DE10213343A1

DE10213343A1 - Vorrichtung und Verfahren für kaltsterile Abfüllung und Verschluß von Behältern

Info

Publication number: DE10213343A1
Application number: DE2002113343
Authority: DE
Inventors: Herbert Bernhard
Original assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-09

Abstract

Vorrichtung und Verfahren für kaltsterile Abfüllung und Verschluss von Behältern, dabei ist vorgesehen, dass eine ortfeste Verkleidung (10) bei Maschinen mit großen geometrischen Abmessungen gemeinsam mit diesen einen Behandlungsraum bildet, welcher mit einem unter Überdruck stehenden, sterilen Prozessgas beaufschlagt wird, wobei die Zuführung über wenigstens einen Ringkanal (11) und wenigstens eine Zufuhrleitung (13) erfolgt und dass die ortsfeste Verkleidung bei Maschinen mit kleinen geometrischen Abmessungen so ausgebildet ist, dass sie die Maschine komplett umschließt, und dass diese Verkleidung ebenfalls mit einem unter Überdruck stehenden, sterilen Prozessgas beaufschlagt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum hochreinen Abfüllen von Getränken in Behälter wie z. B. Flaschen oder Dosen.
Bekanntermaßen kommt es bei der Abfüllung von Getränken darauf an, dass die Getränke so abgefüllt werden, dass sie möglichst lange haltbar sind. Aus diesem Grunde muss verhindert werden, dass z. B. Bakterien die Haltbarkeit der Produkte beeinträchtigen. Bestimmte Produkte, insbesondere mikrobiologisch anfällige Produkte, erfordern hierfür eine Wärmebehandlung, um eine ausreichende Haltbarkeit zu erreichen. Bei einigen Produkten reicht eine Wärmebehandlung von weniger als 100°Celsius, bei anderen müssen zum Erreichen ihrer Haltbarkeit Temperaturen von mehr als 100°Celsius angewandt werden.
Andere Getränke dagegen, wie z. B. Limonaden oder CO₂-haltige Mineralwässer benötigen keine erhöhte Temperatur des Produktes zum Zeitpunkt der Abfüllung. Dort reicht es, dass man auf angemessene Betriebshygiene achtet, um haltbare Produkte im mikrobiologischen Sinne produzieren zu können. Andererseits erfordern alkohol- und/oder CO₂-haltige Getränke dann, wenn sie die Entwicklung bestimmter Mikroorganismen und damit den Verderb ermöglichen, eine zusätzliche Anlagenausstattung zur Bekämpfung der Mikroorganismen, wie z. B. Außenabschwallung, Desinfektionsmöglichkeiten und sterile Medien.
Schließlich gibt es auch sogenannte kaltsterile oder aseptische Füllverfahren, um die es in der vorliegenden Erfindung im Eigentlichen geht.
Im Allgemeinen setzt man diese Verfahren für alkohol- und CO₂-freie Getränke ein. Bei solchen Getränken können nicht nur die klassischen Getränkeschädlinge wie Hefen, Schimmelpilze, Essig- und Milchsäurebakterien, sondern insbesondere bei Produkten, deren Hauptkennzeichen ein PH-Wert größer als 4,5 ist, auch pathogene Bakterien als Verderber in Betracht gezogen werden. Diese Füllverfahren erfordern daher einen hochreinen Abfüllprozess, d. h. insbesondere lüftungstechnische Maßnahmen, um einen hochreinen Abfüllvorgang zu gewährleisten.
Ein weiteres Kennzeichen dieser Füllverfahren ist, dass im allgemeinen mit solchen Verfahren konservierungsmittelfreie Produkte mit Raumtemperatur abgefüllt werden und dass dabei keine thermische Nachbehandlung der Packungen erfolgt.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art ist z. B. in der europäischen Patentanmeldung 0120 789 beschrieben. Dort wird in einem Gebäude, das insgesamt unter Reinraumatmosphäre steht, zunächst der Flaschenstrom zu einem ersten Rinser geführt. Der Bereich, in dem der Rinser angeordnet ist, steht selbst unter Sterilluft. Die Flaschen werden dabei so behandelt, dass sie hochrein sind. Danach werden die Flaschen über eine längere L-förmige Transportstrecke durch den Reinraum hindurch transportiert und treffen dann auf einen zweiten Rinser, der in einem Raum angeordnet ist, in dem wieder Reinstraumatmosphäre herrscht. Die Keime und Bakterien, die die Flaschen auf ihrem Weg vom ersten Rinser zum zweiten Rinser durch den Reinraum hindurch aufgenommen haben, werden hier u. a. wieder neutralisiert. Sodann gelangt der Flaschenstrom in den Füller, der ebenfalls im Reinstraum angeordnet ist. Außerdem befindet sich noch stromabwärts des Füllers ein Verschließer im Reinraum. Da die gesamte Anlage, umfassend mehrere Rinser mit zwischengeschalteter Behandlungsstrecke, den Füller und den Verschließer, insgesamt in Reinraum- oder in Reinstraumatmosphäre angeordnet ist, hat dies zur Folge, dass der Aufwand, der betrieben werden muss, um die entsprechenden Luftbedingungen einzuhalten, sehr groß ist.

Die großen Volumina der Räume, die hier hochrein gehalten werden müssen, bedingen einen hohen Kostenaufwand für den Betrieb. Außerdem ist nachteilig, dass ein zweiter Rinser verwendet werden muss, um die Keime, die die Flaschen auf dem Weg vom ersten zum zweiten Rinser aufnehmen, wieder zu neutralisieren.

Eine weitere Lösung ist in der DE 197 31 796 offenbart. Bei dieser technischen Ausgestaltung werden Füll- und Verschließmaschine in einem Reinraum angeordnet, dessen Volumen so knapp bemessen ist, dass nur der für Wartungsarbeiten an Füll- und Verschließmaschine erforderliche Arbeitsraum vorhanden ist. Durch die Reduzierung des Reinraumvolumens soll eine Senkung der Betriebskosten der Anlage erreicht werden. Zusätzlich ist ein Tauchbadsterilisator direkt am Reinraum angeordnet. Durch diese Maßnahme soll im Vergleich zur EP 0120 789 der zweite Rinser und die mit ihm verbundenen Betriebs- und Anschaffungskosten eingespart werden. Insgesamt haftet dieser Lösung der Nachteil an, dass auch hier ein Reinraum vorgesehen ist, der sowohl Füll-, als auch Verschließmaschine als ganzes umschließt, was einen großen Platzbedarf und hohe Bau- und Betriebskosten bedingt. Die in dieser technischen Lehre angestrebte, möglichst weitgehende Reduzierung des Bauvolumens des Reinraumes bringt aufgrund der eingeschränkten Zugänglichkeit bedeutende Nachteile bei den auszuführenden Wartungsarbeiten mit sich.

Einen anderen Weg beschreitet die DE 199 11 517. Bei dieser technischen Lösung werden die Füllmaschine, der Verschließer und die Transportvorrichtungen zwischen beiden Maschinen in miteinander verbundenen Gehäusen angeordnet. Der sich so ergebende Behandlungsraum wird erfindungsgemäß mit einer Sonderatmosphäre beaufschlagt. Neben einer ebenfalls dargestellten Beaufschlagung des Behandlungsraumes mit einem, unter leichtem Überdruck stehendem Inertgas, beschreibt die Darstellung in erster Linie die Beaufschlagung mit einem Vakuum. Aus diesem Grunde sind bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung Zellenradschleusen vorgesehen, welche die zu füllenden und zu verschließenden Behälter in den Behandlungsraum ein- und wieder ausführen, und dafür Sorge tragen sollen, dass das im Behandlungsraum herrschende Vakuum aufrechterhalten wird.

Aufgrund der durch die Beaufschlagung mit einem Vakuum auftretenden Kräfte des umgebenden Luftdruckes, müssen die die Maschinen und Transportanlagen umschließenden Gehäuse als Druckkörper ausgeführt sein. Dazu wird vorgeschlagen, die Gehäuse vorzugsweise zylindrisch auszubilden, und die notwendigen Deckel vorzugsweise in Form von Klöpperböden auszubilden. Dieser Lösung haftet der Nachteil an, dass die erforderliche Druckfestigkeit der Gehäuse zwingend große Wandstärken erforderlich macht, und die konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten der Gehäuse aufgrund der zwangsläufig zu beachtenden Beulsteifigkeit stark eingeschränkt sind. Ebenfalls bringt die Beaufschlagung des Behandlungsraumes mit einem Vakuum bei Undichtigkeiten die Gefahr der Kontaminierung mit Keimen aller Art mit sich. Um diesem Risiko zu begegnen, muss ein hoher konstruktiver Aufwand bei den Zellenradschleusen und allen weiteren Bauteilen und Abdichtungen betrieben werden. Dieser hohe konstruktive Aufwand zieht entsprechende Material- und Fertigungskosten nach sich.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe und Verbesserung sowie eine Vorrichtung zuschaffen, bei der Abfüllung und Verschluss der Gefäße kaltsteril erfolgen können, wobei der Bau- und Kostenaufwand für eine solche Vorrichtung gering ist und die Zugänglichkeit der Anlagenkomponenten zu Wartungszwecken gewahrt bleibt.

Dazu sieht die Erfindung vor, dass alle erforderlichen Komponenten einer Füll- und Verschließmaschine für Behälter mit Gehäusen umgeben werden, wobei die einzelnen Gehäuse auf geeignete Weise mit einander verbunden sind, so dass sie einen geschossenen Behandlungsraum für die Gefäße bilden. Ebenfalls sieht die Erfindung vor, dass der Behandlungsraum mit einem unter Überdruck stehenden, sterilen Prozessgas beaufschlagt wird, wobei die konstruktive Gestaltung der Gehäuse und damit die Führung des Stromes des Prozessgases derart ist, dass Durchführungen und Öffnungen unvermeidlich auftretende Leckagen bewusst in kauf genommen werden und zur Reinheit des Gesamtprozesses beitragen.

Im Nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Maschinenanlage zum Füllen und Verschließen von Behältern, teilweise als Explosionszeichnung
Fig. 2 in einer vergrößerten Detaildarstellung die Ausgestaltung des Gehäuses im Bereich der Füllmaschine und
Fig. 3 eine Gesamtübersicht einer Behälterbehandlungsanlage ohne erfindungsgemäße Gehäuse.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Maschinenanlage zum Füllen und Verschließen von Behältern, z. B. PET-Flaschen. Die Behälter werden der Maschinenanlage durch bekannte, nicht dargestellte Transporteure zugeführt und durch eine Förderschnecke 1 auf Teilung gebracht. Ein Transportstern 2 übergibt die Behälter an einen Rinser 3. Innerhalb des Rinsers werden die in diesem beschriebenen Ausführungsbeispiel dargestellten PET-Flaschen mit einer geeigneten Behandlungsflüssigkeit, z. B. sterilem Wasser oder einer Desinfektionsflüssigkeit, außen und innen abgespült. Bei anderen zweckmäßigen Anlagenkonfigurationen können anstatt eines Rinsers auch andere Reinigungs- bzw. Desinfektionsvorrichtungen wie z. B. Tauchbadsterilisatoren und/oder Plasma- Desinfektionsvorrichtungen vorgesehen sein. Nachdem die PET-Flaschen den Rinser 3 durchlaufen haben, werden diese durch einen weiteren Transportstern 4 an die Füllmaschine 5 übergeben. Im Anschluss an den Füllprozess werden die PET-Flaschen durch einen weiteren Transportstern 6 aus dem Füller 5 entnommen und dem Verschließer 7 übergeben. Abschließend übernimmt ein weiterer Transportstern 8 die PET-Flaschen aus dem Verschließer 7 und übergibt diese einem Transporteur 9, welcher die PET-Flaschen dem nächsten Behandlungsschritt zuführt. Die in einer Gefäßbehandlungsanlage wie der zuvor beschriebenen, verwendeten Komponenten wie z. B. Rinser 3, Füller 5, Verschließer 7 und Transportsterne 2, 4, 6 sind von bekannter Bauart und können unterschiedlichster Ausprägung sein, ohne dass der Pfad des Erfindungsgedankens verlassen wird.
Fig. 2 verdeutlicht den Gegenstand der Erfindung anhand einer detailierten Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausbildung an einer Füllmaschine weiter. Aufgrund der ähnlichen geometrischen Abmessungen und des vergleichbaren Aufbaus gelten die nachfolgenden Ausführungen analog auch für Rinser oder vergleichbare Typen von Gefäßbehandlungsmaschinen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Füllmaschine umlaufender Bauart. Der umlaufende Teil der Füllmaschine, der so genannte Kreisel, ist erfindungsgemäß mit einer nicht umlaufenden, also ortsfesten Verkleidung 10 umgeben. Den oberen Abschluss der Verkleidung bildet ein Ringkanal 11, welcher den gesamten Kreisel umschließt und von diesem durch einen schmalen Ringspalt 12 getrennt ist.
Im übrigen bildet die Verkleidung 10 in Verbindung mit der geometrischen Gestalt des umlaufenden Kreisels der Füllmaschine eine Behandlungskammer, wobei die Verkleidung 10 so ausgestaltet ist, dass an ihrem unteren Ende zwischen Verkleidung 10 und umlaufenden Kreisel der Füllmaschine lediglich ein kleiner, den gesamten Kreisel der Füllmaschine umschließender Spalt 14 verbleibt.
Der Ringkanal 11 wird durch wenigstens eine Zufuhrleitung 13 mit einem unter Überdruck stehenden Prozessgas beaufschlagt, wobei es sich z. B. um sterile Luft, CO₂ oder ein anderes geeignetes Gas oder Gasgemisch handeln kann. Durch nicht dargestellte Öffnungen im Ringkanal 11 strömt das Prozessgas zunächst in den oben beschriebenen Behandlungsraum, und breitet sich anschließend in Richtung der vorhandenen Öffnungen, also Ringspalt 12 und Spalt 14, aus. Da das Prozessgas kontinuierlich aus diesen Öffnungen austritt, wird jedes Eindringen von Keimen und/oder anderer Schmutzpartikel sicher vermieden.
In einer weiteren, sinnvollen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die konstruktive Gestaltung von Ringspalt 12 und Spalt 14 derart ist, dass zusätzliche Dichtungselemente wie z. B. Spalt- und/oder Labyrinthdichtungen vorgesehen sind.
Aufgrund der Ähnlichkeiten, die zwischen Füllmaschine 5 und Rinser 3 hinsichtlich ihrer Größe und ihrer geometrischen Gestalt bestehen, ist die Verkleidung des Rinsers 3 entsprechend der selben Konstruktionsgedanken wie bei der Füllmaschine 5 ausgeführt.
Für Anlagenkomponenten mit kleineren geometrischen Abmessungen, wie z. B. Verschließer 7 oder Transportsterne 2, 4, 6, 8, sieht die Erfindung vor, diese ebenfalls mit einer Verkleidung zu versehen, wobei die Verkleidung die Anlagenkomponenten möglichst komplett umschließen und von der umgebenden Atmosphäre und der in ihr enthaltenen Keimen abschirmen soll.
Auch diese Verkleidungen werden mit dem Prozessgas beaufschlagt, wobei die Beaufschlagung durch die ohnehin vorhandenen Verbindungen zu den vor- oder nachgeschalteten Behandlungsmaschinen, und/oder aber durch zusätzliche Zufuhrleitungen erfolgen kann.
Des weiteren erstreckt sich der Erfindungsgedanke auch auf die Gestaltung der Austrittsschleuse 15 und der nicht dargestellten Eintrittsschleuse. Diese sind derart ausgebildet, dass der Querschnitt der zwangsweise vorhandenen Öffnungen möglichst weit den Querschnittsflächen der zu behandelnden Gefäße angenähert ist. Dazu kann, in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, an jeder Öffnung eine Vorrichtung vorgesehen sein, welche es gestattet, die Querschnittsöffnung durch das Einfügen von Blenden an die Querschnittsflächen verschiedenster Behälterformate anzupassen.
Ebenfalls können an den Schleusen mit Prozessgas beaufschlagte Düsen angeordnet sein, welche einen gezielten, aus dem Behandlungsraum hinausgerichteten Gasstrom erzeugen, um auch an den Schleusen das Eindringen von Keimen sicher zu verhindern.
In einer weiteren, nützlichen Fortführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der gesamte Behandlungsraum durch geeignete Vorrichtungen sowohl innen als auch außen mit Desinfektionsmittel abgesprüht werden kann. Für den Ablauf des innerhalb des Behandlungsraumes versprühten Desinfektionsmittels sind an den Unterseiten der Verkleidungen Austrittsöffnungen vorgesehen. Diese sind in den beigefügten Figuren nicht dargestellt.
Die Zugänglichkeit der einzelnen Anlagekomponenten ist durch entsprechende, nicht dargestellte Wartungsöffnungen, gewährleistet.

Claims

1. Vorrichtung und Verfahren für kaltsterile Abfüllung und Verschluss von Behältern, dadurch gekennzeichnet, dass eine ortsfeste Verkleidung (10) bei Maschinen mit großen geometrischen Abmessungen gemeinsam mit diesen einen Behandlungsraum bildet, welcher mit einem unter Überdruck stehenden, sterilem Prozessgas beaufschlagt wird, wobei die Zuführung über wenigstens einen Ringkanal (11) und wenigstens eine Zufuhrleitung (13) erfolgt und das die ortsfeste Verkleidung bei Maschinen mit kleinen geometrischen Abmessungen so ausgebildet ist, dass sie die Maschine komplett umschließt, und dass diese Verkleidung ebenfalls mit einem unter Überdruck stehenden, sterilem Prozessgas beaufschlagt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfeste Verkleidung (10) an wenigstens einem Ende durch einen Ringspalt (12) von dem umlaufenden Kreisel der Behälterbehandlungsmaschine abgegrenzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfeste Verkleidung (10) an wenigstens einem Ende durch einen Spalt (14) von dem umlaufenden Kreisel der Behälterbehandlungsmaschine abgegrenzt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an den unteren Enden der Verkleidungen (10) Austrittsöffnungen für Desinfektionsmittel vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verkleidungen (10) verschließbare Wartungsöffnungen vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und Austrittsschleusen (15) der Verkleidungen (10) mit Blenden an die Querschnittsflächen verschiedener Behälter anpassbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ein- und Austrittsschleusen (15) der Verkleidungen (10) mit unter Überdruck stehendem, sterilen Prozessgas beaufschlagte Düsen vorgesehen sind, welche einen, aus dem Behandlungsraum hinaus gerichteten Volumenstrom des Prozessgases erzeugen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb und außerhalb des Behandlungsraumes Sprühvorrichtungen für Desinfektionsmittel vorgesehen sind.