DE102008058762A1

DE102008058762A1 - Vorrichtung und Verfahren zur industriellen Blasformung von Ballon- oder sonstigen Hohlkörpern unter Reinraumbedingungen

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Publication number: DE102008058762A1
Application number: DE102008058762A
Authority: DE
Original assignee: Creative Balloons Maschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Creative Balloons Maschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2010-01-28

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur möglichst partikel- und keimarmen Massenfertigung von Ballonkörpern in einer Reinraum-Produktionsumgebung, wobei schlauchförmige Rohlinge durch Blasformung bis zu einer gewünschten Gestalt aufgebläht, sowie in dieser durch Erwärmung und anschließende Kühlung fixiert werden; erfindungsgemäß erfolgt die gesamte Temperierung des Formwerkzeugs durch Zuführung flüssiger Temperierungsmedien von einem zentral versorgenden, steuernden und regelnden Modul außerhalb des Reinraum-Fertigungsbereichs.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur möglichst partikel- und keimarmen Massenfertigung von Ballonkörpern in einer Reinraum-Produktionsumgebung, wobei schlauchförmige Rohlinge durch Blasformung bis zu einer gewünschten Gestalt aufgebläht, in dieser durch Erwärmung und anschließende Kühlung fixiert werden.
Die Fertigung von Ballonkomponenten für den medizinischen Einsatz im oder am Patienten unterliegt in der Regel besonderen hygienischen Bestimmungen. Höherwertige Katheterballons, beispielweise für den intra-vaskulären Einsatz, werden heute durch Maschinen gefertigt, welche ausnahmslos Desktop-Format aufweisen, und dabei derart konzipiert sind, dass alle zugehörigen Funktionseinheiten, wie vor allem die Temperierung, in der Fertigungseinheit selbst oder in deren unmittelbare Nähe zum Formungswerkzeug angebracht sind.
Derzeit verwendete Blasformungs-Maschinen (im folgenden auch als „Blower” bezeichnet), bestehen in der Mehrzahl aus einer äußeren Heiz- und Kühleinrichtung mit einer hohlzylindrischen Ausnehmung in der Mitte zur Aufnahme des eigentlichen Blasformwerkzeuges. Dieses hat einen dazu komplementären, zylindrischen Außenumfang, so dass es passgenau in die Ausnehmung der Heiz- und Kühleinrichtung eingesetzt werden kann. Die Blasformwerkzeuge haben eine innere Ausnehmung, deren Gestalt der gewünschten Ballonform entspricht; diese Gestalt ist in einen ansonsten massiven Block eingeschnitten bzw. eingedreht.
Durch ihren massiven, massereichen Aufbau weisen diese Formen in der Regel eine sehr hohe Wärmekapazität auf und benötigen daher lange, bis sie eine gewünschte Temperatur durch eine entsprechende Beheizung/Kühlung von außen erreicht haben.
Um den Energie-Einstrom in des Formwerkzeug hinein oder die Abführung von Energie aus ihm heraus bei solchen massereichen Formen zu beschleunigen, wird zwischen der die Energie in das Formwerkzeug einbringenden und abführenden Heiz- und Kühlvorrichtung sowie dem darin eingebrachten Formwerkzeug in der Regel ein Temperaturgradient eingestellt, der die im Werkzeug für den jeweiligen Schritt innerhalb des Blasvorganges erforderliche Formtemperatur deutlich überschreitet (bei der Erwärmung) oder unterschreitet (bei der Kühlung). Nur so lässt sich ein zykluszeit-verkürzender, ausreichend schneller Wärmefluss erreichen.
Ähnlich einer ballistischen Kurve wird über die Heiz- und Kühlvorrichtung bei der Temperierung der einzelnen Formungsschritte im Formwerkzeug eine initiale Wärmemenge in das Formwerkzeug eingebracht, die dann in einem folgenden Ruheintervall, ohne weitere äußere Zufuhr von Wärmeenergie das Werkzeug gleichförmig durchwärmt und im Plateaubereich der sich einstellenden Temperaturkurve schließlich der gewünschten Arbeitstemperatur nähert. Der vor der Durchwärmung des Werkzeuges durch Wärmezufuhr oder -abfuhr eingestellte initiale Gradient darf jedoch nicht dazu führen, dass das sich im Formwerkzeug schließlich einstellende Temperaturniveau von der jeweils gewünschten Formtemperatur des Kunststoffes abweicht. Bei diesem „ballistischen” Verfahren besteht daher die grundsätzliche Schwierigkeit das gewünschte Temperaturplateau exakt zu treffen bzw. das Risiko die Hülle des Ballonkörpers zu überhitzen (over-shoot) oder durch mangelhafte Erhitzung nur unvollständig zu entspannen bzw. auszuformen (under-shoot).
Die „ballistische Durchwärmung” solcher Formteile von außen, also vom größten Durchmesser des Ballonkörpers nach innen hin, also zum in die Form eingebrachten Extrudat oder Rohschlauch ist in der Regel auch in sofern problematisch, als die äußeren Bereiche des Formwerkzeuges in zeitlicher Abfolge bzw. dem Energiefluß folgend, zuerst geheizt oder gekühlt werden, während die zentralen Anteile der Form, welche den auszuformenden Schlauchkörper aufnehmen und mit diesem formenden Kontakt haben, erst mit deutlicher zeitlicher Verzögerung auf das jeweils zu erreichende Niveau temperiert werden können.
Hierdurch bedingt können sich innerhalb der Hülle des Ballonkörpers unterschiedliche Entlastungsgrade bzw. Spannungszustände einstellen, die während des Blasvorganges zum Zerreisen des Ballons führen. Solche Spannungen treten zum Beispiel am Übergang des Rohschlauches in das eigentliche Ballonsegment, also im Bereich des unteren Ballonradius auf, da hier in der Regel die Wandstärke der Hohlkörperhülle am größten bzw. der auszuformende Schulterradius am kleinsten ist. Während die äußeren Hüllenanteile bereits entspannt sind, kann im rohschlauchnahen Teil des Werkzeuges bzw. des Hohlkörpers noch hohe Spannung herrschen, und so das Reißen der Körperhülle verursachen.
Dies spielt insbesondere wiederum eine Rolle bei sehr großen Ballons, die von einem Rohschlauch mit kleinem Durchmesser ausgehend geformt werden, sowie bei Hohlkörpern mit aufwendiger, irregulärer Geometrie (z. B. nicht rotationssymmetrische Körper, tief und aufwendig taillierte Körper).
Blower, welche die zuvor beschriebene Form-, Heiz- und Kühltechnik verwenden, werden z. B. von der Fa. Interface Associates, California, USA angeboten. Derartige Blower wurden überwiegend für die Fertigung von Ballon-Komponenten mit höchster mechanischer Belastbarkeit entwickelt. Beispielsweise Ballons für die intra-luminale Aufdehnung von Gefäßen (Angioplastie). Die verwendeten Ballon-Polymere sind üblicherweise Polyamid oder PET. Dieser spezifische, vor allem auch hochpreisige Anwendungsbereich erlaubt es bei der Blowergestaltung, die erforderlichen Leistungsmerkmale innerhalb bestimmter enger Grenzen zu halten. So liegen die erreichten Zykluszeiten im Bereich mehrerer Minuten. Es kann pro Fertigungszyklus in der Regel nur ein Ballon geformt werden.
Desweiteren sind für das Blasen hochwertiger Ballons für medizinische Anwendungen glasform-basierte Techniken bekannt, wie z. B. von Farlow Glasblowing, angeboten. Hier wird eine entsprechende Blasform aus Glas verwendet, die von außen mit einem Heißluftstrahl erhitzt und anschließend mit Pressluft abgekühlt wird. Problematisch ist dieses Verfahren in mehrfacher Hinsicht. Zwar erlaubt die Heißluft-Technik bei kleinen Ballons, wie sie für interventionelle intra-vaskuläre Anwendungen typisch sind kurze Zykluszeiten von unter einer Minute, sowie eine relative homogene Gleichverteilung der aufgenommenen Wärmeenergie in der Wandung der Glasform, für größere, oder komplex geformte Ballons ist das Verfahren jedoch nur bedingt tauglich. Wegen der mit steigendem Formdurchmesser ebenfalls steigenden Kraftentwicklung auf die Formflächen, können größere Ballons, die aus Materialien gefertigt sind, die hohe Blasdrucke zur Ausformung benötigen, nicht mehr gefahrlos in eine Glaskavität hineingeblasen werden. Ebenfalls sind bei vielen Materialien Trennmittel erforderlich, die die Entnahme der geblasenen Ballons ermöglichen bzw. erleichtern, jedoch für viele Anwendungsbereiche chemisch-toxisch problematisch sind.
Angeboten werden darüberhinaus Ausformungstechniken, bei denen der Rohschlauch nach entsprechender partieller thermischer Konditionierung direkt in ein heißes flüssiges Medium eingebracht wird, und dort, quasi schwimmend auf eine durch die maximale spezifische radiale Expansion des Rohschlauches begrenzt in eine zylindrische Form gebracht wird. Einfache sphärische Formen bzw. komplexe Formen, oder eine gezielte Bestimmung des Dehnungsradius sind mit dieser Technik nicht möglich. Da in der Regel Wasser als Heizmedium verwendet wird, kann nur unterhalb des Siedepunktes ausformen, was bei vielen Materialien einen abschließenden zweiten separaten Dehnungsschritt erfordert.
Entscheidend beim qualitativ und quantitativ überlegenen Blasformen dünnwandiger Ballonfolien ist eine möglichst homogene, simultane Erwärmung sämtlicher Segmente bzw. Oberflächen eines Formwerkzeuges. Um dies zu erreichen geht die vorliegende Erfindung von der Verwendung flüssiger Temperierungsmedien mit hoher Wärmetransportkapazität aus, und verzichtet bewusst auf andere Techniken, wie z. B. elektrische Heizkomponenten, induktionstechnische Verfahren oder die Erwärmung mit heißen Gasen.
Kleinformatige Desktop-Blower, wie sie z. B. von der Fa. Interface Associates, Laguna Niguel, California angeboten werden, sind für die Massenfertigung von höherwertigen medizinischen Ballonkomponenten nur bedingt geeignet. Zum einen sind die Geräte in der Regel derart ausgelegt, dass pro Formungszyklus nur ein einziger Ballon hergestellt werden kann, zum anderen ist auf der Grundlage dieser konventionellen Blasformtechnik die Ausformung großvolumiger Ballons bzw. aufwendig segmentierter Ballons mit komplexer Form technisch kaum möglich.
Um große Fertigungsstückzahlen zu erreichen, müssen entsprechend viele Blasformeinheiten mit jeweils zugehöriger Temperierungstechnik innerhalb eines reinen Fertigungsraumes bereitgestellt werden. Formungszeiten von in der Regel mehreren Minuten pro Stück schließen die wirtschaftliche Produktion höherer Stückzahlen, beispielsweise im Bereich mehrerer Hunderttausend oder Millionen pro Jahr, mit konventioneller Desktop-Technik für viele potentielle Ballonanwendungen aus.
Mit zunehmender Maschinenzahl bzw. zunehmender Anzahl von Temperierungseinheiten im Reinraum ergeben sich neben der hygienisch natürlich problemtischen hohen Anzahl von Maschinenbedienern auch von Seiten der einzelnen Fertigungsmaschinen her spezifische Probleme bei der Erhaltung des Reinraummilieus.
Beispielsweise basiert das Fertigungskonzept von Interface Associates auf einer lokalen Wasserkühlung mit einem Wasserreservoir, welches über ein jeweils separat angeschlossenes Kühlgerät temperiert wird. Sowohl das im Reinraum befindliche stationäre Wasser ist hinsichtlich seiner potentiellen bakteriellen Besiedelung hygienisch problematisch, als auch die permanente, vom Gebläse des Kühlaggerates erzeugte Verwirbelung von Luft in Bodennähe. Ferner kann sich auf den Oberflächen der Kühleinheit abtropfende Kondensation bilden, die ein anhaltend feuchtes Milieu unterhält. Die von den jeweiligen Kühleinheiten abgeführte Wärmeenergie wird zudem frei in den Reinraum abgegeben Das alternativ beispielsweise von Farlow's Scientific Glasblowing, Grass Valley, California, angebotene Blasformverfahren basiert auf Heizung mit Heißluft, welche mit einem Gebläse als fokusierter Strahl auf das Formteil gerichtet wird. Die anschließende Abkühlung erfolgt mit einem entsprechenden Strahl sich entspannender Pressluft. Auch hier entstehen permanent Aufwirbelungen von Partikeln, die die Reinraumqualität beeinträchtigen können.
Bei permanenter Freisetzung von Wärmeenergie an vielen individuellen Produktionseinheiten innerhalb des Reinraums ist in der Regel eine zusätzliche Klimatisierung bzw. Temperaturregelung in der Reinraumtechnik erforderlich.
Besonders problematisch ist die Anwendung herkömmlicher Fertigungstechnologie bei großvolumigen oder komplex geformten Ballonkomponenten. Die erforderlichen Formteilmassen sind hier in der Regel so groß, dass die, primär für intra-vasale Ballons entwickelte Balsform-Technologie an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit gerät und von den Desktop-Blowern maximale Heiz- und Kühlleistungen, mit entsprechender Beeinträchtigung der Reinraumqualität, abverlangt.
Ein weiteres Problem bei der Fertigung großer Stückzahlen auf einer Vielzahl individueller, sich autark versorgender Fertigungseinheiten, stellt die Prozesstabilität bzw. erreichbare Validierbarkeit des Prozesses dar. Jede einzelne Fertigungseinheit verfügt über eine Vielzahl zu messender und regelnder Funktionen. Der resultierende Validierungsaufwand ist erheblich, die Kontrolle der Prozesstabilität in laufender Fertigung entsprechend aufwendig.
Kommerziell verfügbare Blasformeinheiten sind zudem in der Regel nur für bestimmte Ballon-Polymere geeignet, während sich andere Grundstoffe, wegen der erforderlichen Formtemperatur oder Blasdrucke ausschließen.
Ein besonderer Nachteil bei herkömmlicher Formungstechnologie sind nicht zuletzt die hohen Kosten, die durch den Erwerb der Fertigungseinheiten selber entstehen bzw. durch den laufenden Betrieb verursacht werden, da eine Vielzahl von Basisfunktionen, wie z. B. Energieversorgung, Druckluftaufbereitung, und Kühlung nicht zentralisiert, quasi redundant betrieben wird.
Ebenso sind bei konventioneller Technik die hohen Kosten der Formwerkzeuge sowie der den Werkzeugen angepassten Heiz- und Kühlummantelungen ein Faktor, der die rasche und kostengünstige Anpassung der Produktion an wechselnde Erfordernisse der Produktionskapazität erschwert.
Aus diesen Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine gattungsgemäße Vorrichtung bzw. Verfahren derart weiterzubilden, dass hochwertige Ballonkomponenten in industriellen Fertigungsstückzahlen unter reinraumkompatiblen Bedingungen auf ökonomische Weise hergestellt werden können. Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn sich zusätzlich noch eines oder mehrere der folgenden Ziele erreichen ließe(n):

– dass die Ausformung auch großvolumiger oder komplex geformter Ballons, mit entsprechend hohen Formteilmassen, auf wirtschaftliche Weise unter Reinraumbedingungen möglich ist;
– das die Fertigungsparameter kontinuierlich, innerhalb sehr enger Grenzen gehalten werden können;
– dass die bestmögliche Validierbarkeit und In-Prozess-Kontrolle der Massenfertigung ermöglicht wird;
– dass die Mehrzahl der gängigen, für die Herstellung medizinischer Ballonkomponenten verwendeten Polymere mit der in der Erfindung vorgestellten Vorrichtung bzw. Anlage verarbeitet werden kann;
– dass die Anpassung des Prozesses an wechselnde Produktionskapazitäten rasch und kostengünstig erfolgen kann.

Die Lösung des oben genannten Hauptproblems gelingt im Rahmen einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch, dass die gesamte Temperierung des Formwerkzeuges durch Zuführung flüssiger Temperierungsmedien von einem zentral versorgenden, steuernden und regelnden Modul außerhalb des Reinraum-Fertigungsbereiches aus erfolgt.
Die Erfindung sieht einen modularen Aufbau einer entsprechenden Fertigungsanlage vor, bei der die Funktionsanteile: Spannungsversorgung, Pneumatik-Versorgung, Temperierung und Prozess-Steuerung bzw. -statistische Dokumentation in einem Komplex zusammengefasst sind, und dieser bevorzugt außerhalb der eigentlichen Fertigungsumgebung stationiert wird.
Die eigentlichen Fertigungseinheiten sind eng auf ihre zu erfüllende Fertigungsleistung ausgelegt und werden über ein Ringleitungssystem mit den Temperierungsmedien bzw. allen anderen erforderlichen Energien und Medien versorgt. Auch die Steuerungslogik der einzelnen Fertigungsplätze befindet sich in der Zentraleinheit und kommuniziert von dort mit dem lokalen Messfühlern und ausführenden Elementen über ein Datenbuskabel. Über ein lokal vorhandenes Visualisierungs- und Eingabeportal kann über diesen Bus auf alle zentralen Funktionen zugegriffen werden.
Vor allem die Zentralisierung der Temperierung, welche Heizung, Kühlung, Pufferfunktion, Pumpfunktion und Regelungstechnik zusammenfasst, bedeutet einen deutlich vereinfachten Aufbau der eigentlichen Blasformeinheit, wodurch diese sehr kostengünstig vervielfältigt werden kann, was wiederum eine kostengünstige und rasche Kapazitätsanpassung bei der Produktion ermöglicht.
Damit lassen sich die Merkmale realisieren,

– dass die Temperierung des Formwerkzeuges ausschließlich durch flüssige Medien erfolgt;
– dass als Heiz- und Kühlmedium vorzugweise Wasser in der flüssigen Phase verwendet wird;
– dass sämtliche, die Qualität des Reinraumes potentiell beeinträchtigenden Funktionen außerhalb des Fertigungsbereiches in einer zentralen versorgenden Einheit zusammengefasst sind;
– dass Energieversorgung, Aufbereitung und Transport aller erforderlichen Medien sowie insbesondere die Temperierung der Heiz- und Kühlmedien in einer zentralen Einheit mit zentraler Regeltechnik erfolgt;
– dass sich im Reinraum selbst nur noch Andock-Stationen befinden, an denen entsprechend ausgelegte Fertigungsstationen mit minimaler, die Qualität des Reinraum-Milieus nicht beeinträchtigenden Komponentenausstattung, angeschlossen werden;
– dass zusätzliche Fertigungsstationen kostengünstig erworben, und eine Anpassung an die erforderliche Fertigungskapazität rasch und technisch unkompliziert erfolgen kann;
– dass alle zentral bereitgestellten Medien, alle am Fertigungsplatz erfassten Informationen, sowie alle Steuersignale für den Fertigungsplatz so weit wie möglich über Versorgungsstränge außerhalb des Reinraumes geführt und der dort platzierten Zentraleinheit zugeleitet werden;
– dass die Formwerkzeuge vorzugsweise im kostengünstigen Laser-Cusing Verfahren hergestellt werden;
– dass die Fertigungswerkzeuge so besonders masseleicht und optimal kleiner, zur Umgebung hin ernergie-emittierender Oberfläche ausführbar sind;
– dass Formwerkzeuge so auch für große Ballonkörper bzw. komplex geformte Komponenten masseleicht und kostengünstig hergestellt werden können;
– dass die so hergestellten Formwerkzeuge trotz der niedrigen Formmassen Druckwerten der temperierenden Medien von bis zu 25 bar widersteht;
– das auch Formteile mit maximalen Innendurchmesser bis zu 100 mm und angewendeten Blasdrucken von bis zu 3 bar sicher betrieben werden können
– und in modularer serieller Anordnung die sequentielle Ausformung von Ballons aus einem einzigen Rohschlauchelement erlaubt;
– dass jede Fertigungsstation über die Möglichkeit verfügt in parallelen Strängen simultan mehrere Schlauchelemente aufzunehmen und zu Ballons auszuformen;
– dass der Formteilwechsel an der Fertigungsstation rasch und komfortabel durchgeführt werden kann;
– dass sich durch den Werkzeugwechsel im Prozess keine bzw. nur minimale Parameterverschiebungen einstellen;
– das auch Formteile mit großem Durchmesser bis zu 100 mm und angewendeten Blasdrucken von bis zu 3 bar sicher betrieben werden können
– dass die zuvor beschriebene ballistische Temperierung über einen Temperaturgradienten entfällt, und die jeweils im Werkzeug zu erreichende Temperatur durch Fluten des Hohlkörpers mit einem Medium definierter Temperatur direkt, präzise, mit nur geringer zeitlicher Verzögerung sowie einem technisch und regeltechnisch insgesamt niedrigen Aufwand, erreicht werden kann, wobei im Idealfall der gänzliche Verzicht auf Temperaturfühlung im Werkzeug eine Option ist;
– das die Formteiltechnologie auch die Kombination nicht kompatibler Temperierungsmedien ermöglicht wird.

Flüssige Temperierungsmedien können dem Formwerkzeug dem jeweiligen Arbeitsplatz ohne großen technischen Aufwand über eine Rohrleitung zugeführt werden. Die Temperierung des Mediums selbst wird erfindungsgemäß zur weitestmöglichen Reduzierung von Heiz- und Regelungsaufwand in einer einzigen zentralen Einheit zusammengefasst.
Die Erfindung schlägt als Temperierungsmedium insbesondere Wasser vor. Da zur Gewährleistung der Verarbeitung aller momentan gebräuchlichen Ballonmaterialien eine Temperierung des Mediums auf mindestens 200 Grad Celsius erforderlich ist, muss bei der Verwendung von Wasser in der flüssigen Phase im Gesamtsystem ein Überdruck von ca. 20 bis 25 bar dauerhaft herrschen.
Temperierungsmedien:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt über mindestens ein, zwei oder mehrere Temperierungskreisläufe. Es werden bevorzugt flüssige Medien oder Medien in der Dampfphase verwendet. Vorzugsweise wird für Heizung als auch Kühlung Wasser verwendet. Um einen Betrieb über Umgebungsdruck zu vermeiden kann die Heizung auch mit hochtemperatur-tauglichen Ölen oder anderen Flüssigkeiten mit ausreichend hohem Siedepunkt von mindestens 200 Grad Celsius erfolgen. Idealerweise werden für Temperierung und Kühlung identische Medien verwendet. Alternativ ist beispielsweise jedoch eine Erhitzung mit Ölen und Kühlung mit Wasser denkbar, was allerdings eine aufwendige strikte räumliche Trennung der beiden Funktionen im Formwerkzeug erfordert.
Temperierungskreisläufe:
In der einfachsten Ausführung verfügt das versorgende Kreissystem nur über ein einziges Temperierungsniveau, welches auf die eigentliche Formtemperatur eingeregelt ist. Die Kühlung kann durch ein lokal zugeführtes oder erzeugtes, und am Ort der Verwendung verworfenes Medium, wie z. B. Leitungswasser oder Pressluft erfolgen.
Vorteilhaft wird die Kühlung jedoch in Form eines flüssigen Mediums im Kreissystem, idealerweise als in sich geschlossenes System, welches nach extern über einen Wärmetauscher kommuniziert, bereitgestellt. Beispielsweise können in beiden Kreisläufen identische Thermoöle zirkulieren.
Beim Blasformen spezifischer Materialien können allerdings mehrere Temperierungsniveaus erforderlich sein. Beispielsweise erfordert die Blasformung von Polyurethan (PUR) zwei Temperaturniveaus, wobei die obere Temperatur der zur Ausformung und völligen Entspannung erforderlichen Temperatur entspricht, in der Regel bei Polyurethan etwa 160 bis 170 Grad Celsius, die untere Temperatur hingegen sowohl für die Entnahme des Ballons aus der Form geeignet ist als auch für die Vortemperierung des Schlauchrohlings verwendet werden kann. Diese Temperatur liegt etwa bei 60 bis 70 Grad.
Optional, sollte die Entnahme des Ballons bei Vorwärmtemperatur nicht möglich sein, kann ein eigener Kühlkreislauf zugeschaltet werden.
Sollte sich bei der Ausformung eines bestimmten Ballons die Notwendigkeit eines weiteren verfügbaren Temperaturniveaus ergeben, kann dies in entsprechender Weise als geregelter Kreislauf angeboten und von einer lokalen Ventilanordnung gesteuert in die Hohlform injiziert werden.
Die Erfindung beschreibt beispielhaft eine Fertigungsanlage mit zwei Temperierungskreisen sowie einem Kühlkreis, wobei alle Kreise Wasser in der flüssigen Phase als Transportmedium verwenden.
Flüssiges Wasser weist eine vergleichsweise hohe Wärmetransportkapazität auf. Bei ca. 20 bar kann auf 200 Grad Celsius temperiertes Wasser in flüssiger Phase gehalten werden. Bevorzugt stellt ein Kreissystem flüssiges Wasser auf dem Niveau der Ausformung bereit, welches in der Regel im Bereich zwischen 100 und 200 Grad Celsius liegt.
Ein weiteres Niveau wird im Temperaturbereich zwischen 50 und 100 Grad Celsius bereitgestellt. Es entspricht einer Temperatur, die den Rohschlauch in der Phase vor der Beaufschlagung mit dem Blasdruck konditioniert.
Der Wechsel von einem Temperaturniveau über dem Siedepunkt auf ein Niveau unterhalb des Siedepunktes geht bei flüssigen Medien mit einer abrupten Ausdehnung des über Siedetemperatur erhitzten Mediums einher. Der Wechsel muss daher zu einem Medium unter gleichem Druck erfolgen. Die Vorrichtung enthält daher eine druckregulierende Komponente, die die Perfusionsdrucke in allen heizenden Kreisläufen auf gleichem Niveau hält. Temperierungssysteme, die über zwei entsprechend druckregulierte Heiz-Module auf Wasserbasis verfügen, werden z. B. von der Fa. Single Temperierungstechnik hergestellt.
Bei Verwendung einer derartigen Heiztechnik, die es erlaubt, von einem hohen druck-beaufschlagten Niveau auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunktes zu wechseln, erlaubt den problemlosen Wechsel auf Kühltemperatur-Niveau.
Die einzelnen Temperierungs-Heizer verfügen über Pumpen, welche das jeweilige Medium in einem Rohrleitungssystem kreisen lassen. Zwischen Vor- und Rücklauf ist ein druck- oder flußminderndes Element eingebaut welches den, einem so entstehenden Druckgradienten folgenden Überstrom des Mediums vom Vor- zum Rücklauf über das Formwerkzeug sicherstellt. Die Versorgungskreisläufe können weiterhin großvolumig ausgelegte Reservoirbehälter (z. B. 25 bis 50 Liter Füllvolumen) integrieren, um so Temperaturverschiebungen im Medium durch Wärmeaufnahme oder -abgabe aus dem Formwerkzeug bereits weitestgehend abzupuffern, und die simultane Versorgung mehrerer am Kreislauf angekoppelter Blasformstationen zu ermöglichen.
Die Sollwertregelung im jeweiligen Kreis orientiert sich an im Versorgungskreislauf angebrachten Istwert-Fühlern bzw. durch möglichst formwerkzeugnahe Fühler und ist für jeden Versorgungskreis autark.
Temperatursensing:

– über die Formaußenfläche (symmetrischer Aufbau der Formwandung, Wärmeentwicklung auf der Außenseite entspricht der der Innenseite, entweder mit gesteckten, geklemmten, aufgeklebten Fühlern, oder bildgebend, die Erwärmung der Gesamtform im Verlauf erfassend, mit IR-Kamera)
– über die Form-Innenwandung (die Wandung durchdringender Kanal, steckbarer Sensor vorgeschoben bis auf oder in die Forminnenwand)
– optionaler Verzicht auf Fühler, da rascher Angleich von Formtemperatur und Mediumtemperatur

Die Ankoppelung von Arbeitsstationen an die jeweilige Versorgungsleitung erfolgt durch Verschraubung und ist durch ein manuell betriebenes Sperrventil gesichert.
Die Erfindung geht ferner davon aus, dass zur formkonstanten Ausformung von Ballons in der Grenzfläche zwischen Werkzeug und Ballonhülle bestimmte Temperierungsniveaus exakt reproduzierbar erreicht werden müssen. Da zur Verarbeitung einzelner Materialien innerhalb eines Fertigungszyklus mehrere Temperierungsniveaus, einstellbar sein müssen, muss beim Wechsel sichergestellt sein, dass die jeweilig herrschenden Drucke innerhalb der Versorgungsleitungen soweit identisch sind, dass abrupte Ausdehnungen des Mediums vermieden werden. Um trotz der herrschenden hohen Perfusionsdrucke im Inneren der im Werkzeug liegenden flüssigkeitsführenden Kanäle die zu temperierende Formteilmasse so gering wir möglich zu halten, schlägt die Erfindung bevorzugt eine netzartige Kanalstruktur vor, welche in die Wandung des Formwerkzeuges eingearbeitet ist.
Derartige komplexe Strukturen, bestehend aus beispielsweise zuleitenden Kanälen, diese miteinander verbindende Kanalstrukturen und endständigen, flächig temperierende, netzartige Hohlräumen, können unter bei geringst möglicher Aufwendung von Masse im sogenannten Laser-Cusing Verfahren, aus laserverschweißtem Metallstaub hergestellt werden. Metallstäube werden dabei in wenige Mikrometer messenden Schichten flächig aufgetragen und anschließend durch einen Laserstrahl, einem transversalen Schnittbild durch das Werkzeug entsprechend, verschweißt bzw. gesintert. So ist es möglich, maximal materialsparend, komplexe räumliche Strukturen aufzubauen, die mit anderen Formbauverfahren nicht oder nur mit größtem Aufwand hergestellt werden können.
Die Kanälchen der Temperierungs-Endstrecke können beispielsweise flächendeckende Netzwerke darstellen, wobei ein flächiger Hohlraum niedriger Höhe, von beispielsweise einem Millimeter, durch stegartige Strukturen oder Pfeiler welche in regelmäßigen Abständen Boden und Decke der Räume verbinden, in einem regelmäßigen Muster stabilisiert wird, und so dem hohen Perfusionsdruck stand hält.
Die medium-führenden Kanälchen werden dabei optional derart über die Oberfläche der Formwerkzeug-Innenfläche angeordnet, dass für die Ausformung kritische Ballonsegmente punktuell mit erhöhter oder auch verminderter Intensität erwärmt werden können. So kann für die Entwicklung kritischer Ballonformen ein für die Ausformung erforderlicher zeitlicher Versatz bis zur homogenen Durchwärmung erreicht werden.
Durch die erreichbare Homogenität und Synchronizität in der Erwärmung/Kühlung bzw. deren gezielte Beeinflussung durch Schaffung einer zeitlich abgestuften Wärmeentwicklung im Formwerkzeug, können sämtliche Segmente des auszuformenden Ballons besonders vorteilhaft, unter Vermeidung asynchroner oder ungünstiger Spannungszustände innerhalb der Ballonhülle, die das Zerreißen eines Ballons begünstigen können, erfolgreich ausgeformt werden.
Besonders vorteilhaft ist ein Aufbau des Formwerkzeuges, der in seinen Außenkonturen allseitig der Grundform der Positivform des zu formenden Körpers im Wesentlichen entspricht und, so weit wie möglich, gleiche Wandstärken der Form-Innen- und Form-Außenwand aufweist. Die so erreichte Symmetrie gestattet die Messung der Formtemperatur der Forminnenwandung auf der Außenwandung. So können auf der Außenwandung leicht entsprechende Thermosensoren angebracht werden. Ebenso gestattet der symmetrische Aufbau der Formwandung eine Beurteilung der tatsächlich wirkenden Formungstemperatur im direkten Übergangsbereich zwischen Forminnenwandung und Kunststoff durch Verwendung einer Wärmebildkamera. Die dort wirkende Energie stellt sich auf der Oberfläche des Werkzeuges entsprechend dar und kann durch eine Infrarotbildgebung kontinuierlich verfolgt und auf eine gewünschte Temperierungssequenz der einzelnen Segmente des Werkzeuges hin überprüft werden. Abweichungen im Wärmebild können einfach erkannt werden.
Alternativ zu der bevorzugten Gestaltung eines masse-leichten Werkzeuges, kann eine masse-schwere Form verwendet werden, bei der die temperierende Kanal- und Netzstruktur unmittelbar unterhalb der Formteil-Innenfläche eingebaut ist. Der nach außen hin gerichtete Werkzeuganteil kann im Grunde beliebeig schwer sein. Ein derartiger Aufbau kommt vor allem dann in Frage, wenn die Abfolge der Blasformzyklen exakt getaktet ist bzw. die Zuführung und Entnahme von Rohschlauch und Ballon automatisiert ist. Bei nicht gewährleistetem Gleichtakt, sind, bedingt durch die Wärmespeicherkapazität der Schweren äußeren Hülle Schwankungen der Formtemperatur denkbar.
Die für den Blasformprozess erforderlichen Temperaturniveaus werden in Form zirkulierender, individuell regulierter Versorgungskreisläufe angeboten und je nach Bedarf durch Schaltung von Ventilen in das Hohlwerkzeug eingespeist.
Blasvorrichtung-Workstation
Die die Blasform aufnehmende eigentliche Fertigungsvorrichtung besteht bei der beschriebenen Ausführung im Wesentlichen aus einem Mechanismus zur beidseitigen Klemmung bzw. Inflation des Rohschlauches, einem Mechanismus zur axialen Streckung des Schlauches, einem vorzugsweise rückgekoppelten Regelkreis zur Steuerung des Blasdruckes sowie einem des Glasfluss regulierenden Stellglied.
Die Fertigungsvorrichtung wird direkt an die verschieden temperierten Versorgungskreisläufe angekoppelt, der Fluß des Temperierungsmediums wird durch ein Set strömungsregulierender Ventile geschaltet. Die Gesamtsteuerung der Einheit erfolgt über einen Klein-Steuerungsrechner, in den das jeweilige Fertigungsprogramm überspielt wird.
Die Regelung der verschiedenen Temperierungsmedien erfolgt rückgekoppelt durch separate Regelkreise durch Temperaturfühler, die vorzugsweise nahe den Ankopplungspunkten der Fertigungseinheiten platziert sind.
Für die Fertigung von Polyurethan-Ballons wäre zum Beispiel folgende Kombination von Medien typisch:
Die Temperierung eines Vorratsbehälters kann der Entspannungs- bzw. Ausformungstemperatur entsprechen. Diese Temperatur liegt bspw. bei einer Temperatur zwischen 150°C und 180°C, vorzugsweise zwischen 160°C und 170°C.
Für die Kühlung auf Entnahmetemperatur des entspannten und geformeten Ballons kann in der Regel die gleiche Temperierung wie für die Vorwärmung des Rohlings innerhalb der Hohlform verwendet werden. Dieser Wert liegt bspw. bei einer Temperatur zwischen 50°C und 80°C, vorzugsweise etwa zwischen 60°C und 70°C.
Sollte zur leichten Entformung bzw. Entnahme eines beispielsweise extrem dünnwandigen oder klebrigen Ballons eine niedrigere Temperatur erforderlich sein, zum Beispiel etwa 30 bis 40 Grad C, kann diese über einen entsprechend geregeten Kreislauf zur Verfügung gestellt werden.
Ein Medium kann dazu verwendet werden, um das bisherige Medium aus dem Hohlraum an der Außenseite der Hohlform herauszudrücken, indem das einströmende Medium das vorige Medium in seinen zugehörigen Versorgungskreislauf verschiebt. Diese Separierung von Medien kann fix zeitgesteuert sein oder sich an gemessenen Temperaturen orientieren. Einer Temperatur-Nachregelung der Medien durch ungünstige Vermischung verschieden temperierter Medien kann so weitgehend vorgebeugt werden.
Serielle Fertigung:
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, dass mehrere Ballons oder sonstige Formkörper gleichzeitig aus einem Schlauchrohling hergestellt werden, indem eine Hohlform mit einer entsprechenden Vielzahl von ballonformenden Kompartimenten verwendet wird, und ein Schlauch-Rohling durch all diese in einer gemeinsamen Flucht hintereinander liegenden, seriell angeordneten Hohlformabschnitte hindurch gespannt und in diese hinein geformt wird. Nach Fertigstellung einer entsprechenden Anzahl seriell augeformter Ballone können dieselben nach dem Entformen voneinander getrennt werden. Die Ausbeute bezogen auf den Materialeinsatz kann so optimiert werden.
Parallele Fertigung:
Zur weiteren Steigerung des Auswurfs pro Fertigungszyklus können neben der seriellen Ausformung innerhalb eines Rohschlauchstranges mehrere solche Stränge, parallel zueinander angeordnet und simultane Streckung auf einer gemeinsamen Streckvorrichtung simultan geblasen und temperiert werden (parallele Blasformung bzw. Kombination von serieller und paralleler Blasformung).
Die Erfindung läßt sich dahingehend weiterbilden, dass der Formgebungsvorgang (Einführen eines Rohlings, Vorwärmen, Streckung, Aufblähen, Entspannung, Kühlung und Ausstoß) ausschließlich zeitgesteuert abläuft. Da – im Gegensatz zur konventionellen Technik – die Temperatur der Hohlform bereits nach einem sehr kurzen Zeitraum von einigen Sekunden im thermischen Gleichgewicht mit dem eingefüllten Medium steht und in sämtlichen Segmenten die gewünschte Temperatur angenommen hat. Auf eine Temperaturerfassung an der Hohlform samt übergeordneter Temperaturregelschleife – wie bisher notwendig – kann daher verzichtet werden.
Die masse-technische Ausführung der vorgeschlagenen Hohlform, bzw. das Verhältnis der Wärmekapazitäten zwischen dem Füllvolumen des Mediums und der Hohlform soll dabei so gewählt werden, dass sich Erwärmung und Kühlung auf vorzugsweise jeweils 5 bis 15 Sekunden verkürzen.
Formbau:
Es hat sich als günstig erwiesen, dass die Hohlform aus einem Metall besteht, bspw. aus Aluminium, Kupfer, Eisen, Stahl oder einer Legierung dieser Materialien. Ebenfalls verwendbar sind wärmeleitfähende Kunststoff- oder Karbonverbindungen oder Keramiken. Metall leitet einerseits die Wärme besonders gut und kann daher sehr schnell die Temperatur des Heiz- bzw. Kühlmediums übernehmen; außerdem hat es eine ausreichende mechanische Stabilität, um trotz einer geringen Wandstärke einem ggf. auftretenden Überdruck des in den Hohlraum einschießenden Mediums genauso widerstehen zu können wie thermischen Spannungen aufgrund unterschiedlicher Temperaturen gegenüber der restlichen Berandung des Hohlraums, oder einem inneren Überdruck infolge eines hohen Luftdrucks beim Aufblasen des Ballons. Schließlich sind die meisten Metallsorten auch in elektrisch leitfähige und können daher Wirbelströme führen, so dass zum Beheizen evtl. auch ein elektromagnetisches Wechselfeld verwendet werden kann.
Die Hohlform sollte eine oder mehrere Öffnungen aufweisen, so dass beim Aufblähen des Rohlings Luft, die sich möglicherweise in der Hohlform durch den sich in sie hinein entwickelnden Ballon staut, aus der Hohlform entweichen kann. Natürlich dürfen diese Öffnungen nicht in den hinter der Hohlform liegenden Hohlraum münden, sondern sind von diesem vollständig getrennt, und sind stattdessen mit einer Leitung, bspw. einem Kanal, Schlauch od. dgl., verbunden, der durch den Hohlraum hindurch führt und nach außen mündet.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass mehrere Öffnungen einer Hohlform an deren Außenseite miteinander kommunizieren, bspw. durch einen Kanal und/oder Schlauch, so dass nur eine einzige Luftauslaßleitung erforderlich ist.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass eine Hohlform durch zwei flächig aneinander liegende Flachkörper gebildet ist, von denen der dem Rohling zugewandte Hohlform-Flachkörper mehrere durchgehende Öffnungen aufweist, der dem Rohling abgewandte Hohlform-Flachkörper dagegen ein System von Sammelkanälen an seiner Innenseite und allenfalls einen oder mehrere Zu- und/oder Ableitungsanschlüsse. Durch Zusammensetzen bzw. -stecken zweier solcher Flachkörper entsteht sodann an der Berührungsfläche ein System von Kanälen, welches die Öffnungen des Innenliegenden Körpers mit einem oder mehreren Zu- und/oder Ableitungsanschlüssen verbindet. Dabei können die Sammelkanäle wahlweise an der Innenseite des äußeren Hohlform-Flachkörpers oder aber an der Außenseite des inneren Hohlform-Flachkörpers angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform ist wichtig, dass die beiden Flachkörper möglichst großflächig und fest aneinanderliegen, damit der Wärmeaustausch zwischen diesen möglichst nicht behindert wird. Am besten dürfte es daher sein, wenn die Flachkörper nach Art einer Preßpassung zusammenzufügen sind.
Aus fertigungstechnischen Gesichtspunkten kann eine Hohlform unterteilt sein, bspw. in zwei Hälften, die in axialer Richtung des Schlauch-Rohlings auseinander bewegbar sind. Dadurch ist für den Fall eines Fehlers, bspw. beim Reißen eines Ballons, ein Zugang zum Innenraum de Hohlform gegeben, so dass diese bspw. leicht gereinigt werden kann.
Sofern zwei Teile der Hohlform symmetrisch zueinander aufgebaut sind, können sie substantiell dieselbe Geometrie aufweisen, was sich förderlich auf deren Herstellung auswirkt.
Damit die Teile einer Hohlform auch in mit einem Medium befüllten Zustand und damit kurzfristig voneinander getrennt werden können, sind sie an ihrer Außenseite jeweils von einem eigenen, abgeschlossenen Hohlraum umgeben.
Wenn die Stirnseiten des abgeschlossenen Hohlraums eines Hohlformteils druckfest ausgebildet sind, so können sie einfach durch eine axial bzw. parallel zu dem Schlauch-Rohling gerichtete Druckkraft festgelegt und sodann bei Bedarf genauso schnell auch wieder auseinander gefahren werden.
In Weiterverfolgung dieses Erfindungsgedankens sieht die Erfindung vor, dass an der/den oder nahe der Stirnseite(n) eines abgeschlossenen Hohlraums eines Hohlformteils (jeweils) ein oder mehrere Elemente zum Zentrieren und/oder Verriegeln an benachbarten Hohlformteilen vorgesehen sind. Es kann sich hierbei um in axialer Richtung ineinander steckbare Elemente handeln, bspw. mit sich in axialer Richtung konisch bzw. kegel- oder pyramidenförmig verjüngenden Mantelflächen, so dass sie sich beim Zusammenschieben selbsttätig zentrieren.
Ferner sollte ein abgeschlossener Hohlraum zwei Anschlüsse aufweisen zum Ein- und Ausleiten eines Heiz- oder Kühlmediums. Vorzugsweise werden abwechselnd zwei Medien verwendet, die sich auf unterschiedlichen Temperaturniveaus befinden, aber die Strömungsrichtung ist bei beiden Medien dieselbe, so dass ein Anschluß stets als Zulauf und der andere stets als Ablauf dient. Damit wird erreicht, dass ein aus dem Hohlraum hinausgeschobener Teil eines Mediums durch entsprechende Schaltung der Flussregulierenden Ventile wieder dem Reservoir zugeführt werden kann, dem er ursprünglich entnommen wurde, wodurch ungewollte Vermischung in den Reservoirs vermieden werden kann.
Prinzipiell sind drei Füll- bzw. Perfusionszustände der Hohlform denkbar. Vollständige Füllung mit Medium einer Temperatur ohne weitere Perfusion, intermittierende sowie kontinuierliche Perfusion mit einem Medium bestimmter Temperatur. Diese Zustände werden durch geeignete Ventilschaltung im Zufluss zur Hohlform ermöglicht.
Es hat sich bewährt, einem abgeschlossenen Hohlraum eine ringförmige Struktur zu erteilen, so dass sich besonders einfache geometrische und dabei mechanisch stabile Verhältnisse ergeben. Solchenfalls bietet sich eine Weiterbildung dahingehend an, dass ein abgeschlossener Hohlraum an seiner Außenseite durch eine Zylindermantelfläche begrenzt wird, also bspw. entsprechend der Form eines Rohrs.
Im Bereich der Außenseite eines abgeschlossenen Hohlraums läßt sich eine Vorrichtung zum Einkoppeln von Energie vorsehen, insbesondere eine Wicklung zur Erzeugung eines hochfrequenten elektro-magneteischen Wechselfeldes. Solche sogenannten Induktionsfelder sind in der Lage berührungsfrei in einem in sie eingebrachten leitfähigen Körper, wie zum Beispiel einer metallischen Hohlform (Wirbel-)Ströme zu induzieren, die dort durch Reibung bzw. ohmsche Verluste zu einer Erhitzung führen. Die Erfindung empfiehlt daher an der Wicklung einen entsprechnden Induktionsgenerator anzuschließen,.
Die Erfindung erfährt eine weitere Optimierung dadurch, dass die Wicklung im Bereich einer Verjüngung der Hohlform eine höhere Windungsdichte aufweist als im Bereich eines größeren (Innen-)Querschnitts der Hohlform. Solchenfalls wird das Feld an denjenigen Stellen, wo der zu erwärmende Abschnitt der Hohlform weiter von der Spule bzw. Wicklung entfernt ist (größerer Kopplungsabstand), konzentriert, und der Heizeffekt ist an diesen Stellen stärker, so dass sich die Hohlform in allen Bereichen gleichmäßig aufheizt.
Formwerkzeug-Perfusionsraum:

– ein einziger Hohlraum (bei kompatiblen Medien)
– zwei von einander getrennte Hohlräume (bei inkompatiblen Medien)
– durchgehender Raum (konturähnliche, in einander-geschachtelte Elemente-Zerspanungstechnik)
– räumlich komplexes in eine einzige Wandungslage integriertes Perfusionsnetz (Laser Cusing)

Formwerkzeug-Perfusionsmodus:

– einmalige Füllung: Injektion einer gewissen Menge Medium, dann, quasi im Pausen-Zustand eine homogene Durchwärmung der Form, kein Gradient zwischen Einstrom und Austrompunkt.
– repetierende Füllung mit intermittierender homogener Durchwärmung im Pausenzustand: bei größerer Formteilmasse
– kontinuierliche Perfusion: bei entsprechend geführten Perfusionskanälen, entweder auf simultan homogene oder zeitlich verschobene segmentorientierte Erwärmung ausgelegt

Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Ballon- oder Hohlkörpern aus einem schlauchförmigen Rohling durch Blasformen mit wenigstens einer temperierbaren Hohlform, innerhalb welcher der Rohling bis zu seiner gewünschten Gestalt aufgebläht wird, zeichnet sich dadurch aus, dass ein Hohlraum in der Wandung einer Hohlform, die eine dünne Wandstärke aufweist, mit einem vorzugsweise flüssigen Medium befüllt wird. Dabei überträgt das eingefüllte Medium einen (kleinen) Teil seiner Wärmemenge auf die Hohlform, es findet innerhalb weniger Sekunden ein Temperaturausgleich statt, Da nur eine vergleichsweise geringe Wärmemenge übertragen wird, um den sehr dünnwandigen Formkörper zu erwärmen bzw. zu kühlen, ist das thermische Gleichgewicht in einem sehr kurzen Zeitraum erreicht, die Zykluszeit, welche maßgeblich durch die Zeitintervalle zum Aufwärmen bzw. vollständigen und gleichförmigen Durchwärmen der Hohlform von der Entnahme-Temperatur auf die Formungs-Temperatur einerseits und zum späteren Abkühlen zurück auf die Entnahme-Temperatur andererseits bestimmt wird, kann daher selbst bei großen Ballonformen (beispielsweise bis zu 10 cm messenden Durchmessern) und aufwendigen Ballongeometrien (beispielsweise Ballonformen mit Segmenten deutlich unterschiedlicher Segmentdurchmesser) auf einen Bruchteil der bisher dafür benötigten Zeit reduziert werden, bspw. auf Zeiten deutlich unterhalb einer Minute, so dass – in Verbindung mit einer Automatisierung der Beschickung und Entformung – eine bedeutend rationellere und damit wirtschaftlichere Herstellung möglich ist als bisher.
Maßgebend hierfür ist u. a., dass die Gesamt-Wärmekapazität der nicht befüllten Hohlform (deutlich) kleiner ist als die Wärmekapazität des den Hohlraum vollständig ausfüllenden Volumens des Temperierungsmediums. Vorzugsweise entspricht die Wärmekapazität der Hohlform nur einem Bruchteil der Wärmekapazität des ausfüllenden Temperierungsmediums, beispielsweise nur der Hälfte oder weniger, vorzugsweise einem Viertel oder darunter, insbesondere einem Zehntel oder einem noch kleineren Bruchteil.
Ferner kann der Hohlraum in der Wandung der Hohlform in zeitlichen Abständen, intermittierend mit demselben Medium gespült werden, um die Temperatur der Hohlform konstant zu halten. Da bei zur Ausformung eventuell erforderlichen längeren Verweilzeit eines Mediums in dem Hohlraum hinter der Hohlform auch Wärmeenergie an die sonstige Berandung des Hohlraums abgegeben wird, kann ein daraus resultierender Wärmeverlust durch ein Ausspülen einer Füllcharge mit einer weiteren Füllung ausgeglichen werden. Eine andere Maßnahme zur Reduzierung eines solchen nach extern gerichteten Temperaturabfalls könnte darin bestehen, nur den die Hohlform bildenden Teil der Berandung des Hohlraums aus einem gut wärmeleitenden Material herzustellen, die übrigen Bereiche der Berandung, nämlich den Außenmantel und die Stirnseiten, dagegen aus einem schlechten Wärmeleiter bspw. einem Kunststoff auszuführen.
Entlüftungskanäle:

– Vakuumunterstützung der Formentlüftung

Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass das Aufblähen des Ballons durch Evakuierung des Hohlraums zwischen dem sich aus dem Rohling entwickelnden Ballon und der Hohlform unterstützt wird. Abhängig von den jeweiligen geometrischen Details des auszuformenden Ballons kann die Ausdehnung des Schlauch-Rohlings durch nicht oder zu langsam abfließendes zu verdrängendes Luftvolumen durch dafür in der Wandung der Hohlform vorgesehene Öffnungen zur Ruptur oder zur fehlerhaften Formung des Ballons führen. Durch eine angeschlossene Vakuumpumpe, welche über die Entlüftungsöffungen aktiv solches Stauvolumen absaugt, können derartige Effekte vermieden werden. (Bündelung der Entlüftungskanäle, Konnektion mit einem Vakuum erzeugenden Element)

– Detektion des Ballon-Ausbruchs

Bündelung der Entlüftungskanäle, Konnektion mit Drucksensor, beim pop-up des Ballons innerhalb der Form kann ein passagerer Druckanstieg oder momentaner Fluß festgestellt werden
Anwendung im In-Line Verfahren:
Das beschriebene Prinzip ist sowohl auf das Zwei-Schritt Verfahren (aktive Streckung eines vor-extrudierten Rohlings) als auch für das Ein-Schritt Verfahren geeignet, wobei bei Letzterem eine eigentliche Streckung des frischen Extrudates nicht erfolgt, stattdessen erfolgt die Ausformung aus der Schmelze in einer senkrecht angeordneten Blasform, wobei das Extrudat von oben her fallend sozusagen in die Form hinein abtropft.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
1a eine schematische Darstellung der Einbindung der Form in eine Gesamtfertigungsanlage;
1b eine Ausführungsform der Gesamtanordnung, bei der die von extern in den Reinraum geführten Versorgungsstränge in einer zentral angeordneten Versorgungssäule münden (seitliche Ansicht);
1c die Anordnung nach 1b in einer Ansicht von oben;
2a, 2b eine schematische Darstellung der Blasformeinheit;
3a–3c eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Blasform, sowie mehrere beispielhafte Ausführungsformen von medium-führenden Kanalformationen innerhalb der Formwandung.
Die Anlage 1 aus 1a dient zum Herstellen von Ballons oder Hohlkörpern für die Medizintechnik, insbesondere für Ballonkatheter od. dgl., wobei schlauchförmige Rohlinge, vorzugsweise aus Polyurethan, in die gewünschte Ballonform aufgeblasen werden.
Den Kernpunkt der Anlage 1 bildet die eigentliche Blasformeinheit 2, die schematisch auch in 2 wiedergegeben ist.
Das Blasformwerkzeug 3 nimmt den vorextrudierten Rohschlauch 4 auf. Dieser wird durch eine Streckvorrichtung 5 axial gestreckt und anschließend mit einem Blasdruck beaufschlagt, der den Schlauch 4 innerhalb der Form 3 ballonartig austreibt und, in der Regel unter erheblicher Spannung, an die innere Formwandung des Werkzeuges 3 schmiegt. Durch Erwärmung und anschließende Kühlung wird der aus dem Schlauch 4 ausgeformte Körper in seiner Form fixiert.
Die Blasformeinheit 2 verfügt im idealen Fall nur über die für die Ausformung essentiellen Komponenten, wie eine Streckvorrichtung 5 und ein Verteilerelement 6, an welchem der Vorlauf 3a und der Rücklauf 3b der jeweiligen Formwerkzeuge 3 angeschlossen werden. Dem Verteilerelement 6 vorgeschaltet ist ein Ventilblock 7, der den Zufluss aus den verschiedenen angeschlossenen Versorgungskreisläufen 8a und 8b kontrolliert.
Zur Gewährleistung bestmöglicher hygienischer Bedingungen im Fertigungsbereich 9 werden sämtliche versorgenden Zuleitungen 8a, 8b vorzugsweise außerhalb des Bereiches 9 geführt. Die Verbindung zu einer oder mehreren, modular anschließbaren Fertigungseinheiten 2 erfolgt über entsprechend ausgelegte Docking-Stationen, die jeweils im Wesentlichen dem Ventilblock 7 entsprechen, aber auch elektrische Anschlüsse und Druckluftverbindungen enthalten können.
Der eigentliche Fertigungsbereich 9 ist als Reinraum ausgeführt, um Partikel und sonstige Verunreinigungen in der Luft von der/den Blasformeinheit(en) möglichst fernzuhalten und auch aus hygienischen Gründen. Von dem Reinraum 9 räumlich getrennt, d. h. außerhalb desselben, werden die rein versorgenden Funktionsteile, wie Spannungsversorgung, Pneumatik-Versorgung, Temperierung der einzelnen Versorgungskreisläufe und Prozess-Steuerung bzw. -statistische Dokumentation in einer zentralen Einheit 10 zusammengefasst.
In der einfachsten Ausführung verfügt das versorgende Kreissystem nur über ein einziges Temperierungsniveau, welches exakt auf die eigentliche Formtemperatur eingestellt ist. Die Kühlung kann durch ein lokal zugeführtes oder erzeugtes, und am Ort der Verwendung verworfenes Medium, wie z. B. Leitungswasser oder Pressluft erfolgen.
Vorteilhaft wird die Kühlung jedoch in Form eines flüssigen Mediums im Kreissystem bereitgestellt, idealerweise als geschlossenes System, welches nach extern über einen Wärmetauscher kommuniziert. Beispielsweise können in beiden Kreisläufen identische Thermo-Öle oder jeweils Wasser zirkulieren.
Beim Blasformen spezifischer Materialien können allerdings mehrere Hochtemperatur-Niveaus erforderlich sein. Beispielsweise erfordert die Blasformung von Polyurethan (PUR) zwei Temperaturniveaus, wobei die obere Temperatur der zur Ausformung und völligen Entspannung erforderlichen Temperatur entspricht, in der Regel bei Polyurethan etwa 160 bis 170 Grad Celsius, die untere Temperatur hingegen sowohl für die Entnahme des Ballons aus der Form geeignet ist als auch für die Vortemperierung des Schlauchrohlings verwendet werden kann. Diese Temperatur liegt etwa bei 60 bis 70 Grad.
Sind darüber hinaus weitere Hochtemperatur-Niveaus erforderlich, können diese dem Prozess über entsprechende Zuleitungen von der zentralen Einheit her zugeführt werden.
1b und 1c zeigen, als Alternative zu einer ringförmig um den Reinraum herum angelegten Führung der Versorgungsleitungen, eine inselartige Anordnung mehrerer Formungseinheiten 2 um eine zentrale Versorgungssäule 27. Formungseinheiten und Versorgungssäule bilden sozusagen eine Fertigungsinsel 28. Die Versorgungssäule 27 ist dabei vorzugsweise derart konstruiert, dass über ihre Außenflächen die variable Ankopplung von individuellen Fertigungsmodulen 2 möglich ist, so dass an einer einzigen Fertigungsinsel 28 ggf. mittels unterschiedlicher Fertigungsmodule 2 unterschiedliche Ballons angefertigt werden können. Die Fertigungsmodule 2 können dabei auf je einem Tisch 31 aufgesetzt werden, der sich von der betreffenden Seite 30 der Säule 27 etwa radial nach außen erstreckt.
Die Zuführung der Versorgungsleitungen von einer externen Zentraleinheit kann wahlweise über eine am und/oder im Bereich der Raumdecke und/oder des Bodens geführte Trasse 29 erfolgen. Die versorgende Säuleneinheit 27 kann derart gestaltet sein, dass sie beispielsweise über sechs Kanten verfügt, wobei ggf. fünf der durch die Kanten gebildeten Flächen eine Andockung jeweils einer Formungseinheit an die betreffende Säulenfläche ermöglichen, wodurch sich insgesamt eine rosettenartige Verteilung der Fertigungsmodule 2 ergibt. Die sechste Fläche 30 kann frei bleiben und gestattet den Zugang zu den Installationen im Säuleninneren. Die Versorgungswege zu den Fertigungseinheiten können bei der vorgeschlagenen rosettenartigen Anordnung optimal verkürzt werden, bei gleichzeitiger Maximierung der Anzahl der möglichen anschließbaren Fertigungsmodule 2. Eine derartige rosettenartige Anordnung um eine versorgende Zentralsäule bietet den weiteren Vorteil, dass eine Bedienperson bequem von einer Formungseinheit 2 zur nächsten wechseln kann.
Die Säule 27 kann bevorzugt auch den flußregulierenden Ventilblock 7 der jeweiligen Formungseinheit fest integriert (verrohrt) in sich aufnehmen, so dass zum Anschluss an eine variable Formungseinheit 2 neben elektrischen Verbindungen und Druckluftverbindungen nur lediglich zwei Schlauchverbindungen, insbesondere Vor- und Rücklauf, erforderlich sind.
2 beschreibt die Blasformeinheit 2 im Detail. In 2a ist die Möglichkeit dargestellt, dass mehrere Blasformwerkzeuge 3 in serieller Anordnung betrieben werden können. Mehrere Formwerkzeuge 3 – im dargestellten Fall drei – sind hierzu sequentiell, d. h. in Längsrichtung der Streckvorrichtung 5 hintereinander, angeordnet und werden durch eine axial wirkende Kraft – verursacht durch eine äußere Spannvorrichtung 11 – aneinander gepresst.
Alternativ können mehrere Werkzeuge 3 auch parallel zueinander angeordnet werden, wobei bei paralleler Anordnung pro Arbeitsstrang jeweils eine separate Fassung des jeweiligen Schlauches an der gemeinschaftlichen Streckvorrichtung 5 vorgesehen ist. Seriell angeordnete Werkzeuge 3 können auch in mehreren parallelen Arbeitssträngen kombiniert werden.
Entsprechend 2b können bei komplexen, insbesondere mehrfach gekammerten Formen einzelne Formsegmente, wie beispielweise die Segmente 12a, 12b und 12c hergestellt werden, die sequentiell gefügt und ebenfalls über die zusammenpressende Kraft einer axial wirkenden Spannvorrichtung 11 miteinander verbunden werden.
Das einzelne Werkzeug 3 ist bevorzugt für die Perfusion mit einem einheitlichen Medium konzipiert, welches dem Prozess auf verschiedenen Temperaturniveaus zugeführt wird. Die Medien sind daher vermischbar und erfordern nur einen einzigen Perfusionsraum.
Bei nicht kompatiblen Medien, wie beispielsweise Öl und Wasser, kann ein Zwei-Kammer-System in die Wandung der Form 3 integriert werden, worin die Medien weitgehend parallel geführt, jedoch räumlich voneinander getrennt sind.
In den 3a–3c wird der erfindungsgemäße Aufbau einer Blasform 3 an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert.
Die erfindungsgemäße Form 3 weist einen möglichst symmetrischen Aufbau der den Formungsraum 13 umschließenden Wandung 14 auf. Innerhalb der Wandung 14 ist ein Perfusionsraum 15 ausgeformt bzw. integriert.
Eine besondere Stabilität der Formwandung 14 kann erreicht werden, indem die nach außen und innen weisenden Grenzflächen 16, 17 des Werkzeuges 3 – also dessen Innenseite 16 und Außenseite 17 – zwar dünnwandig ausgeführt sind, jedoch über ein System von zwischen den Grenzflächen 16, 17 liegenden Verstrebungen 18, welche Trabekeln oder Stegen ähneln können, entweder direkt miteinander verbunden sind, oder über parallel zur Wandung 14 im Perfusionsraum 15 verlaufende Zwischenebenen, die beispielsweise wiederum siebartig durchbrochen sind, in Verbindung stehen. Durch eine entsprechend dicht zueinander angeordnete Verstrebung 18 kann die Problematik großflächig wirkender Kraft und die daraus resultierende Erfordernis dickwandiger Grenzflächen auf interessante Weise weitgehend umgangen werden.
Neben aufwendig trabekulär verstärkten, waben- oder schwammartigen Perfusionsräumen, können auch einfache zirkuläre oder beispielweise rechteckige Temperierungskanäle in Art einer Wendel durch die Formwandung 14 geführt werden. Durch Variation der Kanaldurchmesser kann die lokale Perfusion bzw. der wirksame Fluss und damit Wärmetransport, gezielt beeinflusst werden. Eine Variation der lokalen Wärmeentwicklung kann auch durch entsprechende Variation der Kanalabstände zueinander erreicht werden.
Wie 3b zeigt, kann bei erforderlicher, lokal besonders intensiver Temperierung über entsprechende Ausformungen 19 der äußeren Wandung 17, in denen entsprechend großlumige zuleitende Kanäle 20 eingearbeitet sind, eine große Menge Temperierungsmedium zugeführt werden.
Die Ausformungen 19 können auch zur weiteren Stabilisierung der Gesamtform 3 bei besonders großen Formen mit entsprechend großen kraftwirksamen Oberflächen auf der Außenwandung 17 dienen und beispielsweise als netzartige Verstrebung über die Formoberfläche angelegt werden, wobei die Ausformungen 19 so zueinander angeordnet und beanstandet sind, dass im Zwischenraum der verstärkenden Streben 19 noch ausreichend große Abschnitte 21 erhalten bleiben, welche die erfindungsgemäße Symmetrie des Wandungsaufbaus aufweisen, und so eine indirekte Beobachtung der Form-Innentemperatur ermöglichen.
Gemäß 3c kann neben den medienführenden Kanälen 15, 20 auch ein System von Kanälen 22 eingearbeitet sein, welches beim Formungsprozess verdrängte Luft aus der Formhöhle aufnimmt und zur Umgebung hin abführt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass mehrere Öffnungen 26 zur Formhöhle durch die innere Wandung 17 angelegt sind, zur Außenseite 16 hin jedoch derart miteinander verbunden werden, dass nur ein einziger Luftauslass 23 erforderlich ist. Hier kann zur zeitlichen Erfassung der Expansion des Ballons aus dem Rohschlauch ein Drucksensor 24 angeschlossen sein, der einen korrespondierenden kurzfristigen Druckanstieg im ableitenden System wahrnimmt.
Möglich sind ebenfalls schichtartig, zueinander versetzt angeordnete, besonders dünnwandig ausgeführte Lagen von wabenähnlichen Geflechten, die in ihrer Anordnung zueinander versetzt, einen aufwendig verstrebten Perfusionsraum ermöglichen, bei gleichzeitig geringem Materialeinsatz.
Derartig komplexe verstrebende Strukturen oder auch komplex geführte Perfusionskanäle sind mit herkömmlichen Methoden des Formenbaus nur schwer, sehr kostenintensiv, oder gar nicht herstellbar. Die Methode des Laser-Sinterns (Laser-Cusing) bietet jedoch eine interessante Fertigungsoption. Durch schichtweisen Aufbau von laser-verschweisstem Metallstaub, lassen sich auch aufwendige dreidimensionale Strukturen auf kleinstem Raum herstellen. Komplex kommunizierende, beispielsweise schwammartige Hohlräume sind auf diesem Weg komfortabel und preisgünstig fertigbar.
Das Verfahren lässt einen extremen Leichtbau zu, der die Gesamtmasse eines Werkzeuges 3 soweit reduziert, dass es möglich ist, sämtliche Oberflächen 16, 17 des Werkzeuges 3 adäquat zu temperieren, ohne dass ein den Wärmefluss antreibender Temperaturgradient erforderlich ist bzw. diesen, bei größeren Formmassen, auf ein geringes, den Ballon nicht durch Übertemperierung gefährdendes Maß zu reduzieren.
Angestrebt werden Materialwandstärken der Wandungen 16 und 17 bei entsprechender gegenseitiger Verstrebung und Verwendung von nichtkorrodierenden Stahl-Typen von ca. 1 bis 2,5 mm. Bei entsprechender Verwendung von Aluminium, Kupfer oder Messing sind Wandungsstärken zwischen 2 und 3,5 mm vorgesehen. Die Höhe des medium-führenden Raumes 15 zwischen den beiden Wandungen 16 und 17 sollte im Bereich von 1 bis 5 mm liegen.
Wird auf Verstrebungen zwischen den Wandungen 16 und 17 verzichtet, sind bei im Raum 15 wirksamen Druckwerten von bis zu 25 bar bei Verwendung von Stahl Wandstärken von ca. 3 bis 6 mm erforderlich, jeweils abhängig von der Größe der verbauten kraftaufnehmenden Flächen im Werkzeug.
Der durchströmte Hohlraum 15 sollte mindestens zwei Anschlüsse 25 zum Ein- und Ausleiten eines Heiz- oder Kühlmediums aufweisen. Vorzugsweise werden abwechselnd zwei Medien verwendet, die sich auf unterschiedlichen Temperaturniveaus befinden, aber die Strömungsrichtung ist bei beiden Medien dieselbe, so dass ein Anschluss 25 stets als Zulauf und der andere stets als Ablauf dient. Damit wird erreicht, dass ein aus dem Hohlraum 15 hinausgeschobener Teil eines Mediums durch entsprechende temperatur- oder zeitgesteuerte Schaltung der flussregulierenden Ventile im Ventilblock 6 wieder dem Kreissystem zugeführt werden kann, dem er ursprünglich entnommen wurde, wodurch ungewollte Vermischung der Medien in den Kreisen vermieden werden kann.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass die Hohlform 3 aus Metall besteht, bspw. aus Aluminium, Kupfer, Eisen, Stahl oder einer Legierung dieser Materialien. Ebenfalls verwendbar sind wärmeleitfähige Kunststoff- oder Karbonverbindungen oder Keramiken. Metall leitet einerseits die Wärme besonders gut und kann daher sehr schnell die Temperatur des Heiz- bzw. Kühlmediums übernehmen; außerdem hat es eine ausreichende mechanische Stabilität, um trotz einer geringen Wandstärke einem ggf. auftretenden Überdruck des in den Hohlraum einschießenden Mediums genauso widerstehen zu können, oder einem inneren Überdruck infolge eines hohen Luftdrucks beim Aufblasen des Ballons. Schließlich sind die meisten Metallsorten auch im Laser-Sinterverfahren verarbeitbar.
Das beschriebene Werkzeug 3 ist sowohl auf das Zwei-Schritt Verfahren (aktive Streckung eines vor-extrudierten Rohlings) als auch für das Ein-Schritt Verfahren geeignet, wobei bei letzterem eine eigentliche Streckung des frischen Extrudates nicht erfolgt; statt dessen erfolgt die Ausformung aus der Schmelze in einer senkrecht angeordneten Blasform, wobei das Extrudat von oben her fallend sozusagen in die Form hinein abtropft.
Die Vorteile der Zykluszeit-Optimierung als auch die Option der allseitig auf der Formaullenwandung ablesbaren Innen-Formtemperatur sind beim Ein-Schritt Verfahren ebenfalls vorteilhaft umsetzbar.
Entsprechend der Hohlräume 15 des Kanalsystems läßt sich die gesamte Fläche F_g eines Längsschnittes durch die Wandung der Form 3 unterteilen in den eigentlichen Schnittflächenanteil f_F der Form 3 selbst (die metallenen Schnittflächen) und in den auf die Hohlräume 15 des Kanalsystems entfallenden Schnittflächenanteil f_H: Fg = fF + fH.
Damit läßt sich ein Sollwert für den Außenradius R bestimmen zu: fH ≥ fF·k·(c1·ñ1)/(c2·ñ2),wobei:

c₁: = spezifische Wärmekapazität der Hohlform 3
ñ₁: = spezifische Dichte der Hohlform 3d
d: = Dicke der Hohlform 3
c₂: = spezifische Wärmekapazität des Mediums in dem Hohlraum 15
ñ₂: = spezifische Dichte des Mediums in dem Hohlraum 15

Der Faktor k sollte gewählt werden zu k ≥ 0,5, vorzugsweise zu k ≥ 1,0, insbesondere zu k ≥ 2,0, damit sich die Temperatur des Mediums in dem Hohlraum 15 beim Aufheizen/Abkühlen der Hohlform 3 nicht wesentlich verändert, denn es gilt näherungsweise für den thermischen Gleichgewichtszustand: Tx = T1 + (T2 – T1)·k/(1 + k)wobei

T₁: = Temperatur der Hohlform 3 vor Einleitung eines Mediums in den Hohlraum 15
T₂: = Temperatur des Mediums vor Einleitung in den Hohlraum 15
T_x: = Mischtemperatur von Hohlform 3 und Medium in dem Hohlraum 15 nach vollständigem Temperaturausgleich.

Bei k = 1 liegt T_x mittig zwischen T₁ und T₂; je größer k gewählt wird, um so näher liegt die Mischtemperatur T_x bei der ursprünglichen Temperatur T₂ des in den Hohlraum 17 eingefüllten Mediums.
Dabei trifft diese Abschätzung um so besser zu, je geringer der Wärmeaustausch mit dem in den Hohlraum 17 eingefüllten Medium mit den übrigen Begrenzungsflächen 16 dieses Hohlraums 17 ist. Deshalb ist es sinnvoll, die radial außen liegende Begrenzungsfläche 16 des Hohlraums 17 aus einem thermisch isolierenden Werkstoff anzufertigen oder zumindest an ihrer Innenseite mit einem solchen Material auszukleiden, bspw. mit Kunststoff, so dass an dieser Stelle ein möglichst geringer Wärmeaustausch stattfindet.

1: Anlage
2: Blasformeinheit
3: Blasformwerkzeug
4: Rohschlauch
5: Streckvorrichtung
6: Verteilerelement
7: Ventilblock
8: Versorgungskreislauf
9: Fertigungsbereich
10: Zentraleinheit
11: Spannvorrichtung
12: Segment
13: Formungsraum
14: Wandung
15: Perfusionsraum
16: Grenzfläche
17: Grenzfläche
18: Verstrebung
19: Ausformung
20: Kanal
21: Abschnitt
22: Kanal
23: Luftauslass
24: Drucksensor
25: Anschluss
26: Öffnung
27: Versorgungssäule
28: Fertigungsinsel
29: Trasse
30: Fläche
31: Tisch

Claims

Vorrichtung (1) zur möglichst Partikel- und keimarmen Massenfertigung von Ballonkörpern in einer Reinraum-Produktionsumgebung (9), wobei schlauchförmige Rohlinge durch Blasformung bis zu einer gewünschten Gestalt aufgebläht, in dieser durch Erwärmung und anschließende Kühlung fixiert werden, gekennzeichnet durch eine außerhalb der Reinraum-Produktionsumgebung (9) angeordnete Einrichtung zur Temperierung eines Mediums sowie durch eine Einrichtung zur Zuführung des temperierten Mediums zu wenigstens einem in der Reinraum-Produktionsumgebung (9) befindlichen Formwerkzeug (3).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Temperierung eines Mediums als Heizeinrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Zuführung des temperierten Mediums zu wenigstens einem in der Reinraum-Produktionsumgebung (9) befindlichen Formwerkzeug (3) wenigstens eine Rohr- und/oder Schlauchleitung (8a, 8b) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (8a, 8b) für das temperierte Medium, vorzugweise außerhalb der Reinraum-Produktionsumgebung (9), wenigstens eine Fördereinrichtung angeordnet ist, insbesondere eine Förderpumpe.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (8a, 8b) für das temperierte Medium als vorzugweise außerhalb der Reinraum-Produktionsumgebung (9) in sich geschlossene Ringleitung ausgebildet ist, so dass eine ständige Zirkulation des Mediums möglich ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Reinraum-Produktionsumgebung (9) eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung des Formwerkzeuges (3) ausschließlich durch flüssige Medien erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Heiz- und Kühlmedium Wasser, vorzugweise in der flüssigen Phase, verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Leitung (8a, 8b) für ein Temperiermedium ein Druck von 10 bar oder mehr herrscht, vorzugsweise ein Druck von 15 bar oder mehr, insbesondere ein Druck von 20 bar oder mehr.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere oder sämtliche, die Qualität des Reinraumes (9) potentiell beeinträchtigenden Funktionen außerhalb des Fertigungsbereiches (9) angeordnet sind, vorzugsweise zusammengefasst in einer zentralen Versorgungseinheit (10).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Energieversorgung, Aufbereitung und Transport aller erforderlichen Medien sowie insbesondere die Temperierung der Heiz- und Kühlmedien in einer zentralen Einheit (10) mit zentraler Regeltechnik erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Reinraum (9) selbst nur eine oder mehrere Andock-Stationen (6) befinden, an denen (je) eine entsprechend ausgelegte Fertigungsstation (2) mit minimaler, die Qualität des Reinraum-Milieus nicht beeinträchtigender Komponentenausstattung, anschließbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse in dem Reinraum (9) zur Ankopplung (je) einer Fertigungsstation (2) als selbsttätig schließende und öffnende Kupplungen ausgebildet sind, so dass der Formteilwechsel an einer Fertigungsstation (2) rasch und komfortabel durchgeführt werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an freie Docking-Stationen (6) jederzeit zusätzliche Fertigungsstationen (2) anschließbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fertigungsstationen (2) jederzeit an- oder abgeschlossen werden können, vorzugsweise ohne die Versorgungseinheit(en) ab- oder anzuschalten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere, vorzugsweise alle zentral bereitgestellten Medien, ein oder mehrere, vorzugsweise alle am Fertigungsplatz (2) erfassten Informationen, und/oder ein oder mehrere, vorzugsweise alle Steuersignale für den Fertigungsplatz (2) so weit wie möglich über Versorgungsstränge (29) außerhalb des Reinraumes (9) geführt und der dort platzierten Zentraleinheit (10) zugeleitet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Anschlüsse (6) für je eine Fertigungsstation (2) an einer sich vorzugsweise vom Boden bis zur Decke des Reinraums (9) ertreckenden Säule (27) angeordnet sind, insbesondere etwa ring- oder rosettenförmig um die Säule (27) verteilt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere, vorzugsweise alle zentral bereitgestellten Medien, ein oder mehrere, vorzugsweise alle an den betreffenden Fertigungsplätzen (2) erfassten Informationen, und/oder ein oder mehrere, vorzugsweise alle Steuersignale für die betreffenden Fertigungsplätze (2) durch die betreffende Säule (27) geführt ist/sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (3) vorzugsweise im kostengünstigen Laser-Cusing Verfahren hergestellt werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fertigungswerkzeug (3) als besonders masseleichte, vorzugsweise flächige, und optimal kleine, zur Umgebung hin ernergie-emittierende Oberfläche ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug (3) auch für große Ballonkörper bzw. komplex geformte Komponenten masseleicht und kostengünstig hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug (3) trotz der niedrigen Formmassen Druckwerten der temperierenden Medien von bis zu 25 bar widersteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das auch Formteile mit maximalen Innendurchmesser bis zu 100 mm und angewendeten Blasdrucken von bis zu 3 bar sicher betrieben werden können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau, der eine serielle Anordnung sowie ggf. die sequentielle Ausformung von Ballons aus einem einzigen Rohschlauchelement erlaubt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Fertigungsstation (2) über die Möglichkeit verfügt, in parallelen Strängen simultan mehrere Schlauchelemente aufzunehmen und zu Ballons auszuformen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch den Werkzeugwechsel im Prozess keine bzw. nur minimale Parameterverschiebungen einstellen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zuvor beschriebene ballistische Temperierung über einen Temperaturgradienten entfällt, und die jeweils im Werkzeug (3) zu erreichende Temperatur durch Fluten von Hohlräumen (15, 20) desselben mit einem Medium definierter Temperatur direkt, präzise, mit nur geringer zeitlicher Verzögerung sowie einem technisch und regeltechnisch insgesamt niedrigen Aufwand, erreicht wird, ggf. unter vollständigem Verzicht auf eine Temperaturfühlung im Werkzeug (3).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das durch die Formteiltechnologie auch die Kombination nicht kompatibler Temperierungsmedien ermöglicht wird.
Verfahren zur möglichst Partikel- und keimarmen Massenfertigung von Ballonkörpern in einer Reinraum-Produktionsumgebung (9), wobei schlauchförmige Rohlinge durch Blasformung bis zu einer gewünschten Gestalt aufgebläht, in dieser durch Erwärmung und anschließende Kühlung fixiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Temperierung des Formwerkzeugs (3) durch Zuführung flüssiger Temperierungsmedien von einem zentral versorgenden, steuernden und regelnden Modul (10) außerhalb des Reinraum-Fertigungsbereichs (9) erfolgt.