DE60202713T2

DE60202713T2 - Blasformwerkzeug und Blasformverfahren

Info

Publication number: DE60202713T2
Application number: DE60202713T
Authority: DE
Inventors: Dennis L. Dover Dundas; Csaba M. York Farkas
Original assignee: Graham Engineering Corp
Current assignee: Graham Engineering Corp
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: ES2232696T3; JP2002361718A; ATE287788T1; EP1258336B1; DE60202713D1; US20020171179A1; US6635216B2; EP1258336A1

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Blasdüsenanordnung, eine Blasformmaschine und ein Verfahren zum Blasformen und Abdichten steriler Flaschen, die nach dem Abformen ohne das Erfordernis der Sterilisation vor dem Füllen geöffnet und gefüllt werden.
Beschreibung des Standes der Technik
Zum Blasformen steriler Flaschen ist es erforderlich, alles Werkzeug, das das Innere des Vorformlings oder der Flasche berührt und kontaminieren kann, zu sterilisieren. Es ist schwierig, die Sterilität einer Blasdüse aufrechtzuerhalten, die beim Absenk-Blasformen (shuttel blow molding) verwendet wird, wegen des großen Formats und der stumpfen Form der Düse, und wegen des Erfordernisses, die Düse über eine relativ große Strecke in die Halsaussparung einer geschlossenen Blasform hinein auszufahren.
Die Patentzusammenfassungen aus Japan (Patent Abstracts of Japan), Band 009, Nr. 183 (M-400) und die JP 60 049 919 A offenbaren eine Blasformmaschine, die eine Blasdüse verwendet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das erwähnte Dokument offenbart auch alle die Verfahrensschritte des Verfahrensanspruches 10, ausgenommen den Verfahrensschritt D)ii).
Die US-A-4 946 366 betrifft eine Blasnadelanordnung zum Blasen steriler Flaschen. Eine Blasnadel ist an einer Formhälfte angebracht, um einen Teil des zwischen den Formhälften festgehaltenen Vorformlings zu durchstoßen, und bläst den Vorformling auf. Die Nadel kann in einem Kanal, der die Nadel aufnimmt, vor- und zurückbewegt werden. Die Blasluft strömt durch einen inneren Kanal, der in der Nadel enthalten ist. Nachdem die Flasche geblasen wurde, kann der Innendruck vor dem Abdichten der Flasche unter den Atmosphärendruck abgesenkt werden. Die ausgestoßene Luft strömt nicht durch die Nadel, sondern durch einen Teil des Kanals, der die Nadel aufnimmt. Eine Dichtung ist zwischen der Blasnadel und einem Gehäuse angeordnet.
Die US-A-5 037 684 betrifft eine weitere Blasnadelanordnung zum Blasen steriler Flaschen. Während des Blasformens steriler Flaschen, die in den Formwerkzeugen dichtend verschlossen werden, wird zuerst die Flasche geblasen und dann, vor dem Abdichten der Flasche, wird der Innendruck unter den Atmospärendruck abgesenkt. Dies erfolgt deswegen, weil die geblasenen Flaschen heißen Kunststoff enthalten, der während des Abkühlens Restwärme abgibt. Diese Wärme erwärmt das Gas in der abgedichteten Flasche, so daß der Druck in der abgedichteten Flasche erhöht wird. Der Kunststoff in der Flasche stabilisiert sich erst lang nach dem Entfernen der Flasche aus dem Formwerkzeug zu einer ständigen Gestalt. Wenn die Flasche bei Atmosphärendruck dicht verschlossen wird, wird das Gas in der Flasche erwärmt und steigert den Druck in der Flasche über den Atmospärendruck hinaus, was die Wände der Flasche vor der Stabilisierung des Kunststoffes nach außen biegen kann. Die Kunststoffflasche kann sich dann mit unerwünscht ausgebeulten Wänden oder Bodenflächen stabilisieren. Die Verringerung des Innendrucks einer abgedichteten, sterilen Kunststoffflasche unter Verwendung einer Blasnadel ist in der US-A-5 037 684 erläutert.
Die FR-A-2 405 809 betrifft eine Blasdüsenanordnung zum Blasen (nicht steriler) Flaschen. Nach dem Blasen einer Flasche mit Blasluft durch einen Blasluftkanal wird ein Kühlmittel (z. B. flüssige Luft) eingespritzt und die Flasche wird mit Luft durch den Blasluftkanal gespült, um die Kühlwirkung des Kühlmittels zu verbessern. In einer der gezeigten Ausführungsformen verläßt die Spülluft die Flasche durch einen Kanal zur Atmosphäre bzw. Umgebungsluft, der den Blasluftkanal umgibt.
In Anordnungen zum Blasen steriler Flaschen bringt die Entnahme von Blasluft durch den selben Kanal, der verwendet wird, um Blasluft in die Flasche strömen zu lassen, oder um die Nadel aufzunehmen, die Gefahr mit sich, daß der Bruch des Vorformlings oder der Flasche dazu führt, daß man nichtsterile Atmosphärenluft bzw. Umgebungsluft durch den Kanal saugt, während man die Blasluft entfernt, und den Kanal kontaminiert. Wenn der Kanal kontaminiert ist, können auch nachfolgend geblasene Flaschen kontaminiert sein. Wenn der Kanal kontaminiert ist, können auch nachfolgend geblasene Flaschen kontaminiert werden. Die Blasformmaschine muß abgeschaltet und wieder sterilisiert werden, bevor die Herstellung steriler Flaschen wieder beginnen kann. Dies ist ein langwieriges und zeitraubendes Verfahren.
Dementsprechend liegt ein Erfordernis für eine verbesserte Blasformmaschine und ein Verfahren zum Blasformen abgedichteter, steriler Kunststofflaschen vor, die bzw. das die Sterilität der Blasdüse und des Blaskanals während des Betriebs der Maschine aufrechterhält. Zusätzlich sollte die Maschine sicherstellen, daß der Bruch eines Vorformlings oder einer Flasche nicht dazu führt, daß Umgebungsluft durch das Blasrohr abgezogen wird, was das erneute Sterilisieren der Maschine erforderlich machen würde.
Kurzfassung der Erfindung
Die Erfindung ist gemäß den unabhängigen Ansprüchen eine Blasdüsenanordnung, eine Blasformmaschine und ein Verfahren zum Absenk-Blasformen, um sterile Flaschen zu blasen und abzudichten. Bevorzugte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Flaschen haben eine gewünschte Form und sind, wenn sie geöffnet werden, steril und fertig zur Befüllung. Die Maschine erhält die Sterilität der Blasdüse durch Umgeben der Düse mit steriler Luft und durch Strömenlassen der sterilen Luft längs der Länge der Düse in einem laminaren Umfangsstrom, der sich rund um das stumpfe Ende der Düse erstreckt. Die laminare Strömung der sterilen Luft haftet an den Seiten der Düse und strömt infolge des Coanda-Effekts rund um das Ende der Düse, um das Ende der Düse vollständig mit steriler Luft zu umgeben und die Düse gegenüber kontaminierter Luft abzuschirmen.
Nach dem Formgebungsvorgang wird die Blasdüse in eine sterile Kammer in einem Blasdüsengehäuse zurückgefahren. In manchen Ausführungen ist das Gehäuse mit der Düse durch zwei schmale und leicht verformbare Rollmembrandichtungen verbunden. Die Rollmembrandichtungen sorgen für einen zusätzlichen Schutz gegen Kontaminierung der Blasdüsenkammer mit unsteriler Umgebungsluft. Eine Niederdruckkammer zwischen den beiden Dichtungen erhöht die Nutzlebensdauer der Dichtungen und erhält die Sterilität der sterilen Kammer in dem unwahrscheinlichen Fall aufrecht, daß die Dichtungen lecken. Der Druckunterschied über jede Dichtung hinweg stellt sicher, daß während des Aus- und Einfahrens der Blasdüse die Dichtungen ordnungsgemäß die benachbarten Oberflächen von Gehäuse und Düse berühren und keine Falten werfen.
Während des Blasens läßt man Hochdruck-Blasluft durch einen Strömungskanal in der Düse und in einen Vorformling strömen, der in einem geschlossenen Formwerkzeug-Hohlraum gehalten wird. Die Luft weitet den geschmolzenen Vorformling auf, um die Flasche zu blasen. Nach dem Blasen wird die Blasluft aus dem Blashohlraum durch einen Ausstoßkanal ausgestoßen, der vom Blaskanal getrennt ist. Der Druck in der geblasenen Flasche wird vor dem Abdichten der geschlossenen Flasche unter den Umgebungsdruck verringert. Auf diese Weise wird die Flasche die ordnungsgemäße Gestalt einnehmen, wenn der Kunststoff in der Flasche voll stabilisiert ist. Das Vorsehen eines getrennten Ausstoßkanals zum Abziehen von Blasluft aus dem Inneren der Flasche stellt sicher, daß keine Blasluft durch den Blaskanal strömt. Dies ist wesentlich, falls ein Vorformling oder eine Flasche versehentlich bricht oder vom Formwerkzeug nicht ordnungsgemäß gehalten wird, was einen Strom von Umgebungsluft in die Flasche oder den Vorformling und durch den Blaskanal nach außen gestatten würde. Umgebungsluft, die durch den Ausstoßkanal abgesaugt wird, kann Schmutzteile enthalten, die die Sterilität dieses Kanals zerstören würde. Eine solche Kontaminierung würde jedoch nicht die Sterilität des Blaskanals zerstören und würde die Maschine nicht daran hindern, sterile, abgedichtete Flaschen zu blasen. Nach dem Auswerfen des gebrochenen Vorformlings oder der gebrochenen Flasche fährt die Maschine fort, sterile Flaschen zu blasen, wie vorher, ohne das Erfordernis erneuter Sterilisation.
Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden mit der weiteren Beschreibung ersichtlich, besonders, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen herangezogen wird, die die Erfindung verdeutlichen, von denen hier vier Blatt und eine Ausführungsform vorliegen.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Frontansicht von Blasdüsenanordnungen, die an einer Blasstation einer Absenk-Blasformmaschine angebracht sind;
2 ist eine teilweise abgebrochene Seitenansicht, die insgesamt längs Linie 2--2 der 1 vorgenommen ist; und
3 und 4 sind Ansichten wie 2, die den Betrieb der Blasformmaschine an der Blasstation darstellen.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Die Absenk-Blasformmaschine 10 umfaßt ein zweiteiliges Formwerkzeug 12, das eine Vielzahl von Hohlräumen 14 zum Blasformen von Flaschen umfaßt, wenn es geschlossen ist, sowie einen Formwerkzeug-Umsetzantrieb, um das Formwerkzeug zwischen einer Vorformlingstation, wo ein Vorformling nach unten in das offene Formwerkzeug hinein extrudiert wird, und zwar für jeden Formwerkzeug-Hohlraum, und einer Blasstation 16 hin- und herzubewegen, wo die Vorformling, die in den Formwerkzeug-Hohlräumen eingeschlossen sind, geblasen werden, um sterile Flaschen zu bilden, und dicht verschlossen werden, um die Sterilität aufrechtzuerhalten. Die Maschine umfaßt auch einen Antrieb zum Öffnen und Schließen der Formwerkzeu ge. Der Antrieb zum Umsetzen des Formwerkzeugs und der Antrieb zum Öffnen und Schließen sind herkömmlich und sind nicht dargestellt.
1 stellt eine Anzahl von Blasdüsenanordnungen 18 an der Blasstation 16 dar. Jede Blasdüsenanordnung 18 ist über einem Formwerkzeug-Hohlraum 14 und einem aufgenommenen Vorformling im Hohlraum angeordnet, wenn sich das Formwerkzeug an der Blasstation befindet.
Jede Anordnung 18 umfaßt eine längliche Blasdüse 22, mit einem oberen Ende, das in einem Block 24 angebracht ist, und einem unteren Ende 26, das sich durch die Mitte eines Blasdüsengehäuses 28 erstreckt. Die Blasdüse ist axial relativ zum Gehäuse beweglich, und zwar zwischen einer zurückgefahrenen Ruheposition, die in 2 gezeigt ist, wo das Düsenende 26 in einer sterilen Ringkammer 30 angeordnet ist, und einer ausgefahrenen Blasposition, die in 4 gezeigt ist und wo das Ende 26 der Düse unter das Gehäuse vorsteht. Die Blasdüse 22 umfaßt ein axiales Blasluftrohr 32 mit einem unteren Ende, das eine Abgabemündung 34 am unteren Ende 26 der Blasdüse bildet. Das Rohr 32 bildet einen Blasluftkanal, der sich von einer Quelle von steriler Hochdruck-Blasluft (nicht dargestellt) durch ein Steuerventil (nicht dargestellt) und durch eine Blasluft-Einlaßöffnung 35 am Block 24 bis zum oberen Ende des Rohres 32 erstreckt. Die Mündung 34 ist über eine kurze Strecke in das Ende des Blasrohres hinein ausgespart, um eine Kontaminierung des Rohres durch Berührung mit einem nichtsterilen Gegenstand zu vermeiden. Eine Berührung sollte nur während des Einstellens, der Wartung oder der Änderung der Abformmaschine erfolgen.
Eine ringförmiger Abgabekanal 36 umgibt das Rohr 32 in der Blasdüse und erstreckt sich von einem ringförmigen Einlaß 38, der die Mündung 34 des Rohres 32 am unteren Ende der Blasdüse umgibt, längs der Länge der Düse bis zum Block 24. Das obere Ende des Kanals 36 ist mit einer Niederdruck-Vakuumöffnung (nicht dargestellt) verbunden, die mit einer Niederdruck-Vakuumquelle (nicht dargestellt) durch ein Steuerventil (nicht dargestellt) verbunden ist.
Das Blasdüsengehäuse 28 umfaßt ein unteres zylindrisches Teil 40, das eine untere Mündung 42 festlegt, ein mittleres zylindrisches Teil 44 und ein oberes zylindrisches Teil 46, das eine obere Öffnung 47 festlegt. Die drei Teile 40, 44 und 46 sind durch eine Vielzahl von Durchgangsschrauben 48 zusammengespannt, die in die Teile 40 und 46 eingreifen. Die Blasdüse 22 umfaßt ein zylindrisches Teil 50, das neben dem mittleren Gehäuseteil 44 angeordnet ist und mit der Blasdüse relativ zum Teil 44 auf- und abbeweglich ist. Das Teil 50 ist an seiner Stelle auf der Blasdüse zwischen zylindrischen oberen und unteren Klemmteilen 52 und 54 gehalten.
Zwei undurchlässige Rollmembranen 56 und 58 erstrecken sich zwischen dem Gehäuse 28 und der Blasdüse, um das obere Ende der Kammer 30 von der Umgebungsluft außerhalb der Anordnung und der Düse abzudichten.
Wie in 2 dargestellt, ist die äußere Umfangskante der Membran 56 zwischen den Gehäuseteilen 40 und 44 eingespannt, und die innere Umfangskante der Membran 56 ist zwischen dem Teil 50 und dem unteren Klemmteil 54 eingespannt. Die äußere Umfangskante der Dichtung 58 ist zwischen den Teilen 44 und 46 eingespannt, und die innere Umfangskante der Dichtung 58 ist zwischen dem Teil 50 und dem oberen Klemmteil 52 eingespannt.
Jede Membran 56, 58 umfaßt eine U-förmige Umfangsdichtung, die die Innenoberfläche des Teils 44 und die Außenoberfläche des Teils 50 berührt und längs der Oberflächen abrollt, wenn sich die Düse 22 relativ zum Gehäuse 28 bewegt. Die Biegungen um 180 Grad in den Dichtungen sind einander zugewandt, und die Teile der Dichtungen, die die Teile 44 und 50 ergreifen, erstrecken sich von den 180 Grad-Biegungen weg.
Die beiden Membrandichtungen 56 und 58, die Innenoberfläche des Teils 44 und die Außenoberfläche des Teils 50 zwischen den Dichtungen definieren eine geschlossene Ringkammer 60 zwischen der Blasdüse und dem Gehäuse. Eine Einlaßöffnung 62 für sterile Luft im mittleren Teil 44 verbindet die Kammer 60 mit einer Vakuumquelle 64, und zwar durch eine Unterdruckleitung 66. Die Quelle 64 hält die Kammer 60 unter Umgebungsdruck, um sicherzustellen, daß es einen Druckunterschied gibt, der sich quer zu jeder der Membrandichtungen erstreckt. Der Druckunterschied erhält den glatten Eingriff zwischen den Dichtungen und den Oberflächen der Teile 44 und 50 während des Aus- und Einfahrens der Blasdüse. Die obere und untere Innenoberfläche des Teils 50 sind leicht konisch, um den glatten Eingriff mit den Membrandichtungen zu erleichtern. Die Dichtungen 56 und 58 sind sehr flach und nehmen nur geringen radialen Raum ein. Die Membrandichtungen lassen sich leicht verformen und üben keine hohen Belastungskräfte auf die Blasdüsenanordnung aus.
Andere Arten von Dichtungen oder sogar nur eine einzige Dichtung können verwendet werden, falls es gewünscht ist.
Wenn die Blasdüse 22 zurückgefahren ist, wie es in 2 gezeigt ist, dann ist das untere Ende des Stiftes in der Kammer 30 angeordnet. Eine Öffnung 68 ist im Teil 40 ausgebildet und ist mit einer Quelle 70 steriler Niederdruckluft durch eine Leitung 72 verbunden. Man läßt ständig sterile Luft durch den Kanal 68 zur Kammer 30 strömen. Die sterile Luft umgibt die Blasdüse und strömt axial längs der Blasdüse in laminarer Strömung und aus der kreisförmigen Öffnung zwischen dem unteren Ende der Blasdüse und der Mündung 42 nach außen. Die sterile, laminare Strömung haftet an der Düse und wird aufgrund des Coanda-Effekts über das nach unten weisende Ende der Blasdüse gesaugt, um zu verhindern, daß Umgebungsluft die Düse kontaminiert. Auf diese Weise schützt sterile Luft, die durch den Kanal 68 zugeführt wird, die zurückgezogene Blasdüse vor Kontamination durch unsterile Umgebungsluft. Man läßt sterile Luft in die Kammer 30 strömem, wenn die Düse ausgefahren ist, wie es in 4 gezeigt ist. Der Durchmesser der Düse ist geringfügig kleiner als der Durch messer der Mündung 42, was es der sterilen Luft aus der Kammer 30 gestattet, längs des Umfanges der ausgefahrenen Düse und in die Oberseite des Formwerkzeughohlraums 14 zu strömen, wie dargestellt. Diese Strömung schützt die ausgefahrene Blasdüse vor Verschmutzung.
Der Block 24 in jeder Anordnung 18 ist an einem horizontalen Trageblock 76 angebracht. Die Blasdüsengehäuse 28 sind an einer horizontalen Platte 78 angebracht, die von zwei sich nach oben erstreckenden Leitpfosten 80 getragen ist, und zwar am Ende der Platte. Die Pfosten 80 erstrecken sich durch Hülsenlager 82, die am Block 76 angebracht sind, um die vertikale Bewegung der Platte 78 relativ zum Block 76 zu gestatten. Manschetten 79 an den Pfosten 80 verhindern die Bewegung der Platte 78 unter die Lage der 1. Zwei feste, vertikale Pfosten 84 tragen einstellbare Anschlagteile 86, die in den 2–4 gezeigt sind. Ein Paar Anschlagfinger 88 an der Platte 78 greifen in die Anschlagteile 86 ein, um die Abwärtsbewegung der Platte und der Blasdüsengehäuse 28 relativ zum Block 76 und zu den Blöcken 24 zu begrenzen. Schwerkraft hält normalerweise die Platte 78 unter dem Block 76, wobei die Manschetten 79 in die Lager eingreifen, wie es in 1 gezeigt ist.
Ein geeigneter Blasdüsenantrieb (nicht gezeigt) senkt den Block 76 ab und hebt ihn an, um die Blasdüsenanordnungen 18 nach unten zum zweiteiligen Formwerkzeug 12 zu bewegen und die Blasdüsenanordnungen nach oben von dem Formwerkzeug wieder abzuziehen. Während des Absenkens greifen die Finger 88 in die Anschläge 86 ein, wobei die Blasdüsen in den Kammern 30 zurückgezogen sind und sich die Platte 78 eine kurze Strecke über dem Formwerkzeug befindet. Das fortgesetzte Absenken des Blocks 76 und der Blöcke 24 fährt die Blasdüsen in die Halsabschnitte 90 der Formwerkzeug-Hohlräume aus, um vor dem Blasformen mit den Vorformlingn in Eingriff zu treten, wie es in 4 gezeigt ist.
Während des Betriebsbeginns der Maschine 10 werden die Kammern 30, die Oberflächen der Blasdüsen, die unter den Rollmembrandichtungen 56 angeordnet sind, alle Blasluftkanäle, die die Blasrohre 32 umfassen, die Ausstoßkanäle 36, 68 und die Leitungen 72 unter Verwendung von Dampf mit hoher Temperatur sterilisiert. Nach anfänglicher Sterilisation läßt man sterile Luft unter einem Druck von weniger als 0,07 bar (ein Pfund pro Quadratzoll) von der Quelle 70 durch die Leitungen 72 in die Kammern 30 strömen. Die sterile Niederdruckluft füllt vollständig die Kammern unter den Dichtungen 56 und stellt laminare Axialströmungen steriler Luft längs der Enden der zurückgezogenen Blasdüsen und durch die Mündungen 42 nach außen her. Niederdruckluft ist erforderlich, damit man die erwünschte laminare Strömung längs der Blasdüse erhält. Luft mit höherem Druck würde eine turbulente Strömung erzeugen. Dank des Coanda-Effekts wird sterile Luft quer zu den freiliegenden Enden der Düsen über die Mündungen 34 der Blasrohre 32 und die Mündungen 38 der Ausstoßkanäle 36 gesogen. Die ständige Strömung steriler Luft in die Kammern 30 und rund um die Enden der zurückgezogenen Blasdüsen, längs dieser Enden und über diese hinweg erhält die Sterilität der Blasdüsen, indem man verhindert, daß Umgebungsluft, die nichtsterile Verschmutzungen enthalten kann, die zurückgezogene Blasdüse berührt. Sterile Luft füllt die Kammern 30 mit einem positiven Druck. Während des Zeitraumes, in dem die Blasdüsen ausgefahren sind, strömt sterile Luft aus den Kammern 30 durch Spielräume vorn 0,5 mm (0,02 Zoll) zwischen jeder Seite der Düse und der Mündung, wie es durch Pfeile 92 in 4 angegeben ist. Dieser Strom schützt die ausgefahrene Düse vor Kontamination.
Es wird nun ein Betriebszyklus der Blasformmaschine 10 beschrieben.
Der Zyklus beginnt mit der offenen Form 12 an der Extrudierstation und mit Extrudiereinrichtungen für die Vorformling, die über jedem offenen Formwerkzeug-Hohlraum angeordnet sind und einen Vorformling nach unten zwischen die Formwerkzeug-Hälften hineinextrudieren.
Die Formwerkzeuge schließen über den Vorformlingn, so daß jeder Vorformling in einem Hohlraum eingeschlossen wird. Die eingeschlossenen Vorformling werden von den Resten der Vorformling abgetrennt und das geschlossene Formwerkzeug wird zur Blasstation 16 versetzt, wobei jeder geschlossene Hohlraum und jeder Vorformling unter einer Blasdüsenanordnung 18 angeordnet wird. Die Anordnungen 18 befinden sich in der angehobenen Position, wie sie in 2 gezeigt ist, wobei sich die Finger 88 über den Anschlagteilen 86 befinden.
Als nächstes senkt der Blasdüsenantrieb den Block 76, die Platte 78 und die Düsengehäuse 28 zum geschlossenen Formwerkzeug 12 hin ab. Die Platte 78 und die Gehäuse 28 werden mit den Blasdüsen abgesenkt, bis die Finger 88 in die Anschläge 86 eingreifen. Dieser Anschlag hält das Absenken der Platte 78 an, und zwar einen kurzen Abstand über der Oberseite des geschlossenen Formwerkzeugs 12.
Ein weiteres Absenken des Trageblocks 76 fährt die Blasdüsen aus den Kammern 30 nach außen und nach unten in die Halsabschnitte 90 der Formwerkzeug-Hohlräume. 4 stellt die Position dar, in der die Platte 78 voll abgesenkt ist, die Finger 88 in die Anschläge 86 eingreifen und und die Blasdüsen voll ausgefahren sind. Die unteren Enden der Düsen dichten die Vorformling an den oberen Abschnitten der Formwerkzeug-Hohlräume ab. Die Blasrohr-Mündungen 34 und die Ausstoßkanal-Mündungen 38 öffnen sich in die eingeschlossenen Vorformling hinein.
Man läßt dann Blasluft durch die Strömungsrohre 32 und in das Innere der Vorformling strömen, um die geschmolzenen Vorformling nach außen aufzuweiten und Flaschen zu bilden, die eine Gestalt haben, die definiert ist durch die Gestalt der Formwerkzeug-Hohlräume. Die Blasluft, die einen Druck von etwa 6 bar (88 Pfund pro Quatdratzoll) haben kann, hält die geschmolzenen Vorformling gegen die Wände der Hohlräume. Die Formwerkzeuge entziehen dem geschmolzenen Kunststoff Wärme, so daß der Kunststoff rasch abbindet, um Flaschen zu bilden. Die relativ großen Kunststoffkörper am Boden der Flaschen verbleiben jedoch noch geschmolzen, nachdem der Rest der Flaschen bereits abgebunden hat. Dieser Kunststoff setzt während des Abkühlens noch vor der Stabilisierung des Kunststoffs Wärme frei.
Nachdem die Flasche geblasen ist und abgebunden hat, wird ein Ventil zwischen der Quelle der Blasluft und den Blasrohren 34 geschlossen, und ein Ventil in der Leitung, die die Öffnungen 39 mit einer Quelle an Luft mit einem Druck unter dem der Umgebungsluft verbindet, der bei einem Druck von etwa –0,5 bar (–7 Pfund pro Quadratzoll bzw. PSI) liegen kann, wird geöffnet, um Blasluft aus dem Inneren der Flasche abzuziehen. Die Ablaßkanäle 36 werden mit einer Quelle an Niederdruckluft für einen Zeitraum verbunden, der ausreicht, um den Druck in den Flaschen auf einen gewünschten Druck unter dem Atmosphärendruck abzusenken. Wenn dies stattgefunden hat, öffnet das Formwerkzeug und bewegt sich zur Extrusionsstation zurück, während die Flaschen an den Blasdüsen aufgehängt bleiben. Dichtungswerkzeug, das in Abdeckarmen unter den ausgefahrenen Blasdüsen und über den Hälsen der Flaschen angeordnet ist, schließt, um die Innenseiten der Flaschen abzudichten, wenn die Arme die Flaschen ergreifen. Der Kuststoff neben dem Dichtungswerkzeug ist noch heiß gehalten, um das Abdichten zu erleichtern. Das Abdichtwerkzeug kann der Art angehören, die in dem US-Patent Nr. 5 037 684 gezeigt ist. Der negative Druck, der an die Ausstoßkanäle 36 angelegt ist, wird unwirksam gemacht, nachdem die Flaschen abgedichtet sind.
Nachdem, bei weniger als Atmosphärendruck, die Flasche dichtend verschlossen ist, halten die Abdeckarme die Flaschen, und der Blasdüsenantrieb hebt den Block 76 an, um die Blasdüsen aus den Oberseiten der Flaschen herauszuziehen und die Blasdüsenanordnungen in die Ausgangslage zurückzuführen, die in 1–3 gezeigt ist. Die Arme überführen die Flasche von der Maschine her.
Während der Zeit, während der die Blasdüsen in die Formwerkzeuge hinein ausgefahren sind, fährt sterile Luft fort, in die Kammer 30 und aus der Kammer heraus in den schmalen Spalt zwischen der Blasdüse und der Kammermündung 42 zu strömen. Diese Luft spült die freigelegten Blasdüsen, um zu verhindern, daß Umgebungsluft die Blasdüsen kontaminiert. Zusätzlich trägt die hohe Temperatur des geschmolzenen Kunststoffs im Vorformling (etwa 200 Grad Celsius (400 Grad F.)) dazu bei, die Sterilität der Blasdüse beizubehalten, indem die Oberfläche der Düse auf über eine Sterilisationstemperatur hinaus erhitzt wird.
Die abgebundenen Flaschen, die von den Formwerkzeug-Hohlräumen entnommen werden, enthalten Körper aus geschmolzenen oder nahezu geschmolzenen Kunststoff. Diese Körper kühlen allmählich ab und setzen Wärme frei, eine Wärme, die die unter Atmosphärendruck befindliche Luft in der Flasche erwärmt und den Druck der Luft in der Flasche erhöht. Wenn die latente Wärme voll aus den Kunststoffkörpern freigesetzt ist, wurde der Druck in der Flasche wesentlich erhöht, und zwar auf Atmosphärendruck, so daß kein bedeutendes Druckdifferential über die Wände der Flasche vorliegt und die Flasche sich in ihrer gewünschten, abgeformten Gestalt befindet, wenn sich der Kunststoff in der Flasche stabilisiert. Das Blasen steriler Flaschen, die unter Atmosphärendruck abgedichtet werden, ist in dem US-Patent Nr. 5 037 684 noch näher erläutert.
Nachdem die Flaschen aus dem offenen Formwerkzeug entfernt wurden, wird das Formwerkzeug zur Vorformlingstation zurückbewegt, um den Betriebszyklus der Abformmaschine 10 zu vervollständigen.
Der Ausstoßkanal 36 wird während des Auswerfens der Flasche bei einem negativen Druck Druck gehalten, bis die Flasche bei dem gewünschten negativen Druck dichtend verschlossen ist. Der Ausstoßkanall ist vom Blaskanal getrennt, so daß die Abluft nicht durch den sterilen Strömungskanal fließt. Dies ist für den Fall wesentlich, daß ein gebrochener Vorformling oder eine gebrochene Flasche blasgeformt wird und den Fluß kontaminierter Luft während des Bruchs in den Vorformling oder in die Flasche hinein gestattet. Diese Luft kann Kontaminierungen enthalten und wird durch den Ausstoßkanal 36 abgezogen. Kontaminierungen in der Abluft können dazu führen, daß der Ausstoßkanal nichtsteril wird. Kontaminierungen können jedoch nicht in das Blasrohr 32 eintreten, weil der Ausstoßkanal 36 während des Ablassens von Blasgas unter einem Druck gehalten wird, der niedrikger ist als der Druck im Blasrohr. Dies stellt sicher, daß eine gebroche Flasche nicht die Sterilität der Blasdüse aufhebt. Kontaminierungen im Blaskanal könnten nämlich sonst die Sterilität der Blasdüse aufheben.
Während des Austauschs von Formwerkzeug und der Änderung oder Einstellung der Abformmaschine kann die Sterilität der zurückgezogenen Blasdüsen dadurch aufrecht erhalten werden, daß man fortfährt, sterile Luft aus der Quelle 70 in die Kammern 30, rund um die Blasdüsen und aus der Kammer heraus strömen zu lassen, wie es bereits vorher beschrieben wurde. Das Aufrechterhalten einer sterilen Luftstömung gestattet den Anlauf der Maschine nach einem Austausch des Formwerkzeugs, nach einer Einstellung oder einer Änderung ohne das Erfordernis, die Düsenanordnungen wieder zu sterilisieren. Die unteren Enden der Blasrohre sind kurz bzw. um kurze Abstände über der Unterseite der Blasdüsen angeordnet, um noch weiter die Sterilität der Rohre zu schützen.
Die Verwendung zweier Rollmembrandichtungen 56 und 58 mit einer Unterdruckkammer 60 zwischen den Dichtungen sorgt für einen zusätzlichen Schutz der sterilen Kammer 30 vor Kontaminierung durch Umgebungsluft. Ein Leck durch die untere Blasmembrandichtung 56 könnte dazu führen, daß sterile Luft aus der Kammer 30 in die Niederdruckkammer 60 strömt. Diese Luft würde von der Maschine zur Niederdruckquelle 64 ohne Kontaminierung weggesaugt. Ein Leck durch die obere Rollmembrandichtung 58 würde dazu führen, daß Umgebungsluft in die Niederdruckkammer 60 strömt. Es würde jedoch auch eine solche Strömung in gleicher Weise von der Niederdruckquelle 64 abgesaugt, ohne die Sterilität der Kammer 30 in Gefahr zu bringen. Selbst im unwahrscheinlichen Fall kleiner Leckstellen in beiden Dichtungen 56, 58 würde Luft, die durch beide Bruchstellen strömt, in die Niederdruckkammer 60 abgesaugt und sicher zur Niederdruckquelle 64 weggesaugt, ohne die Kammer 30 zu kontaminieren.
Die Blasdüsen werden durch strömende, sterile Luft steril gehalten, die in die Blasdüsengehäuse, längs der Düsen und rund über die Enden der Düsen strömt. Offensichtlich könnten die Blasdüsen auch durch den Strom eines anderen sterilen Gases als Luft in die Gehäuse hinein und um die Düsen herum aufrecht erhalten werden.
Während wir bevorzugte Ausführungsformen unserer Erfindung dargestellt und beschrieben haben, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß eine Abänderung möglich ist, und wir wünschen nicht, auf die genauen, ausgeführten Einzelheiten eingeschränkt zu werden, sondern wir streben danach, uns solche Abänderungen und Umbildungen nutzbar zu machen, soweit sie unter den Bereich der folgenden Ansprüche fallen.

Claims

Blasdüsenanordnung (18) zur Verwendung beim Blasformen steriler Kunststoffflaschen, wobei die Anordnung folgendes umfaßt: A) eine längliche Blasdüse (22) mit einem Blasende (26), wobei die Blasdüse (22) einen inneren Blas-Luftkanal (32) umfaßt, der sich längs der Düse (22) erstreckt, und einen Blasmund (34) am Blasende (26) der Düse (22) aufweist; B) ein Blasdüsengehäuse (28), das die Blasdüse (22) umgibt, wobei das Gehäuse (28) eine obere Öffnung (47) und einen unteren Mund (42) sowie eine sterile Gas-Einlaßöffnung (68) festlegt, die sich in eine erste Umfangskammer (30) zwischen dem Gehäuse (28) und der Blasdüse (22) öffnet, wobei die Blasdüse (22) axial bezüglich des Gehäuses (28) zwischen einer zurückgezogenen Lage, in der das Blasende (26) der Düse (22) sich nahe dem Gehäuse (28) befindet, und einer ausgefahrenen Lage beweglich ist, in der das Blasende (26) der Düse (22) außerhalb des Gehäuses (28) in einer Lage angeordnet ist, um mit einem Vorformling in Eingriff zu treten und ihn aufzublasen, der in einem geschlossenen Formwerkzeug nahe dem Gehäuse (28) gehalten wird; C) einen Antrieb zum Bewegen der Blasdüse (22) zwischen der zurückgezogenen und der ausgefahrenen Lage; D) wobei dann, wenn sich die Blasdüse (22) in der zurückgezogenen Lage befindet, steriles Gas durch die Einlaßöffnung (68) für steriles Gas in die Kammer (30) geleitet wird, die Blasdüse (22) entlangströmt und quer zum Blasende (26) der Blasdüse (22) strömt, um die Düse (22) gegenüber der Verschmutzung durch atmosphärische Luft abzuschirmen; gekennzeichnet durch: E) eine Umfangsdichtung (58) zwischen dem Gehäuse (28) und der Blasdüse (22), die nahe der oberen Öffnung (47) angeordnet ist; und F) einen Auslaßkanal (36) in der Blasdüse (22) und mit einer Auslaßmündung (38) am Blasende (26) der Düse (22) nahe dem Blasmund (34), wobei der Ablaßkanal (36) vom Blas- Luftkanal (32) getrennt ist und sich der Auslaßkanal (36) von der Auslaßmündung (38) zu einer Niederdruckquelle erstreckt, um den Druck in der sterilen Kunststoffflasche vor dem Abdichten unter den Atmosphärendruck abzusenken, wobei dann, wenn sich die Blasdüse (22) in der ausgefahrenen Stellung befindet, sterile Blasluft in einen Vorformling durch einen Blas-Luftkanal (32) geleitet wird, um den Vorformling aufzublasen, und nach dem Aufblasen des Vorformlings die Blasluft aus der Flasche durch den Ablaßkanal (36) abgegeben wird, nur um die Verschmutzung des sterilen Blasrohres (32) durch verschmutzte Luft zu verhindern, die in den Vorformling oder die Flasche infolge eines Bruches einströmt.
Anordnung nach Anspruch 1, worin der Auslaßkanal (36) den Blas-Luftkanal (32) umgibt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Umfangsspiel zwischen der Blasdüse (22) und der Mündung des Gehäuses (42), wenn sich die Blasdüse (22) in der ausgefahrenen Lage befindet, wobei steriles Gas von der Kammer (30) durch das Spiel und rund um die ausgefahrene Blasdüse (22) strömt, um die Düse (22) vor Verschmutzung durch atmoshärische Luft abzuschirmen.
Anordnung nach einem vorangehenden Anspruch, worin die Dichtung (58) eine Membran umfaßt.
Anordnung nach Anspruch 4, worin die Membran eine im Umfangsrichtung erfolgende Umbiegung umfaßt.
Anordnung nach Anspruch 5, worin die genannte Umbiegung zwischen zwei Umfangsteilen der Membran angeordnet ist, wobei sich solche Teile von der genannten Umbiegung in der selben Richtung wegerstrecken.
Anordnung nach Anspruch 6, worin die genannten Teile der Membran die Blasdüse (22) bzw. das Gehäuse (28) berühren.
Anordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, worin der Blasrohrmund (34) eine Aussparung im Ende der Blasdüse (22) bildet.
Anordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, mit einer Quelle sterilen Gases mit einem Druck von etwa 0, 07 bar und einer Gasleitung, die die Quelle sterilen Gases mit der Einlaßöffnung (68) verbindet, worin das sterile Gas mit dem genannten Druck durch die Öffnung (35) in die Kammer (30), rund um die Blasdüse (22) und längs deren strömt.
Blasformmaschine, die die Blasdüsenanordnung (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfaßt.
Verfahren zum Blasen einer abgedichteten, sterilen Kunststoffflasche unter Verwendung einer Blasformmaschine, die eine Blasdüse (22) mit einem Blasende (26), einen sterilen, inneren Blaskanal (32), der sich von einer Quelle sterilen Blasgases durch die Blasdüse (22) zum Ende (26) der Düse (22) erstreckt, ein Blasdüsengehäuse (28), das die Blasdüse (22) umgibt, und einen Blasdüsenantrieb umfaßt, um die Blasdüse (22) zwischen einer ausgefahrenen und einer zurückgezogenen Lage zu bewegen, das die folgenden Schritte umfaßt: A) Bewegen der Blasdüse (22) in die zurückgezogene Lage, um einen Blas-Endabschnitt (26) der Düse (22) im Gehäuse (28) anzuordnen, Einströmenlassen von sterilem Gas in eine Kammer (30) zwischen der Düse (22) und dem Gehäuse (28), so daß das sterile Gas die Düse (22) umströmt und axial längs der Düse (22) über das Blasende (26) der Düse (22) und das Ende (34) des Blaskanals (32) strömt, um die Sterilität des Endes der Düse (22) und des Kanals (32) aufrechtzuerhalten; B) Anordnen einer geschlossenen Blasform mit einem Vorformling, der in einem Blashohlraum (14) eingeschlossen ist, nahe der Blasdüse (22); C) Bewegen der Blasdüse (22) vom Gehäuse (28) nach außen in eine ausgefahrene Lage, um das Blasende (26) der Blasdüse (22) im Formwerkzeug in Berührung mit dem Vorformling und so anzuordnen, daß das Ende (34) des Blaskanals (32) mit dem Inneren des Vorformlings in Verbindung steht, während sterile Luft fortfährt, vom Gehäuse (28) nach außen und längs der Blasdüse (22) zu strömen, um die Steriliktät der ausgefahrenen Blasdüse (22) aufrechtzuerhalten; D) Halten der Blasdüse (22) in Eingriff mit dem Vorformling, während man i) steriles Gas durch den sterilen Blaskanal (32), aus dem Ende (34) des Kanals (32) und in den Vorformling bläst, um den Vorformling aufzublasen und eine sterile Flasche zu formen; ii) Blasgas aus dem Inneren der geblasenen Flasche durch einen Abgabekanal (36) in der Blasdüse (22) entfernt, der vom Blas-Luftkanal (32) getrennt ist, ohne daß man Gas durch den Blas-Luftkanal (32) ausstößt, wobei man die Sterilität des Blaskanals aufrechterhält, um den Druck in der Flasche unter den Atmosphärendruck abzusenken; und iii) die Flasche abdichtet, nachdem das Blasgas aus der Flasche entfernt wurde; E) Abtrennen der Blasdüse (22) von der Flasche, Zurückbewegen der Blasdüse (22) in die zurückgefahrene Lage im Gehäuse (28) und Fortsetzen des Stromes sterilen Gases längs der Düse (22) und rund um das Blasende (26) der Düse (22), um die Sterilität der Düse (22) aufrechtzuerhalten; und F) Öffnen des Formwerkzeugs und Entfernen der geblasenen Flasche.
Verfahren nach Anspruch 11, worin man das sterile Gas in die Kammer (30) bei einem Druck von etwa 0,07 bar oder weniger einströmen läßt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, worin man das sterile Gas längs der Düse (22) in einer laminaren Strömung fließen läßt.