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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befüllen von
Kunststoffflaschen in einem Flaschenfüller, und auf einen
Flaschenfüller für Kunststoffflaschen.
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Mikrobiologisch
empfindliche Produkte werden in Kunststoffflaschen, wie z. B. PET-Flaschen, bevorzugt
heiß bei Temperaturen von etwa 85°C abgefüllt.
Um einer ungewollten Verformung der befüllten und verschlossenen
Flaschen durch Kontraktion der sich abkühlenden Füllung
entgegen zu wirken, wird bekanntermaßen eine Ausgleichsfläche
in der Flaschenwand, z. B. am Flaschenboden, vorgesehen, die nach
dem Abkühlen der Füllung dauerhaft nach innen
gedrückt wird. Auf diese Weise wird das Volumen der Flasche
kontrolliert an das geschrumpfte Volumen des eingefüllten
Produkts angepasst.
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Aus
Gründen einer besseren Handhabbarkeit werden die Flaschen
in der Regel mit nach innen gedrückter Ausgleichsfläche
hergestellt bzw. transportiert, so dass die Ausgleichsfläche
vor dem Befüllen nach außen gedrückt
werden muss. Aus der
WO 2007/132767
A1 ist z. B. eine Vorrichtung bekannt, bei der Kunststoffflaschen
zunächst in ringförmige Transporthilfen eingesetzt
und jeweils mit einer Klammer am Flaschenhals gehalten werden. Anschließend
wird ein Stößel durch die Flaschenmündung
bis zum Flaschenboden abgesenkt und dieser dadurch nach außen
gedrückt. Die Flaschen werden anschließend in
den Transporthilfen stehend an einen Füller weitergeleitet.
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Wie
in der
WO 2005/012091
A2 gezeigt, sind für die Transporthilfen eigene
Förderanlagen erforderlich. Zudem müssen Flaschen
und Transporthilfen in einer weiteren Vorrichtung zusammengeführt
und nach dem Befüllen wieder getrennt werden. Dies ist aus
Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Platzersparnis unerwünscht.
Alternativ wird in der
WO 2005/012091
A2 vorgeschlagen, die Flaschen bereits so herzustellen,
dass auf ein Herausdrücken des Flaschenbodens verzichtet
werden kann, und die Flaschen während des Befüllens
und Verschließens an ihrem Hals hängend, im sog.
Neck-Handling, zu transportieren. Für den Transport der
Flaschen zwischen Herstellung und Befüllung werden jedoch
auch in diesem Fall spezielle Transporthilfen und Förderanlagen
benötigt, was relativ aufwändig ist.
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Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung bereit zu stellen, bei denen diese Nachteile vermieden
werden.
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Dieses
technische Problem wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren gelöst, bei dem die Flaschen in dem Flaschenfüller
vor oder während des Befüllens verformt werden.
Auf diese Weise kann eine zusätzliche Vorrichtung zum Herausdrücken
der Ausgleichsfläche in der Flaschenwand eingespart werden.
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Bei
einer besonders günstigen Ausgestaltung werden die Flaschen
verformt, indem der Flaschenboden durch mechanische Krafteinwirkung nach
außen gedrückt wird. Dies ermöglicht
ein einfaches und zuverlässiges Verfahren.
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Vorteilhafterweise
wird ein in dem Flaschenboden ausgebildetes Active-Transverse-Panel
verformt. Dadurch wird eine definierte Volumenänderung
beim Herausdrücken des Flaschenbodens gewährleistet.
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Günstigerweise
wird die mechanische Kraft durch das Füllrohr des Flaschenfüllers übertragen. Es
wird dann kein zusätzlicher Stößel benötigt.
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Bei
einer günstigen Ausgestaltung hängen die Flaschen
während des Herausdrückens des Flaschenbodens
am Flaschenhals. Dies ermöglicht einen sicheren Flaschentransport
und stellt gleichzeitig ein geeignetes Gegenlager bereit.
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Günstigerweise
wird der Flaschenboden nach dem Befüllen z. B. in einer
nachgeschalteten Etikettiermaschine wieder nach innen gedrückt.
Dadurch kann eine durch das Abkühlen der Flaschenfüllung
verursachte Verformung vermieden bzw. beseitigt werden.
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Bei
einem Flaschenfüller wird das technische Problem erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass er einen Stößel umfasst,
der vor oder während des Befüllens in die Flasche
eingeführt werden kann, um die Flasche zu verformen. Auf
diese Weise kann eine zusätzliche Vorrichtung zum Herausdrücken
einer Ausgleichsfläche in der Flaschenwand eingespart werden.
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Bei
einer günstigen Ausgestaltung ist das Füllrohr
als Stößel vorgesehen. Es wird dann kein zusätzlicher
Stößel benötigt.
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Bei
einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist an dem Füllrohr
mindestens eine seitliche Austrittsöffnung vorgesehen.
In diesem Fall kann die Flasche auch bei einem an der Flaschenwand
anliegendem Stößel befüllt werden.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform umfasst eine Haltevorrichtung,
die die Flasche während der Verformung an ihrem Hals hängend hält.
Dies ermöglicht einen sicheren Flaschentransport und stellt
gleichzeitig ein geeignetes Gegenlager bereit.
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Vorteilhafterweise
umfasst der Flaschenfüller ferner eine Hubvorrichtung zum
Verschieben der Haltevorrichtung aus einer Übergabeposition,
bei der die Flaschenmündung unterhalb des Stößels
angeordnet ist, in eine Anpressposition, bei der der Stößel den
Flaschenboden nach außen drückt. Dies ermöglicht
einen einfachen An- und Abtransport der Flaschen.
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Es
ist ferner vorteilhaft, dass der Flaschenfüller eine Befüllposition
aufweist, bei der die Flasche zwischen der Übergabeposition
und der Anpressposition angeordnet ist. Dadurch lässt sich
ein effektiver und schonender Füllvorgang gewährleisten.
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Günstigerweise
wird die Hubvorrichtung durch eine Hubkurve gesteuert ist. Dies
ermöglicht eine kostengünstige und zuverlässige
Steuerung.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten und in Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen
Flaschenfüllers in einer Übergabeposition;
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2 eine
schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen
Flaschenfüllers nach dem Herausdrücken des Flaschenbodens
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3 eine
schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen
Flaschenfüllers während des Befüllens
der Flasche;
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4 eine
schematische Ansicht einer Anordnung zum Eindrücken des
Flaschenbodens.
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Die 1–3 zeigen
jeweils einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen
Flaschenfüllers mit einem Füllventil 1,
einem Füllrohr 3 und einer Hubvorrichtung 5,
die auf einem um die Achse A drehbaren Rotor 7 montiert
sind. An der Hubvorrichtung 5 ist vertikal verschiebbar
eine Haltevorrichtung 9 für eine zu befüllende
Flasche 11 befestigt, wobei die vertikale Position der
Haltevorrichtung 9 und der Flasche 11 durch die
fest stehende Hubkurve 13 gesteuert wird.
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Die
Haltevorrichtung 9 hält die Flasche 11 an ihrem
Hals 15 hängend. Der Abstand zwischen dem unteren
Ende 17 des Füllrohrs 3 und dem Flaschenboden 19 folgt
dem Verlauf der Hubkurve 13, sobald sich der Rotor 7 dreht.
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Die
Länge des Füllrohrs 3 und der Hub der Hubvorrichtung 5 sind
an die Höhe der Flasche 11 angepasst, so dass
das Füllrohr 3 zusätzlich als Stößel
dient, mit dem eine im Flaschenboden 19 vorgesehene Ausgleichsfläche 21 nach
außen gedrückt werden kann.
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1 zeigt
einen Zustand unmittelbar nach Übergabe der leeren Flasche 11 an
die Haltevorrichtung 9, wobei die Hubvorrichtung 5 bis
zu einer unteren Übergabeposition (durch die gestrichelte
Linie 23 angedeutet) abgesenkt ist, so dass die Flaschenmündung 25 unter
dem Ende 17 des Füllrohrs 3 positioniert
ist.
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2 zeigt
die Flasche 11, nachdem sie einem ansteigenden Abschnitt
(nicht gezeigt) der Hubkurve 13 folgend bis zu einer oberen
Anpressposition (durch die gestrichelte Linie 27 angedeutet)
der Hubvorrichtung 5 angehoben wurde. Dabei wird das Füllrohr 3 zunächst
in die Flasche 11 eingeführt und schließlich
die ursprünglich nach innen gewölbte Ausgleichsfläche 21 (gestrichelt
angedeutet) nach außen gedrückt, so dass sich
eine formstabile Ausbuchtung 21a ausbildet, die auch erhalten
bleibt, wenn das Füllrohr 3 wieder zurückgezogen
wird. Mit 1 übereinstimmende
Bezugszeichen wurden in 2, wie auch in 3,
aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.
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3 zeigt
die Flasche 11 in einer zwischen den Positionen 23 und 27 angeordneten
Befüllposition (durch die gestrichelte Linie 29 angedeutet)
während des Befüllens mit einer erhitzten Flüssigkeit 31. Durch
Absenken der Flasche 11 aus der Anpressposition 27 wird
gewährleistet, dass die Flüssigkeit 31 aus
dem Füllrohr 3 nach unten ungehindert austreten kann.
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Der
erfindungsgemäße Flaschenfüller ist bevorzugt
als Rundläufer konzipiert, bei dem eine Vielzahl von Füllventilen 1 mit
den jeweiligen Hub- und Haltevorrichtungen 5, 9 am
Rotor 7 vorgesehen sind, so dass ein kontinuierlicher Strom
aus Flaschen 11 abgefüllt werden kann. Es wäre
jedoch auch möglich, die mit Flaschen 11 bestückten
Füllventile 1 entlang einer beliebigen Kurvenform
oder einer Geraden zu führen, bzw. entlang einer entsprechend
geformten Hubkurve 13.
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Das
Ventil 1 ist bevorzugt ein Langrohr-Füllventil,
wie z. B. ein Kegelventil mit pneumatischem Steuerzylinder. Es sind
jedoch auch andere Bauformen möglich.
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Das
Füllrohr 3 besteht aus einem stabilen und hitzebeständigen
Material, wie z. B. Edelstahl, und ist am Ende 17 so ausgebildet,
dass eine Beschädigung des Flaschenbodens 19 bzw.
der Ausgleichsfläche 21 verhindert wird, z. B.
mit Hilfe speziell angeformter Endflächen. Die Länge
des Füllrohrs 3 ist ebenso wie der Hub der Hubvorrichtung 5 an
die Höhe der Flasche 11 und die Form des Flaschenbodens 19 bzw.
der Ausgleichsfläche 21 angepasst, so dass die
Ausgleichsfläche 21 ausreichend weit nach außen
gedrückt werden kann, um eine formstabile Ausbuchtung 21a zu
erzielen. Dabei kann es ausreichend sein, die Ausgleichsfläche 21 nur über
einen Zustand maximaler Druckspannung hinaus nach außen
zu drücken, so dass sich die vollständige Ausbuchtung 21a dann
als Folge der in der Ausgleichsfläche 21 verursachten
Materialspannung ohne weiteren Vorschub des Füllrohrs 3 einstellt.
Als Alternative zu dem Füllrohr 3 könnte
die Ausgleichsfläche 21 auch durch einen zusätzlichen,
an die Haltevorrichtung 9 gekoppelten Stößel
(nicht gezeigt) herausgedrückt werden oder durch Erhöhung
des Gasdrucks in der Flasche 11.
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Am
Füllrohr 3 können zusätzlich
oder alternativ seitliche Austrittsöffnungen 4 (in 2 gestrichelt
angedeutet) vorgesehen sein, so dass die Flasche 11 auch
in der in 2 gezeigten Anpressposition 27 effektiv
und schonend befüllt werden kann.
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Die
Hubvorrichtung 5 kann mit geeigneten Hubzylindern realisiert
werden. Als Alternative zur Hubkurve 13 sind auch andere
mechanische, pneumatische und/oder elektrische Hubsteuerelemente denkbar.
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Die
Haltevorrichtung 9 umfasst bevorzugt eine gesteuerte Klammer,
die sich um den Flaschenhals 15 schließt. Dadurch
kann die Flasche 11 vor und während des Befüllens
im sogenannten Neck-Handling transportiert werden. Dies ermöglicht neben
einer flexiblen Anpassung an unterschiedliche Flaschengrößen
eine sichere Fixierung der Flasche, so dass die Haltevorrichtung 9 ein
stabiles Gegenlager für das Herausdrücken des
Flaschenbodens 19 bzw. der Ausgleichsfläche 21 bildet.
Die Haltevorrichtung 9 kann Dichtelemente (nicht gezeigt)
umfassen, die das Innere der Flasche 11 gegenüber
der Umgebung abdichten, wie z. B. einen Wellendichtring zwischen
der Haltevorrichtung 9 und dem Füllrohr 3.
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Nachfolgend
wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Befüllen
einer Flasche 11 beschrieben. Dabei umfasst der Flaschenboden 19 als
Ausgleichsfläche 21 ein sogenanntes Active Transverse Panel
(ATP), unter dem ein im Wesentlichen transversal zur Flaschenachse
angeordnete Fläche zur gezielten Verminderung des Volumens
der gefüllten und abgekühlten Flasche 11 zu
verstehen ist. Im gezeigten Beispiel weist das ATP bzw. die Ausgleichsfläche 21 eine
stetig nach innen gewölbte Form auf. Es sind jedoch auch
andere Formen denkbar, z. B. segmentartig durch Kanten unterteilte
Flächen und/oder mit rippenförmigen Versteifungen.
Entscheidend ist, dass ein verformbarer Wandbereich bereitgestellt
wird, der vor/nach dem Befüllen nach außen/innen
gestülpt werden kann und auf diese Weise eine definierte
Volumenänderung der Flasche ermöglicht.
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Die
leere Flasche 11 wird an ihrem Hals hängend, im
sogenannten Neck-Handling, an die Haltevorrichtung 9 übergeben,
nachdem diese zuvor in die in 1 gezeigte
untere Endposition 23 abgesenkt worden ist. Die Haltevorrichtung 9 hält
die Flasche 11 an ihrem Hals 15 und dichtet diese
bei Bedarf gegen die Umgebung ab.
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Anschließend
wird die Haltevorrichtung 9 der Steuerkurve 13 folgend
angehoben und das Füllrohr 3 dabei in die Flasche 11 eingeführt,
bis dieses gegen den Flaschenboden 19 drückt.
Das als Stößel wirkende Füllrohr 3 übt
dabei eine nach außen wirkende Kraft auf die Ausgleichsfläche 21 aus,
so dass diese nach außen gestülpt wird und sich
die Ausbuchtung 21a ausbildet, wie in 2 angedeutet.
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Die
auf diese Weise für die Befüllung vorbereitete
Flasche 11 wird anschließend mit der Haltevorrichtung 9 so
weit abgesenkt, dass die Flüssigkeit 31 ungehindert
aus dem Füllrohr 3 austreten kann, wie in 3 beispielhaft
dargestellt. Durch Öffnen des Ventils 1 wird die
heiße Flüssigkeit schließlich in die
Flasche 11 bis zur gewünschten Füllhöhe
geleitet und das Ventil 1 wieder geschlossen.
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Anschließend
wird die Haltevorrichtung wieder in die Position aus 1 abgesenkt
und die gefüllte Flasche 11 im Neck-Handling dem
nächsten Arbeitsschritt zugeführt. Nach Verschließen
und Abkühlen der Flasche 11 wird die Ausgleichsfläche 21 wieder
nach innen gedrückt und der Flaschenboden 19 dadurch
wieder in seine ursprüngliche Form gebracht. Zu diesem
Zweck wird die Flasche 11, wie in 4 angedeutet,
im Neck-Handling mit Hilfe einer Haltevorrichtung 33 auf
einen ringförmigen Teller 35 gestellt und eine
gesteuerte Eindrückvorrichtung 37 (Bewegungsrichtung
durch Doppelpfeil angedeutet), wie z. B. ein Stößel,
gegen die Ausbuchtung 21a (in 4 gestrichelt
angedeutet) gedrückt. Alternativ könnte die Eindrückvorrichtung 37 auch
aus einem fest stehenden Zapfen bestehen und der Teller 35 absenkbar
sein. Das Eindrücken des Flaschenbodens 19 erfolgt
vorzugsweise nicht in einer gesonderten Maschine, sondern in einer
entsprechend modifizierten Etikettiermaschine.
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Mit
dem beschriebenen Verfahren und dem beschriebenen Flaschenfüller
können eine zusätzlichen Maschine zum Verformen
des Flaschenbodens 19, an die Flaschen 11 angepasste
Transporthilfen, Förderanlagen für die Transporthilfen
und Anlagen zum Zusammenführen und Trennen der Flaschen 11 und
der Transporthilfen eingespart werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/132767
A1 [0003]
- - WO 2005/012091 A2 [0004, 0004]