Verpackungstechnik Hygienisch und platzsparend abfüllen

Ultra-Clean-Abfüllung in der Getränkebranche findet häufig noch innerhalb einer zum Bodenbereich hin offenen Glas-Hygiene-Einhausung statt. Dem Füller ist dabei ein Rinssystem zur Flaschendesinfektion vorgeschaltet, sofern keine Blockung zwischen Blasmaschine und Füller-Verschließer-System gegeben ist. Um nun bei der Ultra-Clean-Abfüllung noch nachhaltiger zu agieren, entwickelte KHS ein Abfüllsystem mit Mini-Hygiene-Einhausung, in die das Füller-Verschließer-System integriert ist und die eine Blockung mit der Streckblasmaschine voraussetzt. Der gesamte Transferbereich der offenen Flaschen ist in diesem System eng umschlossen eingehaust und wird permanent mit Sterilluft beaufschlagt. Der Abfüllbereich ist von sämtlichen Außeneinflüssen sicher abgegrenzt. Eine Rinsung der fertig geblasenen Kunststoff-Flaschen entfällt bei der sogenannten InnoPET BloFill-Ultra-Clean-Lösung generell. Investitions- und Betriebskosten werden damit gesenkt.

Die Mini-Hygiene-Einhausung ist im Vergleich zum klassischen Ultra-Clean-Isolator platzsparender gehalten – sie benötigt bis zu 40 Prozent weniger Fläche in der Abfüllhalle. Damit werden der Reinigungsmittelverbrauch und der Einsatz von Sterilluft um je etwa 20 Prozent reduziert. Das Konzept ist für den Prozess der Druckfüllung von mikrobiologisch anfälligen Getränken sowie für die drucklose Füllung geeignet.

Innerhalb des InnoPET-BloFill-Ultra-Clean-Blockkonzepts kommt eine KHS-Streckblasmaschine InnoPET Blomax Serie IV zum Einsatz, deren Ofen mit einem Sterilkammer-Modul ausgestattet ist, in dem die Preformsterilisation realisiert wird. Eine Sterilluftschleuse trennt dabei die Sterilkammer an der Eintritt- sowie an der Austrittseite des Preforms vom restlichen Ofenbereich. Im gesamten Ofenbereich wird jeder Preform von einem aktiven Dorn geführt, der über seitliche Öffnungen verfügt.

Preformsterilisation innerhalb des Ofenbereichs

Über diese seitlichen Öffnungen gelangt innerhalb des Sterilkammer-Moduls ein Gemisch aus heißer Luft und Wasserstoffperoxid (H₂O₂) mit einer Temperatur von zirka 120 Grad Celsius direkt in den Preformkörper. So findet eine ständige Beaufschlagung des Preforms mit dem Gasgemisch statt und es ist dafür gesorgt, dass sämtliche Innenflächen inklusive der Preformmündung eine zuverlässige Sterilisation erfahren.

Den Abschluss des Prozesses in der Sterilkammer bildet die Sterilluftzufuhr. Mit ihr ist die Überströmung des kompletten Preformkörpers mit Sterilluft gegeben. Permanent erfolgen das Einbringen neuer Sterilluft und das Absaugen vorhandener mit H₂O₂ belasteter Luft. Auch die an der Preform-Außenseite noch befindlichen H₂O₂-Reste werden somit zuverlässig aus dem Prozess abgeleitet. Das Aufbringen des exakten Heizprofils auf die Preforms geschieht nach vollzogenem Sterilisationsprozess in einer separaten Ofen-Heizkammer. Das System arbeitet mittels „Near Infra Red“. Dabei handelt es sich um eine kurzwellige Strahlung, die eine äußerst intensive Wärmedurchdringung in der Preformwand bewirkt.

Die Preform-Übergabe vom aktiven Dorn an ein Greifsystem erfolgt nach Durchfahren des Ofenbereiches. Um eine Wiederverkeimung des Preforms auszuschließen, ist der Weg eingehaust, den das Greifsystem bis zur Blasstation zurücklegt. Innerhalb der Einhausung kommt die permanente nach unten gerichtete Sterilluftströmung zum Tragen. Das gleiche Prinzip wird bei der Entnahme der frisch geblasenen PET-Flaschen aus der Streckblasmaschine realisiert.

Servomotor steuert Reckvorgang

Für eine hohe Präzision sorgt der innerhalb der Blasstationen realisierte und mittels Servomotor gesteuerte Reckvorgang. Er steht bei der Produktion von PET-Flaschen für die optimale Materialverteilung, eine dadurch bedingte gezielte Materialeinsparung – etwa bei der Produktion besonders leichter PET-Flaschen – sowie für die hohe Prozess-Stabilität oder Reduzierung der „Scrap Rate“.

Mit der Flaschenentnahme aus der Blasstation und der Übergabe zum Füller wird der Teilungsabstand der frisch geblasenen PET-Flaschen an den des Füllsystems angepasst. Auf ihrem Weg zum Füllsystem durchfahren PET-Flaschen zunächst eine Sterilluftschleuse, die sicherstellt, dass der Trockenbereich der Blasmaschine vom Nassbereich des Füllers konsequent getrennt ist. Die Luftschleuse ist bereits inte­grierter Bestandteil der Mini-Hygiene-Einhausung. Ein direkt neben dem Luftschleusenbereich angesiedeltes HEPA (High Efficiency Particulate Air)-Filtersystem beaufschlagt den angrenzenden Transferbereich mit integrierter Flaschenbodenkühlung und die Flaschenaußendesinfektion mit Sterilluft. Die Sterilluft strömt hier mit der Flaschenführung und wird vor der Flaschenübergabe in den Füllerbereich gezielt abgeführt.

Bodenkühlung und -sterilisation in einem

In der Regel werden innerhalb einer Ultra-Clean-Anlage leicht kohlensäurehaltige Getränke abgefüllt, häufig aber auch kombiniert mit dem Abfüllen von stillen Produkten. Deshalb beinhaltet die Transferstrecke ein Kühl-Modul. Dessen Aufgabe ist es, den Bodenbereich von PET-Flaschen, der nach der Blasmaschine auf etwa 75 °C aufgeheizt ist, auf zirka 55 °C abzukühlen. Zur Bodenkühlung wird hier – und das ist eine Besonderheit – nicht nur Wasser, sondern mit Chlordioxid versetztes Wasser verwendet. Die Konzentration des Chlordioxids beträgt dabei zwischen 0,5 und 1,5 ppm. Ist vor dem Abfüllen von stillen Getränken in PET-Flaschen eine Bodenkühlung nicht nötig, gelangt das Sprühverfahren aufgrund seiner Sterilisationswirkung gleichermaßen zur Anwendung.

Permanente Sterilluftbeaufschlagung

Ebenso wie der Transferbereich ist der Abfüllbereich innerhalb der Mini-Hygiene-Einhausung permanent mit Sterilluft beaufschlagt. Dafür sorgen auch hier HEPA-Filtereinheiten. Der stets unter leichtem Überdruck stehende Sterilluftstrom läuft im Füller- und Verschließerbereich bis hin zum Auslauf der Flaschen parallel zur Flaschenführung aus dem System. Die Luft entweicht schließlich entweder in die Produktionshalle oder wird mittels Absaugeinrichtungen aus der Produktionshalle herausgeführt.

Direkt innerhalb der Mini-Hygiene-Einhausung befinden sich im Bereich des Füllsystems ausschließlich Flaschen, Flaschengreifer und Füllstutzen während Füllventile, Produktkessel, Elektronik und Steuerung außerhalb des Hygiene-Bereichs angesiedelt sind. Was den Verschließer in hygienischer Ausführung betrifft, liegen die Servo-Antriebe der Verschließelemente ebenfalls außerhalb des Hygienebereichs. In der Mini-Hygiene-Einhausung können bis zu 60.000 Kunststoff-Flaschen/h verarbeitet werden, deren Füllvolumen zwischen 0,1 und 3 l variieren darf.

Geringer Reinigungsmittelbedarf

Im Vergleich zum klassischen Ultra-Clean-Isolator verfügt die Mini-Hygiene-Einhausung über weniger zu reinigende Oberflächen. Der Bedarf an Reinigungsmittel reduziert sich daher um mehr als 20 Prozent. In das System integrierte Reinigungsdüsen sorgen dafür, dass sämtliche in den Reinigungsprozess einzubeziehende Bereiche wie Oberflächen der Sterne und der Einhausung, Verschließerelemente oder auch Füllstutzen zuverlässig erreicht werden. Gespeist werden sie von einem neu entwickelten Hygienecenter von KHS, in das unter anderem auch die Chlordioxid-Aufbereitungsanlage integriert ist.

Das Hygienecenter dient dazu, die Reinigungsmittel zu dosieren und in jeweils vorgesehene Kreisläufe zu pumpen. Neben Wasser lassen sich drei unterschiedliche Reinigungsmedien in das Hygienecenter einspeisen. Positioniert ist das Hygienecenter – wie der Ventilknoten – direkt in der Nähe des Füllsystems. Vorteil gegenüber Bisherigem: weniger an Verrohrung und eine direkte Integration des Systems in die Maschinensteuerung und den Bedienmonitor.

Zu dem InnoPET BloFill-Ultra-Clean-Block gehört auch das speziell auf die Anforderungen der Ultra-Clean-Füllung ausgelegte und in die Mini-Hygiene-Einhausung integrierte Volumen-Füllsystem Innofill DRV-UCF. Dieses eignet sich zum Abfüllen eines breiten Spektrums an kohlensäurehaltigen Getränken und kann per Knopfdruck auf die drucklose Füllung stiller Getränke umgeschaltet werden.

Eine Besonderheit des Füllsystems ist die Doppelansteuerung bestimmter Funktionen in den Füllventilen. Dadurch wird eine beachtliche Anzahl an Gasventilen mit pneumatischer und elektrischer Ansteuerung eingespart, was zu reduzierten Wartungs- und Instandhaltungskosten führt. Die individuelle Schaltbarkeit jedes einzelnen Füllventils bleibt dabei erhalten. So sind beispielsweise an einem Füller mit 140 Füllstellen statt 420 nur noch 280 Gassteuerventile erforderlich.

Bei einer Abfüllung unter Inertgas-Atmosphäre, etwa bei Einsatz von CO₂, kann der Inertgas-Anteil in der vorgespannten Flasche je nach Sauerstoffempfindlichkeit der abzufüllenden Getränke frei eingestellt werden. Durch das Anpassen der Abfüllatmosphäre an die jeweiligen Bedürfnisse der Getränke, werden auch CO₂-Verbrauchskosten gesenkt.

Der Innofill DRV kommt als einziges Füllsystem ohne separat gesteuerte Hubelemente zum Anpressen der Flaschenmündung am Füllventil aus. Zur Abdichtung der Flaschenmündung am Füllventil wird der Flascheninnendruck über einen aseptisch gestalteten Faltenbalg innerhalb des Füllventils auf den Neckringhalter übertragen. Beispielweise entfallen dadurch an einem 140-stelligen Füller weitere 140 Pneumatik-Zylinder mit den erforderlichen Elementen zur pneumatischen und elektrischen Ansteuerung.
Sollte innerhalb der Mini-Hygiene-Einhausung ausschließlich die Abfüllung von stillem Wasser unter Ultra-Clean-Bedingungen gewünscht sein, kann hier das Füllsystem Innofill NV-UCF zum Einsatz gelangen. Dieses Füllsystem verwirklicht gleichermaßen das Prinzip der volumetrischen Füllung. Die berührungslose Befüllung der PET-Flaschen geschieht hier über ein Freistrahlfüllventil.

Servo-Schraubverschließer

Einfacher Aufbau im hygienischen Design, optimale Zugänglichkeit für Reinigung und Desinfektion und konstante Verschließkraft für mehr Öffnungskomfort beim Verbraucher – diese Anforderungen sind es, die an den optimalen Verschließer für Ultra-Clean-Anlagen generell gestellt werden. Der Servo-Schraubverschließer Innofill SV erfüllt alle diese Wünsche und ist für Ultra-Clean-Prozesse folglich geeignet. Er kommt mit dem Füllsystem geblockt und in der Mini-Hygiene-Einhausung angeordnet zum Einsatz.

Gesteuert wird der InnoPET-BloFill-Ultra-Clean-Block mit integrierter Mini-Hygiene-Einhausung über das prämierte KHS-Bedienpanel HMI.