DE19719911A1 - Vorrichtung zur Behandlung von Getränkebehältern - Google Patents
Vorrichtung zur Behandlung von GetränkebehälternInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ge
nannten Art.
Getränke werden in Getränkebehälter gefüllt wie z. B. Blechdosen, Glasflaschen
oder neuerdings zunehmend in Kunststoffflaschen. Die Behälter werden einer
gattungsgemäßen Vorrichtung gereinigt zugeführt, kommen also entweder von
einer Waschmaschine, wenn es sich um z. B. wiederverwendete Mehrwegflaschen
handelt oder kommen, wenn es sich um Neuflaschen handelt, z. B. direkt von ei
ner Kunststoffblasmaschine oder aus einem Rinser, der die Flaschen nur ausspült.
Die der gattungsgemäßen Vorrichtung zugeführten Behälter sind sauber, aber
nicht steril. Bei höheren Sterilitätsanforderungen, wie sie von gattungsgemäßen
Vorrichtungen zu erfüllen sind, müssen die Behälter und auch die auf die Behäl
ter zu verschließenden Verschlüsse vor dem Füllen bzw. Verschließens sterilisiert
werden. Dadurch wird die Keimzahl im fertig gefüllten, verschlossenen Behälter
reduziert und die Haltbarkeit des Getränks verlängert. Einige, heute zunehmend
Verbreitung findende Getränke, wie z. B. Eistee oder kohlensäurefreie Fruchtsäf
te, können nur in sterile Behälter mit einigermaßener Haltbarkeit gefüllt werden.
Bei der gattungsgemäßen Vorrichtung kann es sich um eine reine Füllmaschine
handeln oder eine reine Verschließmaschine. Üblicherweise handelt es sich um
eine Füll- und Verschließmaschine, bei der die Behälter zunächst gefüllt und
dann verschlossen werden. Dabei müssen Desinfektionseinrichtungen vorgesehen
sein, die die verarbeiteten Objekte, also Behälter und/oder Verschlüsse sterilisie
ren.
Als Desinfektionseinrichtungen sind nach dem Stand der Technik überwiegend
Heißdampfbearbeitungsstationen bekannt, aber auch chemisch arbeitende Sterili
sierungseinrichtungen, die z. B. H2O2 verwenden.
Nachteilig bei diesen bekannten Desinfektionseinrichtungen sind Rückstände wie
Wassertropfen nach beendeter Heißdampfsterilisation oder H2O2-Rückstände,
die das zu befüllende Getränk beeinträchtigen können. Außerdem sind bei den
bekannten Einrichtungen die Sterilisationsergebnisse unsicher. Durch ungleich
mäßige Gasführung oder z. B. ungleichmäßige Dampftemperaturen können unsi
chere Sterilisationsergebnisse entstehen. Da sich der Sterilisationsvorgang im zu
behandelnden Objekt, also z. B. einer Flasche, aber mit seinen Parametern nicht
direkt überwachen läßt, verbleibt ein Sterilisationsrisiko, das zu laufenden Sterili
sitätskontrollen zwingt. Ferner von Nachteil sind thermische oder chemische Be
lastungen des Behältermateriales.
Die nachveröffentlichte Anmeldung PCT/CH96/00406 schlägt die Desinfektion
von Behältern mittels Plasma vor, ohne jedoch auf die speziellen Bedürfnisse der
Getränketechnologie einzugehen.
Ein weiteres schweres Problem besteht bei geruchsbelasteten Behältern, insbe
sondere bei Kunststoffflaschen. In zurückkommenden Mehrwegflaschen, die bei
unsachgemäßer Behandlung z. B. mit Urin, Benzin oder ähnlichen Substanzen in
Berührung gekommen sind, verbleiben auch nach Reinigung in den üblichen
Waschmaschinen störende Reste. Es ist also eine Geruchsüberprüfung mit einem
sogenannten Sniffer erforderlich, die hohen apparativen Aufwand mit sich bringt
und es müssen zu stark geruchsbelastete Behälter aussortiert werden, was zu Be
hälterausschuß führt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Vor
richtung zu schaffen, die mit hoher Leistung das hochsterile Abfüllen von Ge
tränken mit höherer Sicherheit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge
löst.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Desinfektionsstation mit wenig
stens einem Desinfektionsplatz vorgesehen, an dem die Objekte, also Behälter
oder Verschlüsse zwischen Elektroden mit einem hoch frequenzerzeugten Plasma
beaufschlagt werden. Diese Desinfektionsstation stellt den Behandlungsplatz
bzw. die mehreren Behandlungsplätze dem durchlaufenden Objektstrom syn
chron zur Verfügung. Die Desinfektionsstation kann also synchron zu einer Füll- oder
Verschließmaschine laufen und ist somit für hohe Leistungen, wie sie heut
zutage in der Kellereiindustrie benötigt werden, geeignet. Außerdem läßt sich auf
diese Weise die Desinfektionsstation unmittelbar vor der Füll- oder Verschließ-
station integrieren, so daß auf dem nur sein kurzem Wege zwischen der Desin
fektionsstation und der anschließenden Behandlungsstation das Risiko der Neuin
fizierung gering ist. Dabei kann ein einzelner Desinfektionsplatz vorgesehen sein,
der von den Objekten in taktweiser Bewegung oder in kontinuierlicher Bewegung
durchlaufen wird oder es können beispielsweise auch zur Erzielung höherer Lei
stungen mehrere Desinfektionsplätze in einer Desinfektionsstation angeordnet
sein, beispielsweise auf einem Karussell umlaufend, wie bei Füllorganen einer
rotierenden Füllmaschine. Die Desinfektionsstation kann auch für mehrspurigen
Betrieb mit mehreren parallelen Desinfektionsplätzen ausgerüstet sein, z. B. auch
in taktweisem Betrieb nach Art des Betriebes eines Reihenfüllers. Die Desinfek
tionsplätze sind sehr einfach nur mit zwei Elektroden gestaltet, die in konventio
nelle Behälterbehandlungsmaschinen, wie Transporteure, Füllmaschinen oder
Verschließmaschinen konstruktiv integriert werden können. Die Desinfektion
mittels Plasma hat in Vorversuchen sehr gute Ergebnisse gezeigt, die bei ver
gleichbarem konstruktivem Aufwand niedrigere verbleibende Keimzahlen erge
ben, wie die bekannten Sterilisationsmethoden mit Heißdampf oder H2O2. Bei
geeigneter Auslegung der Desinfektionsstation läßt sich mit hoher Zuverlässigkeit
völlige Keimfreiheit erreichen. Im Behälter verbleiben keine Rückstande wie bei
der Heißdampfsterilisation oder der H2O2-Sterilisation. Es hat sich ferner ge
zeigt, daß die Plasmabehandlung eine starke desodorierende Wirkung hat. Es
kann dabei unter Umständen auf die teure Geruchsprüfung verzichtet werden
bzw. läßt sich bei Anordnung einer Desinfektionsstation vor dem Sniffer der
Ausschuß verringern. Die für den Plasmabearbeitungsprozeß erforderliche Zeit
ist derart kurz, daß mit sehr kleinen Zykluszeiten auch in einspuriger Objektfüh
rung die Durchsatzleistungen moderner Behälterbehandlungsmaschinen erreicht
werden.
Bei den zu desinfizierenden Objekten handelt es sich um Behälter, die an einer
Mündung offen sind und deren Innenraum mit dort schwebenden Keimen sowie
deren innere Oberfläche mit dort ansitzenden Keimen zu sterilisieren ist. Auch
die üblichen Verschlüsse, wie z. B. Schraubkappen für Flaschen, sind topfförmig
mit einer nach außen offenen Mündung ausgebildet und müssen in ihrem Innen
raum und mit den Innenflächen desinfiziert werden. Vorteilhaft sind dafür die
Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Bei einer solchen Konstruktion wird
das Plasma im Inneren des Objektes großvolumig erzeugt und füllt zu einer
gleichmäßigen Beaufschlagung der Innenwände des Objektes mit Plasma, das
dort seine sterilisierende Wirkung entfaltet. Die Hochspannungselektrode kann
durch die Mündung in den Innenraum ragend oder vorzugsweise außerhalb des
Objektes vor dessen Mündung angeordnet sein.
Vorteilhaft sind dabei die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Die Isolier
schicht ergibt eine gleichmäßigere Verteilung des erzeugten Plasmas über der
gesamten Innenfläche des Objektes unter Vermeidung zu hoher lokaler Plasma
konzentrationen, die zu Oberflächenbeschädigungen führen könnten.
Zur besonders gleichmäßigen Plasmabeaufschlagung der inneren Oberflächen des
Objektes ist die Masseelektrode vorteilhaft nach Anspruch 4 für leere Behälter
oder für Verschlußkappen topfförmig das Objekt umgebend ausgebildet.
Mit der Konstruktion des Anspruches 5 kann in einem gefüllten Behälter vorteil
haft kurz vor dem Verschließen der Kopfraum noch einmal nachsterilisiert wer
den, der auf dem Wege von der Füllstation zur Verschließstation infektionsge
fährdet ist.
Nach Anspruch 6 ist vorteilhaft die Masseelektrode der Objektform angepaßt
zur Verbesserung der gleichförmigen Plasmabeaufschlagung.
Ein Desinfektionsplatz kann komplett mit beiden Elektroden ausgerüstet sein. Bei
höheren Durchsatzleistungen wird es damit jedoch schwierig, das Objekt in der
zum Objektwechsel verfügbaren Zeit korrekt und in formschlüssiger Passung
zwischen die Elektroden zu bringen und aus diesen wieder zu entfernen. Vorteil
haft sind daher die Merkmale des Anspruches 7 vorgesehen. Dabei werden die
Masseelektroden mit den Objekten bewegt, so daß während der Bewegung aus
reichend Zeit für die In- und Außereingriffbringung der Objekte mit den Mas
seelektroden gegeben ist. Die Hochspannungselektrode steht jedoch ortsfest. Dies
hat den Vorteil, daß der Hochfrequenzgenerator sowie die aufwendig konstruierte
und geometrieempfindliche Verbindungsleitung zwischen der Hochspannungs
elektrode und dem Hochfrequenzgenerator sowie gegebenenfalls erforderliche Ab
schirmungen gegen elektrischen Störungen ortsfest angeordnet sein können.
Bei fest am Desinfektionsplatz angeordneten, das zu behandelnde Objekt insbe
sondere formschlüssig umgreifenden Masseelektroden gestaltet sich der Objekt
wechsel schwierig und benötigt bei z. B. topfförmigen Masseelektroden einen
Hubvorgang. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 8 vorgesehen.
Bei dieser geteilt außer Eingriff bringbaren Ausbildung der Masseelektrode ver
einfacht sich der Objektwechsel erheblich. Die Objekte können z. B. geradeaus
laufen, während die Teile der Masseelektrode in z. B. seitlichen Hubbewegungen
in- und außer Eingriff gebracht werden.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 9 vorgesehen. Auf diese Weise
läßt sich die formschlüssige Aufnahme der Objekte in der Masseelektrode sehr einfach mit den üblichen Konstruktionsmitteln bei Behälterbehandlungsmaschi
nen lösen, vorteilhaft nach Anspruch 10 durch Ausbildung der Halbschalen an
Transportsternen, die an ihrem Übergabepunkt mit den Halbschalen ineinander
greifend die vollständige Umschließung des Objektes am Ort des Behandlungs
platzes ergeben.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 11 vorgesehen. Auf diese Weise
kann auf einem Platz gleichzeitig sowohl ein Objekt sterilisiert werden als auch
ein im Bereich an der zweiten geerdeten Elektrode befindlicher Gegenstand ste
rilisiert werden. Dieser kann gemäß Anspruch 12 das über dem zu befüllenden
Behälter stehende Füllorgan sein, so daß dessen infektionsgefährdeter Auslauf
gleichzeitig mit dem Behälter sterilisiert wird. Hierdurch wird optimal sterile Ab
füllung gewährleistet.
Nach Anspruch 13 kann vorteilhaft unmittelbar vor dem Verschließen eines Be
hälters gleichzeitig der sich auf den Behälter absenkende Verschluß und der über
der Flüssigkeit im Behälter stehende Kopfraum sterilisiert werden, so daß auch
unmittelbar vor dem Verschließen des Behälters optimale Sterilität gewährleistet
ist.
Nach Anspruch 14 kann vorteilhaft das einen Verschluß tragende Verschließele
ment als Masseelektrode ausgebildet sein, so daß die Desinfizierung des Ver
schlusses im Verschließer unmittelbar vor dem Verschließen, z. B. dem Auf
schrauben, möglich ist.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 15 vorgesehen. Auf diese Weise
ist es mit nur einem ausreichend leistungsfähigen Hochfrequenzgenerator mög
lich, mehrere Desinfektionsstationen zu versorgen, wodurch der konstruktive
Aufwand und die Kosten der Gesamtvorrichtung verringert werden. Dabei kön
nen die vom Hochfrequenzgenerator versorgten Behandlungsstationen gleichzei
tig oder auch nacheinander, z. B. über Umschalteinrichtungen, versorgt werden.
Das Plasma kann in unterschiedlichen Gasen oder Gasmischungen erzeugt wer
den. Vakuumapparaturen sind nicht erforderlich, da auch bei Drücken im Bereich
des normalen Atmosphärendruckes mit einem geeignet ausgelegten Hochfre
quenzgenerator ein Plasma erzeugt werden kann. Erfolgt die Plasmaerzeugung
nach Anspruch 16 in offener Atmosphäre, so vereinfacht sich die Vorrichtung, da
gasdichte Räume, Schleusen und dergleichen nicht benötigt werden.
Vorzugsweise wird dabei gemäß Anspruch 17 ein Fremdgas zugegeben, das die
Plasmaerzeugung erleichtern kann. Die Zuführung kann vorzugsweise gemäß
Anspruch 18 durch die geeignet ausgebildete Hochspannungselektrode erfolgen
und gezielt durch die Mündung des Objektes, in dessen Innenraum gerichtet sein.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 19 vorgesehen. Im Gegensatz zu
den bekannten Sterilisationsvorgängen mittels Heißdampf oder H2O2 läßt sich
der Sterilisationsvorgang mit einem Plasmaimpuls sehr gut überwachen. Es kön
nen die elektrischen Parameter am Generator abgegriffen werden, wie beispiels
weise Impulsdauer, Spannung, Strom und Frequenz. Es kann auch unmittelbar am
Desinfektionsplatz die Plasmaerzeugung überwacht werden, beispielsweise durch
optische Überwachung der sich ergebenden Leuchterscheinung oder durch aku
stische Überwachung des entstehenden leichten Knalls. Die Überwachungsein
richtung kann aus den ermittelten Parametern mit hoher Sicherheit eine Aussage
darüber treffen, ob das behandelte Objekt mit einem Plasmaimpuls innerhalb der
zugelassenen Parameterwerte behandelt wurde, die Sterilisation also zuverlässig
erfolgte. Bei einer Fehlfunktion kann das fehlbehandelte Objekt ermittelt, auf
seinem weiteren Transportweg verfolgt und an geeigneter Stelle aus dem Objekt
strom aussortiert werden. Es ergibt sich auf diese Weise maximale Infektionssi
cherheit.
In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 im Achsschnitt einen Desinfektionsplatz für leere Kunststofffla
schen,
Fig. 2 im Achsschnitt einen Desinfektionsplatz für Verschlußkappen,
Fig. 3 im Achsschnitt einen Desinfektionsplatz für den Kopfraum gefüllter
Flaschen,
Fig. 4 einen Desinfektionsplatz mit zwei Transportsternen im Schnitt nach
Linie 4-4 in Fig. 5,
Fig. 5 den Desinfektionsplatz der Fig. 4 im Schnitt nach Linie 5-5 in
Fig. 4,
Fig. 6 im Schnitt nach Linie 6-6 in Fig. 8 einen Desinfektionsplatz für
eine leere Flasche und das zugehörige Füllorgan.
Fig. 7 im Schnitt nach Linie 7-7 in Fig. 8 einen Desinfektionsplatz für
den Kopfraum einer gefüllten Flasche und für die zugehörige Ver
schlußkappe und
Fig. 8 im Schnitt nach den Linien 8-8 in den Fig. 6 und 7 in Drauf
sicht eine Füll- und Verschließmaschine mit drei Desinfektionsplät
zen.
Fig. 1 zeigt einen Desinfektionsplatz zum Desinfizieren der inneren Flächen
einer Kunststoffflasche 1, z. B. aus dem üblicherweise heute für diese Zwecke
verwendeten Material PET. Die Flasche 1 steht auf ihrem Boden und weist mit
ihrer offenen Mündung 2 nach oben. Die Flasche 1 ist in eine topfförmige, oben
offene Masseelektrode 3 gestellt, die z. B. aus elektrisch leitfähigem Metallblech
ausgebildet ist. Auf ihrer Innenseite ist die Masseelektrode 3 mit einer Isolier
schicht 4 aus geeignet isolierendem Material ausgekleidet. Es ist eine Erdleitung
5 angedeutet, mit der die Masseelektrode 3 geerdet ist. Die Erdung kann natürlich
auch über konstruktive Elemente erfolgen, an denen die Masseelektrode 3 befe
stigt ist.
Über der Mündung 2 der Flasche 1 ist eine Hochspannungselektrode 6 mit nicht
dargestellten Mitteln gehalten, die über eine Leitung 7 an den Hochspannungspol
eines über eine Leitung 8 geerdeten Hochfrequenzgenerators 9 angeschlossen
ist.
Bei Abmessung und Anordnung der Elektroden 3 und 6 etwa wie dargestellt und
mit einer Kunststoffflasche 1 von etwa einem Liter Volumen kann ein Hochfre
quenzgenerator verwendet werden, der während einer Impulszeit von z. B. 20 ms
eine Hochfrequenz von z. B. 2 Mhz bei einer Spannung von einigen kV zwischen
den Elektroden 3,6 anlegt.
Zwischen den Elektroden, im wesentlichen in der Achse der Flasche 1, wird da
bei ein Plasma erzeugt, das den Innenraum erfüllt, zu den Innenwänden der Fla
sche 1 diffundiert und diese mit chemisch hochreaktiven Ionen und Radikalen
beaufschlagt. Dadurch werden im Innenraum schwebende und auf der Innenflä
che der Flasche 1 sitzende biologische Materialien, wie insbesondere Bakterien
etc., zerstört. Auch geruchsaktive Substanzen, die im Getränk stören würden,
werden auf diese Weise beseitigt, so daß unter Umständen das Sniffen und Aus
sortieren geruchsbelasteter Flaschen vermieden werden kann.
Der dargestellte Desinfektionsplatz kann in einer bestimmten Atmosphäre einge
schlossen sein, beispielsweise mit einer nicht dargestellten Kammer, Ein- und
Ausgangsschleusen etc. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Plas
maerzeugung jedoch in offener Atmosphäre, also in Luft. Dabei kann es erfor
derlich sein, vor der Plasmazündung ein Fremdgas, z. B. Argon, in die Flasche zu
geben.
Dazu ist im dargestellten Ausführungsbeispiel die Hochspannungselektrode 6 als
Düse mit einem Kanal 11 ausgebildet, der über einen Schlauch 12 und ein steu
erbares Ventil 13 an einen nicht dargestellten Gasvorrat angeschlossen ist.
Nach dem, wie erwähnt, sehr kurzen erforderlichen Plasmaimpuls kann die Fla
sche 1 sofort beseitigt und durch eine neue Flasche ersetzt werden. Die Impulse
können im Takt von etwa 10 Hz erzeugt werden, so daß die Flaschen mit sehr
hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit desinfiziert werden können.
In dem in Fig. 1 dargestellten Desinfektionsplatz können auch becherförmige
Behälter, wie in Fig. 5 dargestellt, desinfiziert werden beispielsweise auch
oben offene Blechdosen Glasflaschen oder sonstige für die Getränkeabfüllung
verwendete Behälter.
Fig. 2 zeigt einen Desinfektionsplatz zur Innendesinfektion einer Verschlußkap
pe 21 mit Innengewinde, wie sie z. B. als Schraubkappe für Flaschen verwendet
wird. Es handelt sich dabei um ein topfförmiges Objekt mit einer unteren Mün
dung 22, dessen innere Flächen zu desinfizieren sind, also um ein geometrisch
ähnliches Objekt, wie es die Flasche 1 gemäß Fig. 1 darstellt.
Auch hier ist wiederum eine die Verschlußkappe 21 topfförmig umschließende
Masseelektrode 23 vorgesehen, die in diesem Falle als Halter für die Kappe 21
ausgebildet ist, mit dem, angetrieben über eine Welle 24, nach beendeter Sterili
sierung die Kappe 21 sofort auf eine Flasche aufgeschraubt werden kann, wobei
die Welle 24 in Pfeilrichtung zu drehen ist.
Vor der Mündung 22 der Kappe 21 ist eine Hochspannungselektrode 26 ange
ordnet, die über eine Leitung 27 an einen Hochfrequenzgenerator 29 angeschlos
sen ist, der über eine Leitung 28 geerdet ist.
Die Masseelektrode 23 ist in geeigneter Weise zu erden, beispielsweise über eine
geerdete Kontaktfeder 25, die die Masseelektrode 23 auch während der Drehung
in schleifendem Kontakt geerdet hält.
Auch bei der Konstruktion der Fig. 2 kann durch die Hochspannungselektrode
26 oder auf andere Weise vor der Plasmaerzeugung ein Hilfsgas in das Innere der
Kappe 21 eingegeben werden. Der Hochfrequenzgenerator 29 kann ähnliche Da
ten aufweisen wie der zuvor erwähnte Hochspannungsgenerator 9.
Auch andere Verschlüsse, wie z. B. Dosendeckel oder Kronkorken, können in
ähnlicher Weise plasmasterilisiert werden. Dabei kann die sie umgebende Mas
seelektrode als geerdetes Verschließelement ausgebildet sein, um die Konstrukti
on zu vereinfachen.
Fig. 3 zeigt einen Desinfektionsplatz für eine Flasche, der in der Behandlungs
abfolge der Flasche nach dem Füllen und vor dem Verschließen angeordnet ist.
Die dargestellte Flasche 1 wurde zuvor z. B. auf dem Desinfektionsplatz gemäß
Fig. 1 sterilisiert, sodann bis zum Pegel 31 gefüllt und soll nun verschlossen
werden. Ihr Kopfraum oberhalb des Pegels 31 kann jedoch auf dem Wege von
der Füllstation bis zur Verschließstation erneut kontaminiert sein und muß nun
nachsterilisiert werden. Dazu dient der Desinfektionsplatz, der in Fig. 3 darge
stellt ist.
Eine Masseelektrode 33 mit innerer Isolierschicht 34 umgibt rotationssymme
trisch und formschlüssig den oberen Bereich der Flasche 1 mit dem Halsbereich,
also den Höhenbereich der Flasche, in dem der nicht flüssigkeitsgefüllte Kopf
raum angeordnet ist. Die Masseelektrode 33 ist mit einer Erdleitung 35 geerdet.
Über der Mündung 2 der Flasche 1 ist eine Hochspannungselektrode 36 angeord
net, die mit einer Leitung 37 an einen mit einer Leitung 38 geerdeten Hochfre
quenzgenerator 39 angeschlossen ist.
Mit dieser Konstruktion wird in ähnlicher Weise wie bei der Konstruktion der
Fig. 1 der Innenraum und die innere Oberfläche der Flasche 1 mit einem Plasma
sterilisiert, jedoch bei der Konstruktion der Fig. 3 nur im flüssigkeitsfreien
Kopfraum.
Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, ist die Masseelektrode 3, 23, 33 der Außenform
des zu desinfizierenden Objektes also der Flasche 1 bzw. der Verschlußkappe
21, formschlüssig anzupassen, um eine günstige Plasmaausbildung im Innenraum
des Objektes zu erzielen. Das Wechseln der mit einem Plasmaimpuls desinfi
zierten Flasche 1 gegen die nächste zu desinfizierende Flasche gestaltet sich bei
den Ausführungsformen der Fig. 1 und 3 mit topfförmig bzw. ringförmig ge
schlossenen Masseelektroden 3 bzw. 33 schwierig.
Um bei der erwähnten möglichen Taktfrequenz von 10 Hz den Flaschenwechsel
unkomplizierter zu gestalten, kann eine Desinfektionsstation so ausgebildet sein,
wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Es ist hier ein topfförmiger Behälter 41
dargestellt, jedoch kann mit dieser Behandlungsstation auch die Flasche 1 behan
delt werden, die in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist.
Behälter 41 kommen in einem kontinuierlich bewegten Strom einspurig zu der
dargestellten Behandlungsstation, welche zwei um lotrecht stehende Achsen 42
gegenläufig synchron rotierende Transportsterne 43 und 44 aufweist. Die beiden
Sterne weisen auf ihrem Umfang Taschen auf und entsprechen in der Draufsicht
der Fig. 4 den üblichen, bei Flaschenbehandlungsmaschinen verwendeten
Transportsternen. Behälter laufen beispielsweise an dem Transportstern 43, in
dessen Taschen stehend, ein, passieren den bei 45 liegenden Desinfektionsplatz
und laufen mit dem Transportstern 44 aus, wobei Geländer 46 die Behälter 41 in
den Taschen halten.
Alle Taschen der beiden Sterne sind, wie insbesondere Fig. 5 zeigt, mit zylin
derförmigen Halbschalen 47 ausgebildet, wobei, wie die Fig. 4 und 5 zeigen,
an dem Desinfektionsplatz 45, an dem die beiden Sterne 43 und 44 miteinander
in Eingriff stehen, also die Übergabe der Behälter 41 von dem einen Stern zum
anderen Stern erfolgt, jeweils zwei Halbschalen 47 aus beiden Sternen einen den
Behälter 41 vollständig umgreifenden Zylinder ausbilden, der nach unten mit ei
nem Gleitblech 48 zu einer topfförmigen Masseelektrode 47, 47, 48 geschlossen
ist.
Diese Masseelektrode ist über eine Masseleitung 49 am Gleitblech 48 geerdet.
Die Transportsterne 43 und 44 sind durch Schleifkontakte 50 geerdet mit dem
Gleitblech 48 kontaktiert, so daß auch die Halbschalen 47 geerdet sind.
Über der Mündung des Behälters 41 steht eine ortsfest über dem Gleitblech 48,
also über dem Desinfektionsplatz 45 angeordnete Hochspannungselektrode 56,
die, wie in Fig. 5 angedeutet, aus einem Isolatorkopf 58 herausragt. Eine Lei
tung 57 führt zu dem Hochfrequenzgenerator.
Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Desinfektionsstation werden Behäl
ter 41 nacheinander in einer Reihe mit den Transportsternen 43 und 44 transpor
tiert. Sie gelangen dabei auf den Desinfektionsplatz 45 unter der Hochspannungs
elektrode 56. An dieser Stelle wird jeweils von den Sternen 43 und 44 mit den
Halbschalen 47 und dem Gleitblech 48 eine topfförmige Masseelektrode um den
Behälter 41 geschlossen und es kann hier eine Plasmaentladung mit im wesentli
chen denselben geometrischen Verhältnissen stattfinden, wie an Hand von Figur
erläutert wird.
Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, sind die Halbschalen 47 mit einer Isolier
schicht 54 versehen, die, falls erforderlich, auch auf dem Gleitblech 48 vorgese
hen sein kann.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine Vorrichtung zum Füllen und Verschließen sowie
zum zweimaligen Desinfizieren von Flaschen 61, die (Fig. 6) mit Halskragen 62
und Mündung 63 dargestellt sind, ansonsten aber der in Fig. 1 gezeigten Form
entsprechen können. Es kann sich hierbei um handelsübliche PET-Flaschen han
deln. Eine Station zur Geruchsprüfung ist vorgeschaltet.
Die Flaschen 61 gelangen, wie Fig. 8 zeigt, auf einem Transportband 80 zu ei
nem Einlaufstern 81, der die Flaschen auf die Füllplätze 82 einer um eine Achse
83 mit ihrem Füllertisch 84 rotierenden Füllmaschine übergibt. Die Flaschen lau
fen, auf den Füllplätzen 82 stehend, mit dem Füllertisch 84 um und werden mit
einem Übergabestern 85 auf den rotierenden Tisch 86 eines Verschließers über
geben, von dem sie nach einem Umlauf mit einem Auslaufstern 87 auf ein abfüh
rendes Transportband 88 übergeben werden. Der Füllertisch 84 und der Ver
schließertisch 86 sowie die Transportbänder 80, 88 und die Sterne 81, 85 und 87
sind synchron laufend gekoppelt.
Fig. 6 zeigt im Achsschnitt einen Füllplatz 82 auf dem Füllertisch 84 mit dem
über jedem Füllplatz angeordneten Füllorgan 89 in üblicher Ausbildung mit Flüs
sigkeitsauslauf 90, Behälterranddichtung 91 und Rückgasrohr 92.
Auf jedem Füllplatz 82 ist auf dem Füllertisch 84 eine radial nach außen offene
halbzylinderförmige Halbschale 93 befestigt.
In Fig. 8 ist mit 94 ein Desinfektionsplatz bezeichnet, der ortsfest, also nicht mit
dem Füllertisch 84 rotierend, angeordnet ist. An diesem Desinfektionsplatz 94 ist
neben dem Füllertisch 84 ein gegenläufig rotierender Stern 95 mit als Halbscha
len 96 ausgebildeten Taschen angeordnet.
Fig. 6 zeigt den auf diese Weise gebildeten Desinfektionsplatz 94, an dem, wie
auch Fig. 8 zeigt, eine Halbschale 96 des Sternes 95 und eine Halbschale 93 des
Füllertisches 84 um die Flasche 61 geschlossen sind und zusammen mit dem
Füllertisch 84 eine die Flasche 61 topfförmig umfassende Masseelektrode ausbil
den, ähnlich wie die in Fig. 1 dargestellte Masseelektrode 3.
An dieser Stelle, also an dem ortsfesten Desinfektionsplatz 94 ist eine Hoch
spannungselektrode 97 mit Isolator 98 ortsfest angeordnet, die über eine schema
tisch angedeutete Leitung 99 an einen mit einer Leitung 100 geerdeten Hochfre
quenzgenerator 101 angeschlossen ist. Die ortsfeste Hochspannungselektrode 97
weist nach oben und nach unten ragende Spitzen 102 und 103 auf.
Sowohl die am Desinfektionsplatz gebildete Masseelektrode 93, 96, 84 als auch
das Füllorgan 89 sind in geeigneter Weise, wie in Fig. 6 dargestellt, geerdet.
Wird ein Impuls auf die Hochspannungselektrode 97 gegeben, so wird ein Plasma
sowohl in der Flasche 61 als auch gegenüber dem Füllorgan 89 gleichzeitig er
zeugt. Es wird also die Flasche innen sterilisiert und es wird das Füllorgan 89 an
den entscheidenden Stellen, also am Rückgasrohr 92 und im Auslauf 90 sterili
siert. Bei weiterem Umlauf des Füllertisches 84 nach dem Desinfektionsplatz 94
kann unmittelbar das Füllorgan 89 auf die Mündung 63 der Flasche 61 abgesenkt
und der Füllvorgang begonnen werden.
Die bis zu einem Pegel 104 (Fig. 7) gefüllten Flaschen 61 gelangen nun auf dem
Verschließertisch 86 zu einem dort vorgesehenen Desinfektionsplatz 105, der im
einzelnen in Fig. 7 dargestellt ist.
Die Flaschen 61 stehen auf Verschließplätzen auf dem Verschließertisch 86. Je
der dieser Verschließplätze ist mit einer Halbschale 106 ausgerüstet, die z. B. über
eine Scheibe 107 mit dem Verschließertisch 86 verbunden ist. Weitere Halb
schalen 108 sind an den Taschen eines Sternes 109 befestigt, der gegenläufig
synchron rotierend neben dem Verschließertisch 86 angeordnet ist.
Die Halbschalen 106 am Verschließertisch 86 und die Halbschalen 108 am Stern
109 sind auf entsprechender Höhe gehalten und in entsprechender Formgebung
ausgebildet, so daß sie, wenn sie um die Flasche 61 zu zweit geschlossen sind, in
Form und Anordnung eine Masseelektrode ausbilden, wie sie in Fig. 3 darge
stellt ist, gegebenenfalls auch mit der dort dargestellten Innenisolierung. Beide
Halbschalen sind, wie in Fig. 7 angedeutet, zu erden, beispielsweise über den
Verschließertisch 86 und über den Stein 109.
Oberhalb der Verschließplätze auf dem Verschließertisch 86 sind, wie Fig. 7
zeigt, Verschließelemente 23 mit Wellen 24 zum Halten von Verschlußkappen 21
angeordnet. Sie entsprechen der Ausbildung in Fig. 2.
Am Ort des Desinfektionsplatzes 105 ist ortsfest, also nicht mitdrehend, eine
Hochspannungselektrode 97 angeordnet, die der in Fig. 6 dargestellten Hoch
spannungselektrode entspricht und einschließlich des gesamten Hochspannungs
teiles mit denselben Bezugszeichen versehen ist.
An dem Desinfektionsplatz 105 wird also bei Impulsgabe auf die Hochspannungs
elektrode 97 gleichzeitig die Verschlußkappe 21 und nach unten hin die Flasche
61 in ihrem Kopfraum oberhalb des Pegels 104 sterilisiert. Unmittelbar anschlie
ßen kann auf dem Verschließer der Verschließvorgang bewirkt werden.
In Fig. 8 ist noch eine Zuführungsbahn 110 angedeutet, mit der die Verschluß
kappen 21 dem Verschließer zugeführt werden, an dem sie in nicht dargestellter
Weise in die Verschließelemente 23 eingesteckt werden.
Wie in Fig. 8 angedeutet, können die Hochspannungselektroden 97 der beiden
Desinfektionsplätze 94 und 105 von einem Hochspannungsgenerator 101 über
Leitungen 99 versorgt werden, und zwar über einen Verteiler 111, der entweder
Impulse gleichzeitig auf beide Hochspannungselektroden gibt oder mit einer ge
eigneten Umschalteinrichtung auch nacheinander bei entsprechender Synchroni
sierung.
Fig. 8 zeigt ferner eine dem Transportband 80 vorgeschaltete Anlage zur Ge
ruchsprüfung von Kunststoffflaschen. Wie der stark schematisierten Darstellung
entnehmbar, kommen die Flaschen 61 auf einem Transporteur 120 an und gelan
gen zunächst in eine Desinfektionsstation 121, die beispielsweise wie in den Fi
guren 4 und 5 dargestellt, ausgebildet sein kann. Von der Desinfektionsstation
121 gelangen die desinfizierten Flaschen über einen Transporteur 122 zu einem
Sniffer 123, der den Innenraum der Flaschen auf Geruchsbelastung prüft und zu
stark belastete Flaschen auf einen Transporteur 124 ausstößt. Nicht belastete Fla
schen laufen weiter auf dem Transportband 80.
Die Desinfektionsstation 121 arbeitet beispielsweise, wie in den Fig. 4 und 5
dargestellt, mit Plasmaerzeugung und ist über eine Leitung 99 an den Verteiler
111 angeschlossen. Bei der Plasmaerzeugung in den Flaschen 61 erfolgt nicht nur
eine Vordesinfektion, sondern auch eine erhebliche Reduzierung der Geruchsbe
lastung. Der Ausschuß auf dem Transporteur 124 wird dadurch stark verringert.
Die vorgeschaltete Geruchsprüfungsanlage kann auch weggelassen werden, wenn
die Flaschen nicht geruchsbelastet sind oder wenn beispielsweise bei nur geringer
Geruchsbelastung die Plasmabeaufschlagung auf dem Desinfektionsplatz 94 zur
restlosen Desodorierung ausreicht.
In allen dargestellten Ausführungsbeispielen ist dafür Sorge zu tragen, daß die
jeweilige Hochspannungselektrode immer dann von ihrem zugeörigen Hochfre
quenzgenerator mit einem Impuls zur Erzeugung des Plasmas beaufschlagt wird,
wenn sie vor der Mündung eines Objektes, also einer Flasche eines Behälters
oder einer Verschlußkappe steht. Dazu ist der Hochfrequenzgenerator in geeig
neter Weise mit dem Antrieb der Objekte zu synchronisieren, damit die Impuls
gabe stets im richtigen Zeitpunkt erfolgt.
In den dargestalteten Ausführungsbeispielen sind die Masseelektroden mit den
jeweiligem Generator über Masseleitungen, also beispielsweise Maschinenteile
und dergleichen, verbunden. Die Masseelektroden können jedoch auch erdfrei,
also isoliert, mit dem entsprechenden Pol des Hochfrequenzgenerators kontaktiert
sein, obwohl in der Regel insbesondere zu Zwecken der elektrischen Störab
schirmung Masseverbindungen geeigneter sind.
Bei den dargestellten Ausführungsformen mit bewegten Masseelektroden, wie
z. B. in Fig. 5 den bewegten Halbschalen 47, sind die Masseverbindungen
schwierig. Es müssen Schleifkontakte eingesetzt werden, wie beispielsweise die
beiden in Fig. 5 gezeigten federnden Schleifkontakte 50. Es können dabei auch
drehende Kontaktstellen an den Wellen verwendet werden. Vorteilhaft ist jedoch
eine andere Art der Kontaktierung, die angesichts der hier zur Plasmaerzeugung
eingesetzten Hochfrequenz möglich ist. Es kann eine kapazitive Kopplung ver
wendet werden, die berührungsfrei arbeitet und daher störungs- und verschleiß
frei ist.
In Fig. 5 kann beispielsweise das Gleitblech 48 über eine feste Masseleitung 49
geerdet sein. Die Massekontaktierung zwischen dem Gleitblech 48 und den Ster
nen 43 und 44 kann jedoch kontaktlos erfolgen durch kapazitive Kopplung zwi
schen dem Gleitblech 48 und den drehenden Scheiben der Sternräder 43 und 44,
die in geeigneter Größe und geringem Abstand zueinander angeordnet sein kön
nen.
In den dargestellten Ausführungsformen wird die Sterilisation von Kunststoffbe
hältern besprochen. Glasbehälter, z. B. Glasflaschen, lassen sich auf die gleiche
Weise behandeln. Auch metallische Objekte, wie Getränkedosen oder metallische
Verschlußkappen, lassen sich in leicht abgewandelter Weise mit Plasma sterili
sieren.
Bei der Plasmasterilisierung kann es aufgrund elektrischer Störungen im Hoch
frequenzgenerator oder aufgrund von Unregelmäßigkeiten in den zu behandeln
den Objekten, beispielsweise bei Vorliegen einer gefüllten Flasche, wenn eine
leere Flasche erwartet wird, zu unzulässigen Abweichungen bei der Plasmaer
zeugung kommen. Ein fehlbehandeltes Objekt ist nicht steril und muß aussortiert
werden. Dazu kann eine nicht dargestellte Überwachungseinrichtung vorgesehen
sein, die z. B. die elektrischen Parameter des Plasmaimpulses am Hochfrequenz
generator abgreift oder beispielsweise durch optische oder akustische Fernbeob
achtung am Sterilisationsplatz die Plasmaerzeugung überwacht. Nach Vergleich
jeder einzelnen Plasmaerzeugung mit zulässigen Parametergrenzwerten kann eine
Entscheidung über die korrekte Desinfizierung getroffen werden. Liegt eine
Fehlbehandlung vor, so wird das fehlbehandelte Objekt ermittelt und kann im
synchron laufenden Objektstrom verfolgt und an geeigneter Stelle ausgestoßen
werden.
In den Fig. 6 und 7 sind Desinfektionsplätze dargestellt, bei denen eine Hoch
spannungselektrode 97 mit den Spitzen 102 und 103 gleichzeitig ein Plasma nach
oben zum Füllorgan 89 bzw. zur Verschlußkappe 21 und nach unten in die Fla
sche 61 erzeugt. Diese Darstellungen sind nur schematisch gewählt, um die
Möglichkeit der gleichzeitigen Sterilisierung je zweier Gegenstände an einem
Desinfektionsplatz zu zeigen. Tatsächlich stößt die gleichzeitige Plasmabeauf
schlagung zweier Gegenstände von einer Elektrode aus auf technische Probleme.
Es ist besser, anstelle der in den Fig. 6 und 7 dargestellten einen Hochspannungs
elektrode 97 jeweils zwei Hochspannungselektroden vorzusehen, die einzeln
von Hochfrequenzgeneratoren versorgt werden, z. B. nacheinander. Diese Hoch
spannungselektroden können mit ihren Spitzen ähnlich wie die Spitzen 102 und
103 zu ihrem jeweiligen Plasmabeaufschlagungsort hin gerichtet sein. Sie können
beispielsweise kurz nacheinander oder gegebenenfalls auch gleichzeitig beauf
schlagt werden.
Claims (19)
1. Vorrichtung zum Füllen, Verschließen und/oder zur Geruchsprüfung von
Getränkebehältern (1, 41, 61), mit Behandlungsstationen (Füllertisch 84,
Verschließertisch 86, Sniffer 123) zur Behandlung und mit Einrichtungen
zum Transport (Transportbänder 80, 88, Sterne 81, 85, 87) der zu behan
delnden Objekte in Form von Behältern oder Verschlüssen und mit Ein
richtungen zur Desinfektion der Objekte, die wenigstens einer Behand
lungsstation vorgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
eine Desinfektionsstation vorgesehen ist die synchron zum Objektstrom
wenigstens einen Desinfektionsplatz (45, 94, 105, 121) bereitstellt, der zur
Aufnahme eines Objektes (Flasche 1, 41, 61, Verschlußkappe 21) zwi
schen zwei Elektroden (Hochspannungselektrode 6, 26, 36, 56, 97, Mas
seelektrode 3, 23, 33, 47, 48, 93, 96, 84, 106, 108) ausgebildet ist, die an
einen Hochfrequenzgenerator (9, 29, 39, 101) zur Erzeugung eines Plas
maimpulses zwischen den Elektroden angeschlossen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der
Elektroden als Masseelektrode (3, 23, 33, 47, 48, 93, 96, 84, 106, 108) ge
erdet ist und großflächig, rotationssymmetrisch zur Achse des Objektes
(Flasche 1, 41, 61, Verschlußkappe 21) dieses umgebend ausgebildet ist,
während die andere, als mit dem Hochspannungspol des Hochfrequenzge
nerators (9, 29, 39, 101) verbundene Hochspannungselektrode (6, 26, 36,
56, 97) im Bereich der Mündung (2, 22, 63) des Objektes angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mas
seelektrode (3, 33, 47) auf ihrer Innenfläche mit einer Isolierschicht (4, 34,
54) versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem
Desinfektionsplatz für Verschlußkappen (21) oder leere Behälter (1, 41,
61) die Masseelektrode (3, 23, 47, 48, 93, 96, 84) topfförmig, den Mün
dungsbereich freilassend, die Verschlußkappe oder den Körper des Be
hälters umschließt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Desin
fektionsplatz nach dem Befüllen und vor dem Verschließen der Behälter
(1, 61) vorgesehen ist, der mit einer im wesentlichen ringförmigen Mas
senelektrode (33, 106, 108) den Kopfraum des Behälters oberhalb des
Flüssigkeitspegels (31, 104) umschließt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mas
seelektrode (3, 23, 33, 47, 48, 93, 96, 84, 106, 108) der Außenform des
Objektes (1, 21, 41, 61) formschlüssig angepaßt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, mit kontinuierlich bewegten Objekten, da
durch gekennzeichnet, daß mehrere Masseelektroden (3, 23, 33, 47, 93,
96, 84, 106, 108) mit den Objekten (Flaschen 1, 41, 61, Verschlußkappen
21) durch den Desinfektionsplatz (45, 94, 105) bewegt werden, an dem die
Hochspannungselektrode (6, 26, 36, 56, 97) ortsfest angeordnet ist, wobei
der Hochfrequenzgenerator (9, 29, 39, 101) derart gesteuert ist, daß ein
Impuls jeweils dann abgegeben wird, wenn die Mündung (2, 22, 63) eines
Objektes vor der Hochspannungselektrode steht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mas
seelektrode in mehrere zum Objektwechsel getrennt außer Eingriff bring
bare Teile (47, 47; 93, 96; 106, 108) unterteilt ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Masseelektroden in der Mittellinie der Bewegungsbahn der Objekte
(Behälter 41, Flaschen 61) jeweils in zwei Halbschalen (47, 47; 93, 96,
106, 108) geteilt sind, welche an getrennten Transporteuren (Sterne 43,
44; Füllertisch 84, Stern 94; Verschließertisch 86, Stern 109) befestigt
sind, die synchron mit den Objekten derart laufen, daß jeweils bei Anlegen
eines Impulses zwei Halbschalen am Desinfektionsplatz (45, 94, 105) das
Objekt umschließen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halb
schalen (47) als Taschen von am Desinfektionsplatz miteinander in Ein
griff stehenden Transportsternen (43, 44) ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
eine Hochspannungselektrode (97) zwischen der Mündung (63) des von
der Masseelektrode (93, 96, 84; 106, 108) umgebenen Objektes (Flasche
61) und einer zweiten geerdeten Elektrode (Füllorgan 89, Verschließer 23)
angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt
ein leerer Behälter (Flasche 61) und die zweite geerdete Elektrode ein
Füllorgan (89) zum Befüllen des Behälters ist.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Masseelektrode (Halbschalen 106, 108) den Kopfraum des befüll
ten Behälters (Flasche 61) umgibt und die zweite geerdete Elektrode
(Verschließer 23) eine auf den Behälter (Flasche 61) zu verschließende
Verschlußkappe (21) umgibt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine die
Verschlußkappe (21) umgebende Masseelektrode als Verschließelement
(23) zum Verschließen der Verschlußkappe ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit mehreren Desinfektionsstationen (94,
105, 121) zum Desinfizieren von leeren oder gefüllten Behältern oder Ver
schlußkappen, dadurch gekennzeichnet, daß die Desinfektionsstationen
(94, 105, 121) an einen gemeinsamen Hochfrequenzgenerator (101) ange
schlossen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma
in offener Atmosphäre erzeugt wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ort
der Plasmaerzeugung ein Fremdgas, vorzugsweise Argon, vor Anlegen des
Impulses zugegeben wird.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 17, dadurch gekennzeichnet,
daß das Fremdgas durch die als Düse ausgebildete Hochspannungselektro
de (6) in die Mündung (2) des Objektes (Flasche 1) geleitet wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Über
wachungseinrichtung vorgesehen ist, die die Parameter jedes Impulses
überwacht und den desinfizierten Objekten einzeln zuordnet.
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