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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befüllung von
Behältern
mit fließfähigen Produkten,
insbesondere flüssigen
Nahrungsmitteln mit begrenzter Haltbarkeit, unter aseptischen Bedingungen,
umfassend ein Gehäuse
mit einem Einlass für
Behälter,
die befüllt
werden sollen, und mit einem Auslass für befüllte Behälter, eine Mehrzahl von getrennten
Abteilen, die innerhalb des Gehäuses
angeordnet sind und mindestens ein Sterilisierungsabteil mit Sterilisierungsstation
und ein Befüllungsabteil
mit Befüllungsstation
umfassen, sowie ein Transportsystem, das innerhalb des Gehäuses angeordnet
ist, um die Behälter
intermittierend entlang eines Transportpfades an den passenden Befüllungsstationen
in den Abteilen vorbei zu transportieren, wobei benachbarte Abteile
durch eine Trennwand mit mindestens einer Durchtrittsöffnung für den Hindurchtritt
der Behälter getrennt
sind.
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Eine
Vorrichtung dieser Art, die auch als lineare Füllvorrichtung bekannt ist,
um sie von rotierenden Befüllungsvorrichtungen
zu unterscheiden, ist zum Beispiel aus der EP-A-0 342 690 als sogenannte "Maschine zur Befüllung und
Verpackung in einer keimfreien Atmosphäre" bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung
umfasst das Transportsystem zwei getrennte Transportvorrichtungen.
In einer Sterilisierungszone werden die Behälter mit Hilfe von Trägern transportiert,
welche Träger
starr mit Ketten verbunden sind, die auf beiden Seiten des Transportpfades angeordnet
sind, während
in einer nachfolgenden Befüllungszone
die Behälter,
die mittels eines oberen, mit einem Flansch versehenen Randes auf
parallelen Führungen
aufliegen, mit Hilfe von einem oder mehreren Stangenmechanismen,
die ein gezahntes Kammelement umfassen, weiter bewegt werden.
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Im
Allgemeinen müssen
die Behälter
unter keimfreien bzw. aseptischen Bedingungen befüllt werden,
wegen der Gefahr, dass die Behälter
oder das Produkt, mit dem die Behälter befüllt werden sollen, in irgendeiner
Form beeinträchtigt
oder kontaminiert wird, mit sämtlichen
damit verbundenen Gefahren für
die Gesundheit des (End)Verbrauchers. Daher ist es üblich, in
der Befüllungszone
einen leichten Überatmosphärendruck
anzulegen, so dass es für jegliche
ungereinigte Luft unmöglich
ist, von außen oder
aus der Sterilisierungszone in die Befüllungszone einzudringen. Das
Transportsystem kann im Allgemeinen auch verwendet werden, um die
Träger
zusammen mit Behältern
an beliebigen anderen Verarbeitungsstationen vorbei zu leiten, zum
Beispiel einer Behälterverschließstation,
die an die Befüllungsstation
angrenzt und in der zum Beispiel Behälter in Form von Flaschen mit
einem Deckel versehen werden.
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Einer
der Nachteile einer Verwendung von Ketten als Bestandteil eines
Transportsystems, welches insbesondere in der Nahrungsmittelindustrie verwendet
wird, besteht darin, dass sie schwierig zu reinigen und zu sterilisieren
sind, und folglich beäugen
und betrachten Überwachungsdienste
und andere Genehmigungsbehörden
die Verwendung von Ketten in aseptischen Umgebungen mit beträchtlichem
Argwohn und Misstrauen. Unvermeidliche Partikel, die infolge des
Gebrauchs von den Ketten abgerieben werden, verschlimmern dieses
Problem. Zudem haben Ketten den Nachteil, dass wenn eine der Ketten
nicht mehr richtig arbeitet, zum Beispiel wenn sie bricht, die gesamte
Maschine zum Stillstand kommt, um die Ausführung von Reparaturarbeiten
zu ermöglichen.
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Ein
anderes Problem, das in konventionellen Befüllungsvorrichtungen auftritt,
wenn von einer Art Behälter
zu einer anderen Art Behälter
gewechselt wird, besteht darin, dass die aseptischen Bedingungen
verloren gehen, und folglich, nachdem die Vorrichtung umgestellt
worden ist, um es zu ermöglichen,
die andere Art von Behälter
zu befüllen,
noch eine relativ lange Vorbereitungszeit erforderlich ist, um die
aseptischen Bedingungen neu zu schaffen.
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Das
Ziel der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden
und Lösungen
für die
obigen Probleme bereit zu stellen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfasst zu diesem Zweck das Transportsystem zum intermittierenden
Transportieren der Behälter
vom Einlass zum Auslass eine Führungsanordnung,
um mindestens zwei Träger
zum Mitführen
von einem oder mehreren Behältern
zu führen,
wobei in einander gegenüberliegenden
Längsrändern von
benachbarten Trägern
mindestens ein Ausschnitt zum Positionieren und Festhalten eines
Behälters
vorgesehen ist, und einen Schiebermechanismus mit einem kettenlosen Antrieb,
um die Träger
jedes Mal in der Führungsanordnung
zu verschieben, eine Behälterführung, die unterhalb
des Transportpfades der Behälter
angeordnet ist, um die Behälter
abzustützen,
sowie eine Blockiervorrichtung, um die Bewegung eines Trägers, der
sich während
des Betriebs am Auslass befindet, zeitweilig zu blockieren.
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Die
erfindungsgemäße Befüllungsvorrichtung
umfasst einen Schiebermechanismus, der ohne Ketten angetrieben wird,
um Träger
in einer Führungsanordnung
intermittierend zu verschieben. Ein Schiebermechanismus dieser Art
kann außerhalb der üblichen
Sterilisierungszone der Befüllungsvorrichtung
angeordnet werden, so dass während
des Betriebs nur die Träger
und die zu befüllenden
Behälter
sterilisiert werden müssen.
Die Verwendung von getrennten Trägern,
die entlang oder in der Führungsanordnung
verschoben werden, hat den weiteren Vorteil, dass wenn ein Träger oder
ein darin aufgenommener Behälter
fehlerhaft wird, nur dieser eine Träger entfernt und/oder ersetzt
werden muss. Daher werden die Stillstandszeit und die Reparaturfreundlichkeit
beträchtlich
verbessert. Außerdem
bietet die Verwendung von getrennten Trägern den Vorteil, dass sich
die Vorrichtung zum Befüllen
einer Mehrzahl von Behältertypen
eignet, zum Beispiel Behältern
mit einer anderen Gestalt oder einem anderen Volumen. Wenn von einem
Behältertyp
zu einem anderen Behältertyp
mit einem anderen Querschnitt gewechselt wird, ist es lediglich
notwendig, die Träger auszutauschen,
was zu verhältnismäßig kurzen
Umrüstzeiten
führt.
Ein Satz von zwei Trägern,
die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendet werden, sind an den einander gegenüberliegenden Längsrändern mit
mindestens einem Ausschnitt versehen. Zwei gegenüberliegende Ausschnitte von
benachbarten Trägern
wirken in einer solchen Weise miteinander zusammen, dass wenn der
Schiebermechanismus am Anfang des Transportpfades und die Blockiervorrichtung
am Ende des Transportpfades aktiviert worden sind und die Träger zwischen
ihnen festgehalten werden, sie einen Behälter an seinem Platz festklemmen.
Die Blockiervorrichtung hat auch die Funktion, zu verhindern, dass
ein Träger,
der sich am Auslass befindet, aus der Führungsanordnung heraus geschoben
wird, so dass er statt dessen zurückgehalten wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird
gewöhnlich
eine große
Anzahl von Trägern
verwenden, von denen beide Längsränder mit
einem Ausschnitt, und vorzugsweise einer Mehrzahl von Ausschnitten,
versehen sind. Die Behälterführung, die
sich vom Anfang des Transportpfades bis zu seinem Ende erstreckt,
stellt sicher, dass die Behälter
in der richtigen Höhe
ergriffen werden und dass die Behälter im nichtfestgeklemmten
Zustand nicht auf den Boden fallen. Die Behälter können aus Glas oder Kunststoff
hergestellte Flaschen, Pappkarton- oder Metall-Verpackungen, wie
Packungen und Dosen sein. Die Behälter selbst sind in keiner
Weise auf eine spezielle Form oder Größe beschränkt. Die Form eines Ausschnitts
in einem Träger
ist an die Form des zu befüllenden
Behälters
angepasst, die rund, quadratisch, rechteckig, oval, usw. sein kann.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die EP-A-0 475 827 an sich eine Transportvorrichtung zum
Transportieren von Trägern
offenbart hat, die einen Behälter
festhalten, der an einer Mehrzahl von Behandlungsstationen vorbei
geleitet wird, wobei ein Antrieb in Form eines Verbindungsstangenmechanismus
mit einer Rolle (système
bielle-galet) verwendet wird.
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Außerdem sollte
angemerkt werden, dass die bei der Erfindung verwendeten Träger aus
der EP-A-286 514 bereits an sich bekannt sind, in der Träger, welche
miteinander zusammenwirken, in dem besagten Patent als "Halb-Platten" bezeichnet, schwenkbar
an zwei unabhängigen
Kettensystemen befestigt sind.
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Der
Schiebermechanismus mit einem kettenlosen Antrieb, der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendet wird, kann ein servogesteuerter Motor mit einem Exzenterarm
sein, der jedes Mal eine Hin- und Herbewegung ausführt. Es
ist vorteilhaft, eine Kolben-/Zylinderanordnung zu verwenden, die
am Anfang des Transportpfades des Transportsystems am Einlass der
Vorrichtung angeordnet ist und deren Kolben sich in der Maschinenrichtung
hin- und herbewegen kann. Die Kolben-/Zylinderanordnung kann entweder
von pneumatischer oder hydraulischer Art sein. Bevorzugt ist die
Hublänge
der Kolben-/Zylinderanordnung gleich der Abmessung des Trägers, bei
Betrachtung in Längsrichtung
des Transportpfades (d.h. der Maschinenrichtung). Auf diese Weise
wird während
des Betriebs ein Träger vom
Anfang des Transportpfades aus an der Sterilisierungsstation und
dann an der Befüllungsstation vorbei
in jedem Fall um eine Position bis zum Ende des Transportpfades
der Transportanordnung vorwärtsbewegt.
In jeder angehaltenen Zwischenposition können zusätzliche Behandlungen oder Vorgänge ausgeführt werden,
wie unten ausführlicher
erläutert werden
wird.
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Die
Blockiervorrichtung umfasst vorteilhaft zwei Kolben-/Zylinderanordnungen,
die beiderseits des Transportpfades angeordnet sind. Diese Anordnung
lässt am
Ende des Transportpfades ausreichend Platz, um es zu ermöglichen,
die Behälter und/oder
Träger
zu entnehmen.
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Die
Träger
sind vorteilhaft aus Kunststoffmaterial hergestellt, wie einem Polypropylen,
was eine einfache wiederholte Sterilisierung zulässt. Nichtrostender Stahl ist
ein anderes geeignetes Trägermaterial.
In der aseptischen Zone, die sich über mindestens einen Teil der
Sterilisierungszone und die gesamte Befüllungszone erstreckt, bilden
die Träger vorteilhaft
einen Teil der körperlichen
Begrenzung dieser Zone. Mit anderen Worten bilden im betreffenden
Abschnitt des Transportpfades die Träger, zusammen mit den Führungen,
eine Trennwand zwischen der aseptischen Zone und der umliegenden Umgebung,
wo keine aseptischen Bedingungen vorherrschen. Da die Träger und
Behälter
im Sterilisierungsabteil ständig
neu sterilisiert werden, wird die Sterilität der aseptischen Zone aufrecht
erhalten. Dies gilt auch, wenn zu einer anderen Behältertyp und/oder
einem anderen Produkt gewechselt wird.
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Um
sicherzustellen, dass die Träger
in einer regelmäßigen und
reibungslosen Weise ohne Stöße und andere
Unregelmäßigkeiten
entlang von oder in den Führungen
verschoben werden, sind vorzugsweise zumindest diejenigen Teile
der Führungen,
die mit den Trägern
in Kontakt kommen, mit einer verschleißbeständigen Gleitschicht versehen,
zum Beispiel einer Teflon-Schicht.
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Eine
Gleitschicht dieser Art kann auch auf der Behälterführung vorgesehen sein, deren
Höhe vorzugsweise
verstellbar ist. So kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Höhe an den
zu befüllenden
Behältertyp
angepasst werden.
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Vorteilhafterweise
ist die Vorrichtung, an einer Stelle zwischen dem Ende, wo der Schiebermechanismus
angeordnet ist, und der Sterilisierungsstation, mit einer Trägereinführstation
versehen, um einen Träger
in das Transportsystem einzuführen
und den einen oder die mehreren Behälter in einem Träger aufzunehmen.
Diese Trägereinführstation
ist vorzugsweise außerhalb
von dem Abteil angeordnet, wo sich die Sterilisierungsstation befindet.
Beispiele einer geeigneten Trägereinführstation
schließen
eine Hubplattform ein, die unterhalb des Transportpfades angeordnet
ist, einen Schiebermechanismus, der neben dem Transportpfad angeordnet ist,
um Träger von
der Seite her einzuführen,
oder eine Absetzvorrichtung, die oberhalb des Transportpfades angeordnet
ist, um in jedem Fall einen Träger
auf den Führungen
des Transportsystems abzusetzen.
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Die
Träger
und Behälter,
die befüllt
werden sollen, werden unter Verwendung konventioneller Sterilisierungsmittel
sterilisiert, zum Beispiel einem Desinfektionsmittel, wie Wasserstoffperoxid,
Heißluft,
UV-Strahlung oder einer Kombination von zwei oder mehreren dieser
Techniken.
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An
die Befüllungsstation
wird häufig
eine Behälterverschließstation
angrenzen, wo die Behälter
in Abhängigkeit
vom Behältertyp
und dem Material, aus dem er hergestellt ist, verschlossen werden,
zum Beispiel mit einem Deckel oder durch Wärmeverschweißen einer
Aluminiumverschlussfolie, oder ein anderes geeignetes Verschlussverfahren,
falls zweckmäßig, gefolgt
von einer wiederverschließbaren
Abdeckung oder einem wiederverschließbaren Deckel. Diese Vorgänge werden
ebenfalls unter aseptischen Bedingungen ausgeführt, und folglich wird auch
die Behälterverschließstation
in der aseptischen Zone untergebracht werden.
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Am
Ende des Transportpfades, außerhalb der
aseptischen Zone, wird sich gewöhnlich
eine Trägerentnahmestation
befinden, wo die Behälter
aus den Trägern
entnommen werden, zum Beispiel in andere Träger, beispielsweise Kisten
oder Schachteln überführt und
die Träger
dann aus dem Transportpfad entnommen und zur Trägereinführstation zurückgeführt werden.
Für diese
Rückführung der
Träger
ist es von Vorzug, eine zweites Transportsystem vorzusehen, das
unterhalb des ersten Transportsystems angeordnet ist. Dieses zweite
Transportsystem kann geeignet sein, um die Träger einzeln zu bewegen, aber
auch um eine Mehrzahl von übereinander gestapelten
Trägern
zu bewegen.
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Die
Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
erläutert,
in der:
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1 eine schematische Ansicht
einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Befüllungsvorrichtung
zeigt; und
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die 2–8 Details
der in 1 dargestellten
Ausführungsform
zeigen.
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In 1 ist eine lineare Befüllungsvorrichtung
insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Laufrichtung
der Maschine wird durch einen langen Pfeil 57 angezeigt.
Die Befüllungsvorrichtung 10 umfasst
ein Gehäuse 12,
in dem sich eine Reihe von Abteilen 16 befinden, die durch
vertikale Trennwände 14 getrennt
sind. Die verschiedenen Vorgänge
und Bearbeitungsschritte werden in diesen Abteilen ausgeführt.
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In
der dargestellten Situation werden ein oder mehrere Behälter 18,
in diesem Fall Flaschen, über
eine Einführöffnung (nicht
dargestellt) im Gehäuse 12 in
eine Einführstation
für Behälter und
Träger
zugeführt,
die insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist,
und werden in einem Träger 22 positioniert.
Ein Träger 22 ruht
dann auf parallelen Führungen 24 (siehe 2–5)
eines Transportsystems zum intermittierenden Verschieben der Träger 22 entlang
eines geradlinigen Transportpfades, der durch die Führungen 24 begrenzt
wird, durch die verschiedenen Abteile 16 und an verschiedenen
Bearbeitungs-/Behandlungs-Stationen
vorbei. Die Führungen 24 umfassen
U-Profile 26 aus nichtrostendem Stahl, deren Innenseite – die mit
einem Träger 22 in
Kontakt kommt – mit
einer Teflon-Gleitschicht 28 (4) versehen ist. Ein Träger 22 umfasst
eine längliche
Platte, deren Länge
L (in der Querrichtung) und deren Breite B (in der Maschinenrichtung)
in 5 angezeigt sind.
Wie die Figuren zeigen, ist ein Träger 22 an beiden Längsrändern 23 (in
Maschinenrichtung gesehen dem vorderen und hinteren Rand) mit einem
Ausschnitt 29 versehen. Der Ausschnitt in einem vorderen
Rand eines ersten Trägers
und der Ausschnitt im hinteren Rand des angrenzenden, nachfolgenden
Trägers
klemmen einen Behälter 18 sicher
an seinem Platz fest. Es versteht sich, dass, falls gewünscht, eine
Mehrzahl von Ausschnitten 29 in einer Reihe in den Längsrändern 23 eines
Trägers 22 vorgesehen
sein kann.
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Am
Anfang des Transportpfades befindet sich eine Kolben-/Zylinderanordnung 30,
deren Kolben einen Hub entsprechend der Breite B eines Trägers 22 in
Maschinenrichtung ausführen
kann. Am Ende des Transportpfades sind Kolben-/Zylinderanordnungen 64 beiderseits
dieses Pfades angeordnet (2),
welche Anordnungen als Blockiervorrichtung dienen.
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Wieder
Bezug nehmend auf 1,
wird ein Träger 22 mit
Hilfe einer Hubplattform 32, zum Beispiel einer Kolben-/Zylinderanordnung,
deren Kolbenkopf mit parallelen profilierten Teilen versehen ist, die
mit den Führungen 24 identisch
sind, aus einer unterhalb des Transportpfades angeordneten Sammel-
oder Aufbewahrungsposition angeliefert und wird von der Kolben-/Zylinderanordnung 30 einen Hub
weit in Maschinenrichtung bewegt. Zeitgleich mit dieser Vorwärtsbewegung
eines Trägers 22 wird
ein Behälter 18 mit
Hilfe einer Behältereinführvorrichtung 69 nach
unten bewegt, bis dieser Behälter 18 mit
einer Behälterführung 63 unterhalb
von ihm in Kontakt kommt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Träger 22 gegen
einen vor ihm liegenden Träger 22 angepresst, so
dass der Behälter 18 in
der richtigen Höhe
festgeklemmt wird und in den zusammenwirkenden Ausschnitten 29 der
benachbarten Träger 22 positioniert wird.
Dann wird der Kolben der Kolben-/Zylinderanordnung 30 wieder
eingezogen, und der nächste
Zyklus von Vorgängen
zum Einführen
von Träger 22 und
Behälter 18 wird
ausgeführt.
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Während ein
neu eingeführter
Träger
hindurchgeschoben wird, werden die anderen Träger 22, die sich bereits
auf der Führungsanordnung 24 befinden,
jedes Mal um eine Position vorwärts
bewegt. Auf diese Weise wird ein Träger 22 zusammen mit
Behälter 18 durch
einen Durchlass 80 (siehe 8)
in einer Trennwand 34 in die Sterilisierungszone 35 bewegt,
damit sowohl die Träger 22 und
die Behälter 18 sterilisiert
werden. Die Sterilisierungszone 35 umfasst zwei Unterabteile 38 und 40,
die voneinander durch eine zusätzliche
vertikale Trennwand 42 getrennt sind, welche Trennwand 42 den
Anfang einer aseptischen Zone 44 begrenzt. Diese aseptische
Zone 44 umfasst das Unterabteil 40 der Sterilisierungszone 35,
eine ganze Befüllungszone 46 und eine
weitere Bearbeitungszone 48. Die Träger 22 bilden die
körperlichen
Begrenzungen an der Unterseite der aseptischen Zone 44.
Im Unterabteil 38 befindet sich eine Sterilisierungsstation 41,
wo die Träger 22 und
Behälter 18 mit
einem Desinfektionsmittel, zum Beispiel H2O2 sterilisiert werden, weil das Desinfektionsmittel
auf die Träger 22 und
in und um die Behälter 18 herum
versprüht
wird, was in Abhängigkeit von
der Form des Behälters
und den für
die Behälter und
Träger
verwendeten Materialien in einer Mehrzahl von Schritten stattfinden
kann. Siehe auch 6.
Im Unterabteil 40 werden die Träger 22 und Behälter 18 dann
mit Hilfe von Trocknungsdüsen 65 mit
gereinigter Heißluft
getrocknet. Das Trocknen kann ebenfalls in einem oder mehreren Schritten ausgeführt werden.
Die Trocknungsdüsen 65 sind
so angeordnet, dass sie in vertikaler Richtung bewegt werden können, und
sind mit einem Ablenkschirm 53 versehen. Der Strom von
heißer,
sterilisierter Luft, der von einer Trocknungsdüse 65 in einen Behälter geblasen
wird, strömt
dann aus dem Behälter 18 heraus
und wird vom Ablenkschirm 53 an seiner Außenseite
entlang und dann über
den Träger 22 geführt. Siehe 7.
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Über einen
Durchlass 80 in der Trennwand 50 treten die Träger 22 zusammen
mit Behältern 18 in
die Befüllungszone 46 ein,
die sich im Abteil 52 befindet. Hier befindet sich eine
Befüllungsstation 54 mit
Befüllungsventilen,
deren Anzahl in der Querrichtung der Anzahl von Behältern 18 in
einer Reihe des Trägers 22 entspricht,
und welche Ventile über
geeignete Dosiereinrichtungen mit einem Speicher für das Produkt
in Verbindung stehen, mit dem die Behälter 18 befüllt werden sollen,
zum Beispiel einem Molkereiprodukt. Die Befüllung kann in Abhängigkeit
von Faktoren, wie der Produktviskosität und dem Volumen des Behälters 18 in
einem oder mehren Schritten ausgeführt werden.
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Durch
einen Durchlass 80 in der Trennwand 56 treten
die Träger 22 zusammen
mit Behältern 18 in
eine weitere Bearbeitungszone 48 ein, wo sich in einem
Abteil 60 eine Verschließstation 58 zum Anbringen
eines Deckels an den flaschenförmigen
Behältern 18 befindet.
Angrenzend an dieses Abteil 60 umfasst die Vorrichtung 10 eine
Trägerentnahmestation 62,
die vom Abteil 60 durch eine Trennwand 66 mit
einem Durchlass 80 getrennt ist. In der Trägerentnahmestation 62 werden
mit Hilfe einer Behälterentnahmevorrichtung
die Behälter 18 aus
den Trägern 22 entnommen,
und die Träger 22 werden
durch eine Hubplattform 67 abgesenkt und werden dann durch ein
zweites Transportsystem 66, das mit dem ersten Transportsystem
aus den Führungen 24 und
der Kolben-/Zylinderanordnung 30 identisch sein kann, zur ersten
Hubplattform 32 zurückgeführt.
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Die
verschiedenen Bearbeitungsvorgänge
in den verschiedenen Abteilen werden immer dann ausgeführt, wenn
sich ein Behälter 18 in
der richtigen Position befindet und sich nicht bewegt, mit anderen Worten,
wenn er innerhalb der Ausschnitte 29 von benachbarten Trägern 22 festgeklemmt
ist, welche wiederum infolge einer Betätigung der Kolben-/Zylinderanordnungen 30 und 64 am
Anfang und Ende des Transportpfades positioniert werden.