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Verfahren zum kontinuierlichen Sterilisieren von bahnförm.igem Packungsmaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sterilisieren von bahnförmigem biegsamem
Packungsmaterial, insbesondere von Material, das auf einer Bahnseite einen Kunststoffbelag
aufweist.
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Es sind Verfahren bekannt, die es erlauben, flüssige oder feste Stoffe,
wie Nahrungsmittel, Getränke, pharmazeutische Produkte und Hilfsstoffe, entweder
völlig keimfrei herzustellen oder einer keimfrei machenden Behandlung zu unterziehen.
Besondere Fortschritte sind auf dem Gebiet der Entkeimung von Milch erzielt worden.
So gelingt es beispielsweise heute, Rohmilch ohne jegliche nachteilige Veränderung
ihrer Eigenschaften mit Hilfe einer nur Sekundenbruchteile dauernden Erhitzung auf
Temperaturen von etwa 1500 C oder darüber zu erhitzen und auf diese Weise ursprünglich
in der Milch vorhandene, die hygienischen Eigenschaften und die Haltbarkeit von
Milch schädlich beeinflussende Keime mit Sicherheit zu vernichten. So behandelte
Milch kann-sofern eine Nachinfektion nicht stattfindet - während längerer Zeit bei
Raumtemperatur aufbewahrt werden.
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Es ist zwar bekannt, Milch und andere Flüssigkeiten oder Stoffe unter
sterilen Bedingungen in Blechdosen einzufüllen und diese hermetisch zu verschließen.
Ferner werden viele pharmazeutische Stoffe in Glasbehälter gefüllt oder verpackt
und diese - meistens durch Zuschmelzen der Einfüllöffnung -hermetisch verschlossen.
Ferner ist bereits versucht worden, Milch unter sterilen Bedingungen in die üblichen
Glasflaschen einzufüllen und diese zu verschließen, wobei aber der Flaschenrücknahmedienst,
die Reinigung der Flaschen und das ungünstige Gewichtsverhältnis zwischen Verpackung
und Ware den Verkaufspreis für derart in den Handel gebrachte Milch unliebsam verteuern.
Die Verpackung der Milch in Blechbehältern ist ebensowenig wirtschaftlich, desgleichen
auch die Verpackung in zuschmelzbaren Glasbehältern.
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Gegenüber den geschilderten Verpackungsarten bietet die Verwendung
von nach dem Gebrauch wegwerfbaren, aus folienartigem Material geformten Packungen
erhebliche Vorteile. Besonders geeignet hierzu sind Packungen, welche aus einer
mit Kunststoff beschichteten Papierbahn hergestellt sind. Dieses Material ist für
Flüssigkeiten undurchlässig; ferner ist es undurchdringlich für Keime, die mit der
Außenseite der geformten Packung in Berührung kommen.
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Besondere Anforderungen stellt jedoch die Sterilisation des Verpackungsmaterials.
Eine zuverlässige Sterilisation läßt sich durch Erhitzen des Materials erzielen;
diese Maßnahme allein übt jedoch einen schädlichen Einfluß auf die Elastizität und
Festigkeit des Verpackungsmaterials aus. Die Erfindung ermöglicht, diese Nachteile
weitgehend auszuschalten.
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Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn kontinuierlich
durch das Innere eines Sterilisationsraumes geführt und hier durch Einwirkung eines
unter geringem Überdruck und Sterilisationstemperatur stehenden gas- oder dampfförmigen
Mittels in bekannter Weise erhitzt wird, daß hierauf die Bahn in steriler, ebenfalls
unter geringem Überdruck stehender Atmosphäre mit steriler Flüssigkeit im Überschuß
befeuchtet und bis zur Erreichung günstiger Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften
wieder getrocknet wird.
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Vorteilhaft wird zum Erhitzen überhitzter Wasserdampf mit einer Temperatur
von mindestens 1600 C, vorzugsweise etwa 2000 C, verwendet. Zur Befeuchtung wird
zweckmäßig steriles Wasser mit einer Temperatur zwischen 30 und 800 C und zur Trocknung
Luft mit einer Temperatur von 20 bis 800 C verwendet. Hierbei empfiehlt es sich,
die Durchlaufzeit einer Bahnstelle durch den Sterilisationsraum auf mindestens 30
Sekunden, vorzugsweise 50 bis 200 Sekunden, einzustellen. Unter Umständen kann die
Bahn auch durch Einwirkung von Wärmestrahlung auf Sterilisationstemperatur erhitzt
werden. Schließlich kann die Bahn auch im Sterilisationsraum der Einwirkung eines
gasförmigen Sterilisationsmittels ausgesetzt werden, zum Beispiel der Einwirkung
von heißen Abgasen, die durch einen Verbrennungsprozeß erzeugt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung
sind nachstehend an
Hand des in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt nach
der LinieII-II der Fig. 1 durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Das bahnförmige Verpackungsmaterial 1, das auf einer Bahnseite mit
einem Kunststoffbelag aus Polyäthylen versehen ist, wird von der Rolle 2 abgezogen
und gelangt über eine Umlenkrolle 3 und ein angetriebenes Klemmrollenpaar 4 in den
Sterilisationsraum 5, der sich im Innern des Gehäuses 6 befindet. Der Sterilisationsraum
ist von der Wand 6 a umschlossen, welche teilweise aus wärmeisolierendem Material
besteht. Im Inneren des Sterilisationsraumes 5 befinden sich Führungsrollen7, von
denen die Rollen 7a und 7 b mit Hilfe nicht gezeichneter Antriebsmittel in Umdrehung
gesetzt werden können. Über die Rollen 7 sind zwei in sich geschlossene I(ettenbänder
8a und 8h gelegt, welche in Zähne der Führungsrollen eingreifen und bei Drehung
der Rollen 7 a und 7b in Umlauf versetzt werden. Die Ketten 8 8a und 8b sind durch
parallele, horizontale und in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnete Tragstäbe
9 verbunden.
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Die von der Rolle 2 abgezogene Bahn 1 wird derart über die Tragstäbe
9 geführt, daß das Innere des Sterilisationsraumes von einer Mehrzahl Bahnschleifen
gefüllt ist, welche durch die Wanderbewegung der Stäbe von links nach rechts transportiert
werden, und zwar derart, daß die Papierseite der Bahn auf den Tragstäben9 aufliegt.
Aus dem Sterilisationsraum gelangt die Bahn 1 hierauf in die Befeuchtungskammer
10 und anschließend in die Trocknungskammer 11, wo sie durch das angetriebene Klemmrollenpaar
12 und die Umlenkrolle 13 geführt ist. An die Trocknungskammer 11 schließt der Transportkanal
14 an, in dem sich ein weiteres antreibbares Klemmrollenpaar 15 befindet. Der Transportkanal
14 mündet in die Verpackungs- und Abfüllmaschine 16.
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Im Inneren des Sterilisationsraumes 5 sind mit Öffnungen versehene
Verteilleitungen 17a und 17 b beidseitig der wandernden Bahnschleifen angeordnet.
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Diese Leitungen stehen in Verbindung mit der Zuleitung 18, welcher
aus dem an die Dampfzuleitung 18 cd angeschlossenen Überhitzer 18 b überhitzter
Wasserdampf unter geringem Überdruck - z. B.
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20 mm/WS und mit einer Temperatur von etwa 4000 C - zugeführt wird.
Durch die Expansion des in den Sterilisationsraum einströmenden Dampfes und infolge
von Wärmeverlusten ergibt sich hierbei im Inneren des Sterilisationsraumes z.B.
eine Temperatur von etwa 2000 C. Auf der Oberseite des Sterilisationsraumes ist
eine Abführleitung 19 für den Dampf vorgesehen. Die Zufuhr des als Sterilisationsmittel
dienenden Wasserdampfes kann mittels des Ventils 20 eingestellt werden.
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In der Befeuchtungskammer 10 sind zwei an die gemeinsame Zuführleitung
21 angeschlossene Rohre 22 und 23 angeordnet. Der Zuführleitung 21 kann aus einer
nicht gezeichneten Quelle steriles Wasser mit einer Temperatur von 30 bis. 800 C,
vorzugsweise etwa 500 C, zugeführt werden. Die Rohre 22 und 23 sind mit Öffnungen
24 versehen, durch welche das unter Druck zugeführte Wasser gegen die laufende Papierbahn
1 gespritzt werden kann.
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Den anschließenden Trocknungsraum 11 durchläuft die Papierbahn als
frei nach unten hängende Schleife.
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In das Innere der Trocknungskammer kann iiber die Leitung 26 sterile
Trocknungsluft eingeführt werden,
die durch den Kompressor 27 aus der Atmosphäre
angesaugt, im Sterilfilter 28 von mitgeführten Keimen befreit und im Erhitzer 29
auf eine Temperatur von 30 bis 800 C, vorzugsweise etwa 500 C, erhitzt wird.
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Die in den Trocknungsraum 11 eingeführte Trocknungsluft durchströmt
im Gleichstrom mit der laufenden Papierbahn den allseitig geschlossenen Transportkanal
14 und entweicht an einer geeigneten Stelle der Abfüll- und Verpackungsmaschine
16 in die Atmosphäre. Das im Befeuchtungsraum sich ansammelnde Wasser wird über
die als Siphon ausgebildete Leitung 30 abgeführt, wobei die sich bildende Wassersäule
den Eintritt von Außenluft verhindert.
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Die auf der Rolle 1 aufgewickelte Papierbahn und der auf der einen
Bahnseite befindliche Kunststoffbelag sind nicht keimfrei. Im Laufe des Herstellungsprozesses
und während der Lagerung der Papierbahn ist diese und ihr Kunststoffbelag durch
Keime infiziert worden, welche die Haltbarkeit der Stoffe schädlich beeinflussen
würden, welche in der Abfüll-und Verpackungsmaschine 16 in die dort aus der Papierbahn
geformten Packungen abgefüllt werden.
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Um sterile Stoffe in geformten Packungen steril aufbewahren zu können,
müssen deshalb solche Keime vollständig vernichtet werden. Hierzu erfolgt die Erhitzung
der Papierbahn im Inneren des Sterilisationsraumes 5. Die Aufenthaltszeit einer
Papierbahnstelle im Inneren des Sterilisationsraumes wird durch entsprechende Wahl
der Einführgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der umlaufenden Tragstäbe so
eingestellt, daß sie mindestens 30 Sekunden, vorzugsweise 50. bis 120 Sekunden,
beträgt. Während dieses Zeitintervalls kommt die Papierbahn in Berührung mit der
im Inneren des Sterilisationsraumes aufrechterhaltenen Wasserdampfatmosphäre aus
überhitztem Dampf, wobei sämtliche Keime vernichtet werden.
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Während dieser Erhitzung mittels des eingeführten überhitzten Dampfes
vermindert sich der Feuchtigkeitsgehalt der Papierbahn, wodurch diese an Elastizität
und Festigkeit verliert, und zwar so spröde wird, daß sie den bei der Formung der
Packungen später auftretenden Beanspruchungen nicht gewachsen wäre. Anschließend
an diese Sterilisierung erfolgt nun in der Befeuchtungskammer eine Befeuchtung der
sterilisierten Papierbahn, und zwar im Überschuß, d. h., der Wassergehalt der Papierbahn
wird auf einen größeren Wert als den natürlichen Anfangswert vor der Sterilisierbehandlung
gebracht. Diese Befeuchtung bewirkt gleichzeitig eine Kühlung der Bahn. Anschließend
an diese Befeuchtung erfolgt im Trocknungsraum 11 eine Trocknung der Papierbahn,
desgleichen auf ihrem Weg in die Abfüll- und Verpakkungsmaschine 16, und zwar auf
einen solchen Wert des Wassergehaltes, daß sich für die Weiterverarbeitung der Papierbahn
zu Packungen günstige Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften ergeben.
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Durch verdunstendes Wasser wird gleichzeitig die Kühlung der Bahn
gefördert. Der Trocknungsgrad kann durch entsprechende Wahl der Temperatur und der
Menge der eingeführten Trocknungsluft eingestellt werden. Da auch die Trocknungsluft
unter geringem Überdruck, z. B. 50 mm/WS, in den Trocknungsraum eingeführt wird,
kann keine keimhaltige Umgebungsluft durch allfällige Undichtheiten von Befeuchtungsraum
10, Trocknungsraum 11, Transportkanal 14 und Abfüll- und Verpackungsmaschine 16
eintreten und mit der sterilisierten Papierbahn in Berührung kommen.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. So könnte an Stelle des
als Sterilisationsmittel dienenden
Wasserdampfes ein anderes Mittel, z. B. erhitzte Luft oder ein anderes, diese Eigenschaften
ebenfalls aufweisendes Gas oder Gasgemisch verwendet werden. Besonders geeignet
sind Verbrennungsgase. Durch den Verbrennungsprozeß werden im Brenngas allfällig
enthaltene Keime vollständig vernichtet, so daß das als Wärmeträger verwendete Abgas
bereits sterile Eigenschaften besitzt und dessen Wasserdampfgehalt gegenüber einem
wasserdampffreien Sterilisationsmittel ein vermindertes Austrocknen der Bahn bewirkt.
An Stelle eines Wärmeträgers, wie Wasserdampf oder Heißgas, zur Sterilisation der
Bahn kann diese auch durch Einwirkung von Wärmestrahlung auf die erforderliche Sterilisationstemperatur
erhitzt werden. Eine solche Wärmestrahlung kann beispielsweise durch elektrische
Heizelemente oder Infrarotlampen erzeugt und mindestens gegen die mit dem zu verpackenden
Gut in Berührung kommende Bahnseite gerichtet werden.
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Ferner könnten auch andere Gase oder Gasgemische als Luft für Trocknungsmedien
zur Trocknung der Papierbahn verwendet werden. Vorteilhaft kann dem Sterilisationsmittel
auch ein Mittel beigemischt sein, welches die Sterilisation unterstützt oder die
Gefahr einer Nachinfektion vermindert, z. B. bakterizid oder fungizid wirkende Gase,
Dämpfe oder Aerosole.
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PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zum kontinuierlichen Sterilisieren
von bahnförmigem biegsamem Packungsmateri al, insbesondere von Material, das auf
einer Bahnseite einen Kunststoffbelag aufweist, durch Wärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bahn durch das Innere eines unter geringem Überdruck stehenden Sterilisationsraumes
geführt
und hier in bekannter Weise auf Sterilisationstemperatur erhitzt wird, daß
anschließend die Bahn in steriler, ebenfalls unter geringem Überdruck stehender
Atmosphäre mit steriler Flüssigkeit im Überschuß befeuchtet und bis zur Erreichung
günstiger Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften wieder getrocknet wird.