DE68905749T2

DE68905749T2 - Aseptische fuellvorrichtung.

Info

Publication number: DE68905749T2
Application number: DE8989309806T
Authority: DE
Inventors: Friedrich R Kohlbach; John Lupton Rawson
Original assignee: Bowater Packaging Ltd
Current assignee: SCA Packaging Britain Ltd
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 1993-08-12
Anticipated expiration: 2009-09-27
Also published as: GB8824925D0; DE68905749D1; ATE87564T1; ES2039872T3; EP0366269B1; US4999978A; JPH02159277A; EP0366269A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum aseptischen Füllen von Behältern mit einem Produkt, insbesondere einem partikelförmigen Produkt und besonders Beutel, die in Beutel-im-Kasten-Behältern verwendet werden. Die Erfindung ist besonders erdacht worden, um 200 Liter schüttgutbehälter der Beutel-im-Kasten-oder Beutel-in-Trommelvielfalt mit Früchten, Fruchtsaft und anderes partikelförmiges Material enthaltende Produkte zu füllen wie beispielsweise Pfirsichstücke, Pflaumen oder dergleichen in Sirup oder Produkte wie Joghurt, Suppen, Gemüse in gesalzenem Wasser. Heutzutage besteht die Tendenz bei solchen Produkten, daß sie als loses Material oder Schüttgut verpackt werden und es ist daher wichtig, daß die Produkte aseptisch in den Behälter für loses Gut, beispielsweise einen 200 Liter Beutel-im-Kasten unter voll aseptischen Bedingungen eingeführt werden und daß die Aseptizität sowohl für das Füllen der Maschine wie des Beutels selbst aufrechterhalten wird. Beachtet werden soll jedoch, daß die Erfindung verwendet werden kann zum Füllen von Packungen mit Größen von etwa 5 bis etwa 1000 Liter mit irgendeinem fluiden Material.
Die Erfindung wurde spezifisch entwickelt, um unerwünschte Gase aus dem Kopfraum eines Behälters auszuschließen, der mit einem Produkt unter aseptischen Füllbedingungen gefüllt worden ist.
Es sind bereits Verfahren bekannt, um ein aseptisches Produkt herzustellen und anschließend aseptisch es in flexiblen Kunststoffauskleidungen sämtlicher Größen von kleinen 5 Liter Beutel-in-Kasten-Behältern bis zu großen 200 Litern Beutel-in- Trommel-Behältern zu verpacken. Ein solches Verfahren ist offenbart in der Beschreibung zum Patent des Vereinigten Königreichs Nr.2097770B. Während solche Verfahren erfolgreich sind, wenn das Produkt unter aseptischen Bedingungen selbst nach dem Verpacken gehalten werden soll, so kann doch eine Beschädigung des Produkts im Behälter wegen der im Kopfraum oberhalb des Produkts im Behälter belassenen Restgase stattfinden. abwohl diese Gase steril sein können, können sie das Produkt dadurch schädigen, daß sie beispielsweise für dessen organoleptischen und visuellen Abbau sorgen. Wenn darüberhinaus weiterhin die Kopfraumgase nicht steril sind, dann kann das Nahrungsmittelprodukt sich aufgrund mikrobiologischer Wirkung abbauen. Dieser Abbau, ist er nun mikrobiologischer, organoleptischer oder visueller Natur, ist natürlich unerwünscht und verschiedene Verfahren wurden vorgeschlagen, um dieses Problem zu lösen, von denen eines darin besteht, ein Saugrohr in die Mitte des Produktkopfes zu geben, wie es in der EP-A-0212201 offenbart ist. Das Problem hierbei ist jedoch darin zu sehen, daß eine Gefahr darin besteht, daß ein gewisser Teil des Produkts vom Kopf des Behälters innerhalb des Saugrohrs nach oben gezogen werden kann und als Ergebnis kann dies verunreinigt werden und wird somit innerhalb des nächsten zu füllenden Behälters angeordnet. Wenn Schritte unternommen werden, um zu verhindern, daß dies eintritt, wird es notwendig, einen Gasstrahl durch das Saugrohr zu geben und als Ergebnis ist der Unterdruck im Kopfraum des Behälters vor dem Schließen des Behälters verloren.
Erfindungsgemäß sollen diese Probleme, die mit bekannten Verfahren zusammenhängen, überwunden werden und es soll ein zufriedenstellender Ausschluß unerwünschter Kopfraumgase vor dem Schließen des Behälters sichergestellt werden.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, um aseptisch Behälter mit Produkt zu füllen, einschließlich einer Füllkammer, mit der das obere Ende eines zu füllenden Behälters für den Füllvorgang verbunden wird; ein Füllkopf innerhalb der Kammer ist vorgesehen, um das Produkt innerhalb des Behälters unter aseptische Bedingungen zu bringen; Mittel die vom Füllkopf entfernt sind, sind vorgesehen, um eine gewünschte Gasbedingung innerhalb der Kammer und somit am Kopf des gefüllten Behälters zu erzeugen und diese vom Füllkopf entfernten Mittel umschließen Mittel, die einen negativen Druck innerhalb der Kammer erzeugen, um irgendwelches Gas vom Kopf des Behälters abzuziehen, während der Behälter noch mit der Kammer verbunden ist. Auch sind Mittel vorgesehen, die das obere Ende des Behälters schließen, während die Gasbedingung aufrechterhalten wird.
Diese Mittel können auch Mittel umfassen, um steriles oder inertes Gas in die Kammer und damit in den Kopf des Behälters oberhalb des Produkts einzuführen.
Das vom Füllkopf entfernte Mittel umfaßt vorzugsweise Fluidextraktor/Injektormittel, die, nachdem der Kopf des Behälters geschlossen worden ist, einen positiven Druck auf die Kammer geben, woraufhin der Kopf des Behälters von der Kammer entfernt wird. Der positive Druck bzw. Überdruck verhindert den Eintritt von Luft in die Kammer.
Der Behälter kann ein Auskleidungsbeutel eines Beutel-im-Kasten-Behälter sein, wobei in diesem Falle er einen Ausguß mit einer in einer Wand hiervon haben wird, wobei der mit Kappe versehene Ausguß bis in die Kammer vorgesehen ist, während diese sich unter positivem Druck aus diesen Mitteln befindet, woraufhin die Verschlußkappe des vorher sterilisierten Beutels unter aseptischen Bedingungen entfernt wird, wobei ein Füllkopf in den Ausguß eingeführt wird und der Beutel mit Produkt gefüllt wird, wobei alle diese Vorgänge unter diesem positiven Druck erfolgen, der Füllkopf dann von dem Ausguß entfernt wird und dieser negative Druck durch dieses Extraktor/Injektormittel angelegt wird, wonach die verschlußkappe auf den gefüllten Beutel aufgesetzt wird.
Vorteilhaft umfaßt das Fluidextraktor/Injektorinittel eines oder mehrere sterile Gas- und/oder sterilisiermittel Sprühinjektormittel, die in der Wandung der Kammer gegenüber dem Füllkopf gelagert sind sowie eine Extraktoreinheit, die mit einer Öffnung in der Kainmerwandung verbunden und in der Lage ist, einen negativen Druck zu erzeugen, der den positiven Druck überwindet, der durch die sprühinjektormittel zur Verfügung gestellt wird, so daß, sobald einmal die Verschlußkappe auf den gefüllten Beutel aufgebracht wurde, der positive Druck wieder an die Kammer gelegt werden kann, woraufhin der mit Kappe versehene Ausguß von der Kammer entfernt wird, die bereit für einen anderen mit Kappe versehenen Ausguß eines ungefüllten Beutels ist, der sich bis in die Kammer hinauf darbieten wird.
Der Bezug auf positiven und negativen Druck ist natürlich relativ zum atmosphärischen Druck.
Vorzugsweise auch erstrecken sich Dampf einlaß- und -auslaßleitungen in und aus der Kammer und zur und aus der Ausrüstung in der Kammer.
Vorzugsweise wird positiver Druck unter Verwendung von zwei Sterilgassprühinjektoren angelegt, die steriles Gas, in dem zerstäubtes oder atomisiertes Sterilmittel einverleibt oder eingearbeitet ist, in die Kammer benachbart dem Füllkopf immer dann versprühen, um den Eintritt von Luft oder Fremdkörpern in die sterile Kammer zu verhindern.
Vorzugsweise dient die Vorrichtung zum aseptischen Füllen eines Beteuls mit partikelförmigem Produkt und der Füllkopf endet in einer Düse mit einem Kugel- oder schaftventil an oder benachbart einem Auslaßende hiervon und die Mittel, die den Beutelausguß der Kammer darbieten, wenn die Kappe entfernt ist, den Beutel füllen, den gefüllten Beutel wieder mit Kappe versehen und den vollen Beutel entfernen, sind sämtlich von allgemein bekannter Konstruktion. Jedoch umfaßt die Vorrichtung spezielle Mittel, um das Innere der Kammer und irgendwelche Teile die permanent oder zeitweise hierin vorgesehen sind, im aseptischen oder sterilen Zustand zu halten.
Die Vorrichtung kann Dichtungsmittel umfassen, um einen Teil des Beutels gegen die Rückseite ihres Ausgusses abzudichten, bevor der Beutel von einer Öffnung in der Kammer zurückgezogen wird, um einen Sekundärverschluß für den Ausguß und eine verbesserte Sauerstoffsperre für den Ausgußbereich zu bilden.
Alternativ kann der Ausguß in der Ecke des Beutels sich befinden und, nach dem Füllen des Ausgusses könnte er durch eine Dichtung quer über die Ecke abisoliert werden, indem die beiden Innenflächen des Beutels versiegelt werden.
Ebenfalls vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung Mittel, um die Dichtungsmittel und die Mittel zur Aktivierung der Dichtungsmittel zu bewegen. Dies kann zugeordnet zu Mitteln sein, die den Ausguß in und außer Eingriff mit der Öffnung in der Kammer bewegen und mit weiteren Mitteln, die vorgesehen sein können, um den Beutel während eines Füllvorgangs zu tragen. Diese weiteren Mittel können eine Trägerplatte umfassen, die vollständig den leeren Beutel trägt oder die wenigstens teilweise ihn zusammenfallen läßt und die allmählich während des Füllens des Beutels bewegt wird, so daß ein Reißen des Beutels verhindert wird und sichergestellt wird, daß der Beutel gleichförmig mit Produkt gefüllt wird und nicht irgendwelche Gastaschen enthält.
Vorzugsweise umfaßt für das partikelförmige Produkt das Ventilmittel in der Düse ein Kugelventil mit einem Durchlaß hierin, der sich diametral durch das Ventil erstreckt und einen Querschnitt entsprechend dem eines Lieferrohrs hat, das zur Düse führt, wobei die Kugel um 90 zwischen offenen und geschlossenen Stellungen beweglich ist und Abstreifdichtungen zwischen Kugel und seinem Gehäuse vorgesehen sind.
Die Düse kann eine feste Lokalisierung haben und die Kammer gleitbeweglich in einer Richtung parallel zur Längsachse der Düse beweglich sein. Alternativ kann die Kammer fest und die Düse beweglich sein.
Ebenfalls vorzugsweise ist der Ausgußhalter längs seiner Achse beweglich wie dies ein Wärmedichtungskopf, der diese Dichtungsmittel umfaßt, ist. Dieses Mittel zum Bewegen der Kappe vom Ausguß kann einen Kappengreiferarm umfassen, der innerhalb dieser Kammer zwischen einer Position, in der die Kappe mittig auf dieser Achse positioniert ist und eine hiervon unter Abstand angeordnete Position beweglich ist.
Vorzugsweise liefert eine Dampfeinlaßleitung (Wasser)dampf in diese Kammer, um einen positiven Druck hierin aufrechtzuerhalten und andere sterilisierende Agentien zu aktivieren, die in die Kammer durch andere Einlässe injiziert werden können. Vorzugsweise erstreckt sich eine weitere Dampfkondensat-Sterilwasser- oder Sterilisiermittellieferleitung in das Innere der Düse bis zu einer Position unmittelbar unter die Strömungsrichtung hinter dem Ventilmittel und in das Innere des Gehäuses für die Kugel des Ventilmittels; es ist auch ein Austrittsrohr aus dem Inneren dieses Ventilgehäuses vorgesehen.
Bevorzugt wird, daß gegenüber der Öffnung in einer Wandung der Kammer eine zweite Öffnung in einer anderen Wand hiervon vorgesehen ist, durch welche das produktlieferrohr tritt, wobei eine Gleitdichtung zwischen dem Lieferrohr und der zweiten Öffnung vorgesehen ist, die selbst in einem aseptischen oder sterilen Zustand mittels weiterer Dampfliefer- und Kondensataustrittsrohre gehalten wird.
Um dem Extrahieren unerwünschter Gase aus dem Beutel während eines Füllvorgangs zu assistieren, d.h. durch Evakuieren der Kammer, können eine oder mehrere Entlüftungen im äußeren Endteil der Fülldüse vorgesehen sein, wo sie in dem Beutelausguß positioniert ist.
Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Füllen von Behältern, insbesondere Beuteln und zum Abdichten der Beutel aseptisch mit partikelförmigem Produkt.
Drei Ausführungsformen der Erfindungen sollen nun beispielsweise mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen: -
Figur 1 ein stark schematischer Längsschnitt ist, der einen Beutel zeigt, der aseptisch nach einer ersten Ausführungsform einer Fülldüse, die sich horizontal erstreckt, gefüllt wird;
Figur 2 ist ein Schnitt in größerer Darstellung und zeigt die besondere Auslegung einer Fülldüse innerhalb eines Beutelausgusses;
Figur 3 ist ein teilweise schematischer Schnitt und zeigt eine alternative Ausführungsform einer Fülldüse, die sich vertikal erstreckt, kurz nachdem sie einen Auskleidungsbeutel in einer Trommel unter aseptischen Bedingungen gefüllt hat und
Figur 4 ist eine Darstellung ähnlich Figur 3 und zeigt einen anschließenden Schritt in einem aseptischen Beutelfüllzyklus.
Die Bezugnahme auf Figur 1 zeigt in ausgezogenen Linien einen Auskleidungsbeutel B, der mit einem Produkt gefüllt wird, der ihm durch ein Lieferrohr l unter Regelung eines Kugelventils 3 zugeführt wird, wobei eine Fülldüse 5 hinter dem Kugelbeutelventil 3 vorgesehen ist, die in einen Ausguß S greift, der flüssigkeitsdicht in einer Wandung des Beutels B befestigt ist.
Vor dem Füllvorgang wird ein sterilisierter Auskleidungsbeutel B mit seinem Ausguß S mit einem Stopfen oder einer Kappe P fest auf sein offenes Ende aufgesetzt, das bis in den Ausgußhalter 7 reicht, so daß die im wesentlichen strichpunktiert gezeigte Position eingenommen wird.
Das in Bewegungsrichtung hintere Ende des Lieferrohrs 1, das Kugelventil 3 und die Düse 5 sind sämtlich in einer sterilen Kammer 9 positioniert, die zur Gleitbewegung in der Richtung der Pfeile A gelagert ist und, wünscht man einen sterilisierten Beutel B mit Produkt zu füllen wie Fruchtstücke, so wird der Ausgußhalter 7 gegen die Kammer 9 bewegt (obwohl die Kammer auch gegen den Halter 7 bewegt werden kann) so daß der Ausguß S auf dem Beutel zusammen mit seinem Stopfen P sich in der mittigen Öffnung in der Vorderwand 11 der Kammer 9 darbietet, so daß er fest innerhalb der Öffnung gehalten wird. Diese Wirkung, den Ausguß in der Öffnung darzubieten, kann automatisch dazu führen, daß ein Ventil (gebildet durch ein Paar nicht dargestellter Schließplatten), das normalerweise die Öffnung schließt, geöffnet wird. Wird jedoch die Kammer 9 unter Druck gesetzt, wie hier weiter unten beschrieben werden wird, so muß das Vorhandensein eines Ventils nicht notwendig sein.
Bevorzugt ist, daß dann, wenn ein Beutel B nicht gefüllt wird, das Innere der Kammer 9 unter einem positiven Druck gehalten wird, wodurch der Eintritt atmosphärischer Luft verhindert wird. Dies kann auf verschiedenartigste Weise erreicht werden. Beispielsweise kann (Wasser)dampf in die Kammer durch einen Dampfeinlaß 19 eingegeben werden und/oder steriles Fluid kann in die Kammer aus einer Lieferleitung 2 oder 4 durch einen oder beide eines Paars sich gegenüberstehender Fluideinlässe 12, 14 in den Wandungen der Kammer gepumpt werden. Auf diese Weise können aseptische Bedingungen innerhalb der Kammer immer aufrechterhalten werden.
Sobald einmal der Ausguß S fest in der Öffnung in der Wandung 11 der Kammer 9 positioniert ist, wird der Verschlußstopfen P von dem Ausguß in an sich bekannter Weise mittels einer (nicht dargestellten) auf einem Arm 13 getragenen Klammer entfernt, die sich dann zur Seite bewegt und ein Vakuum wird an die Innenkammer über die Vakuumleitung 21 angelegt, so daß Gas nicht nur aus der Kammer sondern auch innerhalb des Beutels extrahiert wird. Während dies geschieht oder kurz darauf folgend, wird ein Gegendruck-Kissen 16 nach rechts, wie in der Zeichnung gezeigt, bewegt, um das Beutelmaterial zu veranlassen, in Eingriff mit der Rückseite des Ausgusses S bewegt zu werden.
Hieran anschließend wird der offene Ausguß in Eingriff mit der Düse 5 gebracht, indem die Kammer 9 nach rechts wie in der Zeichnung gezeigt, bewegt wird (oder indem das Lieferrohr 1, sein Ventil 3 und die Düse 5 nach links, wie in der Zeichnung gezeigt, bewegt werden), so daß die Düse 5 unter Abdichtung in das Innere des Ausgusses S, wie in der Zeichnung gezeigt, greift. Sobald die Düse 5 in den Ausguß des leeren Beutels greift, wird das Kugelventil 3 um 90º in seine dargestellte offene Lage gedreht und der Beutel wird dann mit partikelförmigem Material, Konzentrat oder Pastenmaterial wie geschnittene Früchte aus einem Vorrat hiervon gegen den Druck des Druck-Kissens 16 gefüllt. Wenn der Beutel fast ganz voll ist, d.h. wenn 200 Liter Produkt genau in den Beutel abgemessen wurden, so wird die Materialzufuhr unterbrochen, indem das Ventil um 90º in an sich bekannter Weise gedreht wird, woraufhin die Düse 5 von dem Ausguß getrennt werden kann. Anschließend hieran wird irgendwelche Luft im Kopf des Beutels extrahiert unter Verwendung des negativen Drucks innerhalb der Kammer 9. Hierdurch wird die Luft herausgezogen aufgrund der Tatsache, daß die Kammer mit der Vakuumleitung 21 verbunden ist.
Als Alternative kann dies mit der Düse noch im Ausguß erreicht werden, indem man eine in Figur 2 gezeigte Düse verwendet. Die Düse hat eine Vielzahl von Entlüftungen 18, die um ihren Umfang herum angeordnet sind und die es dem Gas erlauben, aus dem Beutel, während der Füllvorgang stattfindet, zu entweichen. Solange wie die Kammer bei negativem Druck gehalten wird, wird Gas im Beutel, welches in den Füllvorgang eingeführt werden kann, automatisch extrahiert. Als noch weitere Alternative kann das Gas dadurch, daß es durch Dampf ersetzt wird, extrahiert werden. Erreicht werden kann dies, indem man die Vakuumleitung 21 zur Kammer 9 trennt und Dampf unter hohem Druck in den Beutel entweder durch die Düse 5 (bevorzugt) oder in die Kammer 9, d.h. durch die Einlässe 12, 14 pumpt.
Das Gas wird dann abkühlen und kondensieren und so ein Teilvakuum im Kopfraum des Behälters schaffen.
Es wird dann gewünschtenfalls möglich, das Druck-Kissen 16 nach rechts zu bewegen, um das Hintere des Ausgusses mit Beutelmaterial wieder abzusperren und dann einen Wärmesiegelungskopf 17 zu aktivieren, der konzentrisch hierzu gelagert und so positioniert ist, daß er veranlaßt, daß das Material des Beutels B, wo es gegen die hintere oder untere Seite des Flanches F des Ausgusses anliegt, wo letztere mit der Wandung des Beutels verbunden wird, der in vollem Eingriff mit dem Flanch F geschoben werden soll, wodurch er gegen den Flanch F wärmegesiegelt wird. Dies bildet eine zweite oder permanente Versiegelung, die das Innere des Beutels gegen jeden Eintritt von Luft und damit Bakterien absperrt, die ihren Weg längs des Stopfens P finden können, der in der Zwischenzeit im Ausguß S ersetzt wird. Das Kissen 16 und der Kopf 27 werden dann voll nach links zurückgezogen.
Die Düse 5 wird aus ihrer Position innerhalb des Ausgusses S entfernt, indem die Kammer 9 nach links, wie in der Zeichnung gezeigt, bewegt wird (oder indem die Düse 5, das Ventil 3 und das Rohr 1 nach rechts, wie in der Zeichnung gezeigt, bewegt werden), und zwar um einen ausreichenden Betrag, so daß der Verschluß-Stopfen P zurück in Ausrichtung mit dem offenen Ende des Ausgusses S bewegt werden und dann innerhalb des Ausgusses S ersetzt werden kann, wodurch das Obere des Beutels abgeschlossen wird. Während dies geschieht, wird das Vakuum innerhalb der Kammer, es sei denn Dampf würde verwendet, aufrechterhalten.
Ist einmal der Beutelfüll- und Stopfeneinbringvorgang vervollständigt, so wird das Innere der Kammer 9 mit Dampf und/oder Inertgas oder steriler Luft über die Leitung 19 und/oder die Einlässe 12 und 14 unter Druck gesetzt. Hieraufhin wird der Ausguß S von der Öffnung in der Wand 11 der Kammer 9 entfernt, indem der Halter 7 nach links bewegt wird und die Schließplatten oder das Ventil (wenn vorgesehen) schließen dann die Öffnung automatisch. Der gefüllte und gesiegelte Auskleidungsbeutel B, der dann in der in der gestrichelten Linie gezeigten Position in der Zeichnung sich befindet, wird vom Halter 7 entfernt und durch einen neuen zu füllenden Beutel ersetzt.
Wichtig ist, daß das Füllen des Beutels unter aseptischen Bedingungen durchgeführt werden kann und es ist daruiii wichtig sicherzustellen, daß Bakterien nicht ihren Weg in die Kammer 9 finden, indem ein positiver Druck in der Kammer 9 aufrechterhalten wird, beispielsweise vermittels Dampf, der über das Rohr 19 eintritt. Es gibt einen Auslaß 21 in der Kammer, der Dampf oder Gas kompensiert, die in die Kammer durch das Rohr 19 gepumpt worden sind. Um weiterhin das Kugelventil 3 immer steril zu halten und fern von irgendwelchen partikelförmigen oder faserigen Materialen, die an seine Oberfläche angezogen werden können, gibt es ein weiteres Dampf-, Kondensat- oder Sterilisiermittellieferrohr 23, das in das Innere eines Gehäuses 25 führt, in welchem die Kugel 27 des Ventils 3 sich dreht. Geeignete Abstreifdichtungen sind zwischen der Kugel 27 und dem Gehäuse 25 vorgesehen, trotz diesen jedoch gibt es zwischen der Kugel 27 und dem Gehäuse 25 trotz deren üblicherweise einen Film von Flüssigkeit aus partikelförmigem Material auf der Oberfläche der Kugel, welches in einem sterilisierten Zustand gehalten werden soll. Um den (Wasser)dampf zu kompensieren werden Kondensat oder sterilisiermittel durch das Rohr 23 in den Raum zwischen dem Gehäuse 25 und der Kugel 27 eingeführt, wobei ein Auslaßrohr aus diesem Bereich vorhanden ist, welches bei 31 gezeigt ist.
Das Produktlieferrohr 1 muß durch eine Wandung der Kammer 9 gegenüber der Wandung 11 gehen und damit kann das Rohr 1 und die Kammer 9 sich relativ zueinander bewegen, wobei eine Gleitdichtung 33 zwischen den beiden vorgesehen ist. Um diese Dichtung in einem sterilen Zustand zu halten und zu verhindern, daß Bakterien in die Kammer gehen, wenn ein Bereich des Rohrs 1, der vorher außerhalb der Kammer war, sich in die Kammer bewegt, richtet ein weiteres Lieferrohr 35 Dampf gegen das Innere der Dichtung 33, wobei ein Kondensatauslaßrohr 37 vorgesehen ist, welches überschußdampf von der Dichtung 33 abführt.
Um Dampf und sterilisierende Luft mit dem Ziel zu ergänzen, die Aseptizität aufrechtzuerhalten, kann eine sterilisierende Lösung in die Kammer aus einer Lieferleitung 6 oder 8 versprüht werden, d.h. um die Düse 5 oder den Ausguß eines Beutels oder seines Stopfens P durch die Einlässe 12, 14 zu sterilisieren. Weiterhin ist ein Ablauf 39 unten an der Kammer vorgesehen, dessen Ende in einer sterilisierfalle 41 endet. Es ist somit zu beachten, daß die oben beschriebene Vorrichtung zum Füllen von BeuteIn mit partikelförmigem Material sicherstellt, daß die Beutel unter aseptischen Bedingungen dauernd gefüllt werden.
Die in Figur 1 gezeigte Konstruktion könnte so modifiziert werden, daß sie in einem vertikalen Füllmode betrieben wird und nicht einem horizontalen Füllmode. Um dies zu erreichen sollte die Vorderwandung 11 der Kammer die Basis werden, die Füllöffnung würde jedoch in der Basis bleiben. Das Kondensatauslaßrohr 39 und die Falle 41 würden aber in die Basiswand 11 bewegt werden müssen. Die einzige andere Modifikation, die notwendig werden kann, würde darin bestehen, einen geeigneten Träger für den zu füllenden Beutel vorzusehen. Wenn das Druckkissen und das zusätzliche Dichtungsgerät 16, 17 in Fortfall kommen würden, könnte dies ein Trägertisch unterhalb der Ausgußöffnung in der Bodenwand 11 der Kammer 9 sein (ein Ausgußhalter 7 würde doch noch benötigt werden). Andererseits würde eine gewisse Form von Förderereinrichtung notwendig sein, um den Beutel B zu tragen und es dem Auslaß S zu gestatten, in die Nachbarschaft der Öffnung in der Bodenwand der Kammer 9 von der Seite vorgeschoben zu werden. Dies könnte ein endloser Bandförderer sein.
Nach den Figuren 3 und 4 der Zeichnungen nun ist eine Füllvorrichtung offenbart, die viele Ähnlichkeiten zu der der Figur 1 hat, die jedoch eine vertikal orientierte Produktlieferdüse sowie ein Schaftventil anstelle eines Kugelventils hat, welches die Zufuhr des Produkts durch die Düse regelt. Die Vorrichtung umfaßt eine Kammer 40, in der ein schaftventil 43 im wesentlichen bekannter Konstruktion positioniert ist, mit einer Sammelleitung 45 zur Verbindung mit einem Spülgas oder Dampf 42 und/oder sterilisiermittel 44 und/oder einer Vakuumquelle 46. Das schaftventil 43 verfügt über eine Fülldüse 47 an seinem unteren Ende, die die Verbindung mit einem Produktlieferrohr 49 hat. Produkt kann durch die Düse 47 gehen, indem man ein Ventil 50 hier in an sich bekannter Weise öffnet.
In etwa mittig in der Basis der Kammer 40 befindet sich eine Öffnung 51, die einen mit Kappe versehenen Ausguß S eines Füllbeutels B aufnimmt, der vorher in einem Rechteckkasten positioniert war, der aus faserigem Bahnmaterial positioniert war oder in diesem Falle in einer Trommel D positioniert war. Die Kammer 1 verfügt auch über ein Ablaufrohr 53, das sich von einer Öffnung in ihrer Basis erstreckt, die in einem Bad 55 aus Sterilisiermittel endet. Weiterhin sind an sich gegenüberliegenden Stellen in ihrer (ihren) Seitenwandung(en) und im allgemeinen einander gegenüber ein Paar von Einlaßdüsen 57, 59 vorgesehen, die mit Lieferleitungen 60 bzw. 61 für sterile Luft und eine sterilisiermittellösung verbunden sind. In der Kopfwand der Kammer 1 ist eine Öffnung 63, die mit einer Extraktoreinheit (nicht gezeigt) verbunden ist, zum Evakuieren der Kammer 40 vorgesehen.
Wünscht man, einen Auskleidungsbeutel B mit Produkt zu füllen, so bietet sich der mit Kappe versehene Ausguß S des Beutels wie in Figur 3 gezeigt, in der Öffnung 51 dar und, nachdem er fest in Dichtungseingriff innerhalb der Öffnung 51 positioniert ist, wird eine Kappe C von dem Ausguß S entfernt. Während dieses Vorgangs wird der Druck innerhalb der Kammer 40 oberhalb Atmosphärendruck gehalten, indem steriles Gas durch die Düsen 57, 59 gepumpt und sichergestellt wird, daß die Öffnung 63 geschlossen wird oder der Durchsatz der Gasextraktion durch die Öffnung 63 ist geringer als der Lieferdurchsatz der Sterilluft durch die Düsen 57, 59. Dies stellt sicher, daß immer ein Ausströmen von Gas durch die Öffnung 51, wenn sie offen ist, erfolgt, wodurch jegliche ungewünschten Keime oder dergleichen herausgehalten werden. Wird einmal die Kappe C entfernt (in an sich bekannter Weise unter Verwendung einer Schwinggreifereinrichtung 65), dann wird die Vorrichtung von der in Figur 3 gezeigten Mode in die in Figur 4 gezeigte bewegt, in der die Öffnung 63 geöffnet wird und der Extraktor wird veranlaßt, die Atmosphäre in der Kammer 40 auf einen negativen Druck zu bringen, so daß irgendwelches innerhalb des Beutels B vorhandenes Gas extrahiert wird. Die Düse 47 wird dann aus der in Figur 4 gezeigten Position in den Ausguß S hinab bewegt, woraufhin das Produkt in den Beutel B injiziert wird, bis er im wesentlichen voll ist. Alternativ jedoch kann während des Füllens ein positiver Druck auf das Innere der Kammer 1 durch die Düsen 57, 59 ausgeübt werden und die Öffnung 63 kann geschlossen werden. Während des Füllvorgangs kann etwas Gas in den Beutel freigegeben werden und/oder nach dem Füllen kann ein kleiner Kopfraum im Beutel, der von Gas eingenommen wird, vorgesehen sein. Um den Kopfraum zu reduzieren, muß dieses Gas entfernt werden und die verschiedenen Art und Weisen, dies zu erreichen, sind ähnlich den mit bezug auf die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Vorrichtung beschriebenen. Bevorzugt jedoch wird, daß unmittelbar nach dem Füllen die Vorrichtung auf den in Figur 4 gezeigten Zustand geschaltet wird, wodurch der Extraktor den positiven Druck aus den Düsen 57, 59 überwindet, indem Luft aus der Kammer 40 durch die Öffnung 63 abgezogen wird, so daß ein negativer Druck in der Kammer resultiert (obwohl sterile Luft und/oder Sterilisiermittel noch in die Kammer durch die Düse injiziert werden und somit natürlich über die Kappe C, wodurch die Sterilität sowohl der Kappe um den Ausguß S wie die Öffnung 51 aufrechterhalten wird). Der negative Druck innerhalb der Kammer 1 wird natürlich der Innenseite des Auskleidungsbeutels B erteilt, wodurch das Gas aus dem Kopf raum in der Auskleidung abgezogen wird und was dazu führt, daß der atmosphärische Druck teilweise die Kopfwandung der Auskleidung zusammenfallen läßt, so daß das Produkt in der Auskleidung veranlaßt wird, sich bis eben zum Kopf der Auskleidung zu bewegen. Sobald dieser Zustand erreicht ist, wird die Vorrichtung in der in Figur 4 gezeigten Mode bzw. Betriebsart gehalten und die Kappe C wird in Dichtungseingriff innerhalb des Ausgusses S plaziert.
Sobald der Ausguß mit Kappe versehen ist, wird die Extraktoreinheit abgedreht, wodurch die Vorrichtung aus der Betriebsart negativer Druck in die Betriebsart positiver Druck aufgrund von Sterilgas umgeschaltet wird, das aus den Düsen 57, 59 in die Kammer eintritt. sobald die Kammer sich wieder unter positivem Druck befindet wird die wieder mit Deckel versehene Auskleidung, aus deren Kopf raum Gas entfernt worden ist, von der Öffnung 51 in der Basis der Kammer 1 getrennt. Wegen des positiven Drucks innerhalb der Kammer wird Außenluft daran gehindert, in die Kammer einzudringen. Eine neue zu füllende Auskleidung wird dann in die Öffnung hinaufgebracht und in Dichtungseingriff hierin angeordet, woraufhin ihre Kappe von der Auskleidung entfernt und die Auskleidung mit Produkt gefüllt wird und diese Folge wiederholt wird.
Wie bei der vorgenannten Ausführungsform kann, anstelle den Beutel B in einem äußeren Behälter D zu füllen, dieser auf einem Tisch gelagert sein, der allmählich während des Füllvorgangs abgesenkt wird, um das Reißen des Beutels zu verhindern und das Gasvolumen im Beutel auf einem Minimum zu halten. Gewünschtenfalls kann auch Beutelmaterial gegen die Rückseite des Ausgusses S nach dem Füll- und Gasextraktionsvorgang abgedichtet werden. Anstatt einen Tisch zu verwenden, kann ein zusammenfallendes Druck-Kissen verwendet werden, um einen Gegendruck anzulegen, gegen den der Füllvorgang stattfindet.
Es gibt andere wichtige Merkmale der Vorrichtung, die vorzugsweise in sämtlichen Ausführungsformen vorgesehen sind, um eine vollständige Aseptizität zu erreichen und/oder die Anpassungsfähigkeit zu verleihen, verschiedene Produkte in die Beutel zu füllen. Wenn beispielsweise der Beutel mit klumpigem und/oder faserigem Material gefüllt wird, so kann ein Teil dieses Materials auf dem Beutelausguß S und/oder der Fülldüse verbleiben. Dampf, sterilisiermittel (oder Inertgas) kann aus den Einlässen 57, 59 versprüht werden (es kann notwendig sein, mehr als zwei solcher Düsen vorzusehen), um die Düse zu reinigen und in ähnlicher Weise kann Dampf, sterilisiermittel oder Inertgas längs des Schaftventils durch die Mitte nach unten, nachdem ein Füllvorgang komplett ist, und vor der Gasextraktion versprüht werden, um Material auf dem Beutelausguß in den Beutel zu sprühen, bevor die Kappe wieder aufgesetzt wird. In ähnlicher Weise kann irgendwelches auf der Düse vorhandene Material von der Düse und in den Beutel abgeblasen werden, so daß das Ventil 50 in der Düse richtig dichtet und die Düse steril bleibt.
Es ist schwierig, evakuierte Auskleidungsbeutel mit gewissen Produkten zu füllen und in gewissen Ausführungsformen der Erfindung wird es möglich, anstatt einen Beutel nach dem Entkappen zu evakuieren, ein Gas zu injizieren, beispielsweise ein Inertgas wie CO2, das in den Beutel gefüllt wird und dieses Gas nach oder während des Füllens zu extrahieren. Gewisse Produkte werden am besten unter Verwendung dieser Technik mit kontrollierter Atmosphäre gefüllt. Im Falle von gewissen Molkereiprodukten kann beispielsweise Dampf in die Beutel injiziert werden. Für gewisse Produkte kann es vorteilhaft sein, Enzyme, ein Preservierungsmittel, eine Sauce oder ein Aroma beispielsweise vor der Verkappung des gefüllten Beutels einzuführen. Dies kann durch die Fülldüse oder durch einen der Gas/Fluideinlässe 57, 59 oder i2, 14 erfolgen, wenn eine Düse vom Typ der Figur 2 verwendet wird.
In ähnlicher Weise kann Gas in den Beutel injiziert werden oder kann aus dem Beutel durch die Fülldüse 5 oder 47 (beide Konstruktionen) abgezogen werden oder dies kann durch die Kanäle 18 in die in Figur 2 gezeigten Düse oder durch die Einlässe 57, 59 (oder 12, 14) geschehen oder kann natürlich durch die Öffnung 63 (oder 21) abgezogen werden.
Ein anderer Weg, unerwünschte Gase aus innerhalb des Beutels (bei beiden Ausführungsformen) abzuziehen, besteht darin, ein Druckkompensationssystem zu verwenden, wobei ein Rohr mit dem Einlaßende des Füllventils verbunden wird und dann dies in Form eines umgekehrten U's auf eine sterile Kammer mit negativer Atmosphäre zu erstrecken. Jede Luft im Beutel wird durch den negativen Druck in die sterile Kammer gesogen.
Obwohl die Erfindung insbesondere mit bezug auf das Füllen zusammenlegbarer Beutel beschrieben wurde, ist zu beachten, daß sie auch verwendet werden könnte, um andere Behälter wie steife oder lose Material- oder Schüttgutbehälter zu füllen.
Es ist zu beachten, daß im Falle des Füllens von Beuteln einige Beutel teilweise in einem sterilen Zustand durch einen äußeren oder inneren Film eines Materials gehalten werden können, der sich über die Ausgußöffnung erstreckt. In diesem Fall kann es notwendig sein, die Fülldüse 5 oder 47 mit einer Filmpunktiervorrichtung mechanischen oder anderen Typs zu versehen, wenn der Druck (oder die Wärme) des einzufüllenden Produktes den Film nicht punktiert.
Zusammengefaßt, die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung liefern eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Füllen von Behältern, insbesondere Beutel-in-Kästen-Behältern, mit Produkt, insbesondere partikelförmigem Produkt und zwar völlig aseptisch. Für einen Beutel kann dies wie folgt erreicht werden:
1). Siehe eine aseptische Füllkammer mit einer Fülldüse, die durch ein Kugel- oder Schaftventil (oder von irgendeinem anderen Typ) gesteuert werden kann, vor, mit Produkt, Inertgas (oder anderem Gas zum Verpacken in gesteuerter Atmosphäre), Vakuum und/oder Dampf/Sterilisiermitteldurchlässen.
2). Statte die Kammer mit Beutelentkappungs- und Wiederverkappungseinheit aus, sowie mit Einlässen für sterilisierende Sprühmittel, Inert- oder anderen Gasen und wenigstens einer Evakuierungsöffnung.
3). Gewünschtenfalls siehe ein bewegliches Trägerplattenkissen zum Lagern des Beutels, wenn er sich nicht in einem anderen Behälter befindet, vor, und um ihn zunächst zusammenfallen zu lassen und um dann den Beutel, während er gefüllt wird, abzusenken oder eine Druckplatte zum Regeln des Füllvorgangs vorzusehen.
4). Nach dem Entkappen des vorsterilisierten Beutels zieh alles Gas ab und fülle dann nach Wunsch mit einem anderen Gas beispielsweise CO2 oder Dampf.
5). Fülle mit Produkt unter negativem Druck zur Entfernung von Gas oder einem positiven Druck von Spezialgas.
6). Spüle sämtliches Gerät und den Ausguß zur Entfernung von Restprodukt und reinige.
7). Setze Kappe wieder auf, nachdem Gas vom Kopf raum abgezogen oder Dampf injiziert wurde.
8). Weiteres Reinigen/Spülen.
9). Setze die Kammer unter Druck, um das Eindringen von Luft oder anderem Material zu verhindern.
10). Entferne den mit Kappe versehenen Behälter und ersetze ihn durch einen anderen und wiederhole diesen oder einen modfizierten Zyklus.
Einige der oben genannten Schritte können modifiziert, wiederholt oder fortgelassen werden. Selbstverständlich wurde die Erfindung lediglich anhand von Beispielen beschrieben; Detailmodifikationen können im Rahmen der beanspruchten Erfindungen ohne weiteres vorgenommen werden. So ist es oft möglich, anstatt Dampf zum Sterilisieren zu benutzen, ein unterschiedliches Fluid zu verwenden, beispielsweise ein sterilisiermittel oder umgekehrt. Anders ausgedrückt, jedes sterilisiermittel kann zum Sterilisieren verwendet werden. Wo jedoch ein Reinigungsmittel erforderlich ist, d.h. Waschen oder Spülen eines sterilen mit dem sterilen Produkt verunreinigten Bereichs, ist nichts weiter erforderlich, all mit Waschfluid zu reinigen wie einem Kondensat oder sterilem Wasser oder einem anderen Fluid.

Claims

1. Vorrichtung zum aseptischen Füllen von Behältern mit einem Produkt, mit einer Füllkammer (9 oder 40), mit der das obere Ende eines zu füllenden Behälters (B) zum Füllen verbunden ist, einem Füllkopf (5 oder 43) innerhalb der Kammer (9 oder 40), um das Produkt innerhalb des Behälters (B) unter aseptische Bedingungen zu setzen sowie Mittel (2, 4, 19, 21 oder 57, 59, 63), die vom Füllkopf (5 oder 43) entfernt sind, um einen gewünschten Gaszustand innerhalb der Kammer (9 oder 40) und somit am Kopf des gefüllten Behälters zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Mittel, das vom Füllkopf entfernt angeordnet ist, Mittel (21 oder 63) umfaßt, um einen negativen Druck innerhalb der Kammer (9 oder 40) zu erzeugen, um jegliches Gas vom Kopf des Behälters (5) abzuziehen, während der Behälter (B) noch mit der Kammer verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei dieses Mittel (2, 4, 19, 21 oder 57, 59, 63), das vom Füllkopf (5 oder 43) entfernt ist, auch ein Mittel (2, 4, oder 19, 21) umfaßt, um ein steriles oder inertes Gas in die Kammer und damit in den Kopf des Behälters (B) oberhalb des Produktes einzuführen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das vom Füllkopf entfernte Mittel Fluidextraktions- oder Injektormittel (19, 21 oder 63) umfaßt, welche, nachdem der Kopf des Behälters (B) geschlossen ist, betätigt werden, um die Kammer (9 oder 40) mit einem Überdruck zu beaufschlagen, woraufhin der Kopf des Behälters (B) von der Kammer (9 oder 40) entfernt wird und somit der Eintritt von Luft in die Kammer verhindert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das vom Füllkopf entfernte Mittel eines oder mehrere Sterilgas- und/oder sterilisier-Sprühinjektormittel (2, 4 oder 57, 59) umfaßt, das oder die in der Wandung der Kammer (9 oder 40) gelagert sind und wobei eine Extraktionseinheit (21 oder 63) mit einer Öffnung in der Kammerwandung verbunden und in der Lage ist, einen negativen Druck vorzusehen, der den positiven Druck überwindet, der durch die Sprühinjektormittel (2, 4 oder 57, 59) geliefert wird, so daß, sobald die Verschlußkappe (P oder C) auf den gefüllten Behälter aufgebracht ist, der die Kammer wieder mit positivem Druck bzw. Uberdruck beauf schlagen kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei dieser positive Druck aufgebracht wird, indem zwei Sterilgassprühinjektoren (2, 4 oder 57, 59) Verwendung finden, die steriles Gas, in das zerstäubtes Sterilisiermittel eingebracht wurde, in die Kammer (9 oder 40) benachbart dem Füllkopf (5 oder 43) dauernd sprühen, so daß der Eintritt von Luft oder Fremdkörpern in die sterile Kammer (9 oder 40) verhindert wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei (Wasser)dampfeinlaß- und -auslaßleitungen (19, 39 oder 57 und 59, 53) in die und aus der Kammer führen und (15, 23, 31 oder 42, 44, 46) in und aus dem Füllkopf in der Kammer führen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der es sich um das aseptische Füllen eines Beutels (B) mit partikelförmigem Produkt handelt und wobei der Füllkopf in eine Düse (5 oder 47) mit einem Füllventil (3 oder 50) an oder benachbart einem Auslaßende hiervon endet und mit Mitteln, die ein Mundstück (S) des Beutels (B) einer Öffnung in der Kammer (9 oder 40) darbieten, sowie Mitteln (13 oder 65), um die Kappe (P oder C) zu entfernen, den Beutel zu füllen, den gefüllten Beutel wieder mit Kappe zu versehen und den vollen Beutel zu entfernen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, Dichtungsmittel (16, 17) umfassend, um einen Teil des Beutels (B) gegen die Rückseite des Mundstücks (S) abzudichten, bevor der Beutel von einer Öffnung in der Kammer (9) abgezogen wird, um einen sekundärverschluß für das Mundstück (S) und eine verbesserte Sauerstoffsperre für den Mundstückbereich zu bilden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, Mittel umfassend, um die Dichtungsmittel zu bewegen und Mittel, um die Dichtungsmittel zu aktivieren, wobei die erstgenannten Mittel Mitteln zugeordnet sind, um das Mundstück in und außer Eingriff mit der Öffnung in der Kammer zu bringen sowie mit einem weiteren Mittel, welches vorgesehen ist, um den Beutel während eines Füllvorgangs abzustützen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei das Füllventil ein Kugelventil (3) mit einem Durchlaß (27) hierin umfaßt, der diametral durch das Ventil (3) geht und über einen Querschnitt entsprechend dem eines zur Düse (5) führenden Zuführungsrohres (1) verfügt, wobei das Kugelventil (3) um 90º zwischen offenen und geschlossenen Stellungen bewegbar ist und Schmierdichtungen zwischen dem Kugelventil (3) und seinem Gehäuse (25) vorhanden sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Düse (5) ortsfest, die Kammer (9) gleitbeweglich in eine Richtung parallel zur Längsachse der Düse (5) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine weitere Zuführungsleitung (15) für Wasserdampfkondensat, steriles Wasser oder Sterilisiermittel sich in das Innere der Düse (5) bis in eine Position unmittelbar hinter dem Kugelventil (3) und (23) in das Innere des Gehäuses (25) für die Kugel (3) des Ventils erstreckt, wobei ein Auslaßrohr (31) vom Inneren des Ventilgehäuses (25) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei gegenüber der Öffnung in der Kammer (9) eine zweite Öffnung (33) in einer anderen Wand hiervon vorgesehen ist, durch welche ein Lieferrohr (1) für das Produkt geht, wobei eine Gleitdichtung zwischen dem Lief errohr (1) und der zweiten Öffnung (33) vorgesehen ist, die selbst in einem aseptischen oder sterilen Zustand mittels weiterer Dampfzuführungs- und Kondensatsaustrittsleitungen (35, 37) gehalten ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Kammer fest und die Düse beweglich ist und wobei das ventil ein schaftventil bzw. spindelventil ist.

15. verfahren zum Füllen eines Beutels mit einem Produkt unter aseptischen Bedingungen, wobei dieser Beutel ein Auskleidungsbeutel (B) eines Beutel-im-Kastenbehälters ist und ein Mundstück (S) mit einer Vewrschlußkappe (P oder C) in der Wand hiervon hat, wobei der mit Kappe versehene verschluß (S) bis in eine Füllkammer (9 oder 40) reicht, während er unter positivem Druck steht, woraufhin die Verschlußkappe (P oder C) des vorher sterilisierten Beutels (B) unter aseptischen Bedingungen entfernt wird, ein Füllkopf (5 oder 43) in das Mundstück (S) eingeführt und der Beutel mit Produkt gefüllt wird, wobei alle diese Vorgänge unter diesem positiven Druck bzw. Überdruck ablaufen, dadurch gekennzeichnet, daß nachdem das Füllen des Beutels (B) abgeschlossen ist, die Kammer (9 oder 40) mit negativem Druck oder unterdruck dann beauf schlagt wird, woraufhin anschließend die Verschlußkappe (P oder C) auf den gefüllten Beutel (B) aufgebracht wird.