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Mit einem sterilen Ausgleichstank versehene Anlage zum aseptischen
Abfüllen von keimfreien Flüssigkeiten Es stehen Entkeimungsanlagen zur Verfügung,
die mit Hilfe einer sehr schonenden Kurzzeiterhitzung es gestatten, flüssige Nahrungsmittel
wie Milch, Fruchtsäfte, aber auch pharmazeutische Hilfsstoffe oder dergleichen keimfrei
zu machen.
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Milch wird beispielsweise unter Druck mit erhitztem Wasserdampf zusammengeführt
und so schlagartig auf eine Temperatur von etwa 1500C erhitzt; unmittelbar anschliessend
folgt eine Druckabsenkung mit entsprechender Verdampfungskühlung, wobei die Dauer
der eigentlichen Erhitzung auf wenige Sekunden oder sogar Bruchteile von Sekunden
beschränkt ist.
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Auf geschilderte Weise keimfrei gemachte Flüssigkeiten sind längere
Zeit haltbar, sofern eine Nachinfektion verhindert wird. Das bedingt einen vollständig
sterilen Flüssigkeitsweg zwischen Entkeimungsanlage und einer von ihr versorgten
aseptischen Abfüllanlage. Das Abfüllen hat selbstverständlich auch unter vollständig
aseptischen Verhältnissen zu erfolgen. Es stehen heute bereits Einrictungen zur
Verfügung, die es gestatten, beispielsweise Milch und andere flüssige Nahrungsmittel
aseptisch in vorsterilisierte Wegwerfpackungen abzufüllen.
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Abfüllmaschinen für solche Zwecke arbeiten im wesentlichen mit konstanter
Leistung. Meist können von einer Entkeimungsanlage
mehrere Abfüllanlagen
mit entkeimter Flüssigkeit versorgt werden, wobei-sofern die Entkeimungsanlage mit
variabler Leistung betrieben werden kann - unter Umständen jeweils nur ein Teil
dieser Abfüllmaschinen tatsächlich in Betrieb steht. Lässt sich jedoch die Leistung
der Entkeimungsanlage nicht in genrünschtem Masse variieren oder anpassen, so besteht
ein ausgesprochenes Bedürfnis nach einer Zwischenlagerung der keimfrei gemachten
Flüssigkeit, bevor sie dann in einer der jeweiligen Leistung der Abfüllanlage entsprechenden
Menge in letztere weitergegeben wird. Ein weiteres Bedürfnis für eine solche Zwischenlagerung
besteht aber auch, wenn mit ein und derselben Entkeimungsanlage verschiedene FlKssigkeiten
behandelt werden; es ergibt sich dann ein intermittierender Betrieb der Entkeimungsanlage,
womit bei direkter Kopplung von Entkeimungsanlage und Abfüllanlage unter Umständen
die Abfüllen maschinen nur ungenügend ausgelastet sind. Eine Zwischenlagerung ermöglicht
in einem solchen Falle auch bei einer vorübergehend ausser Betrieb stehenden Entkeimungsanlage,
die Abfüllstationen mit entkeimter Flüssigkeit zu versorgen.
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Eine Zwischenlagerung der aus der Entkeimungsanlage abströmenden
Flüssigkeit stellt erhebliche Anforderungen. So muss eine einwandfreie Vorsterilisierung
des gesamten Flüssigkeitsweges und ein vollständig aseptischer Uebergang in den
eigentlichen Betriebszustand möglich sein. Ferner darf der Flüssigkeitsdruck in
der Auslassleitung eines Zwischenbehälters
nicht variieren, weil
sonst ein einwandfreies Funktionieren der AbfUllmaschine in Frage gestellt wird.
Weiter muss dem Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels eines zur Zwischenlagerung
dienenden Behälter Je nach steigendem oder sinkendem Flüssigkeitsspiegel ein steriles
Gas entnommen bzw. in denselben eingeführt werden können. Und schliesslich arbeitet
die Ftlilvorrichtung der Abfülimaschine meist druckabhängig; zur Sicherung einer
konstanten Zulaufmenge muss deshalb für einen konstanten Druck in der Fülleitung
gesorgt werden.
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Die Erfindung erfüllt die geschilderten Anforderungen und bietet
praktisch vollständige Gewähr für aseptische Verhältnisse und glsichbleibenden Flüssigkeitsdruck
in der Zufuhrleitung zu den Abfüllmaschinen. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch
einen mit dem Flüssigkeitsweg zwischen Entkeimungsanlage und Abfüllanlage verbundenen
allseitig geschlossenen Ausgleichstank mit sterilem Flüssigkeitsraum, weiter durch
eine mit dem Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Ausgleichs tank kommunizierend
verbundene Quelle für ein steriles unter erhöhtem Druck stehendes Gas, weiter durch
einen Fühler für den Druck im Flüssigkeitsweg zwischen Entkeinungs- und Abfüllanlage,
welcher Fühler auf Mittel zur Beeinflussung des oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
im Tank herrschenden Gasdruck derart einwirkt, dass der Flüssigkeitsdruck bei veränderlichem
Flüssigkeitsspiegel im Tank wenigstens annähernd konstant bleibt.
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Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale sind
nachstehend anhand des in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausgleichs tank im Flüssigkeitsweg
zwischen einer Entkeimungsanlage und einer Abfüllstation zusammen mit den für das
Sterilisieren und den eigentlichen Betrieb notwendigen Leitungen und Organen und
Fig. 2 im Detail eine zur Vorsterilisierung und zum aseptischen Abdichten dienende
Sperrkammer für die Welle eines im Tank nach Fig. 1 angeordneten Rührwerkes.
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Die entkeimte Flüssigkeit strömt durch die Leitung 11 aus einer nicht
gezeichneten Entkeimungsanlage dem Ventil 12 zu, von den sie weiter durch die Leitung
13 in die schematisch angedeutete aseptische Abfüll- und Verpackungsmaschine 14
weitergeleitet wird. Der von den Leitungen 11 und 13 gebildete Flüssigkeitsweg ist
über die Leitung 15 an die Anschlusskammer 16 des Ausgleichstankes 17 angeschlossen.
Der Tank ist allseitig hermetisch abgeschlossen. In seinem Unterteil besitzt er
ein aus Propeller 18 und Antriebsmotor 19 bestehendes Rührwerk.
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Dem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 20 im Tank befindlichen Raum
21 kann ein unter erhöhtem Druck stehendes steriles Gas zugeführt werden. Zu diesem
Zweck saugt eine vorzugsweise als ölfreier Kolbenkompressor ausgebildete Luft-Luft
pumpe 22/über den Grobfilter 23 durch die Leitung 24 an und fördert sie unter erhöhtem
Druck in die Leitung 25, aus welcher die in den Sterilluftfilter 26 führende Leitung
27 abzweigt.
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Im Filter wird die Luft von den mitgeführten Keimen vollständig befreit.
Die aus den Teilen 23 bis 27 bestehende Quelle für sterile, unter erhöhtem Druck
stehende Luft ist über die Leitung 28 mit dem Raum 21 in Verbindung; In der Leitung
25 sind ferner ein Sicherheitsventil 48 und ein Rückschlagventil 49 angeordnet.
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Mit der Anschlusskammer 16 ist der Druckfühler 29 kommunizierend
verbunden, der den gesamten, sich aus Gasdruck im Raum 21 und dem statischen Druck
der Flüssigkeitssäule im Tank 17 zusammensetzenden Druck ermittelt und auf bekannte
Weise ein diesem Druck gleiches Drucksignal durch die Steuerluftleitung 30 in den
als Ganzes mit 31 bezeichneten Druckregler aussendet. Auf bekannte Weise wird dem
Geberteil des Fuhlers 29 Druckluft durch die Leitung 50 zugeführt. Letzterer dient
dazu, in der Leitung 25 und damit natürlich auch im Raum 21 einen solchen Gasdruck
aufrecht zu erhalten, dass der vom Fühler 29 ermittelte Flüssigkeitsdruck am Fusse
des Ausgleichstankes auch bei veränderlichem Flüssigkeitsspiegel wenigstens annähernd
konstant bleibt. Zu diesem Zweck zweigt eine Abblasleitung 32 aus der Leitung 25
ab, deren Austrittsquerschnitt mit Hilfe des Ventils 33 gesteuert wird. Das Ventil
33 wird von der Stange 34 betätigt, die an der Membrane 35 eines vom Druck in der
Leitung 30 beeinflussten Stellmotors befestigt ist.
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Die Membrane 35 trennt die beiden Räume 36 und 37; die Steuerluftleitung
30 mündet in den Raum 36, der gegenüber der Stange 34
mit Hilfe
eines Balges 38 abgedichtet ist. Zur Einstellung des Solldruckes in der Leitung
22 und damit im Raum 21 dient die auf die Membrane wirkende Schraubenfeder 39, deren
Kompression mit Hilfe des Randrades 40 verändert werden kann.
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In der Leitung 30 befindet sich ein Dreiweg-Magnetventil 41; ferner
zweigt aus der Leitung 30 eine Leitung 42 ab, die in den Gasraum 43 einer Niveauanzeigeeinrichtung
44 mündet.
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Das obere Ende des Niveaurohres ist kommunizierend über die Leitung
45 und das Dreiweg-Magnetventil 46 mit der Leitung 25 verbunden, derart, dass der
im Tank 17 sich einstellende Flüssigkeitsspiegel durch den Flüssigkeitsstand im
Niveaurohr abgebildet wird.
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Die Leitung g 15 ist über die Leitung 51 mit einer Kondensatableitvorrichtung
52 verbunden; in der Leitung 51 befinden sich zudem die beiden Absperrventile 53
und 54, zwischen denen eine Entleerungsleitung 55 mit Absperrventil 56 angeschlossen
ist.
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Vor Inbetriebnahme der geschilderten Anlage muss für eine einwandfreie
Vorsterilisierung gesorgt werden. Hierzu dient Sattdampf, der aus einer geeigneten
Quelle durch die Leitung 57 zugeführt wird, in welcher sich das Absperrventil 58,
das Druckregelventil 59 und das Absperrventil 60 befinden.
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Die Leitung 57 mündet in die Leitung 28, womit bei vorerst leerem
Tank 17 das Tankinnere und die Leitungen 15 und 13 durch den zugeführten Dampf sterilisiert
werden können. Gleichzeitig
wird dann auch der Weg der aus dem
Filter 26 kommenden sterilen Luft vorsterilisiert.
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Aus der Leitung 57 zweigt nach dem Druckregelventil 59 die Leitung
61 ab, die in die Leitung 51 mündet, und zwar zwischen Ventil 54 und Kondensatableitvorrichtung
52. In der Leitung 61 befindet sich das Dreiareg-Magnetventil 62, das eine Verbindung
zwischen der Leitung 61 und der Leitung 63 ermöglicht, die ihrerseits in die Leitung
64 mündet. Letztere ist einerseits Uber das Druckregelventil 65 ebenfalls an die
Leitung 61 und anderseits mit einer aus Fig. 2 ersichtlichen laternenartigen Saurer
67 zwischen den Dichtungen 68 und 69 für die Welle 18 des Rührwerkes 19 verbunden.
Aus dieser Kammer 67 führt eine Leitung 66, die über ein vertikales Teilstück 66a
und ein horizontales Teilstück 66b in die Leitung 61 zurückführt.
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Das Druckregelventil 59 ist beispielsweise so eingestellt, dass der
aus der Leitung 57 zuströmende Dampf auf einen konstanten Druck von etwa 3kg/cm
entspannt wird. Das Druckregelventil 65 seinerseits ist so eingestellt, dass es
den in der Leitung 61 herrschenden Dampfdruck auf beispielsweise 1,2 kg/cm2 reduziert.
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Vorgängig des eigentlichen Betriebes erfolgt die Vorsterilisierung
der Anlage mit geöffneten Ventilen 58, 60, 54 und 53, 3edoch mit geschlossenen Ventilen
12, 56 und 33 sowie auf Durchfluss bc eingestelltem Dreiwegventil 62> auf Durch
fluss ab eingestelltem Dreiwegventil 41 und auf Durchfluss ac eingestelltem Dreiwegventil
46; weiter natUrlich auch mit
eingeschaltetem Kompressor 22. In
diesem Betriebszustand wird insbesondere das Druckregelventil 65 durch die Leitung
63 überbrücke, so dass Dampf direkt aus der Leitung 61 in die Leitung 64 zur Sterilisierung
der Sperrkammer für die Welle des RUhrwerkes 19 zur Verfügung steht.
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Die Vorsterilisierung ist solange durchzuführen bis Gewähr besteht,
dass alle zu sterilisierenden Teile durch den zugeführten erhitzten Dampf auf Sterilisationstemperatur
erhitzt worden sind.
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Nach abgeschlossener Vorsterilisierung werden bei ununterbrochenem
Betrieb des Kompressors 22 die Ventile 60, 54 und 53 geschlossen und das Ventil
33 geöffnet. Das Ventil 58 bleibt in geöffneter Stellung, die Ventile 12 und 56
bleiben geschlossen. Das Dreiwegventil 62 wird auf Durchflussrichtung ab, das Dreiwegventil
41 auf Durchflussrichtung ac und das Dreiwegventil 46 auf Durchflussrichtung ab
eingestellt. Mithin rist die Dampfzufuhr in die Leitung 28 unterbunden; hingegen
kann weiterhin Dampf in die Leitung 61 strömen. Weil die Durchflussrichtung ac gesperrt
list, strömt anschliessend Dampf reduzierten Druckes in die Leitung 64, der zum
Aufrechterhalten steriler Bedingungen in der Sperrkammer für die Rührwerkswelle
ausreicht; insbesondere füllt sich die Kammer 67 mit sterilem Kondensat, das durch
die Ueberfalleitung 66b abströmen kann.
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Nun kann von der Entkeimungsanlage her durch die Leitung 11 entkeimte
Flüssigkeit zugeführt werden, die zur Abfüllstation
14 weiterströmen
kann. Uebersteigt die zugeführte Flüssigkeitsmenge die Schluckfähigkeit der Abfüllstation
24, strömt bei geöffnetem Absperrventil 12 eine entsprechende Flüssigkeitsteilmenge
durch die Leitung, 15 in den Ausgleichstank 17.
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Damit steigt der Flüssigkeitsspiegel im Ausgleichstank. Der Gasdruck
im Raum 21 hat vorerst bei leerem Tank seinen Höchstwert eingenommen; der Gasdruck
wird gesteuert durch den Druckfühler 29, der das Abblasventil 33 bei leerem Tank
17 im Sinne eines gleichbleibenden Wertes dieses Höchstwertes beeinflusst.
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Mit steigendem Flüssigkeitsspiegel wirkt auf den Druckfühler 29 nicht
nur die vom Gasdruck im Raum 21 herrührende Druckkomponente, sondern zugleich die
durch den zunehmenden statischen Flüssigkeitsdruck gebildete Komponente. Der Fühler
29 verhindert jedoch ein Ansteigen des von ihm ermittelten Gesamtdruckes, und zwar
durch verstärktes Oeffnen des Ventiles 33 womit der Gasdruck im Raum 21 um den Anteil
des nun vorhandenen statischen Flüssigkeitsdruckes vermindert wird. Auf diese Weise
wird erreicht, dass der Flüssigkeitsdruck am Fusse des Tankes 17 und damit in der
Leitung 13 auch bei veränderlichem Flüssigkeitsspiegel im Tank konstant bleibt.
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Die Erfindung ist nicht auf das geschilderte Ausführungsbeispiel
beschränkt. So könnte auch ein anderes steriles Gas in den Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
im Ausgleichstank eingeleitet werden, zum Beispiel ein inertes Gas wie Stickstoff.
Weiter könnten auch anders ausgebildete Druckfühler oder Regelorgane zur Veränderung
des Gasdruckes im Ausgleichs tank benützt werden.