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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Vorbehandlung von bahnförmigem Material, im besonderen eines
bahnartigen Verpackungslaminates mit Schichten aus Papier und
Kunststoff und möglicherweise auch einer Metallfolie, wobei
die Bahn zum Zwecke der Sterilisierung mit einem
Sterilisiermittel in Kontakt gebracht wird, indem man die Bahn durch ein
geheiztes Bad laufen läßt, das das Mittel enthält. Die
Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Durchführung des
Verfahrens. Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung nach den
Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6 sind beispielsweise in der
DE-A-1 492 482 beschrieben.
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Es ist bekannt, daß sogenannte aseptische Packungen dadurch
hergestellt werden können, daß der sterilisierte Inhalt unter
kontrollierten aseptischen Bedingungen in sterilisierte
Verpackungsbehälter gepackt wird. Eine bekannte aseptische
Wegwerfverpackung wird mit Hilfe einer Verpackungsmachine
hergestellt, die aus einer Bahn aus laminiertem
Verpackungsmaterial dadurch Packungen herstellt, daß die Längskanten der
Bahn miteinander kombiniert werden, so daß ein Schlauch
gebildet wird, der mit dem gewünschten sterilisierten Inhalt
gefüllt und durch wiederholtes Flachdrücken und Versiegeln
des Schlauches entlang quer zu dem Schlauch befindlicher
schmaler Zonen in versiegelte Behältereinheiten abgeteilt
wird. Nach dem Abtrennen durch Schnitte in der
Versiegelungszone und gegebenenfalls durch das Bilden von Falten und durch
Versiegeln verläßt der Behälter die Maschine in Form von
fertigen Packungen mit im wesentlichen quaderförmiger
Gestalt.
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Um sicherzustellen, daß der eingebrachte sterilisierte Inhalt
in der Verpackung seine Sterilität behält, muß die Bahn, oder
zumindest die Seite der Bahn, die der Innenseite des
Schlauches zugewandt sein soll, sterilisiert werden, bevor sie mit
dem Inhalt in Kontakt gelangt. Die Sterilisierung wird
üblicherweise dadurch durchgeführt, daß die Bahn zunächst mit
einem chemischen Sterilisiermittel in Kontakt gebracht wird,
indem man sie durch ein geheiztes Bad laufen läßt, das das
Sterilisiermittel enthält; danach wird die begleitende,
überschüssige Sterilisierflüssigkeit mit Hilfe von mitwirkenden
Druckwalzen aus der Bahn gedrückt, zwischen die die Bahn
geleitet wird. Verbleibende Restmengen an
Sterilsierflüssigkeit werden mit Hilfe von Heißluft aus der Bahn getrieben,
die auf eine oder auf beide Seiten der Bahn zu geblasen wird;
dann wird die Bahn zu einem Schlauch geformt, dessen
sterilisierte Innenseite zur Aufnahme des sterilisierten Inhaltes
bereit ist.
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Bei Wasserstoffperoxid, einem Beispiel eines häufig in einer
aseptischen Verpackungsmachine der beschriebenen Art
verwendeten Sterilisiermittels, hat man z.B. herausgefunden, daß
die bakteriologischen Abtötungswirkungen, die
vorschriftsgemäße Gesundheitsbedingungen vollständig erfüllen, dann
erreicht werden, wenn das Sterilisiermittel bei einer
Temperatur von ca. 65 - 75 º C, bevorzugt bei ca. 70º C, in Form
einer Lösung verwendet wird, die ca. 35 % Wasserstoffperoxid
(H&sub2;O&sub2;) enthält, falls gleichzeitig sichergestellt ist, daß
der Kontakt zwischen dem bahnförmigen Material und dem
Sterilisiermittel wenigstens eine bestimmte, spezifizierte
Zeitdauer anhält. Bei dem normalen Produktionsrhythmus einer
herkömmlichen Verpackungsmaschine entspricht diese Kontakt
zeit für die sich bewegende Materialbahn einer bestimmten
Kontaktstrecke, was impliziert, daß das Bad mit der
Sterilisierlösung eine entsprechend lange, zugängliche
Durchlaufstrecke für die sich bewegende Materialbahn besitzen muß. Aus
praktischen Gründen, nicht zuletzt aus Platzgründen, ist das
Bad häufig in Form eines sogenannten Tiefbades angeordnet,
d.h. es ist in einem vertikalen Behälter untergebracht, der
vor der Form- und Füllzone des Schlauches angeordnet ist, und
dessen Höhe merklich über seiner Breite liegt. Das zu
sterilisierende bahnförmige Material wird dann in einer vertikalen
Schleife um eine Walze durch das Bad geleitet, die im unteren
Teil des Behälters angeordnet ist und mit deren Hilfe die
sich bewegende Materialbahn so gesteuert wird, daß sich
jederzeit jeder Teil der Bahn unter dem Flüssigkeitspegel mit
der Sterilierlösung über einen Zeitraum in Kontakt befindet,
der gerechnet vom Eintritt der Bahn in das Bad bis zum
Verlassen des Bades wenigstens der erforderlichen Kontaktzeit
entspricht. Durch die Verwendung dieses Tiefbades wird ein
weiterer Vorteil dadurch erzielt, daß zumindest im unteren
Teil des Behälters, wo der Kontakt wegen des vorherrschenden
höheren hydrostatischen Druckes intensiviert ist, der die
Sterilisierlösung auf die durchlaufende Bahn drückt, zwischen
dem durchlaufenden Material und der Sterilisierlösung ein
guter Kontakt sichergestellt ist.
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Der intensivierte Kontakt zwischen der
Wasserstoffperoxidlösung und dem bahnförmigen Material bedeutet
selbstverständlich unter dem Gesichtspunkt der bakteriologischen Abtötung
einen Vorteil, bringt aber gleichzeitig ein erhöhtes Risiko
dahingehend mit sich, daß die Wasserstoffperoxidlösung durch
Schnittkanten der Bahn in die flüssigkeitsabsorbierende
Faserschicht des bahnförmigen Materials eindringt und sie
verschlechtert. Dieses Risiko, das mit dem hydrostatischen
Druck in dem Bad zusammenhängt und sich folglich in dem Maße
erhöht, in dem der hydrostatische Druck anwächst, wird auch
dadurch etwas verschlimmert, daß das bahnförmige Material bei
dem bekannten Sterilisationssystem vor dem Eintritt in das
Bad eine der Umgebungstemperatur entsprechende Temperatur
aufweist oder auf jeden Fall eine Temperatur, die merklich
unter der Temperatur des geheizten Sterilisationsbades (ca.
65 - 75º C) liegt; dies bedeutet, daß das relativ kältere
bahnförmige Material eine gewisse Dehnung durchmachen kann,
während derer die Bahn aus der umgebenden
Wasserstoffperoxidlösung Wärme absorbiert, die daraufhin abgekühlt wird, bevor
ein Zustand des Temperaturgleichgewichts zwischen der
Wasserstoffperoxidlösung und der Bahn erreicht ist. Wie schon oben
erwähnt, hängt die bakteriologische Abtötungswirkung unter
anderem von der Temperatur der Wasserstoffperoxidlösung ab;
um nun die geringere Strecke des bakterienabtötenden
Kontaktes, durch die das bahnförmige Material laufen soll,
auszugleichen, bevor das erforderliche
Temperaturgleichgewicht zwischen der Wasserstoffperoxidlösung und der
Materialbahn sich einstellen konnte, wurde es deshalb nötig,
das Bad etwas zu "überdimensionieren", d.h. das Bad um ein
entsprechendes Maß tiefer auszulegen, als wenn sich dieses
Temperaturgleichgewicht schon beim Eintritt der Bahn in das
Bad unmittelbar eingestellt hätte. In der Praxis bedeutet die
Überdimensionierung des Bades eine weitere Erhöhung des
hydrostatischen Druckes und das damit verbundene Risiko, daß
Flüssigkeit in den tieferen Teilen des Bades in die Bahn
eintritt, oder ansonsten, daß das Bad breiter gemacht wird,
während seine Tiefe beibehalten wird, und damit mehr Platz
beansprucht.
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Das oben beschriebene Verfahren zum Sterilisieren eines
bahnförmigen Verpackungsmaterials unter Verwendung eines
geheizten Bades, das ein chemisches Sterilisiermittel (im
besonderen Wasserstoffperoxid) enthält, läßt sich jedoch
verbessern, falls die Bahn vor dem Durchlauf durch das Bad einer
Wärmebehandlung unterworfen wird; im besonderen hat man nach
der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß sich
wesentliche Vorteile erreichen lassen, wenn die Bahn während einer
solchen vorausgehenden Wärmebehandlung auf ein solches Maß
erhitzt wird, daß ihre Temperatur beim Eintritt in das Bad
die tatsächliche Badtemperatur erreicht oder leicht
überschreitet.
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Falls das bahnförmige Material, wie dies nach der
vorliegenden Erfindung vorgeschlagen ist, so vorgewärmt wird, daß
seine Temperatur zumindest der tatsächlichen Badtemperatur
entspricht oder sie leicht überschreitet, wenn die Bahn in
das Bad eintritt, dann werden die Zonen das Bades vermindert
oder sogar ganz ausgeschaltet, die unter dem Gesichtspunkt
des bakteriologischen Abtötens weniger aktiv sind, und es
stellen sich sichere Vorbedingungen ein, um zu garantieren,
daß in keinem Teil des geheizten Bades ein negatives
Temperaturgleichgewicht zwischen dem bahnförmigen Material
und der Wasserstoffperoxidlösung geschaffen wird; folglich
muß das Bad nicht überdimensioniert werden, indem man es
tiefer und/oder breiter macht, sondern man kann ihm in der
Praxis genau die Minimalabmessungen verleihen, die
erforderlich sind, um unter den gegebenen Vorbedingungen bezüglich
der Temperatur und der Konzentration der
Wasserstoffperoxidlösung die gewünschte bakteriologische Abtötungswirkung nach
einer gegebenen minimalen Verweildauer im Bad zu erreichen.
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Man hat herausgefunden, daß durch das Vorwärmen des
bahnförmigen Materials, so daß seine Temperatur beim Eintritt in
das Bad sogar um einige Grade höher als die tatsächliche
Badtemperatur ist, das Bad sogar kleiner, insbesondere
seichter gemacht werden kann, als dies theoretisch
beispielsweise dann erforderlich wäre, wenn die Temperatur genau der
Badtemperatur entsprechen sollte, ohne daß damit eine
Beeinträchtigung der bakteriologischen Abtötungswirkung
einhergeht. Dies liegt daran, daß eine solches überhöhtes Vorwärmen
selbst eine verbesserte Abtötungswirkung mit sich bringt, da
die Bakterien an dem bahnförmigen Material bei diesen hohen
Temperaturen (70 - 90º C) bis zu einem gewissen Maße
ausgetrocknet werden und folglich für die Wirkung der
Wasserstoffperoxidlösung empfindlicher werden.
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Das vorgeschlagene Vorwärmen des bahnförmigen Materials
bringt, besonders wenn dieses aus einem Verpackungsmaterial
aus kunststoffbeschichtetem Papier besteht, den weiteren
Vorteil mit sich, daß leicht flüchtige, nicht polarisierte
oder unvollständig polymerisierte Monomere, die sich in den
Kunststoffbeschichtungen des bahnförmigen Materials finden
lassen und sie begleiten, und die dem Inhalt der danach
hergestellten Verpackungsbehälter einen unangenehmen Geruch
verleihen oder ihn auf andere Weise beeinträchtigen können,
verdampfen und aus dem bahnförmigen Material entfernt werden.
Die leicht flüchtigen Kunststoffkomponenten, die den Geruch
beeinträchtigen, können noch wirksamer ausgetrieben werden,
indem das bahnförmige Material während des Vorwärmens
gleichzeitig einer Evakuierung unterzogen wird, als deren
Ergebnis auch möglicherweise auftretender Kunststoff- und
Papierstaub sowie jede andere Art von Staub von dem
bahnförmigen Material abgesaugt wird; damit wird auch
verhindert, daß der Staub die Bahn nach unten in die
Wasserstoffperoxidlösung begleitet und sie verschmutzt.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die
beiliegende Zeichnung genauer beschrieben. Darin zeigen
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Fig. 1 die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens bei der Herstellung sogenannter aseptischer
Verpackungsbehälter nach einem an sich bekannten
Herstellungsprinzip; und
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Fig. 2 eine Anordnung zur Durchführung des in Fig. 1
gezeigten erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Nach dem summarisch in Fig. 1 veranschaulichten
Herstellungsprinzip werden, wie oben beschrieben, mit Hilfe einer
herkömmlichen Verpackungsmaschine aseptische Verpackungsbehälter
1 hergestellt, die aus einer Bahn 2 dadurch Packungen
herstellt, daß die beiden Längskanten der Bahn aneinandergefügt
werden, so daß ein nach unten anwachsender Schlauch 3 geformt
wird, der über ein (nicht dargestelltes) Rohr zum Einfüllen
eines Produktes, das durch das obere, geöffnete Ende des
Schlauches eingeführt ist, mit dem speziellen, steril
behandelten Inhalt gefüllt wird. Der Schlauch 3 wird durch
wiederholtes Flachdrücken und Querversiegelung, rechtwinklig zu der
Längsachse des Schlauches, in kissenartige Behältereinheiten
1' unterteilt, die danach durch Schnitte in den
Versiegelungszonen voneinander getrennt werden und nach Bildung
geeigneter Falten und nach dem Versiegeln die Maschine in
Form von fertigen, aseptischen Packungen 1 von im
wesentlicher quaderförmiger Gestalt verlassen. Es ist oben bereits
erwähnt worden, daß eine Voraussetzung für aseptische fertige
Packungen 1 darin besteht, daß der Inhalt sowie die Bahn vor
dem gegenseitigen Kontakt sterilisiert werden müssen, und daß
die Operationen der Schlauchbildung und des Füllens selbst
unter Bedingungen durchgeführt werden müssen, die verhindern,
daß das sterilisierte Verpackungsmaterial und der Inhalt
infiziert werden können.
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Die Sterilisierung des Inhalts wird gewöhnlich mittels einer
Wärmebehandlung durchgeführt, während derer der Inhalt nach
einem gegebenen Temperatur-/Zeitschema erhitzt wird, und eine
Umgebung, die die Reinfektion verhindert oder aseptisch ist,
wird dadurch sichergestellt, daß die Maschinenoperationen der
Schlauchbildung und des Füllens in einem von der Umgebung
abgeschlossenen Gehäuse durchgeführt werden, in dem durch das
Einbringen von Heißluft ein bestimmter Druck aufrechterhalten
wird, der wirksam verhindert, daß nicht sterile Umgebungsluft
eindringt.
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Die Sterilisierung des bahnförmigen Materials 2 wird dadurch
durchgeführt, daß die Bahn so nahe wie möglich an der
Schlauchbildungs- und Füllzone der Maschine mit einem
flüssigen, chemischen Sterilisiermittel in Kontakt gebracht
wird, das sich bei dem in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel in Form eines sogenannten Tiefbades in einem in
gestrichelten Linien gezeigten vertikalen Behälter 4 befindet,
durch den die Bahn 2 in einer vertikalen Schleife um eine
Walze 5 geführt wird, die im unteren Teil des Bades 4
vorgesehen ist. Aus Fig. 1 wird deutlich, daß der Behälter 4
eine Höhenausdehnung aufweist, die merklich über der
Breitenausdehnung des Behälters in der horizontalen Ebene
quer zur Bewegungsrichtung des bahnförmigen Materials 2
liegt.
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Bei dem hier gewählten Beispiel wird angenommen, daß das
bahnförmige Material 2 aus einem Laminatmaterial besteht, das
eine Basisschicht aus Papier oder Pappe mit Außenschichten
aus thermoplastischen Kunststoffen, bevorzugt Polyethylen,
sowie aus einer oder mehreren Schichten aus einem anderen
Material besteht, z.B. einer Metallfolie oder Kunststoffen
einer anderen als der hier erwähnten Art, die zwischen der
Kunststoff- und der Basisschicht angeordnet sind. Das
Verpackungsmaterial kann beispielsweise von der Außenseite der
Bahn zu ihrer Innenseite hin die folgende Zusammensetzung
aufweisen:
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PE weich/Papier oder PappeyPe weich/Alufolie/Pe weich, wobei
dieses Material gute Dichtigkeitseigenschaften gegenüber
Flüssigkeiten, Gasen und Licht aufweist und darüberhinaus
durch ein herkömmliches, sogenanntes Heißsiegeln leicht zu
versiegeln ist. Bei dem gewählten Beispiel wird außerdem
angenommen, daß das chemische Sterilisiermittel aus 30 - 50
Gew.-/Vol.-% einer Wasserstoffperoxidlösung besteht, die auf
ca. 65 - 75º C, z.B. 70º C erwärmt ist, und daß der Behälter
4, der das Peroxid enthält, so dimensioniert ist, daß jeder
Teil des bahnförmigen Materials 2, das mit der tatsächlichen
Geschwindigkeit der Maschine durchläuft, ausreichend lange
mit der Wasserstoffperoxidlösung in dem Bad in Kontakt steht,
um eine annehmbare bakteriologische Abtötungswirkung zu
erzielen.
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Aus dem Behälter 4 wird die mit dem Wasserstoffperoxid
getränkte Bahn durch den Spalt zwischen zwei Mangelwalzen 6
geleitet, mit deren Hilfe begleitende, überschüssige
Wasserstoffperoxidlösung mechanisch aus der Bahn gedrückt und in
den Behälter 4 zurückgeführt wird; dann wird die Bahn weiter
nach oben in die Schlauchbildungs- und Einfüllzone der
Maschine geleitet. Beim Eintritt läuft die Bahn an einer
Reihe von Düsen vorbei, die auf die Innenseite der Bahn
gerichtet sind, und durch die Heißluft geblasen wird, um
Restmengen an Wasserstoffperoxid auszutreiben, bevor das
bahnförmige Material in eine schlauchförmige Form gebracht
wird.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist ein mit gestrichelten
Linien angezeigter Heizbereich 7 in der durch Pfeile
angegebenen Bewegungsrichtung des bahnförmigen Materials vor dem
Tiefbad vorgesehen, durch den die Bahn 2 zur kombinierten
Aufbereitung und zum Aufheizen vor dem Eintritt in das Bad
geleitet wird. Fig. 2 zeigt genauer, daß innerhalb des
Bereiches 7 ein im wesentlichen rechteckiger Kasten 8
angeordnet ist, dessen oberes Ende einen engen Einlaßspalt 9
aufweist, der an die Bahn angepaßt ist und dessen unteres Ende
offen ist und dicht an den nachfolgenden Behälter 4 in dem
Bereich vor dem Eintritt der Bahn in das Bad anschließt. Eine
Anzahl von Düsen 10 ist längs der Seiten 8a des Kastens
vorgesehen, die sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung
gleichmäßig verteilt sind und auf beide Seiten der
durchlaufenden Bahn gerichtet sind; die Düsen befinden sich über
eine gemeinsame Leitung 16 in Verbindung mit einer
Heißluftquelle und richten die ausströmende Heißluft direkt auf beide
Seiten der Bahn, was in Fig. 2 mittels durchgezogener Pfeile
angegezeigt ist. Der Kasten 8 ist in unmittelbarer
Nachbarschaft der spaltförmigen Einlaßöffnung 9 mit einem als
Evakuierungskammer dienenden aufgeweiteten Abschnitt 11
versehen, der mit einer verengten, spaltartigen Einlaßöffnung 12
und Anschlußmitteln l4 vorgesehen ist, die mit der
Evakuierungskammer 13 verbunden sind und bevorzugt an jeder Seite
der Bahn 2 angeordnet sind; die Anschlußmittel befinden sich
über eine Leitung l5 mit einer nicht gezeigten Vakuumquelle
in Verbindung.
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Während des Durchlauf s durch den Kasten 8 innerhalb des in
Fig. 2 gezeigten Aufbereitungs- und Heizbereiches 7 läuft die
Bahn 2 also an einem Heißluftstrom vorbei, der aus den Düsen
10 austritt und wegen des in der Evakuierungskammer 13
aufrechterhaltenen teilweisen Vakuums im Gegenfluß auf die
Bahn gerichtet ist und mit beiden Seiten der Bahn in dem
Bereich der eng ausgelegten Spaltöffnung 9 in intensiven
Kontakt gebracht wird, wodurch eine wirksame Aufheizung der
Bahn oder zumindest der äußeren Kunststoffbeschichtungen der
Bahn erreicht wird. Dank des Aufheizens werden alle leicht
flüchtigen Komponenten, die ihr einen unangenehmen Geruch
verleihen können, aus den Kunststoffbeschichtungen
freigesetzt, von dem in der Gegenrichtung fließenden Luftstrom
eingefangen und durch die Anschlußmittel 14 evakuiert. Der
Lufstrom bringt es außerdem zustande, daß Faser- und
Kunststoffstaub bis zu einem gewissen Ausmaß entfernt wird und
ebenfalls durch die Evakuierungsanschlußmittel l4 abgezogen
wird; auf diese Weise wird verhindert, daß der Staub die Bahn
2 in das Sterilisierbad begleitet und es verschmutzt.
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Man hat herausgefunden, daß eine Heizanordnung der eben
beschriebenen Art, mit der es also möglich ist, die Bahn vor
ihrem Eintritt in das nachfolgende Sterilisierbad sowohl
vorzuwärmen als auch zu reinigen, besonders vorteilhaft für
die Sterilisierung von bahnförmigem Verpackungsmaterial ist,
das Schichten aus Papier oder Pappe und Kunststoff aufweist;
selbstverständlich ist es im Rahmen des allgemeinen, der
Erfindung zugrundeliegenden Konzeptes ebenso möglich, andere
Arten von Heizanordnungen zu verwenden, um für das gewünschte
Vorwärmen des bahnförmigen Materials zu sorgen, das zum
Zwecke der Sterilisierung durch ein flüssiges
Sterilisiermittel laufen soll.