DE69231307T2

DE69231307T2 - Steriles Schweissen von Kunststoffschläuchen

Info

Publication number: DE69231307T2
Application number: DE69231307T
Authority: DE
Inventors: John B. Shaposka; Dudley W. Spencer
Original assignee: Denco Inc
Current assignee: Denco Inc
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2012-04-11
Also published as: EP0515811A3; JPH05131554A; JP3043895B2; DE69231307D1; ATE195097T1; CA2063169A1; DK0515811T3; JP2000198144A; EP0515811A2; EP0515811B1; MX9202488A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die sterilen und im Gesamten einfassenden Schweißtechniken für Plastikrohre, wie beispielsweise Rohre, die mit einem Strömungsmittel gefüllt sind. Es gibt viele Anwendungen, die es erfordern, dass ein Plastikrohr mit einem anderen Plastikrohr verbunden wird. Solche Anwendungen umfassen beispielsweise die Entnahme von Proben aus einem Bioreaktor, die Behandlung von Blut, CAPD und andere medizinische Anwendungen. Frühere Patente, die allgemein sich mit diesem Thema befassen, umfassen U. S. Patente 4,793,880; 4,610,670; 4,369,779; 4,753,697; 4,770,735; 4,897,773; 4,897,138; 4,913,756; und 4,864,101.
Es wurde herausgefunden, dass in der Praxis des U. S. Patents 4,610,670 ein unannehmbarer Pegel von PVC-Teilchen resultiert, wenn die Kaltdichtung nach dem Herstellen einer Schweißung wieder geöffnet wird. Die Schlüsselmerkmale in der Praxis des '670-Patents umfasst das Schneiden durch die abgeflachten Gebiete des Rohrs und das nochmalige Öffnen der Kaltschweißung. Es muss große Sorgfalt gewahrt werden bei der Verwendung dieser Technologie, da irgend welche Restflüssigkeit nachteilig die heiße Scheibentemperatur erniedrigt, die ohnehin schon grenzwertig ist. Beim Schweißen durch Flüssigkeitsrohre muss der abgeklemmte Abstand kleiner sein als ein Milliliter, so dass er tatsächlich flach ist und das Gesamte der Flüssigkeit ausstößt. Beim ansteigen des Abstandes wird das Restflüssigkeitspool bzw. -reservoir größer und im Ergebnis berühren sich die Rohre nicht. Wenn der abgeklemmte Bereich einen Abstand von zwei Millimeter erreicht, sind die Rohrwände im Bereich der Restflüssigkeit ebenso ungefähr zwei Millimeter geöffnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung und einen Prozess zur Bildung von sterilen Verbindungen von bzw. mit Flüssigkeit gefüllten Rohren vorzusehen, bei denen die zuvor genannten Nachteile überwunden sind.
Das zuvor genannte Ziel wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung erreicht, wie sie in den Ansprüchen 1 bzw. 10 dargelegt sind. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
In einer Ausführung der Erfindung wird ein Paar von Plastikrohren in eine Klemmvorrichtung für jedes Rohr geklemmt, wobei ein jedes der Rohre in einem gebogenen Zustand in zwei Abschnitten gehalten wird. Jeder der Abschnitte hat eine innere Blase, wobei die Blasen ausgerichtet sind. Ein Schnitt wird durch die ausgerichteten Blasen gemacht und der Abschnitt eines Rohres wird danach an einen Abschnitt des anderen Rohres geschweißt.
Bei der zuvor genannten Ausführung kann die Erfindung eine Vorrichtung nutzen, wobei die gebogenen Rohre parallel zueinander montiert werden und dann für das Ausrichten der zusammen zu schweißenden zwei Abschnitte verschoben werden. In einer Abwandlung der Ausführung werden die gebogenen Rohre zunächst miteinander ausgerichtet und Schnitte werden durch eine jedes der Rohre gemacht, so dass im Ergebnis die gebogenen Teile vom Schweißgebiet entfernt sind, so dass die ausgesetzten, geschnittenen Rohrabschnitte für einen Kontakt und für das Schweißen relativ aufeinander zu bewegt werden können.

Die Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Gesamtansicht von oben, und zwar teilweise geschnitten, die schematisch ein steriles Schweißsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Gesamtansicht von oben ähnlich zu Fig. 1, die das System in einem späteren Betriebszustand zeigt;
Fig. 3 ist eine Gesamtansicht von oben eines weiteren Ausführungsbeispiels dieser Erfindung in seinem anfänglichen Betriebszustand;
Fig. 4-6 sind Ansichten von oben ähnlich zu Fig. 3, die spätere Betriebszustände zeigen;
Fig. 7 ist ein Graph, in dem das Blasengewicht gegen den Spaltabstand zur Nutzung in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1-6 aufgetragen ist.

Detaillierte Beschreibung

Die vorliegende Erfindung ist auf zwei unterschiedliche Herangehensweisen beim Vorsehen von einem sterilen Schweißen von Plastikrohren gerichtet. In den Ausführungsbeispielen, die in den Fig. 1-6 gezeigt, sind, findet das Schneiden der Rohre statt durch ausgerichtete Blasen, wobei die zusammen zu schweißenden Abschnitte dann in Kontakt miteinander gebracht werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1-2 werden die Rohre parallel zueinander montiert und die Ausrichtung der Abschnitte, die zusammen geschweißt werden soffen, wird durch einen Verschiebevorgang bewirkt, der -im Stand der Technik gut bekannt ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3-6 werden die gebogenen Rohre anfangs miteinander ausgerichtet und die geschnittenen Teile werden aus dem Schweißgebiet entfernt, so dass ein Kontakt hergestellt werden kann durch Querverschieben von einem oder beiden Rohren in einen Kontakt miteinander. Es sei klar, dass die Erfindung ausgeführt werden kann, wenn das Rohr geschnitten wird durch das herkömmliche SchneidenlVerschieben-Verfahren, wie beispielsweise im '670-Patent, oder durch ein Schmelzen/Wischen-Verfahren, wie es in unserer anhängigen Anmeldungen mit den Seriennummern 569,855, eingereicht am 20. August 1990; 604,979, eingereicht am 29. Oktober 1990; und 682,977, eingereicht am 10. April 1991, beschrieben ist, wobei die Einzelheiten derselben hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sein sollen. Aus Gründen der Einfachheit bei der Bezeichnung kann bei Bezugnahme auf "Schneiden" das Schneiden entweder vom Typ des physikalischen Schneidens durch das Rohr oder vom Typ eines Schmelzen/Wischen-Vorgangs sein.
Fig. 1 stellt ein Sterilschweißsystem 10 dar, das ein Paar von Haltern 12, 14 aufweist, die mit bekannten geeigneten Klemmanordnungen zum Klemmen eines Paares von Rohren 16, 20 versehen sind. Bei jedem Rohr ist gezeigt, dass es sich über beide Halter erstreckt und zur Bildung von zwei Abschnitten 22, 24 und 26, 28 gebogen ist.
Wie ebenso in Fig. 1 gezeigt ist, weist ein jeder Abschnitt der gebogenen Rohre 16, 20 eine Blase 18 auf. Wie das Klemmen über jeden Halter 12, 14 statt findet, ergeben sich die Blasen 18 in den nicht geklemmten Gebieten zwischen den Haltern. Somit sind alle Blasen in der Lücke zwischen den Haltern miteinander ausgerichtet.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird eine geeignete Schneidevorrichtung, wie beispielsweise eine erhitzte Scheibe 30 für eine Bewegung in der Lücke zwischen den Haltern 12, 14 für das Schneiden durch die gebogenen Rohre montiert, wobei die Schneidetätigkeit durch das Blasengebiet stattfindet. Wenn das Rohr mit Flüssigkeit gefüllt ist, sind die Blasen gleichfalls mit Flüssigkeit gefüllt, ansonsten würden die Blasen trocken oder mit Luft gefüllt sein. Das Schneiden durch die ausgerichteten Blasen unterscheidet sich von unserem U. S. Patent 4,832,773, wo durch eine einzige Lufttasche geschnitten wird.
Nachdem die erhitzte Scheibe 30 vollständig durch beide gebogenen Rohre · 16, 20 geschnitten hat, wird eine der Haltevorrichtungen, wie beispielsweise die Haltevorrichtung 12 auf eine bekannte Weise verschoben, wie durch den Pfeil angezeigt, so dass der Rohrabschnitt 22A ausgerichtet wird mit dem Rohrabschnitt 26A und der Rohrabschnitt 24B ausgerichtet wird mit dem Rohrabschnitt 28B. Zwei Stummelabschnitte werden gebildet, die nicht mit irgend einem anderen Rohrabschnitt ausgerichtet sind. Diese zwei Stummelabschnitte weisen die gebogenen Teil 22B, 24A und die gebogenen Teile 26B, 28A auf. All die verschiedenen geschnittenen Abschnitte bleiben in Kontakt mit der erhitzten Scheibe in der Abfolge der Arbeitsschritte, die in Fig. 2 gezeigt sind. Demgemäß werden die Stummelenden gedichtet, wenn die Scheibe 30 entfernt wird, wogegen die ausgerichteten Rohrabschnitte in Richtung aufeinander zu angeordnet und dann in Kontakt miteinander bewegt und zusammen geschweißt werden durch ein Querverschieben eines Halters in Richtung auf den anderen auf eine Weise, die im Stand der Technik bekannt ist.
Fig. 3-6 stellen eine Abwandlung der Erfindung dar, die das Schneiden durch die Blasenabschnitte der Rohre umfasst, ohne ein Verschieben der Rohre zu erfordern. Wie in Fig. 3 gezeigt, weist eine Vorrichtung 40 ein erstes Paar von Haltern 42, 44 auf, von denen ein jeder sein Klemmglied hat, und ein zweites Paar von Haltern 46, 48, die gleichfalls ein jeder seine Klemmvorrichtung zum Klemmen eines jeden gebogenen Rohres 50, 52 an zwei voneinander beabstandeten Stellen hat, wodurch eine Serie von Blasen 54 an jedem Teil zwischen den jeweiligen Paaren von Haltern erzeugt werden. Das Rohr 50 wird zur Bildung von zwei Teilen 56, 58 gebogen, während das Rohr 52 zur Bildung von zwei Abschnitten 60, 62 gebogen wird. Jeder Teil weist wiederum einen Abschnitt auf jeder Seite der Blase auf, die mit den Buchstaben A und B bezeichnet sind.
Die Vorrichtung 40 unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 dahingehend, dass die Rohre 50, 52 anfänglich mit der Vorrichtung 40 ausgerichtet sind, wogegen die entsprechenden Rohre parallel zueinander sind in der Vorrichtung 10. Ein Wafer bzw. eine Scheibe 64, 66 wird für das Durchschneiden eines jeden gebogenen Rohres durch den Blasenabschnitt angeordnet. Sofern gewünscht, können die Scheiben 64, 66 getrennte Scheiben aufweisen, die sich simultan oder sequentiell bewegen. Alternativ kann sich die gleiche Scheibe sequentiell durch jedes gebogene Rohr bewegen, um einen Schnitt durch die Blasenabschnitte zu bewirken. Nach dem die Schnitte hergestellt sind, werden die Teile des Rohres 50, nämlich die Teile 56B und 58A, und die gebogenen Teile 60A und 62 A des Rohres 52 und ihre jeweiligen Halter 44, 46 aus dem Schweißgebiet weg bewegt, wie in Fig. 4 gezeigt. Wenn eine erhitzte Scheibe verwendet wird, sind die resultierenden Stummel gedichtet und können weg geworfen werden.
Nachdem die Stummel und ihre Halter aus dem Schweißgebiet entfernt wurden, ist es notwendig, dass die ausgesetzten Enden der verbleibenden Rohrabschnitte für Schweißzwecke erhitzt werden. Wenn die Scheiben 64, 66 erhitzt sind, kann die Restwärme ausreichend sein für diese Zwecke. Ansonsten kann eine Heizung, wie beispielsweise die erhitzte Scheibe 64 wieder in Kontakt mit den ausgesetzten Rohrabschnitten gebracht werden. Diese Anordnung bietet sich insbesondere zur Verwendung an für die Schmelz/Wisch- Techniken, die in unseren zuvor erwähnten Patentanmeldungen beschrieben sind.
Fig. 5 stellt eine Praxis der Erfindung dar, in der die erhitzte Scheibe 64 gegen die ausgesetzten Enden des geschnittenen Rohrs 50 angeordnet wird. Der Halter 48 wird dann seitlich verschoben, so dass die ausgesetzten Enden oder Stirnseiten des Rohres 52 ebenso in Kontakt mit der erhitzten Scheibe 64 gebracht werden, wie in Fig. 5 dargestellt. Die erhitzte Scheibe 64 wird entfernt, nachdem die ausgesetzten Oberflächen ausreichend erhitzt wurden, und die ausgesetzten Oberflächen werden dann in Kontakt mit einander gebracht, so dass ein geschlossenes Rohr aus den Abschnitten 56A und 60B erzeugt wird, wobei ein geschlossener Stummel erzeugt wird aus den Abschnitten 58B und 62B, wie in Fig. 6 gezeigt.
Fig. 7 stellt die Beziehung zwischen dem Blasengewicht der einzelnen Blasen 18 oder 54 und dem Lücken- bzw. Spaltabstand zwischen den benachbarten Klemmvorrichtungen dar, wie beispielsweise die Halter 12 und 14 oder die Halter 42 und 44 und die Halter 46 und 48.
Die Erfindung, so wie sie mit den Systemen 10 und 40 praktiziert wird, überwindet die Nachteile, die sich aus dem Stand der Technik ergeben, wie beispielsweise angedeutet bezüglich U. S. Patent 4,610,670. In den Ausführungen der Erfindung sind die Rohre nicht flach und die erkaltete Schweißung ist selbstöffnend. Das Schweißen einer sterilen Verbindung mit einem gesteuerten bzw. kontrollierten Flüssigkeitspool hat eine Anzahl von Vorteilen. Bei spielsweise könnte ein solches Schweißen genutzt werden zur Vermeidung von Teilchen. Somit wäre der Nachteil des Standes der Technik vermieden, wobei bei Aufbrechen der Dichtung Teilchen in den Patienten eingeführt bzw. geschickt werden könnten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass die Rohre selbstöffnend sind nachdem die Schweißung hergestellt ist. Mit einer Klinge oder Scheibe bei 750ºF und darüber kann der "Ledenfrost Effekt" genutzt werden zur Erzeugung eines positiven Dampfdruckes an der Schweißstelle zur Vermeidung des Einbringens von Bakterien. Wegen des "Ledenfrost"-Dichtschutzes kann eine sterile Schweißung hergestellt werden ohne einen kontinuierlichen Schmelzpool, wie durch die Patente 4,369,779 und 4,610,670 des Standes der Technik gelehrt. Darüberhinaus ist die Technologie anwendbar auf sowohl Schneiden/Verschieben- als auch auf Schmelzen/Wischen-Verfahren.
Die Vorrichtung 10 erreicht ein Schweißen durch die Behandlung von vier Rohrabschnitten ohne Verschiebeblöcke oder das Aneinanderzwingen der Rohre, obwohl der Aspekt des Aneinanderzwingens eine nicht bevorzugte Option ist.
Während die bevorzugte Praxis das Schneiden mit einer erhitzten Scheibe ist, können die Schneide- und Erhitzungsschritte sequentiell ausgeführt werden. Die Heizung für die Scheibe kann Batterie betrieben oder sie kann elektrisch betrieben sein.
Es sei klar, dass verschiedene Aspekte, die bezüglich spezifischer Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, bei anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden können.

Claims

1. Verfahren zum sterilen Schweißen von Plastikschlauchabschnitten, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind:

Biegen eines Paars von Schläuchen (16, 20), wobei ein Abschnitt jedes Schlauches zu einem benachbarten Abschnitt des gleichen Schlauches gebogen wird, um vier Abschnitte aus den zwei Schläuchen (16, 20) zu bilden,

Anbringen jedes gebogenen Schlauches in einem geklemmten Zustand über einem Paar von benachbarten aber beabstandeten Schlauchhaltern (12, 14) zur Erzeugung einer Blase (18) in jedem Schlauchabschnitt im Spalt zwischen den Schlauchhaltern (12, 14),

Schneiden der Schlauchabschnitte an den Blasen (18) durch Relativbewegung einer Schneidvorrichtung (30) durch den Spalt,

Ausrichten eines Schlauchabschnittes eines Schlauches (16, 20) mit einem Schlauchabschnitt des anderen Schlauches (20, 16),

Erhitzen der abgeschnittenen Enden der ausgerichteten Schlauchabschnitte, und

Pressen der ausgerichteten Enden zusammen zum Schweißen der ausgerichteten Schlauchabschnitte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte des Schneidens oder Erhitzens der Schlauchabschnitte gleichzeitig erfolgen, und zwar mit einer erhitzten Scheibe (30).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schläuche (16, 20) parallel zueinander angeordnet sind, um vier ausgerichtete Blasen (18) vorzusehen, wobei nach dem Schneiden der Schlauchabschitte, der eine Schlauchabschnitt mit dem anderen Schlauchabschnitt ausgerichtet ist, und zwar durch eine longitudinale Verschiebung der Halter (12, 14) relativ zueinander, und wobei zwei Stummelenden erzeugt werden aus den gebogenen Abschnitten mit zwei weiteren Stummelenden verschweißt miteinander und auch mit den ausgerichteten Schlauchabschnitten die miteinander verschweißt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schläuche (16, 20) mit einem Strömungsmittel gefüllt sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gebogenen Schläuche aneinander angebracht sind, und zwar dadurch daß jeder gebogene Schlauch über einem gesonderten Paar von Schlauchhaltern angebracht ist, wobei die Schläuche durch eine Schneidvorrichtung geschnitten werden, welche durch Paare von ausgerichteten Blasen in jedem Schlauch schneidet, wobei nach dem Schneiden der zwei Abschnitte die gebogenen Teile von den verbleibenden Schlauchabschnitten entfernt, und wobei ferner die verbleibenden Schlauchabschnitte relativ zueinander verschoben werden, um die verbleibenden Schlauchabschnitte des einen Schlauches mit den Schlauchabschnitten des anderen Schlauches zu kontaktieren.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schneiden durch die zwei Sätze von Blasen gleichzeitig durch zwei Schneidvorrichtungen erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Schneiden durch die zwei Sätze von Blasen sequentiell durch die gleiche Schneidvorrichtung erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schneidvorrichtung in Kontakt mit einem der Sätze von Schlauchabschnitten verbleibt, die Schneidvorrichtung erhitzt und der andere Satz von Schlauchabschnitten in Kontakt gebracht wird mit der erhitzten Schneidvorrichtung, um gleichzeitig alle vier freiliegenden Schlauchabschnitte zu erhitzen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zwei Stummelenden miteinander verschweißt werden, gleichzeitig mit dem Zusammenschweißen der ausgerichteten Rohrabschnitte.

10. Vorrichtung (10, 40) zum sterilen Schweißen von Plastikschlauchabschnitten, wobei folgendes vorgesehen ist:

benachbarte aber beabstandete Schlauchhalter (12, 14; 42, 44; 46, 48) zur Aufnahme des Paars von Schläuchen (16, 20) mit einem Abschnitt jedes Schlauches gebogen zu einem benachbarten Abschnitt des gleichen Schlauches hin, um vier Abschnitte aus den zwei Schläuchen (16, 20) zu bilden, und um jeden gebogenen Schlauch in einem geklemmten Zustand über die Schlauchhalter (12, 14; 42, 44; 46, 48) derart anzuordnen, daß eine Blase (18; 54) in jedem Schlauchabschnitt in einem Spalt zwischen den Schlauchhaltern (12, 14; 42, 44; 46, 48) gebildet wird;

Schneidmittel zum Schneiden durch die Schlauchabschnitte an den Blasen (18; 54) durch Relativbewegung einer Schneidvorrichtung (30; 64, 66) durch den Spalt;

Ausrichtmittel zum Ausrichten eines Schlauchabschnittes eines Schlauches (16, 20; 50, 52) mit einem Schlauchabschnitt des anderen Schlauches; Erhitzungsmittel zum Erhitzen der abgeschnittenen Enden der ausgerichteten Schlauchabschnitte; und Mittel zur Bewegung und zum Pressen der ausgerichteten Enden zusammen zum Schweißen des ausgerichteten Schlauchabschnitts miteinander.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Schneidmittel und die Heizmittel durch eine beheizte Scheibe (30; 64, 66) vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Schlauchhalter (12, 14) parallel zueinander angeordnet sind, und wobei die Ausrichtmittel eine Längsverschiebung der Halter (12, 14) relativ zueinander vorsehen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Schlauchhalter (42, 44; 46, 48) im wesentlich auf einer Linie derart angeordnet sind, daß die Schläuche (50; 52) anfangs ausgerichtet sind, und wobei Mittel zur Entfernung der zwei Mittelschlauchhalter (44, 46) und zur Bewegung der verbleibenden Schlauchhalter (42, 48) zueinander vorgesehen sind.

14. Vorrichtung (40) nach Anspruch 13, wobei zwei Schneidmittel (64, 66) zum Schneiden der Blasen (54) vorgesehen sind.