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Diese
Erfindung führt
eine neue aseptische Fülltechnologie
für aus
PET, PE, PEHD, Polypropylen oder anderen hygienisch kompatiblen
Kunststoffen bestehenden Plastikflaschen ein, welche auf aseptischen
Produktverpackungsmaschinen mit einem Rotations- oder Karussell-basierenden
Konzept eingesetzt wird. Aseptische Produktverpackung in Kunststoffflaschen
ist eine ziemlich neue Technologie. Sie wurde in den letzten Jahren
insbesondere für Produkte
wie Fruchtsäfte,
Tee, Softdrinks, Milch und deren Nebenprodukte Hand in Hand mit
Firmen entwickelt, welche ihre neuen technologischen Lösungen für dieses
Gebiet anbieten, und natürlich
abhängig
von der Marktnachfrage danach entwickelt.
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Diese
Art der Verpackung ist eine komplexe Technologie, welche mehrere
Stufen umfasst, und von dem Typ, der Form und dem Zustand der Originalflasche
sowie von dem Produkt selbst abhängt. Sie
erfordert, dass Eingriffe von Maschinenbedienern auf das geringst
mögliche
Mass reduziert werden und unter den sichersten Bedingungen ausgeführt werden,
um eine Möglichkeit
einer Kontamination der Maschine, insbesondere ihres internen Mikroklimas, und
als einer Folge davon des Produkts auszuschliessen.
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Eine
aseptische Füllmaschine
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist aus
JP 11115902 bekannt.
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Es
gibt im Grunde zwei Hauptfamilien von Flaschen, welche diesen Verpackungszweck
dienen können:
- a) Flaschen, welche mittels eines Blas-Extrusionsprozesses
aus jungfräulichen
Harzen (Polyethylen/Polypropylen-Familie) erzeugt werden;
- b) Flaschen, welche mittels des Glasprozesses aus einer durch
Einspritzen vorproduzierten Vorform (PET-Familie) erzeugt werden.
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Zu
der ersten Gruppe gehörende
Flaschen können
aseptisch, (d.h., vollständig
verschlossen) oder anderenfalls nicht hermetisch, (deren Innenteil ist
gegen die Umgebungsluft offen) hergestellt werden. PET-Flaschen
werden aus Vorformen hergestellt, die zur Umgebungsluft hin offen
sind, und daher immer unter nicht sterilen Bedingungen geblasen werden.
In beiden Fällen
können
die Flaschen entweder bei der Produktverpackungsfabrik hergestellt werden
oder von einem spezialisierten Hersteller gekauft werden, welcher
diese auf Paletten angeordnet oder als Schüttgut in geeigneten Behältern liefert. Unabhängig von
ihrem Lieferungsformat durchlaufen jedoch alle für eine aseptische Verpackung
bestimmten Flaschen zwei unterschiedliche Prozeduren abhängig von
ihrer Produktion:
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Prozedur Nr. 1: nicht-aseptisch hergestellte
Flaschen (alle unter "b" beschriebenen Flaschen)
und (unter "a" beschriebenen) nicht-hermetischen
Flaschen:
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- 1. Die Flaschen werden in die Verpackungsmaschine
auf einem Druckluft- oder Kettenfördersystem eingeführt.
- 2. Die Flaschen treten in den ersten Abschnitt ein, wo ihre
Innen- und Aussenoberflächen
eine chemische Sterilisation unter Verwendung chemischer Mittel,
wie z. B. Wasserstoffperoxid (Peroxid), Kombinationen von Medien
auf der Basis von Peressigsäure
und Peroxid (Oxonium) oder ähnlichen
Medien durchlaufen.
- 3. Die Flaschen werden in dem Flaschentrocknungsabschnitt eingeführt: Hier
werden alle Spuren chemischer Mittel durch einen sterilen Wasserstrom
(oder nur durch sterile Luft, wenn die Sterilisation nur unter Verwendung
von Peroxid durchgeführt
wurde) entfernt.
- 4. Nach ihrer Behandlung und Sterilisation treten die Flaschen
in den aseptischen Füllabschnitt
ein: Hier werden sie mit einer voreingestellten Menge des Produktes
durch spezielle Dosierdüsen
gefüllt.
Zur Steuerung dieses Prozesses wird ein volumetrisches oder Gewicht
messendes System verwendet, d.h., Durchflussmesser, vorkalibrierte Kammern
oder Wiegezellen.
- 5. Die Flaschen treten in den Verschliessungsabschnitt ein und
werden mit vorsterilisierten Kunststoffkappen oder sterilisierten
vorgeschnittenen Aluminiumfolien verschlossen.
- 6. Nun verlassen die Maschinen die aseptische Produktverpackungsmaschine
und treten in die Verpackungs- und Nach-Verpackungsabschnitte auf
Fördereinrichtungen
ein: Wenn die Etikettierungs- und Endverpackungsprozesse vorüber sind,
werden sie auf Paletten angeordnet.
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Prozedur Nr. 2): aseptisch (beschrieben
unter "a") mittels des aseptischen
Extrusionsprozesses hergestellter Flaschen:
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In
diesem Falle gibt es keinen Sterilisationsbedarf. Der Extrusionsprozess
garantiert, dass die Innenoberflächen
der Flaschen immer steril sind. Demzufolge ist der Zyklus unterschiedlich.
- 1. Die Flaschen werden in einem Abschnitt eingeführt, in
welchem deren Aussenoberfläche
gewaschen und sterilisiert wird.
- 2. Die Flaschen treten in einem Schneideabschnitt ein: Hier
wird das Plastikteil, welches deren geschlossenen Zustand (und gleichzeitig
die vorstehend erwähnte
Sterilität)
bewahrte, weggeschnitten.
- 3. Die Flaschen treten in den aseptischen Füllabschnitt ein: Hier werden
sie mit einer voreingestellten Menge des Produktes durch spezielle
Dosierdüsen
gefüllt.
Zur Steuerung dieses Prozesses wird ein volumetrisches oder Gewicht
messendes System verwendet, d.h., Durchflussmesser, vorkalibrierte
Kammern oder Wiegezellen.
- 4. Die Flaschen treten in den Verschliessungsabschnitt ein und
werden mit vorsterilisierten Kunststoffkappen oder sterilisierten
vorgeschnittenen Aluminiumfolien verschlossen.
- 5. Nun verlassen die Maschinen die aseptische Produktverpackungsmaschine
und treten in die Verpackungs- und Nach-Verpackungsabschnitte auf
Fördereinrichtungen ein:
Wenn die Etikettierungs- und Endverpackungsprozesse vorüber sind,
werden sie auf Paletten angeordnet.
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In
beiden Fällen
ist es erforderlich, die aseptische Bedingung in den gesamten inneren
Teil der Produktverpackungsmaschine aufrecht zu erhalten: wenn das
Mikroklima nicht vollständig
steril ist, könnte
die Flasche und/oder deren Inhalt kontaminiert werden. Es ist auch
zu berücksichtigen,
dass eine Maschine nicht immer optimal arbeiten kann und dass Flaschen
nicht immer mit perfekten Normen übereinstimmen. Demzufolge kommt
es manchmal vor, dass eine steckengebliebene Flasche den Betriebszyklus
der Maschine blockiert. Es ist daher erforderlich, dass der Maschinenbediener
eingreift und die steckengebliebene Flasche und/oder die Maschinenblockierung
entfernt: und dafür
muss der Maschinenbediener innerhalb des Mikroklimas der Maschine
arbeiten und demzufolge besteht ein Risiko einer von der Aussenumgebung
ausgehenden Kontamination.
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Wenn
ein Eingriff erforderlich ist, bietet die herkömmliche Technologie zwei Lösungen,
wobei die eine tatsächlich
von der anderen abhängt.
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Erste
Lösung – Die gesamte
Maschine wird innerhalb eines Reinraums angeordnet, in welchem sterile
Luft (gefiltert nach Klasse 1000 oder Klasse 100) einströmt; ein
leichter Überdruck
ist in dieser Umgebung zu finden. Der einen sterilisierten Overall, Gesichtsmaske,
Handschuhe und alle vorsterilisierten Hilfsmittel tragende Maschinenbediener
kontrolliert die Maschinenfunktion vom Inneren des Reinraums aus
und greift direkt ein, um das Problem zu lösen. Der Maschinenbediener
ist Teil des Mikroklimas und in den Betriebszyklus der Maschine
integriert.
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Zweite
Lösung – Geeignete
Laminarströmungen
werden erzeugt, um jeden Abschnitt der Maschine (Mini-Reinräume in jedem
Abschnitt) zu schützen,
die von einer oberen Wand (absichtlich zur Lagerung der Filter aufgebaut),
einer unteren Wand (Maschinenfundament) und einer starren Seitenwand
(Stahlblech und Glas) oder alternativ von einer flexiblen Seitenwand
(transparentes Kunststoffmaterial für die Nahrungsmittelindustrie)
eingeschlossen werden. In diesem Falle kann der Maschinenbediener
von Aussen eingreifen, indem er an der Maschine durch Öffnungen
hindurch arbeitet, welche in strategisch optimalen Positionen in
den Seitenwänden
angeordnet sind, wobei dessen Arme durch lange, flexible Handschuhe
("Hüllen") abgedeckt sind:
Diese sind an den Öffnungen
befestigt und somit immer innerhalb der aseptischen Umgebung, und
daher ein Teil des internen Mikroklimas. Obwohl sie nicht von Aussen
her kontaminiert werden können,
schränken sie
die Eingriffsmöglichkeiten
für den
Maschinenbediener ein.
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In
beiden Lösungen
wird daher angenommen, dass eine Bedingung einer laminaren Strömung und
Luftsterilität
innerhalb der Maschine insgesamt, auch in dem Falle einer Unterbrechung
oder eines Stopps des Produktionsprozesses erhalten bleibt. Sowohl
die Sterilität,
als auch das Mikroklima müssen
kontinuierlich rund um die Uhr ohne Unterbrechung aufrecht erhalten
werden – da
er ansonsten es erforderlich ist die gesamte Umgebung noch einmal zu
sterilisieren, eine komplexe Prozedur, die eine lange Behandlungszeit
(sogar 48 bis 60 Stunden) erfordert, bevor alle Oberflächen und
Filter in ihren Sicherheitszustand zurückversetzt sind.
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Situationen
dieser Art treten irgendwie in dem Falle grösserer Wartungsarbeiten an
der Maschine auf, wenn die Verwendung der "Hüllen" nicht ausreicht,
um die Operation in dem Falle eines plötzlichen Bruchs mit austretendem
Produkt und/oder Öl oder
anderen Fluiden aufgrund eines von dem Bediener gemachten Fehler
auszuführen.
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Es
sollte hervorgehoben werden, dass die kritischsten Abschnitte der
Maschine die Dosierungs- und Kappenaufbringungsabschnitte sind,
in welchen sowohl die Flasche als auch das Produkt am meisten einer
möglichen
Umgebungskontamination ausgesetzt sind. In dem Sterilisationsabschnitt
schützen dagegen
die chemischen Dämpfe
das Mikroklima gegen Bakterien, welche möglicherweise von Aussen eindringen.
Die ersten zwei Abschnitte unterliegen auch häufiger einem Eingriff durch
den Maschinenbediener beispielsweise im Falle einer falschen Bemessung
des Produktes, eines Verlustes von Verschlüssen oder Aluminiumkappen,
steckengebliebenen Flaschen und Kappen und so weiter. Ein falscher Eingriff
in diesem Bereich bringt schwere Probleme mit sich, und kann es
erforderlich machen, einen neuen Sterilisierungszyklus der gesamten
Maschine auszuführen.
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Diese
Erfindung soll einen leichteren und sichereren aseptischen Füllprozess
für Kunststoffflaschen
unabhängig
von deren spezifischen Material ohne die Verwendung standardmässiger herkömmlicher
Reinräume
oder ansonsten von Laminarströmen
schaffen, indem ein Raum verwendet wird, der den kritischen Bereich
umschließt
und aus zwei Abschnitten ausgebildet ist; wobei beide Abschnitte
absichtlich entwickelt wurden, so dass diese am besten ihrem funktionalen
Zweck dienen, das sterile Raumvolumen zu minimieren, d.h. diesen
auf den kritschen Bereich zu reduzieren, der den Flaschenhals und
den unteren Teil der Düsen
und der Verschlusseinrichtung umfasst.
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Ferner
zielt die Erfindung auf die Erzeugung eines Schutzraums für den Dosierungs- und Kappenaufbringungsbereich
ab, welcher Eingriffe durch den Maschinenbediener erleichtert, höchste Sterilität und aseptische
Bedingungen gleichzeitig sicherstellt, und die Notwendigkeit eines
Eingriffs von Aussen reduziert – jedoch
es jemanden ermöglicht,
die Maschine in ihren Dosierungs- und Kappenaufbringungs-Abschnitten
mit chemischen Reinigungs- und Sterilisierungsmitteln jederzeit
zu reinigen und zu sterilisieren, wenn die Maschine für die Produktion
vorzubereiten ist.
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Mit
anderen Worten, der Füll-
und Verschlussraum wird regelmässig
mittels herkömmlicher Verfahren
jedesmal sterilisiert, wenn die Reinigungs- und Sterilisierungsphasen
der Hauptdosierungseinheit und der Dosierdüsen gestartet werden. Dieses stellt
sicher, dass die kritische Umgebung bei jedem Produktionsstart vollständig keimfrei
gemacht wird.
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Als
ein zweiter Vorteil, ermöglicht
die Erfindung der Bedienungsperson einen direkten Zugriff auf steckengebliebene
Flaschen durch absichtlich in dem Raum geplante Kanäle: Unter
Tragen nur eines Schutzhandschuhs ist er in der Lage, die Flasche/Kappe
ohne Kontamination der Umgebung herauszuziehen. Ein durch diese
Erfindung gegebener dritter Vorteil ist der stationäre Teil
des Raums, der es möglich
macht, eine sichere und starre Verbindung zwischen dem Raum und
dem Erzeugungssystem für
sterile Luft zu verwenden, sowie zu den Reinigungslösungs-Einführungs-
und Rückgewinnungssystemen.
Dieses Konzept macht den Raum insgesamt von den anderen Abschnitten
der Maschine unabhängig.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine
aseptische Füllmaschine
gemäß der Erfindung
wird durch den Anspruch 1 definiert.
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Die
Erfindung ist die spezielle Konfiguration des umschliessenden Raums,
welcher die Dosier- und Kappenaufbringungsabschnitte enthält, welche bei
jeder Maschine mit einem Rotations- oder Karussell-basierenden Konzept
zur Flaschenabfüllung
von Produkten verwendet werden kann, die für die Lebensmittelindustrie
und/oder die chemische und pharmazeutische Industrie bestimmt sind.
Er besteht aus zwei Abschnitten und einer Reihe von Hilfseinrichtungen:
Der Raum enthält
zwei kleinere Räume, den
ersten Hauptraum, der den Füllungs-
und Kappenaufbringungsbereich schützt, den zweiten Hauptraum,
welcher den Flaschenkörper
einschliesst. Dieses Konzept kann zwei zusätzliche Räume umfassen, um die Aufnahme
steriler Luft darin zu ermöglichen.
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Siehe
bitte die Zeichnungen.
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Erläuterung
der Hauptteile des Raums:
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- A) Rotationsteil des Raums (welcher die Flasche, Dosiervorrichtungen
und Verschlussvorrichtungen) trägt.
- B) Stationärer
Teil des Raums (der die Einführung der
Hilfsstoffe unterstützt)
- C) Rotationsachse
- D) Produktdosiervorrichtungen oder Verschlussvorrichtung (abhängig von
dem Abschnitt, in welchem diese positioniert ist)
- E) Einführung
von steriler Luft unter Druck in den Raum
- F) Extraktion von steriler Luft aus dem Raum
- G) Sprühbälle und
Desinfektionseinführung
- H) PE- oder PET-Flasche mit Halshandhabung
- S) Gleitdichtflächen
und/oder Labyrinthdichtungen
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Raumabschnitte:
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- C1: Erster Raum (Verpackung und Schliessbereich)
- C2: Zweiter Raum (Flaschenkörpereinschliessbereich)
- C3: Einlassraum (Steriler Lufteinlassraum)
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Beschreibung der Abschnitte:
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C1:
erster Raum (oberer Raum), bestehend aus
- 1.
einem (auf dem rotierenden Teil gebauten) Abschnitt, der auf dem
sich bewegenden Teil der Fülleinrichtung
erhalten wird und besteht aus:
• einer oberen Seite, d.h.,
einer Platte, die dick genug ist, um das Dosiersystem zu unterstützen mit einer
bestimmten Anzahl von Dosierdüsen
und den Versiegelungs/Verschlussköpfen;
• einer vertikalen Seite als
einer Umhüllung
für den
Raum und dessen Mikroklima;
• einer unteren Seite, wo die
Halshandhabungs-Klemm-Vorrichtungen zu finden sind. Der zwischen
jeder Klemmvorrichtung belassene Raum kann unter Verwendung von
Stahlblech oder von Kunststoffmaterial geschlossen werden.
- 2. einem stationären
Abschnitt, welcher den Raum mittels geeigneter Gleitflächen (S)
abschliesst, und einer zweiten horizontalen festen Dichtfläche, welche
den Raum auf der gleichen Höhe
wie die die Flaschen unterstützenden Klemmvorrichtungen
abschliesst, um die Aufrechterhaltung des Innenüberdruckes zu garantieren;
das Innenvolumen wird auf einem Minimum gehalten, das es gerade
ein Passieren des oberen Teils des Flaschenhalses ermöglicht.
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C2:
zweiter Raum (unterer Raum), bestehend aus:
- • einer oberen
Seite, welche die (rotierenden) Klemmvorrichtungen, die die Flaschen
unterstützen
und die fixierte Flächenplatte
auf derselben Höhe
(fixiert) umfasst;
- • eine
vertikale Seite (rotierend, die auf dem beweglichen Teil der Verschlusseinrichtung
erhalten wird) als ein Abschluss für den Raum und dessen Mikroklima;
und
- • eine
untere Seite, welche aus einer rotierenden Oberfläche und
einer stationären
Oberfläche
besteht, die eingebaut sind, um eine Gleitoberfläche oder eine Labyrinthoberfläche für einen
sterilen Lufteinschluss zu unterstützen; und und ausgestattet
mit geeigneten Öffnungen
(geschlossen von Türen
oder ähnlichen
Verschlussvorrichtung), um das Erreichen steckengebliebener Flaschen und/oder
falsch positionierter Verschlüsse
oder Kappen zu ermöglichen.
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C3:
Einlassräume
(Kompensationsräume):
Räume für den Einlass
von steriler Luft, die aus einem Raum bestehen, welcher zwischen
dem stationären
Teil und dem rotierenden Teil mittels zwei gleitender Oberflächen erzeugt
wird; sie ermöglichen den
Einlass der sterilen Luft aus dem ersten und zweiten Räumen (Haupträume) C1
und C2 und eine bessere Steuerung des Druckpegels in den ersten und
zweiten Abschnitten.
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Während der
erste Raum (C1) absolut erforderlich ist, sind der zweite Raum (C2)
und die Einlassräume
(C3) nützlich,
jedoch nicht unbedingt erforderlich, da das interne Mikroklima durch
den Innenraum mit geeigneten Überdruck
aufrecht erhalten wird.
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Hilfseinrichtungen
der ersten und zweiten Räume
C1 und C2: diese sind Rohrkreisläufe,
Ventile und Instrumente (Buchstaben E, F und G), welche zum Zuführen der
Reinigungs- und der Dosierungslösungen
während
der Maschinenvorbereitungsstufen verwendet werden, und um den Raum
unter allen Produktionsphasen unter einem Überdruck steril Luft zu halten.
Aus Gründen
struktureller und funktionaler Vereinfachung sind diese Kreisläufe mit
dem stationären
Teil verbunden.
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Neben
den vorstehend präsentierten
Vorteilen macht es diese Erfindung auch möglich, direkt an allen mechanischen
Teilen der Maschine ohne Veränderung
des Mikroklimas in dem Füllbereich
einzugreifen; dank dieser Lösung
wird jeder Eingriff einfacher und sicherer. Weitere Vorteile ergeben
sich aus der neuen sterilen Luftverteilung: sterile Luft wird nicht
mehr von oben nach unten durch die Filter verteilt, sondern wird
nun durch gegenüberliegende Rohre
und Kreisläufe
zugeführt,
was zu einer besseren Strömungsverteilung
und einer genaueren Kontrolle des Überdruckes führt, und
bessere Garantien im Hinblick auf die Funktionalität bietet.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst die aseptische Füllmaschine,
die insbesondere für Kunststoffflaschen
verwendet wird, ein Karussell, einen umschließenden Raum, der geeignet ist,
das Dosieren und/oder Verschließen
von Flaschen zu schützen,
und der aus wenigstens einem ersten Raum C1 und einem Einlassraum
C3 besteht, wobei jeder von den Räumen C1, C3 einen stationären Teil,
einen sich drehenden Teil und Hilfseinrichtungen umfasst, die es
ermöglichen,
einen aseptischen Zustand in dem umschließenden Raum aufrechtzuerhalten,
wobei der wenigstens der Einlassraum C3 vorhanden ist, um den sterilen
Luftstrom einzulassen, der aus dem ersten Raum C1 kommt. Die obere Fläche des ersten
Raums C1 besteht aus einer Platte, welche die Dosierdüsen/Verschlussköpfe trägt.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
wird das Volumen des ersten (oberen) Raums C1 minimal gehalten,
d.h. das Volumen, das zwischen den Dosierdüsen/Verschlussköpfen und
der Position des Flaschenhalses vorhanden ist.
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Bei
einer dritten Ausführungsform
ist die Dichtung zwischen dem stationären und dem sich drehenden
Teil durch geeignete Gleitflächen und/oder
Labyrinthflächen
für einen
sterilen Einsatz gewährleistet,
um das innere Mikroklima einzuschließen.
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Bei
einer vierten Ausführungsform
besteht die untere Fläche
des ersten Raums C1 aus einer Platte, welche die Flaschenhalshandhabungs-Klemmvorrichtungen
trägt,
und einer feststehenden Fläche
mit geeigneten Gleitpunkten zur Gewährleistung von Dichtigkeit
für die
Aufrechterhaltung des inneren Drucks.
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Bei
einer fünften
Ausführungsform
besteht die obere Fläche
eines zweiten Raums C2 aus der Platte, welche die Flaschenhalshandhabungs-Klemmvorrichtungen
trägt,
und der stationären
Fläche,
wobei die untere Fläche
des zweiten Raums C2 aus einer stationären Platte sowie einer sich
drehenden Platte mit geeigneten Punkten zur Gewährleistung von Dichtigkeit
zur Aufrechterhaltung von innerem Druck besteht.
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Bei
einer sechsten Ausführungsform
ist wenigstens ein zweiter Einlassraum C3 vorhanden, um den sterilen
Luftstrom einzulassen, der aus dem zweiten Raum C2 kommt.
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Bei
einer siebten Ausführungsform
wird sterile Luft über
passende Rohrleitungen in den umschließenden Raum geleitet.
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Bei
einer achten Ausführungsform
kann der erste Raum über
passende Rohrleitungen unabhängig
von der Maschine und ohne menschlichen Eingriff unter Verwendung
herkömmlicher
chemischer Stoffe gereinigt und sterilisiert werden.
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Bei
einer neunten Ausführungsform
können geeignete
Düsen zum
Dosieren/Zerstäuben
chemischer Stoffe auf die Flächen
des ersten Raums im Inneren installiert werden, ohne die sterilen
Bedingungen des ersten Raums zu beeinträchtigen.
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Bei
einer zehnten Ausführungsform
besteht der stationäre
Teil aus starrem Kunststoffmaterial oder, als Alternative dazu,
aus flexiblen Kunststoffmaterial.
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Bei
einer elften Ausführungsform
wird der umschließende
Raum auch bei den Phasen des Sterilisierens und Spülens der
Flaschen eingesetzt.
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Bei
einer zwölften
Ausführungsform
umfassen der erste und der zweite Raum Hilfseinrichtungen, mit denen
sie unter Verwendung von sterilisierenden Stoffen desinfiziert werden,
wenn die Maschine ihre Vorbereitungsphasen durchläuft.