DE3211200A1

DE3211200A1 - Kunststoffbeutel mit teilklammern

Info

Publication number: DE3211200A1
Application number: DE19823211200
Authority: DE
Inventors: Hal C. 94303 Palo Alto Calif. Danby
Original assignee: Anatros Corp
Current assignee: Anatros Corp
Priority date: 1981-04-13
Filing date: 1982-03-26
Publication date: 1982-10-28
Also published as: JPS57170264A; FR2503621A1; GB2096569A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines in Teilkammern unterteil baren Behälters in Form eines flachen Beutels aus aufeinandergelegten KunststoffolienstUcken mit mindestens streckenweise verschweißten Umfangsrändern und durch linienförmiges Zusammendrücken der beiden Folienstücke mittels Klemmkörpern zu bildenden Grenzen zwischen den Teil kammern.

In vielen Fällen ist es erwünscht, einen flexiblen Behälter dieser Art auf solche Weise zu unterteilen, um verschiedene Inhalte zu trennen und den Fluß eines strömenden Mediums aus dem Beutel heraus oder zwisehen Teil kammern zu steuern. So zeigt z.B. die U.S.-Patentschrift 3,257,072 einen flexiblen Kunststoffbeutel zur Speicherung von Vollblut, der in Teil kammern unterteilt ist, um das Blutplasma und die roten Blutkörperchen getrennt zu speichern; dabei wird das Vollblut durch Zentrifugalwirkung abgetrennt. Der Kunststoffbeutel ist durch Schweißung in verschiedene Teilkammern unterteilt, die miteinander durch Öffnungen verbindbar sind, die mit Hilfe von Klemmvorrichtungen geschlossen werden können. Der ganze Beutel kann über seine Gesamtbreite durch äußere Klemmglieder, die sich quer über den Beutel erstrecken, in getrennte Teilkammern aufgeteilt werden.

Ein weiteres Beispiel für eine steuerbare Strömung innerhalb eines Kunststoffbeutels und aus diesem heraus ist in der DE-OS 29 51 286 und der entsprechenden U.S.-Patentschrift 4,237,881 beschrieben; hierbei ist der Kunststoffbeutel mit einer zur intravenösen oder enteralen Infusion in den menschlichen Körper geeigneten Flüssigkeit gefüllt.

Der Kunststoffbeutel ist durch ein Netzwerk von Strömungswegen, die mit dem Kunststoffbeutel aus einem Stück bestehen und in ihn eingeschweißt sind, in eine große Speicherteil kammer, eine erste und eine

zweite Teilkammer und eine Abgabeöffnung unterteilt. An den verschiedenen Flüssigkeitsdurchgängen sind Ventile zum selektiven Verbinden der ersten bzw. der zweiten Teilkammer bei der einen Arbeitsweise mit ' der zur Speicherung dienenden Teilkammer und der Abgabeöffnung und bei einer zweiten Arbeitsweise mit der Abgabeöffnung und der zur Speicherung dienenden Teilkammer vorgesehen.

Diese durch Klemmen und/oder durch Schweißung in Teil kammern unterteilten Kunststoffbeutel, an denen mit Klemmen versehene Öffnungen längs der Schweißnaht vorgesehen sind, erfüllen zwar die mit ihnen beabsichtigten Zwecke. Sie weisen aber eine Anzahl Nachteile auf, durch die ihre Wirksamkeit, ihre bequeme Handhabung und die Einfachheit der Strömungssteuerung beeinträchtigt werden. Solche Kunststoffbeutel bestehen in der Regel aus zwei aufeinandergelegten dünnen flexiblen Schichten aus einem thermoplastischen Material, die an ihren Umfangsrändern zusammengeschweißt sind, um den Beutel zu bilden. Die Schweißung wird durch Anpressen eines Schweißwerkzeugs gebildet, an das ein Hochfrequenzsignal angelegt wird, um die Verschweißung des Materials längs einer Schweißnaht zu bewirken. Mit der Bildung solcher Schweißnähte wird gewöhnlich auf der Innenseite ein Wulst erzeugt, der an derjenigen Seite der Schweißnaht, die mit der Teilkammer in Verbindung steht, entlangläuft und durch Verlagerung des Materials während der Schweißung entsteht. Dieser Wulst wirkt störend bei der Anwendung von Klemmvorrichtungen und Spanngliedern, wie sie z.B. in der U.S.-Patentschrift 3,257,072 gezeigt sind und zum Schließen von Öffnungen an einer inneren Schweißnaht und zur Unterteilung des Beutels über seine ganze Breite dienen, sowie auch bei der Anwendung von Ventilen, wie sie z.B. in der

U.S.-Patentschrift 4,237,881 gezeigt sind, um die Flüssigkeitskanäle zu schließen, da ein solcher Wulst die Abdichtung erschwert und behindert.

Um eine solche hindernde Wirkung von Wulsten an den Schweißnähten längs des Randes des Beutels oder an einer Öffnung längs einer Schweissung auf der Innenseite zu vermeiden, ist es erforderlich, Klemmvorrichtungen und Spannglieder zu benutzen, die in der Lage sind, eine Kraft auszuüben, die hinreichend groß ist, um nicht nur eine Öffnung zu schließen, sondern auch den Wulst so fest zusammenzudrücken, daß er beim abdichtenden Schließen nicht störend wirkt. Mit anderen Worten: Das Abdichten eines an seinem Rand verschweißten Beutels über seine ganze Breite oder das Schließen eines Kanals oder Durchgangs, der durch einen Spalt längs einer inneren Schweißnaht gebildet ist, erfordert die Anwendung von Kräften, die sehr viel größer sind als die normalerweise zum Unterteilen des Beutels öder zum Schließen eines Durchganges erforderlichen Kräfte, da die Klemmkraft groß genug sein muß, um die Schweißwulste an den Rändern des Beutels oder den seitlichen Begrenzungen der Flüssigkeitsdurchgänge zusammenzupressen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Beutels der eingangs genannten Gattung zu ermöglichen, dessen Abdichtung durch von außen über Klemmkörper auf ihn einwirkende Kräfte erfolgen kann, ohne daß hierzu übermäßig große Kräfte angewendet zu werden brauchen. Zumindest Teile der Randverschweißung und auch die seitlichen Begrenzungen von Durchgangsöffnungen an Schweißungen auf der Innenseite des Beutels sollen frei von Hindernissen bzw. frei von Wulsten sein, so daß sie mit verhältnismäßig kleinen, normalen Klemmkräften dicht verschlossen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Möglichkeiten zur weiteren Ausgestaltung dieses . Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben. Anspruch 4 nennt die Beschaffenheitsmerkmale eines als flacher Beutel gestalteten Behälters gemäß der Erfindung. In den Ansprüchen 5 und 6 sind Möglichkeiten zur weiteren Ausgestaltung eines solchen Beutels genannt.

Zusammengefaßt gesagt, bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung eines Kunststoffbeuteis aus zwei dünnen biegsamen Folien durch Verschweißung von deren Rändern, wobei zumindest bestimmte Teile der Verschweißung wulstlos und mit einer sich nach innen erstreckenden polsterar.tigen Unterlage ausgeführt werden, so daß eine Abdichtung gegen die Schweißnaht durch Ausübung eines Druckes von außen über von außen angelegte Klemmkörper erfolgen kann.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Grundrißansicht eines Kunststoffbeuteis mit Umfangsrandverschweißung zweier Folienstücke, mit mehreren hindernis- oder wulstfreien, nach innen reichenden Kissen oder Unterlagen als Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht mit Blickrichtung auf die in Fig. 1 mit 2-2 angegebene Schnittebene;

Fig. 3A zeigt in einem größeren Maßstab einen Querschnitt einer Schweißnaht mit.WuIst mit Blickrichtung auf die ebene 3A-3A von Fig. 1;

Fig. 3B zeigt gleichfalls in größerem Maßstab einen Schnitt einer wulstlosen Schweißnaht mit einer sich nach innen erstreckenden

kissenartigen Unterlage mit Blickrichtung auf die Ebene 3B-3B von Fig. 1;

Fig. 4A zeigt schematisch zwei Klemmleisten in Berührung mit einer Schweißnaht mit innerem Wulst, wie in Fig. 3A gezeigt; Fig. 4B zeigt schematisch zwei Klemmleisten in Berührung mit einer wulstlosen Schweißnaht, wie in Fig. 3B gezeigt;

Fig. 5 zeigt eine Endansicht des Schweißwerkzeugs zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Kunststoffbeutels; Fig. 6 ist eine Draufsicht auf das Werkzeug nach Fig. 5 mit Blickrichtung auf die Ebene 6-6;

Fi g .. 7A zeigt in vergrößertem Maßstab einen Schnitt mit Blickrichtung auf die Ebene 7A-7A von Fig. 6 mit gestrichelter Darstellung eines Teils eines Beutels mit einer Schweißnaht mit Wulst auf der'Innenseite; und
Fig. 7B zeigt, ebenfalls in vergrößertem Maßstab, einen Schnitt mit Blickrichtung auf die Ebene 7B-7B von Fig. 6 mit gestrichelter Darstellung eines Teils eines Beutels mit wulstfreier Schweißnaht.

Der in Fig. 1 und 2 als Ausführungsbeispiel dargestellte flache Kunststoffbeutel 10 läßt sich leicht quer über seine Breite in mehrere Teilkammern unterteilen, beispielsweise um Blut nach Abtrennung durch Zentrifugalwirkung der roten Blutkörperchen von dem Blutplasma zu speichern. Der Beutel 10 besteht aus zwei dünnen biegsamen durchsichtigen Folienstücken aus einem thermoplastischen Kunststoff, wie z.B. Polyvinylchlorid (PVC) mit je einer Dicke von etwa 0,38 mm. Der Randumfang der aufeinandergelegten Folienstücke des Beutels 10 ist verschweißt, wie bei 12 angegeben, mit Ausnahme der eine Öffnung bildenden Stelle 14, die zur anfänglichen Füllung des Beutels sowie

zu seiner Entleerung über eine intravenöse (IV-)Infusionseinrichtung od. dgl.. Ferner ist die Schweißnaht 12,die längs des Ümfangs des Beutels 10 verläuft, an bestimmten Stellen mit nach innen reichenden kissenartigen Unterlagen 16 versehen. Zwei Klemmleisten 18, 20 dienen zum Unterteilen des Beutels 10 in mindestens zwei Teil kammern 22, 24, indem sie von außen beiderseits mit Klemmen 25 gegen den Beutel gedrückt werden. Die Klemmleisten 18 und 20 haben eine Länge, die etwas geringer ist als die gesamte Breite des Beutels 10 und ihre Enden sind sorgfältig so bemessen, daß sie über den Unterlagen 16 liegen, aber kurz vor dem äußeren Wulst 34 der Schweißnaht 10 endigen, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt.

Fig. 3A zeigt in größerem Maßstab einen Querschnitt der Schweißnaht 12 mit Blickrichtung auf die Ebene 3A-3A von Fig. 1. Bei einer solchen Schweißnaht ergibt sich normalerweise ein innerer Schweißwulst 26 in der Innenecke zwischen dem oberen und dem unteren Folienstück 28 bzw. 30 aus thermoplastischem dünnem biegsamem Material, ferner ein äußerer Schweißwulst 34 am Umfangsrand des Beutels. Die Schweißwulste 26 und 34 entstehen beim Schweißen mit einem normalen Schweißwerkzeug, welches das schweißbare Material mittels Hochfrequenzenergie erhitzt und die Folien zwischen einem Ober- und Unterteil des Schweißwerkzeugs zusammenpreßt. Die Beheizung sowie die Druckausübung läßt einen Material Überschuß entstehen, der auf der Außenseite einen Wulst 34 und auf der Innenseite einen Wulst 26 hervorbringt.

In Fig. 3B ist in vergrößertem Maßstab, mit Blickrichtung auf die Ebene 3B-3B von Fig. 1 eine Schnittansicht der Naht 12 und der kissenartigen Unterlage 16 dargestellt, wobei der Innenwulst 26 nicht vorhanden ist, wohl aber der äußere Wulst 34. Die in Fig. 3B gezeigte

Ausbildung erlaubt das Klemmen des Beutels bis auf den geschweißten Rand, vorausgesetzt, daß die Klemmleisten 18 und 20 kurz vor dem äußeren Wulst 34 endigen.

Die Fig. 4A und 4B zeigen jeweils ein Paar Klemmleisten 18, 20, welche die Folien 28 und 30 abdichtend bis zu den verschweißten Rändern eines Beutels zusammendrücken. Fig. 4A veranschaulicht die Verwendung der Klemmleisten auf eine Schweißnaht mit innerem Wulst 26, wie auch in der Fig. 3A gezeigt ist, und Fig. 4B veranschaulicht die Anwendung von Klemmleisten im Falle einer Schweißung des Beutels, wie bei Fig. 3B. Es ist leicht einzusehen, daß die Klemmkräfte F₁, die erforderlich sind, um den Beutel, der einen Innenwulst 26 aufweist, abdichtend zusammenzudrücken, bedeutend größer sind als die Kräfte F₂, die erforderlich" sind, einen Beutel ohne inneren Wulst abdichtend zusammenzudrücken. Es ist daher leicht einzusehen, daß bei einer Schnittkontur der Schweißung, wie sie in Fig. 4B gezeigt ist, der Beutel bis zu seinen Rändern mit gewöhnlichen Dichtungskräften abdichtend zusammengedrückt werden kann.

In den Fig. 5 bis 7 sind Einzelheiten eines Schweißwerkzeugs zur Herstellung eines Beutels 10 mit einem plattenförmigen Oberteil 40 und einem plattenförmigen Unterteil 42 gezeigt. Die untere Platte ist mit dielektrischem Material 44 belegt, um eine Lichtbogenbildung an dem plattenförmigen Unterteil zu verhindern. Die Platten werden unter Verwendung gewöhnlich elektrisch isolierender.Paßstifte 46 in übereinstimmender Lage senkrecht zueinander bewegt. Sie sind, wie schemati sch gezeigt, an einen HF-Generator 48 angeschlossen, der die zum Erhitzen des Materials auf die erforderliche Schweißtemperatur dienende HF-Energie liefert.

In den Fig. 7A und 7B sind zwei verschiedene Schnittansichten des Schweißwerkzeugs 50 gezeigt, das an der oberen Platte 40 befestigt ist und eine in Längsrichtung veränderliche Gestalt hat. Fig. 7A zeigt den typischen Querschnitt des Werkzeugs 50 mit einer spitzen Kante 52, die den äußeren Rand des Beutels bestimmt, einem ausgesparten Mittelteil 54, der die Ansammlung überschüssigen Schweißmaterials gestattet, so daß sich ein äußerer Wulst 34 bilden kann, und einem inneren Teil 56, der den inneren Rand der Schweißung bildet und die Entstehung.eines Wulstes 26 zwischen dem oberen und dem unteren Folienstück bei der Schweißung zur Folge hat. Der Querschnitt der Schweißwerkzeugform gemäß Fig. 7A bezieht sich auf das normalerweise bei der Herstellung geschweißter Beutel benutzte Schweißwerkzeug.

Fig. 7B zeigt den Querschnitt einer Ausführungsform des Schweißwerkzeügs 50, welche die sich nach innen erstreckende kissenartige Unterlage 16 und eine auf der Innenseite wulstlose Schweißung bildet. Wie leicht zu erkennen, enthält dieser Teil des Formkörpers 50 einen spitz zulaufenden Randteil 52 und einen Mittelteil 54, der die gleiche Gestalt und Abmessungen haben kann wie derjenige des Teils 50 von Fig. 7A. Statt.des inneren Teils 56 ist hier aber der innere Teil 58 vorgesehen, der zur Bildung der kissenartigen Unterlage 16 dient und, von unten gesehen, eine halbkreisförmige Gestalt hat, so daß seine Kontur die gleiche ist wie die der Unterlage 16. Unmittelbar angrenzend an den halbkreisförmigen Teil 58 ist ein halbringförmiger Teil 60 aus Kunststoff angeordnet, der auch als "Zaun" (fence) bezeichnet werden und aus einem Material wie Delrin hergestellt sein kann. Das Material des Zauns oder der Begrenzung 60 ist wegen seiner hohen mechanischen Festigkeit und seiner thermischen Isoliereigenschaft

ausgewählt. Da die Begrenzung 60 auch ein elektrischer Isolator ist, wird zwischen ihr und dem plattenförmigen Unterteil kein Hochfrequenzenergiefeld erzeugt und daher das Kunststoffmaterial des Beutels in dem Bereich direkt darunter nicht geschmolzen. Dagegen wird das Kunststoffmaterial unmittelbar neben der Begrenzung durch den Teil 58 der Form gleichzeitig geschmolzen und zusammengedrückt, so daß das Mate- · rial aus dem geschmolzenen Bereich weg verdrängt wird. Da die Begrenzung 60 in kaltem Zustand gegen das Beutelmaterial neben dem geschmolzenen Bereich drückt, ist das auf diese Weise verdrängte Material nicht in der Lage, unter den Bereich der Begrenzung 60 zu fließen, vielmehr ist seine Bewegungsmöglichkeit beschränkt auf die Bewegung zu dem Kanal 54 hin.

Damit wurde eine Einrichtung und ein Verfahren zur Schaffung eines unterteil baren Kunststoffbeutels beschrieben, bei dem kissenartige Unterlagen entlang der geschweißten Ränder ohne Hindernisbildung geschaffen werden, welche die Verwendung von Klemmkörpern ermöglichen, auf die nur normale Abdichtungskräfte von außen her ausgeübt zu werden brauchen, ohne daß ein innerer Schweißwulst zusammengedrückt werden muß, wie er sonst zwischen am Rand miteinander verschweißten Folienstücken eines Beutels entsteht.

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Claims

D I PL.-I NG. J. RICHTER - "J=TA T.E" N.T A N:W A L T E DIPL.-ING. F. WERDERMANN ZUQEL. VERTRETER BEIM EPA · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE EPO ■ MANDATAIRES ASREES PRES L-OEB 2OOO HAMBURG 36 £_7« 3. NEUE < WALL 1O 'S- (O 4O) 34 OO 45/34 OO 56 TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURG TELEX 2163 551 INTU D UNSER ZEICHEN/OUR FILE A. 82 Anmelder: ANATROS CORPORATION, 1922 Junction Avenue, Suite 4C, San Jose, Kalif. 95 131 (V.St.A.) Kunststoffbeutel mit Teil kammern Patentansprüche

1. j Verfahren zur Herstellung eines in Teilkammern unterteil baren Behälters in Form eines flachen Beutels aus aufeinandergelegten Kunststoffolienstücken mit mindestens streckenweise verschweißten Umfangsrändern und durch linienförmiges Zusammendrücken der beiden FoIienstücke mittels Klemmkörpern zu bildenden Grenzen zwischen den Teilkammern, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest diejenigen Teile des verschweißten Umfangsrandes, die sich in der Nachbarschaft beabsichtigter linienförmiger Grenzen zwischen den Teil kammern befinden, wulstlos verschweißt und als nach innen vorspringende Unterlagen ausgebildet werden, und daß die aufeinanderliegenden Folienstücke längs der beabsichtigten linienförmigen Grenzen der Teilkammern durch die paar-

weise von außen gegen die Folien anliegenden Klemmkörper bis in die Bereiche der vorspringenden Unterlagen, jedoch nur bis kurz vor der Schweißnaht abdichtend zusammengedrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der beabsichtigten linienförmigen Grenzen der Teilkammern von den Schweißnähten am Umfangsrand der Folienstücke gebildet werden und die in der unmittelbaren Nähe dieser linienförmigen Grenzen befindlichen Teile der Umfangsschweißnaht wulstlos und mit nach innen vorspringenden Unterlagen ausgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen vorspringenden Unterlagen dadurch hergestellt werden, daß die Flachseiten der vorspringenden Unterlagen mit Hitze beaufschlagt werden, die am Rand der jeweiligen Unterlagen plötzlich endigt.

4. Nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellter flacher Beutel aus an ihrem Rand mindestens streckenweise verschweißten Kunststoffolienstücken, dessen Inneres durch abdichtende linienförmige Grenzen, welche durch beiderseits auf den Beutel ■ von außen einwirkende Druckkörper hergestellt werden, in Teil kammern unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden den Beutel bildenden, an ihren Rändern verschweißten Kunststoffolienstücke zumindest an den Teilen ihres Randes, die in der Nachbarschaft der beabsichtigten Grenzlinien zwischen Teilkammern liegen, auf ihrer Innenseite keine Schweißnaht aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolienstücke durchsichtig und zumindest an denjenigen Teilen ihrer verschweißten Ränder, die den äußersten Enden der beabsichtigten Grenzlinien zwischen Teilkammern liegen, ohne Hindernisbildung verschweißt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hindernisfreien Teile der Randschweißung nach innen vorspringende Unterlagen für die Enden der Klemmkörper aufweisen.