Verfahren und Einrichtung zum Herstellen gefüllter und verschlossener Behälter
Gegenstand des Patentes ist ein Verfahren zum Herstellen gefüllter und verschlossener Behälter aller Art aus einem im verformbaren Zustand in einer Form eingeschlossenen Hohlkörper aus einem thermoplastischen Material, welcher durch Aufblähung an die Wandung des Formhohlraumes angelegt und verformt wird. Ein weiterer Gegenstand des Patentes ist eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Es ist bekannt, einen im verformbaren Zustand in einer Form eingeschlossenen Hohlkörper aus thermoplastischem Material mit Hilfe der in der Formhohlraum eingeführten Pressluft aufzublähen und zu einem Behälter zu verformen. Die in dieser Weise hergestellten Behälter werden erst nachträglich abgefüllt, wobei vielfach zusätzlicher Lagerraum für den Vorrat an Behältern beansprucht wird und im allgemeinen nebst einem umständlichen Abfüllvorgang, welcher wiederum kostspielige Einrichtungen erfordert, noch die besondere Reinigung der Behälter unvermeidlich ist.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, die Bildung des Behälters und den Füllvorgang in einem und demselben Arbeitsgang zusammenzulegen. So ist es beispielsweise bekanntgeworden, eine vorgeformte thermoplastische Masse, welche sich am Ende eines Abfüllrohres für das Füllgut befindet, in einer geschlossenen Form mit Hilfe des Füllgutes zu verformen. In dieser Weise lassen sich jedoch nur relativ kleine Behälter, wie beispielsweise Ampullen, herstellen, da es undenkbar ist, die zur Bildung eines grösseren Behälters notwendige thermoplastische Masse, die das Abfüllrohr - selbst wenn vorgeformt - etwa knollenförmig umgibt, so aufgeweitet werden könnte, dass ein geräumiger Behälter mit gleichmässiger und relativ starker Wandung gebildet wird.
Im besten Falle lässt sich in dieser Weise erreichen - wie dies auch schon vorgeschlagen worden ist - aus einem geeigneten Ausgangsmaterial, das in der Form eines Knollens auf das Ende eines Abfüllrohres aufgebracht wird, mit Hilfe des Füllgutes ein sehr dünnwandiges, sackartiges Gebilde hervorzubringen, etwa so, wie Seifenblasen gemacht werden. Ein starrer Behälter, welcher eigentlich als Herstellungsstätte einer solchen mit dem Füllgut gefüllten Blase dient, ist dabei unerlässlich.
Es versteht sich, dass die Realisierung der vorstehend erwähnten, in ihrer Anwendbarkeit äusserst beschränkten Vorschläge eine ausserordentlich komplizierte Apparatur erfordert.
Es ist auch schon bekanntgeworden, das Füllgut durch eine axiale Zuführleitung eines Strangpresskopfes unmittelbar in einen extrudierten Schlauch abzufüllen, wobei der Schlauch aufgeweitet und anschliessend abschnittsweise durch Schweissungen unterteilt wird. Dabei werden kleine sackartige Abschnitte von beschränktem Inhalt gebildet. Die Herstellung von geräumigen Behältern in dieser Weise ist jedoch ausgeschlossen.
Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass die bisher bekannten Vorschläge, nach welchen der Vorgang zur Bildung eines Behälters und zum Abfüllen desselben in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen soll, nur bei kleinen dünnwandigen Ampullen oder beutelartigen Behältern anwendbar waren, nicht aber bei grösseren Behältern, die nicht einfach aus einer bestimmten, geformten oder ungeformten knollenartigen Materialmenge, sondern mit Hinblick auf den verhältnismässig grossen eingeschlossenen Innenraum nur durch Aufweitung eines hohlkörperartigen Gebildes hergestellt werden können.
Zweck der Erfindung ist nun, einen Weg zu zeigen, welcher ermöglicht, den eigentlichen Verformungsvorgang auch bei voluminösen Behältern mit dem Füllvorgang zusammenzulegen. Zu diesem Zwecke zeichnet sich ein Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch aus, dass das Füllgut in den eingeschlossenen Hohlkörper eingeführt und dessen Hohlraum unter Gegendruck entlüftet wird, wobei das Füllgut unter Druck gesetzt und der Hohlkörper verformt wird, worauf der hierbei gebildete und gefüllte Behälter verschlossen und der Form entnommen wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens dient erfindungsgemäss eine Einrichtung, bei welcher eine Zuführleitung für das Füllgut und eine gedrosselte Abführleitung an den Innenraum des eingeschlossenen Hohlkörpers anschliessbar sind, wobei Druckfördermittel für das Füllgut und Verschliessmittel für den gebildeten Behälter vorhanden sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des vorstehend definierten Verfahrens wird das Füllgut durch den Hohlraum des Hohlkörpers im Kreislauf geführt und dabei gedrosselt. Sinngemäss wird bei der vorerwähnten Einrichtung die gedrosselte Abführleitung vorteilhaft an Füllgutvorrat angeschlossen.
Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens werden rein beispielsweise nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert, in welchem Ausführungsbeispiele der Einrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung mit einer Strangpresse zum Herstellen eines Schlauches und einer Form, in die der extrudierte Schlauch abschnitt einspannbar ist, um einen Hohlkörper zu bilden,
Fig. la einen Teil der Einrichtung gemäss der Fig. 1 mit der Form in der Endphase des Verformungsvorganges,
Fig. lb die Form mit dem gebildeten und gefüllten Behälter beim Abtrennen vom extrudierten Schlauch abschnitt,
Fig. lc die Form in der Vorphase der Verschliessoperation,
Fig. 1d die Form mit dem Behälter während des Verschliessens,
Fig.
le die nach dem Verschliessen geöffnete Form mit dem versiegelten Behälter,
Fig. 2a eine modifizierte Ausführung der Einrichtung gemäss der Fig. 1 in der gleichen Betriebslage,
Fig. 2b die Einrichtung gemäss der Fig. 2a, jedoch in der Betriebslage entsprechend der Fig. lb,
Fig. 3a eine modifizierte Form zur Herstellung von mit einer Schraubkappe verschliessbarem Behälter,
Fig. 3b die Form gemäss der Fig. 3a in der Vorphase der Verschliessoperation,
Fig. 3c die Form gemäss der Fig. 3a beim Verschliessen des eingeschlossenen Behälters,
Fig. 3d die nach dem Verschliessen geöffnete Form gemäss der Fig. 3a mit dem verschlossenen Behälter,
Fig. 4 eine weitere Variante der Einrichtung gemäss der Fig. 1 mit der geöffneten Form,
Fig. 4a einen Teil der Einrichtung gemäss der Fig. 4 mit der geschlossenen Form,
Fig. 4b den Gegenstand der Fig.
4a, jedoch am Ende des Verformungs- und Füllvorganges beim Abtrennen des Endabschnittes den extrudierten Schlauch und
Fig. 5 eine weitere Variante der Einrichtung gemäss der Fig. 1 mit der geöffneten Form.
Der Dorn 1 einer in der Fig. 1 mit 2 bezeichneten Strangpresse bildet mit einer Matrize 3 einen Ringkanal 4, durch welchen ein thermoplastisches Material 5 in der Form eines Schlauches 6 extrudiert wird. Eine Längsbohrung 7 des Dornes 1 ist über ein Rückschlagventil 8 und eine Leitung 9 an einen Druckkessel 10 angeschlossen, welches mit einem Manometer 11 ausgerüstet ist und durch ein Absperrventil 12 mit einem Druckspeicher 13 in Verbindung steht. Der Druckkessel 10 wird mittels einer Druckpumpe 14 aus einem Vorratsbehälter 15 mit der abzufüllenden Flüssigkeit 16 gespeist. In der Druckleitung 17 der Pumpe 14 ist in an sich bekannter Weise ein einstellbares Druckregulierventil 18 angeordnet, welches durch einen Bypass 19 mit dem Vorratsbehälter 15 verbunden ist.
In den Bypass 19 mündet eine Rücklaufleitung 20, die über ein einstellbares Drosselventil 21 mit einer weiteren Längsbohrung 22 des Dornes 1 verbunden ist. Am Drosselventil 21 schliesst eine Entlüftungsleitung 23 an.
Die Formhälften 24 und 25 einer Form 26 sind in nicht näher dargestellter Weise so gehaltert bzw. in bezug aufeinander geführt, dass beim Schliessen der Form der extrudierte Schlauchabschnitt 6 in den Formhohlraum 27 eingeschlossen wird. Dabei wird, wie unter anderem aus der Fig. la ersichtlich, das untere Ende des Schlauchabschnittes 6 zugeklemmt und verschlossen. Die beiden Formhälften 24 und 25 weisen je eine Schliessbacke 28 mit einer halbkreisförmigen Ausnehmung 29 auf. Die Anordnung ist so getroffen, dass beim Schliessen der Form (vergleiche unter anderem Fig. la) die Schliessbacken im Bereiche des Endabschnittes des Dornes 1 den extrudierten Schlauch umschliessen.
Aus dem Vorstehenden ist es klar ersichtlich, dass nach der Schliessung der Form in dem Formhohlraum 27 sich ein Hohlkörper, namentlich der zwischen den beiden Formhälften eingeklemmte Endabschnitt des extrudierten Schlauches befindet, wobei der Innenraum dieses Hohlkörpers durch die Bohrung 7 an eine Zuleitung und durch die Bohrung 22 an eine gedrosselte Ableitung angeschlossen ist.
Dieser Hohlkörper (zur Unterscheidung mit 6' bezeichnet) ist noch genügend warm, um durch Aufblähung entsprechend dem Formhohlraum 27 verformt werden zu können. Zu diesem Zwecke wird unter einem hohen Druck, welcher beispielsweise durch Öffnen des Absperrventils 12 des mit Druckluft oder mit einem Druckgas gefüllten Druckspeichers 13 erzeugt wird, in den Innenraum des Hohl körpers 6' Füllgut 16 eingeführt und die eingeschlossene Luft durch das Drosselventil 21 abgeführt, wobei der Hohlkörper (vergleiche Fig. la) zum Behälter verformt wird. Es versteht sich, dass der Verformungsdruck von der Einstellung des Drosselventils 21 abhängig ist.
Der Verformungs- bzw. Füllvorgang, der in der Fig. la in einer fortgeschrittenen Phase gezeigt ist, ist in der Regel beendet, wenn das Füllgut die Mündung der Bohrung 22 erreicht und durch die Rückleitung 20 strömt. Da dann der gebildete, mit 6" bezeichnete Behälter praktisch vollständig entlüftet ist, kann der Innenraum des Behälters 6" ohne weiteres mit der Aussenluft verbunden werden, und insbesondere kann der Behälter 6", wie dies in der Fig. lb symbolisch dargestellt ist, mit Hilfe einer Trennvorrichtung 30 vom extrudierten Schlauch abgetrennt werden.
Während die Form 26 noch geschlossen bleibt, werden, wie in der Fig. lc dargestellt, die Backen 28 zurückgezogen, so dass in näher dargestellter Weise gehalterte und geführte Verschliessbacken 31 zum Einsatz kommen können; diese werden wie in der Fig. lc dargestellt, gegeneinandergepresst, wobei der Hals des Behälters 6" verschlossen wird. Alsdann kann die Form, wie in der Fig. le geöffnet und der verschlossene und gefüllte Behälter 6"entnommen werden.
Dank der Abführung der im Hohlkörper 6' eingeschlossenen Luft unter Gegendruck setzt der Verformungsvorgang ein, sobald das Füllgut einzuströmen beginnt. Obwohl das Füllgut mit Hinblick auf die Vermeidung einer der Verformung entgegenwirkenden Abkühlung sehr rasch eingepresst wird, erreicht der Verformungsdruck die vorgesehene Druckhöhe allmählich, d. h. nicht stossartig, so dass bei aller Geschwindigkeit ein weicher, schonender Verformungsvorgang zustande kommt. Es lassen sich mit Rücksicht hierauf Verformungsgeschwindigkeiten erreichen, die sonst undenkbar wären, da sie unweigerlich zur Zerstörung des zu verformenden Hohlkörpers führen würden.
Dies wäre beispielsweise der Fall, wenn man die Luft ohne Gegendruck abführen würde, da der eigentliche Verformungsvorgang dann erst schockartig einsetzen würde, wenn der Hohlkörper gänzlich mit dem Füllgut gefüllt worden ist, wobei vorhergehend eine beträchtliche Abkühlung stattgefunden hat. Beim beschriebenen Vorgehen wird der Verformungsvorgang und der Füllvorgang etwa gleichzeitig abgeschlossen, wobei die Wärmeabfuhr durch das Füllgut, da sie nicht zu früh einsetzt, sich nicht nachteilig, sondern im Gegenteil vorteilhaft auswirkt.
Das Anschliessen der Abführleitung 20 an den Vorratsbehälter 15 ist selbstverständlich besonders vorteilhaft, doch kann die Erfindung auch ohnedies realisiert werden. Es wäre nämlich ohne weiteres möglich, die Luft, selbstverständlich unter Gegendruck, ins Freie abzuführen, wobei durch die Bohrung 7 in den Hohlkörper 6' vorteilhaft eine dosierte Flüssigkeitsmenge eingeführt wird. Man würde in diesem Falle, insbesondere, wenn dtr gebildete Behälter nicht vollständig gefüllt werden soll, dafür sorgen, dass die gegebenenfalls eingeschlossen gebliebene Luft vor dem Öffnen der Form durch geeignete Massnahmen entspannt wird.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass der Behälter erst nach dem Verschliessen aus der Form genommen wird, da dabei die sonst grosse Sorgfalt erfordernde Handhabung von gefüllten, aber nicht verschlossenen Plastikbehältern wegfällt.
Das Verschliessen der Behälter kann selbstverständlich nicht nur durch Verschweissen des Behälterhalses erfolgen. Es sei bereits jetzt auf die Fig. 3a, 3b hingewiesen, die in sich verständlich sind. Die hier mit 28'bezeichneten Backen der Form 26 sind in diesem Falle hinsichtlich ihrer halbkreisförmigen Ausnehmungen (hier 29') so ausgebildet, dass an dem umschlossenen Schlauchabschnitt, welcher den Hals des Behälters 6" bilden wird, gleich ein Gewinde entsteht. Mit Hilfe einer andeutungsweise dargestellten Verschliessvorrichtung 32 können Verschliesskappen 33 in an sich bekannter Weise (vergleiche Fig. 3b und 3c) auf den Hals des Behälters 6" aufgesetzt werden, nachdem die Backen 29'auseinanderbewegt worden sind.
Gemäss den Fig. 2a und 2b, in welchen die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist der Dorn, hier mit 1'bezeichnet, der Strangpresse 2 nicht durchgebohrt. Es ist ein weiterer Dorn 34 vorgesehen, welcher von unten in den extrudierten Schlauchabschnitt 6 eingeführt wird. Der Dorn 34 ist mit einer Bohrung 7 zum Anschliessen einer Zuführleitung 9 und mit einer Bohrung 22 zum Anschliessen einer Abführleitung 20 versehen, wobei in der ersteren ein Rückschlagventil 8 und in der zweiten ein Drosselventil 21 angeordnet ist. Die Leitungen 20 und 9 werden wie bei der Ausführung gemäss der Fig. 1 an den Druckkessel bzw. an den Vorratsbehälter angeschlossen, wobei die im Zusammen- hang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erwähnten Modifikationen sinngemäss Geltung haben.
Der Verformungs- und Füllvorgang läuft wie beschrieben und wie in den Fig. 2a und 2b angedeutet ab, worauf der Behälter 6" verschlossen und der Form entnommen werden kann.
Die Anordnung gemäss der Fig. 4 stimmt grund sätzlich mit der Anordnung nach Fig. 1 überein, wobei für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen beibehalten wurden, so dass es genügt, im nachfolgenden lediglich auf die Unterschiede einzugehen. Die Zuführleitung 9 und die Abführleitung 22 ist bei dieser Ausführung jeweils an eine Hohlnadel 35 bzw. 36 angeschlossen. Die Hohlnadel 35 bzw. 36 ist in einer Querbohrung je einer Backe 28 verschiebbar geführt, wobei für jede Hohlnadel eine andeutungsweise dargestellte Bewegungsvorrichtung 29 vorgesehen ist, mit welcher die Nadeln gegeneinander bzw. umgekehrt bewegt werden können.
Wie in den Fig. 4e dargestellt, wird der Endabschnitt des extrudierten Schlauches durch die Formhälften 24 und 25 bzw. durch die Backen 28 an zwei in Abstand voneinander angeordneten Stellen geklemmt und damit beidenends verschlossen. Sodann werden die Hohlnadeln 35 und 36 (vergleiche Fig. 4a) vorgeschoben, bis sie die Wandung des in der Form 26 eingeschlossenen Hohlkörpers 6' durchstechen, womit die Leitungen 9 bzw. 22 einem Innenraum des Hohlkörpers 6' angeschlossen werden. Durch rasches Einpressen des Füllgutes in den Hohlkörper 6' wird dieser in der bereits beschriebenen Weise zu einem Behälter 6" verformt (vergleiche Fig. 4b), worauf die Hohlnadeln 35 und 36 zurückgezogen und der Behälter in geeigneter Art und Weise verschlossen wird.
Gemäss der Fig. 5 ist ausser den bereits anhand der Fig. 1 genannten Teile der Einrichtung, die wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, eine Druckluftbeschaffungsanlage 37 vorgesehen, an welche die Abführleitung 20 über das Drosselventil 21 angeschlossen ist. Die Druckluftbeschaf- fungsanlage 37 dient dem Zweck, den Hohlkörper 6' vorzublasen und dadurch die Charakteristik des Verformungsvorganges zu beeinflussen. Das Abführen der Luft erfolgt nach wie vor unter Gegendruck durch das Drosselventil 21, wobei es möglich ist, die Entlüftungsleitung 23 bei dieser Ausführung an den Vorratsbehälter 15 anzuschliessen und das Drosselventil 21 so auszubilden, dass es gegenüber der Luftdruckbeschaffungsanlage 37 als Rückschlagventil wirkt Es kann selbstverständlich ein besonderes Rückschlagventil vorgesehen sein.
Ferner ist dafür zu sorgen, dass die Druckluft nur in den Hohlkörper strömen kann. Zu diesem Zwecke ist das Drosselventil zugleich als ein druckgesteuertes Wegeventil auszubilden. Die im Zusammenhang mit der Fig. 1 erwähnten Möglichkeiten zur Abwandlung der Einrichtung bzw. des Verformungs- und Füllvorganges haben im Zusammenhang mit dieser Ausführung selbstverständlich sinngemäss Geltung.