DE102024001610A1 - Device and method - Google Patents
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Abstract
2. Vorrichtung zum Herstellen eines Vorformlings, insbesondere in Form eines Schmelzeschlauches, zumindest bestehend aus einem Extruder (10), der auf einer Zufuhrseite (19) mit einem Kunststoffmaterial, insbesondere in Granulatform, bestückbar ist und der ausgangsseitig ein strömungsfähiges Kunststoffmedium, insbesondere in plastifizierter Form bereitstellt, das auf die Eingangsseite (30) eines Schlauchkopfes (26) gelangt, der auf seiner Abgabeseite (32) den Vorformling bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Verbindung zwischen der Abgabeseite (24) des Extruders (10) und der Eingangsseite (30) des Schlauchkopfes (26) mittels einzelner Koppelstellen (31) mindestens ein Zwischenstück (44) geschaltet ist, das eine Behandlungszone (38) aufweist, die jeweils originär weder dem Extruder (16) noch dem Schlauchkopf (26) zurechenbar ist und ein Zusatzvolumen (Z) bildet, das zu einer Erhöhung der Verweildauer des Kunststoffmediums in der Vorrichtung führt und dass zumindest im Betrieb der Vorrichtung mindestens eine Einrichtung (40) vorhanden ist, die die mikrobielle Belastung des Kunststoffmaterials innerhalb der Behandlungszone (28) reduziert. 2. Device for producing a preform, in particular in the form of a melt tube, comprising at least an extruder (10) which can be loaded on a feed side (19) with a plastic material, in particular in granular form, and which provides a flowable plastic medium, in particular in plasticized form, on the output side, which enters the inlet side (30) of a tube head (26), which provides the preform on its discharge side (32), characterized in that at least one intermediate piece (44) is connected in a connection between the discharge side (24) of the extruder (10) and the inlet side (30) of the tube head (26) by means of individual coupling points (31), which has a treatment zone (38) which is not originally attributable to either the extruder (16) or the tube head (26) and forms an additional volume (Z) which leads to an increase in the residence time of the plastic medium in the device and that, at least during operation of the device at least one device (40) is present that reduces the microbial load on the plastic material within the treatment zone (28).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Vorformlings, insbesondere in Form eines Schmelzeschlauches, zumindest bestehend aus einem Extruder, der auf einer Zufuhrseite mit einem Kunststoffmaterial, insbesondere in Granulatform, bestückbar ist und der ausgangsseitig ein strömungsfähiges Kunststoffmedium, insbesondere in plastifizierter Form bereitstellt, das auf die Eingangsseite eines Schlauchkopfes gelangt, der auf seiner Abgabeseite den Vorformling bereitstellt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren, insbesondere unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device for producing a preform, in particular in the form of a melt tube, comprising at least an extruder which can be loaded on a feed side with a plastic material, in particular in granular form, and which provides a flowable plastic medium, in particular in plasticized form, on the output side. This medium enters a tube head, which provides the preform on its discharge side. The invention further relates to a method, in particular using such a device.
Durch
Durch
- - dass jeweils ein erwärmter Vorformling in jeweils einen mehrteiligen Formenträger der Blasmaschine zur Herstellung von Kunststoffbehältern eingesetzt wird, wobei jeder Formenträger eine mehrteilige Blasform trägt; und
- - dass mindestens ein Teil der Blasform mit einer Zuführung für ein Medium verbunden wird, damit das Medium über eine Blasdüse während des Blasvorganges in das Innere des Vorformling des jeweiligen Kunststoffbehälters, der Vorblaslinge oder des Kunststoffbehälters mit einer Temperatur zwischen 80°C bis 140°C geleitet wird.
- - that each heated preform is inserted into each multi-part mold carrier of the blow molding machine for the production of plastic containers, each mold carrier holding a multi-part blow mold; and
- - that at least one part of the blow mold is connected to a feed for a medium so that the medium is directed via a blow nozzle into the interior of the preform of the respective plastic container, the pre-blows or the plastic container at a temperature between 80°C and 140°C during the blowing process.
Dergestalt ist ohne Einsatz chemischer Mittel eine Wiederverkeimung von vorher bereits sterilisierten Vorformlingen durch den Blasvorgang selbst verhindert und dadurch sichergestellt, dass eine Kontamination in der Blasmaschine selbst vermieden wird.In this way, without the use of chemical agents, recontamination of previously sterilized preforms by the blow molding process itself is prevented, thus ensuring that contamination in the blow molding machine itself is avoided.
Ein vergleichbares Verfahren nebst Vorrichtung ist durch
Des Weiteren ist durch
- - einer energiereichen Strahlung und/oder
- - einer Plasmabehandlung und/oder
- - einem sterilisierend wirkenden Gas, wobei der jeweilige genannte Behandlungsschritt erfolgt,
- - wenn das Kunststoffgranulat noch zu sackartigen Gebinden zusammengefasst ist, nach deren Öffnen die Zuführung des Granulats in die Extrudereinrichtung im Rahmen der ersten Herstellkette erfolgt, oder
- - wenn das Kunststoffgranulat im Rahmen einer Vereinzelung innerhalb der ersten Herstellkette im Rahmen einer flächigen schütt- oder trichterartigen Zuführung der Schnecke der Extrudereinrichtung zugeführt wird.
- - high-energy radiation and/or
- - a plasma treatment and/or
- - a sterilizing gas, whereby the respective treatment step mentioned takes place,
- - if the plastic granules are still bundled into bag-like packages, after which the granules are fed into the extruder unit as part of the first production chain, or
- - when the plastic granules are fed into the extruder screw as part of a singulation process within the first production chain using a flat, pouring or funnel-like feed.
Dergestalt lässt sich mit relativ geringem, technischem Aufwand eine deutliche Reduzierung mikrobiologischer Kontaminanten innerhalb des Kunststoffgranulats, insbesondere an dessen Oberfläche, erreichen, bevor das Kunststoffgranulat in die Extrudereinrichtung gelangt sowie anschließend in den daran angeschlossenen Schlauchkopf zwecks Formens eines schlauchartigen Vorformlings.In this way, a significant reduction of microbiological contaminants within the plastic granules, especially on their surface, can be achieved with relatively little technical effort. before the plastic granules enter the extruder unit and subsequently the attached hose head for the purpose of forming a hose-like preform.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lösungen derart weiter zu verbessern, dass auf einfache sowie auf robuste und kontinuierliche Weise eine funktionssichere Reduzierung der mikrobiologischen Kontamination ohne Verwendung von Chemikalien oder energiereicher Strahlung von Behältererzeugnissen erreicht ist, die insbesondere nach einem Form-, Füll- und Siegelverfahren hergestellt werden.Based on this prior art, the invention aims to further improve the known solutions in such a way that a reliable reduction of microbiological contamination of container products, which are manufactured in particular by a form, fill and seal process, is achieved in a simple, robust and continuous manner without the use of chemicals or high-energy radiation.
Eine dahingehende Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 9.A device with the features of claim 1 in its entirety and a method with the features of claim 9 solves such a problem.
Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 in eine Verbindung zwischen der Abgabeseite des Extruders und der Eingangsseite des Schlauchkopfes mittels einzelner Koppelstellen mindestens ein Zwischenstück geschaltet ist, das eine Behandlungszone aufweist, die jeweils originär weder dem Extruder noch dem Schlauchkopf zurechenbar ist und ein Zusatzvolumen bildet, das zu einer Erhöhung der Verweildauer des Kunststoffmediums in der Vorrichtung führt und dass zumindest im Betrieb der Vorrichtung mindestens eine Einrichtung vorhanden ist, die die mikrobielle Belastung des Kunststoffmaterials innerhalb der Behandlungszone reduziert, ist die Möglichkeit geschaffen die vorzugebende Temperatur in der Behandlungszone deutlich oberhalb der sonst üblichen, empfohlenen Verarbeitungstemperaturen für das Hohlkörperblasen von Behältererzeugnissen zu wählen. Dabei sind überraschenderweise derart erhöhte die Keimzahl deutlich reduzierende Temperaturen in der Behandlungszone möglich, ohne dass, wie sonst im Stand der Technik erwartet, es zu einer merklichen Schädigung oder einem signifikanten Abbau des Kunststoffmaterials kommt. Die Behandlungszone respektive das Zusatzvolumen kann an bestehende Vorrichtungen ohne größeren Aufwand nachgerüstet werden. Besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die Durchströmung des Zusatzvolumens hindernisfrei erfolgt.According to the characterizing part of claim 1, at least one intermediate piece is inserted into a connection between the discharge side of the extruder and the inlet side of the die head by means of individual coupling points. This intermediate piece comprises a treatment zone that is not inherently attributable to either the extruder or the die head and forms an additional volume that increases the residence time of the plastic medium in the device. Furthermore, at least during operation of the device, at least one device is present that reduces the microbial load on the plastic material within the treatment zone. This makes it possible to select a temperature in the treatment zone significantly higher than the usual recommended processing temperatures for blow molding of hollow body products. Surprisingly, such elevated temperatures, which significantly reduce the microbial count, are possible in the treatment zone without causing noticeable damage or significant degradation of the plastic material, as is otherwise expected in the prior art. The treatment zone, or rather the additional volume, can be retrofitted to existing devices without significant effort. It is particularly desirable that the flow through the additional volume be unobstructed.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die jeweilige Koppelstelle aus einer Flanschverbindung gebildet ist. Vorzugsweise weist dabei die jeweilige Flanschverbindung paarweise einander zugeordnete Flansche auf, die jeweils endseitig Teil eines rohrförmigen Anschlussstückes von Extruder, Schlauchkopf und Zwischenstück sind, die beispielsweise mittels einer Schraubverbindung aneinandergehalten sind und/oder mittels einer Schelle, insbesondere in Form eines Klemmverbinders, aneinander festlegbar sind. Flanschverbindungen sind in der Industrie weit verbreitet und erlauben regelmäßig eine leckagefreie Verbindung zwischen fluidführenden Komponenten, wie Rohrstücken. Flanschverbindungen lassen sich weitgehend standardisieren und kostengünstig realisieren und erlauben im vorliegenden Fall das wahlweise Einbringen sowie den Austausch von Zwischenstücken mit Behandlungszonen zwischen dem Ausgang des Extruders und dem Eingang eines Schlauchkopfes im Rahmen der sogenannten BFS-Technologie.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the respective coupling point is formed by a flange connection. Preferably, each flange connection has flanges arranged in pairs, each of which forms part of a tubular connecting piece between the extruder, hose head, and intermediate piece. These flanges are held together, for example, by a screw connection and/or can be secured to one another by means of a clamp, particularly in the form of a clamping connector. Flange connections are widely used in industry and regularly allow a leak-free connection between fluid-carrying components, such as pipe sections. Flange connections can be largely standardized and implemented cost-effectively, and in the present case, they allow for the selective insertion and replacement of intermediate pieces with treatment zones between the extruder outlet and the hose head inlet within the framework of so-called BFS technology.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Behandlungszone einen Reaktor aufweist, der in Funktionsbereichen zwischen der Ausgangsseite des Extruders und der Eingangsseite des Schlauchkopfes angeordnet ist. Vorzugsweise weist dabei der Reaktor wahlweise als jeweilige Einzelkomponente der Behandlungszone mindestens eine Behälterkammer mit vergrößertem Volumen gegenüber einer angrenzenden Zustrom- und einer Abstromseite für das Kunststoffmaterial sowie optional einen Mischer, und/oder einen Rührer und/ oder einen Homogenisator auf.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the treatment zone comprises a reactor located in functional areas between the outlet side of the extruder and the inlet side of the die head. Preferably, the reactor optionally comprises, as individual components of the treatment zone, at least one container chamber with an increased volume relative to an adjacent inlet and outlet side for the plastic material, and optionally a mixer, and/or a stirrer, and/or a homogenizer.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Behälterkammer für den Erhalt eines vergrößerten Volumens im Durchmesser gegenüber den rohrförmigen Anschlussstücken verbreitert ist und/oder bei vorzugsweise gleichem Rohrdurchmesser im Rahmen einer Verlängerung mit einer vorgebbaren Einbaulänge versehen ist, die auch mittels eines Bogenverlaufes realisierbar ist. Durch die angestrebte Volumenvergrößerung für die Behälterkammer, wahlweise durch Durchmesserverbreitung und/oder im Rahmen einer Verlängerung, ergeben sich in platzsparender Weise und je nach vorgegebenen Einbaumodalitäten verschiedenste Möglichkeiten die Verweildauer des Kunststoffmediums in der Vorrichtung mit verschieden ausgestalteten Zusatzvolumen zu erhöhen.In a particularly preferred embodiment of the device according to the invention, the container chamber is widened in diameter compared to the tubular connecting pieces to achieve an increased volume, and/or, preferably with the same pipe diameter, is extended to a predetermined installation length, which can also be achieved by means of an arc. The desired increase in volume for the container chamber, optionally through diameter widening and/or extension, allows for a variety of space-saving possibilities, depending on the specified installation modalities, to increase the residence time of the plastic medium in the device with differently configured additional volumes.
Das Reaktor- oder Behandlungskammervolumen wird bevorzugt abhängig von der Art des Kunststoffmaterials, seiner Verarbeitungstemperatur und dem Massedurchsatz des Kunststoffmaterials durch den Schlauchkopf gewählt. Insbesondere wird die Temperatureinstellung im Betrieb respektive bei der Produktion derart gewählt, dass die höchste Temperatur im Zusatzvolumen herrscht, was sich in konstruktiv einfacher Weise durch eine Zusatzheizung für die Behandlungskammer realisieren lässt. Die Austrittstemperatur an der Düse des Schlauchkopfes kann dann demgegenüber - beispielsweise durch verringerte Heizleistung am/im Schlauchkopf - niedriger eingestellt werden, was durch die erhöhte Viskosität des Kunststoffes die Behälterformung vereinfachen und die Wärmebelastung des Behälterinhalts verringern kann.The reactor or treatment chamber volume is preferably selected based on the type of plastic material, its processing temperature, and the mass flow rate of the plastic material through the tube head. In particular, the temperature setting during operation or production is chosen such that the highest temperature prevails in the additional volume, which can be achieved in a structurally simple manner by means of an additional heater for the treatment chamber. The outlet temperature at In contrast, the nozzle of the hose head can then be set lower - for example by reducing the heating power at/in the hose head - which, due to the increased viscosity of the plastic, can simplify the container shaping and reduce the heat load on the container contents.
Durch die optionale Verwendung mindestens eines Mischers, eines Rührers, und/oder eines Homogenisators ist eine zusätzliche Vergleichmäßigung der Temperatur möglich, so dass innerhalb der Reaktor- oder Behandlungskammer nur sehr geringe Temperaturunterschiede bestehen. Vorzugsweise können dabei mindestens zwei Einzelkomponenten des Reaktors bezogen auf den Fluidstrom des Kunststoffmaterials parallel oder seriell zueinander geschaltet sein.The optional use of at least one mixer, one stirrer, and/or one homogenizer allows for further temperature homogenization, resulting in very small temperature differences within the reactor or treatment chamber. Preferably, at least two individual reactor components can be connected in parallel or in series with respect to the fluid flow of the plastic material.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Behandlungszone und/oder der Schlauchkopf einen oder bevorzugt mehrere Sensoren aufweist, insbesondere zur Messung und/oder Regelung der Temperatur des Kunststoffmaterials. Die dahingehenden Sensordaten können dokumentiert werden und an eine zentrale Prozesssteuerung übergeben werden, die auch abhängig vom Massedurchsatz des Kunststoffes die unterschiedlichen Heizzonen regelt.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, the treatment zone and/or the hose head is provided with one or, preferably, several sensors, in particular for measuring and/or controlling the temperature of the plastic material. The corresponding sensor data can be recorded and transmitted to a central process control system, which also regulates the different heating zones depending on the mass throughput of the plastic.
Zur Temperaturmessung im geschmolzenen Kunststoff (auch als Massetemperatur bezeichnet) können verschiedene Sensortypen verwendet werden, wie IR-Thermometer oder Ultraschallthermometer, bevorzugt werden Pt-100-Widerstandsthermometer gemäß DIN EN 60751, beispielsweise von der Firma Juno, Fulda, Deutschland erhältlich oder Thermoelemente gemäß DIN EN 60584 Klasse 1, beispielsweise als Matex 10 erhältlich von der Firma Tematec, 53759 Hennef, Deutschland. Bevorzugt werden Thermoelemente mit einer schwertförmigen Spitze, da hierdurch die Strömung des Kunststoffes nur gering verändert wird.Various sensor types can be used to measure the temperature in molten plastic (also known as melt temperature), such as IR thermometers or ultrasonic thermometers. Pt-100 resistance thermometers according to DIN EN 60751, available, for example, from Juno, Fulda, Germany, or thermocouples according to DIN EN 60584 Class 1, such as the Matex 10 available from Tematec, 53759 Hennef, Germany, are preferred. Thermocouples with a sword-shaped tip are preferred because this minimizes the alteration of the plastic flow.
Besonders bevorzugt kommen mehrere Thermoelemente verteilt im Behandlungsvolumen und im Schlauchkopf zum Einsatz.Multiple thermocouples distributed throughout the treatment volume and the hose head are particularly preferred.
Zur Druckmessung im geschmolzenen Kunststoff (auch als Massedruck bezeichnet) werden sogenannte Schmelzedruckwandler, bevorzugt quecksilberfreie Drucksensoren mit korrosionsbeständigen Metallmembranen eingesetzt, zum Beispiel Vertex®-Sensoren der Firma Dynisco Europe GmbH, 74078 Heilbronn, Deutschland.For pressure measurement in molten plastic (also known as mass pressure), so-called melt pressure transducers are used, preferably mercury-free pressure sensors with corrosion-resistant metal diaphragms, for example Vertex ® sensors from Dynisco Europe GmbH, 74078 Heilbronn, Germany.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die jeweilige Einrichtung zur Reduzierung der mikrobiellen Belastung eine Energieabgabeeinrichtung aufweist, die innerhalb und/oder außerhalb der Behandlungskammer angeordnet ist und bevorzugt eine Wärmeabgabequelle ist. Neben einer Zusatzheizung auf der Außenseite der Reaktor- oder Behandlungskammer besteht auch die Möglichkeit Heizelemente unmittelbar im Innern des Zusatzvolumens vorzusehen, beispielsweise mindestens ein Heizelement, das induktiv oder elektrisch beheizbar ist.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, the respective device for reducing microbial load has an energy output device that is arranged inside and/or outside the treatment chamber and is preferably a heat output source. In addition to an auxiliary heater on the outside of the reactor or treatment chamber, it is also possible to provide heating elements directly inside the additional volume, for example, at least one heating element that can be heated inductively or electrically.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das freie, von dem Fluidstrom mit dem Kunststoffmaterial durchströmbare Zusatzvolumen Z der Behandlungszone mindestens 50 cm3, bevorzugt mindestens 100 cm3 beträgt. Vorzugsweise ist dabei weiter vorgesehen, dass das Verhältnis des freien Volumens Z der Behandlungszone zum freien Volumen V entlang der Wegstrecke, gerechnet von der Spitze einer Extruderschnecke des Extruders bis zum Düsenauslass für den Vorformling am Schlauchkopf mindestens 0,05, bevorzugt mindestens 0,10 beträgt. Das Zusatzvolumen Z wird bevorzugt auch abhängig vom durchschnittlichen Kunststoffdurchsatz (Massendurchsatz je Zeiteinheit in kg/h) durch die Vorrichtung gewählt. Dabei soll bevorzugt die durchschnittliche Verweilzeit des Kunststoffes zwischen der Spitze der Extruderschnecke und dem Düsenaustritt bedingt durch das Zusatzvolumen um mindestens 10%, bevorzugt um mindestens 30%, erhöht sein gegenüber der durchschnittlichen Verweilzeit zwischen der Spitze der Extruderschnecke und dem Düsenaustritt, ohne Einbezug der erfindungsgemäßen Reaktor- oder Behandlungskammer.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, the additional free volume Z of the treatment zone, through which the fluid flow containing the plastic material flows, is at least 50 cm³ , preferably at least 100 cm³ . It is further preferred that the ratio of the free volume Z of the treatment zone to the free volume V along the path, measured from the tip of an extruder screw of the extruder to the nozzle outlet for the preform at the die head, is at least 0.05, preferably at least 0.10. The additional volume Z is preferably also selected depending on the average plastic throughput (mass throughput per unit of time in kg/h) through the device. Preferably, the average residence time of the plastic between the tip of the extruder screw and the nozzle outlet should be increased by at least 10%, preferably by at least 30%, due to the additional volume, compared to the average residence time between the tip of the extruder screw and the nozzle outlet, without including the reactor or treatment chamber according to the invention.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren unter Einbezug der vorstehend beschriebenen Vorrichtung soll die durchschnittliche Verweilzeit des plastifizierten oder geschmolzenen Kunststoffmaterials im Zusatzvolumen Z, gebildet durch die Reaktor- oder Behandlungskammer, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 Sekunden liegen.In a method according to the invention, incorporating the device described above, the average residence time of the plasticized or molten plastic material in the additional volume Z, formed by the reactor or treatment chamber, is preferably in the range of 5 to 50 seconds.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the method according to the invention are the subject of the other dependent claims.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung nebst dem zugehörigen Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 in der Art einer Längsschnittdarstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bestehend aus einem Extruder und einem Schlauchkopf (beide nur teilweise dargestellt) und einer dazwischen geschalteten Reaktor- oder Behälterkammer nebst in Fluidströmungsrichtung gesehen vorgeschalteter Behandlungsstufe; -
2 und3 jeweils gegenüber der1 geänderte Ausführungsbeispiele; und -
4 in perspektivischer Draufsicht eine Schelle respektive einen Klemmverbinder zum Festlegen einzelner Flanschverbindungen aneinander zwecks Anbringen eines jeweiligen Verbindungs- oder Zwischenstückes zwischen Extruder und Schlauchkopf.
-
1 in the manner of a longitudinal section view a device according to the invention, consisting of an extruder and a hose head (both only partially shown) and an intermediate reactor or container chamber together with a treatment stage upstream in the direction of fluid flow; -
2 and3 each opposite1 modified embodiments; and -
4 In a perspective top view, a clamp or a clamping connector for fixing individual flange connections to each other in order to attach a respective connecting or intermediate piece between extruder and hose head.
Die
Des Weiteren verfügt die Vorrichtung über einen Schlauchkopf 26, der in
Wie sich des Weiteren aus der
Der Reaktor 42 weist eine Behälterkammer 48 mit vergrößertem Volumen respektive mit dem Zusatzvolumen Z auf, wobei im vorliegenden Fall die Behälterkammer 48 noch zusätzlich über eine vergrößerte Einbaulänge Y verfügt in Form eines rohrförmigen Anschlussstutzzens 50 der Bestandteil eines weiteren Zwischenstückes 44 ist. Im Einbauzustand grenzt dabei die Behälterkammer 48 mit ihrer freien Stirnseite an den Zuführabschnitt 28 an und das freie Ende des Anschlussstutzens 50 respektive des weiteren Zwischenstücks 44 mündet in die Abgabeseite 24 des Extruders 10 aus. Insoweit ist der Reaktor 42 als Ganzes an die jeweils angrenzende Zustrom- bzw. Abstromseite für das Kunststoffmaterial angeschlossen. Neben der Behälterkammer 38 als der einen Einzelkomponente für den Reaktor 42 weist dieser als weitere Einzelkomponente noch einen Mischer 52 auf, der im Anschlussstutzen 50 sitzt und dem insbesondere die Funktion zukommt den vom Extruder 10 stammenden Fluidstrom mit dem Kunststoffmaterial zu homogenisieren. Anstelle des Mischers 52 können bei vergleichbarer Funktion alternativ oder zusätzlich weitere Einzelkomponenten treten, wie beispielsweise ein Rührer oder ein Homogenisator (alle nicht dargestellt). Im vorliegenden Fall besteht jedoch der Reaktor 42 aus den beiden Einzelkomponenten 48 und 52, die als Zwischenstücke 44 bezogen auf den Fluidstrom des Kunststoffmaterials in Hintereinanderabfolge, also seriell, zueinander geschaltet sind. Darüber hinaus kann die Behandlungszone 38 respektive der Reaktor 42 innen- und/oder außenumfangsseitig mit Sensoren (nicht dargestellt) ausgestattet sein, insbesondere zur Messung und/ oder Regelung der Temperatur des Kunststoffmaterials. Neben einer Temperaturmessung können auch Sensoren zum Einsatz kommen zum Bestimmen des Fluiddrucks, der Fluiddichte sowie der Viskosität. Alle erfassbaren Sensordaten können an eine nicht dargestellte Prozesssteuerung weitergeleitet werden, die insbesondere den Extruder 10 steuert, um einzelnen Heizeinrichtungen 18 und damit die lokalen Temperaturen des Kunststoffmaterials sowie dessen Durchsatz zu regeln.The reactor 42 has a container chamber 48 with an increased volume, or additional volume Z. In this case, the container chamber 48 also has an increased installation length Y in the form of a tubular connecting piece 50, which is part of a further intermediate piece 44. In the installed state, the container chamber 48 abuts the feed section 28 with its free end face, and the free end of the connecting piece 50, or of the further intermediate piece 44, opens into the discharge side 24 of the extruder 10. In this respect, the reactor 42 as a whole is connected to the respective adjacent inlet and outlet sides for the plastic material. In addition to the container chamber 38 as one of the individual components of the reactor 42, it also has a mixer 52 as another individual component. This mixer is located in the connecting piece 50 and is primarily responsible for homogenizing the fluid flow from the extruder 10 with the plastic material. Instead of the mixer 52, other individual components, such as a stirrer or a homogenizer (all not shown), can be used as alternatives or additions with comparable function. In this case, however, the reactor 42 consists of the two individual components 48 and 52, which are connected in series as intermediate pieces 44 with respect to the fluid flow of the plastic material. Furthermore, the treatment zone 38, or the reactor 42, can be equipped with sensors (not shown) on its inner and/or outer circumference, in particular for measuring and/or controlling the temperature of the plastic material. In addition to temperature measurement, sensors can also be used to determine the fluid pressure, fluid density, and viscosity. All achievable sensor data can be forwarded to a process control system (not shown), which controls, in particular, the extruder 10 to regulate individual heating devices 18 and thus the local temperatures of the plastic material as well as its throughput.
Die jeweilige Einrichtung 40 zur Reduzierung der mikrobiellen Belastung ist mit einer Energieabgabeeinrichtung 54 versehen, die im vorliegenden Fall außerhalb der Behandlungskammer 38 angeordnet, bevorzugt als Wärmeabgabequelle konzipiert ist, beispielsweise wiederum in Form einer manschettenartigen separat regelbaren Heizeinrichtung 18. Diese ist auch außenumfangsseitig am Anschlussstutzen 50 vorhanden.The respective device 40 for reducing microbial contamination is provided with an energy emission device 54, which in the present case is arranged outside the treatment chamber 38 and is preferably designed as a heat emission source, for example again in the form of a cuff-like separately controllable heating device 18. This is also present on the outer circumference at the connection nozzle 50.
Die beiden Zwischenstücke 44 in Form der Einzelkomponenten 48, 50 sind mittels Koppelstellen 31 in Form von Flanschverbindungen 33 miteinander verbunden. Ebenso ist die Behälterkammer 48 mit dem Zuführabschnitt 28 des Schlauchkopfes 26 und der Anschlussstutzen 50 mit der kreisringförmigen Abgabeseite 24 des Extrudergehäuses 16 verbunden. Vorzugsweise sind alle Flanschverbindungen 33 gleich ausgebildet, insbesondere sind alle Flansche 35 der Flanschverbindungen 33 gleich groß. Der jeweilige Flansch 35 weist regelmäßig eine rechtwinklig abstehende Anlagefläche auf, die mit einer benachbarten Anlagefläche eines weiteren Flansches 35 die jeweilige Flanschverbindung 33 bilden, sobald die paarweise einander zugeordneten Flansche 35 mittels eines platzsparenden Festlegemittels, wie einer Schraubverbindung (nicht dargestellt) in wieder lösbarer Weise miteinander verbunden sind. Zur Vermeidung von Leckageverlusten ist dabei regelmäßig zwischen den einander benachbarten Flanschen 35 ein Dichtmittel 5 (
Die Flanschverbindung 33 dient der Verbindung von zwei Bauteilen, regelmäßig in Form von Rohren oder rohrförmigen Anschlusskörpern, wie sie durch die Komponenten 24, 28, 48 und 50 gebildet sind, die benachbart bündig aneinanderstoßen, wobei zu deren Verbindung miteinander nunmehr anstelle einer Schraubverbindung eine Schelle, wie ein Klemmverbinder 41, eingesetzt ist. Bei Verwendung eines solchen Klemmverbinders 41, wie er beispielhaft in der
Der Klemmverbinder 41 nach der
Das freie, von dem Fluidstrom mit dem Kunststoffmaterial durchströmbare Zusatzvolumen Z der Behandlungszone 38 beträgt mindestens 50 cm3, bevorzugt mindestens 100 cm3. Dabei soll das Verhältnis des freien Zusatzvolumens Z der Behandlungszone 38 zum freien Volumen V entlang einer Wegstrecke, gerechnet von der Schneckenspitze 22 der Extruder- oder Förderschnecke 12 des Extruders 10 bis zum Düsenauslass 34 am Schlauchkopf 26 mindestens 0,05, bevorzugt mindestens 0,10 betragen. Erfindungsgemäß beträgt das mit Kunststoffschmelze füllbare, freie Zusatzvolumen Z, das weitgehend dem Behandlungskammervolumen entspricht mehr als 50 cm3, bevorzugt liegt es im Bereich zwischen und 50 cm3und 1000 cm3, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 100 cm3 und 800 cm3. Bevorzugt ist ein Zusatzvolumen Z zu wählen, das größer ist als 100 cm3. Hierfür ist das freie Zusatzvolumen Z in der Behälterkammer 48 in der Art eines Rotationsellipsoids ausgestaltet, insbesondere sind die Übergänge der Kammer 48 sowohl auf der Zustrom- als auch auf der Abstromseite vergleichmäßigt. The free additional volume Z of the treatment zone 38, through which the fluid flow containing the plastic material flows, is at least 50 cm³ , preferably at least 100 cm³ . The ratio of the free additional volume Z of the treatment zone 38 to the free volume V along a path measured from the screw tip 22 of the extruder or conveying screw 12 of the extruder 10 to the nozzle outlet 34 on the tube head 26 should be at least 0.05, preferably at least 0.10. According to the invention, the free additional volume Z, which can be filled with plastic melt and largely corresponds to the treatment chamber volume, is more than 50 cm³ , preferably in the range between 50 cm³ and 1000 cm³ , and particularly preferably in the range between 100 cm³ and 800 cm³ . Preferably, an additional volume Z greater than 100 cm³ is selected. For this purpose, the free additional volume Z in the container chamber 48 is designed in the manner of a rotational ellipsoid; in particular, the transitions of the chamber 48 are smoothed on both the inflow and outflow sides.
Bevorzugt beträgt das Verhältnis Z/V des Behandlungskammervolumens Z zum mit Kunststoffschmelze füllbaren Volumen V zwischen der Spitze 22 der Extruderschnecke 12 und dem Schlauchkopf 26 bis zum Düsenauslass 34, ohne Einrechnen des erfindungsgemäßen Zusatzvolumens Z, mindestens 0,05, bevorzugt liegt das Verhältnis Z/V im Bereich von 0,08 bis 0,4. Das Zusatzvolumen Z beträgt also mindestens 5%, bevorzugt 8 bis 40 % des mit Kunststoff füllbaren Volumens V von der Spitze 22 einer Extruderschnecke des Extruders 10 bis zum Düsenauslass 34 für den Vorformling am Schlauchkopf 26.Preferably, the ratio Z/V of the treatment chamber volume Z to the volume V fillable with plastic melt between the tip 22 of the extruder screw 12 and the tube head 26 up to the nozzle outlet 34, without including the additional volume Z according to the invention, is at least 0.05; more preferably, the ratio Z/V is in the range of 0.08 to 0.4. The additional volume Z is therefore at least 5%, preferably 8 to 40%, of the volume V fillable with plastic from the tip 22 of an extruder screw of the extruder 10 to the nozzle outlet 34 for the preform at the tube head 26.
Bevorzugt ist bei einem Verfahren unter Einbezug der Vorrichtung, wie vorstehend vorgestellt, vorgesehen, dass die Verweilzeit des geschmolzenen respektive plastifizierten Kunststoffmaterials innerhalb der Behandlungszone 38 mindestens 5 Sekunden, bevorzugt mindestens 10 Sekunden, besonders bevorzugt mindestens 15 Sekunden beträgt. Vorzugsweise beträgt dabei die durchschnittliche Temperatur des geschmolzenen respektive plastifizierten Kunststoffmaterials in der Behandlungszone 38 mindestens 170°C, bevorzugt mindestens 180°C, besonders bevorzugt mindestens 185°C. Für Kunststoffmaterialien aus Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) kann die mittlere Temperatur in der Behandlungszone 38 mindestens 170°C, bevorzugt mindestens 175 °C, besonders bevorzugt mindestens 180°C betragen. Dies liegt deutlich oberhalb der Empfehlungen zur 140°C-Massetemperatur beim Hohlkörperblasen nach der einschlägigen Fachliteratur, wie beispielsweise
Generell kann gesagt werden, dass die durchschnittliche Temperatur des geschmolzenen respektive plastifizierten Kunststoffmaterials in der Behandlungszone 38 um bevorzugt mindestens 10°C, besonders bevorzugt mindestens 15°C höher ist als die durchschnittliche Temperatur des dahingehenden Kunststoffmaterials am Düsenauslass 34 des Schlauchkopfes 26. In general, it can be said that the average temperature of the molten or plasticized plastic material in the treatment zone 38 is preferably at least 10°C, particularly preferably at least 15°C higher than the average temperature of the corresponding plastic material at the nozzle outlet 34 of the hose head 26.
Das Behandlungskammervolumen Z wird bevorzugt abhängig vom Massedurchsatz des Kunststoffes sowie von der Art des Kunststoffes und seiner Verarbeitungstemperatur gewählt. Versuche haben gezeigt, dass bei Verarbeitungstemperaturen T ab ca. 170°C gilt: Je höher die Verarbeitungstemperaturen T desto geringer kann das Behandlungskammervolumen Z für den gleichen mikrobiologischen Effekt gewählt werden. Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, innerhalb des Schlauchkopfes 26 verlaufende Zufuhrkanäle (nicht dargestellt) für das geschmolzene Kunststoffmaterial ausgehend vom extruderseitigen Eintritt bis zum Eintritt des Kunststoffs in den Düsenspalt oder Düsenauslass 34 zumindest teilweise in ihrem Querschnitt zu vergrößern. Regelmäßig kommen dabei Zufuhrkanäle zum Einsatz, die ausgehend von einer gemeinsamen Zulauf- oder Knotenstelle aus sich gabelartig in zwei Äste verzweigen. Für größere Schlauchköpfe 26 mit einem typischen Durchsatz von ca. 50 bis ca. 70 kg/h lässt sich durch die angesprochene Durchmesser- oder Querschnittsvergrößerung von 2,5 cm, ohne Einrechnung der Behandlungs- oder Behälterkammer 48, auf 3,5 cm das Volumen der Zufuhrkanäle nahezu verdoppeln. Für kleinere Schlauchköpfe 26 hingegen mit einem typischerweise geringeren Durchsatz von ca. 15 kg/h bis ca. 40 kg/h erreicht man durch eine Durchmesservergrößerung von 1,5 cm auf 2,5 cm eine Vergrößerung des Zuführkanalvolumens um den Faktor ca. 1,8. Auch insoweit kommt es zu einer Erhöhung der Verweildauer des Kunststoffmaterials im Rahmen einer Behandlungszone 38, hier ergänzt um die genannten Zufuhrkanäle.The treatment chamber volume Z is preferably selected depending on the mass throughput of the plastic, as well as the type of plastic and its processing temperature. Tests have shown that at processing temperatures T above approximately 170°C, the following applies: the higher the processing temperature T, the smaller the treatment chamber volume Z can be for the same microbiological effect. Furthermore, it has proven advantageous to at least partially increase the cross-section of the feed channels (not shown) running within the die head 26 for the molten plastic material, from the extruder-side inlet to the point where the plastic enters the die gap or die outlet 34. Feed channels are typically used that branch out from a common inlet or junction into two branches. For larger die heads 26 with a typical throughput of approximately 50 to approximately 70 kg/h, the aforementioned diameter- or an increase in cross-sectional area from 2.5 cm to 3.5 cm, without taking into account the treatment or container chamber 48, almost doubles the volume of the feed channels. For smaller hose heads 26, however, with a typically lower throughput of approximately 15 kg/h to approximately 40 kg/h, an increase in diameter from 1.5 cm to 2.5 cm results in an increase in the feed channel volume by a factor of approximately 1.8. This also leads to an increase in the residence time of the plastic material within a treatment zone 38, supplemented here by the aforementioned feed channels.
Die Ausführungsform nach der
Die weitere Ausführungsform nach der
Abschließend soll die erfindungsgemäße Lösung anhand zweier Anwendungsbeispiele näher erläutert werden:Finally, the solution according to the invention will be explained in more detail using two application examples:
Beispiele 1-10:Examples 1-10:
Es wurde eine BFS-Anlage vom Typ bottelpack 460 der Firma rommelag, Waiblingen, Deutschland, verwendet, wie sie beispielhaft auch in
Zur Herstellung der kontaminierten Granulat-Proben wurden Endosporen des Bazillus atrophaeus ATTC 9372 mit einem durchschnittlichen D-Wert, D160°C = 3,10 min verwendet. Die Sporen wurden gleichmäßig auf das Granulat verteilt und der Sporengehalt labortechnisch verifiziert. Der Konzentrationsbereich (Ausgangsverkeimung) betrug 1000 bis 1.000.000 KBE pro Gramm. Es wurden mit 15 ml flüssiger CASO-Nährlösung befüllte Behälter der Größe 20 ml hergestellt. CASO-Nährlösung ist ein Komplexmedium, dem, außer Glucose, aus Milcheiweiß proteolytisch gewonnenes Pepton (Caseinpepton) und aus Sojamehl proteolytisch gewonnenes Pepton (Sojamehlpepton) zugesetzt wird. Das Caseinpepton ist reich an freien Aminosäuren und das Sojamehlpepton zeichnet sich durch einen hohen Gehalt an Kohlenhydraten und Vitaminen aus. Solche Nährmedien eignen sich besonders zur Kultivierung von anspruchsvollen Mikroorganismen.To prepare the contaminated granule samples, endospores of Bacillus atrophaeus ATTC 9372 with an average D-value (D160°C = 3.10 min) were used. The spores were evenly distributed on the granules, and the spore count was verified in the laboratory. The concentration range (initial contamination) was 1,000 to 1,000,000 CFU per gram. 20 ml containers filled with 15 ml of liquid CASO nutrient solution were prepared. CASO nutrient solution is a complex medium to which, in addition to glucose, proteolytically derived peptone from milk protein (casein peptone) and proteolytically derived peptone from soy flour (soy flour peptone) are added. The casein peptone is rich in free amino acids, and the soy flour peptone is characterized by a high content of carbohydrates and vitamins. Such nutrient media are particularly suitable for the cultivation of demanding microorganisms.
je Testcharge wurden über 12.000 Behältererzeugnisse gefertigt, wobei ansonsten die analytische Vorgehensweise dem Inhalt eines Artikels von
Es wurden Referenzchargen (Versuche: Referenz 1 bis Referenz 8) bei verschiedenen Temperaturen, d.h. ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Behandlungszone 38 zur Keimzahlreduzierung gefertigt. Das Volumen V des geschmolzenen Kunststoffmaterials zwischen der Extruderspitze 22 und dem Düsenauslass betrug 1430 cm3. Die durchschnittliche Temperatur T des geschmolzenen Kunststoffmaterials im Volumen V betrug 170°C bis 180°C. Der durchschnittliche Massendurchsatz des Kunststoffmaterials betrug ca. 50 kg/h bzw. ca. 70 kg/h. Nach der mikrobiologischen Auswertung dieser Referenzchargen ergaben sich gegenüber der Ausgangsverkeimung des Granulates die Keimzahlreduktionsfaktoren FO. Dieser lag im Beispiel Referenz 2 bei durchschnittlich 2100.Reference batches (trials: reference 1 to reference 8) were produced at various temperatures, i.e., without applying the treatment zone 38 according to the invention for reducing the microbial count. The volume V of the molten plastic material between the extruder tip 22 and the die outlet was 1430 cm³ . The average temperature T of the molten plastic material in volume V was 170°C to 180°C. The average mass throughput of the plastic material was approximately... 50 kg/h or approximately 70 kg/h. Microbiological evaluation of these reference batches revealed reductions in bacterial count (FO) compared to the initial contamination of the granules. In example reference 2, this averaged 2100.
Sodann wurden in ähnlicher Weise Chargen hergestellt, jedoch unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Zusatzvolumens Z in Form einer Behandlungszone 38 respektive einer Behandlungskammer 48, wie in den
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Behandlungszone 38 in Form der Behandlungskammer 48 ergab nach der mikrobiologischen Auswertung gegenüber der Ausgangsverkeimung des Granulates die Keimzahlreduktionsfaktoren FM. Dieser Faktor lag beispielsweise in Versuch 10 bei durchschnittlich 720.000; somit wurde durch das Zusatzvolumen Z eine zusätzliche Verbesserung gegenüber der zugehörigen Referenzmessung (Referenz 4) um ca. den Faktor FM / FO = 720000 / 11 = 65455 erreicht.
Beispiele 12-20:Examples 12-20:
Analoge Versuche unter Verwendung von zwei BFS-Anlagen vom Typ bottelpack bp 530 der Firma rommelag, Waiblingen, Deutschland, wie auch in
Die vorstehend genannten erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Methoden zur Minimierung der mikrobiologischen Belastung haben den Vorteil, dass nicht ein leerer Kunststoffbehälter oder gar ein bereits befüllter Behälter sterilisiert werden muss, sondern lediglich das geschmolzene Kunststoffmaterial unmittelbar vor der Behälterformung und dessen Befüllung nebst anschließendem Verschließen. Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist es, dass das Kunststoffmaterial als Ganzes und nicht nur seine Oberfläche keimzahlreduzierend behandelt werden kann.The aforementioned devices and methods according to the invention for minimizing microbiological contamination have the advantage that it is not necessary to sterilize an empty plastic container or even a filled container, but only the molten plastic material immediately before the container is formed and filled, followed by sealing. A further advantage of the invention is that the plastic material as a whole, and not just its surface, can be treated to reduce the number of germs.
Ein zusätzlicher Vorteil ist die -insbesondere für medizinische Zwecke sehr wichtige- sichere und kontinuierliche Dokumentation des Temperatur-Zeitverlaufs des Kunststoffmaterials, was durch die erfindungsgemäß positionierten Sensoren zur Temperaturmessung ermöglicht wird.An additional advantage is the safe and continuous documentation of the temperature-time profile of the plastic material, which is particularly important for medical purposes and is made possible by the temperature measurement sensors positioned according to the invention.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Keimzahlreduktion kontinuierlich im Produktionsprozess erfolgt und die Innenoberfläche des Behälters vor dessen Verschließen keinen Kontakt zu einer möglicherweise mikrobiologisch kontaminierten Atmosphäre oder Oberfläche hat.Another advantage is that the reduction in germ count takes place continuously during the production process and the inner surface of the container does not come into contact with a potentially microbiologically contaminated atmosphere or surface before it is sealed.
Bei der Herstellung von Mehrschichtbehältern nach dem BFS-Verfahren, wie beispielsweise in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Also Published As
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