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Vorrichtung zum sterilen Verpacken von sterilem Verbrauchsgut Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum sterilen Verpacken von sterilem Verbrauchsgut,
in welcher eine biegsame Bahn in eine Abfüll- und Verpackungsmaschine geführt, hier
zu einem Tubus geformt, dieser mit dem zu verpackenden Gut teilweise gefüllt und
unter Zusammendrücken quer zu seiner Längsrichtung zu geschlossenen, gefüllten Behältern
geformt wird, wobei im Inneren des Tubus zwischen eingefülltem Gut und Tubusöffnung
eine Heizeinrichtung zur sterilisierenden Erhitzung der Tubusinnenseite angeordnet
ist.
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Vorrichtungen der geschilderten Art ermöglichen, jede vorgängig dem
Formen des Tubus stattfindende Sterilisierung des bahnförmigen Verpackungsmaterials
wegzulassen. Damit vereinfacht sich das ganze Abfüll- und Verpackungsverfahren außerordentlich
gegenüber einer Arbeitsweise, bei welcher die Bahn vor ihrer Einführung in die Maschine
sterilisiert wird und wo auf dem Weg in die Maschine und bis zum Bilden der geschlossenen
Packung dauernd für eine sterile Atmosphäre gesorgt werden muß, z. B. durch Erzeugen
einer unter geringem Überdruck stehenden sterilen Atmosphäre im Inneren einer den
Weg der Bahn und die Teile zur Bildung der Packungen und zum Füllen derselben umschließenden
Kammer.
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Die Inbetriebsetzung einer Vorrichtung mit im Inneren des Tubus stattfindender
Sterilisierung der inneren Tubuswand erfordert, daß alle später im eigentlichen
Betrieb sich im Tubusinneren befindenden und nicht etwa einer sterilisierenden Erhitzung
durch die Heizvorrichtung ausgesetzten Teile, wie Einfüllrohr für das zu verpackende
Gut, Einrichtungen zum Regulieren des Niveaus des eingefüllten Gutes usw., vor Beginn
des Verpackungs- und Abfüllbetriebes einer Anfangssterilisierung unterworfen werden.
Die Erfindung bezweckt insbesondere diese Anfangssterilisierung einfach und betriebssicher
zu ge stalten. Ferner setzt sie sich zum Ziel, die Sicherheit bezüglich Aufrechterhalten
steriler Arbeitsbedingungen beim Übergang von der Anfangssterilisierung zum eigentlichen
Betrieb der Maschine zu erhöhen und auch im Betrieb jede Nachinfektion durch von
außen eindringende Keime auszuschließen.
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Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein koaxial zur Tubusachse
angeordnetes Mantelrohr, das im Betrieb der Vorrichtung mindestens die außerhalb
der Einwirkung der Heizvorrichtung im Tubusinneren befindlichen sterilen Teile der
Maschine umschließt und daß weiter Mittel zum Zuführen eines der Anfangssterilisierung
dienenden Wärmeträgers in das Innere des Mantelrohres vorgesehen sind.
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Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale sind
nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher
erläutert; die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Die gezeichnete Abfüll- und Verpackungsmaschine weist ein Gehäuse
1 auf, das mit einem trägerartigen Aufsatz 2 versehen ist. Die laufend von einer
nicht gezeichneten Rolle abgezogene und der Verpackungsmaschine zugeführte Bahn
5 besteht aus einseitig mit einem Kunststoff - z. B. Polyäthylen - beschichtetem
Papier und wird derart in einen Ring 3 geführt, daß sich ein Tubus 5' bildet, und
zwar bildet die beschichtete Seite die Innenwand des Tubus. Die Seitenkanten der
Bahn 5 überlappen sich und bilden Mantellinien des geformten Tubus. Ein am Träger
6 befestigter Heizschuh 7 liegt unter Druck auf der überlappten Partie der Bahn
5 auf und bewirkt durch Erwärmen des Kunststoffbelages ein Zusammenkleben.
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Auf der Innenseite des geformten Tubus ist die überlappte Partie im
Bereich des Heizschuhes 7 mit Hilfe einer nicht gezeichneten Rolle abgestützt. Der
Heizschuh 7 ist elektrisch beheizt.
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Im Inneren des Gehäuses 1 sind zum Zusammendrücken des Tubus 5' dienende
Preßorgane angeordnet. Diese sind als elektrisch beheizte Preßbackenpaarel0 und
11 ausgebildet, welche auf den in sich geschlossenen Ketten 12 und 13 befestigt
sind und im Betrieb der Einrichtung mit diesen umlaufen. Die Ketten 12 und 13 laufen
über die Führungsräder 14 und 15 bzw. 16 und 17, von denen die Räder 14 und 17 durch
nicht gezeichnete Antriebsmittel in Richtung der Pfeile 18 bzw. 19 in Drehung versetzt
werden
können. Weitere, nicht gezeichnete Preßbackenpaare arbeiten
senkrecht zur Zeichenebene, derart, daß der laufend nach unten geführte Tubus abwechselnd
in zwei zueinander senkrechten Richtungen zusammengedrückt wird. Die Bewegung der
jeweils in Arbeitsstellung befindlichen Preßbacken bewirkt einen Transport der Bahn
5 und des Tubus 5' nach unten. Durch das Zusammendrücken mit Hilfe der beheizten
Preßbacken wird der Tubus 5' in geschlossene Behälter 20 abgeteilt. Das abzufüllende
Gut, z. B. auf hier nicht näher geschilderte Weise entkeimte Milch, wird der Einrichtung
durch das Einfüllrohr 21- zugeführt. Dieses ist auf später beschriebene Weise am
Träger 4 befestigt. Die Zufuhr von Milch wird mit Hilfe des Schwimmers 9 so reguliert,
daß sich im Inneren des Tubus ein auf gleicher Höhe verbleibender Flüssigkeftsspiegel
22 bildet.
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Im Inneren des geformten Tubus 5' ist oberhalb des eingefüllten Gutes
eine Heizeinrichtung angeordnet. Diese umschließt das Einfüllrohr 21 und weist eine
elektrische Heizspirale 24 auf. Diese wird radial auswärts von einem Quarzzylinder
25 umschlossen; das Einfüllrohr 21 ist durch eine Wärmeisolation 26 gegen die Heizspirale
abgeschirmt. Die Heizspirale 24 ist an dem nach oben aus dem Tubus herausgeführten
elektrischen Kabel 27 angeschlossen.
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Koaxial zur Tubusachse ist erfindungsgemäß ein Mantelrohr 28 vorgesehen,
welches sich nach oben über die Heizeinrichtung hinaus erstreckt und nach unten
bis über das Ende des Einfüllrohres 21 verlängert ist. Das Mantelrohr bildet im
Betrieb mit dem Tubus 5' einen Spalt29. Ferner ist im Mantelrohr eine Öffnung 30
vorhanden, welche vom ringförmigen Verteilkanal 31 umschlossen ist, in welchen eine
Leitung32 mündet. Weil die nach unten liegende Verlängerung des Mantelrohres sich
bis in den Bereich der Preßbackenpaare 10 und 11 erstreckt, ist das Mantelrohr in
seinem Unterteil flexibel ausgebildet.
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Zu diesem Zweck ist an dem aus Metall bestehenden Oberteil 28 a des
Mantelrohres ein Schlauch 28 b mit Hilfe des Ringes 28 c aufgeschraubt. Der Schlauchteil
28 b besteht vorzugsweise aus hitzebeständigem Kunststoff, z. B. aus einem Polymerisationsprodukt
von Tetrafluoräthylen.
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An die Heizvorrichtung schließt ein Verschlußkörper 33 an, welcher
sich im Betrieb der Vorrichtung gegen die Innenwand des Tubus 5' anliegt. Ein am
Einfüllrohr 21 geeignet befestigter Tragring 34 hält die Heizeinrichtung gegen den
Verschlußkörper33, der seinerseits durch die Klemmschraube 35 am Einfüllrohr 21
befestigt ist. Zur Aufnahme von Dehnungsunterschieden ist zwischen Heizvorrichtung
und Verschlußkörper eine Feder 23 vorgesehen. Zwischen Verschlußkörper 33 und der
Tubusöffnung 36 ist das Einfüllrohr 21 von einem Isoliermantel 37 umschlossen, der
nach oben aus dem Tubus ragt und auf dem Einfüllrohr 21 befestigt ist. Ferner weist
der Verschlußkörper eine Vertiefung 38 auf, und zwar an der Durchführungsstelle
des Einfüllrohres. Das Einfüllrohr 21 und die von ihm getragenen Teile sind auf
dem Träger 4 abgestützt, der am Isoliermantel 37 befestigt ist.
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Die Leitung 32 ist über ein Ventil 43 an die Leitung 42 angeschlossen,
die mit dem Umgebungsluft ansaugenden Ventilator44 in Verbindung steht. In der Leitung
42 ist eine z. B. als elektrische Heizwicklung 45 ausgebildete Erhitzungsvorrichtung
angeordnet. In Strömungsrichtung der angesaugten Luft ist nach der
Erhitzungsvorrichtung
45 ein Filter 47 angeordnet, das von der angesaugten Luft mitgeführte Keime zurückhält.
Die geschilderte Anordnung ermöglicht, der Leitung 32 wahlweise heiße sterile Erhitzungsluft
oder aber kühlere, z. B. Raumtemperatur aufweisende sterile Luft zuzuführen, letzteres
bei abgestellter Erhitzungseinrichtung45. Die Leitung 42 ist ferner über die Leitung
49 und das Ventil 50 mit dem Einfüllrohr 21 verbunden.
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Zur Inbetriebnahme der geschilderten Vorrichtung wird vorerst durch
die Leitung 32 erhitzte keimfreie Luft in den vom Mantelrohr 28 umschlossenen Raum
eingeführt. Die Temperatur der erhitzten Luft kann beispielsweise 3000 C betragen.
Desgleichen wird eine Teilmenge der erzeugten Heißluft dem Einfüllrohr 21 zugeführt.
Beide Maßnahmen dienen der Anfangssterilisierung, und zwar wird so einerseits das
Innere des Einfüllrohres und andererseits die von der Heißluft im Inneren des Mantelrohres
umspülten Teile, wie Außenseite des Einfüllrohres, Ringkörper 34 und die das Niveau
22 des eingefüllten Gutes regelnde Schwimmervorrichtung 9 sterilisiert. Zu diesem
Zeitpunkt kann bereits die Heizvorrichtung 24, 25 eingeschaltet sein, vorteilhaft
auf vorerst kleiner Stufe.
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Nachdem Gewähr besteht, daß alle später im Inneren des Tubus 5' befindlichen
Teile sterile Oberflächen aufweisen, wird die Heizvorrichtung 45 abgeschaltet, womit
Raumtemperatur aufweisende, jedoch sterile Luft in die Leitung 32 und in das Einfüllrohr
21 strömt. Die so in das Innere des Mantelrohres 28 strömende sterile Luft entweicht
nach unten sowie durch den Spalt zwischen Verschlußkörper 33 und Mantelrohr 28 nach
oben, und zwar als Sperrströmungen, welche ein Eindringen von Außenluft und damit
eine Reinfektion der vorgängig auf geschilderte Weise sterilisierten Teile verhindern.
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Hierauf wird die Heizspirale 24 auf Vollast eingeschaltet bzw. umgeschaltet,
der Heizschuh7 eingeschaltet und die Bahn 5 auf geeignete Weise eingeführt und zwischen
dem Verschlußkörper 33 und dem Mantelrohr 28 nach unten gestoßen, bis der Bahnanfang
von den umlaufenden Preßbacken 10, 11 erfaßt und die Bahn durch die Bewegung der
Preßbacken nachgezogen wird. Die einander überlappenden Seitenränder der Bahn werden
so unter Bildung einer Längsnaht verschweißt. Der erzeugte Tubus 5' bewegt sich
nach unten, wird durch die Preßbacken in Querrichtung zu seiner Achse zusammengeschweißt,
und der Tubus ist nunmehr einzig durch seine Öffnung 36 mit der Außenluft in Verbindung.
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Die Heizleistung der Heizspirale wird bei spielsweise so eingestellt,
daß die an ihr vorbeibewegte Tubusinnenwand auf etwa 2000 C oder darüber erhitzt
und auf diese Weise kontinuierlich sterilisiert wird. Weil mit der Anfangs sterilisierung
sämtliche sich nunmehr im Tubusinneren befindlichen Oberflächen steril gemacht wurden
und weil auf der Tubusinnenwand befindliche Keime beim Passieren der Heizvorrichtung
vernichtet werden, ist gewährleistet, daß die vorläufig nur mit steriler Luft gefüllten
Packungen in ihrem Inneren keimfrei sind. Die Sterilität im Raum unterhalb der Heizeinrichtung24,
25 wird weiterhin dadurch gefördert, daß die hier befindlichen Teile bis zum ersten
Schließen des Tubus durch die Preßbakkenl0, 11 noch eine von der Anfangssterilisierung
herrührende erhöhte Temperatur aufweisen.
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Hierauf wird das Ventil 50 geschlossen und das Ventil 51 im Einfüllrohr
21 geöffnet, derart, daß an
Stelle von steriler Luft nun das abzufüllende
sterile Gut, z. B. Milch, eingeführt wird. Die durch die Preßbacken 10, 11 nunmehr
erzeugten verschlossenen Packungen sind vollständig mit Milch gefüllt.
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Die Zufuhr steriler, etwa Raumtemperatur aufweisender Luft durch
die Leitung 32 in den nun zwischen Mantelrohr 28 und Tubus 5' vorhandenen Spaltraum
kann weiterhin aufrechterhalten bleiben und dient dann in an sich bekannter Weise
zur Kühlung der Tubusaußenseite. Sofern das zur Bildung des Tubus verwendete bahnförmige
Verpackungsmaterial ausreichend hitzebeständig ist, kann aber auch diese Kühlluftzufuhr
wegfallen. Bleibt die Kühlluftzufuhr aufrechterhalten, trägt das Mantelrohr 28 zu
einer wirksamen Kühlung bei; der enge Spaltraum zwischen Tubus 5' und Mantelrohr
28 verursacht eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit der auf beiden Seiten abströmenden
Luft, womit ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist.
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Neben seiner Aufgabe, für die Anfangssterilisierung einen bis auf
die obere und untere Öffnung abgeschlossenen Raum zu erzeugen, ergibt sich als weitere
vorteilhafte Wirkung des Mantelrohres 28, daß es als Führung beim Einziehen des
Tubus 5' dient.
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Der Verschlußkörper 33 verhindert weitgehend, daß im Betrieb der
Einrichtung nichtsterile Luft aus der Umgebung in das Tubusinnere strömen kann.
Durch die Heizvorrichtung24, 25 wird die Luft im Inneren des Tubus erhitzt und hat
die Neigung, nach oben wegzuströmen, wobei ohne Verschlußkörper ein Eindringen von
kühlerer Umgebungsluft in das Tubusinnere stattfinden kann. Diese kühlere Umgebungsluft
ist nicht steril; fällt sie mit einiger Geschwindigkeit nach unten, besteht unter
Umständen die Gefahr, daß ihre Aufenthaltszeit im Bereich der Heizvorrichtung 24,
25 nicht ausreicht, von ihr mitgeführte Keime zu vernichten. Die Heizvorrichtung
ist vornehmlich als Strahlungsheizkörper wirksam, womit nicht unmittelbar mit dem
Quarzrohr 25 in Berührung kommende Luft verhältnismäßig langsam erhitzt wird. Auf
diese Weise trägt der Verschlußkörper auch zu einer Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung
im Tubusinneren bei, da ein Luftwechsel im Tubusinneren praktisch ausgeschaltet
ist.
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Mit dem Verhindern eines Eindringens von Umgebungsluft in das Tubusinnere
ist eine weitere vorteilhafte Wirkung verbunden. In der Regel ist die Bahn 5 auf
ihre die Innenwand der fertigen Packungen bildende Seite mit einem Kunststoff, z.
B. Polyäthylen, beschichtet. Letzteres neigt dazu, in Anwesenheit von Sauerstoff
und bei erhöhten Temperaturen zu oxydieren, was seine Eigenschaften beeinträchtigt,
insbesondere die Schweißbarkeit. Die anfänglich im Tubusinneren unterhalb des Verschlußkörpers
33 befindliche Luft verarmt im Betrieb verhältnismäßig rasch an Sauerstoff, womit
eine solche schädliche Oxydation weitgehend verhindert werden kann.
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Bei Berührung feuchter Umgebungsluft mit dem Einfüllrohr kann sich
auf diesem Kondensat bilden und nach unten auf der Rohraußenfiäche ablaufen. Um
eine solche Kondensatbildung zu verhindern, ist das Einfüllrohr oberhalb seiner
Durchführung durch den Verschlußkörper 33 von einer Wärmeisolation umschlossen.
Diese ist im gezeichneten Ausführungsbeispiel als Mantel 37 ausgebildet, wobei der
im Inneren des Mantels befindliche Luftraum eine wirksame Wärmeisolation darstellt.
Allfällig trotzdem auf dem Einfüllrohr ablaufende Kondensattröpfchen werden
von der
Vertiefung38 auf der Oberseite des Verschlußkörpers 33 aufgefangen und könnten unter
Umständen durch eine zweckmäßige Ableitung weggeführt werden. Auf diese Weise wird
verhindert, daß nicht steriles Kondensat auf der Außenfläche des Einfüllrohres nach
unten in das Tubusinnere gelangt; solches Kondenswasser wäre ja nicht einer sterilisierenden
Erhitzung durch die Heizeinrichtung 24, 25 ausgesetzt.
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Die Erfindung ist nicht auf das gezeichnete Ausführungsbeispiel beschränkt.
Vielmehr könnte das Mantelrohr 28 nur die untere Endpartie der Heizeinrichtung 24,
25 umfassen. Auch kann die geschilderte Vorrichtung zum Abfüllen und Verpacken anderer
fließfähiger Verbrauchsgüter als Milch dienen.