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Verfahren und Vorrichtung zum sterilen Abfüllen von flüssigem, pulverförmigem,
granulösem oder körnigem Füllgut in Behälter bzw. Beutel aus-siegelfähigem Material
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sterilen Abfüllen von flüssigem, pulverförmigem,
granulösem oder körnigem Füllgut in Behältern bzw. Beuteln aus siegelfähigem Material,
bei dem zunächst ein oben offener Behälter hergestellt, sodann das Füllgut von oben
in den Behälter eingeführt, die im Behälter vorhandene Luft ausgetrieben und der
Behälter vollständig geschlossen wird.
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Beim sterilen und keimfreien Abfüllen von fließ- bzw.
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schüttfähigem Gut muß an der Abfüllstation dafür Sorge getragen werden,
daß während des Abfüllens des Füllguts bis zum vollständigen Verschluß des gefüllten
Behälters ein Vakuum oder eine sterile Schutzgasatmosphäre erhalten bleibt. Das
Einsetzen der beim Füllvorgang und
Verschließen des Behälters unmittelbar
beteiligten Maschinenteile in eine Vaku- bzw. Schutzgaskammer oder einen Autoklaven
ist außerordentlich kostspielig und zeitraubend. Der anderen Möglichkeit, das Vakuum
oder die Schutzgasatmosphäre im wesentlichen auf den Behälterinnenraum zu beschränken,
das heißt, die Luft vor dem Abfüllen des Füllguts aus dem Behälterinnenraum auszutreiben,
stehen vor allem Abdichtungsprobleme und Schwierigkeiten der Erhaltung eines ökonomischen
Maschinentakts entgegen.
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Insbesondere beim Eirhihren des Füllstutzens in den regelmäßig oben
offenen Behälter, beim Abziehen des Behälters zum Verschließen der offenen Oberseite
sowie beim Abziehen des gefüllten oder teilgefüllten Behälters läßt sich ein Atmosphärenaustausch,
d.h. ein Eindringen der Umgebungsluft in den noch offenen Behälter nur schwer vermeiden.
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Hier greift die Erfindung ein. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, den
Zeit- und Kostenaufwand beim sterilen Abfüllen jeder Art von fließ- oder schüttfähigem
Gut in Behälter herabzusetzen, wobei insbesondere die Voraussetzungen dafür geschaffen
werden sollen, daß die Behälterherstellung und Erzielung einer sterilen Atmosphäre
im Behälter weitgehend zeitgleich mit dem Abfüllen erfolgen können.
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Ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art, schlägt
die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß zum Austreiben der im Behälter
vorhandenen Luft ein steriles Schutzgas mit einem größeren spezifischen Gewicht
als Luft vor dem Einleiten des Füllguts von oben in den Behälter injiziert wird,
wobei die Injektionsmenge wenigstens so groß bemessen wird, daß das portionierte
Füllgut und das Schutzgas den Behälter vor dessen Verschließen vollständig ausfüllen.
Wegen des höheren spezifischen
Gewichts des Schutzgases verdrängt
dieses die im Behälterinnenraum befindliche Luft zur offenen Oberseite des Behälters
hin, so daß der Behälterinnenraum unabhängig von der Verwendung einer abgeschlossenen
Kammer, z. B. einer Vakukammer oder eines Autoklaven, und ohne besondere Abdichtungsmaßnahmen
an der Einfüllseite von der schädlichen Luftatmosphäre zuverlässig befreit wird.
Gleichzeitig werden die Voraussetzungen dafür geschaffen, daß der Behälter nach
dem Füllen, wobei die Schutzgasatmosphäre durch das schwerere Füllgut weitgehend
aus dem Behälterinnenraum nach oben ausgetrieben wird, im Bereich der Abfüllstation
ohne besondere den Maschinentakt störende oder verzögernde Arbeitsvorgänge geschlossen
werden kann.
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Als besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren
bei der Herstellung und Füllung von in einem Strang bzw. Schlauch aus bandrmigem
Folienmaterial hergestellten Beuteln. Hierbei ist in Weiterbildung der Erfindung
vorgesehen, daß das bandförmige Folienmaterial um ein Dosierrohr und ein Begasungsrohr
derart aufeinandergefaltet wird, daß die beids Längskanten des Folienbandes aufeinanderliegen,
daß der entstehende Folienstrang danach an den aufeinanderliegenden Längskantenabschnitten
verschweißt und zumindest teilweise nach unten in eine Füllzone bewegt wird, daß
in oder unterhalb der Füllzone eine Bodenschweißnaht angebracht wird, daß in den
mit der Bodenschweißnaht versehenen Folienstrang das Schutzgas und danach das Füllgut
in für die Beutelfüllung ausreichender Menge eingeleitet werden und daß schließlich
der Folienstrang mit dem gefüllten Strangabschnitt nach unten aus der Füllzone entfernt
und der den Beutel bildende Abschnitt an der Oberseite geschlossen wird. Dieses
Verfahrensbeispiel hat den besonderen Vorteil, daß
sich die Vorgänge
des Einführens der sterilen Schutzgasatmosphäre in den Beutelinnenraum, des Abfüllens
des fließfähigen Guts und der Herstellung der Beutelschweißnähte im wesentlichen
örtlich und zeitlich zusammenfassen lassen. Dies geschieht in Weiterbildung der
Erfindung dadurch, daß der Folienstrang beim Entfernen des gefüllten Abschnitts
aus der Füllzone um etwa eine Beutellänge abgesenkt wird, daß jeweils die Verschlußschweißnaht
des gefüllten Beutels mit der Bodenschweißnaht des nachfolgend zu füllenden Beutels
gleichzeitig hergestellt werden und daß die beiden benachbarten Schweißnähte in
der Schweißstellung quer zur Beutelachse getrennt werden.
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Da die Abfüllung zwangsläufig portioniert und damit intervallweise
erfolgt, ist es aus ökonimischen Gründen zweckmäßig, daß die Schutzgasinjektion
taktweise derart erfolgt, daß sie vor dem Einleiten des Füllguts begonnen und über
einen Teil der Füllgutzufuhr periodisch fortgesetzt wird. In alternativer Verfahrensweise
kann die Schutzgasinjektion in den Innenraum des Folienstrangs ununterbrochen während
der schrittwweisen Herstellungs- und Füllvorgänge der Beutelkette fortgesetzt werden.
Der erhöhte Schutzgasbedarf bei der kontinuierlichen Schutzgaszufuhr ist ökonomisch
dadurch vertretbar, daß die Füllgutaufgabe bei der Herstellung-und Füllung der Beutelkette
bzw. des Beutelstrangs nur während des kurzen Schweißintervalls bei der Herstellung
der Bodenschweißnaht unterbrochen ist.
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Die insbesondere zur Durchführung des zuvor angegebenen Verfahrens
beim Füllen von aus einem Folienstrang hergestellten Beuteln geeignete Abfüllmaschine
weist eine Folienfalzvorrichtung, eine in Bewegungsrichtung der Folie hinter der
Falzvorrichtung parallel zu den Folienlängskanten angeordnete Schweißvorrichtung
zur
Herstellung der Längsschweißnähte, ferner eine Folientransportvorrichtung, welche
den Folienstrang nach der Herstellung der Längsschweißnähte in die Füllzone schiebt,
ein etwa koaxial von oben in den Innenraum des Folienstrangs eingreifendes Dosierrohr,
an dessen freien Ende im Bereich der Füllzone ein von außen gesteuertes Dosierventil
angeordnet ist, und eine Querschweißvorrichtung zur Herstellung der Beutelquerschweißnähte
auf. Diese Abfüllmaschine zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß ein Begasungsrohr
mit einem Öffnungsstutzen neben dem Dosierrohr in den etwa vertikal verlaufenden
Folienstrang von oben soweit eingreift, daß es in Höhe der Längsschweißvorrichtung
oder tiefer in den Folienstrang mündet. Da das über das Begasungsrohr in den Beutel
innenraum injizierte sterile Schutzgas ein höheres spezifisches Gewicht als Luft
hat, ist die Anordnung der Mündung des Begasungarohrs nur an die Bedingung gebunden,
daß das zugeführte Schutzgas den Innenraum des Beutels erreicht. Der Austausch der
zuvor im Beutelinnenraum befindlichen Luft durch das Schutzgas erfolgt dann aus
physikalischen Gründen selbsttätig.
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Der Folienstrang bzw. die Beutelkette kann daher bei Erhaltung einer
sterilen Schutzgasatmosphäre im Beutelinnenraum auch während des Füllvorgangs bis
zu den Querschweißbacken kontinuierlich abgesenkt werden.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abfüllmaschine ist vorgesehen,
daß das Begasungsrohr und das Dosierrohr im längsverschweißten Strangabschnitt etwa
vertikal und parallel zur Strangachse verlaufen und daß beide Rohre oberhalb der
Backen der Längsschweißvorrichtung zurSeite abgebogen und zwischen den aufeinandergefalteten
Längskanten des bahnförmigen Ausgangsmaterials durchgeführt sind. Vorzugsweise ist
dabei zur Zwangsbetätigung des Dosierventils eine
Stangenanordnung
vorgesehen, die wenigstens eine, parallel zu den Dosier- und Begasungsrohren in
das Innere des Strangs eingreifende gerade Stange aufweist, die vertikal beweglich
gelagert und mit einem Betätigungsorgan des Dosierventils verbunden ist.
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Um einen zuverlässigen Transport und Vorschub des Folienstrangs oder
sonstigen Behältermaterials zur Füllzone und aus der Füllzone heraus unabhängig
von der Qualität und Stärke des Materials zu gewährleisten, ist in Welterbildung
der Erfindung vorgesehen, daß oberhalb oder etwa in Höhe der Mündungsstelle des
Begasungsrohrs eine die Transportvorrichtung bildende Doppelrollen-Abzugsvorrichtung
angeordnet ist, die mit jeweils zwei Rollenpaaren an zwei einander diametral gegenüberliegenden
Längskanten des Folienstrangs angreifen und intervallweise zum Nachschieben des
Folienstrangs in die Füllzone betätigbar sind. Die beiden angetriebenen Rollenpaare
sichern einen gleichmäßigen und faltenlosen Vorschub des Beutels bei und nach dem
Füllen und sind geeignet, eventuelle Dickenunterschiede auf beiden Seiten des Beutels
auszugleichen. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck vorgesehen, daß eine Rolle jedes
Rollenpaars an einem Arm eines um eine zur Rollenachse parallele Achse schwenkbaren
Hebels gelagert ist, daß die Rolle über den Hebel mit einstellbarer Federkraft gegen
die stationär gelagerte andere Rolle gedrückt ist und daß ein Antriebsritzel für
die schwenkbare Rolle auf der Schwenkachse des Hebels gelagert ist Das Antriebsritzel
bleibt aufgrund seiner Anordnung auf der Schwenkachse des Hebels in gleichbleibendem
Formschluß mit dem angetriebenen Zahnrad, selbst wenn der Spalt zwischen den beiden
Rollen des Rollenpaars geändert wird. Über den Hebel läßt sich die Andruckkraft
der Rollen ohne Schwierigkeit verstellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die Herstellung
von Strang- oder Schlauchbeuteln beschränkt, sondern läßt sich insbesondere wegen
der weitgehenden Unabhängigkeit der Schutzgaszuführung zum Behälterinnenraum mit
den oben beschriebenen Vorteilen auch bei Füllung von Kartons, Standbeuteln oder
auch weitgehend starren Behältern einsetzen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Inder Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen schematischen
Axialschnitt durch denjenigen Teil der Abfüllmaschine, in dem die Beutel verschweißt,
gefüllt und verschlossen werden; Fig. 2 eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile
II-II der Fig. 1 auf einen oberhalb der Füllzone gelegenen Rollenabzug; und Fig.
3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht in Richtung des Pfeils III in Fig. 2.
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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Verarbeitungsstation dient
zum Herstellen von Beuteln aus einer Folienbahn und zum Abfüllen eines fließ- oder
schüttfähigen Produkts in die Beutel sowie zum Verschließen der gefüllten Beutel.
Die in der Regel von einer Rolle abgezogene Folienbahn wird zunächst mit einer in
der Zeichnung nicht dargestellten Falzvorrichtung entlang der Mittelachse gefalzt
und mit den beiden Bahnhälften aufeinandergelegt. In diesem gefalteten Zustand wird
die Folienbahn 1 der in Fig. 1 dargestellten Verarbeitungsstation zugeführt. Die
gefaltete Folie wird von oben über eine aus einem Dosierrohr 3 und einem zu diesem
parallel verlaufenden Begasungsrohr 5 bestehende Anordnung gezogen, wobei die Rohranordnung
von
der Seite her in den Spalt zwischen den unverschweißten Kanten der Folienbahn eingreift.
Hinter der Eintrittsstelle sind die beiden Rohre 3 und 5 in die mit der Bewegungsrichtung
zusammenfallende Längsrichtung des herzustellenden Beutelstrangs bzw.
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Schlauchs abgebogen. Ebenfalls im wesentlichen parallel zum Dosierrrohr
3 ist eine Gestängeanordnung 7 zwischen die aufeinandergefalteten Folienseiten eingeführt.
Die Gestängeanordnung 7 dient, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, der
Betätigung eines am unteren Ende des Dosierrohrs angeordneten Dosierventils 9.
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Die beiden die Rohr- und Gestängeanordnungen an deren Einführungsstelle
außen umschließenden Folienränder werden unterhalb-der Einführungsstelle wieder
zusammengeführt und zwischen Schweißbacken 11 zur Herstellung der Längsschweißnaht
miteinander verschweißt.
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Zur Beschleunigung der Aushärtung der Schweißnaht wird diese in der
Regel unmittelbar nach dem Schweißen gekühlt. Der auf diese Weise hergestellte,
schlauchartige Folienstrang wird mit Hilfe einer in Fig. 1 schematisch durch zwei
Rollen dargestellten Abzugsvorrichtung 13 in die Füllzone 15 geschoben, in der das
Dosierrohr 3 mit dem Dosierventil 9 endet. Unterhalb der Füllzone 15 sind bei dem
dargestellten Ausführungsbespiel zwei Querschweißvorrichtungen angeordnet, von denen
die eine mit einem Backenpaar 16 zur Herstellung der Bodenschweißung der Beutel
und die andere mit einem unterhalb des Backenpaars 16 angeordneten Backenpaar 17
zur Herstellung der Beutel-Verschluß schweißung dient. Zwischen den beiden Backenpaaren
16 und 17 ist eim Trennvorrichtung 19 angeordnet, die den gefüllten und mit Hilfe
des Backenpaars 17 verschlossenen Beutel 21 von dem darüberliegenden Folienstrang
abtrennt.
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Das Dosierventil 9 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als
Dosierkegel ausgebildet, der durch Axialverschiebung eines zur Gestängeanordnung
7 gehörigen Stoßstangenpaars nach unten von seiner Sitzfläche abgehoben werden kann,
wobei das im Rohr 3 befindliche Füllgut portioniert in die Füllzone 15 fließt.
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Das Begasungsrohr 5 mündet oberhalb der Dosieröffnung des Dosierventils
9 etwatunterhalb des Rollenabzugs 13 in den Innenraum des'Folienstrangs 1.
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Wie in der Darstellung gemäß Fig. 2 zu sehen ist, sind die im Stranginneren
verlaufenden Gestänge-und Rohranordnungen im Endbereich oberhalb der Abzugsvorrichtung
13 vom Flanschteil eines Folienbreithalters 25 umschlossen. Der Folienbreithalber
dient zum Aufspreizen des Strangöffnungsquerschnitts sowie zum seitlichen Führen
der von der Abzugsvorrichtung 13 erfaßten Strangränder. Vorzugsweise ist zusätzlich
zu dem dargestellten Breithalter 25 ein zweiter Breithalter unterhalb der Abzugsvorrichtung
angeordnet.
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Die in Fig. 1 als ganze mit 13 bezeichnete Rollenabzugsvorrichtung
ist in Fig. 2 in Draufsicht dargestellt. Sie weist vier paarweise zusammenwirkende
Rollen 26a, 26b und 27a, 27b auf, die zu beiden Seiten des längsverschweißten Folienstrangs
im Bereich der parallel verlaufenden Längskanten bzw. der Längsschweißnaht angreifen.
Alle Rollen sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über ein Zwangsgetriebe
und eine Magnetkupplungs- und Bremsvorrichtung mit einem Antriebsmotor verbunden.
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Die in Fig. 2 unten dargestellten Rollen 26a und 27a sird zur Veränderung
des zugehörigen Rollenspalts um eine zur Rollenachse parallele Achse 29 (Fig. 3)
verschwenkbar.
Zu diesem Zweck sind die Rollen 26a und 27a jeweils
an einem Doppelhebel 31 gelagert, an dessen entgegengesetzten Hebelarm eine einstellbare
Spannvorrichtung 33 angreift. Der Antrieb der schwenkbar gelagerten Rollen 26a und
27a erfolgt über ein Ritzel 35,das auf der Schwenkachse 29 des Hebels 31 gelagert
ist. Aufgrund dieser Anordnung ist der Antrieb für die Rollen 26a und 27a von der
Schwenklage dieser Rollen unabhängig wirksam.
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Der beschriebene Doppelrollenabzug gewährleistet einen wirksamen und
beidseitig gleichmäßigen Transport des Folienstrangs 1 unabhängig von der Stärke
des im Spalt zwischen den Rollenpaaren geführten Materials.
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Das Verfahren zur Herstellung der Beutel sowie zu deren Füllen mit
dem über das Dosierrohr 3 zugeführten Füllgut läßt sich am besten anhand der Darstellung
gemäß Fig. 1 erläutern. Die mittig gefaltete Folienbahn 1 wird über die Rohr- und
Gestängeanordnung 3, 5, 7 nach unten abgezogen. Die über der Einführungsstelle der
Rohranordnung aufgespreizten Ränder der Folie 1 werden unterhalb der Eirführungsstelle
zusammengeführt und zwischen einem Schweißbackenpaar 11 verschweißt. Vorzugsweise
wird die einseitige Längsschweißnaht in einem anschließenden Schweiß schritt derart
überschweißt, daß schweißfähiges Material vor die Stirnkanten gedrängt wird und
die Kanten nach außen hin vollständig verschließt und überzieht. Die hergestellte
Längsschweißnaht wird gekühlt und der längsverschweißte, also etwa schlauchförmKge
Folienstrang nach unten in die Füllzone 15 vorgeschoben.
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Sodann wird die Bodenschweißnaht für den als nächsten zu füllenden
Beutel der Schweißbacken 16 hergestellt.
Noch während des Schweißvorgangs
kann der Innenraum rn,.
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aes nacn oten nin offenen rollenstrantywdurch die Mündung 23 des Begasungsrohrs
5 austretendem Schutzgas gespült werde, das aufgrund seines im Vergleich zu Luft
höheren spezifischen Gewichtes die Luft aus dem Innenraum nach oben hin verdrängt.
Diese Verdrängung der Luft erfolgt auch, wenn der Folienstrang 1 in Vorschubrichtung
bewegt wird. Die Abfüllung des Füllguts erfolgt erst nach Beginn der Schutzgasinjektion,
so daß das Füllgut innerhalb des Beutels nicht mit keimhaltiger Luft in Berührung
kommt.
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Durch das schwerere Füllgut wird das Schutzgas nach oben aus dem Beutelinnenraum
ausgetrieben; der Einschluß von Schutzgasresten im Beutel ist - anders als bei Luft
- unpnblematisch.
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Nach dem einem Beutelinhalt entsprechenden Einfüllen des Füllguts
wird der Strang 1 mit Hilfe der Rollenabzugsvorrichtung 13 um etwa eine Beutellänge
nach unten geschoben. Das obere Ende des Beutels wird mit Hilfe der Schweißbacken
17 mit einer Verschlußschweißung versehen, worauf der gefüllte Beutel 21 nach Abtrennen
oberhalb der Verschlußschweißnaht aus der Verarbeitungsstation abgeführt werden
kann.
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Zur Einsparung zeitraubender Arbeitstakte wird die Herstellung der
Bodenschweißnaht eines zu füllenden Schlauchabschnitts zwischen den Schweißbacken
16 und die Herstellung der Verschlußschweißnaht des zuvor gefüllten Beutels 21 zwischen
den Schweißbacken 17 im wesentlichen zeitgleich durchgeführt, und die Abtrennung
des gefüllten Beutels 21 erfolgt in der Abkühlphase der beiden benachbarten Querschweißnähte.
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Die Taktfolgen bei der Herstellung der Längsschweißnähte, dem intervallweisen
Vorschub des Folienstrangs 1, der Schutzgasinjektion durch das Begasungsrohr 5,
das
Öffnen und Schließen des Dosierkegels 9 über die Gestängeanordnung 7 und die Herstellung
der Boden- und Verschluß schweißnähte sowie die Abtrennung des jeweils gefüllten
Beutels 21 sind beispielsweise über eine Programmwalze aufeinander abgestimmt bzw.
synchronisiert.
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Die beschriebene Vorriclting zur Herstellung und Füllung von Beuteln
kann ohne wesentliche Änderung auch zur Herstellung und Füllung von aus zwei übereinanderliegenden
Folienbahnen bestehenden Schlauchbeuteln verwendet werden. Zu diesem Zweck wird
auf der den Schweißbacken 11 diametral gegenüberliegenden Seite der Rohranordnung
eine zweite Längsschweißvorrichtung angeordnet, die zeitgleich mit der im Ausführungsbeispiel
dargestellten Schweißvorrichtung betätigt wird.