CN102725122A - 用于制造被灌装的容器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造被灌装的容器的方法和设备。由热塑性材料制成的预制坯件(2)首先在加热路段的区域中沿着输送路径经历热条件处理。接着，预制坯件(2)在模具内部通过压力作用而成型为容器(11)。使用待灌装到容器中的灌装介质(21)作为用于使容器成型的流体。预制坯件(2)在成型为容器(11)期间至少暂时地被引导。

Description

用于制造被灌装的容器的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于制造被灌装的容器的方法，在该方法中，由热塑性材料制成的预制坯件在加热路段的区域中沿着输送路径被热条件处理之后在模具内部通过压力作用而成型为容器，并且在该方法中，使用待灌装到容器中的灌装介质作为用于使容器成型的流体。
此外，本发明还涉及一种用于由热塑性材料制造被灌装的容器的设备，其具有至少一个沿着预制坯件的输送路径设置的加热路段和设有模具的模具站，所述模具站具有用于待灌装到容器中的灌装介质的供入装置。
背景技术
在通过吹塑压力作用来成型容器时，由热塑性材料制成的预制坯件、例如由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的预制坯件在吹塑机内部被供给到不同的工作站。典型地，这种吹塑机具有一个加热装置以及一个吹塑装置，在该吹塑装置的区域中，事先被温度处理的预制坯件通过双轴向的定向膨胀成容器。该膨胀借助于引导到待膨胀的预制坯件中的压力空气进行。在DE-OS 43 40 291中解释了在预制坯件的这种膨胀时的工艺过程。本文开头所提及的处于压力下的气体的导入也包括压力气体到展开中的容器泡中以及压力气体在吹塑过程开始时到预制坯件中的导入。
在DE-OS 42 12 583中描述了用于形成容器的吹塑站的基本结构。在DE-OS 23 52 926中解释了用于温度处理预制坯件的可能性。
根据一个典型的处理方法，将如前所述地制造的容器供应给随后的灌装装置并且在此利用预定的产品进行灌装。因此，通常使用单独的吹塑机和单独的灌装机。已经公知的还有，将单独的吹塑机和单独的灌装机直接彼此耦合并且提供所谓的联合式吹塑-灌装装置。
此外已经公知的是，通过待灌装的灌装物本身进行容器的成型。为此将相应调温后的预制坯件放入到适当的模具中并且接着将液态灌装介质导入到预制坯件中以及由预制坯件形成的容器泡中。容器泡在此这样长时间地扩宽，直到完全贴靠在模具的内轮廓上并且容器已被灌装为止。这种方法也被称为液压成型方法。
在通过灌装介质本身使容器成型时仅还需要这样的机器，所述机器为此需要提高复杂性。但是利用这种装置进行的第一尝试表明，所制造的容器的质量大大低于以传统方式制造的吹塑成型容器的质量。原因基本上在于，在液压式容器成型的情况下要么不存在要么尚未开发在执行吹塑过程时可用的多个过程参数。
发明内容
本发明的任务是，这样地改善一种开头所述类型的方法，使得用较少的机器结构耗费实现高质量的容器成型，同时生产率高。
根据本发明，所述任务通过以下方式实现，即，预制坯件在成型为容器期间至少暂时地被引导。
本发明的另一任务是，这样地设计本文开头所述类型的设备，使得在设计结构简单以及产品质量良好的情况下实现高的生产率。
根据本发明，所述任务通过以下方式实现，即，模具站具有在预制坯件成型为容器期间至少暂时地加载所述预制坯件的引导装置。
通过在将预制坯件成型为正在展开的容器泡并且接着成型为具有最终轮廓的容器期间对预制坯件进行引导可实现的是，定义并且可再现地定位一个典型地设置在预制坯件圆顶范围内的中央部。这样定义的定位是重要的，因为在预制坯件扩张为容器时执行预制坯件材料的双取向并且为此在成型后的容器的壁内部需要有针对性并且可预给定的材料分布。相反，在容器成型不受控制的情况下会出现不期望的并且特别是不均匀的材料分布。
通过以下方式可进行成型过程期间的特别有效的引导，即，在使用拉伸杆的情况下进行引导。
根据一个实施例提出，所述灌装介质至少部分地穿过拉伸杆供入。
替代或补充地也可考虑的是，所述灌装介质至少部分地在拉伸杆旁边供入。
通过以下方式实现均匀的成型过程，即，所述灌装介质至少暂时地以恒定的体积流量供入。
通过以下方式开发用于影响成型后的容器壁内部的材料分布的可能性，即，所述灌装介质至少暂时地以变化的体积流量供入。
通过以下方式支持极其紧凑的结构，即，所述容器在一旋转的过程轮上被成型、灌装和封闭。
另一实施例在于，测量产生的拉伸力。
可通过以下方式确保待由拉伸杆施加的仅仅小的拉伸力，即，根据测量到的拉伸力控制灌装介质的体积流量。
附图说明
在附图中示意性示出本发明的实施例。其中：
图1是用于在使用灌装物的情况下实施液压式容器成型的装置的基本结构的示意图；
图2是预制坯件的示意性纵向剖视图，其具有排气装置以及已经部分地插入的拉伸杆；
图3是成型后的容器的示意性纵向剖视图，其具有插入的拉伸-和灌装装置；
图4是灌装-和成型装置的变换实施方式的纵向剖视图；
图5是成型-和灌装装置的纵向剖视图，其具有用于防止滴漏的密封装置；
图6是具有可控地供入灌装介质和可单独控制的排气装置的实施方式；
图7是组合式成型-、灌装-和封闭装置的示意图；
图8是图7中的组合式装置的另一实施方式。
具体实施方式
在图1中示出组合式成型-和灌装装置的原理结构。示意性示出的预制坯件2在使用转送轮3的情况下从供应装置1供应给加热装置4。在加热装置4的区域中，预制坯件2可根据应用情况例如以其嘴部区段沿竖直方向朝上或沿竖直方向朝下地不被输送。加热装置4例如可配备有加热元件6，所述加热元件沿着输送装置7布置。例如可使用环绕的链作为输送装置7。
例如可使用IR辐射器或发光二极管或NIR辐射器作为加热元件6。
在足够地调温之后，被加热的预制坯件2由转送轮8转送给可旋转地布置的过程轮9。过程轮9配备有多个成型站19，在所述成型站的区域中不仅使预制坯件2成型为示意性示出的容器11而且利用预定的灌装介质进行灌装。在此，容器成型与灌装同步进行并且由灌装介质控制。
在成型和灌装之后，容器11由取出轮12从过程轮9输送走并且供应给输出路段13。
根据图1中的实施方式提出，通过输入装置14将示意性示出的封闭元件15供应给过程轮9。由此也可以在过程轮9上进行容器11的封闭并且在使用取出装置12的情况下操作已经完成成型、灌装和封闭的容器11。封闭元件12例如可构造为可拧上的封盖、冠状盖或封膜。
优选可以采用不同的热塑性材料作为预制坯件2的材料。例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚丙烯(PP)。预制坯件的尺寸设计以及预制坯件2的重量可适配于待制造的容器的尺寸、重量和形状。
在加热装置4的区域中典型地设置多个电构件和电子构件。此外，加热元件6设有湿气敏感的反射器。因为在过程轮9的区域中在使用液态灌装介质的情况下进行容器的灌装和成型，因此需注意的是，需避免湿气无意地进入到加热装置4的区域中。这例如可通过密封隔离装置16实现，其提供至少一个喷射保护装置。此外也可以的是，对于在转送轮8的区域中使用的用于预制坯件2的输送元件适当调温或者这样地加载压力气体的冲击，使得附着的湿气不会进入到加热装置4的区域中。
预制坯件2和/或容器11的操作优选在使用钳和/或至少区域地从内向外加载所述嘴部区段5的夹紧或拉伸元件进行。
图2示出预制坯件2的纵向剖视图，在该预制坯件中插入拉伸杆17。在预制坯件成型为容器11期间，所述拉伸杆用于至少暂时地引导所述预制坯件2。典型的是，在拉伸杆17的圆顶18以及预制坯件2的底部19之间进行接触。在拉伸杆17进一步进入到预制坯件2中的情况下引起预制坯件2的纵向拉伸。在拉伸过程结束之后或者至少暂时地在执行拉伸过程期间将从储备装置20中取出的灌装介质21导入到预制坯件2中。
灌装介质21的计量在使用计量阀22的情况下进行。在所示的实施例中，拉伸杆17至少区域地构造为空心并且将灌装介质21供入到拉伸杆17的内空间23中。在拉伸杆17的壁区域中设置一些流出开口24，所述流出开口可由止回阀25相对于计量阀22截止。由此可避免灌装介质21无意地从拉伸杆17中滴落或者将这种滴落降低到最小程度。
预制坯件2的排气可在使用排气阀26的情况下进行。排气阀26与一流出开口27连接，所述流出开口布置在加载预制坯件2的接头元件28的区域中。拉伸杆17可穿过所述接头元件28定位。预制坯件2相对于该接头元件28由密封装置29密封，所述密封装置例如可构造为O形环。预制坯件2的内空间30可通过环形间隙31与所述流出开口27连接。所述环形间隙31在此区域地包围所述拉伸杆17。
图3示意性示出类似于图2中所示的装置，使用的是空心的拉伸杆17，其具有装入的止回阀25。但是仅仅示出已经成型的容器11。不仅在图2中而且在图3中可看出，在拉伸杆17的区域中优选设置多个流出开口24。在所示的实施例中，这种流出开口24沿着拉伸杆17的纵轴线32定位在不同高度水平上。所示的实施例还示出流出开口24在基本上水平的流出方向上定向。不仅流出开口24在拉伸杆17区域中的布置而且流出开口24的定向都是可以改变的。典型的是致力于实现尽可能稳定的并且几乎无峰值的流出特性。
根据图4中的实施例，使用实心的拉伸杆17。灌装介质21的供入沿着至少一个流动通道在拉伸杆17旁边进行。优选为此使用环形间隙31。在该实施方式中也可以有针对性地进行排气。
图5示出一个实施方式，其中，拉伸杆17具有对于防止滴漏最佳的实施方式。在圆顶17的区域中为此设置密封元件33。所述密封元件33例如可通过拉伸杆17的直径增大来提供。也可以考虑适当的材料选择。在将拉伸杆17从容器17拉回时，密封元件33与设置在接头元件28区域中的配合元件34接触。所述配合元件34优选构造为密封装置。拉伸杆17的流出开口24在拉伸杆17相应的定位之后密封地、与容器11分开地布置，从而可靠地避免从拉伸杆17的内空间23中的滴漏。在接头元件28的区域中典型地设置至少一个用于引导拉伸杆17的轴承35。
图6示出一个实施方式，其中，使用的也是实心的拉伸杆17。通过在拉伸杆17旁边延伸的流动通道(特别是穿过环形间隙31)，不仅使用于灌装介质21的计量阀22而且使排气阀26与预制坯件2或容器11的内空间30连接。在所示的实施例中，流出开口27在接头元件28的径向方向上布置在一个与计量阀22连接的供入开口36对面。
图7示出一个实施方式，其中，在图1的过程轮9的区域中也进行容器11的封闭。容器11在此仍布置在模具37的区域中，所述模具是图1中的模具站10的一部分。在该实施方式中，封闭装置38关于纵轴线32相对于接头元件28同轴地布置。封闭装置38例如具有可枢转地设置的抓取器39，所述抓取器被设置用于加载封闭元件15。特别是考虑，封闭装置38相对于接头元件28可旋转运动地设置。由此，封闭元件15可利用内螺纹旋拧到所述嘴部区段5的外螺纹上。
图8示出相对于图7的结构变换的实施方式。在此，封闭装置38和接头元件28彼此不同轴地设置，而是由工具承载件40交替地定位在工作位置或静止位置中。工具承载件40例如可构造为转塔形式并且设有旋转轴41。
下面示例性地详细阐述几个典型的过程参数。将灌装介质21优选以周围的室温、例如20℃至30℃范围内的温度供入给接头元件28。由此，灌装介质21冷却容器11的材料并且支持成型后的容器11的快速性质稳定性。由此支持非常短的循环时间。但是也可以的是，供入被更强烈地冷却或加热的灌装介质21。
在容器11成型期间，灌装介质21可被至少暂时地以恒定的体积流量导入到预制坯件2或容器11中。但是也可以的是，对于所述体积流量这样地预给定适当的时间曲线，使得在不同的时刻产生不同大小的体积流量。
在导入灌装介质21之前可以的是，将处于预制坯件2内部的空气吸出和/或通过惰性气体代替。这一点特别是在氧化敏感的灌装介质21的情况下是值得推荐的。
要么可使用纯液体要么可使用设有添加剂的液体作为灌装介质21。特别是考虑供入碳化的灌装介质。因为灌装介质21在压力下、例如在10bar的压力下被供应给预制坯件2或容器11，因此已被证实符合目的要求的是，这样地构造用于灌装介质21的所有流动路径，使得避免通过流动过程引起局部减压。否则，局部或暂时的减压将导致二氧化碳的析出。
代替图1中所示加热由优选注射成型的预制坯件2地也可以的是，直接在将预制坯件成型为容器11之前制造预制坯件2。这例如可通过注射成型过程就像在所谓的单级注射吹塑方法中那样进行，也可以考虑压缩成型。预制坯件2的这种成型避免在加热装置的区域中使用电构件和电子构件或者至少显著降低使用这种部件的范围，因为仅仅对于可能必要的温度处理需要所述部件。
优选可使用耐腐蚀材料作为过程轮9的构件的材料。特别是考虑使用不锈钢以及塑料。特别是考虑，模具37完全或部分地由适当的塑料构成。
为了降低所需的拉伸力考虑的是，通过供入灌装介质21支持拉伸过程。但是在这种支持的情况下需确保通过拉伸杆17引导预制坯件2。这例如可通过以下方式进行，即，测量作用的拉伸力并且这样地控制灌装介质21的体积流量，使得总是维持最低拉伸力。拉伸力的大小特别是可非常简单地在电驱动的拉伸系统的情况下通过测量驱动电流或在气动的拉伸系统的情况下通过测量压力求得。
在利用灌装介质21灌装容器11时常常期望的是，在容器11封闭之后提供灌装有气体的顶部空间。这个自由的顶部空间可通过由于拉回拉伸杆而导致的体积减小来产生。
上面阐述的材料选择特别是也在考虑给定的卫生要求的情况下进行。在此确保灭菌或消毒。同样，这样地进行结构设计，使得满足净化度要求。
所述转送轮中的一个或多个可配备有伺服驱动器。
由此特别是支持：在实施净化过程期间实现加热装置4与过程轮9的完全分离。同样考虑的是，在至少一个转送轮的区域中设置可拉回的操作元件。可通过使用干燥空气隧道进行另外的湿气保护。
下面示例性地描述具体的过程流程。在将预制坯件2放入模具37中之前或之后，首先在预制坯件的内空间中进行气体替换，以便特别是排挤出氧或者降低氧份额。冲洗和/或抽真空的过程典型地持续最高0.1秒。预制坯件2在使用拉伸杆17情况下的拉伸典型地持续约0.2秒。同样，对于灌装和由此导致的将预制坯件2成型为容器11的成型规定0.2秒的时间。为了接着提供顶部空间，典型地需要最大0.2秒的时间。灌装后的容器的稳定和卸载过程在无碳酸饮料的情况下极快地进行，在含碳酸饮料的情况下，所述过程可能需要最高5秒的时间。
接着例如在使用高压发泡或计量输入氮的情况下进行所述顶部空间的处理。在碳酸饮料的情况下，接着供入封盖可能需要最高1.5秒的时间。同样，封闭或旋拧的过程例如需要1.5秒的时间。
在容器11完成封闭之后，模具37打开并且将灌装过的容器11取出并且输送走。
在将灌装物导入到待成型的预制坯件2或仍处于模具中的容器11中期间，在灌装系统中通常得到一个典型的压力变化曲线。由于容器11的扩宽，首先存在相对小的压力，该压力在成型过程结束时上升。灌装系统中、特别是灌装管道中相应的压力升或压力升的大小可用作随后的过程步骤的控制参量并且必要时确定启动该下一过程步骤的时间点。替代或补充地也可考虑的是，使用所述压力变化曲线和/或所述灌装物的体积流量的特征作为控制参量。
在灌装物的温度方面特别是考虑，供入具有环境温度的灌装物。但是，根据相应的应用边界条件，与灌装具有室温的灌装物相比，也可考虑提高温度或降低温度。
根据另一方案考虑的是，两级地实施灌装过程，其中，在第一过程级期间供入的灌装物的温度在比第二过程步骤期间供入的灌装物的温度高。当通过拉伸杆17实施预制坯件2的纵向拉伸时例如可实施第一过程步骤。然后第二过程步骤跟随在拉伸过程之后并且相应于容器11的横向扩宽。
在前面已经简短提及的在压力卸载之后在顶部空间中进行稳定方面也考虑的是，必要时进行形成的气体和/或泡沫的吸出。
在封闭已经成型和灌装完毕的容器11方面同样可实现不同的方案。在一个方案中可以的是，给吹塑轮上的处理站的一部分设置转塔头。所述转塔头一方面包括吹塑-和灌装头并且另一方面包括封闭头。这相应于图8中的示意图。但是也可考虑的是，使用集成的结构，其中，相应的头不仅实施吹塑过程、灌装过程而且实施封闭过程。
根据另一方案，虽然吹塑-灌装头和封闭头构造为单独的构件，但是可枢转地布置在每个成型-和灌装站上。根据第三方案，仅仅吹塑-和灌装头布置在吹塑轮上并且尚敞开的容器被转送给单独的封闭装置、例如配备有封闭头的输送轮。
封闭件例如封帽的施加例如可直接在模具37打开之后进行。由此将封帽供应给吹塑轮。特别是考虑，在供应封帽之前利用惰性气体加载灌装后的容器11的嘴部空间。

Claims (10)

1.一种用于制造被灌装的容器的方法，在该方法中，由热塑性材料制成的预制坯件在加热路段的区域中沿着输送路径被热条件处理之后在模具内部通过压力作用而成型为容器，以及在该方法中，使用待灌装到容器中的灌装介质作为用于使容器成型的流体，其特征在于，预制坯件(2)在成型为容器(11)期间至少暂时地被引导。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引导在使用拉伸杆(17)的情况下进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述灌装介质至少部分地穿过拉伸杆(17)供入。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述灌装介质(21)至少部分地在拉伸杆(17)旁边供入。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述灌装介质(21)至少暂时地以恒定的体积流量供入。
6.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述灌装介质(21)至少暂时地以变化的体积流量供入。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述容器(11)在一旋转的过程轮(19)上被成型、灌装和封闭。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，测量产生的拉伸力。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据测量到的拉伸力控制灌装介质(21)的体积流量。
10.一种用于由热塑性材料制造被灌装的容器的设备，其具有至少一个沿着预制坯件的输送路径设置的加热路段和设有模具的模具站，以及在该设备中，所述模具站具有用于待灌装到容器中的灌装介质的供入装置，其特征在于，所述模具站(10)具有引导装置，所述引导装置在预制坯件成型为容器(11)期间至少暂时地加载所述预制坯件(2)。
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