DE102009043496A1

DE102009043496A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Sterilisation von Oberflächen

Info

Publication number: DE102009043496A1
Application number: DE200910043496
Authority: DE
Inventors: Gernot Dr. Keil
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sterilisation von Oberflächen, insbesondere von Verpackungsgutoberflächen, beispielsweise Oberflächen von Verpackungsbahnen (7), Hohlkörpern (2) oder dergleichen. Dabei beaufschlagt kurzwellige elektromagnetische Strahlung die zu desinfizierende Oberfläche. Erfindungsgemäß wird die fragliche Strahlung von einer Strahlungsquelle (9) bis zur Oberfläche durch ein auf die Strahlung abgestimmtes Transmissionsmedium geführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sterilisation von Oberflächen, insbesondere von Verpackungsgutoberflächen, beispielsweise Oberflächen von Verpackungsbahnen, Hohlkörpern oder dergleichen, wonach kurzwellige elektromagnetische Strahlung die Oberfläche beaufschlagt.
Kurzwellige elektromagnetische Strahlung meint im Rahmen der Erfindung Strahlung, die sich regelmäßig im kurzwelligen Bereich an das sichtbare Spektrum anschließt, also im Allgemeinen mit Wellenlängen unterhalb von 400 nm ausgerüstet ist. Bei der fraglichen kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung handelt es sich im Regelfall um UV-Strahlung im Wellen-Längenbereich zwischen ca. 200 nm bis 380 nm. Die sterilisierende Wirkung solcher kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung ist gut bekannt, weshalb UV-Strahlung zur desinfizierenden Behandlung von Wasser, Luft und Oberflächen eingesetzt wird (vgl. DE 10 2004 032 861 A1 ).
Dabei wird allgemein eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit zwischen abzutötenden Mikroben und der desinfizierenden UV-Strahlung beobachtet, meistens in Bruchteilen einer Sekunde. D. h., die fraglichen Mikroben werden in dieser kurzen Zeit desinfiziert und der gewünschte Gegenstand sterilisiert. Dadurch können UV-Strahler beispielsweise auch zur Desinfektion von Luftströmen eingesetzt werden. Außerdem kennt man die Trinkwasseraufbereitung mit UV-Strahlung. Hierbei wird die Keimzahl im Wasser zuverlässig und in Abhängigkeit von der Dosis stark reduziert, so dass eine Zugabe von Chemikalien grundsätzlich nicht erforderlich ist.
Die Sterilisation bzw. Desinfektion von Oberflächen und hier insbesondere von Verpackungsgutoberflächen wird beispielsweise in der DE 39 02 432 A1 beschrieben. Hier geht es um ein Verfahren zum Reinigen und Sterilisieren von Verpackungsbehältern wie Flaschen, Ampullen oder dergleichen mittels eines in den Innenraum eingeblasenen Gases. Dazu erfolgt eine Bedampfung der Innenwandung der Behälter mit einem gegen den Boden gerichteten Dampfstrahl.
Ganz abgesehen davon beschäftigt sich die gattungsbildende Lehre nach der DE 195 20 925 A1 mit einem Verfahren zum keimarmen Füllen von Kunststoff-Flaschen, beispielsweise von PET-Flaschen. Hier wird jeder Behälter unmittelbar vor dem Verschließen an seiner Behältermündung mit einem Sterilisationsmedium, vorzugsweise mit Heißdampf, behandelt. Ergänzend erfolgt eine Beaufschlagung mit UV-C-Strahlen zur Keimtötung. Das hat sich grundsätzlich bewährt.
Ganz unabhängig davon ist es durch die DE 10 2004 029 803 B4 bekannt, zur Sterilisation von aus Kunststoff, Metall oder Glas bestehenden Flaschen, Dosen oder Behältern in einer Gefäßbehandlungsmaschine Wasserstoffperoxid (H₂O₂) einzusetzen. Dabei ist im Rahmen der bekannten Lehre im Strömungsweg mindestens ein die Zersetzung des H₂O₂ fördernder Katalysator angeordnet.
Wie bereits zuvor erläutert, hängt die keimtötende Wirkung von kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung und insbesondere von UV-Strahlung mehr oder minder stark von der Strahlungsdosis ab. Diese beschreibt die Intensität der Strahlung pro Zeit- und Flächeneinheit. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, dass UV-Strahlung unterhalb von 200 nm so kurzwellig bzw. energiereich ist, dass sie durch molekularen Sauerstoff vollständig absorbiert wird. Dabei wird der molekulare Sauerstoff (O₂) in zwei freie Sauerstoffradikale (2O) gespalten, die jeweils mit einem weiteren Molekül Sauerstoff (O₂) zu Ozon (O₃) weiter reagieren. Aus diesem Grund kann sich UV-Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 200 nm nur noch im Vakuum ausbreiten (sog. Volumen-UV-Strahlung).
Jedenfalls werden bei Anwendung eines UV-Strahlers oder einer UV-Strahlungsquelle in beispielsweise atmosphärischer Luft mehr oder minder ausgeprägte Absorptionen der emittierten UV-Strahlung oder allgemein der kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung beobachtet. Das kann unter Umständen zu einer reduzierten keimtötenden Wirkung an der zu behandelnden Oberfläche führen. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren zur Sterilisation von Oberflächen so weiter zu entwickeln, dass die keimabtötende bzw. sterilisierende Wirkung der auf die Oberfläche auftreffenden kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung gegenüber bisherigen Vorgehensweisen verbessert ist.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Sterilisation von Oberflächen, insbesondere von Verpackungsgutoberflächen vor, dass die kurzwellige elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsquelle bis zur Oberfläche durch ein auf die Strahlung abgestimmtes Transmissionsmedium geführt wird.
Im Rahmen der Erfindung kommt also ein spezielles Transmissionsmedium zwischen der Strahlungsquelle und der Oberfläche zum Einsatz. Tatsächlich zeichnet sich dieses Transmissionsmedium dadurch aus, dass es zu einer verringerten Absorption der hindurchgeführten elektromagnetischen Strahlung im Vergleich zu beispielsweise atmosphärischer Luft unter Normaldruck an dieser Stelle korrespondiert. Das Transmissionsmedium begünstigt also den ungehinderten Durchtritt der kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung bzw. verringert die Absorption der Strahlung auf ihrem Weg von der Strahlungsquelle bis zur zu behandelnden Oberfläche respektive Verpackungsgutoberfläche. Anders ausgedrückt, wird der Durchtritt der elektromagnetischen Strahlung, die Transmission, gegenüber der Situation in atmosphärischer Luft verbessert.
Um dies im Detail zu erreichen, schlägt die Erfindung als Transmissionsmedium ein Gas, insbesondere Schutzgas, und/oder ein Gasgemisch und/oder ein Flüssigkeits-/Gasgemisch vor. Das Gasgemisch bzw. Flüssigkeits-/Gasgemisch enthält zu überwiegendem Teil keine atmosphärische Luft mehr. Denn zu beispielsweise der atmosphärischen Luft (unter Normaldruck) als erster Komponente tritt eine weitere zweite Komponente hinzu, die mehr als 50 Vol.-% eines von der Strahlung passierten Volumens, meistens sogar mehr als 80 Vol.-%, ausfüllt. Diese weitere zweite Komponente verfügt über eine geringere Absorption der kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung im Vergleich zu der atmosphärischen Luft (unter Normaldruck). Dadurch ist auch das Gasgemisch bzw. Flüssigkeits-/Gasgemisch mit Luft als der ersten Komponente und der beschriebenen zweiten Komponente mit geringerer Absorption insgesamt so ausgelegt, dass die Transmission der elektromagnetischen Strahlung von der Strahlungsquelle bis zur Oberfläche begünstigt wird.
Für den Fall, dass als Transmissionsmedium ein Gas, insbesondere Schutzgas, eingesetzt wird, gilt dies ohnehin. Denn ein solches Schutzgas verfügt über ein gegenüber Luft deutlich geringeres Absorptionsvermögen für UV-Strahlung wie nachfolgend nach näher erläutert wird.
Dabei kann die besagte zweite Komponente in gasförmiger und/oder flüssiger Form beispielsweise der Luft und/oder der zu behandelnden Oberfläche direkt zugeführt werden. Für den Fall, dass die zweite Komponente in flüssiger Form vorliegt, empfiehlt es sich, die zu behandelnde Oberfläche zu beheizen. Denn auf diese Weise kann die Verdampfungsgeschwindigkeit der zweiten Komponente erhöht werden. Dabei reichen meistens oftmals geringe Mengen der zweiten Komponente in flüssiger Form aus. Beispielsweise empfiehlt die Erfindung als zweite Komponente Argon oder andere vergleichbare Edelgase wie Helium, Xenon, Krypton oder aber auch Stickstoff. Wenn man berücksichtigt, dass das Volumenverhältnis der vorerwähnten Gase von flüssigem zu festem Zustand mehrere 100 beträgt, beispielsweise für Argon 700 beträgt, so benötigt man für die vollständige Füllung beispielsweise einer Literflasche mit Argon lediglich 1,4 ml flüssigen Argon.
In jedem Fall verdampft die als zweite Komponente eingesetzte Flüssigkeit meistens kurzfristig in einem Zeitraum zwischen 1 und 5 Sek.. Bei diesem Vorgang mag das im Hohlkörper bzw. der Literflasche im Beispielsfall zunächst vorhandene Luftvolumen überwiegend verdrängt werden. Im Rahmen dieses Vorganges wird die Verdampfungsgeschwindigkeit dann noch erhöht, wenn die zu desinfizierende Oberfläche beheizt ist. – Die vorerwähnten Gase bzw. Schutzgase können auch unmittelbar und einzig als Transmissionsmedium in (zunächst) flüssiger und (dann) gasförmiger Form eingesetzt werden. Dann handelt es sich bei dem Transmissionsmedium nicht vorrangig um ein Gasgemisch, sondern lediglich das Gas bzw. Schutzgas.
Jedenfalls nutzt die Erfindung aus, dass die zuvor beschriebene zweite Komponente bzw. die an dieser Stelle eingesetzten Gase wie Argon, Helium, Xenon und Krypton als Edelgase oder auch Stickstoff allgemein als Schutzgase fungieren und die Ausbreitung der kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung in dem Transmissionsmedium begünstigen. D. h., das Transmissionsmedium setzt sich im wesentlichen aus Luft als der ersten Komponente und einem überwiegenden Schutzgas in flüssiger oder gasförmiger Form als zweiter Komponente zusammen. Grundsätzlich kann es sich bei dem Transmissionsmedium aber auch nur um das Gas bzw. Schutzgas handeln.
Hierbei macht sich die Erfindung im Kern die bereits zuvor beschriebene Tatsache zunutze, dass die Ausbreitung elektromagnetischer Strahlung bei Wellenlängen beispielsweise unterhalb von 220 nm in Luft unter Normaldruck durch Absorption in oder an Sauerstoffmolekülen begrenzt ist. Denn die Sauerstoffmoleküle erfahren die zuvor beschriebene Aufspaltung in atomaren Sauerstoff mit anschließender Ozonbildung. Dieser Effekt ist im Rahmen der Erfindung zum Teil gewünscht, weil er die keimtötende Wirkung der kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung durch die Bildung von Ozon unterstützt. Zugleich sorgt die zweite Komponente in dem Gasgemisch bzw. Flüssigkeits-/Gasgemisch bzw. das Schutzgas zur Darstellung des Transmissionsmediums jedoch dafür, dass die kurzwellige elektromagnetische Strahlung nicht (mehr) so stark wie in reiner atmosphärischer Luft absorbiert wird. Das ermöglicht das Schutzgas, welches von der fraglichen Strahlung mit deutlich höherer Intensität durchdrungen wird als ein vergleichbares Luftvolumen (bei Normaldruck). Auf diese Weise wird die Intensität der elektromagnetischen Strahlung an der zu sterilisierenden Oberfläche erhöht und folglich die sterilisierende Wirkung wie gewünscht verbessert.
Beispielsweise gilt für Argon, dass bis zu Wellenlängen von ca. 170 nm praktisch gar keine Transmissionsverluste der kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung beobachtet werden. Folgerichtig kann Argon als Schutzgas bzw. zweite Komponente im Gasgemisch bzw. Flüssigkeits-/Gasgemisch neben der zwangsläufig vorhandenen atmosphärischen Luft als erster Komponente als optimal angesehen werden.
Darüber hinaus hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Transmissionsmedium neben der atmosphärischen Luft und dem Schutzgas in gasförmiger oder flüssiger Form zusätzlich noch Wasser und/oder Wasserdampf enthält. Dabei wird im Allgemeinen der Wasserdampf dem Transmissionsmedium zugemischt und/oder der zu sterilisierenden respektive zu desinfizierenden Oberfläche direkt zugeführt. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die Temperatur der Oberfläche so eingestellt wird, dass der Wasserdampf bzw. das Wasser an der Oberfläche kondensiert.
Außerdem sollte die Temperatur der Oberfläche gleichmäßig eingestellt werden, um eine homogene Wasserbenetzung der Oberfläche zur Verfügung zu stellen. Tatsächlich hat es sich in diesem Zusammenhang als günstig erwiesen, wenn die Temperatur der Oberfläche so vorgegeben wird, dass Schwankungen von weniger als ±5°C, insbesondere weniger als ±2°C, über die gesamte Oberfläche gesehen, beobachtet werden. Dadurch wird die zu sterilisierende Oberfläche mit Hilfe des Wasserdampfes vollflächig benetzt und kann der Wasserdampf durch die kurzwellige elektromagnetische Strahlung zusätzlich zur Sterilisierung beitragen.
Denn durch die fragliche UV-Strahlung werden im Wasser bzw. dem Wasserdampf OH-Radikale gebildet, die Mikroben abtöten, folglich mikrobiozit wirken. Dabei wird allgemein so vorgegangen, dass das Wasser bzw. der Wasserdampf zu Mikrotröpfchen kondensiert, die beispielsweise Durchmesser im Mikrometerbereich aufweisen. Die fraglichen Wassertröpfchen bilden sich bevorzugt an Keimen, welche in diesem Zusammenhang als Kondensationskeime fungieren. Dadurch werden die gewünschten OH-Radikale exakt örtlich dort gebildet, wo sie benötigt werden, nämlich am Ort der Keime. Es ist also im Allgemeinen nicht erforderlich, dass die gebildeten OH-Radikale zu den Keinem erst noch diffundieren müssen, um dort für deren Abtötung zu sorgen.
• Vergleichsbeispiel
Insgesamt hat sich gezeigt, dass im Rahmen der Erfindung die Desinfektionszeit drastisch reduziert werden kann, beispielsweise um den Faktor 5. Geht man nämlich von einer angestrebten Keimreduktion beispielsweise um 5 Dekaden (Verringerung um den Faktor 10⁵) aus, die sich mikroskopisch ermitteln lässt, so wird im Rahmen der herkömmlichen Vorgehensweise d. h., bei Rückgriff auf eine UV-Strahlungsquelle, eine bestimmte Desinfektionszeit von beispielsweise einer Minute in atmosphärischer Luft benötigt. Dabei mag als UV-Strahlungsquelle beispielsweise eine Niederdruck-Quecksilberdampflampe eingesetzt werden.
Diese Behandlungszeit von einer Minute lässt sich auf ca. 12 Sek. verringern und der zuvor bereits angesprochene Faktor 5 beobachten, wenn bei ansonsten gleichen Versuchsbedingungen und gleicher angestrebter Keimreduktion um 5 Dekaden die UV-Strahlung von der Strahlungsquelle bis zur Oberfläche nicht atmosphärische Luft passiert, sondern der atmosphärischen Luft als erster Komponente Argon oder ein Argon-Stickstoff-Gemisch als zweite Komponente hinzugefügt werden. Das mag so realisiert werden, dass ein Mischungsverhältnis zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente im Bereich von ca. 20 Vol.-% zu 80 Vol.-%, bezogen auf das gesamte Volumen des Transmissionsmediums, vorliegt.
Die zuvor erwähnte Zeitverkürzung für die Desinfektion um den Faktor 5 kann noch mal um den Faktor 3 erhöht werden, so dass man unter dem Strich eine Zeitverkürzung um den Faktor 15 beobachtet. D. h. anstelle einer Bestrahlungsdauer von 1 min. werden lediglich noch 4 Sek. bei ansonsten gleichen Bedingungen benötigt. Diese zusätzliche Verringerung der Behandlungszeit bzw. Bestrahlungszeit um den Faktor 3 lässt sich dadurch erreichen, dass dem Transmissionsmedium Wasser respektive Wasserdampf hinzugefügt wird.
Beispielsweise mag bei einem Hohlkörper von 1 l Volumen mit einer zusätzlichen Feuchte in den Flaschen zwischen etwa 100 μg bis 1 mg gearbeitet werden. Bevorzugt beträgt die zugegebene Wassermenge zwischen 100 μg bis 300 μg. Jedenfalls bewirkt diese zusätzliche Zugabe von Wasser bzw. Wasserdampf im Transmissionsmedium, dass die sterilisierende Wirkung der eingesetzten kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung bzw. UV-Strahlung noch einmal vergrößert wird.
Hierbei macht sich die Erfindung die Tatsache zunutze, dass durch die Energie der kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung im Wasser OH-Radikale gebildet werden. Diese Effekt ist grundsätzlich bekannt (vgl. den Aufsatz von Moogega Cooper und anderen "Decontamination of Surfaces from Extremophile Organisms Using Nonthermal Atmospheric-Pressure Plasmas"; IEEE Transactions on Plasma Science 2008, S. 1 bis 5). D. h., die geringe Zugabe von Feuchtigkeit zu der ansonsten trockenen Atmosphäre begünstigt die mikrobielle Wirkung der UV-Strahlung an der zu behandelnden Oberfläche.
In diesem Zusammenhang ist die Bildung von OH-Radikalen im Wasser besonders bei kurzen Wellenlängen im Bereich von 200 nm ausgeprägt. Demgegenüber wird die Bildung von OH-Radikalen in Wasser bei größeren Wellenlängen im Bereich von 250 nm reduziert. Da allerdings im Regelfall Argon als zweite Komponente neben Luft in dem Gasgemisch bzw. Argon ausschließlich als Transmissionsmedium eingesetzt wird und dies die Durchlässigkeit bis zu Wellenlängen von ca. 170 nm begünstigt, werden besonders geringe Desinfektionszeiten bei der beschriebenen Kombination (Zusatz von Argon und Wasserdampf) beobachtet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
1 eine Vorrichtung zur Sterilisation von Oberflächen, vorliegend in oder an einem Hohlkörper,
2 eine Variante der 1,
3 die Vorrichtung zur Sterilisation von Oberflächen, und zwar vorliegend von Verpackungsbahnen und
4a bis 4b die Vorrichtung in einer weiteren Variante zur Sterilisation der Oberflächen einer Kappe als Hohlkörper.
In den Figuren ist eine Vorrichtung zur Sterilisation von Oberflächen dargestellt. Bei den fraglichen Oberflächen handelt es sich im Beispielfall um Verpackungsgutoberflächen, also Oberflächen im Innern oder außen von Verpackungen. Dabei meint im Rahmen der Erfindung Verpackung jede denkbare Umhüllung für beispielsweise Lebensmittel oder auch andere Güter. So können grundsätzlich Hohlkörper 2, 10 auf die nachfolgend noch zu beschreibende Art und Weise an ihren Oberflächen behandelt werden. Bei den Hohlkörpern 2, 10 mag es sich um Dosen, Büchsen, Beutel, Flaschen 2, Becher oder auch Kappen 10 handeln, wie sie in der 4a dargestellt sind.
Daneben lassen sich mit Hilfe der nachfolgend noch im Detail zu beschreibenden Vorrichtung auch Oberflächen und insbesondere Verpackungsgutoberflächen von Verpackungsbahnen 7 behandeln bzw. sterilisieren. Eine sterilisierende Behandlung von Oberflächen des Hohlkörpers 2 respektive der Flaschen 2 im Beispielsfall ist in den 1 und 2 dargestellt. Dagegen beschäftigt sich die 3 mit der desinfizierenden Behandlung von Oberflächen der Verpackungsbahn 7. Die 4 ist schließlich gerichtet auf die Behandlung von Oberflächen im Innern oder außen von Kappen 10, die beispielsweise im Anschluss an diese Behandlung zum Verschluss der Flaschen 2 oder von anderen Hohlkörper 2, 10 eingesetzt werden.
Zum grundsätzlichen Aufbau der besagten Vorrichtung gehört zunächst einmal eine kurzwellige elektromagnetische Strahlungsquelle 9, die als UV-Strahlungsquelle bzw. UV-Strahler 9 ausgebildet ist. Im Rahmen der Darstellung nach den 1, 2 und 3 ist der UV-Strahler 9 nicht ausdrücklich gezeigt. Allerdings wird im Rahmen der 1, 2 und 3 genauso oder vergleichbar vorgegangen, wie dies die einzelnen Verfahrensschritte nach den 4a, 4b und 4c grundsätzlich erläutern.
Danach wird die zu behandelnde Oberfläche zunächst in einem ersten Schritt mit Wasser oder Wasserdampf behandelt. Dabei mag das Wasser direkt über ein Tauchrohr 8 für Wasserdampf zugeführt werden. Das Wasser bzw. der Wasserdampf benetzt die zu behandelnde Oberfläche, im Beispielfall nach der 4a das Innere der dortigen Kappe 10.
Im Anschluss an diesen ersten Verfahrensschritt wird die fragliche Kappe 10 bzw. die zu desinfizierende Oberfläche mit einem Transmissionsmedium beaufschlagt. Grundsätzlich kann das Wasser oder der Wasserdampf dem Transmissionsmedium auch zugemischt werden. Bei diesem Transmissionsmedium handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein Gasgemisch. Das Gasgemisch setzt sich aus atmosphärischer Luft als erster Komponente und Argon als weiterer zweiter Komponente zusammen. Anstelle von Argon kann auch Stickstoff oder ein Argon/Stickstoffgemisch als zweite Komponente Verwendung finden. Jedenfalls bewirkt die zweite Komponente, dass das fragliche Transmissionsmedium insgesamt auf die vom UV-Strahler 9 abgegebene kurzwellige elektromagnetische Strahlung bzw. UV-Strahlung abgestimmt ist. Denn das fragliche Transmissionsmedium verfügt über eine im Vergleich zu an dieser Stelle meistens eingesetzter atmosphärischer Luft geringere Absorption für die UV-Strahlung.
Das Transmissionsmedium kann selbstverständlich auch in reiner Form beispielsweise als Schutzgas für die hierdurch geführte elektromagnetische Strahlung fungieren. Dann sind entsprechende Abschottungsmaßnahmen erforderlich, um eine Mischung mit der umgehenden Luft zu verhindern. Im Allgemeinen findet jedoch – zwangsläufig – eine Luftmischung statt, so dass nachfolgend durchgängig von einem Gasgemisch oder Flüssigkeits-Gasgemisch die Rede ist.
Nachdem das Innere der Kappe 10 im Rahmen der 4b mit Hilfe des Transmissionsmediums bzw. dem Gasgemisch aus Luft und Argon im Beispielfall gespült worden ist, wird die fragliche und zu behandelnde Oberfläche im Innern der Kappe 10 mit Hilfe der anschließend eingebrachten UV-Strahlungsquelle 9 beaufschlagt. Durch das im Innern der Kappe 10 vorhandene Transmissionsmedium wird die Absorption der von der UV-Strahlungsquelle 9 emittierten UV-Strahlung gegenüber einer vergleichbaren Füllung der Kappe 10 mit atmosphärischer Luft verringert. Dadurch steigt die Strahlungsintensität an der zu behandelnden Oberfläche. Folglich ist auch die UV-Strahlungsdosis erhöht und verbessert sich die keimabtötende Wirkung, wie dies einleitend bereits erläutert wurde.
Da zudem die zu behandelnde Oberfläche im Innern der Kappe 10 mit Wasserdampf benetzt ist bzw. sich an dieser Stelle Mikrotröpfchen aus Wasser gebildet haben, und zwar unter Rückgriff auf dort ohnehin vorhandene Keime als Kondensationskeime, wird die zuvor im Detail erläuterte Bildung von OH-Radikalen im Wasser durch die Einwirkung der UV-Strahlung begünstigt. Dadurch wird die keimabtötende Wirkung der UV-Strahlung nochmals erhöht und es kommt zu der einleitend bereits beschriebenen deutlichen Verringerung der Desinfektionszeit, die im Vergleich zu einer trocknenden Luftatmosphäre um bis zu den Faktor 10 oder noch mehr verringert ist.
In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, die zu behandelnde Oberfläche auf eine bestimmte Temperatur einzustellen, um eine homogene Benetzung der Oberfläche mit dem eingeleiteten Wasserdampf zu erzielen. Dabei wird man die Temperatur der Oberfläche gleichmäßig über die gesamte Fläche so einstellen, dass beispielsweise Temperaturabweichungen im Bereich von allenfalls ±2°C über die gesamte Oberfläche gesehen beobachtet werden.
Die Einstellung der Oberflächentemperatur der zu desinfizierenden Oberfläche mittels einer Oberflächenheizung ist auch vor dem Hintergrund günstig, dass ausweislich der 2 nicht nur eine Wasserbenetzung möglich ist und durchgeführt wird, wie sie in der 4a mit dem dortigen Tauchrohr 8 für Wasserdampf gezeigt ist. Sondern das Transmissionsmedium kann auch als Flüssigkeits-/Gasgemisch ausgelegt sein. Dann wird unverändert atmosphärische Luft als erste Komponente eingesetzt bzw. liegt zwangsläufig vor. Allerdings handelt es sich bei der weiteren zweiten Komponente um eine Flüssigkeit, die nach ihrem Verdampfen ein Schutzgas bildet, welches eine im Vergleich zu atmosphärischer Luft verringerte Absorption der kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung zeigt.
Beispielsweise mag es sich hier um eine zweite flüssige Komponente 4 handeln, die ins Innere des Hohlkörpers 2 eingebracht wird (vgl. 2). Denkbar ist es in diesem Zusammenhang beispielsweise, in den Hohlkörper 2 wenige Milliliter flüssiges Argon oder flüssigen Stickstoff über ein Tauchrohr 1 (oder ein anderes Tauchrohr) zu injizieren. Die fragliche zweite flüssige Komponente 4 bzw. das in flüssiger Form eingebrachte Schutzgas 4 verdampft in kurzer Zeit (weniger als 5 Sek.) vollständig und füllt den Hohlkörper bzw. die Flasche 2 überwiegend aus. Dabei wird die beschriebene Verdampfung noch für den Fall begünstigt, dass der Hohlkörper bzw. die Flasche 2 eine bestimmte (erhöhte) Oberflächentemperatur von beispielsweise 40°C oder auch 50°C aufweist. – Alternativ hierzu zeigt die 1, wie über das Tauchrohr 1 die gasförmige zweite Komponente bzw. das Schutzgas in gasförmiger Form in die Flasche 2 eingebracht wird und die dort vorhandene Luft nahezu vollständig verdrängt.
Jedenfalls mag im Anschluss an die Beaufschlagung des Hohlkörpers 2 mit dem Transmissionsmedium bzw. Gasgemisch nach 1 oder auch nach Verdampfen der zweiten flüssigen Komponente 4 oder des flüssigen Schutzgases 4 (flüssiges Argon und/oder flüssiger Stickstoff) entsprechend dem Beispiel nach 2 im Anschluss hieran die UV-Strahlungsquelle 9 in den Hohlkörper 2 zwecks Desinfektion ähnlich eingeführt werden, wie dies in der 4c grundsätzlich dargestellt ist.
Im Rahmen der 3 und 4 erkennt man dann noch eine Leiteinrichtung 6, welche grundsätzlich dazu dient, das beispielsweise aus dem Tauchrohr 1 oder aus dem Längsrohr 5 über dortige Austrittsöffnungen 11 austretende Transmissionsmedium bzw. das Gasgemisch im Beispielfall zu führen. Dabei wird man im Rahmen der Variante nach 3 so vorgehen, dass die UV-Strahlungsquelle 9 durch den von der Leiteinrichtung 6 bzw. den beiden beidseitig des Längsrohres 5 angeordneten Leitblechen 6 gebildeten Vorhang hineinstrahlt. In diesem Zusammenhang kann erneut Wasser oder Wasserdampf auf die dortige Verpackungsbahn 7 aufgebracht werden. Zu diesem Zweck mag die Leiteinrichtung 6 auf eine Temperatur gebracht werden, die beispielsweise 5°C oder noch mehr höher angesiedelt ist als die Temperatur der Verpackungsbahn 7, um auf jeden Fall eine Kondensation des Wassers bzw. des Wasserdampfes auf der Oberfläche der Verpackungsbahn 7 zu realisieren.
Die Verpackungsbahn 7 ist als bahnförmiges Verpackungsmaterial ausgeführt, beispielsweise als Kunststoffbahn, Folienbahn, Bahn aus Verbundmaterialien etc.. Mit Hilfe derartiger Verpackungsbahnen 7 lassen sich beispielsweise einzelne Gebinde umschlingen und können die die Gebinde bildenden Hohlkörper zusammengefasst werden. Dabei ist es oftmals erforderlich, die fragliche Verpackungsbahn 7 wie beschrieben zu sterilisieren.
Das Wasser bzw. der Wasserdampf kann grundsätzlich dem Transmissionsmedium hinzugefügt werden. Dann wird man beispielsweise so vorgehen wie in der 1 oder auch in der 2 oder 3 gezeigt. Es ist aber auch möglich, die Beaufschlagung der zu desinfizierenden Oberfläche in mehreren Schritten vorzunehmen. Dann wird man zunächst die Oberfläche mit Wasser oder Wasserdampf beaufschlagen, wie dies in der 4a dargestellt ist. Darauffolgend wird dann die Oberfläche mit dem Transmissionsmedium gespült bzw. der an dieser Stelle realisierte Hohlkörper 2 respektive die Kappe 10 oder Flasche 2 mit dem Transmissionsmedium in ihrem Innern gefüllt. Danach erfolgt erst die Behandlung mit der UV-Strahlungsquelle 9. Wie bereits erläutert, können die Schritte der Wasserdampf- und Transmissionsmediumzuführung selbstverständlich auch umgekehrt werden. Außerdem lassen sich beide Schritte auch kombinieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004032861 A1 [0002]
DE 3902432 A1 [0004]
DE 19520925 A1 [0005]
DE 102004029803 B4 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Aufsatz von Moogega Cooper und anderen ”Decontamination of Surfaces from Extremophile Organisms Using Nonthermal Atmospheric-Pressure Plasmas”; IEEE Transactions on Plasma Science 2008, S. 1 bis 5 [0026]

Claims

Verfahren zur Sterilisation von Oberflächen, insbesondere von Verpackungsgutoberflächen, beispielsweise Oberflächen von Verpackungsbahnen (7), Hohlkörpern (2, 10) oder dergleichen, wonach kurzwellige elektromagnetische Strahlung die Oberfläche beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung von einer Strahlungsquelle (9) bis zur Oberfläche durch ein auf die Strahlung abgestimmtes Transmissionsmedium geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Transmissionsmedium ein Gas, insbesondere Schutzgas, und/oder beispielsweise ein atmosphärische Luft enthaltendes Gasgemisch und/oder ein Flüssigkeits-/Gasgemisch eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch und/oder Flüssigkeits-/Gasgemisch neben beispielsweise Luft als erster Komponente wenigstens eine weitere zweite Komponente mit gegenüber Luft geringerer Absorption der kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente bzw. das Gas, insbesondere Schutzgas in gasförmiger und/oder flüssiger Form der Luft und/oder der zu desinfizierenden Oberfläche zugeführt wird.
Verfahre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zu desinfizierende Oberfläche beheizt wird, um gegebenenfalls die Verdampfungsgeschwindigkeit der zweiten Komponente bzw. des flüssigen Gases zu erhöhen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionsmedium Wasser und/oder Wasserdampf enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser und/oder der Wasserdampf dem Transmissionsmedium und/oder der zu desinfizierenden Oberfläche zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Oberfläche so eingestellt wird, dass das Wasser und/oder der Wasserdampf an der Oberfläche kondensiert.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Oberfläche gleichmäßig eingestellt wird, um eine homogene Wasserbenetzung der Oberfläche zu erzielen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Oberfläche so eingestellt wird, dass Schwankungen von weniger als ±5°C, insbesondere weniger als ±2°C, über die Oberfläche gesehen beobachtet werden.
Vorrichtung zur Sterilisation von Oberflächen, insbesondere von Verpackungsgutoberflächen, beispielsweise Oberflächen von Verpackungsbahnen (7), Hohlkörpern (2, 10) oder dergleichen, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer kurzwelligen elektromagnetischen Strahlungsquelle (9), deren emittierte Strahlung die Oberfläche beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Strahlungsquelle (9) und der Oberfläche ein auf die Strahlung abgestimmtes Transmissionsmedium vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionsmedium als Gas, insbesondere Schutzgas, und/oder Gasgemisch und/oder Flüssigkeits-/Gasgemisch mit einer ersten Komponente und wenigstens einer weiteren zweiten Komponente ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente und/oder die zweite Komponente über ein beispielsweise in den Hohlkörper (2, 10) eingeführtes Tauchrohr (1, 8) und/oder ein z. B. entlang der Verpackungsbahn (7) angeordnetes Längsrohr (5) der Oberfläche zugeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenheizung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionsmedium mittels einer Leiteinrichtung (6) in Richtung auf die zu desinfizierende Oberfläche geführt wird.