Verfahren sowie Vorrichtung zum Sterilisieren von Flaschen oder dergleichen Behälter

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruchi sowie auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 20.

Die Sterilisation von Flaschen oder dergleichen Behälter durch die Behandlung mit einem erhitzten Sterilisationsmedium in Form eines Wasserstoffperoxyd enthaltenden Mediums (z. B. Aerosol), und durch anschließende Behandlung mit Heißluft ist bekannt. Die beiden Behandlungsschritte werden jeweils auf einer Behandlungsstrecke konstanter Länge durchgeführt, und zwar an Behandlungsstationen, die am Umfang eines um eine vertikale Achse umlaufend angetriebenen Rotors gebildet sind. Die sterilisierten Behälter werden dann in der Regel an eine Füllmaschine zum sterilen bzw. aseptischen Abfüllen eines flüssigen Füllgutes weitergeleitet.

Zur überprüfung einer erfolgreichen Durchführung der Behandlungsschritte mit dem erhitzten Sterilisationsmedium und mit Heißluft wird am Ende jeder Behandlungsstrecke die Temperatur der Behälter beispielsweise mittels eines berührungslosen Temperatursensors ermittelt. Weicht die Behältertemperatur übermäßig stark von einem Temperatursollwert ab, so erfolgt ein Ausschleusen des jeweiligen Behälters und/oder das Absetzen eines Alarms und/oder das Abschalten der Sterilisationsanlage und des anschließenden Füllers.

Der Temperaturüberwachung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass nur eine ausreichend lange und damit erfolgreiche Behandlung der Behälter mit dem erhitzten Behandlungsmedium zu einer bestimmten Behältertemperatur führt. Nachteilig hierbei ist aber, dass die Behandlungswirkung und damit auch die Temperatur der Behälter von verschiedenen Parametern bzw. Einflussgrößen abhängig sind, so u.a. von der Art und Größe der Behälter, von der Maschinenleistung, d.h. von der Anzahl der behandelten Behälter je Zeiteinheit, sowie auch von dem Abkühlprozess, den die Behälter während der Behandlung unterliegen und der seinerseits wiederum von verschiedenen, auch zufälligen Einflussgrößen abhängig ist, nämlich u.a. von der Umgebungstemperatur, Luftströmung, Luftfeuchte usw. Aus diesen Gründen ist es bei bekannten Anlagen notwendig, den Toleranzbereich für Abweichungen der jeweils am Ende einer Behandlungsstrecke gemessenen Behältertemperatur von dem Temperatursollwert relativ breit zu wählen, beispielsweise in der Größenordnung von +/- 20 ⁰ C.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit weichern eine verbesserte überprüfung der Behandlung von Flaschen oder dergleichen Behältern mit einem Behandlungsmedium erreichbar ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 20.

Bei einer generellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in völliger Abkehr von den bisherigen Vorstellungen die jeweilige Schaltposition, an

BESTäTIGUNGSKOPC

der die Behandlung eingeleitet wird, in Abhängigkeit von der am Ende der Behandlungsstrecke oder unmittelbar nach der Behandlungsstrecke gemessenen Temperatur der Behälter im Sinne einer Verlängerung und/oder Verkürzung der Behandlungsstrecke variiert, und zwar bevorzugt unter Berücksichtigung einer Solltemperatur, die beispielsweise für unterschiedliche Behälterarten und/oder — großen in einem Speicher einer elektronischen Mess- und Steuereinrichtung abgelegt ist. Dies ist auf besonders einfache Weise durch entsprechende Ansteuerung der Behandlungsstationen an dem jeweiligen Transportelement oder Transporteur möglich.

Bei einer weiteren generellen Ausführungsform der Erfindung erfolgt ebenfalls in Abhängigkeit von der am Ende der Behandlungsstrecke bzw. unmittelbar nach der Behandlungsstrecke gemessenen Temperatur der Behälter eine Verlagerung der Endposition, an der die jeweilige Behandlung beendet wird, und zwar wiederum im Sinne einer Vergrößerung oder Verkleinerung der Behandlungsstrecken und vorzugsweise unter Berücksichtigung einer Solltemperatur.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die änderung der Behandlungsstrecke gesteuert durch Betriebsparameter, wie Anzahl der je Zeiteinheit behandelten Behälter, Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit usw. zu steuern bzw. zu regeln und dann am Ende jeder Behandlungsstrecke allein für überwachungszwecke die Behältertemperatur zu ermitteln.

Weiterhin ist es auch möglich, die Endposition, an der die Behandlung beendet wird bestimmten Betriebsparametern entsprechend, beispielsweise entsprechend der Behälterart und/oder -große einzustellen, wobei dann die Schaltposition temperaturgesteuert, d.h. durch Messung der Temperatur der Behälter und vorzugsweise durch Vergleich mit einer Solltemperatur im Sinne einer Verlängerung oder Verkürzung der Behandlungsstrecke variiert wird, sodass die gemessene Temperatur der Behälter (Istwert) möglichst exakt der Solltemperatur (Sollwert) entspricht.

Die verschiedenen Methoden der Steuerung und/oder überwachung der Behandlung können auch kombiniert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Behandlung der Behälter unabhängig von äußeren Einflussgrößen, insbesondere unabhängig von der Maschinenleistung (Anzahl der behandelten Behälter je Zeiteinheit) sowie auch unabhängig von einem durch Umwelteinflüsse bestimmten Abkühlprozess Behälter ist, und dass eine Einflussnahme externer Faktoren, insbesondere auch von sich zufällig ergebenden, nicht steuerbaren Faktoren auf die Behandlung und/oder deren ü- berwachung, wie beispielsweise Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftströmungen usw. weitestgehend ausgeschlossen ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in sehr vereinfachter Darstellung und in Draufsicht eine Anlage zum Sterilisieren von Flaschen oder dergleichen Behälter, insbesondere für ein kaltasepti-

sches Abfüllen eines flüssigen Füllgutes, beispielsweise von Fruchtsäften oder Milchprodukten, bestehend aus einem Sterilisator sowie aus zwei an den Sterilisator anschließenden Aktivatoren;

Fig. 2 in vereinfachter Darstellung einen der Behandlungsköpfe des Sterilisators bzw. der Aktivatoren.

Die in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Anlage dient zum Sterilisieren von Flaschen 2 durch Einbringen eines erhitzten Sterilisationsmediums in Form eines erhitzten Aerosols bestehend aus Luft und Wasserstoffperoxyd (H ₂ O ₂ ) in die Flaschen sowie durch anschließendes Behandeln mit Heißluft zum Aktivieren des Wasserstoffperoxyds sowie zum Ausblasen des Sterilisationsmediums. Hierfür um- fasst die Anlage einen in der Figur 1 allgemein mit 3 bezeichneten Sterilisator, in dem das Beaufschlagen der Flaschen 2 mit dem Sterilisationsmedium erfolgt, sowie zwei in der Figur 1 mit 4 bzw. 5 bezeichneten Aktivatoren, in denen das Behandeln der Flaschen 2 mit Heißluft zum Aktivieren sowie zum Ausblasen bzw. entfernen des Sterilisationsmediums erfolgt.

Der Sterilisator 3, dem die Flaschen 2 aufrecht stehend, d.h. mit ihrer Flaschenachse in vertikaler Richtung orientiert über einen Transporteur 6 und einen den Flascheneinlauf bildenden Transportstern 7 zugeführt werden, besteht im Wesentlichen aus einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor 8, der an seinem Umfang eine Vielzahl von Behandlungsstationen bildet. Die jeweils einzeln nacheinander von dem Einlaufstern 7 an einem Behälterträger 9 weitergeleiteten Flaschen 2 sind an diesen mit einem im Bereich der Flaschenmündung 2.1 versehenen Flansch 2.2 hängend gehalten.

Jeder Behandlungskopf 10 besitzt u.a. ein Behandlungsrohr 11 , welches mit seinem offenen Ende durch die Flaschenmündung 2.1 in die Flasche 2 einführbar ist und aus welchem während der Behandlung das erhitzte Sterilisationsmedium in den Innenraum der betreffenden Flasche 2 eingeleitet wird. Die mit dem Sterilisationsmedium beaufschlagten Flaschen 2 gelangen dann über zwei umlaufend angetriebene Transportsterne 1 1 und 12, von denen der Transportstern 11 den Auslaufstern des Sterilisators 3 und der Transportstern 12 den Einlaufstern des ersten Aktivators 4 bilden, an jeweils eine Behaπdlungsstation dieses Aktivators 4, der wiederum im Wesentlichen von einem um eine vertikale Achse umlaufend antreibbaren Rotor 13 gebildet ist. Die am Umfang dieses Rotors 13 vorgesehenen Behandlungsstationen sind in gleicher Weise wie die vorbeschriebenen Behandlungsstationen des Sterilisators 3 ausgebildet, d.h. auch die Behandlungsstationen des Aktivators 4 bestehen jeweils aus einem Behälter- oder Flaschenträger 9 und einem Behandlungskopf 10, wobei allerdings im Aktivator 4 über das jeweilige Behandlungsrohr 11 Heißluft in die Flasche 2 eingeblasen wird, und zwar in zum Aktivieren des Sterilisationsmediums, d.h. des Wasserstoffperoxyds (H ₂ O ₂ ) sowie auch zum Ausblasen bzw. Trockenblasen der Flaschen 2. Von dem Aktivator 4 bzw. den dortigen, am Rotor 14 gebildeten Behandlungsstationen gelangen die Flaschen 2 dann über Transportsterne 15 und 16, von denen der Transportstern 15 den Auslaufstern des Aktivators 4 und der Transportstern 16 den Einlaufstern des Aktivators 5 bilden, jeweils an eine Behandlungsstation des Aktivators 5. Dieser besteht ebenfalls im Wesentlichen

aus einem um eine vertikale Achse umlaufend antreibbaren Rotor 17, der an seinem Umfang wiederum eine Vielzahl von Behandlungsstationen zur Aufnahme jeweils einer Flasche 2 und zum Einbringen von Heißluft in diese Flaschen 2 aufweist, und zwar ebenfalls zur Aktivierung des Sterilisationsmediums bzw. Aufrechterhaltung dieser Aktivierung und/oder zum endgültigen Ausblasen bzw. Trockenblasen der Flaschen 2. Die behandelten Flaschen 2 gelangen dann über einen Auslaufstern 18 an einen Transporteur 19, über den sie einer Füllmaschine zugeführt werden.

Die Drehrichtung der Rotoren 8, 14, 17 ist in der Figur 1 jeweils mit den Pfeilen A, B und C angegeben.

Die Behandlungsstationen an den Aktivatoren 4 und 5 bzw. an den dortigen Rotoren 14 und 17 sind in der gleichen Weise wie die Behandlungsstationen des Sterilisators 3 am Rotor 8 ausgebildet, d.h. die Behandlungsstationen bestehen jeweils aus einem Behälterträger 9 und aus einem Behandlungskopf 10, allerdings mit dem Unterschied, dass bei den Aktivatoren 4 und 5 über den Behandlungskopf bzw. über das jeweilige Behandlungsrohr 11 Heißluft in die Flaschen 2 eingebracht wird.

Zur überwachung des Sterilisationsprozesses sind Temperatursensoren 20, 21 und 22 vorgesehen, die jeweils die Temperatur der Flaschen 2 berührungslos erfassen, und zwar unter Berücksichtigung der Infrarot-Strahlung, die von der jeweiligen, durch das Behandlungsmedium erhitzten Flasche 2 ausgeht. Von diesen als Pyrometer oder pyrometerartig ausgebildeten Sensoren ist der Sensor 20 am Auslauf des Sterilisators 3, der Sensor 21 am Auslauf des Aktivators 4 und der Sensor 22 am Auslauf des Aktivators 5 vorgesehen, und zwar jeweils mit dem Rotor 8, 14 bzw. 17 nicht mitdrehend an der Bewegungsbahn der Flaschen 2. Die Signale der Sensoren 20 - 22 werden einer zentralen Steuer- und überwachungseinheit 23 zugeführt, die u.a. auch die einzelnen Behandlungsstationen des Sterilisators 3 sowie der Aktivatoren 4 und 5 bzw. die dortigen Behandlungsköpfe 10 steuert. Die von den Sensoren 20 - 22 gemessenen Temperaturen T1 (Sensor 20), T2 (Sensor 21 ) und T3 (Sensor 22) werden in der elektronischen Mess- und Steuereinrichtung mit in einem dortigen Speicher für die jeweilige Flaschenart und/oder Größe abgelegten Soll-Temperaturen verglichen und hieraus Regelsignale zur Ansteuerung der Behandlungsköpfe 10 gebildet. Die Sollwerte für die Temperaturen T1 - T3 betragen beispielsweise:

Ti solN 45 ⁰ C

T2soiι: 55 ⁰ C

T3soiι: 65 ⁰ C

Die an den Sensoren 20 - 22 jeweils gemessene Temperatur ist nicht nur abhängig von dem jeweiligen Energieeintrag, der beim Einbringen des Behandlungsmediums in die Flaschen 2 erfolgt, sondern auch von weiteren Parametern. Diese Parameter sind u.a. Flaschengröße und/oder Flaschenart, vor allem aber die Zeitdauer, während der die jeweilige Flasche 2 mit dem jeweiligen Behandlungsmedium behandelt wird. Auch die Abkühlung der Flasche 2 während der Behandlung, d.h. die von der jeweiligen Flasche 2 während der Behandlung an die Umgebung abgegebene Wärmemenge beeinflusst die an den Sensoren 20 - 22 gemessene Temperatur. Die Abkühlung selbst ist, wie ausgeführt, von verschiedenen Einflussgrößen abhängig.

Um den jeweiligen Temperatur-Sollwert für die Temperaturen T1 - T3 zu erreichen, wird über die elektronische Mess- und Steuereinrichtung 23 die Schaltposition SP, an der die jeweilige Behandlung mit dem Behandlungsmedium eingeleitet wird, entsprechend gesteuert, und zwar derart, dass die Behandlungsstrecke, d.h. der Winkelbereich der Drehbewegung des Rotors 8, 14 bzw. 17 zwischen der Schaltposition SP und der Endposition EP, an der die Behandlung mit dem Behandlungsmedium beendet wird und an der bei der dargestellten Ausführungsform auch der jeweilige Sensor 20, 21 bzw. 22 vorgesehen ist, derart geändert wird, dass die ermittelten Temperaturen T1 - T3 dem jeweiligen Temperatursollwert T1s _o iι, T2 _Sθ ιι bzw. T3s _O ιι möglichst exakt entsprechen. Dies bedeutet im Einzelnen, dass mit steigender Leistung der Anlage 1 die jeweilige Schaltposition SP entgegen der Drehbewegung A, B bzw. C in Richtung Flaschen- bzw. Behältereinlauf 7, 13 bzw. 16 im Sinne einer Vergrößerung der Behandlungsstrecke verlagert wird, wie dies in der Figur 1 mit dem Pfeil SP' angedeutet ist. Umgekehrt erfolgt bei reduzierter Leistung der Anlage 1 eine Verlagerung der Schaltposition SP in Rotordrehrichtung A, B bzw. C im Sinne einer Verkürzung der Behandlungsstrecke, wie dies in der Figur 1 mit dem Pfeil SP" angedeutet ist.

Die Behandlung der Flaschen 2 mit dem jeweiligen Behandlungsmedium wird jeweils an der Endposition EP beendet, d.h. an der Messposition, an der sich auch die Sensoren 20, 21 bzw. 22 befinden, oder aber in Drehrichtung des Rotors 8, 14 bzw. 17 kurz vor Erreichen dieser Messposition.

Bei dieser temperaturgesteuerten Verlängerung oder Verkürzug der Behandlungsstrecke werden zusätzlich zur Leistung der Anlage automatisch auch die anderen vorstehend erwähnten andere Einflussgrößen berücksichtigt. So erfolgt z.B. eine Verlagerung der Schaltposition SP u.a. in Abhängigkeit von der Abkühlung der Flaschen 2 während der Behandlung, von der Umgebungstemperatur, aber auch von der Flaschenart und -große bzw. von der Wärmekapazität der behandelten Flaschen 2, d.h. bei schwer erwärmbaren Flaschen 2, d.h. bei Flaschen 2 mit hoher Wärmekapazität, erfolgt eine Verlagerung der Schaltposition SP im Sinne des Pfeils SP' und bei leichter erwärmbaren Flaschen 2, d.h. bei Flaschen mit geringer Wärmekapazität eine Verlagerung im Sinne des Pfeils SP".

Solche Flaschen 2, bei deren von dem jeweiligen Sensor 20, 21 bzw. 22 ermittelte Temperatur deutlich von der jeweiligen Solltemperatur abweicht, insbesondere deutlich unter der Solltemperatur liegt, werden beispielsweise als unzureichend behandelte bzw. sterilisierte Flaschen an einer geeigneten Position ausgeschleust, und zwar bevorzugt bereits am Sterilisator 3 bzw. am Aktivator 4 bzw. 5.

Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

So ist es beispielsweise auch möglich, die Endposition EP der jeweiligen Behandlung temperaturabhängig zu verlagern, um so eine temperaturgesteuerte oder -geregelte Verlängerung oder Verkürzung der jeweiligen Behandlungsstrecke zu erreichen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Verlängerung oder Verkürzung der Behandlungsstrecke, d.h. die Verlagerung der Schalt- und/oder Endposition SP bzw. EP in Abhängigkeit der jeweiligen aktuellen Maschinenleistung der Anlage 1 zu steuern oder zu regeln.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Endposition EP der jeweiligen Behandlung o- der Behandlungsstrecke in Abhängigkeit von definierbaren Betriebsparametern einzustellen und die Schaltposition PS temperatur- und/oder leistungsgesteuert zu verlagern.

Bei einer Veränderung oder Einstellung der Endposition EP erfolgt bevorzugt auch ein Verschieben des jeweiligen Messpunktes für die Temperaturmessung. Hierfür wird z.B. der Temperatursensor mechanisch auf einer Kreisbahn um die Achse des betreffenden Rotors 8, 14 bzw. 17 verschoben oder aber die Verlagerung des Messpunktes erfolgt dadurch, dass an der Bewegungsbahn der Behandlungsstationen mehrere Temperatursensoren aufeinander folgend vorgesehen sind und dass in Abhängigkeit von der Veränderung oder Einstellung der Endposition EP nur das Messsignal des dieser Endposition entsprechenden Temperatursensors berücksichtigt wird, d.h. beispielsweise auf den dieser Endposition entsprechenden Temperatursensor umgeschaltet wird.

Die verschiedenen Methoden der Steuerung und/oder Regelung sowie überwachung können auch kombiniert zur Anwendung kommen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, am Flascheneinlauf der Anlage 1 einen weiteren Temperatursensor 24 vorzusehen, mit dem die Eingangstemperatur TO der Flaschen 2 erfasst wird, wobei dann diese Eingangstemperatur TO als weiterer Parameter bei der Regelung und/oder überwachung verwendet wird, beispielsweise zur Bildung entsprechender Solltemperaturen usw.

Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die Anlage 1 zur Sterilisation von Flaschen 2 dient, die im Bereich ihrer Flaschenmündung 2.1 dem Flansch 2.2 aufweisen. Selbstverständlich kann die Anlage 1 bei entsprechender Ausbildung der Flaschen- bzw. Behälterträger 9 auch für andere Flaschenarten Verwendung finden, sowie insbesondere auch für Behälter unterschiedlichster Art ganz allgemein.

Bezugszeichenliste

1 Anlage

2 Flasche

2.1 Flaschenmündung

2.2 Flaschenflansch

3 Sterilisator

4, 5 Aktivator

6 Transporteur

7 Einlaufstern

8 Rotor

9 Flaschen- oder Behälterträger

10 Behandlungskopf

11 Behandlungsrohr

12, 13 Transportstern

14 Rotor

15, 16 Transportstern

17 Rotor

18 Auslaufstern

19 Transporteur

20, 21 , 22, 22' Temperatursensor

23 elektronische Mess- und Steuereinrichtung

24 Temperatursensor

SP Schaltposition

SP', SP" Verlagerung der Schaltposition

A ₁ B ₁ C Rotordrehrichtung

EP Endposition