Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sterilen Abfüllen von Getränken in Flaschen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Durch die DE-PS 733 623 ist es bereits bekannt, die Flaschen innerhalb der Waschmaschine im Anschluß an die Behandlung mit warmer Lauge durch Ausspritzen mit einer Flüssigkeit vcn 85 Grad bis über 100 Grad Celsius oder mit Dampf mittels mehrerer hintereinander angeordneter, außerhalb der Flaschenmündung liegender Spritzdüsen zu sterilisieren. Danach erfolgt in mehreren Stufen eine Abkühlung der Flaschen durch keimfreies Wasser oder keimfreie Luft und schließlich das Austragen auf ein Förderband. Durch dieses werden die Flaschen zu einer Füllmaschine und weiter zu einer Verschließmaschine transportiert, wobei durch tunnelartige Abdeckungen die Flaschen keimfrei gehalten werden sollen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dies nicht vollständig gelingt, so daß immer wieder Flaschen mit aus der Umgebung stammenden Keimen in die Füllmaschine gelangen. Zudem verhindern die Abdeckungen einen raschen Zugriff bei Störungen auf dem Förderband und sind daher bei modernen Hochleistungsabfüllanlagen mit den üblichen mehrbahnigen Transporteuren, Flaschenzusammenführungen und Flaschenverteilungen zwischen den separaten Maschinen nicht tragbar.
Ähnlich liegen die Verhältnisse bei dem Verfahren nach der DE-PS 24 37 588, bei dem die Sterilisierung in der Waschmaschine durch Innen- und Außenspritzung mit Heißwasser von 85 bis 95 Grad Celsius erfolgt. Danach werden die Flaschen sofort aus der Waschmaschine entladen und unter Aufrechterhaltung einer Temperatur von 65 bis 70 Grad Celsius zur Füllmaschine transportiert, wobei ein laminares Belüftungssystem eine keimfreie Abschirmung gegenüber der Umgebung bewirken soll. Trotz dieses hohen Aufwands im Bereich des Flaschentransports und der zusätzlichen Erwärmung kann auch hier eine Verkeimung der gereinigten Flaschen nicht vollständig verhindert werden und der Zugang zum Fördersystem ist weitgehend versperrt. Diese Art der sterilen Abfüllung von Getränken konnte sich daher in der Praxis nicht durchsetzen; für die Anwendung in einer modernen Hochleistungsanlage ist sie nicht geeignet.
Weiter ist es durch die DE-OS 40 36 290 bekannt, die in der Waschmaschine mit Lauge gereinigten und ohne Abschirmung zur Füllmaschine transportierten Flaschen unmittelbar vor dem Einlauf des Getränks durch Einleiten von Dampf über die in die Flaschen ragenden Rückgasröhrchen der Füllorgane zu sterilisieren. Dadurch können sowohl die noch in der Waschmaschine durch die Frischwasserspritzung als auch die im ungeschützten und daher gut zugänglichen Transportbereich in die Flaschen gelangten getränkeschädlichen Keime weitgehend abgetötet werden. Dabei ist der Energieeinsatz bei der praktisch üblichen Bedampfungszeit von rund 2 Sekunden relativ gering und es wird gleichzeitig auch das Füllorgan vor jedem Abfüllvorgang frisch sterilisiert. Bestimmte Getränkeschädlinge, insbesondere die Sporen von Schimmelpilzen, lassen sich hierdurch jedoch nicht immer mit der gewünscht hohen Abtötungsrate vernichten. Eine Verlängerung der Bedampfungszeit könnte hier zwar abhelfen, würde jedoch zu einer kostspieligen Vergrößerung der Füllmaschine sowie zu einer starken Aufheizung der Füllorgane und der Glasflaschen führen, was zu einer geschmacklichen Beeinträchtigung des Getränks und zu erhöhtem Flaschenbruch führen könnte. Ansonsten ist dieses Verfahren gut für moderne Hochleistungsanlagen geeignet.
Schließlich wurde auch schon vorgeschlagen, bei besonders hitzeempfindlichen Getränken alternativ zur vorbeschriebenen Sterilisierung innerhalb der Füllmaschine die Sterilisierung in einem mit der Füllmaschine verblockten Rinser durchzuführen und die Flaschen auf dem kurzen Weg zwischen Rinser und Füllmaschine durch einen Dampfkanal gegen Reinfektion zu schützen (KRONES Magazin Mai 1992 und Oktober 1992). Auch dieses Verfahren ist für moderne Abfüllanlagen gut geeignet, kann jedoch aufgrund der begrenzten Behandlungszeit im Rinser, in dem die Flaschen einreihig mit hoher Geschwindigkeit transportiert werden, extrem resistente Keime nicht mit der gewünschten Abtötungsrate vcn z.B. neun Zehnerpotenzen vernichten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln eine ausreichend hohe Abtötungsrate auch extrem hitzeresistenter Getränkeschädlinge sowie einen störungsfreien Betrieb mit hoher Leistung zu ermöglichen. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren findet somit die Sterilisierung des Flascheninneren entgegen dem bisherigen Trend nicht konzentriert in einer Station statt, sondern räumlich und zeitlich versetzt in mehreren Phasen bzw. Stationen. Durch die auf der in der vorausgehenden Phase vorgenommene Erwärmung aufbauende Temperaturerhöhung in der folgenden Phase ergibt sich ein Synergieeffekt, der den Abtötungseffekt enorm steigert. Es können somit bei wirtschaftlichem Energieeinsatz auch die besonders hitzeresistenten Sporen der gefürchteten Schimmelpilze Byssochlamys fulva, Byssochlamys nivea und Neosartorya fischeri mit sehr hohen Abtötungsraten vernichtet werden. Hinzu kommt, daß zwischen den einzelnen Phasen bzw. Stationen der Innensterilisierung der Flaschen im Transportbereich keinerlei Maßnahmen gegen Reinfektion erforderlich sind, da die wenigen während des Transports aufgenommenen Keime in der folgenden Sterilisierungsphase abgetötet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit in idealer Weise für die sterile Abfüllung von Getränken in modernen Hochleistungsanlagen mit mehreren separaten Maschinen und dazwischengeschalteten Transporteuren geeignet.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben. Besonders hinzuweisen ist auf die Innenraumsterilisierung mit überhitztem Wasser gemäß Anspruch 5 in einem Raum mit überatmosphärischem Druck gemäß Anspruch 9. Dies ermöglicht auch mit außerhalb der Flaschen sitzenden Düsen in kurzer Behandlungszeit eine gezielte und hohe Wärmezufuhr bis zum Flaschenboden und ist daher besonders gut zum Einsatz in der Reinigungsstation geeignet bzw. mit normalen Spritzdüsen durchführbar. Auch muß keinesfalls während jeder Innenraumsterilisierung ein vollständiges Durchwärmen der Flaschenwandung erfolgen. Es genügt, wenn gemäß Anspruch 6 nur eine sog. Hautsterilisation im Innenbereich durchgeführt wird. Dadurch wird ohne Einbußen am Abtötungseffekt der Energieverbrauch niedrig und der Flaschenbruch im Falle der Behandlung von Glasflaschen überraschend gering gehalten.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist ähnlich einfach und überschaubar aufgebaut wie eine Vorrichtung ohne Sterilisierung. Sie ist insbesondere im Bereich der Flaschenförderer gut zugänglich, so daß Störungen jederzeit behoben werden können und dadurch der Wirkungsgrad hochgehalten werden kann. Trotzdem ergibt sich durch die mehrmalige Innenraumsterilisierung der Flaschen ein äußerst hoher Abtötungseffekt.
Vorteilhafte Weiterbilduncen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 13 bis 27 angegeben. Wie die Ansprüche 24 und 25 zeigen, ist in die Vorrichtung ohne weiteres eine übliche elektronische Leerflascheninspektionsmaschine integrierbar, wenn es sich um Mehrwegflaschen handelt, die auf Sauberkeit und Beschädigungen überprüft werden sollen. Es ist lediglich dafür zu sorgen, daß durch ein Sterilhalten der an der Flaschenmündung angreifenden Zentrierglocken keine übermäßige Reinfektion stattfindet. Durch die im Anspruch 27 angegebene Schmierung der Förderbänder mit einem erhitzten Gleitmittel läßt sich ein Anwärmen des besonders gefährdeten Flaschenbodens erzielen.
Im Nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Die Anlage nach den Fig. 1 bis 4 ist zum sterilen Abfüllen von Fruchtsaft in Mehrwegflaschen 24 aus Glas eingerichtet. Sie weist eine Reinigungsmaschine 1, einen Rinser 4, eine Füllmaschine 2 und eine Verschließmaschine 3 auf.
Wie die Fig. 2 zeigt, handelt es sich bei der Reinigungsmaschine 1 um eine Doppelendausführung, die im Anschluß an das letzte Laugebad 21 und eine Heißwasserspritzung 22 eine Druckkammer 18 in Form eines nach unten offenen Kastens aufweist. Die Druckkammer 18 taucht in einen mit Heißwasser gefüllten Tank 25 ein und ist in ihrem Inneren mit einem Überdruck von 0,1 Bar beaufschlagt, z.B. mittels eines Kompressors 26, der, gesteuert durch eine nicht gezeigte Regeleinrichtung, sterile Luft in die Druckkammer 18 preßt. Im Inneren der Druckkammer 18 stellt sich somit ein um einen Meter niedrigerer Wasserstand ein als im Tank 25. Die beiden in Laufrichtung liegenden seitlichen Wände der Druckkammer 18 bilden zusammen mit dem Tank 25 eine syphonartige Einlaufschleuse 19 und eine syphonartige Auslaufschleuse 20. Die Flaschen 24 werden durch die an endlosen, kontinuierlich angetriebenen Ketten 27 aufgehängten Flaschenzellen 28 nach dem Passieren der Heißwasserspritzung 22 nach unten in den Tank 25, horizontal durch die Einlaufschleuse 19 hindurch, nach oben in den Innenraum der Druckkammer 18 über den Wasserspiegel hinaus, eine kurze Strecke horizontal, dann wieder nach unten in das Wasserbad hinein, in horizontaler Richtung durch die Auslaufschleuse 20 hindurch und schließlich nach oben aus dem Tank 25 heraus zu einer abschließenden Heißwasserspritzung 23 transportiert. Danach laufen die Flaschen zur Abgabeeinrichtung 29, wo sie aus den Flaschenzellen 28 herausgeführt und auf einem Flaschenförderer 5 abgestellt werden.
Im Inneren der Druckkammer 18 sind unterhalb der horizontalen Bewegungsbahn der Flaschen 24 überhalb des Wasserspiegels quer zur Umlaufrichtung drei parallele Spritzrohre 8 mit einer der Anzahl der Flaschen 24 pro Flaschenzelle 28 entsprechenden Anzahl von Düsenöffnungen angeordnet. Die Spritzrohre 8 sind drehbar gelagert und werden durch nicht gezeigte Einrichtungen synchron zur Bewegung der Flaschen 24 mitgedreht, so daß die Düsen zunächst schräg in die Flasche einstrahlen, dann senkrecht nach oben den Boden treffen und schließlich wieder schräg nach unten an der Flaschenwand entlang nach unten strahlen. Die drei Spritzrohre 8 sind über eine Leitung 11 mit einem Erzeuger 16 für überhitztes Wasser von 105 Grad Celsius inklusive einer Hochdruckpumpe verbunden. Aufgrund des in der Druckkammer 18 herrschenden Überdrucks wird das überhitzte Wasser ohne übermäßige Dampfbildung durch die Spritzrohre 8 in die Flaschen 24 eingespritzt und trifft größtenteiis am Flaschenboden auf. Dadurch wird in kürzester Zeit und auf kurzem Wege eine hohe Wärmemenge in die Flasche eingeführt, so daß sich im gesamten Innenbereich der Flaschen 24 eine Temperatur weit über 100 Grad Celsius einstellt. Das aus den Flaschen 24 auslaufende Wasser wird in einer Wanne 44 aufgefangen und zurück zum Erzeuger 16 für überhitztes Wasser geführt. Ein Teil des überhitzten Wassers geht während des Einspritzens in Dampf über und kondensiert innerhalb der Druckkammer 18, wodurch sich die Wassermenge im Tank 25 vergrößert. Dies wird durch einen nicht gezeigten Überlauf kompensiert. Dementsprechend ist auch die Wanne 44 zusätzlich an eine Frischwasserleitung 30 angeschlossen, über die das kondensierte Wasser automatisch ergänzt wird.
In der Druckkammer 18 der Reingungsmaschine 1 werden somit die Flaschen 24 durch Einspritzen von überhitztem Wasser einer ersten Innensterilisierung unterzogen, die zusammen mit der vorausgehenden Reinigung durch heiße Lauge ein praktisch vollständiges Abtöten aller Keime im Flascheninneren erbringt. Im Bereich der Auslaufschleuse 20 und, falls vorhanden, der anschließenden Heißwasserspritzung 23 erfolgt dann ein leichtes Abkühlen, so daß die Flaschen 24 die Reingungsmaschine 1 mit einer Temperatur von ca. 80 bis 90 Grad Celsius verlassen. Auch ein stärkeres Abkühlen ist möglich. Dieses kann bereits durch die Wasserspritzung 22 vor der Druckkammer 18 eingeleitet werden, da, wie bereits gesagt, durch die Spritzrohre 8 nur ein teilweises Aufheizen der Flaschenwandung erfolgt. Die Außenwand kann daher ohne weiteres eine wesentlich unter 100 Grad Celsius liegende Temperatur aufweisen.
Der die Flaschen 24 von der Reinigungsmaschine 1 übernehmende Flaschenförderer 5 wird in üblicher Weise durch eine Anzahl motorisch angetriebener Scharnierbandketten gebildet, welche die Flaschen 24 in mehreren Reihen und in aufrechter Stellung transportieren. Am Ende des Flaschenförderers 5 ist eine Zusammenführung vorgesehen, durch welche die Flaschen 24 in eine Einzelreihe zusammengeführt und gleichzeitig beschleunigt werden. Im gesamten Bereich des Flaschenförderers 5 einschließlich seiner Zusammenführung ist keinerlei Abdeckung oder Abschirmung für die Flaschen 24 vorhanden, so daß bei Störungen durch umgefallene oder verklemmte Flaschen 24 usw. das Bedienungsperscnal rasch und ungehindert zugreifen kann. Die Flaschen 24 auf dem Flaschenförderer 5 kühlen allmählich aus und haben beim normalen Betrieb im Bereich der Zusammenführung eine Temperatur von rund 60 Grad Celsius. Durch Erhitzen des üblichen Kettengleitmittels vor dem Aufsprühen auf die Scharnierbandketten kann die Temperatur im Bodenbereich etwas höher gehalten werden.
An den Flaschenförderer 5, der als Massenförderer gleichzeitig eine gewisse Pufferfunktion hat, schließt sich ein Rinser 4 in Rundlaufbauweise an. Dieser weist eine Einlaufschnecke, einen Einlaufstern, einen mit schwenkbaren und steuerbaren Greifern 31 für die Flaschen 24 versehenen Rotor und einen Auslaufstern auf. Durch die Greifer 31 werden die in aufrechter Normallage (Fig. 3a) zugeführten Flaschen 24 um 180 Grad verschwenkt, so daß ihre Mündung nach unten weist. In dieser Position werden durch senkrechte, oben offene Spülrohre 9 gebildete Düsen in den Hals der Flaschen 24 eingeführt. Die Spülrohre 9 laufen zusammen mit dem Rotor um und sind über einzeln steuerbare Steurventile 14 mit einer Ringleitung 12 verbunden. Diese enthält Sattdampf von ca. 105 Grad Celsius, der durch zeitgesteuertes Öffnen des Steuerventils 14 für eine Zeit von z.B. 6 Sekunden ins Flascheninnere eingeblasen wird (Fig. 3b). Durch den Ringspalt zwischen Spülrohr 9 und Flaschenmündung kann der Dampf ins Freie entweichen.
Jedes Spülrohr 9 ist außerdem über ein weiteres Steuerventil 32 mit einer weiteren Ringleitung 33 verbunden, die Sterilluft enthält. Diese wird durch zeitgesteuertes Öffnen des Steuerventils 32 nach dem Dämpfen für eine Zeit von beispielsweise 3 Sekunden ins Flascheninnere eingeblasen (Fig. 3c). Dadurch wird das beim Dämpfen entstehende Kondensat ausgespült und die Flasche 24 innen getrocknet. Anschließend werden die Flaschen 24 durch die Greifer 31 in ihre Normalposition zurückgeschwenkt, in der sie aus dem Rinser 4 auslaufen (Fig. 3d).
Im Rinser 4 werden somit die Flaschen 24 durch Einblasen von Sattdampf einer zweiten Innenraumsterilisierung unterzogen. Dabei wird die Innenwand der mit einer Temperatur von rund 60 Grad Celsius zulaufenden Flaschen 24 in allen Bereichen auf eine Sterilisationstemperatur über 100 Grad Celsius erhitzt. Somit werden die Keime, die im Verlauf des Flaschentransports auf dem Flaschenförderer 5 durch die offene Mündung in eine Flasche 24 eingedrungen sind, wieder weitestgehend abgetötet.
Vom Rinser 4 werden die Flaschen 24 durch einen kurzen, einbahnigen Schneckenförderer 6 zur Füllmaschine 2 transportiert. Statt dessen ist auch eine direkte Verblockung möglich, in dem der Auslaufstern des Rinsers 4 direkt oder unter Zwischenschaltung eines Transfersterns mit dem Einlaufstern der Füllmaschine 2 kämmt. Auf jeden Fall sind in diesem Bereich aufgrund des zwangsweisen Flaschentransports Störungen nicht zu erwarten. Es kann daher im Bereich der Flaschenmündungen ein Tunnel 34 mit einer Dampfzuleitung 35 angeordnet werden, der ein Eindringen von Keimen in die Flaschenöffnungen weitestgehend verhindert (Fig. 3d).
Die mit einem Einlaufstern, einem Rotor und einem Auslaufstern versehene Füllmaschine 2 entspricht im Aufbau der Füllmaschine aus der deutschen Offenlegungsschrift 40 36 290. Sie weist demnacn mehrere am Umfang des Rctors angeordnete, gleichartige Füllorgane 17 sowie diesen zugeordnete, mit umlaufende Huborgane 36 auf. Die vom Rinser 4 kommenden leeren Flaschen 24 werden zuerst durch die Huborgane 36 teilweise an die Füllorgane 17 angehoben. Dabei dringt ein Rückgasrohr 10 in den Flaschenhals ein. Dieses wird durch zeitgesteuertes Öffnen eines Steuerventils 15 über Kanäle im Füllorgan 17 mit einer Leitung 13 verbunden, welche Sattdampf von z.B. 105 Grad Celsius enthält. Dieser strömt somit für eine vorbestimmte Zeit von beispielweise 2 Sekunden über das Rückgasrohr 10 bzw. die durch dessen Öffnung gebildete Düse mittig in die Flasche 24 bis zum Boden ein und entweicht durch den Ringspalt zwischen Rückgasrohr 10 und Flaschenmündung in einen Rückgaskanal 37 (Fig. 4). Dabei wird der gesamte Innenbereich der Flasche 24, die vom Rinser 4 her bereits ein sehr hohes Temperaturniveau aufweist, auf eine Temperatur weit über 100 Grad erhitzt.
In der Füllmaschine 2 wird somit jede Flasche 24 durch Einblasen von Sattdampf einer dritten und letzten Innensterilisierung unterzogen. Dabei werden auch diejenigen Keime und Getränkeschädlinge, die die erste Innensterilisierung in der Reinigungsmaschine 1 und die zweite Innensterilisierung im Rinser 4 "überlebt" haben, mit hoher Sicherheit abgetötet. Insgesamt gesehen läßt sich mit der erfindungsgemäßen "fraktionierten Sterilisierung" eine wesentlich höhere Abtötungsrate erreichen als bei gleicher Sterilisationszeit und gleichem Energieeinsatz in einer einzigen Station.
Nach Schließen des Steuerventils 15 wird das Spanngasventil 38 des Füllorgans 17 geöffnet und dadurch aus einem Kanal 39 CO2 über das Rückgasrohr 10 in die Flasche 24 eingeleitet. Dadurch wird der Sterilisationsdampf sowie das entstehende Kondensat weitestgehend aus der Flasche 24 hinaus ins Freie gespült. Daraufhin wird die Flasche 24 durch weiteres Anheben des Huborgans 36 vollständig und dicht an das Füllorgan 17 angepreßt, so daß sie sich bei weiterhin geöffnetem Spanngasventil 38 bis zu dem eingestellten Gegendruck von z.B. 3 Bar mit CO2 füllt. Statt CO2 kann selbstverständlich auch Sterilluft als Spanngas und Spülgas benutzt werden. Nach vollendeter Vorspannung wird das Spanngasventil 38 geschlossen und daraufhin das Rückgasventil 40 und das Flüssigkeitsventil 41 gleichzeitig geöffnet. Nunmehr kann der abzufüllende, vorher beispielsweise durch Sterilfiltration keimfrei gemachte Fruchtsaft über die Produktleitung 42 und die Auslauföffnung des Füllorgans 17 in die Flasche 24 einlaufen. Nach Erreichen der vorbestimmten Füllhöhe, gemessen durch eine elektrische Sonde 43, wird das Flüssigkeitsventil 41 geschlossen und somit der Füllvorgang beendet.
Daraufhin wird das Huborgan 36 mit der gefüllten Flasche 24 abgesenkt. Im Auslauf der Füllmaschine 2 werden die Flaschen 24 in normaler Transporthöhe von Transportsternen 7 übernommen und an die Verschließmaschine 3 weitergegeben. Durch Einblasen von Dampf mit einem Tunnel entsprechend Fig. 3d kann dabei wiederum das Eindringen von Keimen verhindert werden. In der Verschließmaschine 3 werden dann die Flaschen 24 mit vorher durch Dampf keimfrei gemachten Kronenkorken oder dgl. verschlossen.
Im Falle des Füllens von Mehrwegflaschen kann in die Anlage nach Fig. 1 bis 4 problemlos eine übliche elektronische Leerflascheninspektionsmaschine integriert werden, vorzugsweise zwischen dem Flaschenförderer 5 und dem Rinser 4. Dabei ist es zweckmäßig, die im Bereich der Flaschenmündung angreifenden Zentrierglocken der Leerflascheninspektionsmaschine sterilisierbar zu gestalten. Dies kann z.B. durch eine integrierte Heizung erfolgen, welche die Zentrierglocken konstant auf einer Temperatur von über 100 Grad hält. Auch ist es möglich, in bestimmten Zeitabständen eine chemische Sterilisation oder eine Wärmesterilisation durch Abflammen oder Bestrahlen durchzuführen.
Die Behandlung der Flaschen, Gläser oder dgl. Gefäße in der Reinigungsmaschine 1 kann auch durch Säure anstelle von Lauge oder zusätzlich zur Lauge erfolgen.