WO2009052800A1 - Verfahren und vorrichtung zum sterilisieren sowie vorrichtung zur blasformung von behältern - Google Patents

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Frank Haesendonckx
Werner Hoffmann
Klaus Vogel
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Khs Corpoplast Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for sterilizing workpieces made of a thermoplastic material in the manufacture of blow-molded containers.
  • the invention relates to a method for blow molding at least partially sterile containers.
  • the invention relates to a device for sterilizing workpieces made of a thermoplastic material in the production of blow-molded containers. Also, the invention comprises an apparatus for producing at least partially sterile workpieces made of a thermoplastic material.
  • the invention also relates to a device for blow-molding containers, which has at least one blowing station arranged on a support structure for shaping thermoplastic preforms into the containers.
  • a manufacture of sterile blow-molded containers is typically such that these containers after blow molding and sterilized before filling using hydrogen peroxide or other chemicals. It is also already known to sterilize the preforms used in the blow-molding of the containers as starting material, in particular the area of the inner surface of these preforms.
  • preforms made of a thermoplastic material for example preforms made of PET (polyethylene terephthalate) are fed to different processing stations within a blow molding machine.
  • a blow molding machine has a heating device and a blowing device, in the region of which the previously tempered preform is expanded by biaxial orientation to form a container.
  • the expansion takes place with the aid of compressed air, which is introduced into the preform to be expanded.
  • the procedural sequence in such an expansion of the preform is explained in DE-OS 43 40 291.
  • the basic structure of a blowing station for container molding is described in DE-OS 42 12 583. Possibilities for temperature control of the preforms are described in DE-OS 23 52 926.
  • the preforms as well as the blown containers can be transported by means of different handling devices.
  • the use of transport mandrels, onto which the preforms are plugged, has proven to be useful.
  • the preforms can also be handled with other support devices.
  • the use of gripper tongs for handling preforms and the use of expansion mandrels which are insertable into a muzzle region of the preform for mounting are also among the available constructions.
  • a handling of containers using transfer wheels is described, for example, in DE-OS 199 06 438 in an arrangement of the transfer wheel between a blowing wheel and a discharge path.
  • blow molding stations different embodiments are known.
  • blow stations which are arranged on rotating transport wheels, a book-like unfoldability of the mold carrier is frequently encountered. But it is also possible to use relatively movable or differently guided mold carrier.
  • fixed blowing stations which are particularly suitable for receiving a plurality of cavities for container molding, typically plates arranged parallel to one another are used as mold carriers.
  • the object of the present invention is to improve a method of the aforementioned type such that a reliable sterilization can be carried out in a simple manner.
  • This object is achieved in that the sterilization is carried out by applying an electron beam, wherein the electron beam is conducted with a radiation intensity of at least 15 kRay on the surface of the workpiece.
  • Another object of the present invention is to construct a device of the aforementioned type such that an effective sterilization with little effort is feasible.
  • At least one sterilization unit has a generator for electron radiation, wherein the generator has a hobgäbe for generating a radiation intensity in the region of a surface of the workpiece of 15 kRay.
  • a sterilization unit is arranged, which is provided with a generator for electron radiation.
  • a sterilization unit is arranged, which is provided with a generator for electron radiation.
  • Effective sterilization is realized by applying an electron beam to each part of the surface of the workpiece.
  • An advantageous orientation of the radiation source takes place in that the electron beam is aligned with an angle range of 0 to 15 ° relative to a surface normal of the surface.
  • Another embodiment variant is that the electron beam is generated by at least two radiation sources.
  • a uniform loading of the workpiece in a circumferential direction is facilitated by the fact that the workpiece is at least temporarily offset during rotation of the sterilization process in a rotation about its longitudinal axis.
  • the sterilization unit be pivoted at least temporarily during the performance of the sterilization process.
  • a preform is sterilized as a workpiece.
  • An arrangement of the sterilizer can for example be such that the preform is sterilized in the region of a feed line.
  • Another arrangement variant is provided by sterilizing the Vorforralinge in the transport direction before a heating line and after a performed arrangement of the preforms is carried out at constant intervals relative to each other.
  • Another field of application is opened up by sterilizing a blown container as the workpiece.
  • the container is sterilized in the region of a discharge line.
  • the container is sterilized in the region of a transfer wheel.
  • Another constructive realization is that the sterilization unit is arranged displaceably.
  • a compact construction of the device is supported by the fact that the sterilization unit is at least partially rod-shaped.
  • FIG. 1 is a perspective view of a blowing station for the production of containers from preforms
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a blow mold, in which a preform is stretched and expanded
  • 3 shows a sketch to illustrate a basic structure of a device for blow-molding containers
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through a preform with laterally next to the preform pivotally arranged sterilizer
  • FIG. 6 modified embodiment with a displaceably arranged sterilizing device
  • FIG. 7 shows a further modified embodiment with a pivotable sterilizing device for sterilizing an inner surface of the preform
  • FIG. 8 shows an embodiment with a rod-like sterilizing device for insertion into an interior of the preform
  • Fig. 9 is a schematic representation of a sterilizer for sterilizing the inner surface of a container.
  • Fig. 10 is a schematic representation of a sterilizer for sterilizing the outer surface of a container.
  • FIG. 1 The basic structure of a device for forming preforms (1) in container (2) is shown in FIG. 1 and in FIG. 2.
  • the device for forming the container (2) consists essentially of a blowing station (3), which is provided with a blow mold (4) into which a preform (1) can be inserted.
  • the preform (1) may be an injection-molded part of polyethylene terephthalate.
  • the blow mold (4) consists of mold halves (5, 6) and a bottom part (7), which is made from a lifting device (8) is positionable.
  • the preform (1) can be held in the region of the blowing station (3) by a transport mandrel (9) which, together with the preform (1), passes through a plurality of treatment stations within the device. But it is also possible to use the preform (1), for example via pliers or other handling means directly into the blow mold (4).
  • a connecting piston (10) is arranged, which feeds the preform (1) compressed air and at the same time performs a seal relative to the transport mandrel (9).
  • a connecting piston (10) is arranged, which feeds the preform (1) compressed air and at the same time performs a seal relative to the transport mandrel (9).
  • a stretch rod (11) which is positioned by a cylinder (12).
  • curve segments is particularly useful when a plurality of blowing stations (3) are arranged on a rotating blowing wheel.
  • the use of cylinders (12) is appropriate. ßig, if fixedly arranged blow molding stations (3) are provided.
  • the stretching system is designed such that a tandem arrangement of two cylinders (12) is provided. From a primary cylinder (13), the stretching rod (11) is first moved to the area of a bottom (14) of the preform (1) before the beginning of the actual stretching process.
  • the primary cylinder (13) with extended stretching rod together with a carriage (15) carrying the primary cylinder (13) is positioned by a secondary cylinder (16) or via a cam control.
  • the secondary cylinder (16) in such a cam-controlled manner that a current stretching position is predetermined by a guide roller (17) which slides along a curved path during the execution of the stretching operation.
  • the guide roller (17) is pressed by the secondary cylinder (16) against the guideway.
  • the slide (15) slides along two guide elements (18).
  • the carriers (19, 20) are locked relative to one another by means of a locking device (40).
  • Fig. 2 shows in addition to the blown container (2) and dashed lines drawn the preform (1) and schematically a developing container bladder (23).
  • FIG. 3 shows the basic structure of a blow molding machine, which has a heating section (24) and a rotating blowing wheel (25). is provided.
  • a preform input (26) the preforms (1) are transported by transfer wheels (27, 28, 29) into the region of the heating path (24).
  • Heater (30) and fan (31) are arranged along the heating path (24) in order to temper the preforms (1).
  • After a sufficient temperature control of the preforms (1) they are transferred to the blowing wheel (25), in the region of which the blowing stations (3) are arranged.
  • the finished blown containers (2) are fed by further transfer wheels to a delivery line (32).
  • thermoplastic material different plastics can be used.
  • PET, PEN or PP can be used.
  • the expansion of the preform (1) during the orientation process takes place by compressed air supply.
  • the compressed air supply is in a pre-blowing phase in which gas, for example compressed air, is supplied at a low pressure level and subdivided into a subsequent main blowing phase in which gas is supplied at a higher pressure level.
  • gas for example compressed air
  • main blowing phase in which gas is supplied at a higher pressure level.
  • compressed air is typically used at a pressure in the interval of 10 bar to 25 bar and during the main blowing phase compressed air is supplied at a pressure in the interval of 25 bar to 40 bar.
  • the heating section (24) consists of a plurality fender transport elements (33) is formed, which are strung together like a chain and guided along deflection wheels (34).
  • deflection wheels (34) In particular, it is envisaged to open a substantially rectangular basic contour by the chain-like arrangement.
  • a single relatively large-sized guide wheel (34) and in the region of adjacent deflections two comparatively smaller dimensioned guide wheels (36) used , In principle, however, any other guides are conceivable.
  • the arrangement shown to be particularly useful since in the region of the corresponding extent of the heating section (24) three deflecting wheels (34, 36) are positioned, and although in each case the smaller deflection wheels (36) in the region of the transition to the linear curves of the heating section (24) and the larger deflection wheel (34) in the immediate transfer area to the transfer wheel (29) and the input wheel (35).
  • chain-like transport elements (33) it is also possible, for example, to use a rotating heating wheel.
  • a larger amount of preforms (1) per unit time can be tempered by the larger number of radiant heaters (30).
  • the fans (31) introduce cooling air into the region of cooling air ducts (39), which in each case oppose the associated radiant heaters (30) and emit the cooling air via outflow openings.
  • the cooling air ducts (39) can provide reflectors for the heating radiation in the area of surfaces opposite the radiant heaters (30), and it is also possible to realize cooling of the radiant heaters (30) via the discharged cooling air.
  • Fig. 5 shows a longitudinal section through a preform (1).
  • the preform (1) has a wall (41) which is provided with an outer surface (42) and an inner surface (44) facing an inner space (43).
  • a sterilization unit (45) is arranged, which is designed as an electron beam generator and which conducts an electron beam (46) in the direction of the outer surface (42).
  • the sterilizer (45) in the direction of a longitudinal axis (47) of the preform (1) is arranged pivotably.
  • the preform (1) is set in rotation during the sterilization process around its preform longitudinal axis (47). For example, it is possible, in each case after a complete rotation through 360 °, to perform a pivotal movement of the sterilization unit 45 such that successive annular or sleeve-like segments of the outer surface 42 are successively sterilized in the direction of the longitudinal axis 47.
  • FIG. 6 shows an embodiment modified from FIG. 5, in which the sterilization unit (45) is not pivotable but displaceably arranged in the direction of the longitudinal axis (47).
  • the sterilization unit (45) is positioned substantially parallel to the longitudinal axis (47), so that a constant distance between the sterilization unit (45) and the outer surface (42) is ensured.
  • the sterilization unit (45) is arranged in the vicinity of the mouth portion (21) of the preform (1).
  • the arrangement of the sterilization unit (45) takes place here such that the electron beam (46) penetrates through an opening (48) of the preform (1) into the interior space (43) and impinges here on the inner surface (44).
  • the sterilization unit (45) is pivotably arranged to act on different sterilization areas in the direction of the longitudinal axis (47).
  • pivotable sterilization units (45) it is possible to carry out the pivoting operation continuously or stepwise.
  • an overlay with a rotational movement of the preform (1) either the already mentioned annular sterilization regions or a spirally extending sterilization region can thereby be generated.
  • FIG. 8 shows a further modified embodiment, in which a rod-shaped or tubular sterilization unit (45) is retracted into the interior (43) of the preform (1).
  • the sterilization unit (45) can be positioned in the direction of the longitudinal axis (47).
  • the electron beam (46) can either be fan-shaped to 360 ° or, at a certain point in time, act on only a certain angle section of the inner surface (44). With such a focusing of the electron beam (46), the sterilization unit (45) and / or the preform (1) is rotated about the longitudinal axis (47). Between the rod-shaped sterilization unit (45) and the inner surface (44) extends a distance (49). All of the arrangements and operations of the sterilization unit (45) shown in Figs. 5-8 may also be used to sterilize blown containers (2).
  • 9 shows by way of example the arrangement of a sterilization unit (45) in the container (2) and
  • FIG. 10 shows an arrangement on the outside next to the container (2).
  • the electron beam (46) can be generated in all embodiments either from one or more electron beam sources. It is likewise possible to bundle the electron beam (46) generated by one or more electron beam sources into a uniform electron beam or to guide a plurality of different beam paths in the direction of the preform (1) or the container (2). Typically, the electron beam (46) is aligned with its major axis substantially perpendicular to the surface to be sterilized. Typically, a corresponding alignment range is in the range of 0 to 15 °, wherein in addition the already explained pivoting movements can be performed.
  • a typical level of electron radiation is chosen such that a radiation intensity of at least 15 kRay is achieved in each surface area to be sterilized. As a result, a sterilization of at least log 3 in terms of germs, bacteria and spores is achieved.
  • the sterilization unit (45) In the case of sterilization of preforms (1), it is particularly intended to arrange the sterilization unit (45) in the region of the preform input (26), a transfer wheel (27, 29) or in the region of the heating path (24).
  • an arrangement of the sterilization unit (45) typically takes place in the region of a transfer wheel or in the region of the delivery path (32).
  • the blown containers (2) are transported under such sterile conditions into the region of a filling device.
  • a positionable sterilizer 45
  • the respective positioning for example, the implementation of a pivoting movement or a displacement, using a pneumatic cylinder, an electric drive or cam-controlled.

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zum Sterilisieren von Werkstücken aus einem thermoplastischen Material bei der Herstellung von blasgeformten Behältern. Die Werkstücke können als Vorformlinge (1) oder als blasgeformte Behälter (2) ausgebildet sein. Die Sterilisierung wird durch Anwendung einer Elektronenstrahlung durchgeführt. Eine Sterilisiereinrichtung (45) ist hierzu mit einem Generator für Elektronenstrahlung versehen. Insbesondere kann die Sterilisiereinrichtung im Bereich einer Vorrichtung zur Blasformung von Behältern entlang eines Transportweges der Vorformlinge und/oder der blasgeformten Behälter angeordnet werden. Die Elektronenstrahlung wird mit einer Strahlungsintensität von mindestens 15 kRay in den Bereich der zu sterilisierenden Oberfläche geleitet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Sterilisieren sowie Vorrichtung zur Blasformung von Behältern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sterilisieren von Werkstücken aus einem thermoplastischen Material bei der Herstellung von blasgeformten Behältern.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Blasformen von mindestens bereichsweise sterilen Behältern.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Sterilisieren von Werkstücken aus einem thermoplastischen Material bei Herstellung von blasgeformten Behältern. Ebenfalls ist von der Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von mindestens bereichsweise sterilen Werkstücken aus einem thermoplastischen Material umfaßt.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Blasformung von Behältern, die mindestens eine auf einer Tragstruktur angeordnete Blasstation zur Umformung von thermoplastischen Vorformlingen in die Behälter aufweist.
Eine Herstellung von sterilen blasgeformten Behältern erfolgt typischerweise derart, daß diese Behälter nach ihrer Blasformung und vor einer Befüllung unter Verwendung von Wasserstoffperoxid oder anderen Chemikalien sterilisiert werden. Ebenfalls ist es bereits bekannt, die bei der Blasformung der Behälter als Ausgangsprodukt verwendeten Vorformlinge zu sterilisieren, insbesondere den Bereich der inneren Oberfläche dieser Vorformlinge.
Es ist ebenfalls bereits bekannt, daß bei der Durchführung einer Beschichtung von Behältern unter Anwendung eines Plasmas Steri- lisierungseffekte auftreten. Aufgrund der üblicherweise vorgesehenen Konturen im Bereich der Behälterwandungen treten bei derartigen Sterilisierungen aber sogenannten Abschattungen auf, die einer zuverlässigen Sterilisierung entgegenstehen.
Generell wird bei der Sterilisierung von Behältern und Vorform- lingen zwischen einer feuchten Sterilisierung unter Verwendung von flüssigen Sterilisationsmitteln und einer trockenen Sterilisierung, beispielsweise unter Verwendung von getrockneter heißer Luft oder Heißdampf, unterschieden. Eine weitere Möglichkeit zur Sterilisierung von Vorformlingen oder Behältern besteht in der Verwendung von hochenergetischer Strahlung zur Abtötung von Bakteriensporen und Keimen.
Bei einer Behälterformung durch Blasdruckeinwirkung werden Vorformlinge aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise Vorformlinge aus PET (Polyethylenterephtalat) , innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zugeführt. Typischerweise weist eine derartige Blasmaschine eine Heizeinrichtung sowie eine Blaseinrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte Vorformling durch biaxiale Orientierung zu einem Behälter expandiert wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der DE-OS 43 40 291 erläutert . Der grundsätzliche Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung wird in der DE-OS 42 12 583 beschrieben. Möglichkeiten zur Temperierung der Vorformlinge werden in der DE-OS 23 52 926 erläutert.
Innerhalb der Vorrichtung zur Blasformung können die Vorformlinge sowie die geblasenen Behälter mit Hilfe unterschiedlicher Handhabungseinrichtungen transportiert werden. Bewährt hat sich insbesondere die Verwendung von Transportdornen, auf die die Vorformlinge aufgesteckt werden. Die Vorformlinge können aber auch mit anderen Trageinrichtungen gehandhabt werden. Die Verwendung von Greifzangen zur Handhabung von Vorformlingen und die Verwendung von Spreizdornen, die zur Halterung in einen Mündungsbereich des Vorformlings einführbar sind, gehören ebenfalls zu den verfügbaren Konstruktionen.
Eine Handhabung von Behältern unter Verwendung von Übergaberädern wird beispielsweise in der DE-OS 199 06 438 bei einer Anordnung des Übergaberades zwischen einem Blasrad und einer Ausgabestrecke beschrieben.
Die bereits erläuterte Handhabung der Vorformlinge erfolgt zum einen bei den sogenannten Zweistufenverfahren, bei denen die Vorformlinge zunächst in einem Spritzgußverfahren hergestellt, anschließend zwischengelagert und erst später hinsichtlich ihrer Temperatur konditioniert und zu einem Behälter aufgeblasen werden. Zum anderen erfolgt eine Anwendung bei den sogenannten Einstufenverfahren, bei denen die Vorformlinge unmittelbar nach ihrer spritzgußtechnischen Herstellung und einer ausreichenden Verfestigung geeignet temperiert und anschließend aufgeblasen werden.
Im Hinblick auf die verwendeten Blasstationen sind unterschiedliche Ausführungsformen bekannt. Bei Blasstationen, die auf rotierenden Transporträdern angeordnet sind, ist eine buchartige Aufklappbarkeit der Formträger häufig anzutreffen. Es ist aber auch möglich, relativ zueinander verschiebliche oder andersartig geführte Formträger einzusetzen. Bei ortsfesten Blasstationen, die insbesondere dafür geeignet sind, mehrere Kavitäten zur Behälterformung aufzunehmen, werden typischerweise parallel zueinander angeordnete Platten als Formträger verwendet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß in einfacher Weise eine zuverlässige Sterilisation durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sterilisierung durch Anwendung einer Elektronenstrahlung durchgeführt wird, wobei die Elektronenstrahlung mit einer Strahlungsintensität von mindestens 15 kRay auf die Oberfläche des Werkstückes geleitet wird.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine effektive Sterilisation mit geringem Aufwand durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Sterilisiereinheit einen Generator für eine Elektronenstrahlung aufweist, wobei der Generator eine Leistungsabgäbe zur Erzeugung einer Strahlungsintensität im Bereich einer Oberfläche des Werkstückes von 15 kRay aufweist.
Schließlich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Blasformung von Behältern der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß die Herstellung von sterilen Behältern unterstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß entlang eines Teiles eines Transportweges der Vorforrαlinge und/oder der Behälter eine Sterilisiereinheit angeordnet ist, die mit einem Generator für eine Elektronenstrahlung versehen ist. Für eine Vielzahl von Anwendungen ist es ausreichend, daß eine innere Oberfläche der Werkstücke sterilisiert wird.
Darüber hinaus ist aber auch daran gedacht, daß eine äußere Oberfläche der Werkstücke sterilisiert wird.
Eine wirkungsvolle Sterilisierung wird dadurch realisiert, daß jeder Teil der Oberfläche des Werkstückes von einem Elektronenstrahl beaufschlagt wird.
Eine vorteilhafte Ausrichtung der Strahlungsquelle erfolgt dadurch, daß der Elektronenstrahl mit einem Winkelbereich von 0 bis 15° relativ zu einer Flächennormalen der Oberfläche ausgerichtet wird.
Eine konstruktiv einfache Realisierung wird dadurch unterstützt, daß der Elektronenstrahl von einer Strahlungsquelle generiert wird.
Eine weitere AusführungsVariante besteht darin, daß der Elektronenstrahl von mindestens zwei Strahlungsquellen generiert wird.
Eine gleichmäßige Beaufschlagung des Werkstückes in einer Um- fangsrichtung wird dadurch erleichtert, daß das Werkstück während der Durchführung des Sterilisationsvorganges mindestens zeitweilig in eine Rotation um seine Längsachse versetzt wird.
Zur Beaufschlagung der Oberfläche des Werkstückes in einer Längsrichtung wird vorgeschlagen, daß die Sterilisiereinheit mindestens zeitweise während der Durchführung des Sterilisiervorganges verschwenkt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß als Werkstück ein Vorformling sterilisiert wird. Eine Anordnung der Sterilisiereinrichtung kann beispielsweise derart erfolgen, daß der Vorformling im Bereich einer Zuführstrecke sterilisiert wird.
Eine weitere Anordnungsvariante wird dadurch bereitgestellt, daß eine Sterilisierung der Vorforralinge in Transportrichtung vor einer Heizstrecke und nach einer durchgeführten Anordnung der Vorformlinge mit konstanten Abständen relativ zueinander durchgeführt wird.
Ein weiteres Anwendungsfeld wird dadurch erschlossen, daß als Werkstück ein geblasener Behälter sterilisiert wird.
Beispielsweise ist daran gedacht, daß der Behälter im Bereich einer Ausgabestrecke sterilisiert wird.
Ebenfalls ist es möglich, daß der Behälter im Bereich eines Obergaberades sterilisiert wird.
Eine weitere konstruktive Realisierung besteht darin, daß die Sterilisiereinheit verschieblich angeordnet ist.
Ein kompakter Aufbau der Vorrichtung wird dadurch unterstützt, daß die Sterilisiereinheit mindestens bereichsweise stabartig ausgebildet ist.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Eine perspektivische Darstellung einer Blasstation zur Herstellung von Behältern aus Vorformlingen,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Blasform, in der ein Vorformling gereckt und expandiert wird, Fig. 3 eine Skizze zur Veranschaulichung eines grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung zur Blasformung von Behältern,
Fig. 4 eine modifizierte Heizstrecke mit vergrößerter Heizkapazität,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Vorformling mit seitlich neben dem Vorformling verschwenkbar angeordneter Sterilisiereinrichtung,
Fig. 6 eine gegenüber Fig. 5 abgewandelte Ausführungsform mit einer verschieblich angeordneten Sterilisiereinrichtung,
Fig. 7 eine nochmals abgewandelte Ausführungsform mit einer verschwenkbaren Sterilisiereinrichtung zur Sterilisierung einer inneren Oberfläche des Vorformlings,
Fig. 8 eine Ausführungsform mit einer stabartigen Sterilisiereinrichtung zum Einführen in einen Innenraum des Vorformlings,
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Sterilisiereinrichtung zum Sterilisieren der inneren Oberfläche eines Behälters und
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Sterilisiereinrichtung zum Sterilisieren der äußeren Oberfläche eines Behälters.
Vor einer Erläuterung des Detailaufbaus der Vorrichtung zum Sterilisieren der Werkstücke durch Anwendung einer Elektronenstrahlung sowie vor einer Erläuterung eines konkreten Einbaues einer entsprechenden Vorrichtung in eine Blasmaschine soll nachfolgend zunächst der grundsätzliche Aufbau einer Blasmaschine beschrieben werden. Der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Umformung von Vor- formlingen (l) in Behälter (2) ist in Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellt.
Die Vorrichtung zur Formung des Behälters (2) besteht im wesentlichen aus einer Blasstation (3) , die mit einer Blasform (4) versehen ist, in die ein Vorformling (1) einsetzbar ist. Der Vorformling (1) kann ein spritzgegossenes Teil aus Polyethylen- terephthalat sein. Zur Ermöglichung eines Einsetzens des Vor- formlings (1) in die Blasform (4) und zur Ermöglichung eines Herausnehmens des fertigen Behälters (2) besteht die Blasform (4) aus Formhälften (5, 6) und einem Bodenteil (7), das von einer Hubvorrichtung (8) positionierbar ist. Der Vorformling (1) kann im Bereich der Blasstation (3) von einem Transportdorn (9) gehalten sein, der gemeinsam mit dem Vorformling (1) eine Mehrzahl von BehandlungsStationen innerhalb der Vorrichtung durchläuft. Es ist aber auch möglich, den Vorformling (1) beispielsweise über Zangen oder andere Handhabungsmittel direkt in die Blasform (4) einzusetzen.
Zur Ermöglichung einer Druckluftzuleitung ist unterhalb des Transportdornes (9) ein Anschlußkolben (10) angeordnet, der dem Vorformling (1) Druckluft zuführt und gleichzeitig eine Abdichtung relativ zum Transportdorn (9) vornimmt. Bei einer abgewandelten Konstruktion ist es grundsätzlich aber auch denkbar, feste Druckluftzuleitungen zu verwenden.
Eine Reckung des Vorformlings (1) erfolgt mit Hilfe einer Reckstange (11) , die von einem Zylinder (12) positioniert wird. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, eine mechanische Positionierung der Reckstange (11) über Kurvensegmente durchzuführen, die von Abgriffrollen beaufschlagt sind. Die Verwendung von Kurvensegmenten ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Blasstationen (3) auf einem rotierenden Blasrad angeordnet sind. Eine Verwendung von Zylindern (12) ist zweckmä- ßig, wenn ortsfest angeordnete Blasstationen (3) vorgesehen sind.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist das Recksystem derart ausgebildet, daß eine Tandem-Anordnung von zwei Zylindern (12) bereitgestellt ist. Von einem Primärzylinder (13) wird die Reckstange (11) zunächst vor Beginn des eigentlichen Reckvorganges bis in den Bereich eines Bodens (14) des Vorform- lings (1) gefahren. Während des eigentlichen Reckvorganges wird der Primärzylinder (13) mit ausgefahrener Reckstange gemeinsam mit einem den Primärzylinder (13) tragenden Schlitten (15) von einem Sekundärzylinder (16) oder über eine Kurvensteuerung positioniert. Insbesondere ist daran gedacht, den Sekundärzylinder (16) derart kurvengesteuert einzusetzen, daß von einer Führungs- rolle (17) , die während der Durchführung des Reckvorganges an einer Kurvenbahn entlang gleitet, eine aktuelle Reckposition vorgegeben wird. Die Führungsrolle (17) wird vom Sekundärzylinder (16) gegen die Führungsbahn gedrückt. Der .Schlitten (15) gleitet entlang von zwei Führungselementen (18) .
Nach einem Schließen der im Bereich von Trägern (19, 20) angeordneten Formhälften (5, 6) erfolgt eine Verriegelung der Träger (19, 20) relativ zueinander mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung (40) .
Zur Anpassung an unterschiedliche Formen eines Mündungs- abschnittes (21) des Vorformlings (1) ist gemäß Fig. 2 die Verwendung separater Gewindeeinsätze (22) im Bereich der Blasform (4) vorgesehen.
Fig. 2 zeigt zusätzlich zum geblasenen Behälter (2) auch gestrichelt eingezeichnet den Vorformling (1) und schematisch eine sich entwickelnde Behälterblase (23) .
Fig. 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Blasmaschine, die mit einer Heizstrecke (24) sowie einem rotierenden Blasrad (25) versehen ist. Ausgehend von einer Vorformlingseingabe (26) werden die Vorformlinge (1) von Übergaberädern (27, 28, 29) in den Bereich der Heizstrecke (24) transportiert. Entlang der Heizstrecke (24) sind Heizstrahler (30) sowie Gebläse (31) angeordnet, um die Vorformlinge (1) zu temperieren. Nach einer ausreichenden Temperierung der Vorformlinge (1) werden diese an das Blasrad (25) übergeben, in dessen Bereich die Blasstationen (3) angeordnet sind. Die fertig geblasenen Behälter (2) werden von weiteren Übergaberädern einer Ausgabestrecke (32) zugeführt.
Um einen Vorformling (1) derart in einen Behälter (2) umformen zu können, daß der Behälter (2) Materialeigenschaften aufweist, die eine lange Verwendungsfähigkeit von innerhalb des Behälters (2) abgefüllten Lebensmitteln, insbesondere von Getränken, gewährleisten, müssen spezielle Verfahrensschritte bei der Beheizung und Orientierung der Vorformlinge (1) eingehalten werden. Darüber hinaus können vorteilhafte Wirkungen durch Einhaltung spezieller Dimensionierungsvorschriften erzielt werden.
Als thermoplastisches Material können unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden. Einsatzfähig sind beispielsweise PET, PEN oder PP.
Die Expansion des Vorformlings (1) während des Orientierungsvorganges erfolgt durch DruckluftZuführung. Die Druck- luftzuführung ist in eine Vorblasphase, in der Gas, zum Beispiel Preßluft, mit einem niedrigen Druckniveau zugeführt wird und in eine sich anschließende Hauptblasphase unterteilt, in der Gas mit einem höheren Druckniveau zugeführt wird. Während der Vorblasphase wird typischerweise Druckluft mit einem Druck im Intervall von 10 bar bis 25 bar verwendet und während der Hauptblasphase wird Druckluft mit einem Druck im Intervall von 25 bar bis 40 bar zugeführt.
Aus Fig. 3 ist ebenfalls erkennbar, daß bei der dargestellten Ausführungsform die Heizstrecke (24) aus einer Vielzahl umlau- fender Transportelemente (33) ausgebildet ist, die kettenartig aneinandergereiht und entlang von Umlenkrädern (34) geführt sind. Insbesondere ist daran gedacht, durch die kettenartige Anordnung eine im wesentlichen rechteckförmige Grundkontur aufzuspannen. Bei der dargestellten Ausführungsform werden im Bereich der dem Übergaberad (29) und einem Eingaberad (35) zugewandten Ausdehnung der Heizstrecke (24) ein einzelnes relativ groß dimensioniertes Umlenkrad (34) und im Bereich von benachbarten Umlenkungen zwei vergleichsweise kleiner dimensionierte Umlenkräder (36) verwendet. Grundsätzlich sind aber auch beliebige andere Führungen denkbar.
Zur Ermöglichung einer möglichst dichten Anordnung des Übergaberades (29) und des Eingaberades (35) relativ zueinander erweist sich die dargestellte Anordnung als besonders zweckmäßig, da im Bereich der entsprechenden Ausdehnung der Heizstrecke (24) drei Umlenkräder (34, 36) positioniert sind, und zwar jeweils die kleineren Umlenkräder (36) im Bereich der Überleitung zu den linearen Verläufen der Heizstrecke (24) und das größere Umlenkrad (34) im unmittelbaren Übergabebereich zum Übergaberad (29) und zum Eingaberad (35) . Alternativ zur Verwendung von kettenartigen Transportelementen (33) ist es beispielsweise auch möglich, ein rotierendes Heizrad zu verwenden.
Nach einem fertigen Blasen der Behälter (2) werden diese von einem Entnahmerad (37) aus dem Bereich der Blasstationen (3) herausgeführt und über das Übergaberad (28) und ein Ausgaberad (38) zur Ausgabestrecke (32) transportiert.
In der in Fig. 4 dargestellten modifizierten Heizstrecke (24) können durch die größere Anzahl von Heizstrahlern (30) eine größere Menge von Vorformlingen (l) je Zeiteinheit temperiert werden. Die Gebläse (31) leiten hier Kühlluft in den Bereich von Kühlluftkanälen (39) ein, die den zugeordneten Heizstrahlern (30) jeweils gegenüberliegen und über Ausströmöffnungen die Kühlluft abgeben. Durch die Anordnung der Ausströmrichtungen wird eine Strömungsrichtung für die Kühlluft im wesentlichen quer zu einer Transportrichtung der Vorformlinge (1) realisiert. Die Kühlluftkanäle (39) können im Bereich von den Heizstrahlern (30) gegenüberliegenden Oberflächen Reflektoren für die Heiz- strahlung bereitstellen, ebenfalls ist es möglich, über die abgegebene Kühlluft auch eine Kühlung der Heizstrahler (30) zu realisieren.
Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch einen Vorformling (1) . Der Vorformling (1) besitzt eine Wandung (41) , die mit einer Außenfläche (42) und einer einem Innenraum (43) zugewandten Innenfläche (44) versehen ist. Außenseitig neben dem Vorformling (1) ist eine Sterilisiereinheit (45) angeordnet, die als ein Elektronen- strahlgenerator ausgebildet ist und die einen Elektronenstrahl (46) in Richtung auf die Außenfläche (42) leitet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sterilisiereinrichtung (45) in Richtung einer Längsachse (47) des Vorformlings (1) verschwenkbar angeordnet.
Der Vorformling (1) wird während der Durchführung des Sterilisiervorganges um seine Vorformlingslängsachse (47) herum in eine Rotation versetzt. Beispielsweise ist es möglich, jeweils nach einer vollständigen Rotation um 360° eine Schwenkbewegung der Sterilisiereinheit (45) derart durchzuführen, daß nacheinander in Richtung der Längsachse (47) hintereinander liegende ringartige bzw. hülsenartige Segmente der Außenfläche (42) sterilisiert werden.
Fig. 6 zeigt eine gegenüber Fig. 5 abgewandelte Ausführungsform, bei der die Sterilisiereinheit (45) nicht verschwenkbar, sondern in Richtung der Längsachse (47) verschieblich angeordnet ist. Insbesondere wird hierbei die Sterilisiereinheit (45) im wesentlichen parallel zur Längsachse (47) positioniert, so daß ein konstanter Abstand zwischen der Sterilisiereinheit (45) und der Außenfläche (42) gewährleistet ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, sowohl eine Verschieblichkeit als auch eine Verschwenk- barkeit der Sterilisiereinheit (45) zu realisieren.
Gemäß der Ausführungsform in Fig. 7 ist die Sterilisiereinheit (45) in der Nähe des Mündungsabschnittes (21) des Vorformlings (1) angeordnet. Die Anordnung der Sterilisiereinheit (45) erfolgt hierbei derart, daß der Elektronenstrahl (46) durch eine Mündungsöffnung (48) des Vorformlings (1) in den Innenraum (43) vordringt und hier auf die Innenfläche (44) auftrifft. Vorzugsweise ist die Sterilisiereinheit (45) verschwenkbar angeordnet, um unterschiedliche Sterilisierbereiche in Richtung der Längsachse (47) zu beaufschlagen. Auch für eine derartige Innensteri- lisierung des Vorformlings (1) erweist es sich als zweckmäßig, den Vorformling (1) während der Durchführung des Sterilisiervorganges in eine Drehbewegung um die Längsachse (47) herum zu versetzen.
Bei verschwenkbar angeordneten Sterilisiereinheiten (45) ist es möglich, den Schwenkvorgang kontinuierlich oder schrittweise durchzuführen. Bei einer Überlagerung mit einer Rotationsbewegung des Vorformlings (1) können hierdurch entweder die bereits erwähnten ringartigen Sterilisierbereiche oder ein spiralförmig verlaufender Sterilisierbereich generiert werden.
Fig. 8 zeigt eine nochmals abgewandelte Ausführungsform, bei der eine stab- bzw. rohrförmige Sterilisiereinheit (45) in den Innenraum (43) des Vorformlings (1) eingefahren wird. Die Sterilisiereinheit (45) ist hierbei in Richtung der Längsachse (47) positionierbar. Der Elektronenstrahl (46) kann entweder auf 360° fächerförmig aufgeweitet sein, oder zu einem bestimmten Zeitpunkt lediglich einen bestimmten Winkelabschnitt der Innenfläche (44) beaufschlagen. Bei einer derartigen Fokussierung des Elektronenstahles (46) wird die Sterilisiereinheit (45) und/oder der Vorformling (1) um die Längsachse (47) herum gedreht. Zwischen der stabförmigen Sterilisiereinheit (45) und der Innenfläche (44) erstreckt sich ein Abstand (49) . Alle in den Figuren 5 bis 8 dargestellten Anordnungen und Betriebsweisen der Sterilisiereinheit (45) können auch zur Sterilisierung von geblasenen Behältern (2) verwendet werden. Fig. 9 zeigt hierzu beispielhaft die Anordnung einer Sterilisiereinheit (45) im Behälter (2) und Fig. 10 eine Anordnung außenseitig neben dem Behälter (2) .
Der Elektronenstrahl (46) kann in allen Ausführungsformen entweder von einer oder von mehreren Elektronenstrahlquellen generiert werden. Es ist ebenfalls möglich, den von einer oder mehreren Elektronenstrahlquellen generierten Elektronenstrahl (46) in einen einheitlichen Elektronenstrahl zu bündeln oder mehrere unterschiedliche Strahlengänge in Richtung auf den Vorformling (1) oder den Behälter (2) zu leiten. Typischerweise wird der Elektronenstrahl (46) mit seiner Hauptachse im wesentlichen senkrecht zur zu sterilisierenden Oberfläche ausgerichtet. Typischerweise liegt ein entsprechender Ausrichtbereich im Bereich von 0 bis 15°, wobei zusätzlich die bereits erläuterten Schwenkbewegungen durchgeführt werden können.
Eine typische Stärke der Elektronenstrahlung wird derart gewählt, daß in jedem zu sterilisierenden Oberflächenbereich eine Strahlungsintensität von mindestens 15 kRay erreicht ist. Hierdurch wird eine Sterilisierung von mindestens log 3 hinsichtlich von Keimen, Bakterien und Sporen erreicht.
Bei einer Sterilisierung von Vorformlingen (1) ist insbesondere daran gedacht, die Sterilisiereinheit (45) im Bereich der Vor- formlingseingabe (26) , eines Übergaberades (27, 29) oder im Bereich der Heizstrecke (24) anzuordnen. Bei einer Sterilisierung von geblasenen Behältern (2) erfolgt eine Anordnung der Sterilisiereinheit (45) typischerweise im Bereich eines Übergaberades oder im Bereich der Ausgabestrecke (32) . Zur Aufrechterhaltung der erreichten Sterilität ist insbesondere daran gedacht, die geblasenen Behälter (2) nach dem Verlassen der Blasstation (3) in steriler Luft zu transportieren, die insbesondere mit einer laminaren Strömung versehen ist. Vorzugsweise werden die geblasenen Behälter (2) unter derartigen sterilen Bedingungen bis in den Bereich einer Abfülleinrichtung transportiert.
Bei einer positionierbaren Sterilisiereinrichtung (45) kann die jeweilige Positionierung, beispielsweise die Durchführung einer Schwenkbewegung oder einer Verschiebung, unter Verwendung eines pneumatischen Zylinders, eines elektrischen Antriebes oder kurvengesteuert erfolgen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Sterilisieren von Werkstücken aus einem thermoplastischen Material bei der Herstellung von blasgeformten Behältern, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisierung durch Anwendung einer Elektronenstrahlung durchgeführt wird, wobei die Elektronenstrahlung mit einer Strahlungsintensität von mindestens 15 kRay auf die Oberfläche des Werkstückes geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere Oberfläche des Werkstückes sterilisiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Oberfläche des Werkstückes sterilisiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teil der Oberflä- che des Werkstückes von einem Elektronenstrahl (46) beaufschlagt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (46) mit einem Winkelbereich von 0 bis 15° relativ zu einer Flächennormalen der Oberfläche ausgerichtet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl von einer Strahlungsquelle generiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl von mindestens zwei Strahlungsquellen generiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück während der Durchführung des Sterilisationsvorganges mindestens zeitweilig in eine Rotation um seine Längsachse versetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) mindestens zeitweise während der Durchführung des Sterilisiervorganges verschwenkt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstück ein Vor- formling (1) sterilisiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling (1) im Bereich einer Zuführstrecke (26) sterilisiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisierung der Vorformlinge (1) in Transportrichtung vor einer Heizstrecke (24) und nach einer durchgeführten Anordnung der Vorformlinge (1) mit konstanten Abständen relativ zueinander durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstück ein geblasener Behälter (2) sterilisiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) im Bereich einer Ausgabestrecke sterilisiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) im Bereich eines Übergaberades sterilisiert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück gemeinsam mit der Sterilisiereinrichtung (47) entlang eines Transportweges bewegt wird.
17. Vorrichtung zum Sterilisieren von Werkstücken aus einem thermoplastischen Material bei der Herstellung von blasgeformten Behältern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Sterilisiereinrich- tung (45) einen Generator für eine Elektronenstrahlung aufweist, wobei der Generator eine Leistungsabgabe zur Erzeugung einer Strahlungsintensität im Bereich einer Oberfläche des Werkstückes von mindestens 15 kRay aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinrichtung (45) zur Beaufschlagung des gesamten Bereiches der zu sterilisierenden Oberfläche des Werkstückes ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) mit einer HauptStrahlungsrichtung in einem Bereich von 0 bis 15° relativ zu einer Flächennormalen der zu sterilisierenden Oberfläche ausgerichtet ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) eine Elektronenstrahlquelle aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) mindestens zwei Elektronenstrahlquellen aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das zu sterilisierende Werkstück mit einem Rotationsantrieb gekoppelt ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinrichtung (45) verschwenkbar angeordnet ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) zur Sterilisierung von Vorformlingen (1) ausgebildet ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) im Bereich einer Zuführstrecke der Vorformlinge (1) angeordnet ist .
26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) in einer Transportrichtung der Vorformlinge (1) vor einer Heizstrecke (24) angeordnet ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) zur Sterilisierung von geblasenen Behältern (2) ausgebildet ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) im Bereich einer Ausgabestrecke der Behälter (2) angeordnet ist .
29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) im Bereich eines Übergaberades angeordnet ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) verschieblich angeordnet ist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterilisiereinheit (45) mindestens bereichsweise stabartig ausgebildet ist.
32. Vorrichtung zur Blasformung von Behältern, die mindestens eine auf einer Tragstruktur angeordnete Blasstation zur Umformung von thermoplastischen Vorformlingen in die Behälter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß entlang eines Transportweges der Vorformlinge (1) und/oder der Behälter (2) mindestens eine mit einen Generator für eine Elektronenstrahlung versehene Sterilisiereinrichtung (45) angeordnet ist.
PCT/DE2008/001723 2007-10-23 2008-10-20 Verfahren und vorrichtung zum sterilisieren sowie vorrichtung zur blasformung von behältern WO2009052800A1 (de)

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