DE69005018T2

DE69005018T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Sterilisieren und Reinigen einer Anlage für aseptische Abfüllung.

Info

Publication number: DE69005018T2
Application number: DE90107216T
Authority: DE
Inventors: Willi Loeliger
Original assignee: Clintec Nutrition Co
Current assignee: Clintec Nutrition Co
Priority date: 1989-05-02
Filing date: 1990-04-14
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2010-04-15
Also published as: EP0395933A1; AU5379690A; AU641387B2; US5099895A; IE901412L; DK0395933T3; IE66164B1; ES2048353T3; JPH02302257A; CH679768A5; DE69005018D1; PT93928A; EP0395933B1; ATE98182T1; CA2015357A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sterilisierung und Reinigung des Kopfraums an einem System zum aseptischen Füllen einer Verpackung, die einen Aufsatz mit einer durchtrennbaren Außenmembran gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist (EP-A-0 280 871). Die Erfindung betrifft ferner die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Es sind bereits aseptische Füllsysteme bekannt, bei denen im unteren Teil des Füllkopfs eine Vorrichtung zum Sterilisieren und Reinigen nach dem Füllen vorgesehen ist. Die Patentanmeldung EP-A-271 242 betrifft beispielsweise eine solche Vorrichtung. Bei einem solchen aseptischen Füllsystem wird eine vorsterilisierte Verpackung kalt gefüllt und nach dem Füllen sind der Körper und die Wände des Kopfraums durch das kalte Produkt gekühlt. Nach dem Einsetzen einer neuen Verpackung muß der Kopfraum und die an diesen Raum angelegte Oberfläche der Verpackung neu sterilisiert werden. Nun findet die Sterilisierung mit gesättigtem Wasserdampf mit einer Temperatur von 140 bis 150ºC statt. Wenn man bei einer solchen Temperatur tatsächlich alle Keime beseitigen wollte, müßte eine Sterilisierungszeit von etwa 3 bis 10 Minuten vorgesehen werden. Die Ursache hierfür ist, daß der gesättigte Dampf die kalten und ständig gekühlten Wände des Kopfraums nicht auf eine Temperatur bringen kann, die zur Inaktivierung der thermisch stabilen Keime erforderlich wäre. Diese Wände bleiben in Wirklichkeit auf einer Temperatur von etwa 120 bis 125ºC. Bei dieser Temperatur kann die Beseitigung der thermisch stabilen Keime keineswegs garantiert werden. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es völlig undenkbar, daß eine so lange Sterilisierungszeit vorgesehen wird. Die Sterilisierung muß vielmehr in weniger als 10 Sekunden stattfinden. Wenn man außerdem den Kopfraum auf eine zu hohe Temperatur und zu lange erwärmt, erweichen die durchtrennbare Außenmembran und der Aufsatz und verformen sich, was für das weitere Verfahren unannehmbar ist. Andererseits sind das Dampfeintrittsventil und das Dampfaustritts- und Entleerungsventil bei der obengenannten Patentanmeldung einander gegenüber angeordnet. Nun hat die Erfahrung gezeigt, daß eine solche Anordnung bei der Reinigung oder Spülung des Inneren des Aufsatzes nach dem Füllen nicht gestattet, mit Sicherheit in einer annehmbaren Zeit alle im Aufsatz befindlichen Produktreste zu beseitigen.
Die Patentschrift EP-A-280 871 betrifft ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zum aseptischen Füllen einer Verpackung. Bei dieser Vorrichtung wird jedoch die Eintrittsgeschwindigkeit des Dampfs für die Sterilisierung und Reinigung der Vorrichtung nicht erwähnt.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Sterilisierung und Reinigung des Kopfraums, bei welchem eine einwandfreie Sterilisierung dieses Raums in einem annehmbaren Zeitraum und mit annehmbarer Temperatur und eine Reinigung des Inneren des Aufsatzes nach dem Füllen gewährleistet wird, die die Entfernung aller Produktreste gestattet. Dies ist wichtig, denn wenn Spuren vom Produkt im Aufsatz im Kontakt mit einer nichtsterilen Umgebung bleiben würden, wäre eine Neuinfektion und Vervielfältigung der Keime möglich. Bei der Öffnung und Verwendung der Packung würden diese Keime dann von dem durch den Aufsatz strömenden Produkt mitgenommen werden.
Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Sterilisierung und Reinigung des Kopfraums an einem System zum aseptischen Füllen einer sterilen Verpackung, die einen Aufsatz mit einer durchtrennbaren Außenmembran aufweist, bei welchem der Kopfraum bei einer Temperatur von 120 bis 150ºC mit Dampf 1 bis 10 Sekunden lang sterilisiert wird, die Außenmembran durchtrennt wird, um die Füllung der Verpackung vorzunehmen, die Verpackung geschlossen wird und der Kopfraum 1 bis 5 Sekunden lang mit Dampf mit einer Temperatur von 110 bis 150ºC gereinigt wird.
Gemäß diesem Verfahren tritt der Dampf bei der Sterilisierung und Reinigung mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 450 m/s in einem Dampfeintrittsventil ein, das mit dem Dampfaustrittsventil einen Winkel von 70 bis 110º bildet, wobei diese beiden Ventile in Höhe des Kopfraums ausmünden.
Der Dampfeintritt mit dieser Geschwindigkeit wird durch eine Druckentspannung von etwa 2 bis 3 Atmosphären vorgenommen.
Man hat nämlich festgestellt, daß die Spülung mit Dampf die Beseitigung der vorhandenen Keime gestattet, und diese Beseitigung ist um so besser, je größer die Turbulenz des Dampfs im Kopfraum ist. Auf diese Weise findet erfindungsgemäß eine Sterilisierung statt, die einerseits durch Mitnahme der Keime durch den mit hoher Geschwindigkeit zutretenden Dampf und andererseits durch Inaktivierung der Keime durch die hohe Temperatur des Dampfs vor sich geht. Dasselbe gilt für die Spülung nach der Füllung.
Man kommt auf dieser Weise zu einer Sterilisierung des Kopfraums in weniger als 10 Sekunden und einer Spülung des Aufsatzes mit der durchtrennbaren Außenmembran in weniger als 5 Sekunden.
Wenn man mit gesättigtem Dampf mit einer Temperatur von 120 bis 130ºC arbeitet, der mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 150 m/s eintritt, erreicht man auch eine gute Sterilisierung und eine gute Spülung des Aufsatzes. Geht man von einer Infizierung von 10&sup5; Keimen aus, so kommt man unter den erfindungsgemäßen Bedingungen zu weniger als 1 Keim nach weniger als 10 Sekunden.
Die eingeführte Dampfmenge hängt von den Durchmessern der Eingangsleitungen ab. Normalerweise beträgt sie 3 bis 10 g/s.
Die Erfindung betrifft ferner die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einem Fluideintritts- und -Austrittskanal, einem Füllkopf mit einem Ventil zur Regelung des Fluideintrittdurchsatzes, einen unter dem Füllkopf angeordneten Verpackungshalter, der zur Versiegelung der Verpackung nach dem Füllen vorgesehen ist, einem Dampfeintrittsventil und einem Ventil mit einer Dampfaustritts- und Entleerungsleitung für die Reinigung nach dem Füllen.
Bei dieser Vorrichtung sind das Dampfeintrittsventil und das Dampfaustritts- und Entleerungsventil beide im unteren Teil des Füllkopfes vorgesehen, bilden die Achsen dieser Ventile miteinander einen Winkel von 70 bis 110º und besitzen diese Ventile Einrichtungen, die den Dampfeintritt mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 450 m/s gestatten.
Wenn man nämlich, wie festgestellt wurde, den Dampf in den Kopfraum unter diesem Winkel eintreten und austreten läßt, läßt sich die Sterilisierung und die Reinigung des Aufsatzes maximieren. Mit "unterer Teil des Füllkopfes" wird der Teil verstanden, der dem Aufsatz mit der durchtrennbaren Membran am nächsten gelegen ist.
Unter Verpackung werden sowohl Kunststoffverpackungen als auch Verpackungen aus Karton oder jeder andere Verpackungstyp im Bereich der Medizin oder Nahrungsmittelindustrie verstanden. Unter Fluid werden sowohl wässrige Lösungen, wie Milch, Fruchtsäfte oder Gemüse, oder viskosere Produkte, wie Konfitüre, Marmelade oder anderes mit und ohne Stücke verstanden. Der Verpackungshalter besteht aus Backen, die die Verpackung an Platz halten, und einem Versiegelungskopf.
Vor dem Füllen wird eine Sterilisierung des Füllkopfraums sowie der Außenfläche der durchtrennbaren Membran vorgenommen. Dies geschieht mit Hilfe des Dampfeintrittsventils. Das andere Ventil dient einerseits zur Abfuhr des Dampfes bei der Sterilisierung und andererseits zur Abfuhr des Restfluids nach der Füllung. Vor dem Füllen wird natürlich auch eine Sterilisierung des Fluideintritts- und -Austrittskanals vorgenommen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Achse des Dampfeintrittsventils und die Achse des Ventils mit einer Darnpfaustritts- und Entleerungsleitung einen Winkel von 85 bis 95º.
Dieses Sterilisierungs- und Reinigungssystem kann an jeden zum aseptischen Füllen dienenden Füllkopf verwendet werden, beispielsweise an den Füllköpfen, die in den Patentanmeldungen CH-A-4584/87-5 und EP-A-280 871 beschrieben werden und die mit einer Verpackung mit einem Aufsatz arbeiten, der eine durchtrennbare Außenmembran besitzt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden die Achse des Ventils zur Regelung des Fluideintrittsdurchsatzes und die Achse des Dampfeintrittsventils einen Winkel von 70 bis 110º.
Der untere Teil des Ventils zur Fluiddurchsatzregelung besitzt ferner Schneideinrichtungen. Diese Schneideinrichtungen sind normalerweise radiale und vertikale Messer, beispielsweise zwei zueinander senkrecht angeordnete Messer.
Der Stift des Dampfeintrittsventils und der des Dampfaustritts- und Entleerungsventils treten bündig in den Kopfraum eingelassen und besitzen verschiedene Durchmesser. Durch das erste Merkmal wird jede tote Zone im Kopfraum vermieden, die zur Entwicklung von Mikroben führen könnte und durch den Durchmesserunterschied wird jede Bremsung des Dampfs bei der Sterilisierung und/oder Reinigung vermieden. Dabei muß der Durchmesser des Dampfeintrittskanals kleiner als der des Dampfaustrittskanals sein. Schließlich ist am unteren Teil des Füllkopfes eine abnehmbare Platte mit konzentrischen Rillen für den Halt der Verpackung in der richtigen Stellung vorgesehen. Diese Platte kann somit ausgetauscht werden, wenn sie abgenutzt ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich eine ganze aseptische Füllstrecke aufbauen, in der in Reihe wenigstens zwei Vorrichtungen der oben beschriebenen Art angeordnet werden. Vorzugsweise werden 2 bis 8 Füllvorrichtungen vorgesehen.
In der folgenden Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bei geschlossenem Fluideintrittsventil,
Fig. 2 einen Teilschnitt nach der Linie II-II von Fig. 1 bei geöffnetem Fluideintrittsventil und
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III von Fig. 2.
Der Füllkopf 1 besitzt einen Fluideintrittskanal 2 und einen Fluidaustrittkanal 3, ein Ventil 4 zur Regelung des Fluideintrittsdurchsatzes, ein Dampfeintrittsventil 62 und ein Ventil 63 für den Dampfaustritt und die Restfluidentleerung. Die Stifte der Ventile 62 und 63 sind durch pneumatische Systeme oder ähnliches (nicht dargestellt) bewegbar.
Unter dem eigentlichen Füllkopf wird eine Verpackung 7 angeordnet, die einen Aufsatz 8 mit einer durchtrennbaren Membran 9 und einer Verschlußmembran 10 besitzt, die am Aufsatz 8 teilweise versiegelt ist, um die Füllung zu gestatten. Die Verpackung wird durch Backen 11 an ihrem Platz gehalten, unter denen der Versiegelungskopf 31 angeordnet ist, der die Verschließung der Verpackung nach der Füllung gewährleistet. Dieser Versiegelungskopf besitzt einen Versiegelungsring 12.
Der Füllkopf besitzt eine biegsame Membran 13 die zwischen zwei Teilen 14, 15 eingeklemmt ist, die durch den Klemmring 16 fest miteinander verbunden gehalten werden. Diese biegsame Membran besteht aus Polytetrafluorethylen, Kautschuk oder einem biegsamen Werkstoff mit guter mechanischer und thermischer Festigkeit. Der Stift des Ventils 4 ist vertikal durch die pneumatischen Systeme oder dgl. (nicht dargestellt) zwischen Lagern 17 beweglich.
Die Membran 13 ist in der Mitte durchbohrt und wird von dem Ventilstift 4 durchquert. Dieser Stift besteht aus drei Teilen: dem oberen Teil 18, in den mit dem Bolzen 21 der Teil 19 eingeschraubt ist, der auch die Einklemmung der biegsamen Membran 13 bewirkt. Die Blockierschraube 22 gewährleistet den richtigen Halt der Membran 13 und damit ihre einwandfreie Abdichtung. Der Stift besitzt ferner einen unteren Teil 20, der mit dem Bolzen 23 in das Element 19 eingeschraubt ist. Dieser Teil 20 besitzt einen Kegel 51, der die Öffnung und Schließung für die Füllung der Verpackung gewährleistet. Er besitzt einen Dichtring 24 und zwei zueinander senkrecht angeordnete radiale Messer 25. Diese Messer bilden eine zentrale Spitze 26, durch die das Durchschneiden der Membran 9 noch verbessert wird. Für einen besseren Halt der Membran 9 ist eine abnehmbare Platte vorgesehen, die durch Schrauben 61 festgehalten wird und konzentrische Rillen aufweist. Die Öffnung 28 für den Durchgang des Fluids hat die Form eines Kegelstumpfes. Diese Öffnung bildet auch den Sitz für den Kegel 51.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: bei geschlossenem Ventil 4 (Fig. 1) und eingesetzter Verpackung 7 wird eine Sterilisierung des Kopfraums 52 und der Membran 9 vorgenommen, indem das Dampfeintrittsventil 62 geöffnet wird. Der Dampf tritt über die Leitung 68 zu. Er tritt über die Leitung 69 des Ventils 63 aus. Nach der Sterilisierung werden die beiden Ventile 62 und 63 geschlossen und das Ventil 4 (Fig. 2) wird geöffnet. Das Element 20 bewegt sich nach unten und die Messer 25 öffnen die durchtrennbare Membran 9. Gleichzeitig wird das Fluid freigegeben und tritt über die Öffnung 28 in die Verpackung 7 ein. Bei der Füllung befindet sich der Versiegelungskopf 31 in der unteren Stellung. Nach der Füllung bewegt sich der Versiegelungskopf nach oben und die Ventile 62 und 63 werden geöffnet, so daß der Dampf das Restprodukt heraustreibt, das über den Kanal 69 abfließt. Während oder nach dieser Reinigungsoperation wird der Versiegelungsring 12 erhitzt und schließt dadurch die Verpackung 7. Die Backen 11 können nun die Verpackung freigeben.
Wie Figur 3 zeigt, liegt das Dampfeintrittsventil 62 auf einem Sitz 64 auf und besitzt einen Dampfeintrittskanal 66, dessen Durchmesser kleiner als der des Austrittskanals 67 des Dampfaustrittsventils 63 ist. Dieses Ventil liegt auf einem Sitz 65 auf.
Bei dieser Konfiguration bilden die beiden Ventile 62 und 63 miteinander einen Winkel von 90º, was eine gute Sterilisierung und Reinigung des Kopfraums gestattet. Die beiden Ventile 62 und 63 besitzen schließlich Dichtringe 70 und 71.

Claims

1. Verfahren zur Sterilisierung und Reinigung des Füllraums (52) an einem System zur aseptischen Füllung einer sterilen Verpackung (7), die mit einem Aufsatz (8) mit einer durchtrennbaren Außenmembran (9) versehen ist, bei welchem der Kopfraum (52) bei einer Temperatur von 120 bis 150ºC mit Dampf 1 bis 10 Sekunden lang sterilisiert wird, die Außenmembran (9) durchtrennt wird, um die Füllung der Verpackung (7) vorzunehmen, die Verpackung geschlossen wird und der Kopfraum (52) mit Dampf mit einer Temperatur von 110 bis 150ºC 1 bis 5 Sekunden lang gereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf bei der Sterilisierung und Reinigung mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 450 m/s in einem Dampfeintrittsventil eintritt, das mit dem Dampfaustrittsventil einen Winkel von 70 bis 110º bildet, wobei diese beiden Ventile in Höhe des Kopfraums ausmünden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisierung und Reinigung des Kopfraums (52) bei einer Temperatur von 120 bis 130ºC mit Dampf durchgeführt wird, der mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 150 m/s eintritt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 an einem System zum aseptischen Füllen mit einem Fluideintrittskanal (2) und einem Fluidaustrittskanal (3), einem Füllkopf (1) mit einem Ventil (4) zur Regelung des Fluideintrittsdurchsatzes, einem Verpackungshalter (11, 31), der unter dem Füllkopf angeordnet ist und zum Versiegeln der Verpackung (7) nach dem Füllen dient, und einem Dampfeintrittsventil (62) und einem Ventil (63) mit einer Dampfaustritts- und Entleerungsleitung für die Reinigung nach dem Füllen, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß das Dampfeintrittsventil (62) und das Dampfaustritts und Entleerungsventil (63) beide im unteren Teil des Füllkopfs angeordnet sind, wobei die Achsen dieser Ventile miteinander einen Winkel von 70 bis 110º bilden und diese Ventile Einrichtungen besitzen, die den Dampfeintritt mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 450 m/s gestatten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Dampfeintrittsventils (62) und die Achse des Ventils (63) mit einer Dampfaustritts- und Entleerungsleitung einen Winkel von 85 bis 95º bilden.

5 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Ventils (4) zur Regelung des Ventileintrittsdurchsatzes und die Achse des Dampfeintrittsventils 62 bzw. die Achse des Dampfaustritts- und Entleerungsventils (63) einen Winkel von 40 bis 80º bilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Ventils (4) zur Regelung des Fluideintrittsdurchsatzes und die Achse des Dampfeintrittsventils (62) einen Winkel von 60 bis 70º bilden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift des Dampfeintrittsventils (62) und der bes Dampfaustritts- und Entleerungsventils (63) in den Kopfraum bündig eintreten und verschiedene Durchmesser besitzen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkopf (1) über dem Verpackungshalter eine abnehmbare Platte (60) mit konzentrischen Rillen zum Halten der Verpackung (7) in der richtigen Stellung besitzt.