Verfahren und Vorrichtung zum Formen, Füllen und Verschliessen von Behältern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Formen von Behältern, insbesondere Flaschen, aus Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, zum Füllen der Behälter mit einer Flüssigkeit und zum Verschliessen der Behälter nach dem Füllen, wobei alle diese Vorgänge in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt werden, wobei ein Rohr, das mit Hilfe eines Strangpresskopfes nach unten ausgepresst wird, von einer mehrteiligen Form umschlossen wird, deren unteres Ende das untere Ende des Rohrs verschliesst, wobei aus dem Rohr in der Form ein Behälter erzeugt wird, wobei dem Behälter eine Flüssigkeit über ein in den Strangpresskopf eingebautes Füllrohr zugeführt wird, und wobei der Behälter dicht verschlossen und aus der Form entfernt wird.
Dieses Verfahren bietet zahlreiche Vorteile im Vergleich zu dem Verfahren, bei dem die Flaschen mit Hilfe einer ersten Vorrichtung hergestellt werden, um dann zu einer zweiten Vorrichtung und möglicherweise zu einer dritten Vorrichtung gebracht zu werden, die dazu dienen, die Flaschen zu füllen und zu verschliessen.
Ein Verfahren der vorstehend geschilderten Art ist bereits bekannt. Gemäss diesem bekannten Verfahren wird ein heisses Kunststoffmaterial mit Hilfe eines Strangpresskopfes in Richtung nach unten ausgepresst, so dass ein Rohr entsteht, wie man es auf dem Gebiet der Glasverarbeitung als IKülbel bezeichnet. Sobald dieses Rohr eine zur Herstellung eines Behälters ausreichende Länge erreicht hat, -wird es von einer mehrteiligen Form umschlossen, wobei das untere Ende der Form das untere Ende des Rohrs verschliesst, während das obere Ende der Form so an dem Rohr angreift, dass der Hals des Behälters geformt wird. Mit Hilfe einer Leitung, die sich durch den Strangpresskopf hindurch erstreckt, wird Drudkluft dem Inneren des Rohrabschnitts innerhalb der ortsfesten Form zugeführt, um den Rohrabschnitt so aufzublasen, dass er die Innenform der Form annimmt.
Die Flüssigkeit, mit der der Behälter gefüllt werden soll, wird dann mit Hilfe einer Fülleitung zugeführt, die ebenfalls in den 1Strangpresskopf eingebaut ist; hierauf wird die Form geöffnet, damit der Behälter nach unten aus der Form entfernt werden kann; hierbei bleibt der Hals des Behälters mit einem neuen Rohrabschnitt verbunden, der aus dem Strangpresskopf ausgepresst wird, bis dieser neue Rohrabschnitt eine solche länge erreicht hat, dass daraus der nächste Behälter hergestellt werden kann; nunmehr wiederholt sich das soeben beschriebene Arbeitsspiel. Schliesslich wird der Hals des soeben gefüllten Behälters verschlossen, und der Behälter wird von dem nächsten Rohrabschnitt abgetrennt.
Bei diesem bekannten Verfahren arbeitet somit ein Strangpresskopf mit einer einzigen Form zusammen; hierdurch wird die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung eingeschränkt, denn das Strangpressen kann nur intermittierend durchgeführt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr kontinuierlich im Wege des Strangpressens erzeugt wird, dass mehrere Formen zusammen mit dem stranggepressten Rohr derart bewegt werden, dass während des Formens und/oder Füllens eines Behälters in einer der Formen gleichzeitig ein Rohrabschnitt zur Herstellung des nächsten Behälters ausgepresst wird, und dass der Behälter dadurch geformt wird, dass ein Unterdrudk zwischen der Innenwand der
Form und der Aussenwand des von der Form umschlossenen Rohrabschnitts erzeugt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welche gekennzeichnet ist durch einen 6trangpresskopf zum Herstellen eines Rohrs aus einem Kunststoff, eine in den Strangpresskopf eingebaute Leitung zum Zuführen einer Flüssigkeit sowie einen Satz von mehrteiligen Formen, die in der Richtung des Auspressens des Rohrs bewegbar sind und auf ihrer Innenseite mit einer Unterdruckquelle verbunden werden können.
Die Erfindung betrifft schliesslich auch einen gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren geformten, gefüllten und verschlossenen Behälter.
Da bei dem erfindungsgemässen Verfahren stets zwei oder mehr Behälter vorhanden sind, die sich in verschiedenen Stadien ihrer Herstellung befinden, ergibt sich eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit, d. h. der Zahl der je Zeiteinheit herstellbaren Behälter.
Die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung wird ausserdem dadurch günstig beeinflusst, dass die Flüssig keit eine Kühlwirkung auf den soeben hergestellten Be hälter ausübt. Wegen dieser ;Kühlwirkung kann die Zeitspanne, während welcher der Behälter in der Form verbleiben muss, erheblich grösser sein, als es der Fall wäre, wenn der -noch leere Behälter nur von der Aussenseite her abgekühlt werden müsste.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung ¯ näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zum Formen, Füllen und Verschliessen von Behältern, in einem schematisch gezeichneten senkrechten Schnitt und teilweise in perspektivischer Darstellung.
In der Zeichnung ist der mit einer ringförmigen Aus trittsöffnung versehene Strangpresskopf insgesamt mit 1 bezeichnet. Der heisse Kunststoff, der sich im plastischen Zustand befindet, wird aus der ringförmigen öffnung oder Düse z. B. mit Hilfe einer Förderschnecke ausgepresst, so dass das bei 2 angedeutete Rohr entsteht.
Ein Füllrohr 3, mittels dessen eine Flüssigkeit z. B. von einer Abgabeeinrichtung 4 aus zugeführt werden kann, erstreckt sich längs der Achse des Strangpresskopfes 1 Längs der Aussenseite des Füllrohrs erstreckt sich durch den Strangpresskopf ein ringförmiger Kanal 15, der nach unten zu einem Punkt unterhalb des Strangpresskopfes verläuft und einem noch zu erläuternden Zweck dient.
Unterhalb des Strangpresskopfes 1 sind mehrere Formen 5 vorgesehen, von denen jede zwei Teile umfasst, die so ausgebildet sind, dass sie geöffnet und geschlossen werden können. In der Zeichnung erkennt man bei A, D und E je eine geöffnete Form, während die bei B und C dargestellten Formen geschlossen sind. Ist eine Form geschlossen, umschliesst sie konzentrisch die Mittelachse des Strangpresskopfes und des entstehenden stranggepressten Rohrs.
Die Hälften der Formen 5 sind mit einem hier nicht gezeigten Antriebsmechanismus verbunden, mittels dessen die Formhälften auf beiden Seiten der Längsachse des Strangpresskopfes mit gleicher Geschwindigkeit nach unten bewegt werden können. In den'Formhälften sind Kanäle 6 vorgesehen, die an der Innenfläche der Formhälfte münden, z. B. über enge Bohrungen oder die Poren eines porösen Teils; diese Kanäle können mit einer Saugleitung verbunden werden. Diese Verbindung kann mit Hilfe von Mundstücken oder Düsen 16 hergestellt werden, die an eine Saugleitung angeschlossen sind und jeweils im geeigneten Zeitpunkt mit den Kanälen 6 der beiden Hälften einer Form in Verbindung gebracht werden können. Die Verlagerung der Düsen, die zu diesem Zweck erforderlich ist, kann auch dazu benutzt werden, die Formhälften aueinander zuzubewegen, bis sie sich gegenseitig berühren.
Nachstehend wird die Wirkungsweise der dargestellten Anordnung beschrieben.
Gemäss der Zeichnung wird ein Rohrabschnitt, dessen Länge zur Herstellung einer Flasche ausreicht, bei A mit Hilfe des Strangpresskopfes ausgepresst. Die beiden Formhälften bewegen sich in Richtung auf das Rohr, wobei die Unterkanten 7 der Formhälften das untere Ende des Rohrs verschliessen, während die oberen Ränder 8 der Formhälften so an dem Rohr angreifen, dass der Hals einer Flasche geformt wird. Der in den Kanälen 6 herrschende Unterdruck bewirkt, dass sich das Rohr an die Innenwand einer Form anlegt, so dass der Körper der Flasche durch eine Ausdehnung des Innenraums des betreffenden Rohrabschnitts die gewünschte Form annimmt.
Damit die Erzeugung eines Unterdrucks innerhalb der Flasche und des ihr benachbarten Rohrabschnitts verhindert wird, wobei sich die Länge des Rohrabschnitts während des Strangpressens und der entsprechenden Abwärtsbewegung der Form allmählich vergrössert, wird atmosphärische Luft oder ein anderes Gas unter atmosphärischem Drudk, das gegebenenfalls steril ist, über die Leitung 15 zugeführt; die Leitung 15 kann mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen und z. B. an einen Sterilisator angeschlossen sein.
Wenn der Kunststoff mit der Wand der Form in Berührung kommt, wird er bereits in einem gewissen Ausmass abgekühlt. Eine sehr wirksame weitere Abkühlung wird durch die Flüssigkeit gewährleistet, die jetzt über die Leitung 3 in einer abgemessenen Menge zugeführt wird, um m die Flasche zu füllen. Wenn die Form bei der Stel- lung A geschlossen worden ist, erstreckt sich das Füllrohr nahezu bis zum Boden der zu füllenden Flasche.
Bewegt sich die Form nach unten, wird die Flüssigkeit mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, dass der Flüssigkeitsspiegel annähernd in der Nähe des unteren Endes des Füllrohrs verbleibt, so dass ein Verspritzen der Flüssigkeit sowie eine Schaumbildung vermieden wird. Hat die Form die Stellung B erreicht, ist der Füllvorgang beendet, und auch die Abkühlung und Erstarrung des Flaschen ! körpers ist abgeschlossen. Nunmehr wird der Hals der Flasche dadurch verschlossen, dass die Ränder 9 der nächsten Form 5 in der bei C gezeigten Weise an dem Rohr bzw. der Flasche angreifen, um die Öffnung am oberen Ende der Flasche zuzuschweissen und die fertige gefüllte Flasche von dem Rohrstrang zu trennen; zu diesem Zweck könnte man auch eine gesonderte Abtrenn- und Schweisseinrichtung 17 benutzen.
Gleichzeitig kann die so geformte Flasche von der nächsten Flasche getrennt werden, und zwar entweder durch die nächste Form oder mit Hilfe eines gesonderten Schneidorgans. Nunmehr befindet sich die betreffende Form in der Stellung D, in der sie geöffnet wird, so dass die 3Flasche mit Hilfe eines Förderbandes 10 abgeführt werden kann.
Wird die- Flüssigkeit im sterilisierten Zustand zugeführt, und wird das über die Leitung 15 zugeführte Gas ebenfalls sterilisiert, ist der Inhalt der geformten Flasche völlig steril, denn wegen der hohen Temperatur des stranggepressten Rohrs, die z. B. 150 bis 2500 C beträgt, ist auch das Rohr selbst steril. Diese Sterilität ist dann von erheblicher Bedeutung, wenn Getränke z. B. Milch oder Medikamente, z. B. ein Serum, in Flaschen abgefüllt werden sollen.
Die Flüssigkeiten, mit denen die Flaschen gefüllt werden, können dünn- oder zähflüssig sein oder sogar die Konsistenz einer Paste haben.
Wenn die Flüssigkeit nicht mit Luft in Berührung kommen soll, oder wenn aus anderen Gründen eine besondere gasförmige Atmosphäre für die Flüssigkeit erwünscht ist, so ergeben sich hieraus keinerlei Schwierigkeiten, denn man kann die Leitung 15 dazu benutzen, anstelle von Luft z. B. Stickstoff, Sauerstoff oder ein anderes Gas unter atmosphärischem Druck zuzuführen.
Um die Formhälften zu betätigen, d. h. um die Formen zu öffnen und zu schliessen und sie ausserdem in der Richtung der Bewegung des Rohrs zu bewegen, kann man bekannte Mittel der verschiedensten Art vorsehen. Die Formhälften oder die zugehörigen Unterstützungen können z. B. gemäss der Zeichnung auf beiden Seiten durch Gestängeglieder 11 miteinander verbunden sein, so dass sie praktisch eine Kette bilden, die über antreibbare Kettenräder läuft. Um ein einwandfreies Schliessen der Formen zu gewährleisten, kann man elastische Führungen vorsehen.
Als Kunststoffmaterial zur Herstellung von Flaschen, z. B. von Milchflaschen hat sich Polyäthylen als am besten geeignet erwiesen. Versuche haben gezeigt, dass sich der Geschmack der Milch nicht verändert, wenn die Milch mit der noch heissen nahezu fertigen Flasche in Berührung gebracht wird. Ferner hat es sich gezeigt, dass das Hindurchleiten der Milch durch den sehr heissen Strangpresskopf keine nachteiligen Einflüsse auf die Qualität der Milch hervorruft. Versuche, bei denen Milch in Flaschen aus Polyäthylen bei Raumtemperatur oder in einem gekühlten Raum einige Tage lang aufbewahrt wurde, haben gezeigt, dass die so verpackte Milch mindestens die gleiche Haltbarkeit besitzt wie Milch, die in den üblichen Glasflaschen aufbewahrt wurde.
Method and device for forming, filling and closing containers
The invention relates to a method for molding containers, in particular bottles, made of plastic, in particular a thermoplastic material, for filling the container with a liquid and for closing the container after filling, all these operations being carried out in a single operation, a tube, which is pressed down with the aid of an extrusion head, is enclosed by a multi-part mold, the lower end of which closes the lower end of the tube, a container being produced from the tube in the mold, the container being filled with a liquid filling tube built into the extrusion head is fed, and the container is sealed and removed from the mold.
This method offers numerous advantages compared to the method in which the bottles are manufactured with the aid of a first device and then transferred to a second device and possibly to a third device, which are used to fill and close the bottles .
A method of the type described above is already known. According to this known method, a hot plastic material is pressed out in a downward direction with the aid of an extrusion head, so that a tube is created, as it is known as an Ibulb in the field of glass processing. As soon as this tube has reached a length sufficient to produce a container, it is enclosed by a multi-part mold, the lower end of the mold closing the lower end of the tube, while the upper end of the mold engages the tube in such a way that the neck of the container is formed. By means of a conduit extending through the extrusion head, compression air is supplied to the interior of the pipe section within the stationary mold in order to inflate the pipe section so that it takes on the internal shape of the mold.
The liquid with which the container is to be filled is then fed in with the aid of a filling line which is also built into the extrusion head; the mold is then opened so that the container can be removed downwards from the mold; the neck of the container remains connected to a new pipe section which is pressed out of the extrusion head until this new pipe section has reached such a length that the next container can be made from it; the work cycle just described is now repeated. Finally the neck of the container just filled is closed and the container is separated from the next pipe section.
In this known method, an extrusion head thus works together with a single mold; this limits the performance of the device, because extrusion can only be carried out intermittently.
The method according to the invention is characterized in that the pipe is continuously produced by extrusion, that several molds are moved together with the extruded pipe in such a way that during the molding and / or filling of a container in one of the molds, a pipe section for producing the The next container is pressed out, and that the container is shaped in that an underpressure between the inner wall of the
Shape and the outer wall of the pipe section enclosed by the shape is generated.
The invention also relates to a device for carrying out this method, which is characterized by an extrusion head for producing a pipe from a plastic, a line built into the extrusion head for supplying a liquid, and a set of multi-part molds which run in the direction in which the pipe is pressed out are movable and can be connected to a negative pressure source on their inside.
Finally, the invention also relates to a container which is shaped, filled and closed according to the method according to the invention.
Since there are always two or more containers present in the method according to the invention, which are in different stages of their production, there is an increase in performance, i.e. H. the number of containers that can be produced per unit of time.
The performance of the device is also favorably influenced by the fact that the liquid has a cooling effect on the container that has just been produced. Because of this cooling effect, the period of time during which the container must remain in the mold can be considerably longer than would be the case if the container, which is still empty, only had to be cooled from the outside.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the schematic drawing.
The drawing shows a device for forming, filling and closing containers, in a schematically drawn vertical section and partly in perspective.
In the drawing, the extrusion head provided with an annular outlet opening is designated as a whole by 1. The hot plastic, which is in the plastic state, is extracted from the annular opening or nozzle z. B. pressed with the help of a screw conveyor, so that the pipe indicated at 2 is created.
A filling tube 3, by means of which a liquid z. B. can be supplied from a dispensing device 4, extends along the axis of the extrusion head 1 Along the outside of the filling tube, an annular channel 15 extends through the extrusion head, which runs down to a point below the extrusion head and has a purpose to be explained serves.
A plurality of molds 5 are provided below the extrusion head 1, each of which comprises two parts which are designed so that they can be opened and closed. In the drawing you can see at A, D and E an open form, while the forms shown at B and C are closed. When a mold is closed, it concentrically encloses the central axis of the extrusion head and the resulting extruded pipe.
The halves of the molds 5 are connected to a drive mechanism, not shown here, by means of which the mold halves can be moved downward at the same speed on both sides of the longitudinal axis of the extrusion head. In den'Formhälften channels 6 are provided which open out on the inner surface of the mold half, for. B. via narrow bores or the pores of a porous part; these channels can be connected to a suction line. This connection can be established with the aid of mouthpieces or nozzles 16 which are connected to a suction line and which can be brought into connection with the channels 6 of the two halves of a mold at the appropriate time. The displacement of the nozzles which is necessary for this purpose can also be used to move the mold halves towards one another until they touch one another.
The operation of the arrangement shown is described below.
According to the drawing, a pipe section, the length of which is sufficient to produce a bottle, is pressed out at A with the aid of the extrusion head. The two mold halves move in the direction of the tube, the lower edges 7 of the mold halves closing the lower end of the tube, while the upper edges 8 of the mold halves engage the tube in such a way that the neck of a bottle is formed. The negative pressure prevailing in the channels 6 causes the tube to lie against the inner wall of a mold, so that the body of the bottle assumes the desired shape by expanding the interior of the tube section in question.
In order to prevent the creation of a negative pressure within the bottle and the tube section adjacent to it, the length of the tube section gradually increasing during the extrusion process and the corresponding downward movement of the mold, atmospheric air or another gas under atmospheric pressure, which may be sterile, is supplied via line 15; the line 15 can be in communication with the ambient air and z. B. be connected to a sterilizer.
When the plastic comes into contact with the wall of the mold, it is already cooled to a certain extent. A very effective further cooling is ensured by the liquid which is now supplied via the line 3 in a measured amount in order to fill the bottle. When the mold has been closed at position A, the filling tube extends almost to the bottom of the bottle to be filled.
If the mold moves downwards, the liquid is fed in at such a speed that the liquid level remains approximately in the vicinity of the lower end of the filling tube, so that splashing of the liquid and the formation of foam are avoided. When the mold has reached position B, the filling process is finished, as is the cooling and solidification of the bottle! body is complete. The neck of the bottle is now closed in that the edges 9 of the next mold 5 engage the tube or the bottle in the manner shown at C in order to weld the opening at the upper end of the bottle and to close the finished, filled bottle from the tubing separate; A separate cutting and welding device 17 could also be used for this purpose.
At the same time, the bottle formed in this way can be separated from the next bottle, either by the next mold or with the aid of a separate cutting element. The mold in question is now in position D, in which it is opened so that the 3 bottle can be removed with the aid of a conveyor belt 10.
If the liquid is supplied in the sterilized state, and the gas supplied via the line 15 is also sterilized, the contents of the shaped bottle are completely sterile, because because of the high temperature of the extruded tube which, for. B. 150 to 2500 C, the tube itself is sterile. This sterility is of considerable importance when drinks z. B. milk or medicines, e.g. B. a serum to be bottled.
The liquids with which the bottles are filled can be thin or viscous or even have the consistency of a paste.
If the liquid is not to come into contact with air, or if for other reasons a special gaseous atmosphere is desired for the liquid, no difficulties arise from this, because you can use the line 15 instead of air z. B. to supply nitrogen, oxygen or another gas under atmospheric pressure.
To actuate the mold halves, i. H. in order to open and close the molds and, moreover, to move them in the direction of movement of the tube, known means of various kinds can be provided. The mold halves or the associated supports can, for. B. according to the drawing on both sides by rod members 11 so that they practically form a chain that runs over drivable sprockets. In order to ensure that the molds close properly, elastic guides can be provided.
As a plastic material for the manufacture of bottles, e.g. B. for milk bottles, polyethylene has proven to be the most suitable. Tests have shown that the taste of the milk does not change when the milk is brought into contact with the still hot, almost finished bottle. It has also been shown that the passing of the milk through the very hot extrusion head does not have any adverse effects on the quality of the milk. Tests in which milk was stored in bottles made of polyethylene at room temperature or in a refrigerated room for a few days have shown that the milk packaged in this way has at least the same shelf life as milk that was stored in conventional glass bottles.