DE102008056346A1

DE102008056346A1 - Verfahren zur Vorbehandlung von Vorformlingen und Streckblasmaschine zur Vorbehandlung und zum Streckblasen von Vorformlingen zu Behältern

Info

Publication number: DE102008056346A1
Application number: DE102008056346A
Authority: DE
Inventors: Heinz Humele
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2010-05-12
Also published as: US20110272861A1; EP2349354B1; CN102209560A; WO2010052068A1; CN104258434B; CN104258433B; CN102209560B; CN104258434A; US9272060B2; CN104258433A; EP2349354A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung von Vorformlingen (12) aus thermoplastischem Kunststoff, bevor diese mittels eines Streckblasverfahrens zu Behältern umgeformt und mit Flüssigkeit befüllt werden, bei welchem Verfahren die Vorformlinge (12) für das nachfolgende Streckblasverfahren temperiert und sterilisiert werden. Eine Temperierung der Vorformlinge (12) erfolgt mittels einer Bestrahlung mit Mikrowellen und durch eine Sterilisation der Vorformlinge während der Vorbehandlung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung von Vorformlingen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Blasmaschine zur Vorbehandlung und zum Blasen von Vorformlingen zu Behältern.
Bei der Herstellung von Getränkebehältern mittels eines Blasverfahrens werden sog. Vorformlinge zunächst auf eine ausreichende Temperatur erwärmt und anschließend in eine Form eingespannten Zustand durch kontrolliertes Einblasen von Luft in eine gewünschte Behälterform gebracht. Erst wenn sie diese Behälterform haben, weisen sie das notwendige Volumen auf, um sie mit Flüssigkeit befüllen zu können. Vor dem Befüllen müssen die Behälter in der Regel sterilisiert werden, damit das abgefüllte Getränk möglichst lange haltbar bleibt. Zudem können bei ausreichend guter Sterilisierung die Zugaben von Konservierungsmitteln in den Getränken reduziert werden.
Aufgrund der zunehmend höheren Anforderungen an die Reinheit der Behälter und aufgrund einer wünschenswerten Minimierung der in den Getränken befindlichen Konservierungsstoffe sind Verfahren entwickelt worden, die eine Sterilisierung der Vorformlinge nach ihrer Erwärmung und vor dem Blasvorgang vorsehen. Auf diese Weise kann ggf. ein weitgehend steriler Prozess bis zur Abfüllung erreicht und aufrechterhalten werden.
Die EP 1 056 481 B1 beschreibt ein Verfahren zur Sterilisation von Hohlkörpern, bei dem auf die zu sterilisierenden Flächen ein zuvor verdampftes Sterilisationsmittel aufgebracht wird. Die Verdampfung des Sterilisationsmittels erfolgt außerhalb des Hohlkörpers in der Nähe seiner Öffnung. Durch Einbringen und Absaugung des Sterilisationsmittels wird innerhalb des Hohlkörpers ein Gasstrom erzeugt, um das Mittel auf alle Flächen zu verteilen. Der Hohlkörper kann entweder ein bereits in Form gebrachter Getränkebehälter oder ein Vorformling sein, der anschließend zu einem Getränkebehälter umgeformt wird.
Die JP 04 04 49 02 A beschreibt ein Verfahren zum Sterilisieren von Vorformlingen, bevor diese erwärmt und anschließend durch Streckblasen in die gewünschte Form eines Getränkebehälters gebracht werden.
Bisher war es üblich, die Vorformlinge mittels Heißluft und/oder durch Infrarotbestrahlung auf die für das Blasformen notwendige Temperatur zu bringen. Aus der WO 2007/131701 A2 ist eine Erwärmungsvorrichtung für Kunststoffrohlinge bekannt, die mit Mikrowellenstrahlung arbeitet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine möglichst schnelle und einfache Temperierung der Vorformlinge sowie eine damit im Zusammenhang stehende Sterilisierung der Teile zu erreichen, um damit einen weitgehend geschlossenen Prozess für eine nachfolgende Umformung der Vorformlinge zu Behältern und deren Befüllung mit Flüssigkeit zu ermöglichen.
Dieses Ziel der Erfindung wird mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Vorbehandlung von Vorformlingen aus thermoplastischem Kunststoff, bevor diese mittels eines Blasverfahrens zu Behältern umgeformt und mit Flüssigkeit befüllt werden. Bei dem Verfahren werden die Vorformlinge für das nachfolgende Blasverfahren temperiert und sterilisiert. Die Temperierung bzw. Erwärmung der Vorformlinge erfolgt mittels einer Bestrahlung mit Mikrowellen. Die Sterilisation der Vorformlinge erfolgt während der Vorbehandlung und mittels Einbringen eines flüssigen und/oder gasförmigen Sterilisationsmediums in die Vorformlinge.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Behälter mittels eines Streckblasverfahrens in einer Streckblasmaschine hergestellt. Die Streckblasmaschine weist im Gegensatz zur Blasmaschine zusätzlich eine sog. Reckstange auf, die den Behälter in etwa zeitgleich zum Blasvorgang in axialer Richtung streckt. Dies hat eine biaxiale Orientierung des fertigen Behälters zur Folge, was sich insgesamt in einer höheren Stabilität der Behälter niederschlägt und für vor allem Kohlensäurehaltige Getränkebehälter von Vorteil ist.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Sterilisation der Vorformlinge während und/oder unmittelbar nach der Mikrowellenbestrahlung erfolgt, da auf diese Weise ein kontinuierlicher und vollautomatischer Prozess ermöglicht werden, bei dem die Prozessschritte des Temperierens und Sterilisierens der Behälter gleichzeitig oder sich zeitlich überschneidend ablaufen können. Es war bereits bekannt, dass die Vorformlinge sich mittels einer Mikrowellenbestrahlung auf eine passende Temperatur für ein Streckblasverfahren erwärmen lassen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde nun erkannt, dass die Beaufschlagung der Vorformlinge während der Mikrowellenbehandlung mit einem geeigneten Fluid, Gas, Flüssigkeit oder Gas-Flüssigkeitsgemisch Vorteile hinsichtlich der Wechselwirkung der Mikrowellenstrahlung mit dem thermoplastischen Kunststoff der Vorformlinge mit sich bringen kann. Dieser Effekt kann besonders vorteilhaft dazu genutzt werden, die Vorformlinge bereits während der Erwärmung zu sterilisieren, indem als Fluid ein geeignetes Sterilisationsmedium verwendet wird, das einerseits durch die Mikrowellenbestrahlung aktiviert und in seiner sterilisierenden Wirkung verstärkt werden kann. Andererseits kann das gezielt in den Vorformling eingebrachte Fluid in vorteilhafter Weise mit der Mikrowellenstrahlung in Wechselwirkung treten, so dass der Effekt der Strahlung verstärkt und die Vorformlinge schneller und/oder mit geringerer Strahlungsintensität auf die gewünschte Temperatur gebracht werden können.
Als Sterilisationsmedium kann bspw. flüssiges und/oder gasförmiges Wasserstoffperoxid (H2O2), Peressigsäure o. dgl. verwendet werden. Das Sterilisationsmedium kann in flüssiger und/oder gasförmiger Form in den Vorformling eingebracht werden. So kann als Sterilisationsmedium ein Gemisch aus Heißluft und Wasserstoffperoxid, Peressigsäure o. dgl. eingesetzt werden. Grundsätzlich können auch andere Sterilisationsmedien verwendet werden, welche eine ausreichende Wirkung aufweisen. Von Vorteil ist es, wenn das Sterilisationsmedium die gewünschte Wechselwirkung mit der Mikrowellenstrahlung zeigt, so dass sowohl die Bestrahlung effektiver wirkt und/oder die Erwärmung der Vorformlinge unterstützt wird.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Sterilisationsmedium mittels jeweils wenigstens einer Düse in den Vorformling eingebracht, so dass es dort schnell eingebracht und weitgehend homogen verteilt werden kann. Die Düse ist vorzugsweise im Halter bzw. im Haltedorn für den Vorformling angeordnet. Wahlweise kann eine zusätzliche Absaugeinrichtung vorgesehen sein, die nach dem Einbringen des Sterilisationsmediums und nach der Bestrahlung des Vorformlings für eine schnelle und rückstandsfreie Absaugung des Sterilisationsmediums aus den Vorformlingen sorgen kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Sterilisationsmedium mittels der Mikrowellenbestrahlung verdampft wird und an der Oberfläche der Vorformlinge seine sterilisierende Wirkung entwickeln kann. Weiterhin können die Vorformlinge während des Erwärmens oder nach dem Erwärmen, nach der Sterilisationsbehandlung mittels eines geeigneten Spülmediums durchgespült und dabei von Spuren des Sterilisationsmediums befreit werden.
Die Erwärmung und Sterilisation der Vorformlinge kann insbesondere in einem kontinuierlichen Prozess, insbesondere auf einer Rundläufermaschine, erfolgen.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Streckblasmaschine zur Vorbehandlung und zum Streckblasen von Vorformlingen aus thermoplastischem Kunststoff zu Behältern. Die Maschine weist Handhabungseinrichtungen zur Handhabung und kontinuierlichen Behandlung und Beförderung der Vorformlinge, eine Temperiereinrichtung zur Erwärmung der Vorformlinge sowie eine Sterilisationseinrichtung auf, wobei die Temperiereinrichtung eine Mikrowellenbestrahlungseinheit umfasst. Zudem ist die Sterilisationseinrichtung zumindest teilweise in die Handhabungseinrichtung integriert, so dass die Sterilisation der Behälter im Zusammenhang und/oder in vorteilhafter Kombination mit der Mikrowellenbestrahlung und der damit bewirkten Erwärmung der Vorformlinge erfolgen kann.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Streckblasmaschine sieht vor, dass die Handhabungseinrichtungen jeweils Haltedorne zum Halten der Vorformlinge an deren Halsbereich aufweisen, die mit Düsen zum Einbringen eines Sterilisationsmediums versehen sind. Zudem können die Düsen der Haltedorne jeweils über Zu- und/oder Ableitungen mit Sterilisationsmedium beaufschlagbar sein, das nach der Behandlung wieder absaugbar ist, ggf. ebenfalls mittels der Düsen oder durch andere geeignete Absaugeinrichtungen.
Die erfindungsgemäße Maschine kann insbesondere als Rundläufermaschine ausgebildet sein, in der die Vorformlinge kontinuierlich zu sterilisierten Behältern umformbar sind.
Wenn im vorliegenden Zusammenhang von Vorformlingen die Rede ist, so ist damit generell das Vorprodukt eines Behälters gemeint, der insbesondere zur Aufnahme von Getränken dienen kann. Die Vorformlinge werden teilweise auch als Rohlinge bezeichnet. Es handelt sich dabei um einseitig geschlossene Röhrchen, die an ihrem offenen Ende einen Halsbereich aufweisen, mit dem sie in eine Form eingespannt werden, in der sie mittels eines Streckblasverfahrens zu Behältern umgeformt werden. Die Vorformlinge bestehen aus einem geeigneten thermoplastischen Kunststoff, bspw. aus PET (Polyethylen).
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Temperier- und Sterilisationseinrichtung.
2 zeigt einen Querschnitt einer Aufnahmeeinrichtung für einen Vorformling.
3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Aufnahmeeinrichtung für einen Vorformling gemäß 3.
4 zeigt eine Draufsicht auf eine Anlage zum Herstellen von Behältern.
Die schematische Darstellung der 1 zeigt eine Handhabungseinrichtung 10 zum Behandeln von Vorformlingen 12. Die Handhabungseinrichtung 10 weist eine Temperiereinrichtung 51 und eine Sterilisationseinrichtung 52 auf, die in einzelnen Behandlungsstationen 20 integriert sind. Die Vorformlinge 12 werden für das Verfahren einem kontinuierlichen Prozess zugeordnet, wobei diese Vorformlinge 12 im Laufe der Erwärmung durch die Temperiereinrichtung 51 und gleichzeitiger Sterilisation durch die Sterilisationseinrichtung 52 auf einer Kreisbahn bewegt werden können. Die Behandlungsstationen 20 sind miteinander an einem Träger 22 befestigt. Zudem können an diesem Träger 22 noch weitere Bauteile angebracht werden, bspw. sind in diesem Ausführungsbeispiel acht Mikrowellenbestrahlungseinheiten 24 angeschlossen. Die mögliche Funktionsweise einer solchen Einheit kann bspw. der WO 2007/131701 A2 entnommen werden. Die Temperiereinrichtungen 51 sind mit diesen Mikrowellenbestrahlungseinheiten 24 verbunden und laufen während der Behandlung der Vorformlinge 12 gemeinsam um eine Maschinenachse A sowie die Sterilisationseinrichtung 52.
In diesem Ausführungsbeispiel wird, wie eben schon erwähnt der Vorformling 12 mittels der Temperiereinrichtung 51 und der Mikrowellenbestrahlungseinheit 24 auf eine gewünschte Temperatur gebracht. Um von einer gleichmäßigen Erwärmung des Vorformlings 12 ausgehen zu können, wird der Vorformling 12 durch einen Resonator 28, der wiederum mit der Temperiereinrichtung 51 verbunden ist, geschoben. Durch eine Sterilisationseinrichtung 52, die zumindest teilweise in die Handhabungseinrichtung 10 integriert ist, wird die Sterilisation der Vorformlinge 12 im Zusammenhang und/oder in vorteilhafter Kombination mit der Mikrowellenbestrahlungseinheit 24 und der damit bewirkten Erwärmung der Vorformlinge 12 durchgeführt.
Die Übergabe der Vorformlinge 12 an die Handhabungseinrichtung 10 kann mittels einer vorgeschalteten Einheit erfolgen, die bspw. als ein Stern, wie z. B. einem Sägezahnstern oder einem Klammerstern (nicht dargestellt) ausgebildet ist.
Die 2 zeigt einen Querschnitt einer Aufnahmeeinrichtung 30 für einen Vorformling 12. Die Aufnahmeeinrichtung 30 umfasst eine Vorformlingshalteeinheit 32 und eine Bewegungseinheit 34. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Vorformlingshalteeinheit 32 als Haltedorn ausgebildet, der in die Mündung des Halsbereiches 33 des Vorformlings 12 eindringt und diesen somit hält. Die Bewegungseinheit 34 wird vorzugsweise von einem Antrieb gebildet, der alle Bewegungserfordernisse erfüllt. Zum einen ist eine Senkbewegung erforderlich, die den Vorformling 12 entlang seiner Längsachse B von oben in den Resonator 28 (in 1 dargestellt) einführt. Zum anderen ist auch eine Hubbwegung erforderlich, die den Vorformling 12 entlang seiner Längsachse B wieder aus dem Resonator 28 (in 1 dargestellt) herausführt. Die Vorformlingshalteeinheit 32 umfasst weiterhin eine Düse 36, die zum Einbringen eines flüssigen und/oder gasförmigen Sterilisationsmediums in den Vorformling 12 dient. Das Sterilisationsmedium wird während der Mikrowellenbestrahlung in den Vorformling 12 eingebracht und verdampft durch die Erwärmung des Vorformlings 12. Dieses Sterilisationsmedium entwickelt somit an der Oberfläche 40 der Vorformlinge 12 seine sterilisierende Wirkung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Sterilisationseinrichtung 52 mit der Aufnahmeeinrichtung 30 und zugleich mit der Temperiereinrichtung 51 verbunden. Wahlweise kann die Sterilisation auch nach dem Erwärmen des Vorformlings 12 durchgeführt werden.
Die 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer möglichen Sterilisationseinrichtung 52 für einen Vorformling 12 gemäß 2. Aus dieser 3 ist die Aufnahmeeinrichtung 30 des Vorformlings 12 nochmals deutlich dargestellt. Mit der Vorformlingshalteeinheit 32, die in die Mündung des Halsbereichs 33 des Vorformlings 12 eindringt, wird der Vorformling 12 während seiner Vorbehandlung gehalten. Die Düse 36 kann jeweils über Zu- und/oder Ableitungen 38 mit dem Sterilisationsmedium beaufschlagt und/oder dieses aus dem Vorformling 12 abgesaugt werden, um an der Oberfläche 40 des Vorformlings 12 durch zusätzliche Erwärmung seine sterilisierende Wirkung zu entwickeln.
Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anordnung der Behandlungsstationen und der Vorrichtung zum Herstellen von Behältern. über eine Zuführung 50 werden die Vorformlinge 12 an Handhabungseinrichtungen 10 übergeben. Die Vorformlinge 12 werden an einzelne Temperiereinrichtungen 51, die mit einer Mikrowellenbestrahlungseinheit 24 verbunden sind, übergeben. Hier werden die Vorformlinge 12 mittels Mikrowellenstrahlen erwärmt und unmittelbar nach ihrer Erwärmung einer nachgeordneten Sterilisationseinrichtung 52 übergeben. In dieser Sterilisationseinrichtung 52 werden die Vorformlinge 12 sterilisiert und ggf. nach der Sterilisierung gespült. Anschließend erfolgt eine Übergabe der vorbehandelten Vorformlinge 12 mittels einer Sternanordnung an eine Streckblasmaschine 54. Die Streckblasmaschine 54 stellt aus den Vorformlingen 12 fertige Behälter her. Nach der Behälterherstellung kann eine Übergabe an eine Füllmaschine 56 und anschließend an einen Verschließer (nicht dargestellt) und/oder einer Etikettiermaschine (nicht dargestellt) erfolgen.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1056481 B1 [0004]
- JP 04044902 A [0005]
- WO 2007/131701 A2 [0006, 0025]

Claims

Verfahren zur Vorbehandlung von Vorformlingen (12) aus thermoplastischem Kunststoff, bevor diese mittels eines Blasverfahrens zu Behältern umgeformt werden, bei welchem Verfahren die Vorformlinge (12) für das nachfolgende Blasverfahren temperiert und sterilisiert werden, gekennzeichnet durch eine Temperierung der Vorformlinge (12) mittels einer Behandlung mit Mikrowellen und durch eine Sterilisation der Vorformlinge.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sterilisation der Vorformlinge (12) mittels Einbringen eines flüssigen und/oder gasförmigen Sterilisationsmediums in diese erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sterilisation der Vorformlinge (12) (vor und/oder) während und/oder unmittelbar nach der Mikrowellenbestrahlung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sterilisationsmedium flüssiges und/oder gasförmiges Wasserstoffperoxid (H2O2), Peressigsäure o. dgl. umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Sterilisationsmedium ein Gemisch aus Heißluft und Wasserstoffperoxid, Peressigsäure o. dgl. eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sterilisationsmedium in den Vorformling (12) mittels jeweils wenigstens einer Düse (36) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sterilisationsmedium mittels der Mikrowellenbestrahlung verdampft wird und an der Oberfläche (40) der Vorformlinge (12) seine sterilisierende Wirkung entwickelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorformlinge (12) vor dem Erwärmen oder während des Erwärmens oder nach dem Erwärmen, nach der Sterilisationsbehandlung mittels eines geeigneten Spülmediums durchgespült und dabei von Spuren des Sterilisationsmediums befreit werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung und Sterilisation der Vorformlinge (12) in einem kontinuierlichen Prozess, insbesondere auf einer Rundläufermaschine, erfolgt.
Blasmaschine (54) zur Vorbehandlung und zum Blasen von Vorformlingen (12) aus thermoplastischem Kunststoff zu Behältern, mit Handhabungseinrichtungen (10) zur Handhabung und kontinuierlichen Behandlung und Beförderung der Vorformlinge, mit einer Temperiereinrichtung (51) zur Erwärmung der Vorformlinge und mit einer Sterilisationseinrichtung (52), dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (51) eine Mikrowellenbestrahlungseinheit umfasst, und dass die Sterilisationseinrichtung (52) zumindest teilweise in die Handhabungseinrichtung (10) integriert ist.
Blasmaschine (54) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungseinrichtungen (10) jeweils Haltedorne (32) zum Halten der Vorformlinge (12) an deren Halsbereich (33) aufweisen, die mit Düsen (36) zum Einbringen eines Sterilisationsmediums versehen sind.
Blasmaschine (54) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (36) der Haltedorne (32) jeweils über Zu- und/oder Ableitungen (38) mit Sterilisationsmedium beaufschlagbar sind, und dass dieses absaugbar ist.
Blasmaschine (54) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasmaschine (54) als Rundläufermaschine und/oder als Streckblasmaschine ausgebildet ist, in der die Vorformlinge (12) kontinuierlich zu sterilisierten Behältern umformbar sind.