WO2008086868A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen sterilisierung von beutelverpackungen - Google Patents

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sterilization
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Thomas Matheyka
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    • 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
    • B65B55/08—Sterilising wrappers or receptacles prior to, or during, packaging by irradiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
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    • B65B55/00—Preserving, protecting or purifying packages or package contents in association with packaging
    • B65B55/02—Sterilising, e.g. of complete packages
    • B65B55/025—Packaging in aseptic tunnels

Definitions

  • the invention relates to a sterilization device for packaging bags, which has an entrance lock, a shaping unit, a filling unit, an exit lock and one or more suitable conveying and / or transport elements, wherein the entrance lock comprises or essentially comprises a UV irradiation device This UV irradiation device is formed, and this UV irradiation device emits pulsed radiation with high power. Furthermore, the invention comprises a method using this sterilization device.
  • the entrance lock comprises or essentially comprises a UV irradiation device
  • This UV irradiation device is formed, and this UV irradiation device emits pulsed radiation with high power.
  • the invention comprises a method using this sterilization device.
  • the technology for solid, rigid containers, bottles or the like, which constitute a monolithic body produced by blown and / or deep drawing processes, is very mature. The surfaces are smooth and substantially free from intractable grooves, wrinkles or the like.
  • WO 05/120960 A1 discloses such aseptic molding, filling and closing process.
  • the object of the invention is thus to disclose the method and an apparatus which does not have the above-mentioned defects and enables a high throughput of the film material.
  • the sterilization device for packaging bag which comprises as essential building segments an entrance lock, a shaping unit, a filling unit, an exit lock and one or more suitable conveying and / or transport elements.
  • the entrance lock comprises a UV irradiation device or the entrance lock is essentially formed from this UV irradiation device.
  • the UV irradiation apparatus is capable of emitting pulsed radiation of high or very high power.
  • the UV irradiation device has a radiation power of 10 to 50 kWatt / cm 2 .
  • Ideal radiant powers are in the range of 15 to 25 kWatt / cm 2 .
  • the advantage of this pulsed radiation is the extremely high rate of mortality from germs, bacteria and viruses. The duration of the
  • Radiation pulse is in the range of 100 ⁇ Se Human to 500 ⁇ Sekache and is ideally 250 ⁇ Se Human to 350 ⁇ Sekache. This pulsed entry avoids overheating and possibly subsequent material damage to the film.
  • photothermal and photochemical reactions there is a very strong increase in pressure and temperature on cell envelopes, wherein the UV component of the radiation causes the destruction of the DANN building blocks, which leads to the destruction of bacteria, fungal spores and viruses, as described in DE 196 13 357 A1. It is achieved without a wet cleaning step and without the use of additional germicidal substances, a germ reduction of log 3 to log 5.
  • the sterilization device can be further developed to the effect that gas inlets are provided on this, which lead into the interior of the entrance lock adjacent.
  • gas inlets are provided on this, which lead into the interior of the entrance lock adjacent.
  • An improvement consists in the fact that the entrance lock is connected to a gas line and at least one gas outlet is arranged at the entrance lock, by means of which a gas stream set opposite to the running direction of the film can be produced during normal operation.
  • This gas flow which flows parallel and opposite to the conveying direction of the film through the lock, in addition to the blocking effect also has a cooling effect for the film in the UV radiation range.
  • the sterilization device can be designed such that a roller reservoir is arranged in front of the entry lock, which is permanently or detachably connected to the input side of the sterilization device.
  • the film can be guided during operation from the roller reservoir into the inlet lock.
  • a method for sterilizing packaging bags in which the sterilization device is used in one of the above-mentioned embodiments, is also encompassed by the invention.
  • film material in a) first step, film material is passed from a roll or other reservoir into the entrance lock, subsequently b) the film is exposed to pulsed UV rays in the area of the entrance lock at least on one side and ideally on the other side, then c) the film is formed into packaging bags, then d) filled and closed these empty packaging bag and in the last step e) lifted the filled packaging bag from the sterilization device by means of suitable transport or promoted.
  • the inventive method for sterilizing packaging bags can be improved if the internal pressure in the sterilization device is higher than the ambient pressure and thus a gas flow is passed through the lock from the inside out.
  • a gas stream is passed into the interior of the sterilization device or at least in the flow direction to the exit of the entrance lock, the gas having clean room quality. This gas is ideally cleaned in operation via filter elements or membrane modules prior to introduction into the interior of the sterilization device.
  • FIG. 1 An embodiment of the sterilization device according to the invention is shown in Figure 1 as a sketchy sectional drawing
  • FIG. 2 shows a detailed view of the entrance lock with the UV irradiation device arranged there.
  • a feeding device 2 is arranged, on which the film roll 3, also referred to as a reserve roll, is suspended.
  • This film roll 3 is rotated substantially continuously during the current process.
  • the film 4 is passed over a punching station 5, where required Stitu stungsstanzungen can be made.
  • Connecting the film 4 runs in the irradiation segment 6, which includes as essential elements the entrance lock 7 and the UV irradiation device 8, as in the example shown a format compensating rocker 9 and suitable deflection elements 10 in the form of rollers or rollers.
  • the Beutelherstellsegment 1 1 connects, in which by suitable means, such as a FaIt- and molding machine 12, the empty packaging bags are made.
  • the empty packaging bags are transferred to the filling segment 13 and filled there, closed and leave the sterilization device 1 via a lock, not shown.
  • a ventilation ceiling 14 In the illustrated device extends over the entire length of the sterilization device 1, a ventilation ceiling 14.
  • This ventilation ceiling 14 includes a filtering material and serves to produce a laminar, turbulence-free flow, the flow direction is symbolically indicated by the vertically downward arrows 15 , The gas outlets are not shown.
  • Fig. 2 shows in detail the original device 2, the punching station 5 and the irradiation segment 6 with the entrance lock 7 and the UV irradiation device 8. It can be clearly seen that the film 4 in the UV irradiation device 8 from both sides starting from the radiation source 16 is irradiated. In this case, the fan-like lines symbolize the UV rays 17. It can also be seen that the horizontal feed-through channel 18 represents the portal into the interior of the sterilization device 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sterilisierungsvorrichtung (1) für Verpackungsbeutel, die eine Eingangsschleuse (7), eine Formgebungseinheit (11), eine Befülleinheit, (13) eine Ausgangsschleuse und ein oder mehrere geeignete Förder- und/oder Transportelemente aufweist, wobei die Eingangsschleuse (7) eine UV-Bestrahlungsvorrichtung (8) umfasst oder im Wesentlichen aus dieser UV-Bestrahlungsvorrichtung gebildet wird, und diese UV-Bestrahlungsvorrichtung gepulste Strahlung mit hoher Leistung emittiert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Sterilisierung von Beutelverpackungen
[0001] Die Erfindung betrifft eine Sterilisierungsvorrichtung für Verpackungsbeutel, die eine Eingangsschleuse, eine Formgebungseinheit, eine Befülleinheit, eine Ausgangs- schleuse und ein oder mehrere geeignete Förder- und/oder Transportelemente aufweist, wobei die Eingangsschleuse eine UV-Bestrahlungsvorrichtung umfasst oder im Wesentlichen aus dieser UV-Bestrahlungsvorrichtung gebildet wird, und diese UV- Bestrahlungsvorrichtung gepulste Strahlung mit hoher Leistung emittiert. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Verfahren unter Verwendung dieser Sterilisierungsvorrichtung. [0002] In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sind Sterilisierungsvorrichtung und Sterilisierungsverfahren weithin bekannt. Die Technologie für feste, starre Behälter, Flaschen oder dergleichen, die einen monolithischen Körper darstellen, der mittels Blas- und/oder Tiefziehverfahren hergestellt wurde, ist sehr ausgereift. Die Oberflächen sind glatt und im Wesentlichen ohne schwer zugängliche Rillen, Falten oder dergleichen. [0003] Bei flexiblen Beutelverpachungen hingegen besteht produktionsbedingt eine weniger glatte, mit Übergängen und Hinterscheidungen versehene Oberfläche. Zur Formgebung der Beutel müssen Knickkanten, Klebeflächen, Falzbereiche in Kauf genommen werden, durch welche enge und für Reinigungs- oder Sterilisierungsflüssigkeiten schwer zugängliche Rillen, Falten, Kanten und/oder dergleichen entstehen. [0004] Für viele Flüssigkeiten und Produkte, die handelsüblich in flexible Beutel gefüllt werden, ist eine thermische Behandlung des gefüllten Beutels nicht gewünscht, da Qualitätseinbußen am Produkt die Folge einer thermischen Behandlung sind. Daher besteht ein großes Interesse an kaltaseptischen Abfüllungen. Neben bekannten Reinigungsschritten im Wasser, Dampf oder sterilisierenden Flüssigkeiten, ist im Bereich der indus- triellen Abfüllmaschinen für Getränke, ist die Sterilisierung mit H2O2 sehr verbreitet.
WO 05/120960 A1 offenbart ein derartiges aseptisches Form-, Füll- und Schließverfahren.
[0005] Auch wenn dieses System im Prinzip zuverlässig arbeitet, so ist der Benet- zungsgrad der zu sterilisierenden Oberfläche in möglichst kurzer Zeit limitiert und eine Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit bei noch geringeren Keimzahlen ist mit derartigen System nicht oder nur mit unvertretbar hohem Aufwand erreichbar.
[0006] Es ist weiterhin bekannt, das Folienmaterial, welches zur Herstellung dieser Beutel verwendet wird, vor der Verarbeitung zu sterilisieren und die Fertigung der Beutel als solche in einem Reinraum durchzuführen. Bereits in der GB 1 , 166,010 A aus dem Jahre 1968 wird vorgeschlagen, das Folienmaterial in einem ersten Schritt über eine Nassrei- nigungsstation zur führen, in welcher die Folie vorgereinigt wird. Nachfolgend die so gereinigte Folie an einer UV-Lichtquelle vorbeizuführen, um die gewünschte Keimabtötung zu erreichen.
[0007] Vergleichbare Lösungen werden in DE 40 07 714 A1 , DE 42 09 838 A1 , DE 196 26 705 A1 oder WO 99/21593 A1 beschrieben, wobei hier die Vorreinigung im ersten Schritt auch mittels eines geeigneten Flüssigkeitsbades vorgenommen wird. Stromabwärts zu diesem ersten Behandlungsschritt wir die Folie in einem Schacht nach oben geführt, damit die Flüssigkeit ablaufen kann, wobei vor der UV-Lampe geeignete Abstreifer der andere Trocknungsvorrichtungen angeordnet sind. Diese nasse, teils me- chanische Reinigungsstufe ist erforderlich, um in diesem ersten Schritt bereits eine nennenswerte Keimentfernung zu realisieren, da die alleinige UV-Bestrahlung gerade bei hohen Laufgeschwindigkeiten des Bandmaterials nicht ausreichend ist.
[0008] Es ist leicht nachzuvollziehen, dass diese nasse, mechanische Behandlung der Folien aufwendig ist und eine gegebenenfalls unvollständige Entfernung von Flüssig- keitsresten und Trocknung ebenfalls eine Produktverschlechterung darstellt.
[0009] Die Aufgabe der Erfindung ist es somit, die Verfahren und eine Vorrichtung zu offenbaren, die die vorstehend genannten Mängel nicht aufweist und einen hohe Durchlaufleistung des Folienmaterials ermöglich.
[0010] Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Sterilisierungsvorrichtung für Verpackungsbeutel gelöst, die als wesentliche Bausegmente eine Eingangsschleuse, eine Formgebungseinheit, eine Befülleinheit, eine Ausgangsschleuse und ein oder mehrere geeignete Förder- und/oder Transportelemente umfasst. Die Eingangsschleuse umfasst dabei eine UV-Bestrahlungsvorrichtung oder die Eingangsschleuse wird im Wesentlichen aus dieser UV-Bestrahlungsvorrichtung gebildet. Die UV- Bestrahlungsvorrichtung ist geeignet, gepulste Strahlung mit hoher oder sehr hoher Leistung zu emittiert.
[001 1] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die UV-Bestrahlungsvorrichtung eine Strahlungsleistung von 10 bis 50 kWatt/cm2 . Ideale Strahlungsleistungen liegen im Bereich von 15 bis 25 kWatt/cm2 aufweist. Vorteil dieser gepulsten Strahlung ist die ex- trem hohe Abtötungsrate hinsichtlich Keimen, Bakterien und Viren. Die Dauer des
Strahlungsimpulses liegt im Bereich von 100 μSekunden bis 500 μSekungen und beträgt idealerweise 250 μSekunden bis 350 μSekungen. Durch diesen gepulsten Eintrag wird eine Überhitzen und eine gegebenenfalls nachfolgende Materialschädigung der Folie vermieden. [0012] Durch die Kombination von photothermischen und photochemischen Reaktionen kommt es zu einem sehr starken Druck- und Temperaturanstieg auf Zellhüllen , wobei der UV-Anteil der Strahlung die Zerstörung der DANN-Bausteine bewirkt, was zur Abtötung von Bakterien, Pilzsporen und Viren führt, wie in der DE 196 13 357 A1 beschrie- ben ist. Es wird ohne einen nassen Reinigungsschritt und ohne den Einsatz zusätzlicher keimabtötender Substanzen eine Keimreduktion von log 3 bis log 5 erreicht.
[0013] Die Sterilisierungsvorrichtung kann dahingehend weitergestaltet werden, dass Gaseinlässe an dieser vorgesehen sind, welche in den der Eingangsschleuse angrenzenden Innenraum führen. Mittels dieser Gaszuführung kann in dem Innenraum ein Ü- berdruck erzeugt und das Eindringen von pathogenen Keimen, Sporen, etc. sicher unterbunden beziehungsweise auf ein zulässiges Maß eingeschränkt werden.
[0014] Ein Verbesserung besteht darin, dass die Eingangsschleuse mit einer Gasleitung verbunden und an der Eingangsschleuse mindestens ein Gasauslass angeordnet ist, mittels welchem im bestimmungsgemäßen Betrieb ein zur Laufrichtung der Folie entge- gen gesetzter Gasstrom erzeugt werden kann. Dieser Gasstrom, der parallel und entgegengesetzt zur Förderrichtung der Folie durch die Schleuse strömt, hat neben der Sperrwirkung auch einen kühlenden Effekt für die Folie im UV-Strahlungsbereich.
[0015] Die Sterilisierungsvorrichtung kann dahingehend ausgestaltet werden, dass vor der Eingangsschleuse ein Rollenreservoir angeordnet ist, welches mit der Eingangssei- te der Sterilisierungsvorrichtung fest oder lösbar verbunden ist. Mittels geeigneter Füh- rungs- oder Förderelementen kann die Folie im Betrieb von dem Rollenreservoir in die Eingangsschleuse geleitet werden.
[0016] Von der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungsbeuteln umfasst, bei welchem die Sterilisierungsvorrichtung in einer der vorste- hend genannten Ausführungsvarianten eingesetzt ist. Dabei wird in einem a) ersten Schritt Folienmaterial von einer Rolle oder sonstigen Reservoir in die Eingangsschleuse geleitet, nachfolgend b) die Folie im Bereich der Eingangsschleuse mindestens einseitig und idealerweise umseitig gepulsten UV-Strahlen ausgesetzt, anschließend c) die Folie zu Verpackungsbeuteln geformt, dann d) diese leeren Verpackungsbeutel gefüllt und verschlossen und im letzten Schritt e) die gefüllten Verpackungsbeutel aus der Sterilisierungsvorrichtung mittels geeigneter Transportmittel gehoben oder gefördert. [0017] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungsbeuteln kann verbessert werden, wenn der Innendruck in der Sterilisierungsvorrichtung höher ist als der Umgebungsdruck und somit durch die Schleuse vom innen nach außen ein Gasstrom geleitet wird. Idealerweise wird in das Innere der Sterilisierungsvorrichtung oder mindestens in Strömungsrichtung an den Ausgang der Eingangsschleuse ein Gasstrom geleitet, wobei das Gas Reinraumqualität aufweist. Dieses Gas wird idealerweise im Betrieb über Filterelemente oder Membranmodule vor der Einleitung in den Innenraum der Sterilisierungseinrichtung gereinigt.
[0018] Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sterilisierungsvorrichtung ist in Fig.1 als skizzenhafte Schnittzeichnung dargestellt,
Fig.2 zeigt als Detailansicht die Eingangsschleuse mit der dort angeordnete UV-Bestrahlungsvorrichtung .
[0019] In Fig.1 ist an der Eingangsseite der Sterilisierungsvorrichtung 1 eine Vorlagevorrichtung 2 angeordnet, auf der die Folienrolle 3, auch Reservoirrolle genannt, einge- hängt ist. Diese Folienrolle 3 wird im laufenden Verfahren im Wesentlichen kontinuierlich gedreht. Die Folie 4 wird über eine Stanzstation 5 geleitet, wo erforderliche Stabili- tätsstanzungen vorgenommen werden können. Anschließen läuft die Folie 4 in das Bestrahlungssegment 6, das als wesentliche Elemente die Eingangsschleuse 7 und die UV-Bestrahlungsvorrichtung 8, so wie im gezeigten Beispiel eine Formatausgleichs- schwinge 9 und geeignete Umlenkungselemente 10 in Form von Rollen oder Walzen, umfasst.
[0020] An das Bestrahlungssegment 6 schließt sich das Beutelherstellsegment 1 1 an, in welchem mit geeigneten Mitteln, wie beispielsweise einer FaIt- und Formmaschine 12, die leeren Verpackungsbeutel gefertigt werden. Die leeren Verpackungsbeutel werden in das Befüllungssegment 13 überführt und dort gefüllt, verschlossen und verlassen die Sterilisierungsvorrichtung 1 über eine nicht dargestellte Schleuse. In der dargestellten Vorrichtung erstreckt sich über die gesamte Länge der Sterilisierungsvorrichtung 1 eine Lüftungsdecke 14. Diese Lüftungsdecke 14 umfasst ein filterndes Material und dient dazu, eine laminare, turbulenzfreie Strömung zu erzeugen, wobei die Strömungsrichtung durch die senkrecht nach unten zeigenden Pfeile 15 symbolisch angedeutet wird. Die Gasauslässe sind nicht dargestellt.
[0021] Fig. 2 zeigt im Detail die Vorlagevorrichtung 2, die Stanzstation 5 und das Bestrahlungssegment 6 mit der Eingangsschleuse 7 und der UV- Bestrahlungsvorrichtung 8. Deutlich zu erkennen ist, das die Folie 4 im Bereich der UV- Bestrahlungsvorrichtung 8 von beiden Seiten ausgehend von der Strahlungsquelle 16 bestrahlt wird. Dabei symbolisieren die fächerartigen Linen die UV-Strahlen 17. Es ist weiterhin auch zu erkennen, dass der horizontale Durchführungskanal 18 das Portal ins Innere der Sterilisierungsvorrichtung 1 darstellt.

Claims

Patentansprüche Sterilisierungsvorrichtung für Verpackungsbeutel, umfassend eine Eingangsschleuse, eine Formgebungseinheit, eine Befülleinheit, eine Ausgangsschleuse und ein oder mehrere geeignete Förder- und/oder Transportelemente, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschleuse eine UV-Bestrahlungsvorrichtung umfasst oder im Wesentlichen aus dieser UV-Bestrahlungsvorrichtung gebildet wird, und diese UV-Bestrahlungsvorrichtung gepulste Strahlung emittiert. Sterilisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Bestrahlungsvorrichtung eine Strahlungsleistung von 10000 bis 50000 Watt/cm2 und vorzugsweise von 15000 bis 250000 Watt/cm2 aufweist. Sterilisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Strahlungsimpulses im Bereich von 100 μSekunden bis 500 μSekungen beträgt und idealerweise im Bereich von 250 μSekunden bis 350 μSekungen liegt. Sterilisierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sterilisierungsvorrichtung Gaseinlässe umfasst, welche in den der Eingangsschleuse angrenzenden Innenraum führen. Sterilisierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschleuse mit einer Gasleitung verbunden und an der Eingangsschleuse mindestens ein Gasauslass angeordnet ist, mittels welchem im bestimmungsgemäßen Betrieb ein zur Laufrichtung der Folie entgegen gesetzter Gasstrom erzeugt werden kann. Sterilisierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Eingangsschleuse ein Rollenreservoir angeordnet ist. Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungsbeuteln, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sterilisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verwendet wird, wobei in einem a) ersten Schritt Folienmaterial von einer Rolle oder sonstigen Reservoir in die Eingangsschleuse geleitet wird, b) die Folie im "Bereich der Eingangsschleuse mindestens einseitig und idealerweise umseitig einem gepulsten UV-Strahlen ausgesetzt ist, c) anschließend die Folie Verpackungsbeuteln geformt und anschießend d) gefüllt und verschlossen wird und als letztem Schritt e) aus der Sterilisierungsvorrichtung mittels geeigneter Transportmittel gehoben oder gefördert wird. Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungsbeuteln gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendruck in der Sterilisierungsvorrichtung höher ist als der Umgebungsdruck und somit durch die Schleuse vom innen nach außen ein Gasstrom geleitet wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Innere der Sterilisierungsvorrichtung oder mindestens an den Ausgang der Eingangsschleuse ein Gasstrom geleitet wird, wobei das Gas Reinraumqualität aufweist.
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