DE19882237B4

DE19882237B4 - Füllmaschine zum sterilen Befüllen und Verschließen von Verpackungsbehältern

Info

Publication number: DE19882237B4
Application number: DE19882237T
Authority: DE
Inventors: John Minneapolis Lees; David St. Paul Hansen; Terry St. Paul Erickson
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: DE19882237T1; JP4386969B2; WO1998043878A1; NO994657D0; NO994657L; AU6775598A; JP2001518043A; NO315740B1

Abstract

Füllmaschine zum sterilen Befüllen und Verschließen von Verpackungsbehältern, mit einer Füllkammer (202), in der zumindest ein Füllrohr (240) zum Befüllen von Verpackungsbehältern angeordnet ist, und mit einem Reinluftsystem (200), das ein Reinluftversorgungs- bzw. Belüftungssystem (224) aufweist, das über einen im wesentlichen horizontal ausgerichteten Luftkanal (210) gefilterte bzw. sterilisierte Luft dem oberen Bereich der Füllkammer (202) zuführt, und bei dem diese dann in der Füllkammer (202) im wesentlichen in vertikaler Richtung nach unten strömt und einen Überdruck in der Füllkammer (202) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablenkeinrichtung bzw. ein Strömungsprofilkörper (315) zwischen dem Luftkanal (210) und der Füllkammer (202) so angeordnet ist, daß er den Luftstrom (A) in unterschiedlich gerichtete Wege (B, D) ablenkt bzw. aufteilt, wobei der im wesentlichen horizontale Luftstrom des Wegs (C) durch ein Ablenkteil (Klappe 325) des Strömungsprofilkörpers (315) zum Weg (D) nach unten abgelenkt wird, und daß eine weitere Ablenkeinrichtung (Füllflosse 330) so geformt und angeordnet...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Füllmaschinen der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Gattung.

Bei der bekannten Füllmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ( US 47 34 268 ) wird die Luft durch Leitungen in die Füllkammer eingeblasen und über andere Leitungen aus dieser wieder abgesaugt.

In manchen dieser Füllmaschinen kann der Behälterweg ganz oder teilweise in einen engen Tunnel eingeschlossen sein, um eine größere Kontrolle über die Reinheit der Behälter während des Füllens etc. zu erhalten. Diese Tunnel, die den Behälterweg umschließen, sind jedoch nicht immer optimal: Sie sind z.B. schwierig zu reinigen, sofern ein Reinigen aufgrund der engen Abmessungen der Tunnel überhaupt möglich ist. Folglich können automatische Reinigungsverfahren für solche Kartontunnel nicht ohne weiteres verwendet werden. Außerdem ist es im Tunnel schwierig, wenn nicht unmöglich, einen vertikalen Luftstrom in der Maschine aufrecht zu erhalten. Ein weiterer Nachteil des Tunnels ist, daß er die Sichtbarkeit der Behälter auf dem Behälterweg einschränkt, so daß es nicht einfach ist, einen Zusammenstoß von Kartons zu ermitteln. Aufgrund der einschränkenden Anordnung des den Behälterweg umschließenden Tunnels ist auch der Zugriff eingeschränkt. Der Tunnel stellt auch ein physisches Hindernis für das Manipulieren der Behälter mit mechanischen Mitteln dar.

Bekannte Maschinen mit einem Ventilationssystem für sterile Luft weisen ebenfalls Nachteile auf. In diesen Maschinen ist es beispielsweise schwierig, die Luftqualität zu kontrollieren und den gewünschten Luftdruck aufrecht zu erhalten. Außerdem entstehen in manchen Systemen Rückführungswege des Luftstroms, wodurch Abschnitte mit festen und flüssigen Ansammlungen in der Maschine und eine erneute Verunreinigung des Luftstroms und folglich des teilweise verpackten Produkts auftreten können. Ein anderer Nachteil ist, daß es nicht möglich ist, die Oberflächen, die in direktem Kontakt mit der Luft sind, automatisch zu reinigen und zu sterilisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Füllmaschinen bzw. Vorrichtungen zum Füllen von Behältern derart weiterzuentwickeln, daß auf einfache Weise eine bessere Gewährleistung der sterilen Bedingungen in der Füllkammer, insbesondere in deren Füllbereich, erreichbar ist. Die Luftführung soll vor allem in der Nähe des Füllrohrs optimiert werden.

Die Aufgabe wird durch die Markmale des Patentanspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung beansprucht. Darüber hinaus sind vorteilhafte Weiterbildungen in der vorliegenden Figurenbeschreibung näher erläutert und in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Mit Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auch die Bedingungen in der Füllkammer auf einfache Weise und automatisch feststellen, um davon abhängig das Luftführungssystem steuern zu können.

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung wird dir Erfindung näher erläutert. Mit den Zeichnungen wird folgendes schematisch dargestellt:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Füllmaschine, die ein erfindungsgemäßes abgetrenntes Reinluftsystem aufweist;
2 ist eine Seitenansicht der Ausführungsform der Füllmaschine von 1 mit dem abgetrennten Reinluftsystem;
3 ist eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform der Füllmaschine von 1, wobei einige Bauteile entfernt wurden, um die Ausrichtung einer Ausführungsform des abgetrennten Reinluftsystems in der Maschine darzustellen;
4 ist eine andere perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Füllmaschine, wobei einige Bauteile entfernt wurden, um die Ausrichtung einer Ausführungsform des abgetrennten Reinluftsystems in der Maschine darzustellen;
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des abgetrennten Reinluftsystems;
6 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des abgetrennten Reinluftsystems;
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Eintrittswand zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen abgetrennten Reinluftsystem;
8 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Abschnitts der erfindungsgemäßen Eintrittswand;
9 ist eine andere perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des abgetrennten Reinluftsystems;
10 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Pumpenabdeckung zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen abgetrennten Reinluftsystem;
11 stellt eine Ausführungsform einer Schraube zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen abgetrennten Reinluftsystem dar;
12A ist eine perspektivische Draufsicht auf einen Abschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen abgetrennten Reinluftsystems;
12B ist eine perspektivische Unteransicht des Abschnitts der Ausführungsform des abgetrennten Reinluftsystems von 12A;
13 ist eine Detailansicht, die eine Anordnung der Pumpenabdeckung von 10 mit dem erfindungsgemäßen abgetrennten Reinluftsystem darstellt;
14 ist eine graphische Darstellung, die die Vertikalgeschwindigkeitsverteilung der Luft im betrachteten Bereich in einem Anfangsstadium, bei dem das System mit maximaler Kapazität arbeitet, darstellt;
15 ist eine graphische Darstellung der Vertikalgeschwindigkeitsverteilung der Luft im betrachteten Bereich in einem späteren Stadium, wenn die Luftfilter des Systems am Ende ihrer Nutzlebensdauer angelangt sind;
16 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des kontinuierlichen Partikelüberwachungssystems;
17 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Probenehmers des kontinuierlichen Partikelüberwachungssystems;
18 ist eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform des Rahmens einer Füllmaschine, die die Ausrichtung einer Ausführungsform des Systems zur Versorgung mit mikrogefilterter Luft relativ zur Maschine darstellt;
19 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Systems zur Versorgung mit mikrogefilterter Luft;
20 ist eine Seitenansicht – teilweise im Querschnitt –, die verschiedene Bauteile einer Ausführungsform des Systems zur Versorgung mit mikrogefilterter Luft darstellt.
Wie in 1 bis 3 dargestellt, weist die Füllmaschine, die allgemein mit der Referenznummer 100 bezeichnet wird, eine Mehrzahl von Maschinenstationen auf. In der dargestellten Ausführungsform sind die Stationen in der Füllmaschine 100 nacheinander wie folgt angeordnet: eine Kartonmagazinstation 110, eine Kartonformstation 115, eine Sterilisationsstation 120, eine Kartonfüllstation 125, eine Kartonverschweißstation 130, und eine Station 135 zum Ausstoß der Kartons. Die Kartons (im dargestellten Beispiel sind es Giebelpackungen) werden von einem Fördersystem 140 zwischen der Kartonformstation 115, der Sterilisationsstation 120, der Kartonfüllstation 125, der Kartonverschweißstation 130 und der Kartonausstoßstation 135 transportiert. Die Stationen werden z.B. von einer Steuereinheit, die sich im Schaltkasten 105 befindet, gesteuert. Die Steuereinheit überwacht und steuert den Betrieb der Füllmaschine 100. Das dargestellte System ist zwar eine Dual-Linien-Maschine, es ist jedoch klar, daß die Maschine 100 auch als Maschine mit einer einzigen Verarbeitungslinie konstruiert sein kann.
Bei Betrieb der Maschine 100 ist ein Vorrat an Kartonrohlingen in der Kartonmagazinstation 110 angeordnet. Die einzelnen Kartonrohlinge werden aufgerichtet und nacheinander aus dem Magazin 110 genommen und von einem Hülsenaufnahmedorn 145, der sich in der Kartonformstation 115 befindet, aufgenommen. Während sie sich auf dem Dorn 145 befinden, werden die Kartons zwischen verschiedenen Stationen zum Verschweißen des Bodens gedreht, um einen Karton, der eine offene Oberseite und einen verschweißten Boden hat, herzustellen. Der Karton hat also eine offene Oberseite, wenn er in die Sterilisationsstation 120 gelangt. In der Sterilisationsstation 120 werden die Kartons mit Wasserstoffperoxid besprüht und dann in einer UV-Lichteinheit 155 mit UV-Licht bestrahlt, um die Innenseite der Kartons zu sterilisieren, bevor sie mit dem Produkt gefüllt werden.
Jeder sterilisierte Karton wird von der Sterilisationsstation 120 zur Kartonfüllstation 125 transportiert, wo er mit dem Produkt gefüllt wird. Das Produkt wird in jeden Karton durch eine Pumpe und ein Füllrohr gegeben, die so verbunden sind, daß sie das Produkt von einem Ausgleichs- oder Zwischenspeicher 160 über eine Ventilanordnung 165 erhalten.
Wenn ein Karton 150 mit Produkt gefüllt ist, wird er an der Kartonverschweißstation 130 geschlossen und verschweißt. Die Kartonverschweißstation 130 weist einen Oberseitenfaltmechanismus auf, der z.B. ein Paar von gegenüberliegenden Rädern benutzt, um die Oberseite des Kartons provisorisch zu falten und zu verschließen. Die Oberseitenverschweißstation 130 weist ferner eine Vorrichtung zum Verschweißen der Oberseite auf, z.B. eine Ultraschallschweißvorrichtung, die die Oberseite des Kartons hermetisch verschweißt. Nachdem der Karton gefüllt und verschweißt wurde, wird er an der Ausstoßstation 135 aus der Füllmaschine 100 herausbefördert.
1 zeigt ebenfalls eine Station zum Anbringen eines Schraubverschlusses 170, die optional vorgesehen sein kann, um einen Schraubverschluß an jedem Karton anzubringen. Die Füllmaschine 100 weist weiterhin eine Mehrzahl von Türen 180 auf, die so angeordnet sind, daß die verschiedenen Stationen umschlossen sind. Die Türen 180 haben vorzugsweise transparente Abschnitte 185, die es erlauben den Betrieb der einzelnen Stationen zu beobachten.
Das abgetrennte Reinluftsystem wird allgemein mit der Referenznummer 200 bezeichnet und umschließt die Füllstation 125 in einer Überdruckkammer 202, in der reine Luft nach unten strömt. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden wird, ist der nach unten gerichtete Beinluftstrom besonders um das Füllrohr der Füllstation gerichtet, so daß der Füllprozeß in einer äußerst hygienischen Atmosphäre ausgeführt wird. Vorzugsweise ist zumindest auch der Oberseitenfaltabschnitt der Oberseitenverschweißstation in der Kammer 202 eingeschlossen.
Wie dargestellt, weist das abgetrennte Reinluftsystem 200 eine Einlaßöffnung 205 auf, die Teil eines oberen Luftkanals 210 ist. Der obere Luftkanal 210 ist mit einem Dachabschnitt 215 verbunden oder ist ein Teil dieses Abschnitts, der in der Mitte eine Spitze 220 aufweist sowie Seitenwände 223, die von der Spitze 220 schräg zu den Seitenkanten der Maschine abfallen.
Die Einlaßöffnung 205 ist mit einer Quelle für gefilterte Luft verbunden. Die Quelle für gefilterte Luft kann ein Versorgungssystem 224 für mikrogefilterte Luft sein, das sich auf der Füllmaschine 100 oben, über dem Dachabschnitt 215 befindet (s. 1 und 2). Das Luftversorgungssystem 224 hat einen Auslaß für die gefilterte Luft, der mit der Einlaßöffnung 205 in Strömungskommunikation verbunden ist. Der obere Luftkanal 210 ist zur Kammer 202 hin geöffnet und weist eine oder mehrere Strukturen auf, die einen unidirektionalen Strom von steriler Luft nach unten durch die Kammer 202 ermöglichen.
In der dargestellten Ausführungsform wird die Kammer 202 durch ein Paar von Seitenwänden definiert, die aus Glastüren 180 bestehen (s. 1 und 2), und durch ein Paar von Querwänden, die aus einer Eintrittswand 225 und einer Austrittswand 230 bestehen. Die Eintrittswand 225 ist im wesentlichen vertikal ausgerichtet und ist am Eingang der Kammer 202, die die Füllstation 125 umschließt, angeordnet. Die Eintrittswand 225 weist mindestens eine Kartonöffnung 227, durch die Kartons vom Fördersystem 140 in die Kammer 202 transportiert werden, auf. Die Austrittswand 230 ist ebenfalls im wesentlichen vertikal ausgerichtet und ist von der Eintrittswand 225 beabstandet. Die Austrittswand 230 ist entsprechend mit einer Auslaßöffnung 232 versehen, durch die die Kartons vom Fördersystem 140 aus der Kammer 202 transportiert werden. Die Kammer 202 wird im oberen Teil durch das Dach 215 und im unteren Teil durch einen Tisch 234 definiert. So umschließen und definieren die Eintrittswand 225, die Austrittswand 230, die seitlichen Glastüren 180, der Tisch 234 und das Dach 215 den Innenraum der Kammer 202. Ein Füllrohr 240 der Füllstation 125 ist vorzugsweise die einzige Komponente des Füllpumpenmechanismus, der sich in der Kammer 202 befindet. Der Oberseitenfaltabschnitt der Oberseitenverschweißstation 130 ist vorzugsweise der einzige Abschnitt dieser Station, der sich in der Kammer 202 befindet. Wenn die Maschine 100 eine Dual-Linien-Maschine ist, kann eine Abtrennwand 305 verwendet werden, um die Füllinien in der Kammer 202 zu trennen.
Das System 200 weist verschiedene Strukturen zum Lenken der Luftströme in der Kammer 202 auf. In der Ausführungsform wie in 5 dargestellt, ist ein durch einen Träger 320 gestützter Strömungsprofilkörper 315 im oberen Luftkanal 210 angeordnet und hat seine Fortsetzung teilweise im oberen Abschnitt der Kammer 202. Der Strömungsprofilkörper 315 weist vorzugsweise eine Klappe 325 auf, um das Lenken des Luftstroms zu unterstützen. Die Klappe ist vorzugsweise feststehend; ihre Ausrichtung wurde durch umfangreiche Versuche ermittelt. Zusätzlich ist eine Füllflosse 330 an der Eintrittswand 225 in der Kammer 202 durch einen Träger 335 angebracht. Die gebogene Füllflosse 330 lenkt die Luft so, daß der Luftstrom in der Nähe des Füllrohrs 240 erhöht wird.
Die Funktionsweise des Systems 200 wird nun mit Bezug auf 6 erläutert. Wie dargestellt, tritt die sterile Zufuhrluft in das System 200 durch den Einlaß 205 ein (s. Pfeil A). Die Zufuhrluft A wird im oberen Luftkanal 210 abgelenkt und trifft auf den Strömungsprofilkörper 315. Der Strömungsprofilkörper 315 teilt die Luftmenge A im wesentlichen in zwei Wege B und C. Weg B führt in die Kammer 202; bei Weg C wird die Luft durch die Klappe 325 auf dem Stömungsprofilkörper 315 im wesentlich nach unten entlang der Austrittswand 230, wie durch Pfeil D dargestellt, abgelenkt. Ein Teil der Luft, der sich auf Weg B befindet, gekennzeichnet durch Pfeil E, wird von der Füllflosse 330 abgefangen und abgelenkt. Dadurch, daß die Füllflosse 330 gekrümmt ist, erhöht sich die Geschwindigkeit der Luft auf Weg E. Ja die Krümmung der Füllflosse 330 die Querschnittsfläche zwischen der Füllflosse 330 und der Eintrittswand 225 verkleinert, erhöht sich die Geschwindigkeit der Luft auf Weg E nach dem Bernoullischem Gesetz. Ein Vertikalluftbad ist auf einer Höhe von ungefähr zwei inch (= ca. 5,08 cm) über der offenen Kartonoberseite entstanden. Das Luftbad wird durch die mit V gekennzeichneten Pfeile dargestellt. Die Luft strömt durch die Unterseite der Füllmaschine, wie durch die mit F gekennzeichneten Pfeile dargestellt, nach außen.
Durch die oben beschriebene Anordnung besteht in der Kammer 202 ein Überdruck. Da die Kartons soeben sterilisiert wurden und das Produkt vorhanden ist, sind die Füllstation und der Oberseitenfaltabschnitt der Oberseitenverschweißstation 130 die Bereiche, die die strengste Hygienekontrolle benötigen. Der Oberseitenfaltabschnitt der Oberseitenverschweißstation 130 hält die oberen Enden eines jeden Behälters wirksam in einem provisorisch verschlossenem Zustand, bis sie durch eine Ultraschallschweißvorrichtung 332, die sich außerhalb der Kammer 202 befindet, endgültig verschweißt werden. So werden die Kartons in der Kammer 202 gefüllt und wirksam verschlossen und werden erst wieder durch den Endverbraucher geöffnet.
Der kontinuierliche Luftstrom in der Kammer 202 nach unten, der durch den beschriebenen Aufbau des abgetrennten Reinluftsystems 200 erreicht wird, erhöht die Hygiene in der Kammer 202. Die erhöhte Geschwindigkeit des Luftstroms in der Nähe des Füllrohrs 240 (s. Pfeil E) hat auch den Vorteil, daß lokale Turbulenzen und Luftrückführungen, die durch den Betrieb der Maschine entstehen, abgefangen werden können.
So wird der Karton während des Füllzyklus beispielsweise schnell zum Füllrohr 240 hin angehoben und dann gesenkt, während er gefüllt wird. Dieser Füllvorgang ist für das Füllen der Kartons vorteilhaft; die plötzlichen und ruckartigen Bewegungen der Kartons und der Anhebevorrichtung erzeugen jedoch lokale Turbulenzen, durch die Verunreinigungen in die Kammer 202 und den hygienischen Bereich der Füllstation 125 gelangen können.
Um solche Turbulenzen abzufangen, ist die Füllflosse 330 so konstruiert und angeordnet, daß der Luftstrom im turbulenten Bereich der sich bewegenden Kartons erhöht wird. Der durch Pfeil E gekennzeichnete Luftstrom ist ausreichend, um einen kontinuierlichen, nach unten gerichteten Strom im turbulenten Bereich aufrecht zu erhalten, so daß keine Verunreinigungen in die hygienische Füllstation 125 gelangen können.
Um den nach unten gerichteten Strom der Luft in der Kammer 202 weiter zu erhöhen und gleichzeitig Turbulenzen zu verringern, kann der Tisch 234 ein Gitter aufweisen, das es ermöglicht, daß die sterile Luft von der Kammer 202 zu einem äußeren Abschnitt der Maschine 100 strömt. Alternativ kann eine Vakuumquelle so verbunden sein, daß sie die Luft, die durch das Gitter strömt, erhält, wodurch Turbulenzen in der Nähe des Tisches 234 weiter reduziert werden.
Der offene Aufbau des Reinluftsystems 200 vermindert zudem Turbulenzen vom Einlaß 205, durch die Kammer 202 und aus der Unterseite der Füllmaschine 100. Die Trennwand 305 trennt ferner die beiden Behälterwege. Die Anordnung der Trennwand 305 zwischen den beiden Kartonwegen reduziert in vorteilhafter Weise Querturbulenzen.
Ein weiterer Vorteil der oben beschriebenen Ausführungsform des abgetrennten Reinluftsystems 200 ist, daß automatische Reinigungsverfahren und -ausrüstung zum Reinigen und Sterilisieren der Stationen und der Füllmaschine 100 verwendet werden können. So ist wie z.B. in 2, 3 und 4 dargestellt, ein automatisches Reinigungssystem, das allgemein mit der Referenznummer 440 bezeichnet wird, in der Füllmaschine 100 vorgesehen. Das Reinigungssystem 440 weist eine Mehrzahl von Sprühkugeln 445 und Sprühdüsen 450 auf. Während eines Reinigungsvorgangs besprühen die Sprühkugeln 445 und die Sprühdüsen 450 die Stationen, insbesondere die Füllstation 125 und die Oberseitenverschweißstation 130, umfassend mit einer Reinigungslö sung. Das erfindungsgemäße abgetrennte Reinluftsystem 200 ist so angeordnet, daß sich seine Bauteile nicht mit dem automatischen Reinigungssystem 440 stören.
Zusätzlich schützt der Strömungsprofilkörper 315 das Versorgungssystem 224 für mikrogefilterte Luft, wenn es beispielsweise zu einem Zusammenstoß von Kartons kommt, indem er das Produkt zurück nach unten in die Kammer 202 lenkt. Dadurch, daß der Einlaß 205 im Verhältnis zur Kammer 202 seitlich versetzt ist, kann verhindert werden, daß Produktspritzer in das System 224 für mikrogefilterte Luft gelangen.
Weitere Strukturen zur Verbesserung der Hygiene werden mit Bezug auf die verbleibenden Figuren dargestellt und beschrieben. Zunächst wird auf 7 Bezug genommen. Die Eintrittswand 225 weist verschiedene ausgesparte Abschnitte auf. Insbesondere sind ein Paar von Aussparungen 545 für Pumpen im oberen Teil der Eintrittswand 225 am Schnittpunkt zum Dach 215 vorgesehen. Zugangsschlitze 550 sind im unteren Teil der Eintrittswand 225 vorgesehen, um dem Fördersystem 140 einen Durchgang durch die Eintrittswand 225 zu ermöglichen. Schließlich befinden sich noch Durchgangsöffnungen 227 für die Kartons im unteren Teil der Eintrittswand 225.
Wie in 7, 8 und 9 dargestellt, umfassen die Kartonöffnungen 227 einen oberen Rand 560 und seitliche Ränder 565, die um die Öffnungen 227 angeordnet sind. In 7 ist beispielsweise ein im wesentlicher gerader Schnitt für den Bereich des oberen Rands 560 dargestellt. 8 zeigt eine andere mögliche Form. Um einen hygienischeren Eingang in die Kammer 202 zu gewährleisten, sind der obere Rand 560 und die seitlichen Ränder 565 so geformt, daß sie ungefähr das Profil des Kartons nachbilden. Durch eine solche Öffnungsform, bleibt die Kammer 202 hygienischer, da die Größe des Öffnungsbereichs 227, durch den Verschmutzungen in die Kammer 202 gelangen können, begrenzt wird. Zudem ist der obere Rand 560 abgewinkelt, so daß etwaige Flüssigkeit, die sich darauf befindet, zu einer Seite der Maschine gelenkt wird. Wie in 9 dargestellt, sind die Ausgangsöffnungen 232 der Austrittswand 230 ähnlich gestaltet. Die Ausgangsöffnungen 232 können im wesentlichen der Form der Oberseite eines Kartons entsprechen.
Ein Paar von Pumpenabdeckungen 570 sind mit der Eintrittswand 225 an den Pumpenaussparungen 545 verbunden. Eine Ausführungsform einer Pumpenabdeckung 570 ist in 10 dargestellt. Die Pumpenabdeckung 570 ist so ausgerichtet, daß sie einen Teil der Füllstation 125 umschließt, nämlich die Füllpumpe, während sich das Füllrohr 240 durch die Pumpenabdeckung 570 in die Kammer 202 erstrecken kann. Auf diese Art und Weise ist es nicht möglich, daß die im allgemeinen nicht hygienischen beweglichen Teile der Füllpumpe die Kammer 202 mit festen Teilchen verschmutzen.
Die Pumpenabdeckung 570 weist eine Ummantelung 580 auf, die die Füllpumpe und eine Füllrohröffnung 610, die sich im unteren Teil 585 befindet, umschließt. Wie dargestellt, weist der untere Teil 585 abgewinkelte Abschnitte 590 und einen im wesentlichen horizontalen Abschnitt 595 auf. Eine obere Anschlußstelle 600 ist an einem Ende der Ummantelung 580 angebracht und grenzt an das Dach 215.
Die Füllrohröffnung 610 ist im horizontalen Bereich 595 ausgebildet. Die Öffnung 610 ist so dimensioniert, daß das Füllrohr hindurch paßt. Die Öffnung 610 kann überbemessen sein, um To leranzen der Position der Füllpumpe in Bezug auf die Pumpenabdeckung 570 zu ermöglichen. Um etwaige Lücken zwischen dem Füllrohr 240 und der Öffnung 610 auszugleichen, kann eine Dichtung (nicht dargestellt) verwendet werden, die eine Abdichtung zwischen dem äußeren Umfang des Füllrohrs 240 und dem inneren Umfang der Öffnung 610 darstellt. Alternativ oder zusätzlich kann eine flexible Füllrohrbüchse vorgesehen sein.
Die Spitze 220 des Dachabschnitts 215 ist ungefähr in der Mitte angeordnet, um eine Neigung vom Zentrum zu jeder Seitenkante bereitzustellen. Die geneigten Flächen werden vorzugsweise so einer Finishing-Bearbeitung unterzogen, daß eine Längsausrichtung, wie durch den Pfeil G dargestellt, erreicht wird. Die Längsausrichtung kann durch parallele Rillen in der Längsrichtung G hergestellt werden. Es können dazu Schleifen oder andere bekannte Finishing-Verfahren verwendet werden. Die Kombination der Neigung und der Längsausrichtung erleichtert das Entfernen von Fluid und anderen verschütteten Flüssigkeiten, die auf den Dachabschnitt 215 fallen können, nach unten zu den Kanten des Daches 215. Im Dachabschnitt 215 ist ein Paar von Aussparungen 650 ausgebildet. Eine Anschlußstelle 660 ist um die Aussparungen 650 im Dachabschnitt 215 angebracht.
Die Pumpenabdeckung 570 grenzt an den Aussparungen 650 und den Anschlußstellen 660 an das Dach 215. Um akkumulierte Toleranzen zu kompensieren, ist die Pumpenabdeckung 570 vorzugsweise nicht direkt mit dem Dachabschnitt 215 verbunden. Statt dessen ist eine Labyrinthdichtungsanordnung 715, wie in 13 dargestellt, vorgesehen.
Die Anschlußstelle 660 auf dem Dachabschnitt 215 weist einen Rand 720 in Form eines umgedrehten J auf. Die obere Anschlußstelle 600 der Ummantelung 580 der Pumpenabdeckung 570 befin det sich unter dem Rand 720 in Form eines umgedrehten J. Zwischen der oberen Anschlußstelle 600 und dem Rand 720 ist eine Lücke 725 vorgesehen. Die Lücke 725 ermöglicht es, daß Luft, bedingt durch den Überdruck in der Kammer, aus der Kammer 202 strömen kann. Dieser Strom nach außen wird durch Pfeil P dargestellt. Die Labyrinthdichtungsanordung 715 ermöglicht es, daß Luft ausströmen kann; es ist aber nicht möglich, daß durch diesen Abschnitt Verschmutzungen in die Kammer 202 gelangen können. Wie durch die Pfeile Q dargestellt, können Verschmutzungen von außen nicht in die Kammer 202 gelangen.
Es wird nun erneut Bezug auf 5 und 6 genommen. Hier ist ein Hebemechanismus 800 zum Anheben und Absenken einer Türfüllung 805 in der Austrittswand 230 dargestellt. Die Türfüllung 805 wird regelmäßig angehoben und abgesenkt, um die Bauteile der Oberseitenverschweißstation 130 zu warten. Der Hebemechanismus 800 wird beispielsweise so betrieben, daß er die Türfüllung 805 weit genug anhebt, um für die Ultraschallschweißvorrichtung 332 genügend Abstand bereitzustellen, daß diese in einem Bogen nach oben schwenken kann, um die Wartung und den Zusammenbau zu erleichtern. Dies wird auch automatisch während des Reinigens zyklisch wiederholt, um einen Zugang zur Reinigung der Schweißvorrichtung 332 zu ermöglichen.
Wie in 6 dargestellt, weist die Trennwand 305, die eine hygienische Abgrenzung zwischen den beiden Behälterwegen darstellt, weiterhin eine bogenförmige Aussparung 815 auf. Zur Vorbereitung für einen Reinigungsvorgang oder eine Wartung kann die Türfüllung 805 unter Verwendung des Hebemechanismus 800 angehoben werden. Nachdem die Türfüllung 805 angehoben wurde, ermöglicht es der bogenförmige Ausschnitt 815 der Verschweißstation 130, zum Reinigen oder zur Wartung gegebenen falls in einem Bogen, der dem bogenförmigen Ausschnitt 815 entspricht, nach oben zu schwenken.
Es wird nun erneut auf 2 Bezug genommen. Die Vorrichtung und die Anordnung des abgetrennten Reinluftsystems stellen abgetrennte Druckzonen in der Füllmaschine 100 bereit. Eine solche Anordnung stellt verschiedene Hygienestufen in der Füllmaschine 100 bereit. Der relative Druck ist beispielsweise in den Bereichen wie in 2 dargestellt von links nach rechts wie folgt:
Der Druck in der Kartonausstoßstation 135 entspricht ungefähr dem Umgebungsdruck; der Druck im Bereich der Kartonverschweißstation 130 ist höher als der Umgebungsdruck, der Druck im Bereich der Kartonfüllstation 125 ist bei einem relativen Maximum und ist deshalb höher als in der Kartonverschweißstation 130, der Sterilisationsstation 120 und der Kartonformstation 115; der Druck in der Kartonmagazinstation 110 entspricht schließlich wieder dem Umgebungsdruck. So wird der Druck in der Kartonfüllstation 125, in der die größte Hygiene erforderlich ist, auf einem relativen Maximum gehalten; in der Kammer 202 ist ein positives, vertikal nach unten gerichtetes Luftbad vorhanden.
Wie oben beschrieben ist die Füllmaschine 100 entsprechend in einem Vertikalluftbad. Zusätzlich ist für die Bereiche, in denen die größte Hygiene erforderlich ist, ein maximaler nach unten gerichteter Luftstrom vorgesehen. 14 und 15 stellen die Vertikalgeschwindigkeitsverteilung der Luft von der Schnittstelle zwischen der Sterilisationsstation 120 und der Kartonfüllstation 125 bis zur Kartonoberseitenverschweißstation 130 graphisch dar. Die betrachteten Bereiche werden auch durch die zentrale Trennwand 305 und die Tür 180 abgetrennt.
14 zeigt die Vertikalgeschwindigkeit der Luft im betrachteten Bereich in einem Anfangsstadium, in dem das System mit maximaler Kapazität arbeitet. 15 zeigt dagegen die Vertikalgeschwindigkeit der Luft im betrachteten Bereich zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die Luftfilter des Systems am Ende ihrer Nutzlebensdauer angelangt sind. Ein Vergleich der beiden Figuren zeigt, wie die Vertikalgeschwindigkeit der Luft mit Verschlechterung der Filter sinkt. Die Geschwindigkeitsverteilung bleibt aber grundsätzlich proportional, so daß die Geschwindigkeit der Luft in den kritischen Bereichen (z.B. in der Nähe des Füllrohrs) am größten ist.
Das Reinluftsystem 200 weist in vorteilhafter Weise die sterile Kammer 202 mit einer fast sterilen Umgebung für den Abfüllvorgang auf, es können aber dennoch Probleme auftreten, die überwacht werden müssen. Deshalb ist ein kontinuierliches, automatisches Partikelüberwachungssystem vorgesehen. 3, 5, 6, 16 und 17 zeigen eine Ausführungsform eines kontinuierlichen, automatischen Partikelüberwachungssytems, das allgemein mit der Referenznummer 350 bezeichnet wird. 16 zeigt insbesondere schematisch eine Ausführungsform des automatischen und kontinuierlichen Partikelüberwachungssystems 350 und die relative Ausrichtung der Bauteile des Systems. Die primären Bauteile des Systems weisen eine Partikelzähleinrichtung 360 auf. Die Partikelzähleinrichtung 360 ist vorzugsweise in einer in sich geschlossenen Gehäuseeinheit 365 angeordnet. Die Zähleinrichtung 360 weist ebenfalls eine Vakuumpumpe 370 und eine Interfaceverbindung 380 zu einer PLC-Steuerung (PLC) 385, die sich im Schaltkasten 105 der Füllmaschine befindet (s. 2) auf. Die Partikelzähleinrichtung 360 ist vorzugsweise auf 24 V ausgelegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt die Pumpe 370 ein Vakuum, das einen dosierten Strom von 1 cubic foot per minute (cfm) (= ca. 0,0283 m³ pro Minute) in die Partikelzähleinrichtung gewährleistet. Dieser Strom wird in 16 durch die mit V bezeichneten Pfeile dargestellt. Der dosierte Strom kann zwischen 0, 1 und 2, 0 cfm (= ca. 2,83×10^–3 m³ und 0, 566 m³ pro Minute) liegen. Das von der Pumpe 370 erzeugte Vakuum saugt eine Aerosolprobe durch einen mit der Partikelzähleinrichtung 360 verbundenen Probenehmer 390 in die Partikelzähleinrichtung 360. Der Probenehmer 390 ist zum Strömungsaustausch mit der Partikelzähleinrichtung 360 über die Partikelprobeleitung 395 verbunden. Die Partikelprobeleitung 395 hat vorzugsweise einen Durchmesser von 0,25 inch (=0,635 cm) und ist eine dichte Röhrenleitung.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Partikelzähleinrichtung 360 verschiedene Merkmale auf. Die Partikelzähleinrichtung 360 weist vorzugsweise Laserdioden auf. Die Partikelzähleinrichtung 360 funktioniert vorzugsweise unter Verwendung einer Zeitmittlung zum Zählen des Partikelstands. Die Zeitmittlung ist ein vorteilhaftes Merkmal der Partikelzähleinrichtung. Wenn eine Zeitmittlung während des Zählens der Partikel verwendet wird, ist die Partikelzähleinrichtung weniger anfällig für nicht repräsentative, vorübergehende, durch das Aerosol erzeugte Signalspitzen, die eine akkurate Partikelzählung verzerren können. Zusätzlich sind Alarmgrenzen zum Anzeigen einer zu großen Partikelanzahl vorgesehen.
Die Interfaceverbindung 380 zur PLC 385 stellt Informationen über die Leistung, Eingabe/Ausgabe-Informationen (I/O) und Feedback-Informationen zwischen dem Partikelüberwachungssystem 350 und der PLC 385 bereit. Die PLC 385 wird dazu verwendet, zur Steuerung der Füllmaschine 100 in Reaktion auf die Information der Partikelzähleinrichtung 360 beizutragen.
Der Probenehmer der Partikelzähleinrichtung wird typischerweise in einer isoaxialen Richtung (in einer Linie mit der vorherrschenden Strömungsrichtung) angeordnet. In der Umgebung der Füllmaschine 100 kann eine solche Anordnung jedoch dazu führen, daß unerwünschte Verschmutzungen in die Partikelzähleinrichtungen gelangen. Es können beispielsweise Reinigungsflüssigkeit oder Produkt in den Probenehmer gelangen und die empfindlichen Partikelzähleinrichtungen 360 beschädigen.
In der Vergangenheit mußten die Bediener deshalb die Probenehmer vor einem Reinigungsvorgang abdecken, um Schaden an der Partikelzähleinrichtung 360 zu verhindern. Die Abdeckungen mußten dann zu einem späteren Zeitpunkt, wenn das Reinigen beendigt war, wieder abgenommen werden, wodurch eine unhygienische Situation entsteht. Das vorliegende automatische und kontinuierliche Partikelüberwachungssystem löst die Probleme der bekannten Partikelüberwachungssysteme.
Wie in 6 und 16 dargestellt, befinden sich die Probenehmer 390 in der Ausführungsform in einer anisoaxialen, anisokinetischen Anordnung in der Füllmaschine 100. Die Anordnung der Probenehmer 390 in der Nähe des Füllsystems 125 ist vorteilhaft, weil in diesem Bereich die größte Hygiene erforderlich ist, da das Produkt der Luft ausgesetzt wird, während es vom Füllrohr 240 in den Behälter gefüllt wird. Die Probenehmer 390 sind weiterhin speziell so konstruiert, daß sie die empfindlichen Partikelzähleinrichtungen vor einem unbeabsichtigten Eindringen von Produkt, Wasser oder Reinigungschemikalien schützen. Wie dargestellt, befindet sich der Probenehmer 390 in der sterilen Kammer 202 in der Nähe des Füllsystems 125 der Füllmaschine 100 (s. 6).
Wie oben ausgeführt, sind die Probenehmer 390 so geformt und angeordnet, daß sie Luftproben von der sterilen Kammer 202 auf eine anisoaxiale und anisokinetische Weise entnehmen, aber dennoch einen akzeptablen Ansaugwirkungsgrad aufweisen, der sich vom Wirkungsgrad von In-line-Probenehmern nur minimal unterscheidet. Es wurden ausführliche Berechnungen angestellt und Versuche durchgeführt, um nachzuweisen, daß die Probenehmeranordnung auf einem akzeptablen Niveau arbeitet. Der Probenehmer 390 arbeitet typischerweise für Partikelzählungen bei einem aerodynamischen Partikeldurchmesser, der größer oder gleich 0,3 μm ist. Da der Probenehmer auf eine anisokinetische und anisoaxiale Weise angeordnet ist, ist der Ansaugwirkungsgrad nicht bei 100. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat jedoch theoretische Berechnungen angestellt, um den Ansaugwirkungsgrad des gesamten Systems zu evaluieren. Die Berechnungen berücksichtigen die theoretischen Ansaugwirkungsgrade einschließlich des Einflusses des Probenehmers, Leitungsverluste usw. Die Berechnungen zeigen, daß die Auswirkungen der anisoaxialen und anisokinetischen Probenentnahme bei der hier wichtigen Partikelgröße im Bezug auf Leitungsverluste vernachlässigbar sind.
Es wurde der Ansaugwirkungsgrad des bevorzugten Probenehmers 390 berechnet, so daß der Probenehmer so ausgerichtet werden kann, daß er die Partikelzähleinrichtungen 360 vor Produktspritzern und Reinigungschemikalien usw, schützt und es ihm möglich ist, Flüssigkeit abzulassen und dabei dennoch einen akzeptablen Ansaugwirkungsgrad aufzuweisen. Der zwangsweise nach unten gerichtete Luftstrom in der sterilen Kammer (in 6 und 16 durch die Pfeile E dargestellt), hat die bestimmte Partikelanzahl, die von den Partikelzähleinrichtungen 360 unter Verwendung der Probenehmer 390, die in der sterilen Kammer 202 angeordnet sind, gemessen wird.
Um eine gegenseitige Beeinflussung mit dem automatischen Reinigungs- und Sterilisationssystem 440 zu verhindern, kann die Gehäuseeinheit 365 der Partikelzähleinrichtung außerhalb der sterilen Kammer 202 angeordnet sein. In der bevorzugten Ausführungsform, wie in 3 und 6 dargestellt, ist das Gehäuse 365 über der sterilen Kammer 202 zwischen dem Reinluftsystem 200 und dem Reinluftversorgungssystem 224 angebracht.
Ein weiteres Merkmal zur Reduzierung von Verlusten während der Probenentnahme ist, daß die Probeleitungen 395 zwischen dem Probenehmer 390 und der Partikelzähleinrichtung 360 relativ kurz gehalten sind, um einen besseren gesamten Entnahmewirkungsgrad zu erhalten. Die kurzen Probeleitungen 395 tragen also dazu bei, Verminderungen beim Ansaugwirkungsgrad aufgrund der anisoaxialen und anisokinetischen Anordnung zu kompensieren.
Mit Bezug auf 17 werden nun Merkmale der bevorzugten Ausführungsform des Probenehmers 390 dargestellt. Der Probenehmer 390 weist beispielsweise einen gebogenen Rohrkörper mit einer Aufnahmeöffnung 400 auf, in die die Partikel durch das Vakuum, das von der in der Partikelzähleinrichtung 360 angeordneten Pumpe 370 erzeugt wird, angesaugt werden. Der Probenehmer weist auch eine Montageplatte 405 und einen Abschnitt 410 zur Verbindung mit der Probeleitung 395 auf. Dieser Abschnitt 410 ist mit der Probeleitung 395 verbunden. Die Montageplatte 405 weist eine Sicherungsvorrichtung 420, wie z.B. eine Schraube auf. Die Sicherungsvorrichtung ermöglicht es, daß der Probenehmer 390 in einer festen Position bleibt. Um dieses Merkmal weiter zu verbessern, weist die Montageplatte 405 auch einen Paßstift 430 auf. Der Paßstift 430 wird in ein vorher ausgewähltes, entsprechendes Fixierloch (nicht dargestellt) eingeführt, um sicherzustellen, daß der Probenehmer 390 an der richtigen Stelle und in der richtigen Ausrichtung in der Füllmaschine 100 angebracht ist, um den Ansaugwirkungsgrad aufrecht zu halten und die Partikelzähleinrichtungen zu schützen.
Viele Füllmaschinen, wie auch die dargestellte, weisen mehr als einen Behälterförderweg auf. In 1 sind zwei Färderlinien 140, die in der Ausführungsform der Füllmaschine 100 verwendet werden, dargestellt. Deshalb ist die Trennwand 305, wie in 16 dargestellt, in der sterilen Kammer 202 der Füllmaschine 100 angeordnet. Gleiche Partikelüberwachungssysteme 350 sind auf jeder Seite der Trennwand 305 angebracht und stellen deshalb eine unabhängige Partikelüberwachung für jeden Förderweg 140 bereit. Dies ist vorteilhaft, da ein Weg verschmutzt sein kann, während der andere betriebsbereit ist und nicht abgeschaltet werden muß.
Wie oben beschrieben, ist die Ausführungsform des kontinuierlichen und automatischen Partikelüberwachungssystems 350 zudem auch deshalb vorteilhaft, weil es mit der Steuereinheit 105 der Füllmaschine 100 verbunden ist. Wenn eine vorher gewählte Partikelkonzentration überschritten wird, ertönt ein Alarm und die Maschine wird automatisch abgeschaltet. Folglich kann der Bediener den Betrieb der Füllmaschine 100 genau beobachten und die nötige Qualitätskontrolle für die Füllvorgänge gewährleisten.
Ein zusätzlicher Vorteil des kontinuierlichen Partikelüberwachungssystems 350 ist, daß es die Partikelkonzentration wäh rend des Betriebes überwachen kann und dann während des automatischen Reinigens und Sterilisierens der Stationen der Füllmaschine 100 in eine Ruhestellung gebracht werden kann.
Es wird nun Bezug auf 18 genommen. Das Versorgungssystem 224 für mikrogefilterte Luft wird allgemein mit der Referenznummer 224 bezeichnet. Es weist einen Einlaß 206 und einen Auslaß 226 auf. Der Einlaß 206 wird durch die Einlaßtür 242 abgedeckt. Die Einlaßtür 242 hat vorzugsweise eine Mehrzahl von Luftschlitzen 244, um den Eintritt von Luft in das Reinluftversorgungssystem 224 zu ermöglichen.
Das Reinluftversorgungssystem 224 weist ein Gehäuse 245 auf. Das Gehäuse 245 ist vorzugsweise aus gerauhtem oder glattem rostfreiem Stahl 304, der äußerst wenig Nahtstellen aufweist. Das Gehäuse 245 erstreckt sich vom Einlaß 206 bis zum Auslaß 226. Eine Auslaßtür 246 ist in der Nähe der Auslasses 226 angeordnet und weist solche Luftschlitze 244 wie an der Einlaßtür 242 auf. So umschließen und definieren das Gehäuse 245, die Auslaßtür 246 und die Einlaßtür 242 eine innere Kammer 248. Die innere Kammer 248 des Gehäuses 245 wird im folgenden mit Bezug auf 19 beschrieben. Eine einstellbare Luftklappe 249 ist ebenfalls in 18 bis 20 dargestellt. Die Anordnung und die Funktionsweise der Luftklappe wird im nachfolgenden mit Bezug auf 20 beschrieben.
Das System weist die Einlaßtüren 242 mit den Luftschlitzen, die den Einlaß 206 abdecken, auf. Die Einlaßtüren 242 mit den Luftschlitzen weisen einen ästhetisch ansprechenden Außenabschnitt mit inneren Luftschlitzen in Form eines umgedrehten V auf; diese Kombination macht es für auf sie gesprühte Flüssigkeit unmöglich, in die Einlaßtüren 242 zu gelangen. Eine erste Mehrzahl von Filtern 250, die quer zum hereinkommenden Luft strom, der durch die Pfeile A gekennzeichnet wird, angeordnet ist, ist am Einlaß 206 des Reinluftversorgungssystems 224 vorgesehen. An der Einlaßtür 242 sind vorzugsweise Koaleszenzfilter 252 angebracht. Durch die Kombination von Koaleszenzfiltern 252 und Luftschlitzen 244 mit einer Labyrinthdichtungsanordnung 255 (wie nachfolgend mit Bezug auf 20 beschrieben) wird am Einlaß der Tür 242 Kondenswasserdampf gesammelt, bevor die Feuchtigkeit die nachfolgenden Filter blockiert und möglicherweise schwächt. Die Koaleszenzfilter 252 schützen das Reinluftversorgungssystem 224 in einer feuchten oder nassen Umgebung.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Mehrzahl von Filtern 250 einen ersten ASHRAE-Vorfilter 260 auf, der einen Sammelwirkungsgrad von ca. 30% bis 60% hat. Ein zweiter ASHRAE-Vorfilter 265 mit einem Sammelwirkungsgrad von ca. 90% bis 95% ist ebenfalls nach dem ersten ASHRAE-Vorfilter 260 am Einlaß 206 des Gehäuses 245 angebracht. Ein Rahmen des 95%-ASHRAE-Vorfilters 265 kann am Gehäuse mit einer geschäumten Dichtung dicht angebracht sein. Die Kombination aus zwei Stufen von ASHRAE-Vorfiltern 260 und 265 sammelt den größten Teil des Schimmels und der Hefepilze, bevor diese die Endfilter erreichen können.
Die ASHRAE-Vorfilter 260 und 265 enthalten zusätzlich ein antimikrobielles Mittel, um das Ausbreiten von Schimmel auf den Filtermedien zu verhindern. Das antimikrobielle Mittel kann in die Filter 260 und 265 imprägniert sein. Die ASHRAE-Vorfilter 260 und 265 können mit einem antimikrobiellen Spray behandelt werden oder ein BioStat-Gewebe enthalten.
Folglich wird der gesammelte Schimmel gehemmt und dann durch das regelmäßige Auswechseln der ASHRAE-Vorfilter 260 und 265 beseitigt, was die Lebensdauer der Endfilter erhöht, indem sie vor einem möglichen Durchwachsen des Schimmels geschützt werden.
In dem Gehäuse 245 des Versorgungssystem 224 für mikrogefilterte Luft ist auch eine Gebläsekammer 280 vorgesehen. Ein Gebläse 285 wird in der Gebläsekammer 280 vorzugsweise auf eine bekannte stoßdämpfende Art und Weise angebracht, um Vibrationen zu reduzieren. Das Gebläse 285 ist vorzugsweise ein direkt angetriebenes Hochleistungsgebläse, das so ausgelegt ist, daß es 2.000 cfm + 20%(= 56,6 m³ pro Minute) über dem erforderlichen statischen Druckbereich erzeugen kann.
Das Gebläse 285 weist weiterhin eine Ausströmöffnung 290 auf, die zum Strömungsaustausch mit einer Öffnung 295 in einer Trennwand 300 verbunden ist. Die Luft, die durch die Koaleszenzfilter 252 und den ersten und den zweiten ASHRAE-Vorfilter 260 und 265 vorgefiltert wurde, verläßt über das Gebläse die Ausströmöffnung 290 und prallt, wie in 19 und 20 dargestellt, auf eine Diffusorplatte 306. Die Diffusorplatte 306 ist vor dem Gebläse 285 angeordnet, um die Luft zu verteilen. Der Diffusor 306 besteht vorzugsweise aus perforiertem Metall, z.B. aus 16-Gauge rostfreiem Stahl 304, der in eine vorbestimmt Form gebracht ist und entsprechend im Gehäuse 245 angeordnet wird. 19 zeigt einen Abschnitt mit einer Mehrzahl von Perforierungen 310, die in dem Diffusor 306 ausgebildet sind. Die Perforierungen bestehen aus ca. 0,25 inch (= 0,635 cm) großen Löchern, die von der Lochmitte aus gemessen 0,375 inch (=0,9525 cm) von einander beabstandet sind, um eine Porosität von ungefähr 40% bereitzustellen.
Wie in 19 dargestellt, strömt die gestreute Luft, wie durch die mit D gekennzeichneten Pfeile dargestellt, durch eine zweite Mehrzahl von Filtern, die DOP-Vorfilter 316 mit einem Sammelwirkungsgrad von 95% aufweisen. Die 95%-DOP-Vorfilter 316 haben einen Sammelwirkungsgrad von 95% für Partikel mit einem Durchmesser von 0,3 μm. Die 95%-DOP-Vorfilter 316 können im Gehäuse ebenfalls mit Dichtmitteln angebracht werden, die dem Fachmann bekannt sind. Die 95%-DOP-Vorfilter 316 können beispielsweise mit einem Schaum als Dichtung mit einem Rahmen aus rostfreiem Stahl 304 dicht verbunden werden. Die 95%-ASHRAE-Vorfilter 265 werden ebenfalls mit Schaum abgedichtet. Die Vorfilter 260, 265 und 316 werden vorzugsweise aus einem wasserabweisenden Material, z.B. Glasfaser hergestellt.
Ein Luftzwischenraum 321 ist zwischen dem 95%-DOP-Vorfiltern 316 und den Endfiltern 331 dargestellt. Die Endfilter 331 werden vorzugsweise mit einer bekannten Gel/Messer-Dichtung angebracht, um eine luftdichte Abdichtung der Endfilter 331 im Gehäuse 245 bereitzustellen. Die Endfilter 331 haben vorzugsweise einen Sammelwirkungsgrad von mindestens 99,99999% für Partikel mit einem Durchmesser von 0,12μm. Falten sind in vertikaler Ausrichtung im Endfilter 331 angeordnet.
In einer besonderen Ausführungsform haben die bevorzugten Filter die im folgenden aufgelisteten Größen und Sammelwirkungsgrade und können von bekannten Herstellern bezogen werden. Vorfilter sind: Koaleszenzvorfilter 252 (24" × 24" × 2" = 60,96cm × 60,96cm × 5,08cm).
50%-ASHRAE-Vorfilter 260 mit steifen Falten (24" × 24" × 2" = 60,96cm × 60,96cm × 5,08cm);
95%-ASHRAE Econocell II Vorfilter 265 (24" × 24" × 5,875" = 60,96cm × 60,96cm × 14,92cm);
95%-DOP Pureform Separatorless Filters 316 (24" × 24" × 5,875" = 60,96cm × 60,96cm × 14,9225 cm), (95% bei 0,3 μm);
und Endfilter 331 VLSI II Pureform Separatorless Filters (24" × 24" × 11,5" = 60,96cm × 60,96cm × 29,21cm), (99,99999% bei 0,12 μm), wenn diese nicht verfügbar, ist auch ein ULPA-Filter mit einem spezifischen Sammelwirkungsgrad von 99,9995% oder mehr bei einem Partikeldurchmesser von 0,12μm anwendbar.
Die obige Ausführungsform eines Versorgungssystems 224 für mikrogefilterte Luft stellt einen Filtrationsgrad bereit, der eine Versorgung mit Luft hoher Qualität auch in einer schwierigen (schmutzigen) Umgebung sichert. Die Luftqualität der Luft, die in die Füllmaschine eintritt, kann beispielsweise durch die folgenden Luftkonzentration der umgebenden Luft berechnet werden. Es wird davon ausgegangen, daß bei einer Eingangskonzentration zwischen 1×10⁶ und 5×10⁸ Partikeln pro ft³ (=0,0283 m³) (bei Partikeln ≥ 3μm) die Ausgangskonzentration aus dem Reinluftmodul 0,005 bis 2,5 Partikel pro ft³ (=0,0283 m³) für Partikel, die einen aerodynamischen Durchmesseer von größer oder gleich 0,3 μm haben, beträgt. Die erwartete Ausgangskonzentration ist somit mindestens 100 mal geringer, als die 300 Partikel pro ft³ (=0,0283 m³), die für eine Klasse 10 Umgebung (nach Federal Standard 290-E) vorgeschrieben werden.
Es wird erneut auf 18 Bezug genommen. Das Gehäuse 245 ist so konstruiert und angeordnet, daß einem Bediener visueller und physischer Zugriff zu den inneren Bauteilen des Versorgungssystems 224 für mikrogefilterte Luft, das sich im Gehäuse 245 befindet, ermöglicht wird. Zu diesem Zweck ist eine transparente Sichtöffnung 351 für das Gebläse 285 vorgesehen. Weitere Sichtöffnung sind nach Bedarf vorgesehen. Insbesondere ist, wie in 18 dargestellt, eine weitere Sichtöffnung 356 im Gehäuse 245 ausgebildet, um eine visuelle Kontrolle des Endfilters 331 und der Umsteuerluftklappe 249 zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist auch ein physischer Zugriff auf die inneren Bauteile des Versorgungssystem 224 für mikrogefilterte Luft vorgesehen. 20 zeigt – teilweise im Querschnitt – eine Ausführungsform des Versorgungssystems 224 für mikrogefilterte Luft mit verschiedenen Bauteilen. Auf die Koaleszenzfilter 252 und die ASHRAE-Vorfilter 260 und 265 kann beispielsweise von der Seite durch die Einlaßtüren 242 zugegriffen werden. Zugriff auf das Gebläse 285 kann durch die Einlaßtüren 242 und eine abnehmbare obere Platte 361, die eine Öffnung auf der Oberseite des Gehäuses abdeckt, ermöglicht werden. Die 95%-DOP-Filter 316 können über eine zweite obere Zugriffsplatte 371 gewartet werden. Zugriff auf die Endfilter 331 ist entsprechend über eine dritte obere Zugriffsplatte 376 möglich. Das Gehäuse 245 ermöglicht dem Bediener somit Zugriff auf die inneren Bauteile, es schützt aber dennoch die Filter vor negativen Umwelteinflüssen, Drainage von oben, tröpfelndem Kondensat sowie vor Produktspritzern und physischer Beschädigung.
20 zeigt eine zusätzliche Anordnung, die sogar verhindert, daß bei direktem Aufsprühen von Flüssigkeit auf die Einlaßtüren 242 oder die Auslaßtüren 246, diese ins Innere gelangen kann. Insbesondere bilden Luftschlitze 244 in den Türen 242 und 246 in Kombination mit einer Mehrzahl von Deflektoren 381 in Form eines umgedrehten V, die sich innerhalb der Türen 242 und 246 befinden, eine Labyrinthdichtungsandordnung. Diese Anordnung der Luftschlitze 244 und der Deflektoren 381 in den Türen bilden eine Blockade, um bei direkte Aufsprühen von Wasser, Reinigungslösung oder einer anderen Flüssigkeit zu verhindern, daß diese durch die Türen 242 und 246 in das Gehäuse 245 gelangen. Zusätzlich ist ein Maschennetz 386 über den Luftschlitzen 244 angebracht, um zu verhindern, daß Insekten, kleine feste Teile und Partikel in das Gehäuse gelangen.
20 zeigt ebenfalls die Umsteuerluftklappe 249, die sich im Gehäuse 245 befindet. Die Klappe 249 hat vorzugsweise zwei Positionen. Beide Möglichkeiten sind in 20 dargestellt. In einer ersten, geöffneten Position, die während des normalen Betriebs der Füllmaschine 100 vorgesehen ist, ist die Luftklappe 249 vorzugsweise ungefähr in einem 60° Winkel entlang einer abgewinkelten Oberfläche 390 angeordnet. Wenn sie in dieser geöffneten Position ist, lenkt die Klappe die gefilterte Luft (wie durch die mit C gekennzeichneten Pfeile in 19 dargestellt) nach unten in die sterile Kammer 180 der Füllmaschine 100.
Die Luftklappe 249 hat ebenfalls eine zweite, geschlossene Position, die gewählt werden kann, um die empfindlichen Filter während des Reinigens der Füllmaschine 100 zu isolieren; diese Position kann auch in Abschaltzeiten gewählt werden. Wenn diese zweite geschlossene Position gewählt wird, ist die Luftklappe 249 in einer horizontalen Position, die den Ausgang 226, wie in 20 dargestellt, verschließt. Die Luftklappe 249 schützt die Filter des Versorgungssystems 224 für mikrogefilterte Luft, indem es den Auslaß 226 wirksam verschließt und die Reinigungsflüssigkeit zurück in die Füllmaschine 100 lenkt.
Um die Wahl zwischen den beiden Luftklappenpositionen zu ermöglichen, ist die Umsteuerluftklappe 249 mit einem Steller versehen, z.B. einem pneumatisch betriebenen Steuerarm 400. Für die Position der Luftklappe 249 kann ein gleichzeitiges Umlenken der Reinigungsflüssigkeit und Schutz der Filter oder normaler Betrieb gewählt werden. Wie dargestellt, sind die Luftklappe 249 und der Steller 400 innerhalb des Gehäuses befestigt. Der Steller 400 kann jedoch auch außerhalb befestigt sein. Es ist ferner ein Sensor 410 vorgesehen, um die Position der Luftklappe 249 zu ermitteln oder zu validieren. Die Position der Luftklappe kann auch visuell durch eine weitere Sichtöffnung 356 (s. 1) ermittelt werden. Die Umsteuerluftklappe 249 erleichtert die automatische Reinigung der Füllmaschine 100. Die pneumatische betriebene Luftklappe 249, die während der Reinigungszyklen geschlossen ist, schützt die Endfilter 331 wie im nachfolgenden ausgeführt vor Besprühen mit der Reinigungslösung.
20 stellt weiterhin eine Mehrzahl von Druckmessern dar, die dazu dienen, den Betrieb der Filter zu überwachen, indem Druckänderungen über die Filter erfaßt werden. Das Öffnen der Filtertüren kann durch die Druckmesser erfaßt werden. Die Mehrzahl von Druckmessern weist einen ersten Messer 435 auf, der so verbunden ist, daß er dem Bediener visuell den Druck in der sterilen Kammer 202 anzeigt. Einstellbare maximale und minimale Alarmniveaus sind in den Druckmessern enthalten, die mit einer PLC-Steuerung (PLC) 441 im Schaltkasten 105 (s. 2) der Maschine 100 eine Schnittstelle bilden, um die Maschine zu informieren, wenn die akzeptablen Niveaus erreicht sind.
Es ist ebenfalls ein zweiter Druckmesser/Sensor zum Ermitteln einer Druckänderung über den 99,99999%-PSL-Endfilter 331 vorgesehen. Drucköffnungen stellen den Einlaß zu den Druckmessern dar. Ein zweiter Druckmesser 445 ist entsprechend so verbunden, daß er eine Druckänderung über den 99,9999/PSL-Filter 331 anzeigt. Ebenso ist ein dritter Druckmesser 455 so verbunden, daß er eine Druckänderung über den 95% DOP-Vorfilter 316 anzeigt. Zusätzlich ist ein vierter Druckmesser 465 vorgesehen, um eine Druckänderung über den 95%-ASHRAE-Vorfilter 265 zu erfassen und anzuzeigen.
Die angezeigten Druckangaben ermöglichen es dem Bediener, die Funktion der inneren Bauteile im Gehäuse zu überwachen. Eine Druckänderung über die Vorfiltern kann angeben, daß Filter ausgewechselt werden müssen, daß es eine größere Leckstelle gibt oder daß ein Filter fehlt. Eine Druckänderung über den Endfilter kann ähnliche Probleme anzeigen. Zusätzlich kann das Einbauen eines Filter von schlechter Qualität, z.B. eines HEPA-Filters anstatt eines VLSI II Filters, wie in der bevorzugten Ausführungsform angegeben, durch den zweiten Druckmesser 445 angezeigt werden. Zusätzlich können verschiedene Alarmstufen für jeden Filter vorhanden sein. Wie in 20 dargestellt, sind die Druckmesser 435, 445, 455 und 465 auf einer äußeren Platte 475 in einem Winkel angebracht, in dem sie für den Bediener gut sichtbar sind.

Claims

Füllmaschine zum sterilen Befüllen und Verschließen von Verpackungsbehältern, mit einer Füllkammer (202), in der zumindest ein Füllrohr (240) zum Befüllen von Verpackungsbehältern angeordnet ist, und mit einem Reinluftsystem (200), das ein Reinluftversorgungs- bzw. Belüftungssystem (224) aufweist, das über einen im wesentlichen horizontal ausgerichteten Luftkanal (210) gefilterte bzw. sterilisierte Luft dem oberen Bereich der Füllkammer (202) zuführt, und bei dem diese dann in der Füllkammer (202) im wesentlichen in vertikaler Richtung nach unten strömt und einen Überdruck in der Füllkammer (202) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablenkeinrichtung bzw. ein Strömungsprofilkörper (315) zwischen dem Luftkanal (210) und der Füllkammer (202) so angeordnet ist, daß er den Luftstrom (A) in unterschiedlich gerichtete Wege (B, D) ablenkt bzw. aufteilt, wobei der im wesentlichen horizontale Luftstrom des Wegs (C) durch ein Ablenkteil (Klappe 325) des Strömungsprofilkörpers (315) zum Weg (D) nach unten abgelenkt wird, und daß eine weitere Ablenkeinrichtung (Füllflosse 330) so geformt und angeordnet ist, daß sie einen Teil des Luftstroms des Wegs (B) abfängt und so auf den Weg (E) ablenkt, daß sich die Geschwindigkeit des Luftstroms im Bereich des Füllrohrs (240) erhöht.
Füllmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkammer (202) eine Behälter-Eintrittswand (225) und davon beabstandet eine Behälter-Austrittswand (230) aufweist, die mit Behälter-Eintrittsöffnungen (227) bzw. mit Behälter-Auftrittsöffnungen (232) versehen und im wesentlichen vertikal ausgerichtet sind.
Füllmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Füllflosse (330) derart geformt und angeordnet ist, daß sie die Geschwindigkeit des Luftstroms auf dem Weg (E) unter Verkleinerung der Querschnittsfläche zwischen der Füllflosse (330) und der Eintrittswand (225) erhöht.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch ein Partikelüberwachungssystem (350) zum Überwachen der Zufuhr von reiner Luft in der Füllkammer (202), das einen Probenehmer (390) aufweist, der in der Füllkammer angeordnet und anisoaxial bezüglich der Reinluftversorgung ausgerichtet ist.
Füllmaschine nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, daß eine Trennwand (305) die Füllkammer (202) in einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufteilt und daß ein erster Probenehmer (390) im ersten Teil der Füllkammer (202) und ein zweiter Probenehmer (390) im zweiten Teil der Füllkammer (202) angeordnet sind.
Füllmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Probenehmer (390) weiterhin folgendes aufweist: einen im wesentlichen rohrförmigen Körper (395), der eine an einem Ende angeordnete Probeöffnung (400) hat, einen Probeleitungsverbindungspunkt, der sich an einem anderen Ende des rohrförmigen Körpers (395) befindet, wobei der Probeleitungsverbindungspunkt mit der Probeöffnung (400) in Strömungsverbindung steht, und eine am rohrförmigen Körper ausgebildete Montageplatte (405).
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Partikelüberwachungssystem (350) mit einer Vakuumpumpe (370) und einem Interface (380) mit einer mit der Füllmaschine (100) zugeschalteten PLC-Steuerung (PLC) (385) versehen ist.
Füllmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Interface (380) Informationen über die Leistung, Eingabe/Ausgabe-Informationen und Feedback-Informationen, die zwischen dem Partikelüberwachungssystem (350) und der PLC (385) übertragen werden, erhält und vermittelt, wobei die PLC (385) die Füllmaschine (100) über das Interface (380) in Abhängigkeit von den Informationen der Partikelzähleinrichtung (360) steuert.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelzähleinrichtung eine Alarmeinrichtung zur Anzeige einer zu hohen Partikelzahl aufweist.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinluftversorgungssystem (224) weiterhin folgendes aufweist: ein Gehäuse (245) mit eine Einlaß (206) und einem Auslaß (226); eine erste Mehrzahl von Filtern (250), die im Gehäuse (245) in der Nähe des Einlasses (206) mit in Reihenfolge zunehmendem Sammelwirkungsgrad angeordnet sind, wobei die erste Mehrzahl von Filtern (250) einen Koaleszenzfilter (252), einen ersten Vorfilter (260) mit einem Sammelwirkungsgrad von ungefähr 30% bis 60% (ASHRAE) und einen zweiten Vorfilter (265) mit einem Sammelwirkungsgrad von ungefähr 95% (ASHRAE) aufweist; eine zweite Mehrzahl von Filtern, die im Gehäuse in der Nähe des Auslasses (226) mit in Reihenfolge zunehmendem Sammelwirkungsgrad angeordnet sind, wobei die zweite Mehrzahl von Filtern einen Vorfilter (316) mit einem Sammelwirkungsgrad von ungefähr 95% (bei einem Partikeldurchmesser von 0,3 μm) und einen Endfilter (331) mit einem Sammelwirkungsgrad von mindestens ungefähr 99,99999 (bei einem Partikeldurchmesser von 0,12 μm) aufweist; eine Kammer (280), die sich zwischen der ersten Mehrzahl von Filtern (250) und der zweiten Mehrzahl von Filtern befindet, wobei die Kammer (280) eine Wand (300) aufweist, die die Kammer (280) von der zweiten Mehrzahl von Filtern trennt und eine Öffnung aufweist; ein Gebläse (285), das in der Kammer (280) zwischen der ersten Mehrzahl von Filtern (250) und der zweiten Mehrzahl von Filtern (250) angeordnet ist und eine Ausströmöffnung (290) aufweist, die mit der Öffnung (295) in der Wand (300) der Kammer (280) in Strömungsverbindung steht.
Füllmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinluftversorgungssystem (224) weiterhin eine Zugriffstür (242) zum Abdecken des Einlasses aufweist, wobei die Tür (242) eine Labyrinthdichtungsanordnung mit einer Mehrzahl von Luftschlitzen (244) der Tür (242) und einer Mehrzahl von Deflektoren in Form eines umgedrehten V in der Tür angrenzend an die Luftschlitze (244) aufweist.
Füllmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinluftversorgungssystem (224) eine Luftklappe (249) auf weist, die wahlweise in eine erste Position oder in eine zweite Position bringbar ist, wobei die Luftklappe (249) den Auslaß (226) des Gehäuses (245) abtrennt.
Füllmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinluftversorgungssystem (224) weiterhin einen ersten Druckmesser (435) zum Erfassen des Druckniveaus in der Kammer (280), einen zweiten Druckmesser (445) zum Erfassen einer Druckänderung über den Vorfilter (260) und einen dritten Druckmesser (455) zum Erfassen einer Druckänderung über den Endfilter (331) aufweist.