Verfahren zum keimfreien Einmachen von sterilisierten Nahrungsmitteln und Anlage zu seiner Durchführung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das keimfreie Einmachen von sterilisierten Nahrungsmit- tein und kennzeichnet sich durch die kontinuierliche Beförderung von offenen, leeren, aufrechtstehenden Behältern in einer keimfreien Atmosphäre durch vier Behandlungszonen, welche alle unter atmosphärischem Druck stehen und aus folgenden Teilen bestehen: erstens, einer Behälterheizzone, in welcher der grösste Teil der Behälter mindestens auf die Sterilisierungstemperatur aufgeheizt wird;
zweitens, einer Tenmperaturausgleichs-und Konst'anthaltungszone, in welche die erhitzen Behälter in einer Atmosphäre auf der Sterilisierungstemperatur während einer genügend langen Zeit gehalten werden, bis die Behälter auf ihrer ganzen Fläche die Sterilisierungstemperatur erreicht haben und vollständig sterilisiert sind; drittens, einer Füllzone, in welcher die erhitzten, sterilisierten Behälter mit vorsterilisierten Nahrungsmitteln gefüllt werden; und viertens, einer Verschliess- und Lötzone, in welcher die gefüllten Behälter mit Deckeln versehen und Behälter und Dekkel miteinander verschlossen werden. Sie betrifft ferner eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit Sterilisierung von leeren Behältern und deren Deckeln.
Frühere Einmachvorrichtungen dieser Art entkeimen die Behälter und ihre Deckel mit Dampf, der ausserhalb der verschiedenen Kammern erhitzt und in die Sterilisierungskammer zwangläufig eingeführt wird, wo die Behälter und Deckel behandelt werden.
Unter den verschiedenen Nachteilen des früheren Systems ist namentlich die Tatsache erwähnenswert, dass sehr grosse Energieverluste auftreten. Um Dampf mit einem guten Wirkungsgrad in einem Dampfkessel bis auf die Entkeimungstemperatur erhitzen zu können, muss er auf einen Druck gebracht werden, der höher ist als der atmosphärische Druck.
Bevor Dampf in die keimfreie Einmachvorrichtung eingeführt werden kann, muss der hohe Dampfdruck reduziert werden, da die sterile Kammer sich unter atmosphärischem Druck befindet. Diese Druckverminderung bringt eine Abkühlung des Dampfes mit sich, so dass eine neue Aufhitzung bei atmosphärischem Druck erforderlich ist. Dieses zusätzliche Verfahren ist mit einem grossen Verlust von Wärmeenergie verbunden und erfordert umfangreiche oder teure Wiederaufheizvorrichtungen.
Die vorliegende Erfindung besteht aus einer Methode für das Einmachen von Nahrungsmitteln, die auf die Erhitzung eines sterilisierenden Gases ausserhalb der keimfreien Sterilisierungs-, Abfüll- und Schliesskarnmer verzichten kann und somit die Errichtung und die Aufrechterhaltung eines zwangläufigen, keimfreien Gasflusses durch die verschiedenen Kammern der Einmachvorrichtung nicht mehr benötigt.
Die für die Entkeimung der Behälter und Deckel benötigte Hitze kann also an Ort und Stelle erzeugt werden und nicht ausserhalb des Standortes des Entkeimungsprozesses. Die dazu notwendige, sich an Ort und Stelle befindliche Heizquelle kann aus einem Brenner bestehen, doch kann ebensogut eine elektrische Energiequelle verwendet werden.
In den Zeichnungen, welche die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, ist:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht der Vorrichtung, welche die Prinzipien der Erfindung verköpert, und die aus einem Behältersterilisierungs apparat, einem Deckelsterilisierungs-und Zuführ gerät, einer Temperaturausgleichseinheit, einer Abfülleinheit sowie aus einer Verschliesseinheit besteht,
Fig. 2 eine Draufsicht in vergrössertem Massstab des Behältersterilisierungsapparates, mit teilweise weggeschnittenem Deckel,
Fig. 3 ein Vertikalschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1 und Fig. 2 in noch grösserem Massstab,
Fig. 4 eine Teilsicht ähnlich der Fig.
3 einer abgeänderten Form des Behältersterilisierungsapparates, welche ebenfalls ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist, wobei anstelle der Gasbrenner elektrische Heizelemente venvendet werden,
Fig. 5 ein vergrösserter Vertikalschnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 1, welcher die Temperatur ausgleichse:
nheit zeigt,
Fig. 6 ein vergrösserter Vertikalschnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 1 durch einen weiteren Teil der Temperaturausgleichseinheit,
Fig. 6A eine Teildraufsicht des Temperaturausgleichsapparates, wie bei der obigen Fig. 6, jedoch ohne Deckel,
Fig. 7 eine Draufsicht der Abfülleinheit, mit teilweise weggeschnittenem Deckel und in einem grö sseren Massstab als in der Fig. 1,
Fig. 8 ein Vertikalteilschnitt entlang der Linie 8-8 der Fig. 1 und Fig. 7, welcher die Abfülleinheit in einem noch grösseren Massstab zeigt,
Fig. 9 eine Teilsicht in grösserem Massstab des Deckelzuführungs- und Sterilisierungsapparates der Fig. 1, dessen Deckel entfernt ist, um das Innere des Gerätes sichtbar zu machen,
Fig. 10 ein Vertikalteilschnitt entlang der Linie 10-10 der Fig. 1 und Fig. 9, in einem noch grösseren Massstab,
Fig.
11 ein Seitenriss entlang der Linie 11-11 der Fig. 9,
Fig. 12 eine Teilansicht der Verschliesseinheit in einem grösseren Massstab als die Fig. 1, welche das Innere der Verschliesseinheit teilweise in Draufsicht, teilweise im Längsschnitt zeigt, wobei der Deckel entfernt ist, um das Innere sichtbar zu machen,
Fig. 13 ein Vertikalteilschnitt entlang der Linie 13-13 der Fig. 12,
Fig. 14 ein Vertikalteilschnitt ähnlich der Fig. 3, welcher ein Mittel zum Drehen der Scheibe 31 mit der doppelten Geschwindigkeit der Welle 26 zeigt, und
Fig. 15 ein Vertikalteilschnitt ähnlich der Fig. 4, mit abgeändertem elektrischem Heizelement.
Die Fig. 1 zeigt die Einmachvorrichtung 10, bestehend aus dem Behältersterilisierungsapparat 11, der Temperaturausgleichseinheit 12 (die als eine Enveiterung des Apparates 11 betrachtet werden kann), einer Abfülleinheit 13, die keimfreie Nahrungsmittel aus dem Nahrungsmittelsterilisierungsgerät 14 erhält, aus dem Deckelzuführ- und Sterilisierungsapparat 15 sowie aus einer Behälterverschliesseinheit 16.
Die leeren Behälter 17 kommen in die Sterilisierungseinheit 11, laufen durch die Temperaturausgleichseinheit 12 und gelangen in die Abfülleinheit 13. Diese Behälter 17 können zum Beispiel, wie abgebildet, Büchsen sein, oder auch andere Behälter, die sich mit diesem Verfahren anwenden lassen.
Die gefüllten Behälter 18 mit dem eingefüllten Nah rungsmittel 19 werden zur Verschliesseinheit 16 weiterbefördert. Unterdessen werden die Behälterdeckel 20 in dem Deckelsterilisierungsapparat 15 keimfrei gemacht und der Verschliesseinheit 16 zugeführt.
Dort werden die Deckel auf die gefüllten Behälter 18 aufgesetzt und verschlossen. Die verschlossenen Behälter 21 verlassen die Vorrichtung. Die leeren, noch nicht sterilen Behälter 17 werden durch irgendein geeignetes Beförderungsmittel 25 zum Behältersterilisierungsapparat 11 gebracht. Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, enthält der Behältersterilisierungsapparat 11 eine zentral angeordnete Welle 26, die durch das Lager 27 gehalten wird, welches einen Teil des Rahmens 28 bildet. Die Welle 26 ist mit einem Deckelglied 29 fest verbunden und erstreckt sich durch dieses Glied, das sich mit der Welle 26 dreht. Konzentrisch zur Welle 26 und drehbar ist eine Hülse 30 angeordnet, die an ihrem oberen Ende ein drehbar befestigtes Führungsrad 31 trägt.
Die Welle 26 und die Hülse 30 werden durch geeignete Antriebsmittel (siehe Fig. 15) mit verschiedenen Geschwindigkeiten angetrieben. Der Zweck dieser Einrichtung wird weiter unten beschrieben.
Das Führungsrad 31 trägt auf seinem Umkreis einen Vorsprung 32, durch welchen ein Teil des Behälters 17 gehalten wird. Ein anderer Vorsprung 33 des feststehenden Führungsringes 34 trägt die entgegengesetzte Seite des Behälters 17, und ein anderer feststehender Führungsring 35 befindet sich oberhalb des Führungsringes 34. Die feststehenden Führungsringe 34 und 35 sind auf einer isolierten, ringförmigen Wand 36 befestigt, die einen J-förmigen Vertikalquerschnitt aufweist und durch das Rahmenglied 37 gehalten wird. Eine ringförmige Wand und ein Deckel 40 sind mit dem drehbaren Deckel 29 fest verbunden und bilden zusammen mit der feststehenden Wand 36 einen ringförmigen Sterilisierungsdurchgang 41.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und Fig. 3 wird eine geeignete brennbare Gas/Luft-Mischung aus einer geeigneten Quelle entnommen und durch eine drehbare Dichtung (nicht dargestellt) zum axial gelegenen Durchgang 42 gebracht, um dann durch eine Anzahl radial angeordneter Leitungen 43 auf eine gleiche Anzahl Brennerdüsen 44 verteilt zu werden. Jede Düse 44 entspricht einer Schale 45, die durch die an der Wand 40 befestigten Greifer 46 gebildet ist. Die leeren Behälter 17 werden zum Rad 31 im Gleichlauf befördert, so dass jede Schale 45 einen Behälter aufnimmt, während die Schalen sich im Takt mit dem Behälterbeförderungsmittel 25 drehen. Dadurch befindet sich eine Brennerdüse 44 über jedem Behälter 17 und bleibt im Gleichlauf mit dem Behälter.
In gleicher Weise ist eine Anzahl von Zweigleitungen 46b mit einer Anzahl von Brennern 47b verbunden, deren Düsenöffnungen 48 gegen die Wände der Behälter 17 gerichtet sind, die sich in jeder Tasche 45 befinden. Ein ring- und bandförmiger Brenner 49 mit der brennbaren Gas11Luft-Mischung wird durch eine oder mehrere Leitungen 50 gespeist und besitzt verschiedene Öffnungen 51, die sich unter den Böden der Be hälter 17 im Gleichlauf mit diesen befinden.
Wenn die Sterilisierungseinheit 11 in Betrieb gesetzt wird, bringt das Beschickungsmittel 25 jeden leeren Behälter 17 gegen den Vorsprung 42 des Führungsrades 31 in eine der Schalen 45, in Übereinstimmung mit einer Brennerdüse 44. Welle 26 und Hülse 30 drehen sich beide und bewegen die Behälter 17 durch den Sterilisierungsdurchgang 41. Die brennbare Gas/Luft-Mischung erreicht die Brenner 44, 47b und 49, welche die Sterilisierungskammer 41 auf Betriebstemperatur aufheizen. Diese Aufheizung kann ebenfalls durch andere, geeignete Mittel erfolgen. Jeder Behälter wird um die Achse der Welle 26, um einen Winkel von ungefähr 3400 gedreht und kommt dann in die Temperaturausgleichseinheit 12.
Während dieser Drehbewegung stossen die Flammen der Brenner 44 gegen das Innere des Behälters, die Flammen der Brenner 47b gegen die Seite des Behälters, die Flammen des Brenners 49 gegen den Boden des Behälters.
Wie oben beschrieben, drehen sich die Hülse 30 und das Führungsrad 31 mit einer anderen Ge schwincligkeit als die Welle 26, wobei mit Vorteil die doppelte Geschwindigkeit der Welle 26 bzw. der Greifer 46 gewählt wird. Dies kann erreicht werden, indem die Welle 26 direkt durch einen Motor (nicht dargestellt), oder indirekt über eine Riemenscheibe 209 angetrieben wird, welche mit dem Motor 205 verbunden ist und die Welle 26 über den Riemen 206 antreibt. Die Riemenscheibe 208 treibt ihrerseits die Hülse 30 und das Rad 31 über ein Getriebe (Fig. 15) an, das aus einem an der Welle 26 angebrachten Zahnkranz 200, aus den mit der Welle 202 (welche durch den Rahmen 37 getragen wird) verbundenen Zahnrädern 201 und 203 und aus dem an der Hülse 30 angebrachten Zahnkranz 204 besteht.
Das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder ist so gewählt, dass der Zahnkranz 204 zweimal so schnell läuft als der Zahnkranz 200.
Jeder Ingenieur kennt zahlreiche andere Möglichkeiten, um dies zu erreichen. Dies ergibt zwangläufig, dass jeder Behälter 17 dazu neigt, gegen den entsprechenden Führungsgreifer 46 zu stossen, ohne jedoch zu verrutschen, sondern sich frei um eigene Vertikalachse drehend. Diese Drehbewegung hilft, cine gleichmässige Erwärmung der äusseren Oberflächen des Behälters zu erzielen, wobei der Brenner 47b den Behälterkörper und der Brenner 49 den Behälterboden bestrahlt. Unterdessen erhitzt die Flamme des Brenners 44 das Innere des Behälters
17. Die sich dort befindende nichtsterile Luft dehnt sich aus und strömt aus dem Behälter, während das im Behälter 17 übrigbleibende Gas auf die Sterilisierungstemperatur gebracht wird. Die gleiche Flamme erhitzt zudem noch die Innenflächen des Behälters 17.
Die Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Form des Behältersterilisierungsapparates lla. Die Teile, die mit den Elementen der Fig. 3 identisch sind, sind mit den gleichen Zahlen bezeichnet. Statt den Gasbrennern 44, 47b und 49 werden elektrische Heizelemente 44a, 47a und 49a verwendet, die sich im glühenden Zustand befinden und ihre Hitze direkt in das Innere des Behälters, gegen die äusseren Seitenwände und gegen den Boden ausstrahlen. Das Heizelement 49a ist mit einem Reflektor 52 ausgerüstet, und ähnliche Reflektoren (nicht dargestellt) können, falls erwünscht oder erforderlich, für die elektrischen Heizelemente 44a und 47a vorgesehen werden. Die erforderlichen Netzanschlüsse sind vorhanden.
An Stelle von Strahlungshitze, die durch glühende Heizelemente erzeugt wird, können ebenfalls andere elektrische Heizmittel eingesetzt werden, wie zum Beispiel Infrarot-Hitze, die auf gleiche Weise wie die Heizstrahlelemente angewendet wird. Die Metallteile der Behälter (Büchsen) können auch direkt durch Induktion eines elektrischen Stromes erhitzt werden. Ein Heizstrahlelement 210 kann ebenfalls, wie in der Fig. 14 dargestellt, so gebaut sein, dass abwechslungsweise das Innere und das Äussere des offenen Behälters 17 bestrahlt wird. Die erforderliche Vorrichtung besteht dann aus einem mechanisch oder elektrisch arbeitenden Nockensystem und einem mit einer Spule verbundenen Mikroschalter, oder aus irgendeinem Synchronisierungsmittel (nicht dargestellt).
Die Mittel für das Heranführen und das Zurückziehen des Heizelementes aus dem Behälter sind wohlbekannt und brauchen deshalb nicht beschrieben zu werden. Das Heizstrahlelement 211 ist jedoch starr auf der senkrechten Wand des Deckels 40 befestigt.
Die liig. 5, 6 und 6A zeigen die Temperaturausgleichs- und Konstanthaltungseinheit 12 mit einem isolierten Gehäuse 60. Das Gehäuse 60 enthält einen U-förmigen Durchgang 61, der aus den parallel verlaufenden Abzweigungen 62 und dem Verbindungsstück 62a besteht. Das Gehäuse 60 enthält ebenfalls eine U-förmige Brennkammer 63, die unter dem Durchgang 61 angeordnet ist. Ein endloses Förderseil 64 befindet sich im Durchgang 61 und ist dort durch senkrecht montierte Rollen 65 gehalten und geführt, deren jede auf einen Träger 66 drehbar montiert ist. Das Seil 64 ist über zwei grosse Rollen 67 geführt, die waagrecht an beiden Enden des Elementes 12 auf den Wellen 68 drehbar befestigt sind, indem eine dieser Rollen als Treibscheibe wirkt (siehe ebenfalls Fig. 1).
Unter den Abschirmungen 69 der unteren Brennkammer 63 befindet sich ein bandförmiger Brenner 70, der verschiedene Öffnungen 75 aufweist.
Aus diesen Öffnungen strömt eine brennbare Gas/ Luft-Miscl ! ung, die dem Durchgang 61 Hitze zuführt.
In der Temperaturausgleichs- und Konstanthaltungseinheit 12 bleiben die Behälter 17 in der be heizten Kammer während einer gewissen Zeit, die lang genug ist, um die Entkeimung sicherzustellen.
Die Behälter 17 sind in dem Sterilisierungsapparat 11 auf die Sterilisierungstemperatur gebracht worden. Das Entkeimungsverfahren ist aber sowohl mit einem Zeitfaktor als auch mit einem Temperaturfaktor verbunden; das heisst, dass ein Behälter während einer gewissen Zeitdauer auf einer genügend hohen Temperatur gehalten werden muss, wenn er mit einem angemessenen Sicherheitsfaktor entkeimt werden soll. Der Aufenthalt der Behälter 17 in der Einheit 12 sichert ebenfalls den Temperaturausgleich der seitlichen und der doppelten Endnahtstellen, die eine grössere Metalldicke aufweisen.
Die Sterilisierungstemperatur kann in der Einheit 12 mittels anderer Heizverfahren als Flamme und Gasverbrennung aufrechterhalten werden; man kann zum Beispiel elektrische, glühende Strahlelemente oder Widerstandselemente verwenden oder die Hitze mittels Dampfröhren erzeugen, die in den Wandungen des Gehäuses eingebaut sind.
Nach dem Durchgang durch die Einheit 12 wird jeder keimfreie Behälter 17 von einem drehenden Beförderungs- oder Verteilmechanismus 76 (siehe Fig. 7 und 8) in Schalen 77 aufgenommen. Der Beförderungsmechanismus 76 ist in einem Gehäuse 78 drehbar gelagert und in diesem Gehäuse, das auch andere Elemente der Vorrichtung - die Abfülleinheit 13 inbegriffen - enthält, vollständig eingeschlossen. Innerhalb des Gehäuses 78 befindet sich ein Drehkopf 80, der mit der Welle 81 verbunden ist und zusammen mit den Greifern 82 die Schalen 83 bildet, welche die keimfreien Behälter 17 aufnehmen. Das Gehäuse 78 (siehe Fig. 8) bildet die äussere, feststehende Wand eines ringförmigen Abfülldurchganges 84.
Das Gehäuse des Durchganges 84 enthält ebenfalls einen unteren feststehenden Teil 85, der einen L-förmigen Querschnitt aufweist, mit dem äusseren Gehäuse 78 verbunden ist und auf einem Rahmenglied 86 aufgeschraubt ist. Das Gehäuse enthält ebenfalls einen oberen, drehbaren Teil 87 mit einem rechtwinkligen Querschnitt, der mit dem Drehkopf 80 fest verbunden ist und sich mit ihm dreht. Eine Verstärkung oder ein Vorsprung 88 ist auf dem Rahmenglied 86 aufgeschraubt und trägt einen nach oben gerichteten Flansch oder Rand 89, mit dem er einen ringförmigen Trog 89a bildet, in welchen die Behälter 17 eingeführt werden. Der Vorsprung 88 und der Raum in der Nähe der Behälter 17 sowie rechts davon (siehe Fig. 8), sind mit einem Wassermantel 90 versehen. Das Kühlwasser dringt durch eine Einlaufleitung 95 in den Mantel 90 ein und fliesst dann aus der Öffnung 96 heraus.
Eine Mehrzahl kleiner Öffnungen 97, deren Durchmesser in der Grössenordnung eines Kapillarrohres liegt, lässt Wasser aus dem Kühlmantel 90 in den Trog 89a tropfen. Der Zweck dieser Vorrichtung wird weiter unten beschrieben.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird das Füllgut zum Nahrungsmittelsterilisierungs apparat durch ein Rohr oder eine Leitung 99 geführt. Nahrungsmittelsterilisierungsgerte sind allgemein bekannt. Die Pumpe 101, die mit einer zwangläufigen positiven Förderleistung arbeitet und mit anderen Teilen der Vorrichtung synchron läuft, bringt die keimfreien Nahrungsmittel durch das Rohr 100 in die Abfülleinheit 13.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 sehen wir das Rohr 100, das mit Abstellventil 102 abgeschlossen ist, welches mit einer drehbaren Hülse 103 abdichtend verbunden ist. Das Ventil 102 enthält einen entsprechend ausgebildeten Ausgang 104, der nur auf einem Teil des Umkreises des Ventils 102 vorhanden ist. Die Hülse 103 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 103a auf. Jede Öffnung 103a entspricht einem radial gerichteten Rohr 105, und jedes Rohr 105 erstreckt sich bis zu einer Schale 83, d. h. bis zu einem Behälter 17 in der Abfülleinheit 13. Jedes radial gerichtete Rohr 105 verläuft abwärts durch den Deckel 80a des Drehkopfes 80 und durch den drehenden Teil 87 des Gehäuses des Durchganges 84.
Zum Einhalten der Sterilisierungstemperatur im Abfülldurchgang 84 sind geeignete Mittel vorgesehen, wie zum Beispiel ein ring- und bandförmiger Brenner 98. Anstelle eines Gas/Luft-Gemisch- Brenners können auch andere Heizmittel verwendet werden, wie beispielsweise elektrische Heizstrahl Glühelemente, oder aber es können elektrische Heizelemente, Dampfrohre usw. in die Wandungen der Vorrichtung eingebaut werden.
Im Betrieb wird die ganze Vorrichtung zuerst entkeimt, indem sie während der notwendigen Zeit auf die erforderliche Temperatur erhitzt wird. In der Einheit 13 kann diese erste Entkeimung derart durchgeführt werden, dass das Wasser aus dem Mantel 90 entfernt wird und dann die Einheit 13 selbst durch den Brenner 98 oder durch andere geeignete Mittel auf die Betriebstemperatur gebracht wird.
Darauf wird der Mantel 90 mit Wasser gefüllt.
Während die Behälter 17 durch den Sterilisierungsdurchgang 84 befördert werden und die Bewegung des Drehkopfes 80 befolgen, bleiben sie dank der vom Brenner 98 erzeugten Hitze in keimfreiem Zustand. Jeder Behälter 17 ist mit einer im voraus bestimmten Nahrungsmittelmenge gefüllt, die durch die im Takt mit dem Drehkopf 80 angetriebene Pumpe 101 befördert wird. Man sieht in der Fig. 7, dass jeder Behälter von einem Punkt A zu einem Punkt Bs gebracht wird, wobei er ständig auf der Verstärkung 88 ruht. Das Ventil 102 und die Hülse 103 sowie die darin angeordneten Öffnungen sind so konstruiert, dass das Füllgut in jedes Rohr 105 eingeführt wird, wenn, und nur dann, wenn es sich zwischen den Punkten A und B befindet. Daraufhin wird das Ventil in bezug zum betreffenden Rohr geschlossen.
Die Pumpe 101, die mit einer zwangläufigen positiven Förderleistung arbeitet und im Takt mit dem Drehkopf 80 betätigt wird, bringt eine vorbestimmte Menge des keimfreien Füllgutes durch jedes Rohr 105, das sich zwischen den Punkten A und B bewegt.
Unterdessen fliesst ständig Wasser durch den Mantel 90 und kühlt während des Abfüllvorganges die Behälter ab. Diese Abkühlung vermindert die Gefahr einer Verbrennung oder zu grosser Erhitzung des Füllgutes, wenn es mit dem Behälter in Berührung kommt. Wird die Vorrichtung mit keimfreiem Wasser gespeist, so bringt die geringe Wassermenge, die durch die Öffnungen 97 in den Trog 89a fliesst, keine nichtsterilen Substanzen in die Behälter. Das Wasser, das in den Trog 89a eingeführt wird, unterstützt die Abkühlung der Behälter, namentlich der Behälterböden, indem es durch den Trog fliesst und diesen durch einen besonderen Abfluss verlässt. Dieser Wasserfluss bietet den zusätzlichen Vorteil, dass er übergelaufenes Füllgut aus dem Trog wegspült und die Reibung zwischen Behälterboden und Trog vermindert.
Bezugnehmend auf Fig. 1 und 7 werden die gefüllten Behälter 18 aus der Abfülleinheit 13 durch einen Beförderungs- oder Verteilmechanismus 115 weggeführt, welcher Schalen 116 aufweist, wobei jede Schale 116 einen Behälter 18 aufnimmt. Die Schalen 116 sind derart angeordnet (siehe Fig. 7), dass jeder gefüllte Behälter durch eine Schale 116 aus der entsprechenden Schale 83 des Abfülldrehkopfes 13 aufgenommen und innerhalb des Gehäuses 78 bis zum Durchgang 117 rotierend befördert wird.
In diesem Durchgang 117 kommt jeder Behälter auf die Fördereinrichtung 118 und wird zur Verschliesseinheit 16 gebracht, die weiter unten beschrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 sowie Fig. 9 bis und mit Fig. 11 speist das Deckelsterilisierungsund Zuführgerät 15 die Verschliesseinheit 16 mit keimfreien Deckeln, im Takt mit dem Nachschub der gefüllten Behälter. Die Deckelsterilisierungsvorrichtung 15 besteht aus einem Gehäuse 119, in wel- chem ein Drehkopf 120 waagrecht rotiert. Der Drehkopf 120 weist radial gerichtete Greifer 121 auf, welche zur Aufnahme der Deckel 20 bestimmte Schalen 122 bilden. Die Deckel 20 sind in einem Magazin 124 enthalten, dessen Bau- und Arbeitsweise herkömmlicher Art sind. Dieses Magazin kann in bestimmten Abständen eine Mehrzahl von senkrecht stehenden Stäben aufweisen, welche den Dekkelstapel 20 seitlich abstützen (Fig. 11).
Die Deckel 20 werden einer nach dem anderen von unten her durch sich drehende Abnehmerschaufeln 126 vom Stapel weggerissen, deren Konstruktion und Arbeitsweise bekannt ist, und welche im Takt mit anderen Elementen der Vorrichtung angetrieben werden.
Jeder abgenommene Deckel 20 wird in einer Schale 122 dem Drehkopf 120 zugeführt und durchläuft einen ringförmigen Sterilisierungsdurchgang 127, wie im Querschnitt in Fig. 10 dargestellt. Der Durchgang 12 besteht aus einem drehbaren Führungsrad 128, einer feststehenden Führung 129 und einem isolierten Deckelglied 130. Das drehbare Führungsrad 128 weist einen Vorsprung 128a auf, und die feststehende Führung 129 ist mit einem ähnlichen Vorsprung 135 ausgerüstet. Das Rad 128 wird mit Vorteil mit der doppelten Geschwindigkeit des Drehkopfes 120 angetrieben, genau wie das Rad 31 der Fig. 3 mit der doppelten Geschwindigkeit des Drehkopfes 29 gedreht wird. Diese Ubersetzung wird mit einem Getriebe, wie in Fig. 15 dargestellt, oder durch andere herkömmliche Mittel, die keinerlei Darstellung bedürfen, erreicht.
Die Deckel 20 üben eine Drehbewegung um die gemeinsame Achse des Drehkopfes 120 und des Rades 128 aus, und jeder Deckel dreht sich ausserdem frei um seine eigene Achse oder Mittel.
Eine nach unten gerichtete Verlängerung des Sterilisierungsdurchgangs 127 besteht aus dem Gehäuse 119 und einer isolierten Innenwand 136. Innerhalb dieser Verlängerung befindet sich ein ringund bandförmiger Brenner 137, der Öffnungen 138 aufweist, durch welche die brennbare Gas/Luft Mischung ausströmt. Der Boden des Durchganges 127a enthält eine Öffnung 139, welche der Luftzufuhr zum Brenner 137 dient. Die Vorrichtung enthält ferner ein Abzugrohr 140, welches die Verbrennungsgase aus dem Sterilisierungsdurchgang 127 ableitet.
Der Gasbrenner 127 kann durch andere Sterili sierungsmiuel ersetzt werden, welche ebenfalls den Deckeln 20 Hitze direkt zuführen. Wie bei dem Behältersterilisierungsgerät (Fig. 4), können diese Mittel elektrische Heizelemente sein, wie zum Beispiel ein elektrisches Heizstrahl-Glühelement. Die Deckel 20 können ebenfalls durch einen Muffelofen geführt werden, indem die Wände des Durchganges elektrisch beheizt werden; oder die Deckel 20 können durch elektrische Induktionsströme erhitzt werden.
Mit diesen Mitteln werden die Deckel 20 auf eine geeignete Sterilisierungstemperatur aufgeheizt, die zum Beispiel 1770 C oder mehr betragen kann.
Wie im Falle der Behälter 17 ist es wünschenswert, die Deckel genügend lange auf dieser Sterilisierungs- temperatur zu halten, damit die Entkeimung sichergestellt ist (siehe Fig. 11). Diese Temperaturkonstanthaltungseinheit 141 besteht aus einer rohrförmigen Kammer 142 von isolierter Bauart, die eine Führung 143 enthält, welche die Deckel seitlich aufnimmt und die nötige Abwärtsbewegung der Deckel gewährleistet. Die Kammer 142 wird durch ein spiralförmiges, gewundenes Rohr 114 aufgeheizt, welches gesättigten und unter Druck stehenden Dampf enthält. Für die Aufrechterhaltung der Sterilisierungstemperatur innerhalb der Kammer 142 kann auch ein elektrisches Heizelement 144 ver wendet werden. Andere geeignete Heizmittel sind ebenfalls möglich.
Bezunehmend auf die Fig. 11 kommen die Deckel 20 aus dem Sterilisierungsdurchgang 127 in die Konstanthaltungseinheit 141.
Die Deckel fallen durch Schwerkraft in die Kammer 142 und erden dank der Schwerkraft nach unten weiterbefördert. Ausserdem kann die Vorrichtung mit einem zwangläufig angetriebenen Fördermittel ausgerüstet werden, das irgendeine Form aufweisen kann (nicht dargestellt), wie zum Beispiel eine endlose Kette mit Klinken oder Führungsschrauben. Solche Deckel-Fördergeräte sind allgemein bekannt und benötigen keine weitere Beschreibung.
Die keimfreien Deckel werden durch einen Beförderungs- oder Verteilmechanismus 150 (siehe Fig. 1 und 9) vom unteren Ende des Stapels in der Kammer 142 abgenommen. Dieser Mechanismus kann von üblicher Bauart sein und befindet sich in einem isolierten Gehäuse 151.
Die gefüllten Behälter 18 kommen zur Verschliesseinheit 16 über den Durchgang 117 (siehe Fig. 1 und 7), währenddem die keimfreien Deckel 20 durch den Beförderungsmechanismus 150 zur Verschliesseinheit 16 gebracht werden (siehe Fig. 1 und 9).
Die Beförderungsmittel für Behälter und Deckel sind selbstverständlich im Gleichlauf angetrieben, so dass jeder offene, gefüllte Behälter 18 mit einem Deckel versehen wird.
Die Fig. 12 und 13 zeigen ziemlich schematisch die Verschliesseinheit 16, da die Bauart irgendeine geeignete Form aufweisen kann. Eine der üblichen Arten ist in der sogenannten Doppelverschluss Maschine verkörpert. Diese Maschine verwendet zusammenwirkende Hebeplatten und Einspannvorrichtungen, welche die gefüllten Dosen und die Dosendeckel in der richtigen Stellung für das Verschliessen oder Löten halten und die ebenfalls mit Schliessrollcn ausgerüstet ist, welche den Deckelund Behälterrand derart verformen, dass sie die für die Schliessung notwendige Bördelung erhalten. Die Fig. 12 und 13 zeigen eine etwas schematische Darstellung einer solchen Standard-Verschlussmaschine, welche so abgeändert wurde, dass sie den nachstehend beschriebenen sterilen Zustand einzuhalten vermag.
Die Verschliesseinheit 16 besteht aus einem äusseren, feststehenden, ringförmigen Gehäuse 152 und einer inneren, ringförmigen Wand 153, die mit einem Drehkopf 154 verbunden ist. Das Gehäuse 152 und die Wand 153 sind beide isoliert gebaut und so weit voneinander getrennt, dass sie einen ringförmigen Schliessdurchgang 155 bilden. Der Drehkopf 154 ist an der Welle 156 befestigt und dreht sich mit dieser. Eine Mehrzahl von Hebeplatten 157 (siehe Fig. 13) sind auf einer Welle 1 57a drehbar befestigt. Die Welle 1 57a bewegt sich in einer Hülse
158, die mit dem Drehkopf 154 verbunden ist.
Am unteren Ende jeder Welle 1 57a befindet sich eine Nockenrolle 159, die auf einer Hebekurve 160 rollt. Die Kurve 160 bewirkt den Hub der Platte 157 auf die richtige Höhe im entsprechenden Zeitpunkt des Ablaufes. Zu jeder Platte 157 gehört eine Einspannvorrichtung 165, die auf einer Spind zuzugeben, oder einen zwangläufigen Gasfluss im ganzen System zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Dadurch erübrigen sich ausserhalb der Vorrichtung angeordncte Mittel zum Aufheizen und Bewegen des Gases. Dampfkondensation in und auf den Behältern wird vermieden, ohne dass es erforderlich wäre, die bei dampfbeheizten Anlagen üblichen, schwierigen Gegenmassnahmen zu treffen.
Das System, welches den Gegenstand meiner Erfindung bildet, kann auch mit Mitteln für Einstellbarkeit und automatische Steuerung versehen sein.
Zum Beispiel können thermostatische Steuerungsmittel zur Überwachung der verschiedenen Brenner eingesetzt werden, damit eine bestimmte Betriebstemperatur in den verschiedenen Kammern und Durchgängen sichergestellt wird. Die Brennerdüsen 44 (Fig. 3) können zur Anpassung an die verschiedenen Behältertypen in der Höhe einstellbar sein. Das ganze System oder nur Teile desselben können in einem Gehäuse eingeschlossen sein. Die Verbrennungsgase werden durch Abzugsrohre oder Kamine abgeleitet. Das System wird selbstverständlich auf die notwendige Betriebstemperatur gebracht, die nicht in allen Teilen der Vorrichtung die gleiche sein muss.
Diese Betriebstemperaturen werden vor dem eigentlichen Beginn des Vorganges so lange aufrechterhalten, bis der keimfreie Zustand für den gesam ten Arbeitsvorgang von Anfang an mit Sicherheit gewährleistet ist.
Unter den verschiedenen, zahlreichen und vorteilhaften Eigenschaften der Vorrichtung und Methode meiner Erfindung sei auf folgendes hingewiesen: Die Hitze wird an Ort und Stelle erzeugt, so dass das Vorwärmen des Gases ausserhalb der Vorrichtung entfällt, ebenso das Überhitzen des Gases auf Sterilisierungstemperatur und dessen zwangweise Einführung in und durch die Anlage. Die Flamme erstreckt sich direkt in den Behälter (Fig. 3) sowie über den Behälter und seinen Deckel (Fig. 3, 10 und 14). Dadurch ist es einerseits nicht mehr notwendig, eine äussere Gasquelle, wie zum Beispiel eine Dampfanlage, vorzusehen, eine grosse Menge Wärme dem Gas zuzuführen und das aufgeheizte Gas in die Vorrichtung einzuführen, anderseits wickelt sich auch der Sterilisierungsprozess viel schneller ab.
In der Flammenentkeimung der Fig. 3, 10 und 11 wird die nichtsterile Luft innerhalb der Behälter sowie in der Umgebung der Behälter (Fig. 3) und der Deckel für die Verbrennung verwendet, d. h. an Ort und Stelle aufgeheizt. In den Abänderungen wie bei der Fig. 4 wird die Hitze ebenfalls an Ort und Stelle erzeugt. Diese Heizart hat einen guten Wirkungsgrad und beschleunigt den Sterilisierungsvorgang. Zusammen mit del- Drehbewegung der Behälter und Deckel um die eigene Achse (siehe Fig. 3, 4 und 10), die einen raschen Ausgleich der Temperaturen der Behälter und Deckel mit sich bringt, erfordert die Anwendung dieses Verfahrens einen viel kürzeren Aufenthalt in den verschiedenen Sterilisierungselementen.
Demzufolge kann die Vorrichtung viel gedrängter gebaut werden als Anlagen, bei welchen das Gas ausserhalb der Vorrichtung erhitzt und in die Sterilisierungselemente eingeführt werden muss.
Es ist gleichfalls zu bemerken, dass die verschiedenen Hitzerzeuger, wie Gasbrenner oder elektrische Heizelemente, die mechanischen Teile der Anlage entkeimen, welche mit den Behältern, den Dekkeln und dem Füllgut in Berührung kommen: Abfülldüsen, Fördennittel, Behälter- und Fördermittelträger, Einspannvorrichtungen und Schliessrollen werden sehr rasch sterilisiert.
Es besteht damit ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung für das Einmachen von Nahrungsmitteln und anderen Produkten, mit dem Vorteil, dass sich der Vorgang unter atmosphärischem Druck abwickelt, und dass die Nachteile früherer atmosphärischer Systeme verringert oder ganz ausgeschlossen werden. Überdies ist die Erfindung nicht nur für Nahrungsmittel, sondern auch für andere Produkte verwendbar, welche unter sterilen Bedingungen abgepackt werden müssen, wie zum Beispiel biologische Präparate.
Die vorliegende Erfindung wird den Fachmann zweifellos zu zahlreichen Konstruktionsänderungen und weitgehend voneinander verschiedenen Ausführungs- und Anwendungsmöglichkeiten anregen, wobei Geist und Zweck der vorliegenden Erfindung gewahrt bleiben. Die vorliegende Beschreibung mit ihren Erklärungen ist deshalb rein illustrativer Natur und darf keinenfalls in einschränkendem Sinne aufgefasst werden.
Process for the aseptic canning of sterilized foodstuffs and installation for its implementation
The present invention relates to the aseptic canning of sterilized food and is characterized by the continuous conveyance of open, empty, upright containers in a aseptic atmosphere through four treatment zones, which are all under atmospheric pressure and consist of the following parts: first, a container heating zone in which the majority of the containers are heated to at least the sterilization temperature;
secondly, a temperature compensation and constant maintenance zone, in which the heated containers are kept in an atmosphere at the sterilization temperature for a sufficiently long time until the containers have reached the sterilization temperature over their entire surface and are completely sterilized; third, a filling zone in which the heated, sterilized containers are filled with pre-sterilized food; and fourthly, a sealing and soldering zone in which the filled containers are provided with lids and the container and lids are closed with one another. It also relates to an installation for carrying out the method according to the invention with sterilization of empty containers and their lids.
Earlier canning devices of this type sterilize the containers and their lids with steam, which is heated outside of the various chambers and forced into the sterilization chamber where the containers and lids are treated.
Among the various disadvantages of the earlier system, it is worth noting that there are very large energy losses. In order to be able to heat steam up to the sterilization temperature with good efficiency in a steam boiler, it must be brought to a pressure that is higher than atmospheric pressure.
Before steam can be introduced into the aseptic canning device, the high steam pressure must be reduced because the sterile chamber is under atmospheric pressure. This pressure reduction brings about a cooling of the steam, so that a new heating at atmospheric pressure is necessary. This additional process involves a large loss of thermal energy and requires extensive or expensive reheating equipment.
The present invention consists of a method for canning food which can dispense with the heating of a sterilizing gas outside the sterile sterilization, filling and closing chambers and thus the establishment and maintenance of a positive, sterile gas flow through the various chambers of the canning device no longer needed.
The heat required to disinfect the containers and lids can therefore be generated on the spot and not outside of the location of the disinfection process. The on-site heating source required for this purpose can consist of a burner, but an electrical energy source can just as easily be used.
In the drawings which illustrate the embodiments of the invention:
1 shows a schematic plan view of the device which embodies the principles of the invention and which consists of a container sterilization apparatus, a lid sterilization and feed device, a temperature compensation unit, a filling unit and a sealing unit,
2 shows a plan view on an enlarged scale of the container sterilization apparatus, with the cover partially cut away,
3 shows a vertical section along the line 3-3 in FIGS. 1 and 2 on an even larger scale,
FIG. 4 is a partial view similar to FIG.
3 shows a modified form of the container sterilization apparatus, which is also an embodiment of this invention, wherein electric heating elements are used instead of the gas burners,
Fig. 5 is an enlarged vertical section along the line 5-5 of Fig. 1, which compensates for the temperature:
nity shows
6 shows an enlarged vertical section along the line 6-6 in FIG. 1 through a further part of the temperature compensation unit,
6A shows a partial top view of the temperature equalization apparatus, as in the above FIG. 6, but without the cover,
7 shows a top view of the filling unit, with the cover partially cut away and on a larger scale than in FIG. 1,
8 shows a partial vertical section along the line 8-8 in FIGS. 1 and 7, which shows the filling unit on an even larger scale,
FIG. 9 shows a partial view on a larger scale of the lid feeding and sterilizing apparatus of FIG. 1, the lid of which has been removed in order to make the interior of the device visible.
10 is a partial vertical section along the line 10-10 in FIGS. 1 and 9, on an even larger scale,
Fig.
11 is a side elevation along line 11-11 of FIG. 9;
FIG. 12 shows a partial view of the closing unit on a larger scale than FIG. 1, which shows the interior of the closing unit partly in plan view, partly in longitudinal section, with the cover removed in order to make the interior visible,
FIG. 13 is a partial vertical section along line 13-13 of FIG. 12;
Fig. 14 is a fragmentary vertical section similar to Fig. 3 showing means for rotating disk 31 at twice the speed of shaft 26, and
15 shows a partial vertical section similar to FIG. 4, with a modified electrical heating element.
Fig. 1 shows the canning device 10, consisting of the container sterilization apparatus 11, the temperature compensation unit 12 (which can be regarded as an extension of the apparatus 11), a filling unit 13, which receives aseptic food from the food sterilization apparatus 14, from the lid feed and sterilization apparatus 15 as well as from a container closing unit 16.
The empty containers 17 come into the sterilization unit 11, run through the temperature compensation unit 12 and get into the filling unit 13. These containers 17 can be, for example, cans, as shown, or other containers that can be used with this method.
The filled containers 18 with the filled food means 19 are conveyed to the closing unit 16. Meanwhile, the container lids 20 are made sterile in the lid sterilization apparatus 15 and supplied to the sealing unit 16.
There the lids are placed on the filled container 18 and closed. The closed containers 21 leave the device. The empty, not yet sterile containers 17 are brought to the container sterilization apparatus 11 by any suitable means of conveyance 25. As shown in FIGS. 2 and 3, the container sterilization apparatus 11 includes a centrally located shaft 26 which is supported by the bearing 27 which forms part of the frame 28. The shaft 26 is fixedly connected to a cover member 29 and extends through this member, which rotates with the shaft 26. A sleeve 30 is arranged concentrically to the shaft 26 and is rotatable, and carries a rotatably attached guide wheel 31 at its upper end.
The shaft 26 and the sleeve 30 are driven at different speeds by suitable drive means (see Fig. 15). The purpose of this facility is described below.
The guide wheel 31 carries a projection 32 on its circumference, by means of which part of the container 17 is held. Another protrusion 33 of the stationary guide ring 34 supports the opposite side of the container 17, and another stationary guide ring 35 is above the guide ring 34. The stationary guide rings 34 and 35 are mounted on an insulated, annular wall 36 which is J-shaped Has a vertical cross-section and is held by the frame member 37. An annular wall and a lid 40 are fixedly connected to the rotatable lid 29 and together with the stationary wall 36 form an annular sterilization passage 41.
In the embodiment of FIGS. 2 and 3, a suitable combustible gas / air mixture is taken from a suitable source and brought through a rotatable seal (not shown) to the axially located passage 42, in order to then open through a number of radially arranged lines 43 an equal number of burner nozzles 44 to be distributed. Each nozzle 44 corresponds to a shell 45 which is formed by the grippers 46 attached to the wall 40. The empty containers 17 are conveyed to the wheel 31 in synchronism so that each tray 45 receives a container while the trays rotate in time with the container conveyor 25. As a result, a burner nozzle 44 is located above each container 17 and remains in synchronism with the container.
Similarly, a number of branch lines 46b are connected to a number of burners 47b, the nozzle openings 48 of which are directed against the walls of the containers 17 located in each pocket 45. An annular and band-shaped burner 49 with the combustible gas / air mixture is fed through one or more lines 50 and has various openings 51 which are located under the bottoms of the containers 17 in synchronism with them.
When the sterilization unit 11 is put into operation, the loading means 25 brings each empty container 17 against the projection 42 of the guide wheel 31 into one of the trays 45, in correspondence with a burner nozzle 44. Shaft 26 and sleeve 30 both rotate and move the containers 17 through the sterilization passage 41. The combustible gas / air mixture reaches the burners 44, 47b and 49, which heat the sterilization chamber 41 to operating temperature. This heating can also take place by other suitable means. Each container is rotated about the axis of the shaft 26 through an angle of approximately 3400 and then enters the temperature compensation unit 12.
During this rotational movement, the flames of the burners 44 strike the inside of the container, the flames of the burners 47b against the side of the container, the flames of the burner 49 against the bottom of the container.
As described above, the sleeve 30 and the guide wheel 31 rotate at a different speed than the shaft 26, with twice the speed of the shaft 26 and the gripper 46 being advantageously selected. This can be achieved in that the shaft 26 is driven directly by a motor (not shown), or indirectly via a pulley 209 which is connected to the motor 205 and drives the shaft 26 via the belt 206. The pulley 208 in turn drives the sleeve 30 and the wheel 31 via a transmission (FIG. 15) consisting of a ring gear 200 attached to the shaft 26, from the gears connected to the shaft 202 (which is carried by the frame 37) 201 and 203 and from the ring gear 204 attached to the sleeve 30.
The gear ratio of the gears is selected so that the ring gear 204 runs twice as fast as the ring gear 200.
Every engineer knows numerous other ways to accomplish this. This inevitably results in each container 17 tending to hit the corresponding guide gripper 46 without, however, slipping, but rather rotating freely about its own vertical axis. This rotational movement helps to achieve uniform heating of the outer surfaces of the container, the burner 47b irradiating the container body and the burner 49 irradiating the container bottom. Meanwhile, the flame of the burner 44 heats the inside of the container
17. The non-sterile air located there expands and flows out of the container, while the gas remaining in the container 17 is brought to the sterilization temperature. The same flame also heats the inner surfaces of the container 17.
4 shows a modified form of the container sterilization apparatus 11a. The parts which are identical to the elements of FIG. 3 are denoted by the same numbers. Instead of the gas burners 44, 47b and 49, electric heating elements 44a, 47a and 49a are used, which are in the glowing state and radiate their heat directly into the interior of the container, against the outer side walls and against the bottom. The heating element 49a is equipped with a reflector 52 and similar reflectors (not shown) can be provided for the electrical heating elements 44a and 47a if desired or necessary. The necessary network connections are available.
Instead of radiant heat generated by glowing heating elements, other electrical heating means can also be used, such as, for example, infrared heat, which is applied in the same way as the radiant heating elements. The metal parts of the containers (cans) can also be heated directly by induction of an electric current. A radiant heater element 210 can also, as shown in FIG. 14, be constructed in such a way that the inside and the outside of the open container 17 are irradiated alternately. The required device then consists of a mechanically or electrically operating cam system and a microswitch connected to a coil, or of some synchronization means (not shown).
The means for advancing and withdrawing the heating element from the container are well known and therefore need not be described. The radiant heater element 211 is, however, rigidly attached to the vertical wall of the cover 40.
The liig. 5, 6 and 6A show the temperature equalization and constant maintenance unit 12 with an insulated housing 60. The housing 60 contains a U-shaped passage 61, which consists of the parallel branches 62 and the connecting piece 62a. The housing 60 also contains a U-shaped combustion chamber 63 which is arranged below the passage 61. An endless conveyor rope 64 is located in the passage 61 and is held and guided there by vertically mounted rollers 65, each of which is rotatably mounted on a carrier 66. The rope 64 is guided over two large rollers 67, which are horizontally mounted rotatably on the shafts 68 at both ends of the element 12, in that one of these rollers acts as a drive pulley (see also FIG. 1).
A belt-shaped burner 70, which has various openings 75, is located under the shields 69 of the lower combustion chamber 63.
A combustible gas / air mixture flows out of these openings! ung that adds heat to passage 61.
In the temperature compensation and constant maintenance unit 12, the container 17 remain in the heated chamber for a certain time that is long enough to ensure the sterilization.
The containers 17 have been brought to the sterilization temperature in the sterilization apparatus 11. However, the sterilization process is associated with both a time factor and a temperature factor; This means that a container must be kept at a sufficiently high temperature for a certain period of time if it is to be sterilized with an appropriate safety factor. The presence of the container 17 in the unit 12 also ensures the temperature equalization of the lateral and double end seams, which have a greater metal thickness.
The sterilization temperature can be maintained in the unit 12 by means of heating methods other than flame and gas combustion; For example, electric, glowing radiant elements or resistance elements can be used, or the heat can be generated using steam tubes built into the walls of the housing.
After passing through the unit 12, each aseptic container 17 is received in trays 77 by a rotating conveyor or distribution mechanism 76 (see FIGS. 7 and 8). The conveying mechanism 76 is rotatably mounted in a housing 78 and is completely enclosed in this housing, which also contains other elements of the device, including the filling unit 13. Inside the housing 78 there is a rotary head 80 which is connected to the shaft 81 and, together with the grippers 82, forms the trays 83 which receive the sterile containers 17. The housing 78 (see FIG. 8) forms the outer, fixed wall of an annular filling passage 84.
The housing of the passage 84 also contains a lower stationary part 85 which has an L-shaped cross section, is connected to the outer housing 78 and is screwed onto a frame member 86. The housing also includes an upper, rotatable portion 87 of rectangular cross-section which is fixedly connected to the rotary head 80 and rotates with it. A reinforcement or projection 88 is screwed onto the frame member 86 and carries an upwardly directed flange or rim 89 with which it forms an annular trough 89a into which the containers 17 are inserted. The projection 88 and the space in the vicinity of the container 17 and to the right thereof (see FIG. 8) are provided with a water jacket 90. The cooling water penetrates through an inlet line 95 into the jacket 90 and then flows out of the opening 96.
A plurality of small openings 97, the diameter of which is of the order of magnitude of a capillary tube, allow water to drip from the cooling jacket 90 into the trough 89a. The purpose of this device is described below.
As shown in FIG. 1, the contents are fed to the food sterilization apparatus through a pipe or line 99. Food sterilizers are well known. The pump 101, which works with an inevitable positive delivery rate and runs synchronously with other parts of the device, brings the aseptic food through the tube 100 into the filling unit 13.
Referring to FIG. 8, we see the pipe 100 terminated with shutoff valve 102 which is sealingly connected to a rotatable sleeve 103. The valve 102 contains a correspondingly designed outlet 104 which is only present on part of the circumference of the valve 102. The sleeve 103 has a plurality of openings 103a. Each opening 103a corresponds to a radially directed tube 105, and each tube 105 extends to a shell 83, i. H. up to a container 17 in the filling unit 13. Each radially directed tube 105 extends downwards through the cover 80a of the rotary head 80 and through the rotating part 87 of the housing of the passage 84.
Suitable means are provided for maintaining the sterilization temperature in the filling passage 84, for example an annular and band-shaped burner 98. Instead of a gas / air mixture burner, other heating means can also be used, for example electric radiant heaters, or else electric Heating elements, steam pipes, etc. are installed in the walls of the device.
In operation, the entire device is first sterilized by heating it to the required temperature for the necessary time. This first disinfection can be carried out in the unit 13 in such a way that the water is removed from the jacket 90 and the unit 13 itself is then brought to the operating temperature by the burner 98 or by other suitable means.
The jacket 90 is then filled with water.
While the containers 17 are advanced through the sterilization passage 84 and follow the movement of the turret 80, they remain in a sterile state thanks to the heat generated by the torch 98. Each container 17 is filled with a predetermined amount of food, which is conveyed by the pump 101 driven in time with the rotary head 80. It can be seen in FIG. 7 that each container is brought from a point A to a point Bs, constantly resting on the reinforcement 88. The valve 102 and the sleeve 103 as well as the openings arranged therein are constructed in such a way that the filling material is introduced into each tube 105 if and only if it is located between points A and B. The valve is then closed with respect to the pipe in question.
The pump 101, which works with an inevitable positive delivery rate and is actuated in time with the rotary head 80, brings a predetermined amount of the aseptic filling material through each tube 105, which moves between points A and B.
Meanwhile, water continuously flows through the jacket 90 and cools the container during the filling process. This cooling reduces the risk of burns or excessive heating of the product if it comes into contact with the container. If the device is fed with sterile water, the small amount of water which flows through the openings 97 into the trough 89a does not bring any non-sterile substances into the containers. The water that is introduced into the trough 89a supports the cooling of the containers, namely the container bottoms, by flowing through the trough and leaving it through a special drain. This flow of water offers the additional advantage that it washes away any overflowing contents from the trough and reduces the friction between the bottom of the container and the trough.
Referring to FIGS. 1 and 7, the filled containers 18 are carried away from the filling unit 13 by a conveying or distributing mechanism 115 which has trays 116, each tray 116 receiving a container 18. The shells 116 are arranged (see FIG. 7) in such a way that each filled container is received by a shell 116 from the corresponding shell 83 of the filling rotary head 13 and is conveyed in a rotating manner within the housing 78 as far as the passage 117.
In this passage 117 each container comes onto the conveyor device 118 and is brought to the closing unit 16, which is described further below.
With reference to FIGS. 1 and 9 up to and including FIG. 11, the lid sterilization and feed device 15 feeds the closing unit 16 with sterile lids, in time with the replenishment of the filled containers. The lid sterilization device 15 consists of a housing 119 in which a rotary head 120 rotates horizontally. The rotary head 120 has radially directed grippers 121 which form shells 122 intended for receiving the cover 20. The lids 20 are contained in a magazine 124, the construction and operation of which are conventional. This magazine can have a plurality of vertically standing bars at certain intervals, which laterally support the lid stack 20 (FIG. 11).
The lids 20 are torn from the stack one at a time from below by rotating scraper blades 126, the construction and operation of which are known, and which are driven in time with other elements of the apparatus.
Each removed cover 20 is fed to the rotating head 120 in a tray 122 and passes through an annular sterilization passage 127, as shown in cross section in FIG. The passage 12 consists of a rotatable guide wheel 128, a fixed guide 129 and an insulated cover member 130. The rotatable guide wheel 128 has a protrusion 128a, and the fixed guide 129 is provided with a similar protrusion 135. The wheel 128 is advantageously driven at twice the speed of the rotary head 120, just as the wheel 31 of FIG. 3 is rotated at twice the speed of the rotary head 29. This translation is achieved with a transmission as shown in FIG. 15 or by other conventional means which do not require any representation.
The lids 20 rotate about the common axis of the turret 120 and wheel 128, and each lid also rotates freely about its own axis or means.
A downward extension of the sterilization passage 127 consists of the housing 119 and an insulated inner wall 136. Within this extension there is an annular and band-shaped burner 137 which has openings 138 through which the combustible gas / air mixture flows out. The bottom of the passage 127a contains an opening 139 which is used to supply air to the burner 137. The apparatus also includes an exhaust pipe 140 which evacuates the combustion gases from the sterilization passage 127.
The gas burner 127 can be replaced by other Sterili sierungsmiuel, which also supply the lids 20 heat directly. As with the container sterilization device (Fig. 4), these means can be electrical heating elements, such as an electrical radiant heater element. The cover 20 can also be passed through a muffle furnace by electrically heating the walls of the passage; or the lids 20 can be heated by electrical induction currents.
With these means, the covers 20 are heated to a suitable sterilization temperature, which can be, for example, 1770 ° C. or more.
As in the case of the container 17, it is desirable to keep the lids at this sterilization temperature for a long enough time so that the sterilization is ensured (see FIG. 11). This constant temperature unit 141 consists of a tubular chamber 142 of insulated construction, which contains a guide 143, which laterally receives the lid and ensures the necessary downward movement of the lid. The chamber 142 is heated by a helical, coiled tube 114 which contains saturated and pressurized steam. An electrical heating element 144 can also be used to maintain the sterilization temperature within the chamber 142. Other suitable heating means are also possible.
Referring to FIG. 11, the lids 20 come from the sterilization passage 127 into the constant maintenance unit 141.
The lids fall into chamber 142 by gravity and, thanks to gravity, are conveyed further downwards. In addition, the device can be equipped with a positively driven conveyor, which can have any shape (not shown), such as an endless chain with pawls or guide screws. Such lid conveying devices are generally known and do not require any further description.
The aseptic lids are removed from the bottom of the stack in chamber 142 by a conveyor or distribution mechanism 150 (see FIGS. 1 and 9). This mechanism can be of conventional design and is located in an insulated housing 151.
The filled containers 18 come to the closing unit 16 via the passage 117 (see FIGS. 1 and 7), while the sterile lids 20 are brought to the closing unit 16 by the conveying mechanism 150 (see FIGS. 1 and 9).
The conveying means for container and lid are of course driven in synchronism, so that each open, filled container 18 is provided with a lid.
Figures 12 and 13 show the sealing unit 16 rather schematically, as the construction can be of any suitable shape. One of the common types is embodied in the so-called double lock machine. This machine uses interacting lifting plates and clamping devices, which hold the filled cans and the can lids in the correct position for sealing or soldering and which is also equipped with closing rollers, which deform the lid and container edge in such a way that they receive the flanging necessary for closing. 12 and 13 show a somewhat schematic representation of such a standard sealing machine which has been modified so that it is able to maintain the sterile condition described below.
The closing unit 16 consists of an outer, stationary, annular housing 152 and an inner, annular wall 153, which is connected to a rotary head 154. The housing 152 and the wall 153 are both insulated and separated from one another to such an extent that they form an annular closing passage 155. The rotary head 154 is attached to the shaft 156 and rotates with it. A plurality of lifting plates 157 (see Fig. 13) are rotatably mounted on a shaft 157a. The shaft 1 57a moves in a sleeve
158 connected to the rotary head 154.
At the lower end of each shaft 1 57a there is a cam roller 159 which rolls on a lifting cam 160. The curve 160 causes the lift of the plate 157 to the correct height at the corresponding point in time of the sequence. Each plate 157 has a clamping device 165 which can be added to a locker or to generate and maintain a positive gas flow throughout the system. This eliminates the need for means for heating and moving the gas arranged outside the device. Steam condensation in and on the containers is avoided without it being necessary to take the difficult countermeasures customary in steam-heated systems.
The system which forms the subject of my invention can also be provided with means for adjustability and automatic control.
For example, thermostatic control means can be used to monitor the various burners to ensure a certain operating temperature in the various chambers and passages. The burner nozzles 44 (FIG. 3) can be adjustable in height to adapt to the various types of containers. The whole system or only parts of it can be enclosed in a housing. The combustion gases are discharged through flues or chimneys. The system is of course brought to the necessary operating temperature, which does not have to be the same in all parts of the device.
These operating temperatures are maintained before the actual start of the process until the sterile state is guaranteed with certainty for the entire th working process from the start.
Among the various, numerous and advantageous properties of the device and method of my invention, the following should be pointed out: The heat is generated on the spot, so that the preheating of the gas outside the device is unnecessary, as is the overheating of the gas to sterilization temperature and its forced introduction in and through the system. The flame extends directly into the container (Fig. 3) and over the container and its lid (Figs. 3, 10 and 14). As a result, on the one hand, it is no longer necessary to provide an external gas source, such as a steam system, to supply a large amount of heat to the gas and to introduce the heated gas into the device; on the other hand, the sterilization process is much faster.
In the flame sterilization of Figs. 3, 10 and 11, the non-sterile air inside the container and in the vicinity of the container (Fig. 3) and the lid is used for the combustion, i.e. H. heated on the spot. In the modifications as in Figure 4, the heat is also generated in place. This type of heating is very efficient and speeds up the sterilization process. Together with the rotating movement of the containers and lids around their own axis (see FIGS. 3, 4 and 10), which brings about a rapid equalization of the temperatures of the containers and lids, the use of this method requires a much shorter stay in the various Sterilization elements.
As a result, the device can be built much more compact than systems in which the gas has to be heated outside the device and introduced into the sterilization elements.
It should also be noted that the various heat generators, such as gas burners or electrical heating elements, sterilize the mechanical parts of the system that come into contact with the containers, the lids and the contents: filling nozzles, conveying means, container and conveying means carriers, clamping devices and locking rollers are sterilized very quickly.
There is thus a new method and apparatus for canning food and other products, with the advantage that the process takes place under atmospheric pressure and that the disadvantages of previous atmospheric systems are reduced or eliminated entirely. Moreover, the invention can be used not only for food, but also for other products which have to be packaged under sterile conditions, such as biological preparations.
No doubt, the present invention will inspire those skilled in the art to make numerous changes in design and various ways of making and using it, while maintaining the spirit and purpose of the present invention. The present description with its explanations is therefore of a purely illustrative nature and must by no means be interpreted in a restrictive sense.