DE102005017404A1

DE102005017404A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Sterilisation von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE102005017404A1
Application number: DE200510017404
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Achhammer; Wolfgang Roidl
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-10-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sterilisation von Flüssigkeiten in Verpackungen, insbesondere von Geränken, mit einer Kammer zur Aufnahme der Verpackungen, in der in einem Druckbereich ein Druck angelegt werden kann, wobei die Kammer mehrere Wandungen aufweist, zwischen denen sich zumindest ein Teil des Druckbereichs befindet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Sterilisation von Flüssigkeiten in Verpackungen, insbesondere von Getränken, bei dem die Verpackungen in einer Kammer aufgenommen werden, in der in einem Druckbereich ein Druck angelegt werden kann, wobei die Kammer mehrere Wandungen aufweist, zwischen denen sich zumindest ein Teil des Druckbereichs befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein verfahren zur Sterilisation von Flüssigkeiten in Verpackungen, insbesondere von Getränken.

Aus der WO 02/34074 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der in Flaschen verpackte Getränke unter Hochdruck in einer Druckkammer sterilisiert werden können. Die Druckkammer befindet sich im Zentrum von einem mehrlagigen Mantel.

Hierbei ist nachteilig, dass die Wandungen sehr dick sein müssen und somit ein erhebliches Gewicht aufweisen.

Aus der DE 42 42 311 A1 ist eine Vorrichtung zur Druckbehandlung eines flüssigen Gutes bekannt, bei dem eine Flüssigkeit in eine Druckkammer eingebracht wird, an deren äußerem Umfang sich eine flexible Röhre befindet, wobei zwischen der Röhre und dem Druckgefäß ein Druckmedium eingebracht werden kann, um die Flüssigkeit innerhalb der flexiblen Röhre einem isostatischen Druck zu unterwerfen.

Hierbei ist nachteilig, dass keine verpackten Flüssigkeiten sterilisiert werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Sterilisation von Flüssigkeiten und ein Verfahren zur Sterilisation von Flüssigkeiten zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, 13 und 16, und einem Verfahren nach Anspruch 19 gelöst.

Erfindungsgemäß ist die Kammer so ausgebildet, dass die Kammer mehrere feste Wandungen aufweist, wobei sich zwischen diesen Wandungen auch ein Teil des Druckbereichs befindet.

Durch eine mehrwandige Kammer ist es beispielsweise möglich, durch geschickte Verbindungen zwischen den Wandungen das insgesamt benötigte Gewicht zu verringern, da hierdurch eine stabilere Wandkonstruktion möglich wird.

Andererseits ist es möglich, einen Druckübersetzer zwischen den Wandungen anzuordnen und so insgesamt eine kompaktere Vorrichtung zu erhalten.

Mit einem Druckübersetzer ist es möglich, innerhalb der Kammer einen höheren Druck zu erzeugen als in einer Zuleitung der Druckflüssigkeit.

Für die Sterilisation wird ein Druck von beispielsweise 6000 bar benötigt. Mit einem Druckübersetzer von 1:3 ist es hierbei möglich, in einer Zuleitung lediglich einen Druck von 2000 bar zur Verfügung stellen zu müssen.

Da das Hochfahren des Drucks auf mehrere Tausend bar eine gewisse Zeit benötigt, die umso länger ist, je höher der Druck ist, kann mit dem Druckübersetzer die benötigte Zeit hierzu verringert werden, da mit einer externen Pumpe nicht auf einen Bereich von etwa 6000 bar hochgefahren werden muss, sondern lediglich auf einen Bereich von etwa 2000 bar.

Die Angaben von 2000 und 6000 bar sowie wie die Angabe des Druckübersetzers von 1:3 sind hier lediglich beispielhaft.

Eine kompakte Ausführungsform erhält man dadurch, dass ein Druckübersetzer nur in einem Segment der Wandungen vorgesehen ist. Dies reduziert auch die Größe von Kolben, die bei einem Druckübersetzer eingesetzt werden können.

Eine kompakte Bauweise ergibt sich auch dadurch, dass ein Niederdruckbereich des Druckübersetzers in einem Deckel der Kammer integriert wird.

Vorteilhaft ist weiterhin ein Druckübersetzer mit mehreren Druckübersetzungsstufen. Eine erste Übersetzungsstufe kann beispielsweise eine Übersetzung von 1:2 und eine zweite Stufe eine Übersetzung von noch mal 1:2 aufweisen, so dass sich insgesamt eine Übersetzung von 1:4 ergibt.

Dadurch ist es möglich, den benötigten Druck einer externen Druckquelle weiter herabzusetzen.

Die Kammer ist vorzugsweise so ausgebildet, dass mindestens eine Verpackung aufgenommen werden kann, wobei ausdrücklich auch mehrere Verpackungen pro Kammer möglich sind.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Kammern, in der die Sterilisation stattfindet um eine Maschinendrehachse herum angeordnet sind, sodass die Vorrichtung eine Rundläufermaschine ausbildet.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist am Deckel der Kammer eine Haltevorrichtung vorgesehen, die die Verpackung aufnimmt, sodass kein direkter Kontakt der Verpackung mit den Kammerwänden auftritt. Die Haltevorrichtung ist vorzugsweise so ausgeprägt, dass sie eine oder mehrere Verpackungen aufnehmen kann.

Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung so befestigt, dass beim Abheben des Deckels die Verpackung aus der Kammer gehoben wird und so leicht aus der Haltevorrichtung entfernt werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung laufen um die Maschinendrehachse Kammerdrehachsen um, an denen mindestens zwei Kammern drehbeweglich gelagert befestigt sind. Vorteilhafter Weise sind mehr als zwei Kammern an der Kammerdrehachse befestigt, wie zum Beispiel 4, 5, 6 oder mehr.

Vorzugsweise sind die Kammerdrehachsen parallel zur Maschinendrehachse ausgerichtet, wobei auch eine andere Ausrichtung, wie zum Beispiel eine senkrechte Ausrichtung, denkbar ist.

Bei den um die Maschinendrehachse umlaufenden Kammern 2 kann es sich um beliebig ausgebildete Druckkammern zur Aufnahme von zu sterilisierenden Verpackungen handeln. So ist eine Anordnung von Druckkammern mit mehreren Wandungen genauso möglich, wie eine Anordnung von Druckkammern mit nur einer Wandung.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Druckkammern, in denen sich die zu sterilisierenden Verpackungen befinden, in konzentrischen Bahnen um die Maschinendrehachse geführt, wobei die Verpackungen in den Kammern die Maschinendrehachse mehr als ein Mal umrunden. Vorzugsweise sind die konzentrischen Bahnen so ausgebildet, dass sich ihr Durchmesser unterscheidet. Die konzentrischen Bahnen können zum Beispiel kreisförmig oder elliptisch sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung haben die konzentrischen Bahnen einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser, wobei sich die Bahnen in verschiedenen Ebenen um die Maschinendrehachse schlingen.

In den Figuren ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Sterilisation gezeigt. Hierbei zeigt:
1 eine schematische Schnittzeichnung einer Vorrichtung zur Sterilisation,
2 eine schematische Schnittzeichnung einer Vorrichtung zur Sterilisation,
3 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Sterilisation.
In 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Sterilisation von Flüssigkeiten in einer Verpackung 3 gezeigt. Die Verpackung 3 ist in einer Kammer 2 angeordnet, die aus drei Kammerbereichen 2a, 2b, 2c besteht. Die Verpackung 3 befindet sich im innersten Kammerbereich 2a an einer Klammer 17, die am Deckel 5 bzw. Deckelteil 6 befestigt ist und die die Verpackung 3 an deren Halsring 3a unterstützt.
Die verschiedenen Kammerbereiche 2a, 2b, 2c sind durch Öffnungen 11a, 11b miteinander flüssigkeitsdurchgängig verbunden.
Die verschiedenen Kammerbereiche 2a, 2b, 2c werden durch die Wandungen 4a, 4b, 4c gegeneinander abgegrenzt. Die Wandung 4a ist die äußerste Wandung der Kammer 2 und die Wandung 4c umgibt den innersten Kammerbereich 2a.
Die Wandungen 4a, 4b, 4c sind durch Stützen 12 an geeigneten Orten miteinander verbunden. Insgesamt ergibt sich durch die mehreren Wandungen mit den dazwischen angeordneten Stützen 12 eine Konstruktion, die sehr gut geeignet ist, den hohen Drücken in der Kammer 2 zu widerstehen.
Die Stützen 12 können etwa längliche Verbindungsstücke sein oder auch solche mit einem kreisförmigen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt. Eine Flüssigkeit in den Kammerbereichen 2a, 2b, 2c kann die Stützen 12 umspülen, das heißt, dass durch die Stützen 12 kein Raumbereich von dem übrigen Bereich der Kammer abgegrenzt wird.
Am oberen Ende der Wandungen 4a, 4b, 4c sind Kolben 9 angeordnet, die mit Stempeln 10 zwischen die Wandungen 4a und 4b bzw. 4b und 4c ragen.
Seitlich neben dem Kolben 9 befinden sich Verlängerungen der Wandungen 4c und 4a. Die Oberseite des Kolbens 9 ist größer als die Unterseite der Stempel 10, so dass die Kolben 9 als Druckübersetzer wirken können.
Oberhalb der Kolben 9 befindet sich ein Deckel 5, der die Kammern 2 nach oben hin abschließt.
Der innerste Kammerbereich 2a ist durch einen Deckelteil 6 verschlossen.
Unterhalb von dem Deckelteil 6 kann der beispielsweise zur Sterilisation benötigte Druck von 6000 bar vorliegen, oberhalb des Deckelteils 6 in einem Druckmittelbereich 7 ein Druck von lediglich 2000 bar.
Der Druck in dem Druckmittelbereich 7 beaufschlagt auch die Oberseite der Kolben 9.
Der Druckmittelbereich 7 kann über eine Zuleitung 8 beschickt werden.
Die Kolben 9 können entweder dem Deckel 5 zugehörig sein oder der Kammerwandung 4.
Durch Entfernung des Deckels 5 zusammen mit dem Deckelteil 6 wird der innerste Kammerbereich 2a zugänglich, so dass Verpackungen 3 angeordnet werden können.
Der Druck in dem äußersten Kammerbereich 2c kann beispielsweise über einen Ausgang 13 bestimmt werden. Auch kann über den Ausgang 13 Druckmittel in die Kammer 2 gebracht werden, beispielsweise beim erstmaligen Befüllen mit der Vorrichtung mit Druckmittel.
In 2 ist eine Schnittdarstellung in Draufsicht der Vorrichtung aus 1 gezeigt. Die Wandungen 4a, 4b, 4c sind kreisförmig und mit Streben 16 miteinander verbunden. Hier sind exemplarisch nur einige Streben 16 gezeigt, es können auch mehr oder weniger Streben vorgesehen sein.
Die Kolben 9 können auch kreisbogenförmig ausgebildet sein, um so den gesamten kreisförmigen Zwischenbereich zwischen den Wandungen 4a und 4b bzw. 4b und 4c abdecken zu können.
Auch ist es möglich, die Kolben 9 lediglich in einem Segment 14, 15 anzuordnen und den übrigen Bereich oben flüssigkeits- und druckdicht zu verschließen.
Die Bereiche 14, 15 können beispielsweise durch Streben 16 oder ähnliches gegeben sein.
Die Kolben 9 sind in 1 einteilig dargestellt. Dies bedeutet, dass bei einer Auf- bzw. Abwärtsbewegung des Kolbens 9 sich die Stempel 10 in den Kammerbereichen 2b und 2c zusammen auf- und abbewegen.
Es ist jedoch auch möglich, für jeden Kammerbereich 2c und 2b einen einzelnen Kolben mit einem Stempel 10 vorzusehen.
Der Deckel 5 mit den Kolben 9 und den Wandungen 4a, 4b, 4c mit den Kammerbereichen 2b und 2c bildet einen Druckübersetzer 60.
In Betrieb wird der Deckel 5 mit dem Deckelteil 6, in dem sich die Klammer 17 befindet, entfernt, so dass der innerste Kammerbereich 2a mit einer Verpackung 3 beschickt werden kann, indem die Klammer 17 mit einer Verpackung 3 bestückt und die Kammer 2 durch den Deckel 5 und den Deckelteil 6 verschlossen wird. Diese Verpackungen 3 können beispielsweise PET-Flaschen sein, in die beispielsweise ein Getränk abgefüllt ist. Die Hochdrucksterilisation von Getränken bietet sich beispielsweise bei Karotten-, Erdbeer- und Orangensaft an, bei dem eine Temperaturbehandlung zu einer Verfärbung bzw. Geschmacksveränderung führt. Dies tritt bei einer Hochdrucksterilisation nicht auf.
In den Kammerbereichen 2a, 2b, 2c befindet sich eine Druckflüssigkeit wie beispielsweise Wasser oder ein wasserglukosegemisch.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Maschine als eine Rundläufermaschine ausgebildet, um deren horizontale oder vertikale Drehachse die Kammern 2 und die sich darin befindlichen, zu sterilisierenden Verpackungen 3 umlaufen.
Nach Verschließen der Kammer 2 wird von einer externen Druckquelle über den Zulauf 8 Druckflüssigkeit wie beispielsweise Wasser oder ein Wasserglukosegemisch in den Druckmittelbereich 7 eingebracht. Der Druck kann hier auf beispielsweise 2000 bar erhöht werden. Dieser Druck wirkt auf die Oberseite der Kolben 9, so dass diese nach unten bewegt werden, wobei sich die Stempel 10 zwischen den Wandungen 4a, 4b, 4c nach unten bewegen. Dadurch wird das Druckmittel im Kammerbereich 2a, 2b, 2c einem Druck ausgesetzt, der höher ist als in dem Druckmittelbereich 7.
Nach Herauffahren des Drucks und einer eventuellen Haltezeit des Drucks von 10 s bis 500 s wie z.B. 60 s oder 100 s wird der Druck in dem Druckmittelbereich 7 durch den Zulauf 8 wieder abgelassen. Dadurch bewegen sich die Kolben 9 nach oben, so dass auch der Druck im Kammerbereich 2a, 2b, 2c absinkt. Sobald der Druck hier auf Umgebungsdruck abgesunken ist, kann der Deckel mit dem Deckelteil 6 und der Klammer 17 geöffnet werden, so dass die Verpackung 3 mit der darin befindlichen sterilisierten Flüssigkeit entnommen werden kann.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Sterilisation. Die gesamte Vorrichtung 1 wird um eine Maschinenachse 21 gedreht, wobei sich am Umfang der Vorrichtung 1 Kammerdrehachsen 22 befinden, um die Sterileinheiten 19 drehbar gelagert angebracht sind. Eine Sterileinheit 19 besteht aus vier Kammern 2 und Halteelementen 20, an denen die Kammern 2 mit Abstand um die Kammerdrehachse 22 befestigt sind. Beim Befüllen der Kammern 2 mit Verpackungen 3 werden zuerst alle Kammern 2' an der hier nicht gezeigten Befüllstation vorbeigeführt und mit Verpackungen 3 versehen. Ist die Befüllung einer Kammer 2' abgeschlossen, wird die Sterileinheit 19 in Richtung des Pfeils 18 gedreht, sodass sich an der ursprünglichen Position der Kammer 2' nun die Kammer 2'' befindet. In dieser Position wird die Sterileinheit 19 um die Maschinendrehachse 21 gedreht, bis sie wieder zur Befüllstation gelangt und dort mit einer Verpackung 3 versehen wird. Auf diese weise werden innerhalb vier Umdrehungen um die Maschinendrehachse 21 alle Kammern der Sterileinheit 19 mit Verpackungen 3 versehen. Bei einer erneuten Drehung um die Maschinendrehachse 21 kommt wieder die zuerst befüllte Kammer 2' an die Befüllstation, wo zuerst die Verpackung 3 durch die Befüllstation entnommen wird, um dann erneut mit einer anderen, noch nicht sterilisierten Verpackung 3 befüllt zu werden.

Claims

Vorrichtung zur Sterilisation von Flüssigkeiten in Verpackungen, insbesondere von Getränken, mit einer Kammer zur Aufnahme mindestens einer Verpackung, in der in einem Druckbereich ein Druck angelegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (2) mehrere feste Wandungen (4a, 4b, 4c) aufweist, zwischen denen sich zumindest ein Teil des Druckbereichs befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen (4a, 4b, 4c) der Kammer (2) durch Stützen (12) und/oder Streben (16) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckübersetzer (60) teilweise zwischen den Wandungen (2a, 2b, 2c) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzer (60) nur in einem Segment (14, 15) zwischen den Wandungen (2a, 2b, 2c) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil, wie etwa der Niedrigdruckbereich, des Druckübersetzers (60) in einen Deckel (5) der Kammer (2) integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrstufiger, wie etwa zwei oder dreistufiger Druckübersetzer (60) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzer (60) eine Übersetzung im Bereich von 1:1,5 bis zu 1:20, bevorzugterweise im Bereich 1:2 bis 1:10 und noch bevorzugterweise im Bereich von 1:3 bis 1:5 oder von etwa 1:3 hat.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Deckel (5) bzw. dem Deckelteil (6) eine Haltevorrichtung (17) angebracht ist, die mindestens eine Verpackung (3) zur Sterilisation aufnehmen kann.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um eine horizontale oder eine vertikale Maschinendrehachse (21) mindestens zwei Kammern (2) umlaufen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mit Abstand zur Maschinendrehachse (21) um die Maschinendrehachse (21) umlaufende Kammerdrehachsen (22) befinden, an denen mindestens zwei Kammern (2) drehbar angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerdrehachsen (22) parallel zur Maschinendrehachse (21) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerdrehachsen (22) senkrecht zur Maschinendrehachse (21) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) mit einer Maschinendrehachse (21) zur Sterilisation von Flüssigkeiten in Verpackungen (3), insbesondere von Getränken, mit mindestens einer Kammer (2) zur Aufnahme mindestens einer Verpackung (3), in der in einem Druckbereich ein Druck angelegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass sich mit Abstand zur Maschinendrehachse (21) um die Maschinendrehachse (21) umlaufende Kammerdrehachsen (22) befinden, an denen mindestens zwei Kammern (2) drehbar angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerdrehachsen (22) parallel zur Maschinendrehachse (21) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerdrehachsen (22) senkrecht zur Maschinendrehachse (21) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) mit einer Maschinendrehachse (21) zur Sterilisation von Flüssigkeiten in Verpackungen (3), insbesondere von Getränken, mit mindestens einer Kammer (2) zur Aufnahme mindestens einer Verpackung (3), in der in einem Druckbereich ein Druck angelegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die sich in den Kammern (2) befindlichen Verpackungen (3) auf konzentrischen, im wesentlichen kreisförmigen Bahnen um die Maschinendrehachse (21) bewegbar sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser der konzentrischen, im Wesentlichen kreisförmigen Bahnen unterscheidet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die konzentrischen, im wesentlichen kreisförmigen Bahnen in verschiedenen Ebenen um die Maschinendrehachse (21) erstrecken.
Verfahren zur Sterilisation von Flüssigkeiten in Verpackungen (3) insbesondere von Getränken, bei dem die Verpackungen (3) in einer Kammer (2) aufgenommen werden, in der in einem Druckbereich ein Druck angelegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (2) mehrere feste Wandungen (4a, 4b, 4c) aufweist, zwischen denen sich zumindest ein Teil des Druckbereichs befindet.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck in dem Bereich von 3000 bar bis 9000 bar bevorzugterweise im Bereich von 4500 bar bis 7500 bar und noch bevorzugter von etwa 6000 bar angelegt wird.