewandten Seite zur Ausbildung einer Siphondichtung in einen zur Aufnahme eines flüssigen Dichtungs- und/oder Sterilisationsmittel dienenden Dichtungsraum (23) hineinreicht.
Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsraum in einem zweiten Dichtungselement (21) ausgebildet ist.
Durchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem ersten und dem zweiten Dichtungselement gebildete hydraulische Dichtung oder Siphondichtung (20) an der dem Unsterilraum zugeordneten Seite der wenigstens einen Wandung (6) vorgesehen ist.
Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtungselement (21) als Dichtungsraum einen die Achse des stab- und/oder wellenartigen Funktionselementes (15) umschließenden Ringkanal (23) besitzt, in den das erste Dichtungselement (32) hineinreicht.
Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichtungselement (32) in den Dichtungsraum (23) des zweiten Dichtungselementes (21) von einer dem Sterilraum (5) abgewandten offenen Seite hineinreicht.
Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichtungselement (32) zumindest aus einem an dem Funktionselement (15) befestigbaren ringförmigen Befestigungsabschnitt (32) sowie aus einem weiteren, das Funktionselement (15) mit Abstand umschließenden und in den Dichtungsraum (23) hineinreichenden Abschnitt (34) besteht, der beispielsweise kreiszylinderförmig oder im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet ist.
Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsraum (23) des zweiten Dichtungselementes (21) mit einem Kanal oder mit einer Rinne (26) zur Aufnahme des flüssigen Dichtungs- und/oder Sterilisationsmittels in Verbindung steht.
Durchführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren jeweils mit einer Siphondichtung (20) versehenen oder ausgebildeten Durchführung für die Dichtungsräume (23) sämtlicher Durchführungen ein gemeinsamer Kanal oder eine gemeinsame Rinne (26) für das flüssige Dichtungs- und/oder Sterilisationsmittel vorgesehen ist.
Durchführung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtungselement (21) beispielsweise einstückig mit einem Kanal- oder Rinnensegment (25) ausgebildet ist, welches mit einem Kanal- oder Rinnensegment (25) wenigstens einer weiteren Durchführung den für die Durchführungen gemeinsamen Kanal oder die für die Durchführungen gemeinsame Rinne (26) zur Aufnahme des flüssigen Dichtungs- und/oder Sterilisationsmittels bildet.
Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement eine rotierend antreibbare und/oder axial verschiebbare Welle oder Spindel eines Verschließwerkzeugs (12) einer Verschließmaschine (1) zum Verschließen von Flaschen oder dergleichen Behältern (2) ist.
Behälterbehandlungsmaschine, insbesondere Verschließmaschine (1), mit mehreren an einem umlaufenden Rotor (4) gebildeten Behandlungsstationen innerhalb eines die Behälter (2) zumindest im Bereich ihrer Behältermündung (2.1) aufnehmenden Sterilraumes (5), wobei jede Behandlungsstation (11) wenigstens ein Funktionselement (15) aufweist, welches durch wenigstens eine den Sterilraum (5) von einer Umgebung oder einem Unsterilraum trennende Wandung (6) relativ zu dieser Wandung bewegbar unter Verwendung einer Durchführung hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Behälterbehandlungsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsstationen Verschließstationen (11) der als Verschließmaschine (1) ausgebildeten Behandlungsmaschine sind, und die Funktionselemente (15) Bestandteil von Verschließwerkzeugen (12) sind.
Behälterbehandlungsmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionselemente rotierend antreibbare und/oder axial verschiebare Stößel oder Spindeln (15) von Verschließwerkzeugen (12), insbesondere von Verschließwerkzeugen zum Verschließen der Behälter (2) mit Schraubverschlüssen (3) sind.