Verfahren zum Herstellen von sterilen Packungen aus einem mindestens zum Teil aus organischen Substanzen bestehenden Verpackungsmaterial Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her stellen von sterilen Packungen aus einem mindestens zum Teil aus organischen Substanzen bestehenden Verpackungsmaterial. Es sind Verfahren bekannt, die es erlauben, flüssige oder feste Stoffe wie Nah rungsmittel, Getränke, pharmazeutische Produkte oder Hilfsstoffe entweder völlig keimfrei herzustellen oder einer keimfrei machenden Behandlung zu unter ziehen. Es ist auch schon bekannt, Milch und andere Flüssigkeiten unter sterilen Bedingungen in Blech dosen einzufüllen und diese hermetisch zu verschlie ssen.
Ferner ist bereits versucht worden, Milch unter sterilen Bedingungen in die üblichen Glasflaschen einzufüllen und diese mit geeigneten Deckeln zu ver schliessen. Die verhältnismässig hohen Kosten für Blechdosen und das bei Flaschen besonders ungün stige Gewichtsverhältnis zwischen Ware und Ver packung sowie der kostspielige Flaschenrücknahme- und Reinigungsdienst wirken sich jedoch derart ver teuernd aus, dass diese Verpackungsarten für Ver brauchsgüter wie Milch in den wenigsten Fällen wirtschaftlich sind. Hinzu kommt bei Glasflaschen, dass die üblicherweise zur Flaschenherstellung ver wendeten Gläser einer mehrmaligen Erhitzung auf die zur Sterilisation erforderlichen Temperaturen von etwa 250 C oder darüber nicht gewachsen sind.
Es sind anderseits Packungen bekannt, die aus einem mindestens zum Teil aus organischen Substan zen bestehenden Verpackungsmaterial hergestellt wer den, z. B. aus Kunststoff, wie Polyäthylen oder aus mindestens einseitig mit Kunststoff beschichtetem Papier. Zum sterilen Verpacken eines sterilen Gutes in aus solchem Material geformten Packungen ist es notwendig, mindestens die später die Innenseite der Packung bildende Materialseite zu sterilisieren, wobei in der Regel nur eine Wärmebehandlung ein vollständiges Vernichten der Keime gewährleistet. Hierzu sind Sterilisationstemperaturen von etwa 200 C oder darüber nötig. Das Sterilisieren gestaltet sich nur, insofern schwierig, als solches mindestens zum Teil aus organischen Substanzen bestehendes Material sehr hitzeempfindlich ist.
Bei ganz oder teil weise aus Kunststoff bestehendem Material erweicht der Kunststoff bereits bei Temperaturen unterhalb der erforderlichen Sterilisationstemperatur. Anderseits be ginnt bei gewissen Papieren bereits bei Temperaturen oberhalb 200 C eine Verkohlung, während schon bei tieferen Temperaturen die Papiere brüchig werden oder sich verfärben. Bei mit Kunststoff beschichteten Papieren, welche in ihrer ganzen Dicke erhitzt wer den, darf der erhitzte Kunststoff nicht mit Führungs- oder Transportmitteln in Berührung kommen, was ein kompliziertes Führungs- und Transportsystem voraussetzt.
Ferner ist die Erhitzungstemperatur auf einem für die Sterilisation gerade ausreichenden, mög lichst tiefen Niveau zu halten, um mit Sicherheit eine schädliche Veränderung des zu behandelnden Materials auszuschliessen. Dies bedingt eine längere Erhitzungsdauer, was bei Behandlung einer laufen den Bahn des Verpackungsmaterials eine Erhitzung über ein verhältnismässig langes Wegstück der Bahn voraussetzt.
Die Erfindung ermöglicht, die geschilderten Nach teile und Schwierigkeiten weitgehend auszuschalten. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass vorgängig dem Formen der Pak- kung die später die Innenseite der Packung bildende Materialseite durch Wärmeeinwirkung auf Sterili sationstemperatur erhitzt und gleichzeitig die später die Aussenseite der Packung bildende Materialseite im Bereich der Sterilisationsstelle durch Kontakt mit einem Wärme aufnehmenden Mittel gekühlt wird.
Mit Hilfe des geschilderten Verfahrens ist es möglich, ohne Schädigung oder nachteilige-Verände- rung des behandelten Materials die Erhitzung der später die Innenseite der Packung bildenden Mate rialseite bei erheblich höheren Temperaturen und wesentlich kürzerer Erhitzungsdauer durchzuführen. Zum Herstellen steriler Packungen genügt es, wenn nur die Oberfläche der später die Innenseite der Packung bildenden Materialseite auf Sterilisations temperatur erhitzt wird.
Durch die während dieses Erhitzens erfolgende gleichzeitige Kühlung<B>der</B> später die Aussenseite der Packung bildenden Materialseite gelingt es, im Material selbst einen solchen Tempe raturgradienten herbeizuführen, dass über den gröss ten Teil der Materialdicke sich eine Temperatur ein stellt, die wesentlich unter der Oberflächentemperatur der erhitzten Materialseite liegt. Bei mit Kunststoff beschichtetem Papier kann beispielsweise die Kunst stoffseite auf 250 C erhitzt werden, ohne dass das Papier irgendwelchen Schaden erleidet.
Bei der Be handlung von ganz aus Kunststoff bestehendem Mate rial ist es möglich, die später die Innenseite der Packung bildende Materialseite auf 250 C oder darüber zu erhitzen, während durch ausreichende Kühlung der später die Aussenseite bildenden Mate rialseite ein Erweichen des Kunststoffes auf der letzt genannten Seite verhindert wird; es ist dann möglich, die gekühlte Seite über feste Führungsflächen zu füh ren, ohne dass das Material während der Wärmeein wirkung auf der Führungsfläche kleben bleibt.
Vorteilhaft kann die zu sterilisierende Material seite durch Wärmestrahlung oder mit Hilfe eines gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers erhitzt werden. Die zu kühlende Materialseite kann zweckmässig durch Aufblasen eines - gas- oder dampfförmigen Kühlmittels oder durch Aufspritzen einer Kühlflüs sigkeit gekühlt werden. Bei Verwendung von bahn- förmigem Material kann vorteilhaft die zu kühlende Bahnseite über eine gekühlte Fläche aufliegend ge führt werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des geschilderten erfindungsgemässen Verfahrens; die erfindungsgemässe Verrichtung ist gekennzeichnet durch Transportmittel für das Pak- kungsmaterial, welche das Material einer Packungs- formmaschine zuführen und ferner durch eine Heiz- einrichtung zum Erhitzen der später die Innenseite der Packung bildenden Materialseite und durch eine Kühleinrichtung zum Kühlen der später die Aussen seite der Packung bildenden Materialseite.
Die Heizeinrichtung kann zweckmässig als elek trisch beheizter Strahler ausgebildet sein oder eine Blasvorrichtung aufweisen, mit deren Hilfe ein Strom eines gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers auf die zu erhitzende Materialseite gerichtet werden kann. Bei Verwendung von bahnförmigem Material emp fiehlt es sich, eine gekühlte, vorzugsweise metallische Führungsfläche für die zu kühlende Bahnseite vorzu sehen, auf welcher die Bahn längs des Erhitzungs- teilstücks ihres Weges über ihre ganze Breite auf- liegt.
Die Führungsfläche kann hierbei zweckmässig durch die Mantelfläche eines drehbar gelagerten und im Inneren von einem Kühlmittel durchströmten Trommelkörpers gebildet sein, der bei laufender Bahn durch letztere in Drehung versetzt wird. Schliesslich kann bahnförmiges Packungsmaterial auch zweck mässig über mindestens ein quer zur Längsrichtung der Bahn gewölbtes Formstück derart geführt sein, dass ausserhalb des Formstückes die zu erhitzende Bahnseite eine konvexe und die zu kühlende Bahn seite eine konkave Fläche bildet, wobei eine Kühl vorrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe ein Strom eines Kühlfluidums auf die konkave Bahnseite ge richtet werden kann.
Nachstehend werden anhand der Zeichnung ver schiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Heiz- und Kühleinrichtung für eine laufende biegsame Bahn, mit gekühlter metallischer Führungsfläche für die Bahn und Erhitzung der zu sterilisierenden Bahnseite mittels eines gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers, Fig. 2 in der Ansicht und Fig. 3 im Schnitt nach der Linie III-III in Fig.2 eine Heiz- und Kühl einrichtung für eine laufende biegsame Bahn,
mit Erhitzung der zu sterilisierenden Bahnseite mit Hilfe eines elektrisch beheizten Strahlers und Führung der Bahn über die gekühlte Mantelfläche eines drehbar gelagerten Trommelkörpers und Fig. 4 im Schnitt und Fig. 5 in der Ansicht eine Heiz- und Kühlvorrichtung für eine laufende bieg- same Bahn, mit Erhitzung der einen Bahnseite mittels Wärmestrahlung und Kühlung der anderen Bahnseite durch Aufspritzen einer Kühlflüssigkeit oder eines Kühlgases.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besitzt eine gewölbte metallische Führungsfläche 1 für die strich punktiert eingezeichnete Bahn 2. Letztere besteht aus mit Kunststoff beschichtetem Papeir. Die Bahn 2 ist derart über die Führungsfläche 1 geführt, dass sie mit ihrer Papierseite auf letzterer über ihre ganze Breite aufliegt. Vor dem Auflaufen der durch nicht gezeichnete Transportmittel bekannter Art bewegten Bahn auf die Führungsfläche 1 umschlingt die Bahn teilweise die Walze 3. Die Führungsfläche 1 wird durch eine in sich geschlossene Blechbahn 4 gebildet, welche einen Hohlraum 5 einschliesst.
Der Hohlraum 5 ist stirnseitig durch Bleche 6 und 7 abgeschlossen.
Im Bereich der Ablaufstelle der Bahn 2 von der Führungsfläche 1 münden eine Reihe von Verteil- leitungen 8 in den Hohlraum 5. Die Leitungen 8 sind an die Leitung 9 angeschlossen, welche mit einer nicht gezeichneten Quelle für ein Kühlmittel, z. B. Kühlwasser, in Verbindung steht. Im Bereich der Auflaufstelle führen einzelne Leitungen 10 aus dem Hohlraum nach aussen und münden in die Sammel- leitung 11, durch welche das in den Hohlraum zu geführte Kühlmittel kontinuierlich abgeführt werden kann.
Im Abstand zur Bahn 2 sind eine Mehrzahl von Blasrohren 12 angeordnet, die an eine Zuführleitung 13 für einen gas- oder dampfförmigen Wärmeträger, z. B. Wasserdampf, angeschlossen sind. Die Rohre 12 sind mit Bohrungen 14 versehen, durch welche der Strom des Wärmeträgers gegen die mit Kunststoff beschichtete Seite der Bahn 2 gerichtet werden kann.
Der Betrieb der geschilderten Vorrichtung erfolgt auf folgende Weise. Durch den Hohlraum 5 wird bei eingeschalteter Kühlmittelzufuhr Kühlmittel geleitet, welches die Führungsfläche 1 intensiv kühlt. Hierauf wird die Bahn 2 über die Führungsfläche geführt und durch die erwähnten Transportmittel in Richtung des Pfeiles 14 bewegt. Hierauf wird die Zufuhr des Wärmeträgers eingeschaltet und dieser auf die be schichtete Seite der Bahn 2 geblasen. Die Temperatur des Wärmeträgers beträgt beispielsweise 400 C, wäh rend die Kühlflüssigkeit Raumtemperatur aufweist.
Der Wärmeträger bewirkt eine Erhitzung der später die Innenseite der Packung bildenden Bahnseite auf annähernd die Temperatur des Wärmeträgers, wäh rend die später die Aussenseite der Packung bildende Bahnseite durch Kontakt mit der gekühlten Führungs fläche auf einer Temperatur von weniger als 80 C gehalten wird. Auf diese Weise wird jede schädliche Veränderung der zu behandelnden Bahn vermieden. Auf geeignete Weise ist dafür zu sorgen, dass die von der geschilderten Vorrichtung ablaufende Bahn nicht mit keimhaltiger Atmosphäre in Berührung kommt, beispielsweise durch Führung der Bahn innerhalb eines unter überdruck stehenden und mit steriler Luft gefüllten Kanals.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 wird die Bahn 20 über die Mantelfläche des drehbar gelagerten Trommelkörpers 21 geführt. Der Trom melkörper besteht aus zwei Hälften 22 und 23, die durch Schrauben 24 zusammengehalten werden. Der Trommelkörper ist auf der Achse 25 mit Hilfe der Kugellager 26 und 27 drehbar gelagert. Die Achse 25 besitzt zwei axiale Bohrungen 28 bzw. 29, die sich gegen die Mitte der Nabenpartie erstrecken. In radialer Richtung verlaufende Bohrungen 30 und 31 verbinden die genannten axialen Bohrungen mit Ringräumen 32 bzw. 33, die durch eine. die Achse mit engem Spiel umschliessende Scheibe 34 vonein ander getrennt sind.
Der Ringraum 32 steht über Kanäle 35, 36, 37 und 38 mit einem durch Aus- nehmungen in der Umfangspartie des Trommelkör pers gebildeten Hohlraum 39 in Verbindung, und zwar befinden sich diese Kanäle in je einer der Rip pen 40 des Halbkörpers 23. In den Rippen 40a des Halbkörpers 22 befinden sich Kanäle 42, 43, 44 und 45, die den Hohlraum 39 mit dem Ringraum 33 verbinden. Die Rippen 40 und 40a sind gegen einander um einen Winkel von 45 versetzt. Die Hohlräume 32 und 33 sind durch Dichtungen 46 gegen die Lagerpartien abgedichtet. Der Hohlraum 39 ist gegen aussen durch die Dichtung 47 abgedichtet.
Über einen Teil des Umfanges der Mantelfläche des Trommelkörpers erstreckt sich ein Strahler 48, in dessen Innerem die elektrische Heizspirale 48a angeordnet ist. Im Betrieb der geschilderten Einrich tung wird durch die Bohrung 29 ein Kühlmittel, z. B. Kühlwasser, zugeführt, das nach aussen durch die Kanäle 35-38 in den' Hohlraum 39 strömt und aus diesem wieder durch die Kanäle 43-45 abfliesst, um durch die Bohrung 28 in der Welle 25 abgeführt zu werden.
Auf diese Weise wird die die Führungsfläche für die Bahn 20 bildende Mantelfläche des Trommel körpers und damit auch die über ihre ganze Breite auf einem Teil der Führungsfläche aufliegende Bahn 20 intensiv gekühlt. Dies verhindert eine schädliche Veränderung der Bahn 20 infolge der Erhitzung ihrer zu sterilisierenden Bahnseite. Die Bahn 20 wird wiederum durch nicht gezeichnete Transportmittel in Richtung des Pfeiles 41 bewegt, wobei der Trommel körper 21 ohne Schlupf durch die Bahn in Drehung versetzt wird.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 wird eine Bahn 50 über zwei Formkörper 51 und 52 mit halbkreisförmigem Profil derart geführt, dass die später die Innenseite der zu formenden Packung eine konkave und die später die Aussenseite der zu formenden Packung eine konvexe Fläche bildet. Die Bahn 50 wird durch nicht gezeichnete Transportmit tel in Richtung des Pfeiles 53 bewegt. Zwischen den beiden Formkörpern 51 und 52 ist ein elektrisch be heizter Strahler 54 angeordnet, der zur Erhitzung der einen Bahnseite auf Sterilisationstemperatur dient. Zwischen den beiden Formkörpern 51 und 52 er streckt sich ein Rohr 55 in Längsrichtung der Bahn 50.
Das Rohrinnere ist an die Zuführleitung 56 für ein Kühlfluidum angeschlossen. Als Kühlfluidum wird beispielsweise Kühlwasser oder Kühlluft verwendet, welche durch Bohrungen 57 in der Wand des Rohres 55 in Form von einzelnen Strahlen auf die konkave Bahnseite gerichtet wird. Durch die gewölbte Bahn seite wird das Kühlfluidum derart nach unten abge lenkt, dass es nicht mit der zu sterilisierenden Bahn seite in Berührung kommt.
In vielen Fällen empfiehlt es sich, die zu kühlende Bahnseite vorübergehend so lange zu sterilisieren, bis die aus dem Material zu formende Packung gefüllt und hermetisch verschlossen ist. Dies kann so erfol gen, dass dem Kühlmittel ein Sterilisierungsmittel, z. B. Permanganat oder Ozon, beigemischt wird oder ein solches Sterilisierungsmittel vor, während oder nach der Erhitzung des Materials in Berührung mit der später die Aussenseite der Packung bildenden Materialseite gebracht wird.
Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Aus führungsbeispiele beschränkt. So kann auch Material behandelt werden, das nur zum Teil aus organischen Substanzen besteht, z. B. eine biegsame Bahn aus mit Kunststoff beschichtetem Papier, das eine Einlage in Form einer Aluminiumfolie aufweist. Ferner könnte als Heizeinrichtung auch ein mit Hilfe eines gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers beheizter Strahler verwendet werden.