-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kapsel, insbesondere eine flüssigkeitsdichte Kapsel zur Aufnahme eines Mediums, ein Verfahren zur Herstellung dieser Kapsel sowie eine Anordnung zur Herstellung dieser Kapsel. Bevorzugt ist das Medium ein medizinisches Präparat.
-
Bei konventionellen Kapselverschlüssen wird nach der Befüllung des Kapselunterteils das Kapseloberteil überlappend auf das Kapselunterteil aufgeschoben. Zur Fixierung dient hier beispielsweise ein speziell ausgebildeter Schnappverschluss, bestehend aus einer Sicke auf der Außenseite des Kapselunterteils und einer zugeordneten lokalen Erhöhung auf der Innenseite des Kapseloberteils. Derartige vorbekannte Kapselverschlüsse sind an der Fügestelle zwischen Kapseloberteil und Kapselunterteil ohne weitere Maßnahmen nicht flüssigkeitsdicht.
-
Bei einer weiteren Art von vorbekannten Kapseln wird das befüllte Kapselunterteil noch vor dem Aufbringen des Kapseloberteils durch ein Fremdmaterial verschlossen und verschweißt. Hierdurch entsteht ein hoher Handlingaufwand und damit ein größeres Prozessrisiko. Ein weiterer Nachteil besteht in dem verminderten Produktschutz während der Schweißphase, da verfahrensbedingt das Kapseloberteil erst nach dem Verschließen des Kapselunterteils aufgesetzt werden kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Kapsel gemäß Anspruch 1 sowie das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 4 oder die erfindungsgemäße Anordnung zur Herstellung nach Anspruch 10 ermöglichen es nun, dass das befüllte Kapselunterteil nicht mehr mittels einem Fremdmaterial separat verschlossen werden muss. Das von der Kapsel aufzunehmende Medium ist während des Herstellungsprozesses optimal geschützt, da noch vor dem Verschweißen das Kapseloberteil aufgesetzt wird. Die Schweißnaht, welche letztendlich Kapselunterteil und Kapseloberteil verbindet, ist von außen gut sichtbar und ermöglicht somit eine optische Dichtheitsüberprüfung. Die kombinierte Verschlusstechnologie, mit Kraft-, Form- und Stoffschluss, ist fehlertolerant und ermöglicht somit kurze Zykluszeiten im Produktionsablauf. All dies wird erreicht durch die erfindungsgemäße Kapsel zur Aufnahme eines Mediums, umfassend ein Kapselunterteil, in welchem das Medium aufgenommen ist, und ein auf das Kapselunterteil aufgestecktes Kapseloberteil, wobei das Kapselunterteil um seinen gesamten Umfang eine nach außen gewölbte, innen hohle Wulst umfasst, und wobei das Kapseloberteil bis zu der Wulst auf das Kapselunterteil aufgesteckt ist und mit der Wulst verschweißt ist. Die Wulst wird durch Umformen des Kapselunterteils gefertigt. Dadurch ist die Wulst auf ihrer Innenseite nicht mit dem Material der Kapsel gefüllt, sondern hohl. Zur Beschreibung der hohlen Ausgestaltung der Wulst kann definiert werden, dass eine erste Wandstärke des Kapselunterteils oberhalb und unterhalb der Wulst größer oder gleich einer zweiten Wandstärke des Kapselunterteils an der Wulst ist. Als bevorzugtes Material für die Kapsel wird Hartgelatine verwendet.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass ein erster Außendurchmesser des Kapselunterteils oberhalb der Wulst einem Innendurchmesser des Kapseloberteils entspricht, so dass das Kapseloberteil auch vor dem Verschweißen mit der Wulst form- und/oder kraftschlüssig auf dem Kapselunterteil sitzt. Bevorzugt ist dieser Innendurchmesser des Kapseloberteils an einer unteren Kante des Kapseloberteils definiert. Es wird also, bevorzugt noch bevor die Wulst ausgeformt wird, das Kapselunterteil mit dem Medium gefüllt und das Kapseloberteil aufgesteckt. Daraufhin kann die noch nicht vollständig verschlossene Kapsel mittels eines Vakuumgreifers am Kapseloberteil gegriffen werden. Das Medium innerhalb der Kapsel ist dabei stets vor Verschmutzung geschützt.
-
Ferner bevorzugt ist es, dass ein zweiter Außendurchmesser des Kapselunterteils an der Wulst größer oder gleich einem Außendurchmesser des Kapseloberteils ist. Bevorzugt wird auch hier der Außendurchmesser des Kapseloberteils an der unteren Kante des Kapseloberteils definiert. Durch diese Dimensionierung der Wulst ist sichergestellt, dass beim Verschweißvorgang ausreichend Material für die Verbindung zwischen Wulst und Kapseloberteil zur Verfügung steht.
-
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer mit Medium gefüllten Kapsel, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Kapselunterteils, in welchem das Medium aufgenommen ist, und eines Kapseloberteils, Umformen des Kapselunterteils zur Ausbildung einer nach außen gewölbten, innen hohlen Wulst um den gesamten Umfang des Kapselunterteils, und Verschweißen des Kapseloberteils mit der Wulst. Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Kapsel beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren.
-
In bevorzugter Ausbildung des Verfahrens wird das Kapselunterteil mit Medium gefüllt und das Kapseloberteil auf das Kapselunterteil aufgesteckt, noch bevor die Wulst geformt wird. Dadurch ist während der Formung der Wulst und während des Verschweißvorgangs das Medium innerhalb der Kapsel geschützt.
-
Vorteilhafterweise wird das Kapselunterteil in ein Gesenk mit einer eine Negativform der Wulst darstellenden Ringnut eingesetzt, wobei die Wulst mittels Vakuum in der Ringnut geformt wird. Bevorzugt umfasst das Gesenk eine an die Außenform des Kapselunterteils angepasste Aufnahmebohrung. Am Umfang dieser Aufnahmebohrung ist die Ringnut ausgeformt. Zur Prozessoptimierung wird das Gesenk zur gleichzeitigen Aufnahme mehrerer Kapseln ausgestaltet.
-
Bevorzugt wird zum Formen der Wulst Dampf und/oder eine erwärmte Flüssigkeit, insbesondere Wasserdampf und/oder erwärmtes Wasser, in die Ringnut eingeleitet. Bevorzugt gibt es zur Erzeugung. des Vakuums innerhalb der Ringnut zwei Möglichkeiten. Erstens kann das Vakuum mittels einer Pumpe erzeugt werden. Gleichzeitig oder alternativ zur Pumpe wird das Vakuum mittels geschwindigkeitsbedingter Druckunterschiede in der Strömung des Dampfes und/oder der erwärmten Flüssigkeit erzeugt. Durch Einleiten von Wasserdampf bzw. entsprechend erwärmtem Wasser in die Ringnut wird eine schmale ringförmige Zone des Kapselunterteils erwärmt und befeuchtet. Die auf diese Weise für eine lokale Umformung am Kapselunterteil vorbereitete Umformzone wird daran anschließend oder parallel durch Einwirkung des Vakuums radial nach außen zu einer ringförmigen, innen hohlen Wulst umgeformt. Dieser Prozess kann durch axiales Pressen des Kapselunterteils noch unterstützt werden.
-
Bevorzugt werden zum Verschweißen des Kapseloberteils mit der Wulst eine Sonotrode und/oder ein beheiztes Werkzeug verwendet. Nach Fertigstellung der Wulst wird die Kapsel bevorzugt mittels eines Vakuum-Halteteils aus dem Gesenk entnommen. Um eine ungestörte Entnahme zu ermöglichen, wird hierzu das zweigeteilte Gesenk auseinander gefahren. Bevorzugt wird daran anschließend die Kapsel in rohrförmige Ansätze der Sonotrode, oder alternativ des thermisch beheizten Werkzeugs eingesetzt. Die Verschweißung erfolgt sodann durch Plastifizierung bzw. Verschmelzung von Wulst und Kapseloberteil, bzw. dem unteren Rand des Kapseloberteils. Die Flüssigkeitsaufnahme, insbesondere Wasseraufnahme, der aus Gelatine geformten Kapsel bei der vorhergehenden Umformung wirkt einer Versprödung der Fügestelle entgegen. Bevorzugt wird der Verschweißprozess derart ausgelegt, dass die mit einer zähen Flüssigkeit vergleichbare Gelatineschmelze in dem ringförmigen Spalt zwischen Kapselunterteil und Kapseloberteil aufsteigt und zumindest den Randbereich auffüllt. Dadurch entsteht ein zusätzlicher Dichteffekt für die versiegelte und flüssigkeitsdichte Kapsel.
-
Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Anordnung zur Herstellung einer mit Medium gefüllten Kapsel, bestehend aus einem Kapselunterteil, in welchem das Medium aufgenommen ist, und einem auf das Kapselunterteil aufgesteckten Kapseloberteil, wobei die Anordnung ein zumindest zweigeteiltes Gesenk umfasst, wobei das Gesenk zum Formen einer nach außen gewölbten, innen hohlen Wulst am gesamten Umfang des Kapselunterteils eine umlaufende Ringnut als Negativform der Wulst umfasst, und wobei die Anordnung zum Aufbringen eines Vakuums in der Ringnut ausgebildet ist. Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Kapsel und des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgestellten bevorzugten Ausführungen finden selbstverständlich auch bevorzugte Anwendung auf die erfindungsgemäße Anordnung zur Herstellung.
-
Bevorzugt umfasst das Gesenk der Anordnung mehrere Aufnahmen für die Kapsel, so dass an mehreren Kapseln gleichzeitig die Wülste hergestellt werden können. Ferner bevorzugt umfasst die Anordnung einen Vakuum-Halter, welcher dazu ausgebildet ist, die Kapseln an dem Kapseloberteil zu greifen. Ferner bevorzugt umfasst die Anordnung eine Sonotrode und/oder ein beheizbares Werkzeug. Vorteilhafterweise ist das Vakuum-Halteteil dazu ausgebildet, die Kapseln aus dem Gesenk zu entnehmen und in die Sonotrode bzw. in das beheizbare Werkzeug einzusetzen. Die Sonotrode und/oder das beheizbare Werkzeug sind bevorzugt dazu ausgebildet, die Wulst an dem Kapselunterteil mit dem Kapseloberteil zu verschweißen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigt:
-
1 eine fertig verschweißte Kapsel gemäß Ausführungsbeispiel,
-
2 die Kapsel vor dem Verschweißvorgang gemäß Ausführungsbeispiel,
-
3 eine Anordnung zur Herstellung der Kapsel mit dem Gesenk gemäß Ausführungsbeispiel, und
-
4 eine Sonotrode als Bestandteil der Anordnung zur Herstellung der Kapsel gemäß Ausführungsbeispiel.
-
Ausführungsform der Erfindung
-
Im Folgenden wird anhand der 1 und 2 die Kapsel (1) gemäß dem Ausführungsbeispiel genauer erläutert. 1 zeigt dabei die bereits fertig verschweißte und somit flüssigkeitsdichte Kapsel 1. 2 zeigt einen Schnitt durch die Kapsel 1 noch vor dem Verschweißen bzw. Versiegeln.
-
Die Kapsel 1 umfasst ein Kapselunterteil 2 und ein auf das Kapselunterteil 2 aufgestecktes Kapseloberteil 3.
-
Das Kapseloberteil 3 umfasst einen zylindrischen Anteil 19 des Kapseloberteils. Dieser zylindrische Anteil 19 des Kapseloberteils ist oben mit einem kuppelförmigen Anteil 20 des Kapseloberteils verschlossen. An seiner Unterseite ist das Kapseloberteil 3 offen. Dadurch ist eine Unterkante 17 des Kapseloberteils 3 gebildet.
-
Das Kapselunterteil 2 umfasst einen zylindrischen Anteil 21 des Kapselunterteils. Dieser zylindrische Anteil 21 des Kapselunterteils ist unten mit einem kuppelförmigen Anteil 22 des Kapselunterteils verschlossen. An seiner Oberseite ist das Kapselunterteil 2 offen. Kapseloberteil 3 und Kapselunterteil 2 werden mit ihren beiden offenen Seiten ineinander gesteckt, sodass die geschlossene Kapsel 1 entsteht. In der oberen Hälfte, insbesondere im oberen Drittel des zylindrischen Anteils 21 des Kapselunterteils, ist um den gesamten Umfang des Kapselunterteils 2 eine innen hohle Wulst 4 ausgebildet.
-
Vor dem Verschweißen sitzt die Unterkante 17 des Kapseloberteils 3 auf der Wulst 4 auf. Dieser Zustand kurz vor dem vollständigen Aufstecken des Kapseloberteils 3 ist in 2 dargestellt. 1 zeigt sodann die komplette Kapsel 1 nach dem Verschweißvorgang.
-
Das Kapselunterteil 2 weist einen ersten Außendurchmesser 5 oberhalb der Wulst 4 und einen zweiten Außendurchmesser 6 an der Wulst 4 auf. Das Kapseloberteil 3 weist am zylindrischen Anteil des Kapseloberteils 19 einen Innendurchmesser 18 auf. Ein Außendurchmesser des Kapseloberteils 3 am zylindrischen Anteil des Kapseloberteils 19 ist mit 7 bezeichnet. Bevorzugt entspricht in etwa der erste Außendurchmesser 5 dem Innendurchmesser 18. Dadurch steckt das Kapseloberteil 3 bereits vor dem Verschweißen form- und/oder kraftschlüssig auf dem Kapselunterteil 2. Der Außendurchmesser 7 des Kapseloberteils 3 entspricht in etwa dem zweiten Außendurchmesser 6 des Kapselunterteils 2. Dadurch ist die Wulst 4 groß genug ausgestaltet und es steht ausreichend Material zum Verschweißen zur Verfügung. Darüber hinaus ergibt sich somit ein glatter Übergang von der Wulst 4 zum Kapseloberteil 3 im verschweißten Zustand, wie dies auch 1 zeigt.
-
Die 3 und 4 zeigen eine Anordnung 8 zur Herstellung der soeben beschriebenen Kapsel 1.
-
Diese Anordnung 8 zur Herstellung umfasst einen Vakuumhalter 9, ein zweiteiliges Gesenk 10 und eine Sonotrode 14. Die gesamte Anordnung 8 ist zur gleichzeitigen Herstellung von fünf Kapseln 1 ausgestaltet.
-
Der Vakuumhalter 9 ist dazu ausgebildet, die bereits gefüllten, jedoch noch nicht verschweißten Kapseln 1, am Kapseloberteil 3 zu greifen. Der Vakuumhalter 9 greift jeweils fünf dieser Kapseln 1, setzt sie in das Gesenk 10 ein, entnimmt sie wiederum aus dem Gesenk 10 und setzt sie in die Sonotrode 14 ein.
-
Das Gesenk 10 ist zweiteilig ausgestaltet, sodass auch nach Ausformen der Wulst 4 die Kapsel 1 aus dem Gesenk 10 entnehmbar ist. Zur übersichtlichen Darstellung ist nur ein Teil des zweiteiligen Gesenks 10 in 3 gezeigt. Das Gesenk 10 umfasst mehrere Negativformen bzw. Aufnahmebohrungen 11. Diese Negativformen 11 stellen die fertige Form des Kapselunterteils 2 dar. Hierzu umfasst die Negativform 11 eine radial ausgebildete Ringnut 12. In dieser Ringnut 12 ist zumindest eine seitliche Öffnung 13 ausgebildet. Über diese seitliche Öffnung 13 kann einerseits Vakuum aufgebracht werden. Andererseits kann durch diese seitliche Öffnung 13 Wasserdampf und/oder erwärmtes Wasser in die Ringnut 12 eingeleitet werden.
-
Die Sonotrode 14 umfasst fünf Aufnahmen 15. In diese ringförmigen Aufnahmen 15 werden die Kapseln 1 mit bereits ausgebildeter Wulst 4 eingesetzt.
-
Im Prozessablauf greift der Vakuumhalter 9 die bereits gefüllten Kapseln 1 mit aufgestecktem Kapseloberteil 3. Die Kapseln 1 werden in das Gesenk 10 eingesetzt. Durch Einbringen von Wasserdampf in die seitliche Öffnung 13 und durch Erzeugen eines Vakuums in der Ringnut 12 wird das Kapselunterteil 2 umgeformt, sodass die innen hohle Wulst 4 um den gesamten Umfang des Kapselunterteils 2 entsteht. Daraufhin wird das zweiteilige Gesenk 10 auseinandergefahren und der Vakuumhalter 9 entnimmt die Kapseln 1. Sodann setzt der Vakuumhalter 9 die Kapseln 1 in die Sonotrode 14 ein. In der Sonotrode 14 werden mittels Ultraschall die Wulst und die Unterkante 17 des Kapseloberteils 3 erwärmt. Dabei schmilzt das gelatineartige Material lokal. Die Unterkante 17 und die Wulst 4 vereinen sich. Für einen zusätzlichen Dichteffekt steigt ein Teil der Gelatinemasse in den Spalt zwischen Kapsel 3 und Kapselunterteil 2 auf.
-
Bevorzugt umfasst diese Anordnung 8 neben der soeben vorgestellten Vorrichtung zum Verschließen eine vorgeschaltete Kapselfüllmaschine.
-
Wie nun anhand dieses Ausführungsbeispiels gezeigt wurde, kann auf eine sehr prozesssichere und effektive Weise eine flüssigkeitsdichte Kapsel hergestellt werden. Hierbei bedarf es keiner separaten Versiegelung des Kapselunterteils 2, bevor das Kapseloberteil 3 aufgesetzt wird. Darüber hinaus ist die Schweißnaht an der Wulst 4 von außen gut sichtbar, sodass eine optische Dichtheitsprüfung möglich ist.
-
Bevorzugt kommt die Kapsel 1 im medizinischen Bereich zum Einsatz und wird mit einem medizinischen Präparat gefüllt.
