DE10236683A1

DE10236683A1 - Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Hohlkörpern, insbesondere Flaschen

Info

Publication number: DE10236683A1
Application number: DE2002136683
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Achhammer
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-08-10
Also published as: DE10236683B4

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Hohlkörpern mit mehreren auf einer Kreisbahn kontinuierlich umlaufenden Niederdruck-Plasma-Behandlungseinrichtungen mit evakuierbaren Kammern ist eine stationäre Wand mit mindestens einer an eine Vakuumquelle angeschlossenen Öffnung vorgesehen, an der die umlaufenden Bereiche der Kammern dichtend anliegen. Hierdurch wird einfachen Mitteln ein schnelles Evakuieren der Kammern und dadurch eine wesentliche Leistungssteigerung ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Hohlkörpern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind bereits derartige Vorrichtungen zum Sterilisieren ( DE 199 09 826 A1 ) oder zum Beschichten (WO 01/31680 A1) von Flaschen bekannt, bei denen die zylindrisch ausgebildeten, einen abnehmbaren Deckel aufweisenden Kammern als Ganzes auf einer Kreisbahn umlaufen. Um in den Kammern ein Plasma zünden zu können, müssen diese nach dem Einführen einer Flasche und dem Aufsetzen des Deckels auf einen Druck von 0,1 bis 10 Millibar evakuiert werden. Hierzu sind die Kammern über separate Leitungen und Drehverteiler an eine Vakuumquelle angeschlossen. Auf Grund der hierbei begrenzten Leitungsquerschnitte ist die Leistung dieser bekannten Vorrichtungen stark eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Hohlkörpern mit einfachen Mitteln ein schnelles Evakuieren der Kammern und dadurch eine wesentliche Leistungssteigerung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die aktiven Kammern über die stationäre Wand auf kürzestem Wege und mit großen Strömungsquerschnitten evakuierbar, so dass mit relativ wenig Kammern problemlos die in Abfüllanlagen geforderten Leistungen von 20.000 Flaschen und mehr pro Stunde realisierbar sind.

Die stationäre Wand ist nach einer Weiterbildung der Erfindung konzentrisch zur Kreisbahn der umlaufenden Kammerbereiche angeordnet, wodurch sich eine einfache Abdichtung mittels gleitender Dichtringe realisieren lässt.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung werden die radial äußeren, parallel zur Mittelachse der Kreisbahn verlaufenden Begrenzungen der Kammern durch die stationäre Wand gebildet. Hierdurch wird es möglich, die Behälter vollständig oder zumindest teilweise durch eine radiale Bewegung in die inaktiven Kammern einzuführen, wozu die stationäre Wandung im atmosphärischen Ein- und Auslaufbereich ganz oder teilweise weggelassen wird. Auch wird hierdurch ein besonders großer Querschnitt der Vakuumöffnungen ermöglicht, da die Höhe einer Kammer im Allgemeinen wesentlich größer ist als der Durchmesser. Entsprechende Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Im Zusammenhang mit der vorbeschriebenen Anordnung der stationären Wand am äußeren Umlaufbereich der aktiven Kammern ist eine stabförmige Elektrode oder Antenne für die Plasmaerzeugung in den Behältern besonders vorteilhaft, da diese unabhängig von der äußeren Begrenzung der Kammern arbeitet. Entsprechende Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung ist bei verschiedenen Niederdruck-Plasmabehandlungsverfahren einsetzbar, insbesondere beim Sterilisieren und/oder Beschichten.

Im nachstehenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 die Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Sterilisieren von Flaschen,
2 den Schnitt A-B nach 1 bei einem ersten Ausführungsbeispiel und
3 den Schnitt A-B nach 1 bei einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die Vorrichtung nach 1 und 2 ist zum Sterilisieren des Innenraums von PET-Flaschen für Getränke, nachstehend kurz Flaschen 1 genannt, eingerichtet. Sie weist einen Rotor 9 mit senkrechter Drehachse D auf, der in Pfeilrichtung kontinuierlich antreibbar ist. Der Rotor 9 ist am äußeren Umfang gleichmäßig verteilt mit mehreren Kammern 4 versehen, die somit zusammen mit dem Rotor 9 kontinuierlich auf einer Kreisbahn 2 umlaufen. Die Kammern 4 sind an ihrer Ober- und Unterseite, an ihrem radial inneren Bereich sowie an den beiden Seitenbereichen durch ortsfest Wandungen des Rotors 9 begrenzt und gasdicht geschlossen. Einzig die radial nach außen weisende Seite ist frei.
An der radial inneren Wandung jeder Kammer 4 ist eine nockengesteuerte Greiferzange 10 angeordnet, die eine zu behandelnde Flasche 1 unterhalb des Halskragens erfassen und mit allseitigem Abstand zu den Kammerwandungen in der Kammer 4 fixieren kann. Die Ausbildung der Greiferzangen ist der WO 99/52810 zu entnehmen.
Weiter ist jeder Kammer 4 eine Einrichtung zur Plasmaerzeugung mit einer stabförmigen Elektrode 5 zugeordnet, die höhenbeweglich an der Oberseite des Rotors 9 gelagert und mittels einer stationären Steuerkurve 11 heb- und senkbar ist. Die Elektrode 5 ist der Greifzange 10 derart zugeordnet, dass sie von oben her mittig durch die Öffnung einer Flasche 1 in diese bis nahe zum Boden einfahrbar ist. Die Elektroden 5 stehen über einzelne Leitungen 12 und/oder eine Ringleitung mit einem auf dem Rotor 9 angeordneten Mikrowellengenerator 21 in Verbindung.
Konzentrisch zur Drehachse D ist an der Umlaufbahn des Rotors 9 eine teilzylindrische, stationäre Wandung 6 vorgesehen, die dem äußeren Umfang des Rotors mit geringstem Abstand gegenüberliegt. Auf dieser stationären Wand 6 gleiten am Rotor 9 angeordnete Dichtringe 13, 14 und Dichtleisten 15, wodurch die aktiven Kammern 4 gasdicht gegenüber der Atmosphäre verschlossen werden. Im nahe einem Einlaufstern 16 befindlichen Anfangsbereich der Wand 6 sind drei Öffnungen 7 ausgebildet, die an Vakuumpumpen 8 direkt angeschlossen sind. Die einen relativ großen Querschnitt aufweisenden Öffnungen 7 werden von den vorbeilaufenden Kammern 4 bestrichen bzw. überdeckt, wodurch diese auf kürzestem Weg auf den gewünschten Unterdruck von 0,1 bis 0,5 Millibar evakuiert werden. Im nahe einem Auslaufstern 17 befindlichen Endbereich der Wand 6 sind zwei Öffnungen 22 ausgebildet, die gleichfalls von den vorbeilaufenden Kammern 4 bestrichen bzw. überdeckt werden und an eine Sterilluftquelle 23 angeschlossen sind. Auf diese Weise werden die Kammern 4 nach Abschluss der Sterilisierung kurz vor dem Eintreffen am Auslaufstern 17 mittels Sterilluft auf normalen atmosphärischen Druck gebracht.
Die stabförmigen Elektroden 5 bzw. Antennen sind nach Art eines Hohlleiters ausgebildet und weisen einen keramischen Mantel und einen metallischen Innenleiter auf. Der Mantel ist am freien, in die Flasche 1 eintauchenden Ende vakuumdicht verschlossen und am anderen, aus der Kammer 4 herausragenden Ende mit einem metallischen Aussenleiter versehen. Dort wird die Mikrowellenenergie eingekoppelt. Durch diese spezielle Anordnung ist es möglich, Mikrowellen dem evakuierten Innenraum einer in einer Kammer 4 fixierten Flasche 1 zuzuführen und zu gewährleisten, dass sich die Mikrowellen geführt im Vakuum ausbreiten können und dort zur Plasmabildung in der Flasche 1 führen. Durch das Plasma werden die in der Flasche 1 befindlichen Keime mit hoher Abtötungsrate vernichtet.
Die Steuerung des Plasmas in den aktiven, evakuierten Kammern 4 erfolgt durch in die Leitungen 12 eingesetzte Schalter 24 die im Umlaufbereich der zugehörigen Kammer zwischen den Entlüftungsöffnungen 7 und den Belüftungsöffnungen 22 die Elektrode 5 mit Mikrowellenenergie versorgen und damit das Plasma im Innenraum der Flasche 1 aufrechterhalten.
In dem nicht von der stationären Wand 6 abgedeckten Umlaufbereich der Kammern 4 werden die zu sterilisierenden Flaschen 1 durch den rotierenden Einlaufstern 16 in die Greifzangen 10 der Kammern 4 eingeführt und die sterilisierten Flaschen 1 durch den rotierenden Auslaufstern 17 von den Greifzangen 10 übernommen und aus den Kammern 4 herausgeleitet. Die zu behandelnden Flaschen 1 werden durch einen Luftförderer 18 zugeführt und durch eine Förderschnecke 19 auf Abstand gebracht und teilungsgerecht dem Einlaufstern 16 zugeführt. Die sterilisierten Flaschen 1 werden vom Auslaufstern 17 an einen weiteren Luftförderer 20 übergeben und zu einer nicht gezeigten Füll- und Verschließmaschine transportiert. Die Ausbildung von Einlaufstern 16 und Auslaufstern 17 ist der WO 99/52810 zu entnehmen.
Im Bereich zwischen den Entlüftungsöffnungen 7 und den Belüftungsöffnungen 22 können in der Wand 6 weitere Öffnungen angeordnet sein, beispielsweise zum Zuführen von Prozessgasen oder zum zusätzlichen Evakuieren, um einen unerwünschten Druckanstieg durch Undichtigkeiten usw. zu verhindern. Die Öffnungen können auch schlitzförmig ausgebildet sein und sich über mehrere Kammern erstrecken. Ferner können die Öffnungen fensterartig ausgebildet sein und zu zusätzlichen Einrichtungen führen, mittels denen eine Außensterilisierung der Flaschen möglich ist. Dies alles ist in 1 strichpunktiert angedeutet.
Im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Flaschen 1 ohne Höhenbewegung im wesentlichen in radialer Richtung in die Kammern 4 hinein- und hinausbewegt. Die Unterbrechung 30 in der stationären Wand 6 kann daher relativ klein gehalten werden und der Transfer der Flaschen beansprucht wenig Zeit und Transportweg. Es ist jedoch eine Höhenbewegung der Elektroden 5 erforderlich, die dementsprechend vakuumdicht im Rotor 9 gelagert werden müssen. Statt dessen ist es auch möglich, die Elektroden 5 starr im Rotor 9 zu befestigen und die Flaschen 1 im Ein- und Auslaufbereich zu heben und zu senken. In 3 ist eine entsprechende Vorrichtung dargestellt. Hier ist die stationäre Wand 6 nicht unterbrochen sondern durchgehend zylindrisch. Der Boden 25 jeder Kammer 4 ist höhenbeweglich am Rotor 9 gelagert und mittels einer stationären Steuerkurve 26 heb- und senkbar. Die Greifzangen 10 sind mittels einer senkrechten Stange 27 am Boden 24 befestigt, so dass bei abgesenktem Boden 24 die Flaschen 1 in radialer Richtung in die Greifzangen 10 hinein bzw. aus diesen heraus bewegt werden können. Diese Position ist in 3 gezeigt. Im Anschluss an das Einführen der Flaschen 1 in die Greifzangen 10 werden die Böden 25 mitsamt der Flasche 1 angehoben, bis sie die in 3 strichpunktiert angedeutete obere Arbeitsposition erreichen.
Dabei sind die Elektroden 5 ins Innere der Flaschen 1 eingedrungen und die Böden 25 sind gegenüber dem Rotor 9 und der stationären Wand 4 mittels Dichtungen 28 abgedichtet. Entsprechend umgekehrt erfolgt im Auslaufbereich ein Absenken der Böden 25 mitsamt den Flaschen 1, so dass diese durch den Auslaufstern 17 von den Greifzangen 10 abgenommen werden können.
Um eine Verkeimung der sterilisierten Flaschen 1 nach dem Verlassen der Kammern 4 zu verhindern, ist der Auslaufbereich und der Auslaufstern 17 mittels stationärer Trennwände 29 von der Umgebung getrennt und wird von einer Sterilluftquelle 23 mit steriler Luft versorgt.

Claims

Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Hohlkörpern (1), insbesondere Flaschen, mit mehreren auf einer Kreisbahn (2) kontinuierlich umlaufenden Niederdruck-Plasma-Behandlungseinrichtungen (3), von denen jede eine evakuierbare Kammer (4) für einen Behälter und eine Einrichtung (5) zur Plasmaerzeugung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Begrenzung der Kammern (4) durch eine stationäre Wand (6) gebildet wird, an der umlaufende Bereiche der Kammern (4) dichtend anliegen, und dass die stationäre Wand (6) in dem von den umlaufenden Bereichen der Kammern (4) überstrichenen Bereich mindestens eine Öffnung (7) aufweist, die an eine stationäre Vakuumquelle (8) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Wand (6) konzentrisch zur Kreisbahn (2) der umlaufenden Kammerbereiche angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere, parallel zur Mittelachse der Kreisbahn (2) verlaufende Begrenzung der Kammern (4) durch die stationäre Wand (6) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einrichtung (5) zur Plasmaerzeugung eine in den Behälter einführbare Elektrode oder Antenne aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (5) gesteuert höhenbeweglich an den umlaufenden Bereichen der Kammern (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Wand (6) eine Unterbrechung (30) aufweist, durch welche die Hohlkörper (1) im wesentlichen radial zur Kreisbahn in die Kammern (4) hinein bzw. aus den Kammern (4) herausbewegt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (5) starr an den umlaufenden Bereichen der Kammern (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Wand (6) ununterbrochen ist und die Hohlkörper (1) im wesentlichen senkrecht zur Kreisbahn in die Kammern (4) hinein bzw. aus den Kammern (4) heraus bewegt werden.