CN101863309A - 用于制造和填充薄壁饮料容器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于制造和填充薄壁饮料容器的方法和设备，和/或用于制造和填充在热作用下至少部分形状不稳定的饮料容器(12)的方法和设备，其中，容器(12)通过对预成型坯料(10)吹塑成型制成，随后利用液态的热填充物(16)填充，然后充入压力气体(18)并随后封闭。预成型坯料(10)和由其成型的容器(12)在吹塑成型期间被施加基本上低于110℃的吹塑模具温度。从而可以保证得到改进、尽可能可靠和节能地提供填充的饮料容器。

Description

用于制造和填充薄壁饮料容器的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于制造或填充薄壁的和/或在热作用下至少部分形状不稳定的饮料容器的方法以及设备。
背景技术
在无菌填充饮料时，公知饮料容器顶端空间内所包含的空气例如通过加入液态氮排出，正如EP 0481019B1所公开的那样。利用加入液态氮尽可能将容器内所含有的氧气排出，由此可以达到更好保存饮料的目的。
此外，在将饮料热填充到PET容器内时，对于材料的热稳定性和容器的真空稳定性来说是一种可通过不同措施消除的挑战。PET的热稳定性由于约75℃的低熔点，这对一般情况下在85℃到92℃的温度范围内填充的敏感制品的填充温度来说不够。因此该材料通常在拉伸吹塑机上加工时必须热结晶。这一点通过加工的预成型坯料的高温(所谓的预成型温度)和加热的吹塑模具(120℃至160℃)实现。但这样做导致明显更高的能耗，因为在这些方法中，容器在脱模之前需要借助压力气体进行附加冷却。另一个缺点是由于模具内必要的结晶时间而限制了排料效率。
例如由WO 2006/062829A2所公开的那样，补偿由于冷却造成的填充物的体积收缩可以通过相当复杂的瓶子结构实现。这种适用于可热填充的瓶子与冷填充容器的传统结构相比，制造时明显更加复杂并因此明显更加昂贵。但鉴于高的和将来进一步提高的原料价格越来越不经济，热填充的优点通过更高的瓶子重量而丧失。此外，具有真空补偿面的瓶子很难贴标签和与此同时部分明显降低了堆装能力。
出于这一原因，JP 06263190A公开了一种用于热填充薄壁容器的方法，其中容器稳定性在通过加入液态氮的冷却阶段后得到保证，因为其膨胀与通过容器内装物冷却的收缩过程相反作用。
发明内容
与此相比，本发明的优先目的在于，提供一种用于容器制造和填充的过程，该过程从预成型坯料出发通过吹塑变形成为饮料容器以及对容器热填充，可以保证得到改进、尽可能可靠和节能地提供填充的饮料容器。在此方面的主要注意力在于，通过容器的后续填充以及处于容器内的填充物的冷却，保证与吹塑模具的容器轮廓尽可能小的形状偏差。
该目的在一种具有独立的权利要求1特征的方法得以实现，即预成型坯料和由其成型的容器在吹塑成型期间充入基本上低于110℃的吹塑模具温度。特别有利是，吹塑模具温度基本上低于100℃。经过大量实验证明特别适用的吹塑模具的温度处于80至90℃的范围内。吹塑成型后冷却容器和特别是容器底部，然后将容器送去填充。容器大致冷却到常见的环境温度(约室温或以下)。为了使瓶子在热填充的液态填充物冷却后不会过强收缩，容器在填充后加氮。此外需要注意的是，吹塑模具温度调整到110℃以下、优选在60至95℃之间、特别优选在80至90℃之间。
根据本发明的方法的一种优选方案，吹塑模具通过通道系统由液态恒温介质通流，该恒温介质特别是基本上由水构成。为了这种恒温介质基本上可以使用水，只要吹塑模具温度不超过100℃。吹塑模具通常在吹塑机的中心通过软管与中央分配器连接。恒温介质流动的孔网穿过吹塑模具。(每个吹塑站的)每两个吹塑模具作为介质输送和返回的两个连接管。该介质根据本发明在低于110℃的温度范围内在这种大面积的孔迷宫中将热量传递到吹塑模具上。吹塑模具的底部正常情况下具有用于以其他温度进行第二循环的单独的连接管。底部温度优选为低于30℃，尽可能优选低于10℃。
根据本发明的方法的一种特别的优点在于，该方法可以在100℃以下的温度下利用作为吹塑模具恒温介质的水工作，而不是像所公开的现有技术中那样通常采用130至140℃的油工作。也就是说，该方法可以有利地利用水，而不是油作为恒温介质工作。
在一种传统的所谓Hotfill方法中，采用约130℃的吹塑模具温度和约90℃的填充物温度工作。在此方面，拉伸的PET在吹塑过程中被压向热模具壁，以便从材料中释放出应力，从而PET瓶在与热填充物进行接触时在靠后的时间点上不能再缩回到未拉伸的预制形状(预成型)。根据在这种情况下形成的材料结构也称为去应力的PET。
与现有技术所公开的这种方法相反，本发明仅允许最大110℃、优选约80至90℃(在填充物温度同样约90℃时)的吹塑模具温度，使拉伸的PET内仍保持固有应力，以便可以在后面利用氮加压时更好地压缩。
此外有利是，容器在无缓冲器或暂时储存器的中间连接下直接在吹塑过程后输送到填充过程。这一点首先用于为瓶子或容器尽可能产生相同的条件(吸潮、冷却)。也就是说，吹塑机与填充机之间不使用缓冲器，而是每个瓶子以相同的时间转移到填充机。瓶子在这种中间存放的运输系统中最好保持相同分配。吹塑机与填充机之间恒定的运输时间在使用缓冲器的情况下不能得到保证。
根据本发明的方法特别的优点是，瓶子质量可以保持在一种非常恒定的水平上，因为在一定程度上始终保证相同的收缩范围并因此始终保证恒定的填充高度。此外，容器成型和容器填充的步骤优选但不一定非得需要的结构、时间和过程技术合并的优点是，对正常的过程运行所有重要的参数比传统方法中更容易保持恒定或以所要求的方式影响。
根据本发明的方法用于对薄壁的和/或在热作用下至少部分形状不稳定的饮料容器、特别是PET瓶或这类耐热性低的容器填充液态的热填充物，将该热填充物填充到容器内，然后向其充入压力气体并随后封闭。根据本发明，容器在吹塑成型过程后供给到填充过程，从而吹塑成型过程后仍热的容器无大延迟需要时可以利用对瓶子进行冷却的运输系统输送到填充过程。因此容器在短行程上特别是通过将吹塑站与后置的填充站在构造和/或结构上集成来吹塑、输送和以热液体进行填充。
根据本发明方法的一种实施方式，将容器在吹塑成型过程期间借助液体冷却和/或利用液体冲洗的拉伸杆处理和拉伸。可以选择容器在吹塑成型过程期间借助气体冷却和/或利用气体冲洗的拉伸杆处理和拉伸。在这种情况下，液体或气体的排放基本上在指向所要成型容器底部的拉伸杆端侧上进行。按照这种方式，基本上容器的底部得到冷却，侧壁也尽可能地得到冷却，但更重要的是冷的底部。
根据该方法，作为已填充容器的压力气体使用气态或液态氮。氮起到容器内冷却后不出现低压的作用，从而相对薄壁的和/或弯曲柔软的容器不会通过低压以不希望的方式变形。
填充物典型地以大于60℃的温度、特别是大于75℃的温度填充到容器内。根据本发明的方法特别适用于约80℃到95℃之间、特别是约85℃到92℃之间的液态填充物的填充温度。容器填充液态填充物后加入压力气体的填充压力可以约为2bar或者更高，从而冷却容器的内部过压在小于4℃的填充物温度时仍大于大气环境压力，这一点相当于瓶子存放在冰箱里。
本发明的另一个目的在于，提供一种用于容器制造和填充的设备，该设备从预成型坯料中借助吹塑变形制成饮料容器以及利用对其热填充，可以保证得到改进、尽可能可靠和节能提供填充的饮料容器。
该目的利用一种具有独立权利要求18的特征得以实现。本发明涉及一种容器处理设备，用于成型和/或制造薄壁的和/或在热作用下至少部分形状不稳定的饮料容器、例如PET瓶或这类耐热性低的容器，以及用于其无菌填充液态的热填充物。容器处理设备至少包括用于借助吹塑成型法将预成型坯料变形为饮料容器的容器成型站、用于向容器填充液态热填充物的容器填充站、用于向已填充的容器充入压力气体的充气站、以及用于压力密封和空气密封地封闭容器的封闭装置。根据本发明的容器处理设备，容器成型站由用于将预成型坯料拉伸吹塑成从塑料容器的吹塑站构成，其中，吹塑站包括具有用于以恒温介质通流的通道系统的吹塑模具，以及其中恒温介质基本上通过水形成。吹塑模具在此方面例如在吹塑机的中心通过软管与中央分配器连接。恒温介质流动的孔网穿过吹塑模具。每个吹塑站的通常存在的两个吹塑模具具有用于介质输送和返回的两个连接管。该介质在这种大面积的孔迷宫中将热量传递到吹塑模具上，而且是在低于110℃，最好低于100℃的温度范围内。底部正常情况下具有用于以其他温度进行继续恒温介质循环的单独连接管。底部温度优选为低于30℃，进一步优选低于10℃。这种构成的一个特别优点在于，在根据本发明的设备上可以在100℃以下的温度下利用作为吹塑模具恒温介质的水工作，而在现有技术中则考虑在130至140℃下仅将油作为恒温介质。
根据本发明设备的一种实施方式，容器成型站和容器填充站结构上、空间上和/或者设计上一体化。在根据本发明的设备中，容器成型站最好通过用于将预成型坯料拉伸吹塑成塑料容器的吹塑站形成，与该吹塑站连接空间和/或结构合并的容器填充站。
在根据本发明的容器处理设备的另一种实施方式中，吹塑站具有液体或气体冷却和/或利用气体吹洗的拉伸杆，其中，用于排出液体或气体的口基本上设置在拉伸杆对着所要成型的容器底部的端侧上。
根据本发明的设备特别是可以构成为用于以集成过程连续进行容器成型和容器填充的循环机。
利用本发明提供一种与公知的方法相比在主要观点上得到进一步开发和改进的用于热填充的方法。热填充一如既往在典型的温度范围内进行，该温度范围大多允许处于约85℃到92℃之间。为补偿热填充的液体冷却时出现的体积收缩，采用加压工作。加压目前通过添加氮实现，因为在PET瓶的大量试验中这种加氮证明是特别有利。热填充加压得到改进的工艺可以使热填充时使用的工艺在某些观点上进行修改，由此提供新的方案。结果是拉伸吹塑和填充技术新的工艺要求。为了补偿或者削弱填充温度下拉伸PET出现的回缩效应，在根据本发明的方法中，容器不是通过瓶子的热结晶，而是通过加压产生稳定。也就是说，加压附加用于体积补偿，也用于机械稳定性。这样做的优点是，不再需要材料的热结晶并可以采用常规的吹塑技术工作。本发明既涉及容器、例如像PET瓶的制造，也涉及其填充。PET瓶热填充并加压，其中，吹塑模具温度典型地在10至110℃、优选在60至95℃、且特别优选在80至90℃之间调整。优选的温度范围在80℃至90℃之间。
如果吹塑站与填充站之间利用吹塑成型容器的缓冲器工作，那么有利是，可以将在缓冲器内停留时间过长的这种容器甩出，因为停留时间过长时PET内的绝大部分内应力下降，但在与已填充、充入气体和冷却的瓶子尽可能小的收缩的相互联系上是确定并应避免。
最后需要指出的是，通过单个容器处理站的结构集成以及通过借助本发明确定的过程步骤，为向容器内无菌填充饮料形成一种特别好的特性。
附图说明
从以下本发明的优选实施方式的详细说明得出本发明的其他特征、目的和优点，该实施方式作为不受限制的举例使用并参照附图。相同的部件在此方面原则上具有相同的附图标记并部分未反复解释。其中：
图1示出用于说明容器内热填充饮料时连续方法步骤的示意流程图；
图2示出在使用拉伸杆情况下吹塑成型的PET容器的示意剖面图。
具体实施方式
图1的示意流程图示出预成型坯料变形成容器和随后饮料热填充到容器内时的连续方法步骤。所示的方法可以使薄壁的和在热作用下至少部分形状不稳定的饮料容器或PET瓶无菌进行填充。这种PET瓶利用液态的热饮料填充，然后将瓶子充入作为压力气体的氮并随后封闭。
在第一方法步骤S1中，预成型坯料10借助吹塑成型过程变形成饮料容器12，其在后面的方法步骤S2中借助适当的填充装置14被填充热饮料16。吹塑成型过程后仍热的容器12以受到控制的方式冷却并此后输送到填充过程S2。容器12在短行程上特别是通过将吹塑站与后置的填充站在构造和/或结构上集成来吹塑、输送和以热液体16进行填充。在此方面有利的是，在这种相互联系上需要注意瓶子12保持相同分配，这样有益于保证恒定的填充和收缩条件。构造和/或结构的集成也可以称为吹塑机和填充机的“封闭”。
在后面的方法步骤S3中，处于容器12上部区域内的空气借助加注液态或气态氮被排出，由此同时可以保证液体16冷却后容器12的机械稳定性。
在后面的方法步骤S4中，填充热液体16和充入液态或压力下液化的压力气体18的容器12利用封闭盖20进行封闭。容器12封闭后压力气体18缓慢蒸发，其中，瓶子内的压力上升。按照这种方式填充的容器12在冷却阶段和需要时暂时储存后可以输送进行包装和/或输送到库房。
作为压力气体18在方法步骤S3中特别是可以使用气态或液态氮(N2)。氮起到容器12内冷却后不出现低压的作用，从而相对薄壁的和/或柔软易弯曲的容器12不会由于低压而以不希望的方式变形。形成填充物的液体典型地以大于75℃的温度填充到容器12内。所介绍的方法特别适用于所要填充的饮料的填充温度在约85℃到92℃之间。容器12填充液体16后充入的压力气体18的充入压力约为2bar或者更高，从而冷却容器12的内部过压略高于大气的环境压力。
图1中采用附图标记8标注出容器处理设备，该设备以结构集成的方式包括实施上述方法步骤S1至S4所需的处理单元，这一点通过环绕加工单元的框表示。因此容器处理设备8包括至少一个用于预成型坯料10借助吹塑成型法变形成饮料容器12的容器成型站(方法步骤S1)、具有用于对容器12填充热液体16的填充装置14的容器填充站(方法步骤S2)、用于对已填充的容器12充入压力气体18的充气站(氮；方法步骤S3)和用于利用封闭盖20压力和空气密封地封闭容器12的封闭装置(方法步骤S4)。根据所介绍的本发明的实施例，容器成型站和容器填充站构造和/或结构以所介绍的方式集成，由此达到容器12在容器处理站之间受控的冷却。这样做特别的优点是，容器12以可精确控制的方式收缩，由此可以保持尽可能恒定的填充高度。此外，通过容器处理设备8结构集成可以取得卫生方面的优点，因为在容器成型与填充之间非常短的行程上，可以明显降低污染的危险。
图2的示意纵剖面图示出容器借助吹塑模具22并沿预成型坯料10或容器12的纵向延伸方向运动的拉伸杆24成型的一种实施方式变动方案。多件式的吹塑模具22具有本身公知的结构，包括至少两个壳式部分以及可以因此夹紧的底部件26和头部件28，底部件26和头部件28用于固定在成型过程期间的预成型坯料10以及已成型的容器12。正如前面已经提到的那样，在根据本发明的容器处理方法中，预成型坯料10或容器12在吹塑成型过程期间以借助液体或气体冷却的方式和/或者利用拉伸杆24处理和拉伸。液体或气体基本上在拉伸杆24的指向所要成型容器12底部30的端侧上排出。按照这种方式，基本上仅容器12的底部30得到冷却，而侧壁34则可以保持吹塑成型过程期间出现的高温。
本发明并不局限于上述实施例。确切地说，可以设想大量的变型和变化，它们由根据本发明的设想使用并因此同样属于保护范围。
附图标记
8容器处理设备
10预成型坯料
12容器
14填充装置
16液体、饮料
18压力气体
20封闭盖
22吹塑模具
24拉伸杆
26底部件
28头部件
30底部
32端侧
34侧壁
S1第一方法步骤
S2第二方法步骤
S3第三方法步骤
S4第四方法步骤

Claims (15)

1.用于制造和填充薄壁的和/或在热作用下至少部分形状不稳定的饮料容器(12)的方法，特别是制造和填充PET瓶或这类耐热性低的容器(12)的方法，其中，所述容器(12)通过对预成型坯料(10)吹塑成型制成，随后利用液态的热填充物(16)填充，然后充入压力气体(18)并随后封闭，其特征在于，所述预成型坯料(10)和由其成型的容器(12)在所述吹塑成型期间被施加基本上低于110℃、特别是低于100℃、优选约80至100℃范围内、特别优选80至90℃范围内的吹塑模具温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述吹塑模具通过通道系统由液态恒温介质通流，所述恒温介质特别是基本上由水构成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述吹塑成型过程后仍热的所述容器(12)在通向填充过程的输送行程上被冷却。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述容器(12)直接在所述吹塑成型后被供给到所述填充过程。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述容器(12)中的至少单个容器在所述吹塑成型之后和所述填充之前至少暂时储存在缓冲储存器内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述容器(12)在短行程上特别是通过将吹塑站与后置的填充站在构造和/或结构上集成来吹塑、输送和以热液体(16)进行填充。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，在吹塑成型过程期间借助液体冷却的和/或利用液体冲洗的拉伸杆(24)或者借助气体冷却的和/或利用气体冲洗的拉伸杆(24)处理和拉伸所述容器(12)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，液体或气体的排放基本上在所述拉伸杆(24)的指向所要成型的所述容器(12)的底部(30)的端侧(32)上进行。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，将气态或液态的氮用作压力气体(18)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，将液态的所述填充物(16)以大于60℃的温度、特别是大于75℃的温度填充到所述容器(12)内。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，具有所引入压力气体(18)的填充压力高于2bar。
12.容器处理设备(8)，用于成型和/或制造薄壁的和/或在热作用下至少部分形状不稳定的饮料容器(12)、例如成型和/或制造PET瓶或这类耐热性低的容器(12)，以及用于对所述容器(12)无菌填充液态的热填充物(16)，所述容器处理设备至少包括下列组件和/或模块：
-容器成型站，用于借助吹塑成型法将预成型坯料(10)变形为饮料容器(12)，
-容器填充站，用于向所述容器(12)填充液态的热填充物(16)，
-充气站，用于向已填充的所述容器(12)充入压力气体(18)，以及
-封闭装置，用于压力密封地和空气密封地封闭所述容器(12)，
其特征在于，所述容器成型站由用于将所述预成型坯料(10)拉伸吹塑成塑料容器(12)的吹塑站构成，其中，所述吹塑站包括吹塑模具，所述吹塑模具具有用于以恒温介质通流的通道系统，并且其中，所述恒温介质基本上由水构成。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，将所述容器成型站和所述容器填充站在构造上、空间上和/或结构上集成或组装在一起。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其中，所述吹塑站具有液体冷却的或气体冷却的拉伸杆(24)，其中，用于液体排出或气体排出的口基本上布置在所述拉伸杆(24)的指向所要成型的所述容器(12)的底部(30)的端侧(32)上。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，将所述设备构造成用于以集成过程连续进行容器成型和容器填充的循环机。
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