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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Füllorgan
für eine
aseptische Füllmaschine,
insbesondere für
flexible Behälter
mit Druckkappe.
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Schon seit einiger Zeit ist es eine
weit verbreitete Praxis im Lebensmittelsektor, Tomaten- oder Fruchtsaft
in Behältern
in Form eines flexiblen Beutels zu lagern, der durch eine Kappe
verschlossen ist, die unter Druck in einen Ausguss eingesetzt wird,
der am Beutel angeschweißt
und mit mindestens einer ringförmigen
Rille versehen ist, die dazu dient, den Ausguss während der
Beutelfüllung
festzuhalten.
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Der Behälter bzw. Beutel ist bei Anlieferung bereits
innen vorsterilisiert, aber die Außenseite von Ausguss und Kappe
sind der kontaminierten Außenumgebung
ausgesetzt.
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Aseptische Füllmaschinen zum Abfüllen dieser
Beutel sind bereits bekannt. Diese Füllmaschinen beinhalten ein
oder mehrere Füllorgane,
die auf vertikal beweglichen Gruppen angebracht sind, um die Behälter, die
im Allgemeinen ein Fassungsvermögen von
1000 Litern aufweisen, vom Boden an zu füllen und dadurch Spannungen
an dem Bereich zu vermeiden, an dem der Ausguss an den Beutel geschweißt ist.
Die genannten Füllorgane
sind in einer sterilen Abfüllkammer
angeordnet, die unter einer Dampfatmosphäre gehalten wird, wobei in
dieser Kammer der Reihe nach das Öffnen, Abfüllen und Verschließen erfolgt.
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Bevor diese Vorgänge ausgeführt werden, muss die Sterilisation
des Ausgusses vorgenommen werden, da dieser das einzige kontaminierte
Element ist, das in die Sterilkammer eingeführt wird. Zu diesem Zweck wurde
bereits in Betracht gezogen, innerhalb der Sterilkammer eine Vorkammer
oder Glocke zur Sterilisation des Ausgusses entweder mit 100°C heißem Dampf
oder mit Sterilisierflüssigkeiten
wie zum Beispiel Wasserstoffperoxid bei niedrigerer Temperatur zu
verwenden. Die Vorkammer beinhaltet Greifer zum Öffnen und Schließen der
Kappe und wird von einer vertikale Welle getragen, die zwei Arten
von Bewegung durchführen
kann: eine Drehbewegung und eine Translationsbewegung in vertikaler Richtung.
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Die Drehbewegung dient dazu, während der Beutelabfüllphase
die Vorkammer von einer Position oberhalb der Ausgussgreifmittel
in eine Position entfernt von den genannten Mittel zu bewegen, während die
vertikale Translationsbewegung dazu dient, die Kappe vom Ausguss
abzuziehen oder wieder darin einzusetzen. Die Wände, aus denen die Vorkammer gebildet
wird, sind mit Kanälen
für die
Dampfzufuhr ausgestattet.
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In der Praxis haben die Vorkammern
bekannten Typs zur Ausguss- und Kappensterilisation jedoch gewisse
Nachteile gezeigt, von denen einige unten aufgelistet werden:
- – Mangels
einer Überwachung
der Dampftemperatur in der Vorkammer zur Ausgusssterilisation ist
es nicht möglich,
den Wirksamkeitsgrad der Sterilisation zu gewährleisten.
- – Die
Vorrichtungen zum Greifen des Ausgusses bieten keine druckdichte
Abdichtung gegenüber dem
in der Vorkammer vorhandenen Dampf.
- – Die
Greifer zum Öffnen
und Schließen
der Kappe sind durch elastische Vorrichtungen betätigt, die
nicht immer den effizienten Betrieb garantieren, und erfordern daher
einen beachtlichen Wartungsaufwand.
- – Die
Ausgussgreifmittel sind im Allgemeinen pneumatisch oder elastisch
betätigt
und verursachen damit ebenfalls die oben erwähnten Wartungsprobleme.
- – Die
Welle, auf der die Vorkammer gelagert ist, welche sich drehen und
in vertikaler Richtung bewegen muss, ist in Buchsen montiert, die
aufgrund der hohen radialen Auslegerbelastung beachtlichem Verschleiß unterliegen.
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Von EP-A-0429160 ist eine kontinuierliche Überwachung
der während
des Sterilisationsvorgangs erreichten Temperatur über einen
Temperatursensor bekannt.
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Zweck der vorliegenden Erfindung
ist es daher, alle oben genannten Nachteile zu beseitigen und insbesondere
die Möglichkeit
zur konstanten Überwachung
des Wirkungsgrades der Ausgusssterilisation in der Vorkammer zu
bieten.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist
es, das Füllorgan
mit Betätigungseinrichtungen
für die
Greifer, sowohl für
die Kappe, als auch für
den Ausguss, auszustatten, die dauerhaft präzise funktionieren und wenig
Wartungsaufwand erfordern.
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Diese und andere Zwecke werden durch
ein Füllorgan
für eine
aseptische Abfüllmaschine
erzielt, das durch den Inhalt der beiliegenden Patentansprüche gekennzeichnet
ist.
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Die genannten und andere Eigenschaften werden
in der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Verwirklichungsform,
die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, anhand eines
Beispiels mit keineswegs einschränkendem
Charakter erläutert,
wobei:
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1 in
Schnittansicht einen Aufriss der Füllkammer mit Vorkammer in der
Position zum Sterilisieren und Greifen der Kappe zeigt;
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2 eine
weitere Schnittansicht des Füllorgans
mit der Vorkammer in einer gegenüber
dem Ausguss versetzten Position zeigt, die das Füllen des Beutels ermöglicht;
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3 eine
partielle Draufsicht des Füllorgans
mit geschlossenen, in den Ausguss eingreifenden Greifern zeigt.
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Mit Bezug auf die Abbildungen bezeichnet Ziffer 1 eine
Sterilkammer, in die ein Füllorgan 2 in bekannter
zylindrischer Ausführung
abdichtend eintreten kann. Eine untere Wand 3 der Kammer 1 ist
mit einer Öffnung 4 versehen,
in die ein mit einer Kappe 6 versehener und an einen Beutel 7 angeschweißter Ausguss 5 eingeführt werden
kann. Der Ausguss 5 bekannter An weist mindestens eine
ringförmige
Rille auf, in die Greifmittel, die den Ausguss während aller für das Abfüllen des
Beutels erforderlichen Vorgänge festhalten,
eingreifen können.
Die Innenoberfläche der
genannten unteren Wand 3 ist mit Ausgussgreifimitteln versehen,
die in ihrer Gesamtheit mit Ziffer 8 bezeichnet werden.
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Die Greifmittel 8 umfassen
zwei Backen oder Greifer 9 und 10, die jeweils
auf einem Stift 11 drehbar montiert sind und um den genannten
Stift schwenken können,
sobald eine Klinke 12a betätigt wird, auf der sich ein
leerlaufendes Walzenrad 12 befindet, das in einen formschlüssigen Nocken 13 eingreift,
der mit Keilen auf einer vertikalen Welle 14 befestigt
ist, die sich in der Kammer 1 befindet.
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Die vertikale Welle 14 ist
in zwei Buchsen 15 und 16 gelagert, die jeweils
in die untere Wand 3 bzw. die obere Wand 3a der
Kammer eingesetzt sind.
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Die vertikale Welle 14 kann
drehende Schwenkbewegungen ausführen,
die durch Betätigungssysteme
bekannter und hier nicht beschriebener Art ausgelöst werden.
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Mit Ziffer 34 wird eine
Platte bezeichnet, die an der unteren Wand 3 in einem bestimmten
Abstand davon befestigt ist, wobei unterhalb der Platte 34 beide
Greifer 9 und 10 mit Druck eingefügt sind,
so dass eine einwandfreie Abdichtung sichergestellt ist.
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Eine vertikale Hohlwelle 17 durchdringt
die obere Wand 3a der Kammer 1. Die genannte Welle ist über Betätigungssysteme
bekannter und hier nicht beschriebener An um sich selbst drehbar
und vertikal verstellbar. Am unteren Ende der Hohlwelle 17 ist eine
Vorkammer zur Sterilisation des Ausgusses befestigt, die in ihrer
Gesamtheit mit 20 bezeichnet wird. Die Vorkammer 20 beinhaltet
eine obere Platte 21, eine Seitenwand 22 und eine
untere Wand 23, wobei die beiden letztgenannten mit einem
Dichtring 24 versehen sind, der gegen die darunter liegenden
Greifer 9 und 10 drückt.
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In der Vorkammer 20 sind
zwei Abteilungen ausgebildet, die mit 25 bzw. 26 bezeichnet
werden. In die erste dieser Abteilungen wird gesättigter Dampf mit einer Temperatur
von über
100°C eingeleitet.
Der Dampf wird über
einen Schlauch 35 injiziert, der in die Sterilkammer 1 führt. In
der Kammer 25 ist ferner ein Temperatursensor 40 zur
kontinuierlichen Überwachung
der während
jedes Sterilisationsvorgangs erreichten Temperatur untergebracht.
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Der Sensor ist vorteilhaft an ein
Steuersystem angeschlossen, das den Betrieb der gesamten Maschine
verhindern kann, falls der erfasste Temperaturwert unter einen vorgegebenen
Mindestwert absinkt, so dass stets die einwandfreie Sterilisation
des Ausgusses sichergestellt ist.
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Die Kammer 26 enthält Betätigungsmittel 27 für Greifer 28,
die in die Kammer 25 hinein reichen und dazu dienen, die
Kappe zu ergreifen, um sie vom Ausguss abzuziehen oder in diesen
einzusetzen.
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Die Betätigungsmittel 27 umfassen
einen Stift 18, der koaxial in die Hohlwelle 17 eingesetzt
ist und darin drehen kann.
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Am Ende des Stiftes 18 ist
ein formschiüssiger
Nocken 29 befestigt, der in seiner Aufnahme ein Walzenrad 30 enthält, das
leerlaufend auf einem kleinen Stift 31 montiert ist, der
von dem Greifer 28 getragen wird, der schwenkbar an 32 auf
der oberen Platte 21 der Vorkammer montiert ist. An der
oberen Wand 3a ist eine Halterung 33 befestigt,
welche die Hohlwelle 17 trägt. Dazwischen sind mindestens zwei
Hülsen
mit Kugellagern 19 angeordnet (von denen nur eines in der
Abbildung zu sehen ist), die es ermöglichen, dass die Hohlwelle
die zwei oben beschriebenen Bewegungen durchführen und dabei den beachtlichen
radialen Auslegerbelastungen standhalten kann, ohne die Freiheit
der vertikalen Bewegung zu verlieren.
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Die den Ausguss ergreifenden Greifer
sind so ausgeführt,
dass sie druckdicht schließen
und ein gleitender Zwangskontakt mit einer Platte 34 entsteht,
unter der die eingreifenden Greifer zwangsläufig eingeführt werden.
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Im Folgenden wird die Arbeitsweise
des Füllorgans
beschreiben: Der Ausguss mit Kappe wird mittels Vorrichtungen bekannter
und hier nicht beschriebener Art in die Öffnung 4 eingeführt. Dann
treten die Greifer 9 und 10 in Aktion und ergreifen,
betätigt
durch den formschlüssigen
Nocken 13, den Ausguss, wobei gleichzeitig die Abdichtung
der darüber liegenden
Kammer 25 von der Vorkammer 20 gewährleistet
wird, wie in 1 dargestellt.
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Nun wird Dampf mit einer Temperatur
von über
100°C über einen
Schlauch 35 in die Kammer 25 eingeleitet.
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Nach erfolgter Sterilisation von
Kappe und Ausguss, fährt
die Hohlwelle 17 langsam hoch, wodurch die Sterilisationsvorkammer
nach oben gezogen und damit die Kappe aus dem Ausguss entfernt wird.
Die Vorkammer bewegt sich langsam nach oben, so dass der Druck im
Innern der Sterilkammer abgebaut und damit das Eintreten von Dampf
in den Beutel verhindert werden kann.
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Nun dreht sich die Hohlwelle um sich
selbst, damit die Kappe aus dem Füllbereich geschwenkt wird (siehe 2), so dass das Füllorgan 2 nach
unten bis über
den Ausguss fahren und den Abfüllvorgang
beginnen kann. Danach wird das Füllorgan nach
oben gefahren und die Vorkammer 20 wird zusammen mit der
gegriffenen Kappe wieder über
dem Ausguss positioniert, um den Beutel zu verschließen.
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Der Temperatursensor erfasst ständig die Temperatur
in der Vorkammer, insbesondere während
der Dampfeinleitung in die Vorkammer, um kontinuierlich deren Sterilisationswirkung
zu überwachen.