DE4017332C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Rundum­ sterilisieren von gestapelten Verpackungselementen, insbesondere aus Kunststoff bestehende Becher mit unterschiedlichen Wandstärken, in einer an einer Füll- und Verschließmaschine separat angeordneten Sterilisiervorrichtung mit zwei Behandlungskammern, wobei die gestapelten Verpackungselemente von Transportmitteln getrennt und mit geringem Abstand zueinander durch die Sterilisiervorrichtung durchgeführt werden und wobei ein Sterilisiermittel, wie z. B. H₂O₂-Dampf eingesetzt wird, der durch eine nachfolgende Behandlung in der zweiten Behandlungskammer mit steriler Heißluft von den Verpackungselementen wieder entfernt wird, und auf eine Sterilisiervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einer durch die deutsche Offenlegungsschrift 23 10 661 bekanntgewordenen Vorrichtung werden gestapelte Kunststoffbecher in einer separaten Sterilisiervorrichtung sterilisiert. Die Sterilisiervorrichtung weist eine erste Behandlungskammer auf, in der die Kunststoffbecher mit Wasserstoffperoxid besprüht werden, während diese in der zweiten nachgeordneten Behandlungskammer mittels Warmluft beaufschlagt werden. In der als Trockenkammer ausgebildeten zweiten Behandlungskammer werden die Kunststoff­ becher aufgrund des anhaftenden Peroxids und aufgrund der zugeführten Wärme gewissermaßen weitersterilisiert. Bei der Heißluftzufuhr ist darauf zu achten, daß die Kunststoffbecher aufgrund einer zu starken Hitzezuführung nicht beschädigt werden.

Ferner ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 36 40 622 ein Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungsmaterial bekanntge­ worden, wonach zuerst auf das Verpackungsmaterial Wasserstoff­ peroxid und danach überhitzter Dampf aufgebracht wird. Als Verpackungsmaterial sind bevorzugt hintereinander angeordnete Verpackungsbehälter vorgesehen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 27 24 721 ist schließlich eine Vorrichtung zum Behandeln von Verpackungsteilen, nämlich ineinander gestapelten Bechern bekanntgeworden, die einer Vorbehandlung unterzogen werden. Zu diesem Zweck werden die gestapelten Becher durch zwei Behandlungsräume hindurchgeführt, wobei im ersten Behandlungsraum eine Vorbehandlung durch Evakuieren oder ein Begasen mit Schutzgas erfolgt.

Auf internationaler Ebene, z. B. durch die amerikanische FDA wurden strenge Richtlinien hinsichtlich des Abtötungseffektes bzw. der Unsterilitätsrate gefordert. Um diesen Forderungen gerecht zu werden, wäre es sehr einfach, die Temperatur der H₂O₂-Lösung zum Zwecke einer weitergehenden Abtötungsrate zu erhöhen. Im Vergleich zur Behandlung von Folien als Packmittel ist jedoch die Entkeimung von gestapelten Behältern, zumal wenn diese aus Kunststoff bestehen, nicht so einfach. Vorgefertigte Kunststoffbecher benötigen naturgemäß Stapelelemente, die durch Rippen, Hinterschnitte, hochgezogene Böden usw. erzeugt werden. Diese Bereiche benötigen für einen wirksamen Abtötungseffekt eine lang andauernde und hohe Wärmeeinwirkung, während demgegenüber die vergleichsweise dünnen Wandungen des Behälters eine solche Einwirkung nicht aushalten bzw. deformiert oder beschädigt werden.

Die zur Erfindung führenden Überlegungen gehen wegen dieser Problematik von der Erkenntnis aus, daß die Keimbelastung des Packmittels von großer Bedeutung ist. Je niedriger die Keimzahl auf der Packmitteloberfläche ist, desto leichter läßt sich diese entkeimen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zum Rundum­ sterilisieren von gestapelten Verpackungselementen, insbesondere aus Kunststoff bestehende Becher mit unterschiedlichen Wandstärken geeignetes Verfahren vorzuschlagen, durch das auf einfache und vor allen Dingen ökonomische Weise eine den strengen Anforderungen gerecht werdende Sterilisierung ermöglicht wird, ohne daß das Packmittel beeinträchtigt und/oder die Restbeseitigung des Sterilisiermittels erschwert wird. Gleichfalls soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die die gestellte Aufgabe mit geringstem Bauaufwand und auf engstem Raum zu lösen ermöglicht.

In verfahrensmäßiger Hinsicht wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In vorrichtungs­ mäßiger Hinsicht wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Mit den Mitteln nach der Erfindung kommt man auf einfache Weise zu einer wirksamen Rundumsterilisierung von gestapelten Verpackungselementen, insbesondere aus Kunststoff bestehende Becher mit unterschiedlichen Wandstärken. Das Verfahren zeichnet sich aber nicht nur durch eine gute Sterilisierwirkung, sondern auch durch eine ökonomische Energiezufuhr aus. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das aus der zweiten Behandlungskammer abgeführte Gemisch aus Sterilisiermittel und Heißluft in die erste Behandlungskammer zum Vorsterilisieren der Verpackungselemente ausgenutzt wird.

Eine besonders ökonomische Verfahrensweise ergibt sich dann, wenn das Sterilisiermittel-/Heißluft-Gemisch aus der Vorsterilisierkammer abgesaugt wird. Zu diesem Zweck ist an die Vorsterilisierkammer eine Saugleitung angeschlossen, über die mittels eines Sauggebläses das Gemisch aus Sterilisiermittel und steriler Heißluft aus der Sterilisierkammer und der Vorsterilisierkammer abgesaugt wird.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Ausströmleitung und die Saugleitung im wesentlichen auf gegenüberliegenden Seiten der Vorsterilisierkammer einmünden, da sich hierdurch eine gute und gleichmäßige Durchströmung der Vorsterilisierkammer ergibt, so daß die darin befindlichen Behälter allseits gut umspült werden.

Zu dem angestrebten Zweck trägt ferner bei, wenn die Sterilisierkammer und/oder die Vorsterilisierkammer eine von mit Durchtrittsöffnungen versehenen Zwischenwänden begrenzte Verteilerkammer aufweist, in deren Bereich die Anschlußstellen für die Ausströmleitung und die Saugleitung sind.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Durchtrittsöffnungen der Zwischenwände zumindest auf der jeweiligen Einströmseite schräg nach unten zum inneren der Becher oder dgl. gerichtet sind. Hierdurch wird gleichfalls eine gute Verteilung des H₂O₂-Sterilisiermittels bzw. der H₂O₂-haltigen Luft gewährleistet.

Zur guten Verteilung ist es weiterhin von Vorteil, wenn auf den Einströmseiten im Bereich der Verteilerkammern der Sterilisierkammer und der Vorsterilisierkammer mit Durchlaß­ öffnungen versehene Prallbleche angeordnet sind und wenn schließlich die Einströmseiten der Sterilisierkammer und der Vorsterilisierkammer auf im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.

An sich spielt es keine Rolle, wo die Vorsterilisierkammer angeordnet ist. Aus baulichen Gründen bietet sich jedoch an, die Vorsterilisierkammer oberhalb der Sterilisierkammer anzuordnen. Dadurch wird es auch erheblich einfacher, in der Sterilisier­ kammer und der Vorsterilisierkanmer angeordnete Transportmittel in zweckmäßiger Weise auszugestalten. Als Transportmittel eignen sich zum Beispiel durchgehende Förderschnecken mit gleicher oder aber zweckmäßigerweise ungleicher Teilung in der Sterilisierkammer und der Vorsterilisierkammer.

Es versteht sich, daß auch mehrere Sterilisier- und Vorsterili­ sierkammern reihenweise nebeneinander angeordnet sein können und dabei über ein geeignetes Leitungssystem an die Ausströmleitung und die Saugleitung angeschlossen sind.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im einzelnen nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Sterilisiervorrichtung mit Sterilisier- und Vor­ sterilisierkammer für gestapelte Becher,

Fig. 2 eine schematische Aufsicht mit einer teilweisen Schnittdar­ stellung durch die Vorsterilisierkammer entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung durch die Sterilisierkammer entlang der Linie III-III der Fig. 1 und

Fig. 4 ein Schaubild mit zwei Vergleichskurven für eine Sterilisation ohne und mit Vorsterilisation.

Eine in Fig. 1 nur angedeutete Füll- und Verschließmaschine ermöglicht das Verpacken sterilisierter Füllprodukte in keimfreie Packmittel unter aseptischen Bedingungen. Als Füllprodukte kommen flüssige und pastöse Lebensmittel in Frage, wie z. B. Milch, Joghurt, Schlagsahne, Fertigsuppen usw. Als Packmittel werden vorgefertigte Becher 14 aus Kunststoff eingesetzt. Grundsätzlich kommen auch Becher aus Aluminium oder Verbundmaterialien in Frage. Die Becher weisen am Boden, den Ecken und dem Rand verstärkte Wandungen im Vergleich zu der seitlichen Wandung auf. Die Becher können mit Kunststoffdeckeln oder Alu-Flachdeckeln aus geprägter Folie, sicher versiegelt werden. Innerhalb des unter Sterilluft- Überdruck stehenden Gehäuses 2 der Füll- und Verschließmaschine ist ein Bechertransporteur in Form von umlaufenden Transportketten angeordnet. Die Füll- und Verschließmaschine besitzt ferner eine Becher-Abstapel- und Eingabestation 4 mit einer Sterilisiervor­ richtung 5. Diese weist eine Sterilisierkammer 18 und eine weiter unten näher erläuterte Vorsterilisierkammer 10 auf.

Die Becher-Abstapel- und Eingabestation 4 besitzt ein Stapelmagazin 13, in dem die zu sterilisierenden Becher 14 unmittelbar aneinanderliegend mit ihrer Öffnung nach oben eingebracht sind. Unterhalb des Stapelmagazins 13, das zum Beispiel von mit Abstand zueinander angeordneten Stangen gebildet sein kann, ist die Vorsterilisierkammer 10 angeordnet. Es sei hier bemerkt, daß sowohl die Vorsterilisierkammer 10 als auch die Sterilisierkammer 18 an allen zur Aufrechterhaltung einer einwandfreien Sterilisierwirkung erforderlichen Stellen abgedichtet sind. Vertikal unter der Vorsterilisierkammer 10 befindet sich die Sterilisierkammer 18 mit einem Gehäuse 15, das eine Außenwandung 16 sowie Zwischenwände 17 aufweist (s. auch Fig. 3). Von den Zwischenwänden wird die eigentliche Sterilisierkammer 18 gebildet, durch die die Becher 14 in weiter unten näher beschriebener Weise hindurchgeführt werden. Nach dem Durchlauf der Becher 14 werden diese mittels eines nicht dargestellten Greifers oder eines Saugelementes ergriffen und in Zellenbleche 19 des Kettentransporteurs eingehängt. Der Kettenförderer kann schrittweise in Richtung des Pfeils 21 bewegt werden. Die Sterilisierkammer 18 besitzt zum Ein- und Austritt der Becher eine Einlaßöffnung 22 und eine Auslaßöffnung 23. Ferner weist die Sterilisierkammer 18 einen Einlaß 24 für ein Sterilisier­ mittel auf, wie z. B. ein 35%iges H₂O₂-Dampfgemisch, das über eine Zweistoffdüse 25 und eine Heizkammer 30′ eingegeben werden kann. Das in weiter unten näher beschriebenen Weise auf die Becher aufgebrachte H₂O₂-Dampfgemisch verteilt sich auf diesen als Kondensatfilm. Das nachfolgende Austrocknen der Becher erfolgt mit steriler, etwa 200°C heißer Luft, die über einen Einlaß 26 eingebracht wird. Der Einlaß 26 steht mit einer Verteilerkammer 27 in Verbindung, in der sich ein mit Durchlaßöffnungen 30 versehenes Prallblech 28 befindet. Hierdurch wird eine gute Verteilung der Heißluft gewährleistet. Aus der Verteilerkammer 27 tritt die sterile Heißluft über nach unten gerichtete Durchtrittsbohrungen 29 in der auf der Einströmseite liegenden Zwischenwand 17 in die Sterilisierkammer 18 ein. Durch die Heißluft wird das H₂O₂ in atomaren Sauerstoff und Wasser gespalten. Die Restperoxidmenge in Dampfform wird gezielt aus der Sterilisierkanmer 18 abgesaugt, und zwar über eine Ausströmleitung 31 und über eine mit der Vorsterilisierkammer 10 in Verbindung stehende Saugleitung 32, in der ein Sauggebläse 6 eingebaut ist.

Obwohl in Fig. 1 nur eine Sterilisierkammer 18 und eine Vorsterili­ sierkammer 10 dargestellt sind, können auch mehrere solcher Kammern hintereinander angeordnet sein, so wie das in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. In diesem Fall sind die einzelnen Kammern jeweils über ein entsprechend ausgebildetes Leitungssystem mit dem Einlaß 24, der Ausströmleitung 31 und der Saugleitung 32 verbunden.

Die Vorsterilisierkammer 10 ist gleichfalls von einem Gehäuse 7 umgeben, das eine Außenwandung 8 und Zwischenwände 20 aufweist. Die Zwischenwand 20 besitzt dabei auf der Einströmseite nach unten gerichtete und auf der Ausströmseite nach oben gerichtete Durchtrittsöffnungen 20′. Es sei hier bemerkt, daß zur Vereinfachung der Darstellung in Fig. 1 jeweils in der Sterilisierkammer 18 und der Vorsterilisierkammer 10 nur eine Zwischenwand dargestellt ist, um die Strömungsverhältnisse, so wie sie durch die eingezeichneten Pfeile charakterisiert sind, besser zeigen zu können. Das Gehäuse 7 der Vorsterilisierkanmer 10 besitzt wiederum eine Verteilerkammer 11, auf deren Einströmseite ein mit Durchlaßöffnungen 12′ versehenes Prallblech 12 angeordnet ist.

Aus der Sterilisierkammer 18 über die Ausströmleitung 31 austretende H₂O₂-haltige Luft mit einer Temperatur von mindestens 90°C und einer Konzentration von 2000 bis 2500 ppm gelangt von der Verteilerkammer 11 über die Durchtrittsöffnungen 20′ in der Zwischenwand 20 der Vorsterilisierkammer 10 in die eigentliche Vorsterilisierkammer 10. In dieser werden die in weiter unten näher beschriebenen Weise auseinandergezogenen Behälter 14 allseitig von der H₂O₂-haltigen Luft bestrichen und auf diese Weise vorsterilisiert. Die Vorsterilisierzeit sollte mindestens 30 Sekunden betragen.

Die Becher werden mit Hilfe von Förderschnecken 33 durch die Vorsterilisierkammer 10 und die Sterilisierkammer 18 gefördert. Die Förderschnecken 33 können einstückig ausgebildet sein. Die synchron drehend angetriebenen Förderschnecken 33 werden über Antriebsritzel 34 und einen nicht dargestellten Antrieb angetrieben. Im Bereich der Vorsterilisierkammer 10 besitzen die Förderschnecken eine geringere Teilung als im Bereich der Sterilisierkammer mit der Folge, daß im Bereich der Vorsterili­ sierkammer die Becher einen geringeren gegenseitigen Abstand als in der Sterilisierkammer aufweisen. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis etwa 1 : 2.

In Fig. 4 ist ein Schaubild mit zwei aus Versuchen abgeleiteten Vergleichsdarstellungen für einen typischen Sterilisationsverlauf (Bacillus Subtilis-Sporen) ohne Vorsterilisation und mit Vorsterilisation gezeigt. Dabei sind auf der Abszisse die für die Sterilisation bzw. Vorsterilisation vorgesehene Zeit in Sekunden und auf der Ordinaten die Keimreduktion in log aufgetragen. Bei den zu sterilisierenden Gegenständen handelte es sich um Kunststoffbecher. Als Sterilisiermittel wurde eine 35%ige H₂O₂-Lösung benutzt. Die Bezeichnungen (1), (2), (3) haben folgende Bedeutung:

• (1)=Ohne Vorsterilisation (Keimreduktion=4,02 log)
• (2)=Vorsterilisation (Keimreduktion=2,3 log)
• (2)+(3)=Vorsterilisation mit nachfolgender Sterilisation (Keimreduktion=5,75 log)

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern im Rahmen der Ansprüche auch Abänderungen zuläßt. So ist es grundsätzlich denkbar, daß die Vorsterilisierkammer 10 auch seitlich neben der Sterilisierkammer angeordnet ist und daß anstatt der Förderschnecken als Transportmittel für die Bewegung der Becher durch die Kammern auch andere geeignete Transportmittel, wie Ketten mit Greifern oder dgl. vorgesehen sein können.

Claims (16)

1. Verfahren zum Rundumsterilisieren von gestapelten Verpackungs­ elementen, insbesondere aus Kunststoff bestehende Becher mit unterschiedlichen Wandstärken, in einer an einer Füll- und Verschließmaschine separat angeordneten Sterilisiervorrichtung mit zwei Behandlungskammern, wobei die gestapelten Verpackungselemente von Transportmitteln getrennt und mit geringem Abstand zueinander durch die Sterilisiervorrichtung durchgeführt werden und wobei ein Sterilisiermittel, wie z. B. H₂O₂-Dampf, eingesetzt wird, der durch eine nachfolgende Behandlung in der zweiten Behandlungskammer mit steriler Heißluft von den Verpackungselementen wieder entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpackungselemente zu Beginn der zweiten Behandlungskammer (Sterilisierkammer) mit dem Sterilisiermittel und danach mit steriler Heißluft beaufschlagt werden und daß das in dieser zweiten Behandlungskammer (Sterilisierkammer) entstehende Gemisch aus Sterilisiermittel und steriler Heißluft in die erste Behandlungskammer (Vorsterilisierkammer) überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sterilisiermittel-/Heißluft-Gemisch aus der Vorsterilisierkammer abgesaugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sterilisiermittel-/Heißluft-Gemisch eine Konzentration von 2000 bis 2500 ppm an H₂O₂ aufweist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des H₂O₂-/Heißluft-Gemischs mindestens 90°C beträgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpackungselemente mindestens 30 Sekunden lang vorsterilisiert werden.

6. Sterilisiervorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus zwei Behandlungskammern, die an einer Füll- und Verschließmaschine separat angeordnet sind, mit Transportmitteln, die die Verpackungselemente voneinander trennen und mit geringem Abstand zueinander durch die Sterilisiervorrichtung führen, mit einem Einlaß für ein Sterilisiermittel, wie z. B. H₂O₂-Dampf und mit einem Einlaß für sterilen Heißdampf in der zweiten Behandlungskammer, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Behandlungskammer (Sterilisierkammer 18) in Transportrichtung vor dem Einlaß (26) für die sterile Heißluft der Einlaß (24) für das Sterilisiermittel angeordnet ist und daß die zweite Behandlungskammer (Sterilisierkammer 18) mit der ersten Behandlungskammer (Vorsterilisierkammer 10) über eine Ausströmleitung (31) miteinander verbunden sind, durch die das Gemisch aus Sterilisiermittel und steriler Heißluft in die erste Behandlungskammer (Vorsterilisierkammer 10) überführt werden kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die Vorsterilisierkammer eine Saugleitung (32) angeschlossen ist, über die mittels eines Sauggebläses (6) das Gemisch aus Sterilisiermittel und steriler Heißluft aus der Sterilisierkammer (18) und der Vorsterilisierkammer (10) abgesaugt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorsterilisierkammer (10) oberhalb der Sterilisierkammer (18) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausströmleitung (31) und die Saugleitung (32) im wesentlichen auf gegenüberliegenden Seiten der Vorsterilisierkammer (10) einmünden.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisierkammer (18) und/oder die Vorsterilisierkammer (10) eine von mit Durchtrittsöffnungen (29, 20′) versehenen Zwischenwänden (17, 20) begrenzte Verteilerkammer (27, 11) aufweist, in deren Bereich die Anschlußstellen für die Ausströmleitung (31) und die Saugleitung (32) sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (29, 20′) der Zwischenwände (17, 20) zumindest auf der jeweiligen Einströmseite schräg nach unten zum inneren der Becher oder dgl. gerichtet sind.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6-11, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Einströmseiten im Bereich der Verteilerkammmern (27, 11) der Sterilisierkammer (18) und der Vorsterilisierkammer (10) mit Durchlaßöffnungen (30, 12′) versehene Prallbleche (28, 12) angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmseiten der Sterilisierkammer (18) und der Vorsterili­ sierkammer (10) auf im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportmittel in der Vorsterilisierkammer (10) bezüglich ihrer die Becher (14) oder dgl. fördernden Mitnehmer einen gegenseitigen geringeren Abstand als in der Sterilisierkammer (18) aufweisen.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6-14 dadurch gekennzeichnet, daß die Transportmittel von sich durch die Sterilisierkammer (18) und Vorsterilisierkammer (10) erstreckenden Förderschnecken (33) gebildet sind.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6-15, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Sterilisier- und Vorsterilisierkammern (18, 10) reihenweise nebeneinander angeordnet sind und über ein Leitungssystem an die Ausströmleitung (31) und die Saugleitung (32) angeschlossen sind.