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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff-
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flaschen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Herstellen von, vorzugsweise mit Verschlußgewinde versehenen, Kunststoffflaschen
mit keimarmem, vorzugsweise keimreiem, Innenvolumen, durch Extrudieren eines Schlauches
aus dem Kunststoffmaterial, Abschneiden eines Schlauchstückes und anschließendes
Aufblasen dieses Schlauchstückes in einer, vorzugsweise gekühlten, Blasform unter
Verwendung eines in das Schlauchstückende eingeführten Blasdornes und Bildung einer
Blastulpe, wonach die so entstehende Kunststoffflasche nach Entfernung des Blasdornes
zugeschmolzen wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung
eines solchen Verfahrens.
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Sehr viele Industriezweige, insbesondere die Pharmaindustrie und
die Lebensmittelindustrie, benötigen Flaschen, in denen die abzufüllende Substanz
zumindest keimarm, insbesondere keimfrei verwahrt werden kann. Für Glasflaschen
ist es hiezu bekannt, die Flaschen vor ihrer Verrendung, z.B. durch Beblasen mit
Heißluft, keimfrei zu machen. Für Ampullen ist es auch bekannt, geschlossene, leereAmpullen
mit keimfreiem Innenraum anzuliefern: vor dem Füllen aufzuschmelzen und nach dem
Füllen wieder zuzuschmelzen.
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Auf Kunststoffflaschen lassen sich diese bekannten Vorgänge jedoch
nicht übertragen, da die Kunststoffflaschen durch die aufgebrachte Wärme verformt
bzw. zerstört würden. Da aber Kunststoffflaschen aus Gründen ihres gegenüber Glas
geringerem Gewichtes und der geringeren Zerbrechlichkeitsgefahr immer mehr bevorzugt
werden, mußten zur Abfüllung keimfrei oder keimarm zu haltender Substanzen aufwendige
Verfahren in Kauf genommen werden. So ist es bekannt, Kunststoffflaschen mit Äthylenoxyd
zu spülen, sodann die Füllsubstanz abzufüllen und die Flasche sodann unter aseptischen
Bedingungen zu verschließen, z.B. mittels eines Schraubverschlusses. Äthylenoxyd
ist aber toxisch und hochexpiosiv, so daß diese Vorgänge nur unter besonderen Sicherheitsvorkehrungen
und mit einem erheblichen Aufwand durchführbar
sind. Außerdem entsteht
erheblicher Zeitverlust dadurch, daß die durch die Äthylenoxydbehandlung sterilisierten
Flaschen mehrere Tage nachlüften gelassen werden müssen.
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Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei welchem in einer Extrusionsblasanlage
Kunststoffgranulat oder -pulver in einen Plaftifizierzylinder eingebracht und dort
auf die Verarbeitungstemperatur gebracht wird, worauf der plastifizierte Kunststoff
durch eine Ringdüse ausgepreßt und in Schlauchform in eine Blasform eingebracht
wird. In der Blasform wird der Kunststoffschlauch von innen durch mittels des Blasdornes
eingeblasener öl- und wasserfreier Druckluft aufgeblasen, so daß sich die Schlauchaußenwand
an die Forminnenwand anlegt. Nach dieser Formung der Kunststoffflasche wird der
Blasdorn aus der gekühlten Blasform zurückgezogen und die an der hergestellten Kunststoffflasche
anhängende, noch plastische Blastulpe entfernt. Die Kunststoffflasche wird noch
in der Maschim mit der abzufüllenden Substanz gefüllt und sodann am Hals verschmolzen.
Dieses Verfahren macht sich die Erkenntnis zunutze, daß bei der beschriebenen Kunststoffverarbeitung
infolge der relativ langen Verweilzeit des Kunststoffes bei höheren Temperaturen
die gewünschte Keimarmut bzw. Keimfreiheit bereits gegeben ist und daher diese Keimarmut
bZw. Keimfreiheit nur aufrechterhalten zu werden braucht, bis die Flasche nach Abfüllung
der abzufüllenden Substanz keimdicht verschlossen wird. Dies wird dadurch unterstützt,
daß das Blasen der Kunststoffflasche mit steril filtrierter Luft erfolgt.
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Damit wird vermieden, daß beim Blasen der Flasche Keime in den Flascheninnenraum
gelangen Durch dieses Verfahren lassen sich zwar Substanzen keimarm bzw. keimfrei
abfüllen und unter diesen Bedingungen halten, solange die Flasche nicht geöffnet
wird. Nachteilig ist aber der große Aufwand, so daß sich derartige Anlagen nur für
große Stückzahlen der herzustellenden Flaschen rentieren. Nun liegen aber
derartige
Stückzahlen nicht überall vor. Außerdem stört, daß nur unter großen Schwierigkeiten
und mit großem Aufwand von einer bestimmten Flaschengröße auf eine andere Flaschengröße
übergegangen werden kann und daß Flaschenherstellung und -füllung am selben Ort
und in derselben Maschine erfolgen müssen.
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Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, ein Verfahren der eingangs
geschilderten Art so zu verbessern, daß diese Nachteile vermieden werden, wobei
die Kunststoffflaschen unter keim- und sporentatenden Bedingungen hergestellt werden
und diese Bedingungen für das Innenvolumen der Flasche auch nach deren Verschluß
aufrechterhalten werden.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Blastulpe der ungefüllten
Kunststoffflasche luftdicht zugeschmolzen und nach der Ausformung der Kunststoffflasche
luftdicht verschlossen an dieser belassen wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
werden somit Kunststoffflaschen erzeugt, deren Innenraum ke-imarm bzw. keimfrei
ist und die ungefüllt sind. Die zugeschmolzene Blastulpe hält diese Keimarmut bzw.
Keimfreiheit del, Flascheninnenraumes so lange aufrecht, bis die Flasche gefüllt
werden soll. Dann wird die Blastulpe entfernt, was durch Abdrehen, Abschneiden oder
Abschlagen derselben leicht möglich ist und ebenso wie das anschließende Füllen
der Flaschen sowie der neuerliche Verschluß der Flaschen, z.B. mittels eines Schraubverschlusses,
unter aseptischen Bedingungen leicht durchführbar ist. Zur Aufrechterhaltung dieser
aseptischen Bedingungen können z.B. die in der Pharmaindustrie üblichen Geräte verwendet
werden, die mittels eines Ventilators einen keimfreien laminaren Luftstrom mit Hilfe
eines Sterilfilters in den Arbeit#raum blasen und dadurch diesen Raum keimfrei halten
(Laminar-Flow-Gerät bzw. Reinraumgerät). Dadurch läßt sich die Flaschenherstellung
von der Füllung der Flaschen räumlich und zeitlich trennen, so daß Kunststoffflaschen
mit zumindest keimarmem Innenvolumen in beliebiger Menge auf Lager gehalten werden
können,
bis sie gebraucht werden. Es entfallen daher die Schwierigkeiten und Nachteile des
eingangs geschilderten bekannten Verfahrens, die auf die gemeinsame Herstellung
und Füllung der Flaschen zurückzuführen sind. Außerdem ergibt sich eine wesentlich
vereinfachte Verfahrensführung, so daß weniger komplizierte Apparaturen erforderlich
sind.
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Vielmehr können konventionelle Flaschenformwerkzeuge (Blasform usw.)
beibehalten werden.
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Die Verschmelzung der Blastulpe zwecks keimdichter Abschließung der
Kunststoffflasche ist leicht durchführbar, solange die Blastulpe noch genügend warm
ist. Dieses Zuschmelzen der Blastulpe kann im Rahmen der Erfindung auf verschiedene
Weise erfolgen. Es wäre z.B. denkbar, die Blastulpe durch seitliches Aufblasen von
Heißluft zuzuschmelzen oder so weit zu erwärmen, daß sich das Zuschmelzen der Blastulpe
von selbst ergibt. Günstiger und sicherer ist es jedoch im Rahmen der Erfindung,
auf die Wand der noch vertschmelzungsfähig heißen Blastulpe Druck auszuüben, wobei
vorzugsweise diese Druckausübung nur kurzzeitig erfolgt.
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Im allgemeinen reichen hiezu Druckzeitentvon einigen zehntel Sekunden
bis einigen Sekunden aus. Die Druckausübung läßt sich kräftemäßig und ortsmäßig
leicht kontrollieren, so daß reproduzierbare Verhältnisse geschaffen werden. Hiebei
bestehen im Rahmen der Erfindung wiederum mehrere Möglichkeiten: Für größere Kunststoffflaschen
hat es sich gezeigt, daß günstige Ergebnisse erzielt werden, wenn erfindungsgemäß
auf zwei einander gegenüberliegende Wandteile der Blastulpe Druck in entgegengesetzten
Richtungen ausgeübt wird, wobei diese Wandteile zur Verschmelzung aneinandergedrückt
werden. Für kleinere Kunststoffflaschen ist es jedoch zumeist günstiger, erfindungsgemäß
unmittelbar nach der Ausformung der Kunststoffflaschen zur luftdichten Zuschmelzung
der Blastulpe zwei Kunststoffflaschen mit ihren vorzugsweise zumindest annähernd
koaxial gegeneinandergedrückten Blastulpen zu verschmelzen. Während im ersteren
Fall
die Verschließung der Blastulpe noch in der Form bzw.
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in der Maschine erfolgen kann und daher, entsprechende Bedingungen
vorausgesetzt, eine völlige Keimfreiheit des Flascheninnenvolumens erzielbar ist
und diese Verfahrensvariante maschinell durchgeführt werden kann, ist im zweitgenannten
Fall die Gegeneinanderdrückung zweier Kunststoffflaschen im allgemeinen nur außerhalb
der Maschine und nicht mehr so leicht maschinell möglich. In diesem Fall läßt sich
daher meist nur mehr eine Keimarmut des Flascheninnenvolumens erzielen, die å Jedoch
für vieLe Anwendungsfälle durchaus ausreicht. Zur Erzielung eines keimfreien Innenvolumens
müßte das Luftvolumen zwischen Ausformung der Flasche und Zusammenquetschen der
beiden Flaschen beim Austritt aus der Maschine keimfrei gehalten werden, z.B. durch
ein bekanntes Reinraumgerät. Natürlich läßt sich die zweitgenannte Variante auch
für größere Flaschen anwenden und die erstgenannte Variante für kleinere Flaschen,
jedoch ist dies nicht immer problemlos möglich, da z.B. kleinere Flaschen durch
eine Verquetschung der Blastulpe mittels seitlicher Druckausübung nur schwer spannungsrißfrei
zu versshließen sind und bei größeren Flaschen sich die plastische Blastulpe vor
der Zwillingsbildung zu stark verformt. Es müßte hiezu die Blastulpe verlängert
werden, was jedoch einen unnützen Materialaufwand mit sich brächte und darüber hinaus
die Bauhöhe der Maschine vergrößern würde.
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Wie bereits erwähnt, wird bei den erfindungsgemäß hergestellten Flaschen
die Blastulpe erst unmittelbar vor der Füllung der Flasche entfernt. Dies kann durch
einen Schneidvorgang leicht erfolgen, jedoch ist auch ein Abdrehen oder Abschlagen
der Blastulpe möglich. Um dies zu erleichtern, wird gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung am Ansatz der Blastulpe, insbesondere durch unterschiedliche Kühlung der
Kunststofflasche in Bezug auf deren Blastulpe und durch scharfkantige Formteile,
eine Sollbruchstelle zwecks Erleichterung des späteren Abtrennens der Blastulpe
erzeugt.
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Um eine möglichst symmetrische Ausbildung der erstarrten Blastulpe
in Bezug auf die Flaschenachse zu -erzielen, wird gemäß einer Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Verfahrens die Kunststoffflasche nach der Ausformung mit der zugeschmolzenen
Blastulpe aufrecht stehen oder liegen gelassen, Die Ruhezeit im aufrecht stehenden
Zustand eignet sich für die größeren Flaschen, wogegen die Ruhezeit im liegenden
Zustand für die für kleinere Flaschen geeignetere Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens günstiger ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, daß anschließend an die Einbringeöffnung
der Blasform eine Quetscheinrichtung für die Blastulpe angeordnet ist. Vorzugsweise
hat im Rahmen der Erfindung diese Quetscheinrichtung aufeinander zu bewegliche Quetschbacken.
Jede konventionelle Blasmaschine ist problemlos im erfindungsgemäßen Sinn umrüstbar,
weil nur die üblichen Abtrennmesser für die Blastulpe durch solche Quetschbacken
für die Blastulpe ersetzt werden müssen, wenn es um die Herstellung größerer Flaschen
geht. Bei Anwendung der Zwillingsmethode ist nicht einmal ein solcher Ersatz nötig,
da es hier lediglich erforderlich ist, die Schlagmesser für die Abtrennung der Blastulpe
nicht einzuschalten.
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Da es genügt, wenn die Zone, in der die Blastulpe zugeschmolzen wird,
verhältnismäßig schmal ist, können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Quetschbacken
schmale, langgestreckte, quer zur Flaschenachse verlaufende Quetschzonen haben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle thermoplastisch
blasbaren Kunststoffmaterialien, insbesondere Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid,
aber auch für Copolymere. Die Verarbeitungstemperaturen betragen bei Polyäthylen
etwa 18000, bei Polypropylen etwa 200 bis 21000, bei Polyvinylchlorid etwa 13000.
Die Temperatur, bei welche#r die Blastulpe zugeschmolzen wird, liegt nur wenig darunter,
da ja infolge der großen Wärmekapazität des
Kunststoffmateriales
die Blastulpe noch einige Zeit genügend plastisch bleibt, um die keimdichte Verschmelzung
zuzulassen. Hierin liegt auch der Grund dafür, daß die verquetschte Blastulpe je
nach der Flaschenart etwas stehen bzw. liegen gelassen werden soll. Damit wird auch
vermieden, daß die Flaschen bei der Verpackung im Karton aneinanderkleben.
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In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die durch
es erzielten Produkte sowie eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignete Vorrichtung schematisch dargestellt. Fig.1 zeigt drei aufeinanderfolgende
Stufen des Flaschenherstellungsverfahrens. Fig.2 zeigt in Seitenansicht eine Vorrichtung
zur Verschmelzung der Blastulpe. Fig.3 zeigt in Vorder- bzw. Seitenansicht eine
Kunststoffflasche mit anhängender Blastulpe vor deren Verquetschung und Fig.4 in
entsnrechenden Ansichten dieselbe Flasche nach der Verquetschung der Blastulpe.
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Fig»5 zeigt die Abtrennung der Blastulpe, wenn die Flasche gefüllt
werden soll. Fig.6 zeigt eine Ausführungsvariante einer Kunststoffflasche mit anhängender#E'.lastulpe
vor deren Zuschmelzung. Fig.7 zeigt zwei mit ihren Blastulpen gegeneinandergedrückte
Flaschen nach Fig.6. Fig.8 zeigt die Flaschen nach Fig.7 nach Abtrennung der Blastulpen.
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Gemäß Fig.1 wird bei der Herstellung von mit einem Verschlußgewinde
versehenen Kunststoffflaschen ein den Vorformling bildender Schlauch 1 aus theriro#latischem
Kunststoffmaterial durch einen mit einer Ringdüse versehenen Schlauchkopf 2 einer
Blasstation erzeugt. Der Schlauch 1 wird sodann abgeschnitten und in eine Blasform
3 eingebracht. In das obere Ende des Schlauches 1 wird ein Blasdorn 4 eingeführt,
durch welchen aus einer Blaseinrichtung 5, die mit einem Keimfreifilter versehen
ist, keimfreie öl- und wasserfreie Blasluft in das Schlauchinnere eingeblasen wird.
Dadurch legt sich die Schlauchaußenwand an die Innenwand der wassergekühlten Blasform
3
an und es entsteht nach einer Verweilzeit von etwa 10 bis 12
Sekunden in der gekühlten Blasform 3 eine Kunststoffflasche 6, die in Fig.3 dargestellt
ist und im Anschluß an das Verschlußgewinde 7 eine Blastulpe 8 aufweist, die einen
trichterförmigen Teil 9 und zwei diesen mit dem Flaschenhalt 10 bzw. mit dem Verschlußgewinde
7 verbindende Fahnen 11 aufweist. Die Blastulpe 8, insbesondere ihr trichterförmiger
Teil 9, der im Halsbereich über die Blasform 3 heraussteht, ist noch so plastisch,
daß durch seitlichen Druck auf den trichterförmigen Teil 9 der Blastulpe 8 in Richtung
der Pfeile 12 (Fig.2,4) die Blastulpe 8 keimdicht durch Verschmelzung des Kunststoffmaterials
verschlossen wird. Dieser Druck wird nach Zurückziehung des Blasdornes 4 durch eine
Quetscheinrichtung 19 ausgeübt, die zwei aufeinander zu bzw. voneinander weg beweglichte
Quetschbacken 13 hat, die die Blastulpe 8 im Bereich einer verhältnismäßig schmalen
Zone 14 (Fig.4) verquetschen, wobei das noch teigige thermoplastische Kunststoffmaterial
der Blastulpe 8 verschmilzt. T;Tährend dieser Verquetschung der Blastulpe 8 wird
die Flasche in einer Haltemaske 15 gehalten. Es entsteht die in Fig.4 dargesEllte
Flaschenform, deren Blastulpe 8 eine flachgedrückte Zone hat, die den keimdichten
Verschluß der Flasche 6 sichert.
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Diese Flasche 6 kann nun aus der Maschine entnommen werden, wobei
die Keimfreiheit des Flascheninnenraumes so lange aufrechterhalten bleibt, bis die
Blastulpe 8 von der Flasche 6 entfernt wird. Dies kann in der in Fig.5 dargestellten
Weise erfolgen, und zwar z.B. händisch durch Abdrehen, oder maschinell durch Abdrehen,
Abschlagen oder Abschneiden. Dies wird dadurch erleichtert, daß infolge der unterschiedlichen
Kühlungsverhältnisse im Laufe der Flaschenherstellung sich an den Ansatzstellen
der Blastulpe 8 am Flaschenhals 10 Spannungskonzentrationen ergeben, die eine Art
Sollbruchstelle bilden, so daß die Abtrennung der Blastulpe 8 von der Flasche 6
stets an einer vorbestimmten Stelle erfolgt.
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In Fig.2 ist die Vorrichtung zur Verquetschung der Blastulpe 8 genauer
dargestellt. Die Flasche 6, die in der Haltemaske 15 gehalten wird, gelangt im Bereich
der Blastulpe 8 zwischen die beiden Backen 13, deren jede hin- und herverschiebbar
ist, wofür zwei Pneumatikzylinder 16 dienen, die von einer nicht dargestellten Steuervorrichtung
aus mit Druckluft agesteuert werden. Die Pneumatikzylinder 16 dr~-ken bei entsprechender
Ansteuerung die beiden Backen 13 für eine verhältnismäßig kurze Zeit (etwa eine
Skunde) zusammen, wobei die Quetschzonen 17 der Backen 13 die Blastulpe 8 im Bereich
der Zone 14 zur Verschmelzung des plastischen Kunststoffmateriales verquetschen.
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Bei der Ausführungsvariante nach den Fig.6 bis 8 werden zwei Kunststoffflaschen
6 ausgeformt und unmittelbar danach mit ihren noch plastischen Blastulpen 8 möglichst
konzentrisch gegeneinandergedrückt, wobei die beiden Blastulpen 8 miteinander verschmelzen
und so die Keimdichtheit des Flaschenverschlusses herstellen. Es entsteht die in
Fig.7 dargestellte starre Einheit, die zwei Flaschen 6 miteinander einstückig verbindet.
Diese Einheit kann durch Abdrehen, Abschlagen oder Abschneiden usw. der Blastulpen
8 in die beiden Flaschen 6 und den die beiden Blastulpen 8 aufweisenden Restteil
leicht zerlegt werden (Fig.8).
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Eine besonders günstige Entfernung der Blastulpen 8 von der in Fig.7
dargestellten Einheit besteht darin, die beiden Blastulpen 8 in einer Backenklemmvorrichtung
festzuhalten und dann die beiden Flaschen 6 abzudrehen.
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Die abgetrennten Blastulpen 8 können an den Flaschenerzeugungsbetrieb
rückgesandt und dort neuerlich verwendet werden.
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Belbstverständlich entsteht auch bei den erfindungsgemaß hergestellten
Flaschen 6 am Flaschenboden unten ein abstehender Ansatz 18 (Fig.2), der in bekannter
liegen, z.b.
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mittels eines Schlagmessers, abgetrennt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist leicht und ungefährlich zu bedienen
und die erhaltenen, innen keimarm bzxr.
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keimfreien Flaschen können schon sehr bald nach der Ausformung, aber
auch erst lange Zeit danach verwendet werden, ohne daß die Keimfreiheit bzw, Keimarmut
verlorengeht.
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Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäß hergestellten Kunststoffflaschen
sind außer der Pharmaindustrie auch die Lebensmittelindustrie, die Photoindustrie
und andere.
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Insbesondere in der Pharmaindustrie ergibt sich durch die Verbilligung
der Herstellungskosten der Flaschen der Vorteil, daß auch kleine Stückzahlen wirtschaftlich
her stellbar sind, so daß die Erfindung auch in Apotheken, Drogewien, kleinen Krankenhäusern
usw. anwendbar ist, wo auS-wendige Apparaturen zu vermeiden sind.
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Die Erfindung kann zahlreichen Ausführungsvarianten unterworfen werden.
Beispielsweise wäre es bei großen Flaschen auch möglich, das Abquetschen der Blastulpe
händisch durchzuführen, z.B. im Strahl eines Laminar-Flow-Gerätes.
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Dadurch ist die Erfindung auch für konventionelle Maschinen ohne großen
Umbau derselben einsetzbar.
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Ferner hat es sich herausgestellt, daß es günstig ist, die Quetschbacken
etwas gegeneinander geheigt, also V-förmig angeordnet, nach unten wirken zu lassen,
um bei der Quetschung der Blastulpe 9 einen Zug auf die spätere Abtrennstelle zu
verhindern und damit dort das Auftreten von Spannungsrissen zu vermeiden.
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