EP0045389A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Sterilisieren von Behältern - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Sterilisieren von Behältern Download PDF

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EP0045389A1
EP0045389A1 EP81105326A EP81105326A EP0045389A1 EP 0045389 A1 EP0045389 A1 EP 0045389A1 EP 81105326 A EP81105326 A EP 81105326A EP 81105326 A EP81105326 A EP 81105326A EP 0045389 A1 EP0045389 A1 EP 0045389A1
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EP
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containers
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wall
cooling
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Robert Bosch GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B55/00—Preserving, protecting or purifying packages or package contents in association with packaging
    • B65B55/02—Sterilising, e.g. of complete packages
    • B65B55/04—Sterilising wrappers or receptacles prior to, or during, packaging
    • B65B55/10—Sterilising wrappers or receptacles prior to, or during, packaging by liquids or gases

Definitions

  • the invention relates to a method for sterilizing containers according to the preamble of the main claim.
  • a method of this type which has become known, for example, from DE-OS 28 39 543
  • a mixture of water vapor and air at a temperature of 250 ° C. is blown into the interior of the container to sterilize it.
  • the heat transferred to the wall of the container can raise the temperature of the wall so that damage occurs in plastic containers. An attempt is therefore made to get by with the shortest possible heat treatment time, but this entails the risk of an insufficient degree of sterility.
  • DE-PS 23 39 128 has also made it known that the packaging material web is to be sterilized before it is formed into containers.
  • the degree of sterility obtained by this method is very high, but it happens again and again that when the containers are formed, pores which open can cause non-sterility by stretching the packaging material web on its surface. In particular, this occurs with packaging material webs made of mineral-filled or foamed plastics.
  • the sterilization process for packaging containers with the characterizing features of the main claim avoids the disadvantages stated in the prior art. It can be carried out in a simple manner by a device specified in claim 4, which, in an embodiment according to claim 5 or 6, has a simple structure and can advantageously be integrated into a packaging machine. With an arrangement according to claim 7, there are the advantages that the sterile space of a packaging machine can be kept very small, since in such an embodiment the molding device can remain outside the same. This also makes pre-sterilization of the machine easier and easier to control before it is put into operation, because it is precisely the complicated structures of the molding device that require special attention during pre-sterilization.
  • FIG. 1 shows a machine for shaping, sterilizing, filling and closing cup-like containers in simplified longitudinal section
  • FIG. 2 shows a device for sterilizing containers in a further embodiment compared to FIG. 1 in longitudinal section.
  • thermoplastic material for example polypropylene, polyvinyl chloride
  • containers 3 are drawn by stretching by thermoforming.
  • the containers 3, which have a frustoconical shape, are then sterilized on the inside, filled thereon, sealed with a cover film 4 and finally punched out of the web 1.
  • a packaging machine for performing these processing operations at successive stations, to which the web 1 is fed step by step with a conveyor device, not shown, has a heating device 11 for plasticizing a section of the web 1, a molding device 12 with a die 13 for two containers 3, one each Sterilizing device 14, a filling device 15 and a sealing device 16.
  • the sterilizing device 14, the filling device 15, the sealing device 16 and a cover film sterilizing device 17 are accommodated in a chamber 18, in which a sterile atmosphere is maintained with a little excess pressure.
  • the sterilizer device 14 the other devices of the machine belong to the prior art, which is why it is not necessary to describe them in more detail here.
  • the sterilizing device 14 which is set up to sanitize the already cup-shaped container 3, has a lower part 20 with two cavities 21, the shape of which corresponds to the outer shape of the container 3, so that a container inserted therein lies with its outer wall against the wall of the cavities 21 .
  • the lower part 20 preferably has the same shape as the die 13 of the shaping device 12.
  • the lower part 20 is crossed by a plurality of channels 35 (only one shown) which are connected to a coolant inlet 36 and a coolant outlet 37.
  • a plurality of suction bores 33 open in the cavities 21 of the lower part 20 and are connected to a suction line 2 via collecting bores 34.
  • the head piece 23 With the interposition of the film web 1 with the molded-in containers 3, it lies in the working position from below against a stationary head piece 23, which forms a closure for the containers 3 used in the cavities 21 of the lower part 20.
  • the head piece 23 has on its underside a recess 24 leaving a head space and two openings 25 directed into the cavities 21, to which a line 27 leading to a valve 26 is connected.
  • Connection lines 28, 29, 30 also lead to the valve 26, which lead to a steam generator 28, a sterile air source 29 and a suction pump 30.
  • projections for example cones, projecting into the cavities 21 can be arranged on the top plate 23.
  • the wall of the container 3 When treating the container with steam in the overpressure area, the wall of the container 3 is pressed firmly against the wall of the cavities 21, so that the wall of the container 3 is cooled well.
  • the wall of the container 3 When using superheated steam at atmospheric pressure, the wall of the container 3 is drawn to the cavity wall by negative pressure, which is generated by suction of the air through the suction bores 33 and the collecting bores 34.
  • valve 26 switches off the steam supply line and opens the supply line 29 for sterile air at a pressure which is slightly above the pressure prevails in chamber 18.
  • the sterile air creates the necessary pressure compensation for lowering the lower part and rinses the vaporized container 3.
  • the containers 3 are briefly evacuated before venting.
  • the valve 26 connects the line 27 to the suction line 30 after the vaporization and before the ventilation. Both the evacuation and the flushing with sterile air dry the condensate water from the container wall.
  • the containers can be subjected to the treatment described above several times in succession in order to achieve a very high degree of sterility, for which purpose several stations in the machine in the direction of travel of web 1 are equipped with the above-described or similar sterilizing devices.
  • containers that are provided with a label that a label is inserted into the cavity 21 prior to the lifting of the lower part 20 for receiving a container, the label of which is heat-bonded to the outside of the container during the heat treatment .
  • a cooling device can also be used, which directs cooling air or cooling water against the outside of the containers in fine distribution while the inside is being steamed. This configuration also has a simple structure with a good effect.

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Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sterilisieren von Behältern vor dem Befüllen vorgeschlagen, mit dem es möglich ist, wärmeempfindliche Behälter (3) einer Sterilisierung mit einem Wärmeträger zu unterziehen. Während nur das Innere der Behälter (3) mit Wasserdampf beaufschlagt wird, wird deren Außenseite gekühlt, so daß durch das Wärmegefälle in der Wand der Behälter die Temperatur des größten Teils der Wand so niedrig gehalten wird, daß eine Verformung vermieden wird. Zur Kühlung werden eine gekühlte, der Außenkontur der Behälter angepaßte Form (20) oder eine Kühlmittelspritzeinrichtung verwendet.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Sterilisieren von Behältern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem beispielsweise.durch die DE-OS 28 39 543 bekannt gewordenen Verfahren dieser Art wird zum Entkeimen des Behälterinneren in dieses ein Gemisch aus Wasserdampf und Luft mit einer Temperatur von 250° C eingeblasen. Die dabei auf die Wand der Behälter übertragene Wärme kann die Temperatur der Wand so erhöhen, daß bei Behältern aus Kunststoff eine Schädigung auftritt. Man versucht daher mit möglichst kurzer Wärmebehandlungsdauer auszukommen, was aber die Gefahr eines nicht ausreichenden Grades an Sterilität in sich birgt. Bei einer genügend langen Wärmebehandlung treten aber bei Behältern, die durch Thermoformen einer Kunststoffolie becherartig geformt sind, infolge der sich lösenden Rückstellspannungen in den Wänden, Rückverformungen auf, die die Behälter wegen der Volumenverkleinerung und des unregelmäßigen Aussehens unbrauchbar machen. Außerdem kann eine zu hohe Wärmebelastung bei Behältern aus Mehrschichtmaterial zum Delaminieren der Schichten führen. Es ist daher ein Sterilisierverfahren erstrebenswert, bei dessen Durchführung auch dünnwandige, durch Streckformen gebildete Behälter, in deren Wänden Rückstellspannungen vorhanden sind, und Behälter aus Mehrschichtmaterial mit einem hohen Grad an Sterilität keimfrei gemacht werden können.
  • Um eine Wärmebehandlung bereits geformter Behälter zu vermeiden, ist durch die DE-PS 23 39 128 auch bekannt geworden die Packstoffbahn vor deren Formung zu Behältern keimfrei zu machen. Der nach diesem Verfahren erhaltene Sterilitätsgrad ist zwar sehr hoch, es kommt aber immer wieder vor, daß sich beim Formen der Behälter durch Strecken der Packstoffbahn auf deren Oberfläche Poren öffnen, die eine Unsterilität bewirken können. Insbesondere kommt dies vor bei Packstoffbahnen aus mineralisch gefüllten oder geschäumten Kunststoffen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das Sterilisierverfahren für Verpackungsbehälter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs vermeidet die zum Stand der Technik angegebenen Nachteile. Es ist in einfacher Weise durch eine in Anspruch 4 angegebene Vorrichtung durchführbar, die in Ausgestaltung nach Anspruch 5 oder 6, einen einfachen Aufbau hat und sich vorteilhaft in eine Verpackungsmaschine integrieren läßt. Bei einer Anordnung nach Anspruch 7 ergeben sich die Vorteile, daß sich der Sterilraum einer Verpackungsmaschine sehr klein halten läßt, da bei einer solchen Ausgestaltung die Formeinrichtung außerhalb desselben verbleiben kann. Damit wird auch das Vorsterilisieren der Maschine vor deren Inbetriebnahme einfacher und leichter beherrschbar, weil gerade die komplizierten Gebilde der Formeinrichtung einer besonderen Aufmerksamkeit beim Vorsterilisieren bedürfen.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Maschine zum Formen, Sterilisieren, Füllen und Verschließen becherartiger Behälter vereinfacht im Längsschnitt und Fig. 2 eine Vorrichtung zum Sterilisieren von Behältern in gegenüber der Fig. 1 weiterer Ausgestaltung im Längsschnitt.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In eine von einer Vorratsrolle 2 ablaufende Bahn 1 aus thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise Polypropylen, Polyvinylchlorid werden durch Thermoformen Behälter 3 durch Strecken gezogen. Die Behälter 3, die eine kegelstumpfförmige Gestalt haben, werden anschließend auf ihrer Innenseite sterilisiert, darauf gefüllt, mit einer Deckfolie 4 verschlossen und schließlich aus der Bahn 1 ausgestanzt.
  • Eine Verpackungsmaschine zum Durchführen dieser Bearbeitungsvorgänge an aufeinanderfolgenden Stationen, denen die Bahn 1 mit einer nicht dargestellten Fördereinrichtung schrittweise zugeführt wird, hat eine Heizeinrichtung 11 zum Plastifizieren jeweils eines Abschnitts der Bahn 1, eine Formeinrichtung 12 mit einer Matrize 13 für jeweils zwei Behälter 3, eine Sterilisiervorrichtung 14, eine Fülleinrichtung 15 und eine Siegeleinrichtung 16.
  • Die Sterilisiervorrichtung 14, die Fülleinrichtung 15, die Siegeleinrichtung 16 und eine Deckfoliensterilisiervorrichtung 17 sind in einer Kammer 18 untergebracht, in der eine sterile Atmosphäre mit etwas Überdruck aufrecht erhalten wird. Mit Ausnahme der Steriliservorrichtung 14 gehören die übrigen Einrichtungen der Maschine zum Stand der Technik, weshalb es sich erübrigt, diese hier näher zu beschreiben.
  • Die Sterilisiervorrichtung 14, die zum Keimfreimachen der bereits becherartig geformten Behälter 3 eingerichtet ist, hat ein Unterteil 20 mit zwei Höhlungen 21, deren Form der Außenform der Behälter 3 entspricht, so daß ein darin eingesetzter Behälter mit seiner Außenwand an der Wand der Höhlungen 21 anliegt. Das Unterteil 20 hat vorzugsweise die gleiche Gestalt wie die Matrize 13 der Formeinrichtung 12. Es ist zum Be- und Entladen heb- und senkbar an einer Stange 22 befestigt. Das Unterteil 20 ist von mehreren Kanälen 35 (nur einer dargestellt) durchzogen, die an einen Kühlmittelzulauf 36 und einen Kühlmittelablauf 37 angeschlossen sind. Ferner münden in den Höhlungen 21 des Unterteils 20 mehrere Saugbohrungen 33, die über Sammelbohrungen 34 mit einer Saugleitung2verbunden sind. Unter Zwischenlage der Folienbahn 1 mit den eingeformten Behältern 3 liegt es in Arbeitsstellung von unten gegen ein ortsfestes Kopfstück 23 an, das einen Abschluß für die in den Höhlungen 21 des Unterteils 20 eingesetzten Behälter 3 bildet. Das Kopfstück 23 hat auf seiner Unterseite eine einen Kopfraum freilassende Aussparung 24 und zwei in die Höhlungen 21 gerichtete Öffnungen 25, an die eine zu einem Ventil 26 führende Leitung 27 angeschlossen ist. Zu dem Ventil 26 führen ferner Anschlußleitungen 28, 29, 30,die zu einem Dampfgenerator 28, einer Sterilluftquelle 29 und einer Saugpumpe 30 führen. Zum Verkleinern des Dampfverbrauchs können an der Kopfplatte 23 in die Höhlungen 21 ragende Ansätze, beispielsweise Kegel angeordnet sein.
  • Das auf der beschriebenen Sterilisiervorrichtung 14 durchgeführte Sterilisierverfahren läuft wie folgt ab:
    • Bei abgesenktem Unterteil 20 wird die Bahn 1 um einen Förderschritt vorgezogen, so daß jeweils zwei zuvor geformte Behälter 3 in die Sterilkammer 18 und zwischen das Kopfstück 23 und das Unterteil 20 gezogen werden. Nach Heben des Unterteils 20, wobei die eingeführten Behälter 3 formschlüssig in die Höhlungen 21 eintauchen und ihre Öffnung vom Kopfstück 23 dicht abgeschlossen wird, verbindet das Ventil 26 die Zufuhrleitung 27 mit dem Dampferzeuger, so daß Wasserdampf ins Innere der eingeschlossenen Behälter 3 strömt. Vorzugsweise wird Sattdampf mit einer Temperatur von 150°C und einem Druck von 5 bar verwendet, so daß eine Haltezeit von 0,7 sec zum Sterilisieren ausreicht. Da das Unterteil 20 an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist und die Wand seiner Höhlungen 21 die eingesetzten Becher 3 berührt, wird durch den die Innenwand der Behälter 3 beaufschlagenden Dampf deren Innenseite auf Sterilisiertemperatur erhöht, die so hoch ist, daß die Festigkeit des Kunststoffs absinkt, durch das Kühlen der Außenseite das Temperaturgefälle in der Wand der Behälter 3 aber so groß ist, daß die Wand die zur Formhaltung nötige Festigkeit behält. Es können sich dabei die beim Thermoformen der Behälter durch Verstrecken der Bahn erzeugten und beim Rückkühlen eingefrorenen Rückstellspannungen nicht lösen, die eine unerwünschte Verformung der Behälter 3 herbeiführen könnten.
  • Beim Behandeln der Behälter mit Dampf im Uberdruckbereich wird die Wand der Behälter 3 satt an die Wand der Höhlungen 21 angepreßt, so daß eine gute Kühlung der Wand der Behälter 3 stattfindet. Bei Verwendung von überhitztem Dampf mit atmosphärischem Druck wird die Wand der Behälter 3 durch Unterdruck an die Höhlungswand gezogen, der durch Absaugen der Luft durch die Saugbohrungen 33 und die Sammelbohrungen 34 erzeugt wird.
  • Nach der zum Sterilisieren erforderlichen Einwirkungsdauer des Dampfes, die bei Verwendung von Sattdampf kürzer ist als bei Verwendung von überhitztem Dampf, schaltet das Ventil 26 die Dampfzuleitung ab und öffnet die Zufuhrleitung 29 für sterile Luft mit einem Druck,der etwas über dem Druck liegt, der in der Kammer 18 herrscht. Die sterile Luft schafft zum Absenken des Unterteils den nötigen Druckausgleich und spült die bedampften Behälter 3 aus.
  • Falls beim Bedampfen auf der Innenwand der Behälter 3 gebildetes Kondensatwasser vor dem Befüllen der Behälter 3 entfernt werden muß, werden die Behälter 3 vor dem Belüften kurzzeitig evakuiert. Dazu verbindet das Ventil 26 nach dem Bedampfen und vor dem Belüften die Leitung 27 mit der Saugleitung 30. Sowohl das Evakuieren als auch das Spülen mit Sterilluft trocknen das Kondensatwasser von der Behälterwand ab.
  • Ergänzend wird bemerkt, daß die Behälter zum Erreichen eines sehr hohen Sterilitätsgrades mehrere Male hintereinander der oben beschriebenen Behandlung unterzogen werden können, wozu in der Maschine in Laufrichtung der Bahn 1 mehrere Stationen mit der oben beschriebenen oder ähnlichen Sterilisiervorrichtungen bestückt sind.
  • Ferner ist es für Behälter, die mit einem Etikett versehen werden, denkbar, daß jeweils vor dem Heben des Unterteils 20 zum Aufnehmen eines Behälters in die Höhlung 21 ein Etikett eingebracht wird, dessen wärmeaktive Beschichtung bei der Wärmebehandlung das Etikett mit der Außenseite des Behälters verklebt.
  • Anstelle des gekühlten Unterteils 20, das durch Kontakt einen guten Wärmeübergang zu der Wand der Behälter schafft, kann auch eine Kühleinrichtung verwendet werden, die durch Düsen Kühlluft oder Kühlwasser gegen die Außenseite der Behälter in feiner Verteilung lenkt, während die Innenseite bedampft wird. Auch diese Ausgestaltung hat einen einfachen Aufbau bei guter Wirkung.

Claims (11)

1. Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungsbehältern, insbesondere durch Verstrecken einer Packstoffbahn geformte Becher, durch Einführen eines gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers in das Behälterinnere, dadurch gekennzeichnet, daß während der Wärmebehandlung des Inneren des Behälters (3) dessen Außenseite gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Behälters (3) mit einem gekühlten Körper (20, 21) in Berührung gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Behälters (3) durch Unterdruck gegen den gekühlten Körper gezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Behälters (3) mit einem Kühlfluid beaufschlagt wird.
5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 4 mit einer Einrichtung zum Einführen eines gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers in das Behälterinnere, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Wärmeträger-Einführeinrichtung (23) der Außenseite des Behälters (3) eine Kühleinrichtung (20, 21) zugeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung einen Kühlkörper (20) mit einer der Außenkontur des Behälters (3) angepaßten Höhlung (21) aufweist, deren Wandung mit der Außenseite des Behälters in Berührung gebracht wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kühlkörper (20) in der Höhlung (21) mündende Saugbohrungen (33) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung Düsen aufweist, durch die ein Kühlfluid gegen die Außenseite des Behälters geblasen oder gespritzt wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Verpackungsmaschine, in der aus einer verstreckbaren Packstoffbahn Behälter geformt, gefüllt und verschlossen werden, einer Streckformeinrichtung (12) in Laufrich- tung der Bahn (1) nachgeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Ansprch 9, gekennzeichnet durch einen Kühlkörper (20), dessen Höhlung (21) der Höhlung der Streckformeinrichtung (12) entspricht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Kammer (18) mit steriler Atmosphäre angeordnet ist, in welcher Kammer ferner Einrichtungen zum Füllen und Verschließen angeordnet sind.
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