Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sterilisieren eines Behälters, insbesondere einer Flasche, und ein Verfahren zum Sterilisieren eines Behälters .

Beschreibung des Standes der Technik

[0002] Bei der Verpackung von Lebensmitteln und bei dem Abfüllen von Getränken in Behälter oder Flaschen be- steht eine der Hauptanforderungen darin, die Lebensmittel bzw. Getränke keimfrei zu verpacken bzw. abzufüllen. Dafür ist es insbesondere wichtig, dass die Verpackungsmittel und Flaschen steril sind.

[0003] Zur Sterilisation von Stoffen und Vorrichtungen sind verschiedene Verfahren bekannt. Insbesondere wurde bereits vorgeschlagen, Strahlung zur Sterilisation zu verwenden. Neben infraroter, ultravioletter und Mikrowellen- Strahlung wurde auch vorgeschlagen, Elektronenstrahlen zur Sterilisation einzusetzen. [0004] Eine entsprechende Vorrichtung zur Oberflächensterilisation von Stoffen ist in dem deutschen Patent DE 22 27 059 C3 beschrieben.

[0005] Auch auf dem Anwendungsgebiet der Getränkeabfüllung, mit dem sich die vorliegende Erfindung vorrangig, aber nicht ausschließlich beschäftigt, wurden Elektronenstrahlen bereits zur Sterilisation der Flaschen und Verschlüsse vorgeschlagen.

[0006] Eine entsprechende Vorrichtung und ein Verfahren zum Sterilisieren und Füllen von Flaschen sind in der Druckschrift US 2007/0237672 Al beschrieben. Die dort beschriebene Vorrichtung umfasst mehrere Fördereinrichtungen, die als umlaufende Karussells ausgebildet sind und Flaschen in einer Abfüllanlage fördern. In der Abfüllanlage ist eine Station vorgesehen, in der die Flaschen sterilisiert werden.

[0007] Eine Schwierigkeit hierbei liegt in der Regel darin, dass die Flaschen nicht nur äußerlich, sondern auch an ihrer Innenseite sterilisiert werden müssen, da hierzu der entsprechende Elektronenstrahl durch die verhältnismäßig kleine Flaschenöffnung in das Flascheninnere gelangen und sich dort möglichst gleichmäßig verteilen muss.

[0008] In der US 2007/0237672 Al wird daher vorge- schlagen, den Elektronenstrahl in einem Winkel zur Längsachse der Flasche in die Flasche zu leiten, so dass der Elektronenstrahl durch mehrfache Reflexion an der Innenseite der Flasche den Innenraum auf seiner gesamten Länge durchwandert. Des weiteren wird vorgeschlagen, die Flasche um ihre Längsachse zu rotieren oder aber die Elektronenkanone zu bewegen, um den gesamten Winkelbereich der Flaschenoberfläche zu sterilisieren.

[0009] Die vorgeschlagenen Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Elektronenstrahlen eine verhältnismäßig große Pfadlänge im Inneren der Flasche zu durchwandern haben, wobei sie auf ihrem Weg mehrfach reflektiert werden. Die Elektronenstrahlen müssen daher eine relativ hohe Reichweite aufweisen, damit sie den vorgesehenen Pfad vollständig abwandern. Des weiteren sind Einrichtungen vorzusehen, um die Flasche oder die Elektronenkanone zu bewegen, um den gesamten Winkelbereich der Flasche zu bestreichen.

Zusammenfassung der Erfindung

[0010] Demgegenüber wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Sterilisieren eines Behälters nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Sterilisieren eines Behälters nach Anspruch 12 bereitgestellt .

[0011] Die Vorrichtung zum Sterilisieren eines Behäl- ters, insbesondere einer Flasche, umfasst mindestens einen Elektronenstrahlerzeuger zum Erzeugen eines Elektronen- strahlbündels zum Sterilisieren des Behälters und mindestens eine Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des Elektro- nenstrahlbündels, so dass das Elektronenstrahlbündel fokus- siert durch eine Behälteröffnung (32) in den Behälter eintritt. Durch Fokussierung des Elektronenstrahlbündels, das aus dem mindestens einen Elektronenstrahlerzeuger, bspw. einer Elektronenröhre, in parallelen oder leicht divergenten Strahlen austritt, auf einen kleinen Raumbereich, der unmittelbar vor der Flaschenöffnung, im Halsbereich der Flasche oder im oberen inneren Bereich der Flasche liegt, kann die gesamte innere Flaschenoberfläche mit Elektronen bestrahlt werden. Durch die Fokussierung wird erreicht, dass das Strahlenbündel im Bereich des Fokus eine geringe Flächenausdehnung hat und somit leicht durch den Flaschenhals treten kann. Des weiteren fächert sich das Strahlenbündel jenseits des Fokuspunktes wieder auf und verteilt sich in dem gesamten Flascheninnenraum, ohne bereits einmal reflektiert worden zu sein, d.h. auf direktem Weg.

[0012] Durch die Fokussierung bildet sich am Ende der Reichweite der Elektronenstrahlen eine diffuse Elektronenwolke, die Kontakt mit der Innenseite des Behälters hat. Durch Variation der Elektronenenergie, der Spannung oder des Magnetfeldes einer Elektronenröhre kann die Form und die relative Höhe der Elektronenwolke beeinflusst werden. Die Reichweite der Elektronen in Luft nimmt rasch mit zunehmender Röhrenspannung zu. Für Röhrenspannungen von 100 kV, 150 kV, 200 kV und 300 kV erhält man bspw. Reichweiten von etwa 16 mg/cm ² , 32 mg/cm ² , 51 mg/cm ² bzw. 95 mg/cm ² .

[0013] Die Reichweite des Elektronenstrahls bzw. die Einheit [mg/cm ² ] wird dabei als "durchstrahlte Masse" angegeben. Die angegebene Fläche wird auf 1 cm ² bezogen. Ein Elektronenstrahl mit der Querschnittsfläche von 1 cm ² und einer Reichweite von 32 mg/cm ² dringt bspw. so weit bzw. tief in einen Stoff ein, bis dass er eine Masse von 32 mg durchstrahlt hat.

[0014] Für Magnetfelder zwischen einigen hundert Gauß bis zu etwa einem Tesla lassen sich Fokusabstände zwischen etwa einem Zentimeter und einigen hundert Zentimetern er- zeugen, wenn die Elektronenenergie dabei zwischen 100 und

300 kV liegt. [0015] Durch die axial aufeinanderfolgende Anordnung des mindestens einen Elektronenstrahlerzeugers, der mindestens einen Fokussiereinrichtung und des entsprechenden Behälters wird des weiteren vermieden, den Elektronenstrahl - erzeuger in die Flasche eintauchen zu müssen.

[0016] Es kann vorgesehen sein, dass die Fokussiereinrichtung ein Permanentmagnet ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Fokussiereinrichtung ein fremdinitiierter Elektromagnet ist. Dabei kann die Spannung des fremdinitiierten Elektromagneten variierbar sein, um unterschiedliche Zonen einer Innenseite des Behälters mit dem Elektronenstrahlbündel zu bestrahlen. Es kann also bspw. vorgesehen sein, die Einstellungen des Elektronenstrahler- zeugers unverändert zu lassen und lediglich durch Variation der Spannung des als Fokussiereinrichtung dienenden Elektromagneten den Ort des Fokus und damit den Verlauf des Elektronenstrahlbündels zu variieren.

[0017] Ist als Fokussiereinrichtung ein Permanentmagnet vorgesehen, kann dieser scheibenförmig ausgestaltet sein und ein Loch mit geeignetem Durchmesser aufweisen, wobei die Magnetisierung derart ausgestaltet ist, dass in dem Loch ein axiales Magnetfeld erzeugt wird. Zum Schutz kann der Permanentmagnet an seinen Außenflächen mit einer Metallisierung versehen sein.

[0018] Wenn als Fokussiereinrichtung ein fremdinitiierter Elektromagnet vorgesehen ist, kann dieser als SoIe- noid, d.h. als Zylinderspule, ausgestaltet sein. Das SoIe- noid kann mit einer Flussrückführung, die die Oberfläche des Solenoids mindestens teilweise bedeckt, versehen sein. [0019] Selbstverständlich kann ergänzend oder alternativ auch vorgesehen sein, dass sich der Behälter bzw. die Flasche "auf und ab" bewegt, d.h. parallel zu einer Längsachse des Elektronenstrahlerzeugers und einer Längsachse der Fokussiereinrichtung. Dabei kann der Fokus der Elektronenstrahlen ortsfest verbleiben, und der Behälter bzw. die Flasche wird relativ zu dem Fokus bewegt.

[0020] Selbstverständlich können die drei voranstehend beschriebenen Maßnahmen zur Variation der relativen Positi- on des Elektronenstrahl fokus und des Behälters zueinander sowohl alternativ als auch kumulativ vorgesehen sein.

[0021] Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Fördereinrichtung zum Fördern des Behälters umfasst . Diese Fördereinrichtung kann ein umlaufendes Karussell sein.

[0022] Die relative Bewegung von dem mindestens einen Elektronenstrahlerzeuger, der mindestens einen Fokussiereinrichtung und des Behälters zueinander kann dabei unterschiedlich ausgelegt sein.

[0023] So kann bspw. vorgesehen sein, dass jeder Flasche auf dem umlaufenden Karussell eine Fokussiereinrichtung und ein Elektronenstrahlerzeuger zugeordnet ist, die die Flasche sterilisieren, während sie sich auf dem entsprechenden Karussell befindet. Jeder möglichen Flaschenpo- sition auf dem Karussell wird entsprechend ein Elektronenstrahlerzeuger und eine Fokussiereinrichtung zugeordnet. Ein Vorteil ergibt sich hierbei insbesondere dadurch, dass eine Sterilisation des Behälters bzw. der Flasche während seiner gesamten Verweildauer auf dem Karussell möglich ist. [0024] Es kann aber auch vorgesehen sein, dass nur ein ortsfester Elektronenstrahlerzeuger vorgesehen ist, und sich die Behälter bzw. Flaschen mit jeweils einer ihnen zugeordneten Fokussiereinrichtung unter dem Elektronenstrahl - erzeuger hindurchbewegen. An einer entsprechenden Stelle wird dann ein Elektronenstrahlimpuls in die Flaschen gestrahlt . Bei dieser Anordnung ist entsprechend nur ein Elektronenstrahlerzeuger vorzusehen, wobei jedoch die Dauer der Sterilisation von der Verweildauer des Behälters bzw. der Flasche unter dem einen Elektronenstrahlerzeuger abhängt .

[0025] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

[0026] Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlas- sen.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ausführungsform.

Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in ei- ner weiteren Ausführungsform.

Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in der weiteren Ausführungsform, wobei der Fokus des Elektronen- Strahlbündels gegenüber der Darstellung in Figur 2 verschoben ist.

Ausführliche Beschreibung

[0027] Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Sterilisieren eines Behälters 30, der in der dargestellten Ausführungsform eine Flasche ist.

[0028] Die Flasche 30 wird von einer Fördervorrichtung 40, die als umlaufendes Karussell ausgebildet ist, unter eine Elektronenröhre 10 bewegt.

[0029] Eine Fokussiereinrichtung 20 ist dabei der Flasche 30 fest zugeordnet, wobei die Flasche mittels eines Arms 42 axial fluchtend zu einer Öffnung 22 im Zentrum der Fokussiereinrichtung 20 auf der der Elektronenröhre 10 abgewandten Seite der Fokussiereinrichtung 20 angeordnet ist.

[0030] Ein von der Elektronenröhre 10 erzeugtes Elekt- ronenstrahlbündel 12 trifft daher zunächst auf die Fokussiereinrichtung 20, die in der dargestellten Ausführungsform bspw. ein Permanentmagnet ist. Die Position des Arms 42 und damit der Flasche 30 relativ zu den Permanentmagne- ten 20 und die Stärke des Permanentmagneten ist dabei so ausgewählt, dass der Fokus in einem Hals 32 der Flasche 30 liegt. Auf diese Weise treten sämtliche, durch die Öffnung 22 des Permanentmagneten 20 tretenden Elektronenstrahlen in die Flasche 30 ein. Des weiteren fächert sich das Elektro- nenstrahlbündel 12 jenseits des Fokus wieder auf, so dass die gesamte Innenseite 34 der Flasche 30 mit Elektronen bestrahlt wird. [0031] Bei anderen Flaschenformen und -längen kann der Arm 42 relativ zu der Fokussiereinrichtung 20 axial verschoben werden, so dass eine Anpassung an individuelle Flaschengrößen und Formen vorgenommen werden kann.

[0032] Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform, der Arm 42 ist jedoch nicht relativ zu der Fokussiereinrichtung 20 axial verschiebbar, so dass keine Anpassung an verschiedene Flaschengrößen und -formen durch ein Verschieben des Arms 42 vorgenommen werden kann.

[0033] Somit kann es vorkommen, dass der Fokus nicht mehr im Hals 32 der Flasche 30 liegt, sondern wesentlich davor, so dass einige Elektronen nicht in den Innenraum der Flasche 30 eintreten.

[0034] Entsprechend ist vorgesehen, dass eine Spannung, eine Elektronenenergie oder ein Magnetfeld der Elektronenröhre 10 variierbar ist und/oder dass als Fokussiereinrichtung 20 kein Permanentmagnet, sondern eine Zylinderspule vorgesehen ist, deren Spannung variierbar ist. Auf diese Weise lässt sich der Fokus des Elektronenstrahlbün- dels 12 verändern und so einstellen, dass er im Hals 32 der Flasche 30 liegt, wie in Figur 3 dargestellt ist.

[0035] In der voranstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Elektronenröhre 10 ortsfest angeordnet. Selbstverständlich kann alternativ auch vorgesehen sein, dass jeder Fokussiereinrichtung 20 eine Elektronenröhre 10 zugeordnet ist, und diese gemeinsam mit einer entsprechenden Flasche 30 auf dem Karussell umlaufen.