DE102009017841A1

DE102009017841A1 - Sterilisationsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009017841A1
Application number: DE102009017841A
Authority: DE
Inventors: Manfred Apel; Clemens Dr. Fiebiger; Wolfgang Hennig; Roland Dr. Schmidt; Björn ÖSTERREICHER
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2010-10-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sterilisationsvorrichtung mit einer vorgebbaren Anzahl von Strahlköpfen (3), jeweils umfassend ein Vakuumgehäuse (4), in dem eine Elektronenquelle angeordnet ist, und einen Strahlfinger (5), der mit dem Vakuumgehäuse (4) verbunden ist und an einem distalen Ende ein Austrittsfenster (6) aufweist, wobei die Strahlköpfe (3) auf einem Karussell angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind die Elektronenquellen der Strahlköpfe (3) jeweils über ein Hochspannungskabel (7) und ein Schaltelement (8) an einen gemeinsamen, auf dem Karussell angeordneten Transformator (9) geschaltet. Eine derartige Sterilisationsvorrichtung weist einen kompakten Aufbau auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sterilisationsvorrichtung mit einer vorgebbaren Anzahl von Strahlköpfen, jeweils umfassend ein Vakuumgehäuse, in dem eine Elektronenquelle angeordnet ist, und einen Strahlfinger, der mit dem Vakuumgehäuse verbunden ist und an einem distalen Ende ein Austrittsfenster aufweist, wobei alle Strahlköpfe auf einem Karussell angeordnet sind.
Die von den Strahlköpfen einer derartigen Sterilisationsvorrichtung emittierten Elektronen dienen z. B. zur physikalischen Sterilisation von Verpackungsmaterialien und Behältnissen, beispielsweise von Flaschen. Die Elektronen werden in einer Elektronenquelle erzeugt und mittels einer angelegten Hochspannung auf eine definierte kinetische Energie beschleunigt. Die Elektronen driften nach ihrer Beschleunigung durch einen so genannten Strahlfinger und treffen nach dem Durchtritt durch das Austrittsfenster auf den zu sterilisierenden Bereich. Die für die Elektronenerzeugung und für die Elektronenbeschleunigung notwendige Hochspannung wird bei den bekannten Sterilisationsvorrichtung für jeden Strahlkopf in einem eigenen Transformator (so genannter ”Hochspannungserzeuger”) erzeugt und mittels eines Hochspannungskabels und einer entsprechenden Hochspannungssteckverbindung zum betreffenden Stahlkopf geführt. Durch den separaten Transformator mit einem eigenen Transformatorgehäuse und einem eigenen Hochspannungskabel beansprucht jeder Strahlkopf jeweils ein entsprechend großes Bauvolumen. Bei einem Einsatz in einer Abfüllanlage, z. B. einem Getränkeabfüllautomaten, ist diese Konstruktion für jeden Strahlkopf einzeln aufzubauen, so dass dies zu einem entsprechend großen Bauvolumen der Sterilisationsvorrichtung führt, die bei einem Einsatz in einer Abfüllanlage, insbesondere einem Getränkeautomaten, nachteilig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Sterilisationsvorrichtung zu schaffen, die kompakt aufgebaut ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sterilisationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sterilisationsvorrichtung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Die Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 1 umfasst eine vorgebbare Anzahl von Strahlköpfen, jeweils mit einem Vakuumgehäuse, in dem eine Elektronenquelle angeordnet ist, und einem Strahlfinger, der mit dem Vakuumgehäuse verbunden ist und an einem distalen Ende ein Austrittsfenster aufweist, wobei die Strahlköpfe auf einem Karussell angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind die Elektronenquellen der Strahlköpfe jeweils über ein Hochspannungskabel und ein Schaltelement an einen gemeinsamen, auf dem Karussell angeordneten Transformator geschaltet.
Die Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 1 ist im Vergleich zu einer Sterilisationsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik wesentlich kompakter aufgebaut, da erfindungsgemäß anstelle von einzelnen Transformatoren für jeden Strahlkopf nur ein entsprechend leistungsfähiger gemeinsamer Transformator für alle Strahlköpfe vorgesehen ist. Damit ist die erfindungsgemäße Sterilisationsvorrichtung konstruktiv einfacher aufgebaut. Darüber hinaus weist die Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 1 ein entsprechend geringeres Gewicht auf.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 2 sind die Schaltelemente in einer gemeinsamen Schalteinrichtung zusammengefasst, die auf dem Karussell angeordnet ist. Dadurch, dass die Schaltelemente eine gemeinsame Schalteinrichtung bilden, ist der konstruktive Aufbau nochmals vereinfacht. Die gemeinsame Schalteinrichtung kann z. B. als Multiplex-Schalteinrichtung ausgeführt sein, die mit einem Hochspannungsausgang des Transformators elektrisch gekoppelt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 3 umfasst das Karussell eine erste Drehscheibe, in der die Strahlköpfe gehalten sind, und eine zweite Drehscheibe, auf der der gemeinsame Transformator angeordnet ist. In diesem Fall ist der nicht sterile Bereich der Hochspannungserzeugung besonders einfach und zuverlässig von dem sterilen Bereich getrennt, in dem die physikalische Sterilisation der Verpackungsmaterialien bzw. der Behältnisse erfolgt.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 4 umfasst das Karussell eine gemeinsame Drehscheibe, in der die Strahlköpfe gehalten sind und auf der der gemeinsame Transformator angeordnet ist. Der sterile Bereich, in dem die physikalische Sterilisation erfolgt, kann in einem derartigen Fall beispielsweise durch einen speziell abgedichteten Transformator gewährleistet sein.
Im Rahmen der Erfindung kann der Transformator – wie in Anspruch 5 beschrieben – ein evakuiertes Transformatorgehäuse aufweisen. Gemäß Anspruch 6 ist auch eine Befüllung des Transformatorgehäuses mit Öl möglich. Alternativ zu einer elektrischen Isolation über Vakuum oder Öl ist es nach Anspruch 7 auch möglich, den Transformator durch ein Befüllen des Transformatorgehäuses mit einer Vergussmasse zu füllen.
Bei einer Ausgestaltung der Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 8 weisen die Strahlfinger der Strahlköpfe jeweils einen Querschnitt auf, der geringer ist als der Querschnitt des Vakuumgehäuses. Vorzugsweise ist der Querschnitt auf eine Mündung der zu sterilisierenden Behältnisse abgestimmt. Ein derartiger Strahlkopf kann dann mit seinem Strahlfinger jeweils durch die Mündung des Behältnisses geführt werden und die durch das Austrittsfenster austretenden, nunmehr unfokussierten Elektronen treffen zum weitaus größten Teil auf eine Innenwandung dieses Behältnisses auf. Die Austrittsfenster der Strahlköpfe weisen beispielsweise jeweils eine Schichtdicke zwischen 10 μm und 20 μm auf und bestehen z. B. aus Titan.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel nach Anspruch 9 bestehen die Strahlköpfe (Vakuumgehäuse und Strahlfinger) aus Edelstahl.
Prinzipiell können bei der erfindungsgemäßen Sterilisationsvorrichtung die Elektronen sowohl durch Feldemission als auch durch thermische Emission (Anlegen einer elektrischen Spannung oder laserinduzierte Elektronenemission, Flachemitter, Glühwendel) erzeugt werden.
Nachfolgend wird anhand einer einzigen Figur in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, ohne jedoch auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein.
Die in der Zeichnung dargestellte Sterilisationsvorrichtung weist ein Karussell auf, das im dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste Drehscheibe 1 und eine zweite Drehscheibe 2 umfasst, die oberhalb der ersten Drehscheibe angeordnet ist. Auf der ersten Drehscheibe 1 ist eine vorgebbare Anzahl von Strahlköpfen 3 gehalten, vorzugsweise ein Vielfaches von sechs, z. B. 24 Strahlköpfe 3. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Zeichnung jedoch nur drei Strahlköpfe 3 dargestellt.
Jeder Strahlkopf 3 umfasst ein Vakuumgehäuse 4, in dem eine Elektronenquelle (in der Zeichnung nicht dargestellt) angeordnet ist, und einen Strahlfinger 5, der mit dem Vakuumgehäuse 4 verbunden ist und an einem distalen Ende ein Austrittsfenster 6 aufweist.
Erfindungsgemäß sind die Elektronenquellen der Strahlköpfe 3 jeweils über ein Hochspannungskabel 7 und ein Schaltelement 8 an einen gemeinsamen, auf dem Karussell angeordneten Transformator 9 geschaltet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Transformator 9 auf der zweiten Drehscheibe 2 des Karussells angeordnet.
Weiterhin sind bei der dargestellten Ausführungsform die Schaltelemente 8 in einer gemeinsamen Schalteinrichtung 10 zusammengefasst. Die gemeinsame Schalteinrichtung 10 ist als Multiplex-Schalteinrichtung ausgeführt und ebenfalls auf der zweiten Drehscheibe 2 des Karussells angeordnet. Die gemeinsame Schalteinrichtung 10 ist über ein Hochspannungskabel 11 mit einem Hochspannungsausgang des Transformators 9 elektrisch gekoppelt.
Die erste Drehscheibe 1 und die zweite Drehscheibe 2, die z. B. jeweils einen Durchmesser von ca. 1 m aufweisen, sind über eine gemeinsame Antriebswelle 12 (ein zugehöriger Antriebsmotor ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) mit gleicher Geschwindigkeit drehbar. Gemäß einer in der Zeichnung nicht dargestellten Variante können die Drehscheibe 1 und die Drehscheibe 2 jeweils von einem eigenen Antriebsmotor angetrieben werden.
Bei der in der einzigen Figur gezeigten Sterilisationsvorrichtung weisen die Strahlfinger 5 der Strahlköpfe 3 jeweils einen Querschnitt auf, der geringer ist als der Querschnitt der Vakuumgehäuse 4. Vorzugsweise ist der Querschnitt auf eine Mündung der zu sterilisierenden Behältnisse (in der Zeichnung nicht dargestellt) abgestimmt. Ein derartiger Strahlkopf 3 kann dann mit seinem Strahlfinger 5 jeweils durch die Mündung des Behältnisses (z. B. Flasche) geführt werden und die durch das Austrittsfenster 6 austretenden, nunmehr unfokussierten Elektronen (nicht dargestellt) treffen zum weitaus größten Teil auf eine Innenwandung dieses Behältnisses auf.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform des Strahlkopfs 3 besteht das Austrittsfenster 6 aus Titan und weist eine Schichtdicke zwischen 10 μm und 20 μm auf. Damit treten bei den aus dem Strahlfinger 5 austretenden Elektronen nur geringe Verluste durch Abschwächung der Intensität und durch Streuung auf.
Die in der Zeichnung dargestellte Sterilisationsvorrichtung ist im Vergleich zu einer Sterilisationsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik wesentlich kompakter aufgebaut, da erfindungsgemäß anstelle von einzelnen Transformatoren für jeden Strahlkopf 3 nur ein entsprechend leistungsfähiger gemeinsamer Transformator 9 für alle Strahlköpfe 3 vorgesehen ist. Damit ist die erfindungsgemäße Sterilisationsvorrichtung konstruktiv einfacher aufgebaut und weist ein entsprechend geringeres Gewicht auf.

Claims

Sterilisationsvorrichtung mit einer vorgebbaren Anzahl von Strahlköpfen (3), jeweils umfassend ein Vakuumgehäuse (4), in dem eine Elektronenquelle angeordnet ist, und einen Strahlfinger (5), der mit dem Vakuumgehäuse (4) verbunden ist und an einem distalen Ende ein Austrittsfenster (6) aufweist, wobei die Strahlköpfe (3) auf einem Karussell angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenquellen der Strahlköpfe (3) jeweils über ein Hochspannungskabel (7) und ein Schaltelement (8) an einen gemeinsamen, auf dem Karussell angeordneten Transformator (9) geschaltet sind.
Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (8) in einer gemeinsamen Schalteinrichtung (10) zusammengefasst sind, die auf dem Karussell angeordnet ist.
Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Karussell eine erste Drehscheibe (1), in der die Strahlköpfe (3) gehalten sind, und eine zweite Drehscheibe (2), auf der der gemeinsame Transformator (9) angeordnet ist, umfasst.
Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Karussell eine gemeinsame Drehscheibe umfasst, in der die Strahlköpfe (3) gehalten sind und auf der der gemeinsame Transformator (9) angeordnet ist.
Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der Transformator (9) ein evakuiertes Transformatorgehäuse aufweist.
Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (9) ein mit Öl gefülltes Transformatorgehäuse aufweist.
Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (9) ein mit einer Vergussmasse gefülltes Transformatorgehäuse aufweist.
Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlfinger (5) der Strahlköpfe (3) einen Querschnitt aufweisen, der geringer ist als der Querschnitt des Vakuumgehäuses (4).
Sterilisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei allen Strahlköpfen (3) das Vakuumgehäuse (4) und der Strahlfinger (5) aus Edelstahl bestehen.