Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen und Sterilisieren von Gegenständen, insbesondere von entleerten Flaschen der Getränkeindustrie.

Die automatische Reinigung von Gefäßen erfolgt üblicherweise dadurch, daß die Gefäße mittels einer Fördereinrichtung durch verschiedene Bäder hindurchgeführt werden. Die Bäder enthalten entweder Lauge oder Säure, die als Reinigungsmedien wirken. Außerdem können mechanische Parameter wie bspw. das Ausspritzen oder das Behandeln der Gefäße mittels Bürsten die Reinigungswirkung erhöhen. Insbesondere zur Reinigung von Flaschen werden hierzu Düsen eingesetzt. Durch einen Hochdruckstrahl wird die innere und die äußere Oberfläche der Flasche abgespritzt. Durch eine Bewegung der Düsen oder ein Intervallspritzen kann die Reinigungwirkung noch erhöht werden.

Generell kann festgestellt werden, daß für die Reinigungswirkung drei Parameter verantwortlich sind. Dies sind die Temperatur des Reingungsbades, die chemische Zusammensetzung des Reinigungsmittels und die mechanische Behandlung der zu reinigenden Gefäße.

Eine erhöhte Temperatur steigert bekanntlich die Reinigungwirkung, hat aber den Nachteil, daß die zu reinigenden Gefäße auf die hohe Temperatur aufgeheizt und wieder abgekühlt werden müssen. Dazu ist ein hoher Energieaufwand erforderlich, der beachtliche Kosten verursacht. Außerdem können durch die Temperaturänderungen die zu reinigenden Gefäße beschädigt werden. Dies gilt

insbesondere für Kunststoffgefäße und hier vor allem für die häufig eingesetzten PTFE-Flaschen, die sich bei zu hohen Temperaturen (ab 57° C) verformen.

Die chemische Zusammensetzung des Reinigungsmittels erlaubt es, auch bei niedrigeren Temperaturen eine gute Reinigungswirkung zu erzielen. Problematisch ist jedoch, daß die in die Reinigungsbäder eingebrachten Chemikalien sehr stark abwasserbelastend sind und somit hohe Abwasserkosten verursachen.

Die mechanische Behandlung der Gefäße brachte früher den Hauptreinigungseffekt, trat aber bei immer stärkerer Automatisierung der Reinigungsmaschinen immer weiter in den Hintergrund. Dies liegt daran, daß bspw. das Bürsten von Flaschen nur mittels einer aufwendigen Mechanik erzielt werden kann und die eingesetzten Bürsten leicht verschleißen.

Da insbesondere in der Getränkeindustrie hohe Anforderungen an die Keimfreiheit der Gefäße gestellt werden, müssen die Gefäße nach der Reinigung sterilisiert werden. Üblicherweise wird mit hohen Temperaturen sterilisiert. Dies ist aber sehr kostenintensiv und vor allem bei Kunststoffflaschen nicht möglich, da die Flaschen dabei zerstört würden. Es ist bekannt, Kunststoffflaschen mittels Schwefeldioxid oder Ozon zu sterilisieren. Dazu werden die zu sterilisierenden Flaschen in einem mit schwefliger Säure oder Ozon angereicherten Tauchbad untergetaucht und nach Ablauf der erforderlichen Sterilisierungszeit über Kopf stehend entleert, mit Frischwasser ausgespritzt und nach genügend langer Austropfzeit wieder aufgestellt und der Füllvorrichtung zugeführt. Die

Verwendung von Schwefeldioxid oder Ozon zum Sterilisieren hat jedoch erhebliche Nachteile. So ist es einerseits nicht ohneweiteres möglich, die verbrauchten Schwefel- oder Ozonbäder üblichen Abwasserreinigungsanlagen zuzuführen und andererseits müssen die entstehenden Abgase bei der Reinigung mit einem erheblichen technischen Aufwand behandelt werden, um ein Eintreten von Schwefelgasen oder Ozon in die Atmosphäre zu vermeiden bzw. äußerst gering zu halten.

Insbesondere zur Reinigung von PTFE-Flaschen sind daher die bekannten Reinigungs-und Sterilisierungsvorrichtungen nicht geeignet. Da Kunststofflaschen nicht die Oberflächenebenheit von Glasflaschen besitzen und nur mit erheblich geringeren Temperaturen behandelt werden können, ist vor allem eine keimfreie Sterilisation mit den bekannten Verfahren kaum zu erreichen.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik und den damit verbundenen Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen und Sterilisieren von Gegenständen insbesondere von entleerten Flaschen der Getränkeindustrie vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, die zu behandelnden Gegenständen gefahrlos, kostengünstig und umweltfreundlich zu reinigen und zu sterilisieren.

Die Aufgabe wird erfϊndungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gegenstände zuerst ein mit Ultraschall beschalltes Reinigungsbad durchlaufen, das ein Reinigungsmittel enthält, und anschließend ein Spülbad durchlaufen, in dem die Gegenstände mit Ultraschall sterilisiert werden und das ein Indikatormittel

enthält, das wenn es abgebaut wird, das Redoxpotential im Spülbad ändert und somit meßbar eine Verunreinigung im Spülbad anzeigt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Wirkung der Ultraschall¬ beschallung einerseits dazu genutzt, mechanisch an den Gegenständen eine Reinigungswirkung hervorzurufen, indem Schmutzpartikel von der Oberfläche der Gegenstände durch Kavitationswirkung weggesprengt werden und andererseits wird die Ultraschallbeschallung dazu benutzt, eine Sterilisationswirkung an der Oberfläche der Gegenstände hervorzurufen, in dem der spezielle physikalische Prozeß der Kavitation dazu benutzt wird, Mikororganismen und Sporen an der Gegenstandsoberfläche und im Bad zu zerstören. Das Hervorrufen einer Reinigungswirkung mittels Ultraschall wird bei dem vorliegenden Verfahren durch den Einsatz vorzugsweise biologisch abbaubarer Reinigungsmittel intensiviert, so daß bei einer Temperatur von nur etwa 30° C die Oberfläche der Gegenstände porentief gereinigt werden kann. Dabei werden Verkrustungen, Restfüllungen in Gefäßen und sonstiger Schmutz sowohl innen als auch außen von den Gegenständen entfernt. Der Einsatz eines biologisch abbaubaren Reinigers, welcher nach ca. 12 bis 15 Tagen zu 96% abgebaut ist, ermöglicht es, alle auf den Umweltschutz bezogenen Sicherheitsabwasservorschriften einzuhalten.

Das sich an das Reinigungsbad anschließende Spülbad dient der Sterilisation der Gegenstände, insbesondere von Gefäßen, indem die gereinigten Gefäße noch einmal mit Ultraschall beschallt werden. Die Ultraschallenergie wird erfinderischerweise dazu benutzt, das Bad incl. aller eingetauchten Gegenstände zu entkeimen. Daher wird mittels Ultraschall soviel Energie in das Spülbad

eingebracht, daß während der Zugphase der Kavitation die Flüssigkeit an Instabilitätsstellen auseinander reißt. Dabei entstehen winzige Hohlraumbläschen, die im Inneren ein Gas mit sehr starkem Unterdruck enthalten. In der folgenden Druckphase brechen die Bläschen mit großer Geschwindigkeit in sich zusammen, wobei in der näheren Umgebung dieser sehr kleinen Bläschen Energie als Unterdruck der Größenordnung bis zu 1000 bar frei wird. Gerade an den Grenzflächen von Flüssigkeiten zu Festkörpern bilden sich vorzugsweise Instabilitätsstellen. Daher entsteht die Kavitation im vorliegenden Fall vor allem an den Stellen, an denen Mikororganismen der verschiedensten Art, wie Bakterien, Hefepilze und auch anderen Sporen an der Behälterwandung haften. Diese Mikororganismen werden durch die Entstehung der Kavitationsblase an ihrer Oberfläche durch die hohe frei werdende Energie zersprengt und somit abgetötet. Eine gute keimtötende Wirkung wird durch Ultraschall im Bereich von 20-40 kHz erreicht. Weiterhin tritt bei der Implosion eine lokale Wärmeentwicklung auf. Diese lokalen Erhitzungspunkte weisen bei einer Lebensdauer von nur einigen Mikrosekunden Temperaturen von bis zu 5000 K auf und zerstören durch Wärmeeinwirkung die Organismen.

Besonders vorteilhaft ist auch, daß die Kavitationserscheinungen bevorzugt auch im innersten feinster Risse, Poren, Kapillaren oder ähnlichem stattfinden und somit im Gegensatz zu anderen Verfahren gerade in diesen Bereichen eine besonders intensive Entkeimung stattfindet.

Um die Sterilisationswirkung zu überprüfen, wird dem Spülbad ein Indikatormittel zugesetzt. Dieses Indikatormittel ist so gewählt, daß durch seinen

Abbau sich das Redoxpotential im Spülbad verändert. Über eine Messung des Redoxpotentials läßt sich eine mögliche Keimbelastung im Spülbad sofort feststellen und kann dem Bedienungspersonal durch geeignete Einrichtungen, wie etwa Summer oder Blinklampen angezeigt werden.

Als Indikatormittel eignet sich besonders Wasserstoffperoxid oder Ozon. Beide Mittel reagieren mit noch vorhandenen Keimen und reduzieren dabei das Redoxpotential im Spülbad. Während Ozon den Nachteil hat, daß in der Abluft überschüssiges Ozon als giftiger Bestandteil enthalten ist, erlaubt auch die Zudosierung von Wasserstoffperoxid als Indikatormittel eine Messung des Redoxpotentials. Wasserstoffperoxid hat jedoch den Vorteil, daß bei seinem Abbau zu Wasser nur Sauerstoff entsteht, der problemlos an die Umgebung abgegeben werden kann.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn bei Unterschreitung eines bestimmten Konzentrationsgrenzwertes des Indikatormittels im Spülbad der Durchlauf der Gefäße gestoppt wird und die Gefäße bei gleichzeitiger Zuführung des Indikatormittels so lange beschallt werden, bis der Grenzwert nicht mehr unterschritten wird. Eine derartige Sicherungseinrichtung kann mittels einer einfachen Regelung voll automatisiert werden und hat den Vorteil, daß immer sichergestellt ist, daß nur vollständig sterilisierte Gefäße das Spülbad verlassen.

Wenn die freiwerdenden Verunreinigungen entgegen der Bewegungsrichtung der Gefäße im Tauchbad abgesaugt werden, ist sichergestellt, daß im Spülbäd eine Strömung entsteht, die im Bereich der gereinigten Gefäße weniger stark mit Verunreinigungen belastet ist, als im Bereich der noch zu reinigenden Gefäße.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens vorzuschlagen, mit der das vorgeschlagene Verfahren auf einfache Weise durchzuführen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Reinigungsbad und ein Spülbad mit einer außerhalb der Bäder angeordneten Be-und Entladeeinrichtung verbunden sind.

Eine derartige Vorrichtung unterscheidet sich von den bekannten Vorrichtungen zur Reinigung von Gefäßen dadurch, daß die Gefäße nicht, wie bisher üblich, in einem Behälterträger mittels Kettenförderern nacheinander durch die einzelnen Bäder gezogen werden, sondern nach dem Durchlaufen des Reinigungsbades aus den zum Reinigungsbad gehörigen Behälterträgern entnommen werden, zum Spülbad geführt werden und dort in die zum Spülbad gehörigen Behälterträger eingesetzt werden. Während die herkömmlichen Kettensysteme sowohl Wärmeenergie als auch Reinigungsmittel von einem Bad in das nächste Bad verschleppt haben, eignet sich die außerhalb der Bäder angeordnete Be- und Entladeeinrichtung dazu, ohne selbst mit den Bädern in Berührung zu kommen, den Transport der Gefäße von einem Bad in das nächste Bad vorzunehmen.

Vorzugsweise durchlaufen die Gefäße in je einem Zellenrad das Reinigungs- und das Spülbad. Die Zellenräder bieten eine einfache Möglichkeit, die Gefäße durch das Bad hindurchzufuhren und anschließend im oberen Bereich des Zellenrades die Gefäße austropfenzu lassen, damit kein Reinigungsmittel von einem Bad in das nächste Bad verschleppt wird. Außerdem können im oberen Bereich des Zellenrades leicht Düsen zum Ausspritzen der Gefäße angeordnet werden.

Um die Gefäße vor der Reinigung und nach der Sterilisation von Resten zu entleeren und vollständig austropfen zu lassen, wird vor dem Reinigungsbad und nach dem Spülbad je ein weiteres Zellenrad vorgeschlagen. Dieses Zellenrad dient einerseits zum Entleeren der Gefäße und andererseits kann es als Wendeeinrichtung eingesetzt werden, um die Gefäße aus der senkrechten Position in die waagerechte Position zu überfuhren, in der sie dem Reinigungsbad zugeführt werden und nach der Sterilisation aus der waagerechten Position wieder eine senkrechte Position zurückzuführen, in der sie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verlassen.

Der kompakte, modulartige Aufbau der Anlage ermöglicht es, die Anlage durch weitere Zellenräder und/oder weitere Bäder zu erweitern, um die Anlage an spezielle Reinigungserfordernisse anzupassen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Reinigungsanlagen tritt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kaum ein Wasserverlust ein. Lediglich die Verdunstung und eine geringe Wasserverschleppung durch die Gefäße erfordert, daß in gewissen Abständen Frischwasser nachgeführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 eine Ansicht einer Flaschenreinigungsanlage in der

Draufsicht

Figur 2 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße

Flaschenreinigungsanlage in Figur 1 längs der Linie II-II und

Figur 3 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße

Flaschenreinigungsanlage in Figur 1 längs der Linie III-III.

Die Vorrichtung 1 zum Reinigen und Sterilisieren von Flaschen besteht im wesentlichen aus vier hintereinander angeordneten Trommeln 2,3,4,5, einer Be- und Entladeeinrichtung 6, einer Flaschenzuführeinrichtung 7 und einer Flaschenabführeinrichtung 8. Die Flaschenzuführeinrichtung 7 ist ein Kettenförderer, der die Flaschen 9 in einer Linie aufgereiht zur ersten Trommel 2 fördert. Kurz vor der Trommel 2 ist ein Abstandsrad 10 vorgesehen, das dafür sorgt, daß die Flaschen 9 beabstandet zueinander in die Trommel 1 hineinfahren. Die Trommel 2 weist ein Zellenrad 11 auf, das jeweils nacheinander zehn Flaschen 9 aufnehmen kann und auf einer Kreisbogenbahn um die Achse 12 der Trommel 2 herumführt. Die Flaschenbatterie 13, die aus den zehn Flaschen 9 besteht, wird dabei so umgedreht, daß die Flaschen 9 über eine waagerechte Position ein eine senkrechte Position überfuhrt werden, in der die Mündungen der Flaschen nach unten weisen, um dann auf der Kreisbahn weiterbewegend wieder in eine waagerechte Position zu kommen.

Wenn die Flaschenbatterie 13 in ihrer waagerechten Position angekommen ist, greift die Be- und Entladeeinrichtung 6 an der Flaschenbatterie 13 an. Die Be- und Entladeeinrichtung 6 schiebt taktweise jeweils eine Flaschenbatterie 13 von zehn Flaschen 9 aus der Trommel 2 heraus und in die Trommel 3 hinein.

Die Trommel 3 weist ein weiteres Zellenrad 14 auf, in dem die Flaschenbatterie 13 in Umfangsrichtung nach unten in ein Reinigungsbad 17 läuft, mit dem die Trommel 3 etwa bis zu ihrer halben Höhe angefüllt ist. Nach dem Durchlaufen des Reinigungsbades 17 in der Trommel 3 wird die Flaschenbatterie 13 über Kopf gedreht so daß Reinigungsbadreste auslaufen können, und weiter zur Be- und Entladeeinrichtung 6 geführt.

Die Be- und Entladeeinrichtung 6 führt die Flaschenbatterie 13 zuerst in einen Zwischenraum zwischen den Trommeln 3 und 4 und dann weiter in das Zellenrad 15 der Trommel 4, die ein Spülbad enthält. Dieses Spülbad durchläuft die Flaschenbatterie 13 ebenso wie kurz zuvor das Reinigungsbad, um danach mit der Be- und Entladeeinrichtung 6 in das Zellenrad 16 der Trommel 5 weitergeschoben zu werden.

Im Zellenrad 16 der Trommel 5 durchläuft die Flaschenbatterie 13 nur noch einen Viertelkreis, um am Boden der Trommel 5 durch die Flaschenabführeinrichtung 8 aus der Trommel 5 herausgeführt zu werden. Die Flaschenabführeinrichtung 8 ist ebenso wie die Flaschenzuführeinrichtung 7 ein Kettenförderer, auf dem die Flaschen 9 stehend hintereinander angeordnet weggeführt werden.

Die Figur 2 zeigt im Querschnitt die Trommel 3 mit dem Zellenrad 14. Das Zellenrad 14 ist in Umfangsrichtung mit eng aneinanderliegenden Flaschenbatterien 13 gefüllt, von denen nur wenige zur Erläuterung in der Figur 2 dargestellt sind. Jede Flaschenbatterie 13 gelangt über die Be- und Entladeeinrichtung 6 in das Zellenrad 14. Innerhalb des Zellenrades 14 wird die Flaschenbatterie 13 zuerst in das Reinigungsbad 17 geführt, das ein biologisch abbaubares Reinigungsmittel enthält. Am unteren Umfang der Trommel 3 sind mehrere Ultraschallschwinger 18 angeordnet, die die Ultraschallschwingungen in das Reinigungsbad 17 übertragen, um die Reinigungs Wirkung des Reinigungsbades zu unterstützen. Eine Steuereinrichtung 19 sorgt für die Stromversorgung der Ultraschallschwinger 18. Während die Flaschen 9 das Reinigungsbad 17 durchlaufen, reinigt das biologisch abbaubare Reinigungsmittel in Kombination mit den Ultraschallschwingungen die Flaschen vollständig. Nach Austritt aus dem Reinigungsbad 17 durchlaufen die Flaschen eine Sprühvorrichtung 20, die gezielt frisches membranfiltriertes Wasser mit zugesetztem Reinigungsmittel in die Flaschen 9 hinein und an die Wände der Flaschen 9 spritzt.

Das Spritzwasser der Spritzeinrichtung 20 stammt aus dem Reinigungsbad 17 und wird diesem seitlich und unten an den Stellen 21.1 und 21.2 entnommen. Danach durchströmt es einen Vorfilter 22 und wird mittels einer Umwälzpumpe 23 in einen Arbeitsbehälter 24 gefördert, von dem es über eine Druckpumpe 25 in ein Membranmodulsystem 26 gefördert wird. Das Membranmodulsystem 26 besteht aus einer Umwälzleitung 27 mit einer Umwälzpumpe 28, über die das Reinigungsmittel durch ein Membranmodul 29 geleitet wird. Danach gelangt das filtrierte Reinigungsmittel über eine Leitung 30 zur Spritzvorrichtung 20. Ein

Druckluftanschluß 31 ermöglicht eine in Intervallen durchzuführende Spülung der Filtermembran.

Da durch feuchte Flaschen und Verdunstung kontinuierlich Reinigungsmittel aus der Trommel 3 weggeführt wird, muß über einen Frischwasserzufluß 32 und eine Dosieranlage 33 das verlorengegangene Reinigungsmittel dem Reinigungsbad entsprechend dem Wasserverlust zugeführt werden.

Am oberen Ende der Trommel 3 ist eine Absaugvorrichtung 34 vorgesehen, die den im Reinigungsbad entstehenden Dampf absaugt und einem Kondensator 35 zuführt. Über den Kondensator 35 gelangt trockene Luft ins Freie und das im Kondensator entstehende Kondensat wird über eine Leitung 36 in die Trommel 3 zurückgeführt.

Die Figur 3 zeigt die Trommel 4 mit dem Spülbad 37, die im wesentlichen genauso aufgebaut ist, wie die Trommel 3 mit dem Reinigungsbad 17. In die Trommel 4 gelangen die von der Trommel 3 kommenden Flaschen 9 über die Be- und Entladeeinrichtung 6 und werden dort mittels des Zellenrades 15 in das Spülbad 37 eingetaucht, das mit Ultraschallschwingern 38 in Schwingung versetzt wird. Über eine Leitung 39 sind die Ultraschallschwinger mit der Steuereinrichtung 19 verbunden. Auch das Spülbad 37 hat eine Spritzeinrichtung 40, einen Frischwasserzufluß 41 und eine Absaugvorrichtung 42.

Das Spülbad enthält ein Indikatoπnittel, das abgebaut wird, wenn die Flaschen nicht ausreichend entkeimt sind. Bei diesem Abbau verändert sich das Redoxpotential im Spülbad, was durch eine Redox essung in der

Spülbadflüssigkeit leicht festgestellt werden kann. Als Indikatormittel eignet sich Wasserstoffperoxid (H ₂ 0 ₂ ), das bei Verunreinigungen im Spülbad zu Wasser und Sauerstoff umgesetzt wird, oder Ozon, das zu natürlichem Sauerstoff zerfällt.

Wenn als Indikator ittel Ozon verwendet wird, muß nach der Absaugeinrichtung 42 ein Ozonvernichter 43 vorgesehen werden, da Ozon als Giftgas nicht in die Atmosphäre gelangen sollte.

Die Ozonmessung wird in einem Wasserkreislauf 44 vorgenommen, der vom untersten Ende der Trommel 4 zur Spritzeinrichtung 40 führt. In diesem Kreislauf 44 ist ein Filter 45, die Redoxmeßeinrichtung 46, eine Umwälzpumpe 47 und ein Reaktorgefäß 48 vorgesehen. Die Redoxmeßeinrichtung 46 meldet das Redoxpotential einer Regelungseinrichtung 49, die dafür sorgt, daß je nach Redoxpotential die Spülflüssigkeit nachgeschärft wird. Außerdem kann die Regelungseinrichtung 49 den Antrieb des Zellenrades 15 stoppen, wenn das Redoxpotential einen unteren Grenzwert unterschreitet. Je nach Ausgestaltung der Regelungseinrichtung 49 kann sogar vorgesehen werden, daß das Zellenrad 15 sich rückwärts bewegt, um Flaschen 9, die mit belasteter Spülflüssigkeit behandelt worden sind, noch einmal im Spülbad zu spülen oder erneut auszuspritzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Sterilisation von beliebigen Gegenständen. Beispielsweise sei auch die Sterilisation von Operationsbesteck erwähnt. Außerdem eignet es sich für Flüssigkeiten, wie z.B. Fruchtsaft oder sonstigen Substanzen, wie Marmelade oder Klärschlamm.

Das Verfahren kann einstufig als reines Sterilisationsverfahren verwendet werden oder in Kombination mit einem beliebigen Reinigungsverfahren. Vorteilhaft ist, daß die Sterilisationswirkung nicht nur die in der Flüssigkeit befindlichen Gegenstände, sondern auch die Flüssigkeit selbst erfaßt.