DE102021005494A1

DE102021005494A1 - Trennvorrichtung

Info

Publication number: DE102021005494A1
Application number: DE102021005494.6A
Authority: DE
Inventors: Simon Hörner; Steffen Julinek; Bert Schulze; Jan Waldenmaier
Original assignee: Kocher Plastik Maschinenbau GmbH
Current assignee: Kocher Plastik Maschinenbau GmbH
Priority date: 2021-11-06
Filing date: 2021-11-06
Publication date: 2023-05-11
Also published as: CN219789241U; WO2023078661A1; CN118176100A; EP4426540A1

Abstract

Trennvorrichtung mit einem Trennelement (10), das von einer Halteeinrichtung (12) gehalten ist, die in gegenläufigen Zustellrichtungen mittels einer Antriebseinrichtung (14) bewegbar geführt zumindest in einer Richtung einen Trennvorgang an einem Trenngut durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass- das Trennelement (10) bandförmig ausgebildet ist,- die Halteeinrichtung (12) zwischen gegenüberliegenden Halteteilen (16, 18) das Trennelement (10) aufnimmt, und- das Trennelement (10) mittels der Halteeinrichtung (12) entlang einer Kurvenbahn durch das Trenngut bewegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung mit einem Trennelement, das von einer Halteeinrichtung gehalten ist, die in gegenläufigen Zustellrichtungen mittels einer Antriebseinrichtung bewegbar geführt zumindest in einer Richtung einen Trennvorgang an einem Trenngut durchführt.
Durch WO 02/49821 A2 ist eine Vorrichtung zum Herstellen und Befüllen von Behältern bekannt, mit zumindest einer bewegliche Formwände aufweisenden Form, in die hinein zumindest ein Schlauch plastifizierten Kunststoffmaterials extrudierbar ist, deren Formteile geschlossen werden können, um durch an ihnen befindliche Schweißkanten das vorauseilende Ende des Schlauches zur Bildung eines Behälterbodens zu verschweißen, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines am Schlauch wirksamen und diesen auf weitenden Druckgradienten zur Ausformung des Behälters an den Formwänden, mit einer bewegbaren Schneide, die zur Bildung einer Füllöffnung mittels Durchtrennen des Schlauches oberhalb der Form zwischen einer zurückgezogenen Grundposition und einer Arbeitsposition bewegbar ist, und mit einer Verschiebeeinrichtung zum Bewegen der Form in eine Füllposition zur Befüllung des Behälters durch die Füllöffnung hindurch, wobei als sterile Abdeckung eine zusammen mit der Schneide bewegbare und beheizbare Abdeckplatte vorgesehen ist, die in solcher Lageanordnung und mit solchen Abmessungen bereitgestellt wird, dass sie sich bei der Arbeitsposition der Schneide oberhalb der in die Füllposition führenden Bewegungsbahn der Form befindet und die Füllöffnung überdeckt. Die eingesetzte heiße Schneide dient der Trennung des Schlauches und weist eine Keilform auf mit konisch verlaufenden Trennflächen. Durch das Abdecken der Füllöffnung des Schlauches mit einer sterilen Barriereplatte soll der Gefahr begegnet werden, dass nach dem Durchtrennen des Schlauches Partikel oder ggf. keimhaltige Umgebungsluft in die offene Füllöffnung gelangen könnten, bevor die Form den Abfüllsterilraum erreicht hat. Dabei wird die Barriereplatte auf eine keimabtötende Temperatur, vorzugsweise von mehr als 150°C, erhitzt.
Trotz dieser Vorkehrungen kommt es beim dahingehend heiß durchgeführten Schnitt des Kunststoffschlauches, insbesondere auf den keilförmigen, heißen Trennflächen durch Verbrennungsvorgänge des Kunststoffmaterials zu Oxidations- und Zersetzungsprodukten und Rauchpartikeln, - im Folgenden auch kurz mit Kontaminanten bezeichnet -, die durch den Schnitt unmittelbar zwischen der Barriereplatte und der Füllöffnung erzeugt werden. Somit lenkt die Barriereplatte Kontaminanten eher ins Innere des Schlauches und damit in das Behälterinnere als dies zu verhindern. Überdies verhindert die Barriereplatte das effiziente Absaugen der Kontaminanten aus dem Bereich der Füllöffnung. Das eigentliche Problem des Schneidvorganges, nämlich die Bildung von insbesondere partikulären Kontaminanten wird durch diesen Stand der Technik nicht adressiert.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dahingehende Schneidvorrichtungen im Stand der Technik zu verbessern. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Trennvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1

- das Trennelement der Trennvorrichtung bandförmig ausgebildet ist,
- die Halteeinrichtung zwischen gegenüberliegenden Halteteilen das Trennelement aufnimmt, und
- das Trennelement mittels der Halteeinrichtung entlang einer Kurvenbahn durch das Trenngut bewegbar ist,

Demgemäß lassen sich mit der erfindungsgemäßen Trennvorrichtungslösung auch verbesserte Trenn- oder Schnittgeometrien am Schlauchmaterial erhalten, was das Durchführen nachfolgender Verarbeitungsschritte erleichtert. Des Weiteren sind die zu bewegenden Massen reduziert, indem es eben genügt ein leichtes Trennelement mittels der Halteeinrichtung entlang den gegenläufigen kurvenförmigen Zustellrichtungen vor und zurück zu bewegen im Gegensatz zu der vorhergehend beschriebenen massiven Ausgestaltung mit einer heißen Barriereplatte und keilförmiger Schneide nach der vorgenannten WO 02/49821 A2 , was die Präzision beim erfindungsgemäßen Trennvorgang verbessert sowie eine sinnvolle Strömung der partikel- und keimarmen Reinluft erst ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung ist vorgesehen, dass das Trennelement gegenüber der jeweiligen Zustellrichtung mit einer vorgebbaren Neigung in der Halteeinrichtung aufgenommen ist. Vorzugsweise ist das bandförmige Trennelement für den Erhalt der vorgebbaren Neigung mit einem Neigungswinkel in der Halteeinrichtung aufgenommen, der in Bezug zur Horizontalen zwischen 3 bis 15°, bevorzugt zwischen 3 bis 10°, beträgt, so dass bei einer horizontalen Zustellbewegung des Trennelementes eine zugeordnete Trennkante in der Vertikalen gesehen zuunterst an dem Trennelement angeordnet ist. Mit Auftreffen der Trennkante auf das Trenngut, regelmäßig in Form eines Schlauches, kommt es zu einer linienförmigen, fortschreitenden Auftrennung der zu durchtrennenden Wandabschnitte und aufgrund der leicht ansteigenden Neigung des ansonsten entlang einer Kurvenbahn geführten Trennelementes gegenüber einer Bezugshorizontalen erfolgt ein schonender Trennvorgang unter Minimierung der Entstehung von Kontaminanten jedweder Art. Dabei wird das abgetrennte Kunststoffmaterial auf der Oberseite des bandförmigen Trennelementes nahezu kräftefrei geführt, wohingegen der untere Schlauchabschnitt sich von dem Trennelement verfahrensbedingt entfernt, so dass Kontaminanten durch ungewollten Wärmeeintrag erst gar nicht in diesem Bereich entstehen können. Insbesondere sind mit dem Trennvorgang glatt verlaufende Wandteile an der Trennstelle erreicht, die die späteren Umformprozesse in der Herstellmaschine erleichtern helfen.
Im Rahmen einer kontaminationsarmen Trennung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Trennelement ausgehend von seiner Trennkante unter Bildung des Bandes mit zwei gegenüberliegenden, parallel zueinander verlaufenden Flächen versehen ist, wobei es sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat, im Querschnitt gesehen das Trennelement asymmetrisch auszubilden und an einer Seite, die der Zufuhrrichtung des Trenngutes zugewandt ist, eine konkave Fläche und gegenüberliegend eine konvexe Wölbung vorzusehen. Anstelle der konvexen Krümmung lassen sich auch gute Ergebnisse erreichen, wenn die gegenüberliegende Seite geradlinig in einer Horizontebene verlaufend ausgebildet ist. Im Zusammenwirken mit der konkav/konvex ausgebildeten Bandfläche des Trennelementes mit der Bewegung desselben entlang der Kurvenbahn ergeben sich besonders gute Trennvorgänge bei weitgehender Vermeidung der Kontaminantenbildung.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Trennvorrichtung ist vorgesehen, dass das Trennelement als Teil einer Widerstandsheizung elektrisch beheizbar ist, und vorzugsweise die Temperatur des Trennelementes geregelt und überwacht ist, besonders bevorzugt unter Einsatz mindestens eines Thermoelementes. Neben dem angesprochenen Thermoelement kann alternativ oder zusätzlich die Temperaturmessung auch durch berührungslose, optische Temperaturmessung, beispielweise mittels Pyrometer oder einer Infrarotkamera erfolgen, und die derart erhaltenen Werte können in die Temperaturregelung für den Trennvorgang mit einbezogen werden.
Durch Regelung der Stromstärke kann die Temperatur des Schneid- oder Trennbandes auf eine gewünschte Temperatur eingestellt und konstant gehalten werden. Es versteht sich, dass die optimale Bandtemperatur abhängig ist vom eingesetzten Kunststoff für das Schlauchmaterial und ferner abhängig ist von der speziellen Schlauchgeometrie sowie der Wandstärke des Schlauches.
In vorteilhafter Weise kann das bandförmige Trennelement im stationären Zustand kurzzeitig auf weit höhere Temperaturen aufgeheizt werden, um die Sterilität zu gewährleisten. Auch werden hierbei eventuell am Trennelement anhaftende Verunreinigungen gezielt vorab und nicht während des eigentlichen Schlauchschnittes verbrannt, unter zusätzlichem Absaugen von entstehenden Verbrennungsgasen, wobei die erfindungsgemäße Neigung des Trennelementes gegenüber der Horizontalen maßgeblich zur verbesserten Strömungsführung beiträgt.
Um die thermische Längenausdehnung des bandförmigen Trennelementes durch unterschiedliche Temperaturen auszugleichen, und es für anstehende Schneid- oder Trennvorgänge stets in gespannter Position zu halten, ist es von Vorteil die Halteeinrichtung als Haltebügel zu konzipieren, die mit ihren gegenüberliegenden Bügelteilen als den Halteteilen das bandförmige Trennelement, vorzugsweise mit vorgebbarer Vorspannung, an seinen freien Bandenden insoweit unter Zug festhält. Dergestalt kann bei weit geringeren Einsatz-Temperaturen das Trennelement von seinen Bandmaßen her auch eine geringere Breite und/oder Dicke aufweisen und trotzdem noch über die mechanische Stabilität verfügen, die man für die angesprochenen Trennvorgänge benötigt, was der angestrebten Schnittqualität zugutekommt. Insbesondere kann dergestalt die Steifigkeit des Bandmaterials bei den erfindungsgemäß angesprochen niedrigen Anwendungstemperaturen deutlich erhöht werden. Dies wiederum ermöglicht eine zusätzliche Reduzierung der Kontaktfläche von Schlauch und bandförmigem Trennelement unter Einbezug seiner Neigung und trägt somit neben der reduzierten Temperatur zu einer Minimierung der Rauchbildung und somit zu einer Minimierung der angesprochenen Kontaminanten mit bei.
Grundsätzlich kann das bandförmige Trennelement auch „kalt“ gefahren werden, d.h. ohne zusätzliche Wärmezufuhr zum Trennelement, unter der Voraussetzung, dass das Trenngut in Form des Schlauches bei der herrschenden Temperatur über entsprechende geometrische und mechanische Eigenschaften verfügt, die für den Trennvorgang geeignet sind.
Als besonders kostengünstig in der Realisierung hat es sich erwiesen, als Antriebseinrichtung einen Elektromotor oder einen Linearantrieb, wie einen Pneumatikzylinder, zu verwenden, deren jeweilige Drehachse eine Schwenkachse für die Halteeinrichtung bildet, die mit ihrer einen freien Stirnseite an dem Antrieb angelenkt und mit ihrer anderen freien Stirnseite frei von einer Lagerung gehalten ist. Dergestalt ist ein verzögerungsfreies Ansteuern des Trennelementes entlang der Kurvenbahn ermöglicht.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung ist vorgesehen, dass unterhalb der tiefsten Stelle der mit dem Trennelement erreichten Kurvenbahn eine Absaugeinrichtung vorgesehen ist, mit mindestens einer Zufuhr für ein gasförmiges Medium (beispielsweise partikel- und keimarme Luft) sowie einer korrespondierenden Abfuhr für das dahingehende Medium und, dass Zu- und Abfuhr auf gegenüberliegenden Seiten der Absaugeinrichtung angeordnet sind, die von dem Trennelement auf seiner Kurvenbahn zumindest teilweise überstrichen werden. Dergestalt lässt sich im Bereich des Trennvorganges etwaig entstehende Kontaminanten zeitnah und effektiv aus dem Trennbereich des Schlauches abführen.
Die Trennvorrichtung lässt sich für ein erfindungsgemäßes Verfahren einsetzen, das vorzugsweise dem Herstellen eines geformten, befüllten und verschlossenen Behältererzeugnisses dient und zumindest die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

- Extrusion eines Schlauches mittels einer Extrusionseinrichtung, vorzugsweise unter Verwendung von Stützgas, in vertikaler Extrusionsrichtung,
- Vorzugsweise Schließen des Schlauches an seinem unteren Ende,
- Anlegen einer Haltebacke und/oder eines Schlauchgreifers am Schlauch,
- Abtrennen des Schlauches als dem Trenngut an seinem oberen offenen Ende mit Hilfe der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung,
- Ausformen eines derart abgetrennten Schlauchabschnittes in einem Formwerkzeug durch einen Druckgradienten,
- Befüllen und Verschließen des ausgeformten Schlauchabschnittes, und
- Öffnen des Formwerkzeuges und Austragen des verschlossenen Behältererzeugnisses.

Dergestalt ist ein sehr kontaminationsarmes Verfahren realisiert, bei dem sich große Mengen von fertigen Behältererzeugnissen durch Abtrennen mittels der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung von Schlauchabschnitten sicher herstellen lassen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Behältererzeugnis, insbesondere hergestellt mit einer Trennvorrichtung und einem Verfahren wie vorstehend angegeben, wobei als Kunststoffmaterial cycloolefin (COC, COP), fluor- und/oder chlorhaltige thermoplastische Polymere eingesetzt sind. Für diesen Anwendungsbereich der Behälterherstellung kommt der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung besondere Bedeutung zu, da sich mit ihr Trennvorgänge kontaminationsarme auch bei geringen Temperaturen durchführen lassen, um zuverlässig zu vermeiden, dass im Rahmen des Trennvorganges beispielsweise hochtoxische und korrosive fluor- oder chlorhaltige Gase entstehen können, die bereits aus Gründen der Arbeitssicherheit heraus inakzeptabel sind.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Trennvorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung sowie stark vereinfacht die

1 und 2 eine perspektivische Draufsicht auf wesentlichen Komponenten der Trennvorrichtung unter Verwendung eines Elektromotors bzw. eines Pneumatikzylinders als Teil der Antriebseinrichtung;
3 eine stirnseitige Ansicht auf einen 8-fach Schlauchkopf nebst einer darunter angeordneten Haltebacke und mit der dazwischen angeordneten Trennvorrichtung nach der 1;
4 im Querschnitt gesehen eine mögliche Bandausgestaltung für das Trennelement der Trennvorrichtungen nach den 1 und 2; und
5 in perspektivischer Draufsicht einen Teilausschnitt der Haltebacke mit der darüber angeordneten Schlauchkopfabgabe und dazwischen angeordnetem Trennelement, das entlang einer Kurvenbahn oberhalb der Haltebacke verfahrbar geführt ist.

Die in 1 gezeigte Trennvorrichtung weist ein Trennelement 10 auf, das von einer Halteeinrichtung 12 gehalten ist, die in gegenläufigen kurven- oder bogenförmigen Zustellrichtungen mittels einer Antriebseinrichtung 14 bewegbar geführt ist. Die genannten beiden Zustellrichtungen (vor und zurück) liegen in einer gemeinsamen Kurvenbahn, die ein Kreissegment ausbilden kann und deren tiefste Stelle in der Vertikalen gesehen in 5 dargestellt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Trennelement 10 mittels der bügelartigen Halteeinrichtung 12 für einen Trennvorgang an einem Trenngut in Form mindestens eines extrudierten, warmem Kunststoffschlauches geführt, wobei sich in Blickrichtung auf die 1 gesehen das Trennelement 10 auf den Betrachter in der einer kurvenförmigen Zustellrichtung für den Trennvorgang nach vorne zubewegt und nach Beendigung des Trennvorganges verfährt das Trennelement 10 in die gegenläufige Zustellrichtung zurück.
Wie sich des Weiteren aus der 1 ergibt, ist das Trennelement 10 bandförmig ausgebildet, und die Halteeinrichtung 12 nimmt zwischen gegenüberliegenden armartigen Halteteilen 16, 18 das Trennelement 10 auf. Wie die 4 zeigt, kann das bandförmige Trennelement 10 für den Erhalt einer vorgebbaren Neigung mit einem Neigungswinkel α in der Halteeinrichtung 12 endseitig aufgenommen, der für das vorliegende Ausführungsbeispiel von der Horizontalen aus gesehen exemplarisch etwa 5° Grad betragen soll, der jedoch in der 4 der vereinfachten Darstellung wegen nicht maßstäblich wiedergegeben ist. Es versteht sich, dass gemäß der Darstellung nach der 4 bei der beschriebenen bogenförmigen Zustellbewegung des Trennelementes 10 nach vorn eine zugeordnete untere Trennkante 20 in der Vertikalen gesehen zuunterst an dem bandförmigen Trennelement 10 angeordnet ist.
Des Weiteren kann das Trennelement 10 ausgehend von dieser Trennkante 20 unter Bildung des Bandes zwei gegenüberliegende parallel zueinander verlaufende Bandflächen (nicht dargestellt) aufweisen, wobei in bevorzugter Ausführung gemäß der Darstellung nach der 4 im Querschnitt gesehen das Trennelement 10 asymmetrisch gebildet ist und an einer Seite 22, die der oberen vertikalen Zufuhrrichtung des Trenngutes in Form mindestens eines Schlauches zugewandt ist, konkav und auf der gegenüberliegenden Seite 24 eben verlaufend ausgebildet ist. Es besteht auch die Möglichkeit bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform in Abhängigkeit des Materials des zu schneidenden Trenngutes, die untere Bandfläche 24 konvex auszubilden.
Das Trennelement 10 ist als Teil einer Widerstandsheizung elektrisch beheizbar, wobei die jeweilige Temperatur des Trennelementes 10 überwacht ist unter Einsatz mindestens eines -nur schematisch dargestellten- Thermoelementes 26, das in Blickrichtung auf die 1 gesehen am linken Ende des Trennelementes 10 angebracht ist. In der 1 sind die elektrischen Zufuhrleitungen 27 zu dem Trennelement 10 führend dargestellt. Es besteht aber auch gegebenenfalls die Möglichkeit die Stromzuführung über die armartigen Haltearme 16,18 direkt zu realisieren. Durch Regelung der Stromstärke im Rahmen der Widerstandsheizung kann die Temperatur des gezeigten bandförmigen Trennelementes 10 auf eine gewünschte Temperatur eingestellt und geregelt werden. Typischerweise werden konstante Spannungen zwischen 5 und 25 V Wechselspannung bei variablen Stromstärken im Bereich von 5 bis 150 A verwendet. Als Thermoelement 26 werden bevorzugt hochflexible, mineralisolierte Elemente vom Typ K verwendet. Die optimale Bandtemperatur ist abhängig vom verwendeten Kunststoff des extrudierten Schlauches und seiner Geometrie sowie seiner Wandstärke und insoweit durch die Temperaturregelung einstellbar. Die Trennung von halogenhaltigen Kunststoffen, wie beispielsweise PFA/MFA, FEP, PVDF, ETFE und ECTFE sowie PCTFE, insbesondere fluorhaltigen Kunststoffen, erfolgt bei Temperaturen von 80°C bis 300°C, bevorzugt bei 100°C bis 250°C, besonders bevorzugt bei 180°C bis 230°C, wobei sich die vorstehend gewählten Abkürzungen für den Kunststoff aus ISO 1043-1 :2016-09 ergeben.
In vorteilhafter Weise wird das bandartige Trennelement 10 respektive das Schneidband im stationären Zustand kurzzeitig auf weit höhere Temperaturen aufgeheizt, um die Sterilität zu gewährleisten. Hierdurch können eventuell am Trennelement 10 anhaftende Verunreinigungen gezielt außerhalb des eigentlichen Trennvorganges oder Schlauchschnittes entfernt und die insoweit entstehenden Gase oder Dämpfe abgesaugt werden. Um die Längenausdehnung des Trennelementes 10 durch die erhöhte Temperatur auszugleichen und stets für einen Trennvorgang in gespannter Position zu halten, ist es zweckmäßig das Trennelement 10 mit einer vorgebbaren mechanischen Spannung in die Halteteile 16, 18 der Halteeinrichtung 12 einzusetzen. Es besteht aber auch die Möglichkeit über eine nicht näher dargestellte Vorspanneinrichtung die beiden Haltearme 16, 18 in gegenläufiger Richtung mit einer Spannkraft zu versehen, um dergestalt eine Vorspannung auf das Trennelement 10 ausüben zu können.
Durch gegenüber dem Stand der Technik weit geringere Einsatztemperaturen kann das Trennelement demgemäß auch eine geringere Breite und/oder Dicke aufweisen und trotzdem noch genügend mechanische Stabilität für den Trennvorgang zur Verfügung stellen, da die Steifigkeit des Materials für das Trennelement 10 im Hinblick auf die niedrigen Anwendungstemperaturen zwangsläufig weitaus höher ist. Dies wiederum ermöglicht auch eine zusätzliche Reduzierung der möglichen Kontaktfläche von extrudiertem Schlauch und dem Trennelement 10 und trägt somit neben der reduzierten Einsatztemperatur auch zusätzlich zu einer Minimierung der unerwünschten Bildung von Kontaminanten bei.
Gemäß der Darstellung nach der 4 hat das Trennelement 10 eine mittlere Dicke von etwa 1 mm bei einer Breite von etwa 10 mm, gemessen von der Trennkante 20 zur Rückseite 28 des Trennelementes 10. Je nach Anzahl der zu durchtrennenden Schläuche eines Mehrfachschlauchkopfes 30 wie er stark vereinfacht und nur ausschnittsweise in der 2 wiedergegeben ist, kann das Trennelement 10 eine Länge von bis zu ca. 400 mm aufweisen; gemessen in horizontaler Ausrichtung zwischen den Halteteilen 16, 18. So ist eine dahingehende Länge ausreichend, wenn wie im vorliegenden Fall der Mehrfachschlauchkopf 30 acht Extrusionsdüsen 32 für acht zeitgleich austretende Kunststoffschläuche (nicht dargestellt) aufweist. Wiederum in Abhängigkeit des eingesetzten Kunststoffmaterials liegt die bevorzugte Trenn- oder Schnittgeschwindigkeit für das Trennelement 10 im Bereich von 100 bis 600 mm/s, bevorzugt zwischen 200 bis 500 mm/s.
Erfindungsgemäß gelingt das kontaminationsarme Trennen auch dünnwandiger Schläuche aus spezifisch leichten Polymeren wie Polypropylen (PP), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) sowie von Cycloolefinpolymeren (COP) und Cycloolefincopolymeren (COC). Ebenso ist es möglich Mehrschicht-Schläuche, die durch Coextrusion hergestellt sind, wie dies beispielsweise in EP 1 616 549 B1 aufgezeigt ist, erfindungsgemäß zu schneiden.
Bevorzugt werden Polymermaterialien mit einem Zugmodul bei Raumtemperatur nach DIN EN ISO 527 (2019-12) von weniger als 2,2 GPa, bevorzugt weniger als 2 GPa, eingesetzt. Der Querschnitt des zu schneidenden Schlauches kann im Wesentlichen kreisförmig sein oder insbesondere bei der Herstellung von Ampullenblöcken nach dem BFS-Verfahren teilweise kollabiert einen eher ovalen Querschnitt aufweisen.
Für den Erhalt der Kurvenbahn des Trennelementes dient ein Elektromotor 34, dessen Abtriebsachse eine Drehachse 36 bildet, entlang der die bügelartige Halteeinrichtung 12 als Ganzes schwenkbar über eine zugeordnete Schwenkeinrichtung 38 geführt ist.
Bei der Ausführungsform nach der 2 greift ein Linearantrieb in Form eines Pneumatikzylinders 40 an der Antriebseinrichtung 14 für die bügelartige Halteeinrichtung 12 an, wobei der Pneumatikzylinder 40 an seiner freien Gehäuseseite schwenkbar an einer Aufnahme 42 als Teil der Antriebseinrichtung 14 angelenkt ist und mit seiner anderen Stangenseite an einer Schwenkhalterung 43, die wiederum entlang einer Schwenk- oder Drehachse 36 an der Aufnahme 42 schwenkbar angreift. In der 2 sind noch die Anschlüsse 44 für die Kabelführung 27 zu sehen, die der Einfachheit halber wegen in der 2 weggelassen wurde.
Das erfindungsgemäße Herstellverfahren unter Einsatz einer Trennvorrichtung wie vorstehend beschrieben, wird nunmehr detailliert anhand der Darstellung nach der 3 aufgezeigt. Das Verfahren dient insbesondere dem Herstellen von geformten, befüllten und verschlossenen Behältererzeugnissen, beispielsweise Ampullen oder Flaschen. Dahingehend nach dem sogenannten BFS-Verfahren hergestellte Behälter sind auf dem Markt in einer Vielzahl von Ausführungsformen erhältlich, so dass hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Insbesondere handelt es sich um Behälter für medizinische Zwecke, die als Leichtgewichtsbehälter ein Füllvolumen von weniger als 2 Liter aufweisen und/oder ein Leergewicht von weniger als 0,06 kg haben.
Für den Erhalt dahingehender Behältererzeugnisse ist es notwendig einen Schlauch zu extrudieren mittels einer üblichen Extru- sionseinrichtung unter Verwendung von Stützgasen in vertikaler Extrusionsrichtung. Im Rahmen des dahingehenden Herstellprozesses weist der 8-fach-Schlauchkopf 30 nach der 3 an seiner vorderen Stirnseite einen Anschluss 46 an die dahingehende Extrusionseinrichtung auf und über die 8 Abgabedüsen 32 an der Unterseite des Schlauchkopfes 30 werden die acht einzelnen Schläuche zur weiteren Behälterherstellung abgegeben. Zur Lageeinstellung der Düsen 32 und als Teil des Schlauchkopfes 30 dient in üblicher Weise ein Halte-Verstellelement 48.
Bevorzugt wird anschließend der jeweilige Schlauch an seinem unteren Ende geschlossen unter Anlegen einer Haltebacke 52 am Schlauch. Anstelle der in 3 gezeigten Haltebacke 52 kann auch in üblicher Weise ein hierfür geeigneter Schlauchgreifer entsprechend der nachveröffentlichten DE 10 2020 002 077.7 treten. Danach erfolgt das Abtrennen des Schlauches an seinem oberen, offenen Ende mithilfe der Trennvorrichtung wie vorstehend vorgestellt, wobei gemäß der Darstellung nach der 1 als Antriebseinrichtung 14 der Elektromotor 34 dient, der entsprechend angesteuert die Halteeinrichtung 12 mittels der Schwenkhalterung 38 nach vorne in die eine Trenn-Zustellrichtung bogenförmig bewegt und hierbei mittels des Trennelementes 10 den Trennvorgang am jeweiligen Schlauch entlang der Kurvenbahn durchführt. Anschließend schwenkt der Elektromotor 34 das Trennelement 10 wieder zurück in seine Ausgangsstellung.
Üblicherweise ist während des Trennvorganges der über die jeweilige Düse 32 abgegebene Kunststoffschlauch noch wärmeweich. Eine geeignete Haltebackenlösung ist in WO 02/49821 A2 beispielhaft offenbart und ein Schlauchgreifer ist entsprechend in der nachveröffentlichten DE 10 2020 002 077.7 gezeigt. Die im Wesentlichen kreisbogenförmige Bahn (Kurvenbahn) für das Trennelement 10 weist einen Radius von ca. 100 mm bis 300 mm, bevorzugt von 150 bis 220 mm auf. Sofern der Elektromotor 34 als Schrittmotor ausgebildet ist, können unterschiedliche Schneidgeschwindigkeiten auch während eines Schneidzyklus realisiert werden. Beispielsweise sind ein schnelles Heranfahren an den Schlauch, ein langsameres Durchtrennen und ein schnelles Bewegen nach dem Schnitt möglich. Es kommt während des Schnitt- oder Trennvorganges nur zu einer ausgesprochen geringen Bildung partikulärer Kontaminanten, da es neben der optimal niedrigen Schneidtemperatur durch die bogenförmige Schnittführung sowie die asymmetrische Geometrie des Schneidbandes, beispielsweise nach der Ausgestaltung gemäß 4, nur zur minimalen Kontaktfläche im Sinne einer Kantenberührung zwischen der bandförmigen Trenneinrichtung 10 und dem Schlauch kommt. Dieser Effekt kann noch weiter unterstützt werden, sofern das Trennelement 10 in der Halteeinrichtung 12 aufgenommen, um einen vorgebbaren Neigungswinkel α gegenüber einer horizontalen Bezugsebene geneigt ist.
Ebenso lässt sich mittels der pneumatischen Antriebseinrichtung 40 nach der 2 der bogen- oder kurvenförmige Bahnverlauf für das bandförmige Schneidband 10 erreichen.
Wie insbesondere die 5 zeigt, ist die Haltebacke 52 mit ihren einzelnen kreisförmigen Durchgriffsöffnungen 54 randseitig von Leisten 55 begrenzt, die paarweise einander gegenüberliegend schlitzförmige Zufuhröffnungen 56 sowie gleichfalls schlitzförmige Abfuhröffnungen 58 für partikel- und keimarme Luft, im Folgenden auch als Reinluft bezeichnet, aufweisen. Dank dieser Reinluftführung lassen sich etwaig auftretende Kontaminanten auf kürzestem Weg zielgerichtet abführen, und des Weiteren ergibt sich aufgrund der Reinluftführung bedarfsweise eine Kühlung des offenen Schlauchabschnittes, was zur Stabilisierung der insoweit hergestellten Öffnung mit beiträgt. Die Reinluft wird dabei in der Art einer Barriereströmung horizontal geführt, wie dies die 5 anhand der einzelnen parallel zueinander verlaufenden Strömungspfeile von links nach rechts zeigt, wobei wie in 5 gezeigt die Richtung der Reinluftströmung der Richtung des Trennvorganges im Wesentlichen entspricht.
Nach dem Abtrennen des jeweiligen Schlauchabschnittes vom Schlauch wird dieser in üblicher Weise in einem Formwerkzeug durch einen Druckgradienten ausgeformt, die so erhaltenen Behälter anschließend wiederum in üblicher Weise befüllt und verschlossen. Nach Öffnen des Formwerkzeuges und Austragen des verschlossenen und insoweit fertig hergestellten Behältererzeugnisses ist das Herstellverfahren abgeschlossen, das in bevorzugter Ausgestaltung eine quasi-kontinuierliche Herstellung von Behältererzeugnissen jedweder Art im Rahmen des BFS-Verfahrens erlaubt. Die angesprochene Trennung erfolgt dabei vorzugsweise in einem geringen Abstand zu der Haltebacke 52 nach der 3 respektive zu einem eingesetzten Schlauchgreifer, bevorzugt mit einem Minimalabstand von weniger als 5 mm, besonders bevorzugt von weniger als 3mm. Als besonders geeignet im Rahmen der Trennung haben sich Kunststoffschläuche und abgetrennte Schlauchabschnitte aus Kunststoffmaterialien erwiesen, bestehend aus mindestens einem teilkristallinen oder amorphen Polyolefin, die ein mittleres Gewicht von weniger als 0,1 kg, bevorzugt weniger als 0,07 kg, und eine mittlere Wandstärke von weniger als 0,5 cm, bevorzugt weniger als 0,2 cm, aufweisen. Bevorzugt lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Einbezug der beschriebenen Trennvorrichtung BFS-Behälter aus halogenhaltigen Polymeren, insbesondere Fluorpolymeren wie PVDF, herstellen. Dahingehende Behälter, wozu auch Ampullenerzeugnisse zählen, sind besonders geeignet für die Aufnahme von Arzneimitteln, die teilfluorierte Alkane enthalten, insbesondere Perfluorohexyloctan für Inhalativa. Ferner sind sie geeignet für Präparate der Augenheilkunde, beispielsweise für schlecht wasserlösliche prostaglandin-analoge Wirkstoffe ( EP 2 110 126 B9 , US 2020/0360285 A1 ).
Ferner können Arzneimittel abgefüllt werden, in denen Dimethylsulfoxid (DMSO) eingesetzt ist, beispielsweise für Schmerzgele und Sprays auch in Kombination mit Diclofenac und Heparin sowie zur Warzenbehandlung mit Fluorouracil.
Für Tierarzneimittel können Behälter aus fluorhaltigen Polymeren in vorteilhafter Weise bei flüssigen Antiparasitika eingesetzt werden, die N-methylPyrrolidon als Lösungsmittel enthalten und Imidacloprid, Permethrin und/oder Butylhydroxytoluol (E321) und/oder Butylhydroxyanisol (E320).
Eine besondere Bedeutung kommt den BFS-Behältern, die zumindest teilweise aus fluorhaltigen Polymeren oder Cycloolefinpolymeren (COP) oder Cycloolefincopolymeren (COC) bestehen, bei der Verpackung flüssiger Arzneimittel zu, deren Formulierungsbestandteile zur Absorption an Behälteroberflächen aus Glas, Polyethylen oder Polypropylen neigen. Hierzu gehören beispielsweise Aromastoffe oder die Konservierungsmittel, wie Benzalkoniumchlorid, Benzoate sowie die für Insulin typischer Weise verwendeten Konservierungsmittel m-Kresol und Phenol.
Ferner eignen sich die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nebst Vorrichtung hergestellten BFS-Behälter aus fluorhaltigen oder cycloolefinhaltigen (COC, COP) Polymeren für die Verpackung von Formulierungen, die zumindest ein Protein als Wirkstoff enthalten, der zur Absorption neigt ( EP 3 572 061 A 1). Mit der angesprochenen erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, die beim Trenn- oder Schlauchschnitt entstehenden Kontaminanten zu minimieren durch polymerspezifische und schlauchgeometriespezifisch regelbare optimale Bandtemperaturen, sowie durch Erreichen einer minimalen Kontaktfläche zwischen dem bandförmigen Trennelement 10 und dem wärmeweichen Schlauch durch die angesprochenen Schneidbandabmessungen sowie die Geometrie und insbesondere durch die Schrägstellung gegenüber einer horizontalen Ebene um den Neigungswinkel α.
Dergestalt ist auch ein sicherer, glatter Schnitt durch dünnwandige Schläuche geringen spezifischen Gewichts erreicht, und durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich eine hohe Produktionssicherheit durch einen verschleiß- und wartungsarmen Betrieb mittels der beschriebenen Trennvorrichtung erreichen. Die Trennvorrichtung benötigt wenig Einbauraum in BFS-Herstellmaschinen und aufgrund des geringen Platzbedarfes besteht auch die Möglichkeit der Zufuhr von Reinluft nebst Absaugung, was das Kontaminationsrisiko für die Behältererzeugnisse erheblich reduziert. Da die Trennvorrichtung nur eine geringe zu bewegende Masse aufweist, im Wesentlichen gebildet durch die Halteeinrichtung 12 mit dem Trennelement 10, sind sehr schnelle Schnittbewegungen möglich, so dass sich hohe Produktionsgeschwindigkeiten erreichen lassen, was die Herstellkosten für die angesprochenen BFS-Behältnisse senken hilft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 0249821 A2 [0002, 0006, 0034]
EP 1616549 B1 [0027]
DE 102020002077 [0033, 0034]
EP 2110126 B9 [0037]
US 2020/0360285 A1 [0037]
EP 3572061 A [0041]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 527 [0028]

Claims

Trennvorrichtung mit einem Trennelement (10), das von einer Halteeinrichtung (12) gehalten ist, die in gegenläufigen Zustellrichtungen mittels einer Antriebseinrichtung (14) bewegbar geführt zumindest in einer Richtung einen Trennvorgang an einem Trenngut durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass - das Trennelement (10) bandförmig ausgebildet ist, - die Halteeinrichtung (12) zwischen gegenüberliegenden Halteteilen (16, 18) das Trennelement (10) aufnimmt, und - das Trennelement mittels der Halteeinrichtung (12) entlang einer Kurvenbahn durch das Trenngut bewegbar ist.
Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (10) gegenüber der jeweiligen Zustellrichtung mit einer vorgebbaren Neigung (α) in der Halteeinrichtung (12) aufgenommen ist.
Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bandförmige Trennelement (10) für den Erhalt der vorgebbaren Neigung mit einem Neigungswinkel (α) in der Halteeinrichtung (12) aufgenommen ist, der in Bezug zur Horizontalen zwischen 3 bis 15°, bevorzugt zwischen 3 bis 10°, beträgt, so dass bei einer horizontalen Zustellbewegung des Trennelementes (10) eine zugeordnete Trennkante (20) in der Vertikalen gesehen, zuunterst an dem Trennelement (10) angeordnet ist.
Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (10) ausgehend von seiner Trennkante (20) unter Bildung des Bandes zwei gegenüberliegende, parallel zueinander verlaufende Flächen aufweist oder, dass im Querschnitt gesehen das Trennelement (10) asymmetrisch ist und an einer Seite (22), die der Zufuhrrichtung des Trenngutes zugewandt ist, konkav und auf der gegenüberliegenden Seite (24) konvex oder geradlinig verlaufend ausgebildet ist.
Trennvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (10) als Teil einer Widerstandsheizung elektrisch beheizbar ist und vorzugsweise die Temperatur des Trennelementes (10) überwacht ist, besonders bevorzugt unter Einsatz mindestens eines Thermoelementes (26).
Trennvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Trennelementes (10) und/oder die des Trennguts derart gewählt ist, dass es überwiegend zu einem Aufschmelzvorgang des Kunststoffmaterials des Trennguts kommt.
Trennvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (14) einen Elektromotor (34) oder einen Linearantrieb, wie einen Pneumatikzylinder (40), aufweist, deren jeweilige Drehachse (36) eine Schwenkachse für die Halteeinrichtung (12) bildet, die mit ihrer einen freien Seite an dem jeweiligen Antrieb angelenkt und mit ihrer anderen freien Seite frei von einer Lagerung gehalten ist.
Trennvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (12) als Haltebügel konzipiert, mit ihren gegenüberliegenden Bügelteilen als den Halteteilen (16, 18), das bandförmige Trennelement (10) an seinen freien Bandenden festhält und zumindest während des Trennvorganges eine mechanische Vorspannung auf das Trennelement (10) ausübt.
Trennvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der tiefsten Stelle der mit dem Trennelement (10) erreichten Kurvenbahn eine Absaugeinrichtung (50) vorgesehen ist, mit mindestens einer Zufuhr (56) für ein gasförmiges Medium (Reinluft) sowie einer korrespondierenden Abfuhr (58) für das dahingehende Medium und dass Zu- und Abfuhr (56, 58) auf gegenüberliegenden Leisten (55) der Absaugeinrichtung (50) angeordnet sind, die von dem Trennelement (10) auf seiner Kurvenbahn zumindest teilweise überstrichen werden.
Verfahren zum Herstellen mindestens eines geformten, befüllten und verschlossenen Behältererzeugnisses, insbesondere in Form einer Ampulle oder Flasche, mit zumindest den folgenden Verfahrensschritten: - Extrusion eines Schlauches mittels einer Extrusionseinrichtung, vorzugsweise unter Verwendung von Stützgas, in vertikaler Extrusionsrichtung, - Vorzugsweise Schließen des Schlauches an seinem unteren Ende, - Anlegen einer Haltebacke und/oder eines Schlauchgreifers am Schlauch, - Abtrennen des Schlauches als dem Trenngut an seinem oberen offenen Ende mit Hilfe einer Trennvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, - Ausformen eines derart abgetrennten Schlauchabschnittes in einem Formwerkzeug durch einen Druckgradienten, - Befüllen und Verschließen des ausgeformten Schlauchabschnittes, und - Öffnen des Formwerkzeuges und Austragen des verschlossenen Behältererzeugn isses.
Behältererzeugnis aus Kunststoffmaterial, insbesondere hergestellt mit einer Trennvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 9 und/oder mittels eines Verfahrens nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffmaterial cycloolefin- und/oder fluor- und/oder chlorhaltige thermoplastische Polymere eingesetzt sind.