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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gefüllten Behältern, bei dem ein Vorformling aus einem thermoplastischen Material nach einer thermischen Konditionierung entlang eines Transportweges im Bereich einer Heizstrecke innerhalb einer Form durch Druckeinwirkung in den Behälter umgeformt wird sowie bei dem als Fluid zur Behälterformung ein in den Behälter abzufüllendes Füllmedium verwendet wird.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Herstellung von gefüllten Behältern aus einem thermoplastischen Material, die mindestens eine entlang eines Transportweges eines Vorformlings angeordnete Heizstrecke und eine mit einer Form versehene Formstation aufweist, sowie bei der die Formstation eine Zuführeinrichtung für ein in den Behälter abzufüllendes Füllmedium aufweist. Bei einer Behälterformung durch Blasdruckeinwirkung werden Vorformlinge aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise Vorformlinge aus PET (Polyethylenterephthalat), innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zugeführt. Typischerweise weist eine derartige Blasmaschine eine Heizeinrichtung sowie eine Blaseinrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte Vorformling durch biaxiale Orientierung zu einem Behälter expandiert wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der
DE-OS 43 40 291 erläutert. Die einleitend erwähnte Einleitung des unter Druck stehenden Gases umfaßt auch die Druckgaseinleitung in die sich entwickelnde Behälterblase sowie die Druckgaseinleitung in den Vorformling zu Beginn des Blasvorganges.
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Der grundsätzliche Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung wird in der
DE-OS 42 12 583 beschrieben. Möglichkeiten zur Temperierung der Vorformlinge werden in der
DE-OS 23 52 926 erläutert.
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Gemäß einem typischen Verarbeitungsverfahren werden die wie vorstehend beschrieben hergestellten blasgeformten Behälter einer nachfolgenden Fülleinrichtung zugeführt und hier mit dem vorgesehenen Produkt abgefüllt. In der. Regel werden somit eine separate Blasmaschine und eine separate Füllmaschine verwendet. Bekannt ist es ebenfalls bereits, eine separate Blasmaschine und eine separate Füllmaschine unmittelbar miteinander zu koppeln und eine sogenannte verblockte Blas-Füll-Einrichtung bereitzustellen.
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Bekannt ist es darüber hinaus bereits, die Formung der Behälter durch das abzufüllende Füllgut selbst vorzunehmen. Ein entsprechend temperierter Vorformling wird hierzu in eine geeignete Form eingesetzt und anschließend wird das flüssige Füllmedium in den Vorformling sowie die sich aus diesem Vorformling entwickelnde Behälterblase eingeleitet. Die Behälterblase wird hierbei solange aufgeweitet, bis eine vollständige Anlage an der Innenkontur der Form erreicht und der Behälter gefüllt ist. Ein derartiges Verfahren wird auch als hydraulisches Formungsverfahren bezeichnet.
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Bei einer Behälterformung durch das Füllmedium selbst wird lediglich nur noch eine Maschine benötigt, die dafür allerdings eine erhöhte Komplexität aufweist. Erste Versuchsergebnisse mit derartigen Einrichtungen zeigen allerdings, dass die Qualität der hergestellten Behälter noch deutlich unterhalb der Qualität von konventionell hergestellten blasgeformten Behältern liegt. Dies liegt im wesentlichen daran, dass eine Vielzahl bei der Durchführung eines Blasvorganges verfügbarer Prozessparameter bei einer hydraulischen Behälterformung entweder nicht vorliegen oder noch nicht erschlossen werden konnten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß mit geringem maschinenbaulichen Aufwand eine qualitativ hochwertige Behälterformung bei gleichzeitig hohen Durchsatzraten unterstützt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Vorformling während seiner Umformung in den Behälter mindestens zeitweilig geführt wird.
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Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß hohe Durchsatzraten bei einfachem konstruktiven Aufbau und guter Produktqualität unterstützt werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Formstation eine den Vorformling während seiner Umformung in den Behälter mindestens zeitweilig beaufschlagende Führungseinrichtung aufweist.
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Durch die Führung des Vorformlings bei der Umformung des Vorformlings in eine sich entwickelnde Behälterblase und anschließend in den mit der endgültigen Kontur versehenen Behälter wird erreicht, dass ein typischerweise im Bereich einer Vorformlingskuppe angeordnetes Zentrum definiert und reproduzierbar positioniert wird. Eine derartige definierte Positionierung ist wichtig, da bei der Aufweitung des Vorformlings in den Behälter eine biaxiale Orientierung des Materials des Vorformlings durchgeführt wird und hierfür eine gezielte und vorgebbare Materialverteilung innerhalb der Wandung des geformten Behälters erforderlich ist. Bei einer unkontrollierten Behälterformung sind hingegen unerwünschte und insbesondere ungleichmäßige Materialverteilungen zu erwarten.
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Eine besonders wirkungsvolle Führung während des Formungsvorganges kann dadurch erfolgen, dass die Führung unter Verwendung einer Reckstange erfolgt.
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Gemäß einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Füllmedium mindestens teilweise durch die Reckstange hindurch zugeführt wird.
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Alternativ oder ergänzend ist auch daran gedacht, dass das Füllmedium mindestens teilweise an der Reckstange vorbei zugeführt wird.
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Ein gleichmäßiger Formungsvorgang wird dadurch erreicht, dass das Füllmedium mindestens zeitweilig mit einem konstanten Volumenstrom zugeführt wird. Möglichkeiten zur Beeinflussung der Materialverteilung innerhalb der Wandung des geformten Behälters werden dadurch erschlossen, dass das Füllmedium mindestens zeitweilig mit einem variablen Volumenstrom zugeführt wird.
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Eine äußerst kompakte Konstruktion wird dadurch unterstützt, dass der Behälter auf einem rotierenden Prozessrad geformt, gefüllt und verschlossen wird.
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Eine weitere Ausführungsvariante besteht darin, dass eine generierte Reckkraft gemessen wird.
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Lediglich geringe von der Reckstange aufzubringende Reckkräfte können dadurch gewährleistet werden, dass ein Volumenstrom des Füllmediums in Abhängigkeit von einer gemessenen Reckkraft gesteuert wird.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Grundaufbaus einer Einrichtung zur Durchführung einer hydraulischen Behälterformung unter Verwendung eines Füllgutes,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Vorformling mit bereits teilweise eingeführter Reckstange sowie einer Entlüftungseinrichtung,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch einen geformten Behälter mit teilweise eingeführter Reck- und Fülleinrichtung,
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4 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Füll- und Formungseinrichtung,
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5 einen Längsschnitt durch eine Form- und Fülleinrichtung mit einer Abdichtung zur Verhinderung eines Nachtropfens,
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6 eine Ausführungsform mit steuerbarer Zuführung des Füllmediums und separater steuerbarer Entlüftung;
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7 eine schematische Darstellung einer kombinierten Formungs-, Füll- und Verschließeinrichtung und
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8 eine andere Ausführungsform einer kombinierten Einrichtung gemäß 7.
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Der prinzipielle Aufbau einer kombinierten Form- und Fülleinrichtung ist in 1 dargestellt. Von einer Zuführeinrichtung (1) werden schematisch dargestellte Vorformlinge (2) unter Verwendung eines Übergaberades (3) einer Heizeinrichtung (4) zugeführt. Im Bereich der Heizeinrichtung (4) können die Vorformlinge (1) anwendungsabhängig beispielsweise mit ihren Mündungsabschnitten (5) in lotrechter Richtung nach oben oder in lotrechter Richtung nach unten transportiert werden. Die Heizeinrichtung (4) kann beispielsweise mit Heizelementen (6) ausgestattet sein, die entlang einer Transporteinrichtung (7) angeordnet sind. Als Transporteinrichtung (7) kann beispielsweise eine umlaufende Kette verwendet werden.
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Als Heizelemente (6) können beispielsweise IR-Strahler oder lichtemmittierende Dioden oder NIR-Strahler verwendet werden.
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Nach einer ausreichenden Temperierung werden die beheizten Vorformlinge (2) von einem Übergaberad (8) zu einem rotationsfähig angeordneten Prozessrad (9) übergeben. Das Prozessrad (9) ist mit einer Mehrzahl von Formstationen (19) ausgestattet, in deren Bereich sowohl eine Umformung der Vorformlinge (2) in schematisch dargestellte Behälter (11) als auch eine Befüllung der Behälter (11) mit einem vorgesehenen Füllmedium erfolgt. Die Behälterformung erfolgt hierbei synchron mit der Befüllung und vom Füllmedium gesteuert.
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Nach einer Formung und Befüllung werden die Behälter (11) von einem Entnahmerad (12) vom Prozessrad (9) wegtransportiert und einer Ausgabestrecke (13) zugeführt.
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Gemäß der Ausführungsform in 1 ist es vorgesehen, dem Prozessrad (9) über eine Eingabeeinrichtung (14) schematisch dargestellte Verschlußelemente (15) zuzuführen. Hierdurch ist es möglich, auf dem Prozessrad (9) auch bereit ein Verschließen der Behälter (11) durchzuführen und unter Verwendung der Entnahmeeinrichtung (12) fertig geformte, gefüllte und verschlossene Behälter (11) zu handhaben. Das Verschlusselement (15) kann beispielsweise als eine aufschraubbare Verschlußkappe, ein Kronkorken oder eine Siegelfolie ausgebildet sein.
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Als Material für die Vorformlinge (1) können vorzugsweise unterschiedliche thermoplastische Materialien verwendet werden. Beispielhaft seien Polyethylenterephthalat (PET), Polyäthylen (PE), Polyäthylennaphthalat (PEN) oder Polypropylen (PP) genannt. Die Dimensionierung der Vorformlinge sowie das Gewicht der Vorformlinge (2) können an die Größe, das Gewicht und die Gestaltung der herzustellenden Behälter (11) angepasst werden.
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Im Bereich der Heizeinrichtung (4) sind typischerweise eine Vielzahl von elektrischen und elektronischen Bauteilen angeordnet. Darüber hinaus sind die Heizelemente (6) mit feuchtigkeitsempfindlichen Reflektoren versehen. Da im Bereich des Prozessrades (9) unter Verwendung des flüssigen Füllmediums eine Befüllung und Formung der Behälter erfolgt, ist dafür zu sorgen, dass ein unbeabsichtigter Eintrag von Feuchtigkeit in den Bereich der Heizeinrichtung (4) vermieden wird. Dies kann beispielsweise durch eine Abschottung (16) erfolgen, die zumindest einen Spritzschutz bietet. Darüber hinaus ist es auch möglich, im Bereich des Übergaberades (8) verwendete Transportelemente für die Vorformlinge (2) geeignet zu temperieren oder mit Stößen von Druckgas derart zu beaufschlagen, dass anhaftende Feuchtigkeit nicht in den Bereich der Heizeinrichtung (4) gelangen kann.
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Eine Handhabung der Vorformlinge (2) und/oder der Behälter (11) erfolgt vorzugsweise unter Verwendung von Zangen und/oder den Mündungsabschnitt (5) wenigstens bereichsweise von innen oder von außen beaufschlagenden Klemm- oder Steckelementen.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Vorformling (2), in den eine Reckstange (17) eingeführt ist. Die Reckstange dient der mindestens zeitweisen Führung des Vorformlings (1) während seiner Umformung zum Behälter (11). Typischerweise erfolgt ein Kontakt zwischen einer Kuppe (18) der Reckstange (17) sowie einem Boden (19) des Vorformlings (2). Bei einem weiteren Einfahren der Reckstange (17) in den Vorformling (2) hinein wird eine Längsreckung des Vorformlings (2) verursacht. Nach einem Abschluss des Reckvorganges oder zumindest zeitweilig auch bereits während der Durchführung des Reckvorganges wird einer Vorratseinrichtung (20) entnommenes Füllmedium (21) in den Vorformling (2) eingeleitet.
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Eine Dosierung des Füllmediums (21) erfolgt unter Verwendung eines Dosierventils (22). Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Reckstange (17) mindestens bereichsweise hohl ausgebildet und das Füllmedium (21) wird einem Innenraum (23) der Reckstange (17) zugeführt. Im Bereich einer Wandung der Reckstange (17) sind Ausströmöffnungen (24) angeordnet, die von einem Rückschlagventil (25) gegenüber dem Dosierventil (22) absperrbar sind. Hierdurch kann ein unbeabsichtigtes Heraustropfen von Füllmedium (21) aus der Reckstange (17) vermieden bzw. minimiert werden.
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Eine Entlüftung des Vorformlings (2) kann unter Verwendung eines Entlüftungventils (26) erfolgen. Das Entlüftungsventil (26) ist mit einer Ausströmöffnung (27) verbunden, die im Bereich eines den Vorformlings (1) beaufschlagenden Anschlusselementes (28) angeordnet. ist. Durch das Anschlusselement (28) hindurch ist die Reckstange (17) positionierbar. Der Vorformling (2) wird gegenüber dem Anschlußelement (28) von einer Dichtung (29) abgedichtet, die beispielsweise als ein O-Ring ausgebildet sein kann. Ein Innenraum (30) des Vorformlings (2) kann über einen Ringspalt (31) mit der Ausströmöffnung (27) verbunden sein. Der Ringspalt (31) umschließt hierbei bereichsweise die Reckstange (17).
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3 zeigt schematisch eine ähnliche Einrichtung wie in der Darstellung gemäß 2 unter Verwendung einer hohlen Reckstange (17) mit einem eingebauten Rückschlagventil (25). Dargestellt ist allerdings ein bereits fertig geformter Behälter (11). Zu erkennen ist sowohl in 2 als auch in 3, dass vorzugsweise eine Mehrzahl von Ausströmöffnungen (24) im Bereich der Reckstange (17) angeordnet werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind derartige Ausströmöffnungen (24) auf unterschiedlichen Höhenniveaus entlang einer Längsachse (32) der Reckstange (17) positioniert. Ebenfalls zeigt das dargestellte Ausführungsbeispiel eine Ausrichtung der Ausströmöffnungen (24) mit einer im wesentlichen horizontalen Ausströmrichtung. Sowohl die Anordnung der Ausströmöffnungen (24) im Bereich der. Reckstange (17) als auch die Ausrichtung der Ausströmöffnungen (24) ist aber variierbar. Angestrebt wird typischerweise ein möglichst ruhiges und spritzarmes Ausströmverhalten.
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Gemäß der Ausführungsform in 4 wird eine massive Reckstange (17) verwendet. Eine Zuführung des Füllmediums (21) erfolgt entlang mindestens eines Strömungskanals an der Reckstange (17) vorbei. Vorzugsweise wird hierzu der Ringspalt (31) verwendet. Auch bei dieser Ausführungsform ist es möglich, ein gezieltes Entlüften durchzuführen.
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5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Reckstange (17) eine zur Verhinderung eines Nachtropfens optimierte Ausführungsform besitzt. Im Bereich der Kuppe (17) ist hierzu ein Dichtelement (33) angeordnet. Das Dichtelement (33) kann beispielsweise durch eine Durchmesservergrößerung der Reckstange (17) bereitgestellt werden. Ebenfalls ist eine geeignete Materialauswahl denkbar. Beim Zurückziehen der Reckstange (17) aus dem Behälter (11) heraus gelangt das Dichtelement (33) in Kontakt mit einem Gegenelement (33), das im Bereich des Anschlußelementes (28) angeordnet ist. Das Gegenelement (34) ist vorzugsweise als eine Dichtung ausgeführt. Die Ausströmöffnungen (24) der Reckstange (17) sind nach einer entsprechenden Positionierung der Reckstange (17) abgedichtet vom Behälter (11) getrennt angeordnet, so dass ein Nachtropfen aus dem Innenraum (23) der Reckstange (17) heraus sicher vermieden werden kann. Im Bereich des Anschlusselementes (28) ist typischerweise mindestens ein Lager (35) zur Führung der Reckstange (17) angeordnet.
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6 zeigt eine Ausführungsform, bei der wiederum eine massive Reckstange (17) verwendet wird. Durch an der Reckstange (17) vorbeilaufende Strömungskanäle, inbesondere durch den Ringspalt (31) hindurch, ist sowohl das Dosierventil (22) für das Füllmedium (21) als auch das Entlüftungsventil (26) mit dem Innenraum (30) des Vorformlings (2) bzw. des Behälters (11) verbunden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ausströmöffnung (27) in einer radialen Richtung des Anschlußelementes (28) gegenüberliegend zu einer Zuführöffnung (36) angeordnet, die mit dem Dosierventil (22) verbunden ist.
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7 zeigt eine Ausführungsform, bei der im Bereich des Prozessrades (9) gemäß 1 auch ein Verschließender Behälter (11) erfolgt. Der Behälter (11) ist hierbei noch im Bereich einer Form (37) angeordnet, die einen Teil der Formstation (10) gemäß 1 ausbildet. Eine Verschließeinrichtung (38) ist bei dieser Ausführungsform bezüglich der Längsachse (32) koaxial zum Anschlußelement (28) angeordnet. Die Verschließeinrichtung (38) besitzt beispielsweise verschwenkbar angeordnete Greifer (39), die zur Beaufschlagung des Verschlußelementes (15) vorgesehen sind. Insbesondere ist daran gedacht, die Verschließeinrichtung (38) drehbeweglich relativ zum Anschlußelement (28) anzuordnen. Hierdurch kann das Verschlußelement (15) mit einem Innengewinde auf ein Außengewindes des Mündungsabschnittes (5) aufgeschraubt werden.
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8 zeigt eine alternative Ausführungsform zur Konstruktion gemäß 7. Die Verschließeinrichtung (38) und das Anschlußelement (28) sind hier nicht koaxial relativ zueinander angeordnet, sondern werden von einem Werkzeugträger (40) abwechselnd in einer Arbeitsanordnung bzw. einer Ruheanordnung positioniert. Der Werkzeugträger (40) kann beispielsweise revolverartig ausgebildet und mit einer Drehachse (41) versehen sein.
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Nachfolgend werden einige Prozesstypische Parameter beispielhaft näher erläutert. Das Füllmedium (21) wird dem Anschlusselement (28) vorzugsweise mit einer Temperatur des umgebenden Raumes, beispielsweise im Bereich von 20°C bis 30°C, zugeführt. Das Füllmedium (21) kühlt hierdurch das Material des Behälters (11) und unterstützt eine schnelle Formstabilität des geformten Behälters (11). Hierdurch wird eine sehr kurze Zykluszeit unterstützt. Ebenfalls ist es aber möglich, das Füllmedium (21) stärker gekühlt oder erwärmt zuzuführen.
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Während der Formung des Behälters (11) kann das Füllmedium (21) zumindest zeitweilig mit einem konstanten Volumenstrom in den Vorformling (2) bzw. den Behälter (11) eingeleitet werden. Es ist aber auch möglich, für den Volumenstrom ein geeignetes zeitliches Profil derart vorzugeben, dass zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedlich große Volumenströme generiert werden.
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Vor einer Einleitung des Füllmediums (21) ist es möglich, innerhalb des Vorformlings (1) befindliche Luft abzusaugen und/oder durch ein Inertgas zu ersetzen. Dies empfiehlt sich insbesondere bei oxidationsempfindlichen Füllmedien (21).
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Als Füllmedium (21) können entweder reine Flüssigkeiten oder mit Zusätzen versehene Flüssigkeiten verwendet werden. Insbesondere ist an eine Zuführung von carbonisierten Füllmedien gedacht. Da das Füllmedium (21) dem Vorformling (1) bzw. dem Behälter (2) unter Druck zugeführt wird, beispielsweise mit einem Druck von 10 bar, erweist es sich als zweckmäßig, sämtliche Strömungswege für das Füllmedium (21) derart zu gestalten, dass lokale Dekompressionen durch die Strömungsvorgänge vermieden werden. Eine lokale oder zeitweilige Dekompression könnte ansonsten zu einem Ausgasen von Kohlendioxid führen.
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Alternativ zu der in 1 dargestellten Beheizung von vorzugsweise spritzgegossenen Vorformlingen (2) ist es auch möglich, die Vorformlinge (2) unmittelbar vor ihrer Umformung in die Behälter (11) herzustellen. Dies kann beispielsweise durch einen Spritzgussvorgang wie bei einem sogenannten einstufigen Spritz-Blas-Verfahren erfolgen, ebenfalls ist eine Kompressions-Formung möglich. Eine derartige Formung der Vorformlinge (2) vermeidet die Verwendung von elektrischen und elektronischen Bauteilen im Bereich einer Heizeinrichtung oder reduziert zumindest wesentlich den Umfang einer Verwendung derartiger Teile, da diese dann nur noch für eine eventuell erforderliche Temperaturprofilierung benötigt werden.
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Als Materialien für die Bauteile des Prozessrades (9) werden vorzugsweise korrosionsfeste Stoffe verwendet. Gedacht ist insbesondere an die Verwendung von nichtrostenden Stählen sowie Kunststoffen. Insbesondere ist daran gedacht, die Formen (37) ganz oder teilweise aus einem geeigneten Kunststoff auszubilden.
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Zur Minimierung der erforderlichen Reckkräfte ist daran gedacht, den Reckvorgang durch eine Zufuhr des Füllmediums (21) zu unterstützen. Bei einer derartigen Unterstützung ist allerdings dafür zu sorgen, dass die Führung des Vorformlings (2) durch die Reckstange (17) sichergestellt ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die einwirkende Reckkraft gemessen wird und eine Steuerung des Volumenstromes des Füllmediums (21) derart erfolgt, dass immer eine Mindestreckkraft aufrecht erhalten bleibt. Die Größe der Reckkraft läßt sich insbesondere sehr einfach bei elektrisch angetriebenen Recksystemen durch die Messung des Antriebsstromes oder bei pneumatischen Recksystemen durch eine Druckmessung ermitteln.
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Bei der Abfüllung von Behältern (11) mit dem Füllmedium (21) ist es häufig erwünscht, nach einem Verschließen des Behälters (11) einen gasgefüllten Kopfraum bereitzustellen. Dieser freie Kopfraum kann durch die Volumenverminderung generiert werden, die aus dem Zurückziehen der Reckstange (17) resultiert.
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Die oben bereits erläuterte Materialauswahl erfolgt insbesondere auch unter Berücksichtigung von gegebenen Hygieneanforderungen. Es wird hierbei eine Entkeimbarkeit bzw. Sterilisierbarkeit gewährleistet. Ebenfalls erfolgt ein konstruktiver Aufbau derart, dass die Anforderungen an eine gute Reinigbarkeit erfüllt sind.
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Eines oder mehrere der Übergaberäder können mit Servoantrieben ausgestattet sein.
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Hierdurch wird es insbesondere unterstützt, eine vollständige Trennung der Heizeinrichtung (4) vom Prozessrad (9) während der Durchführung von Reinigungsvorgängen zu realisieren. Ebenfalls ist daran gedacht, im Bereich mindestens eines der Übergaberäder zurückziehbare Handhabungselemente anzuordnen. Ein weiterer Feuchtigkeitsschutz kann durch die Verwendung eines Trockenlufttunnels erfolgen.
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Nachfolgend wird beispielhaft ein konkreter Prozessablauf beschrieben. Vor oder nach dem Einsetzen des Vorformlings (2) in die Form (37) erfolgt zunächst ein Gasaustausch im Innenraum des Vorformlings, um insbesondere Sauerstoff zu verdrängen oder den Anteil von Sauerstoff zu vermindern. Ein Vorgang des Spülens und/oder Evakuierens dauert typischerweise höchstens 0,1 Sekunde. Das Recken des Vorformlings (2) unter Verwendung der Reckstange (17) dauert typischerweise etwa 0,2 Sekunden. Ebenfalls ist für das Füllen und die hieraus resultierende Umformung des Vorformlings (2) in den Behälter (11) ein Zeitraum von etwa 0,2 Sekunden vorgesehen. Für das anschließende Schaffen eines Kopfraumes wird typischerweise maximal ein Zeitraum von 0,2 Sekunden benötigt. Der Vorgang des Beruhigens und Entlastens des abgefüllten Behälters erfolgt bei stillen Getränken äußerst schnell, bei kohlensäurehaltigen Getränken kann dieser Vorgang einen Zeitraum bis zu 5 Sekunden in Anspruch nehmen.
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Eine Behandlung des Kopfraumes kann anschließend beispielsweise unter Verwendung einer Hochdruckaufschäumung oder einer Zudosierung von Stickstoff erfolgen. Das anschließende Zuführen einer Verschlußkappe kann bei carbonisierten Getränken einen Zeitraum bis zu 1,5 Sekunden in Anspruch nehmen. Ebenfalls nimmt der Vorgang des Verschließens bzw. Aufschraubens beispielsweise einen Zeitraum von 1,5 Sekunden in Anspruch.
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Nach dem fertigen Verschließen des Behälters (11) öffnet die Form (37) und derabgefüllte Behälter (11) wird entnommen und abtransportiert.
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Während der Einleitung des Füllgutes in den umzuformenden Vorformling (2) bzw. den noch in der Formung befindlichen Behälter (11) ergibt sich in der Regel ein typischer Druckverlauf im Füllsystem. Aufgrund der Aufweitung des Behälters (11) liegt zunächst ein vergleichsweise geringer Druck vor, der zum Ende des Formungsvorgangs ansteigt. Der entsprechende Druckanstieg bzw. die Höhe des Druckanstieges im Füllsystem, insbesondere in der Füllleitung, kann als Steuergröße für einen folgenden Prozessschritt verwendet werden und gegebenenfalls den Zeitpunkt der Einleitung dieses nächsten Prozessschrittes bestimmen. Alternativ oder ergänzend ist auch daran gedacht, als Steuergrößen die Charakteristik des Druckverlaufes und/oder des Volumenstromes des Füllgutes zu verwenden.
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Hinsichtlich der Temperatur des Füllgutes ist insbesondere daran gedacht, das Füllgut mit einer Umgebungstemperatur zuzuführen. In Abhängigkeit von den jeweiligen Anwendungsrandbedingungen ist aber gegenüber einer Befüllung mit Umgebungstemperatur auch eine Temperaturerhöhung oder eine Temperaturerniedrigung denkbar.
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Gemäß einer weiteren Variante ist daran gedacht, den Füllvorgang zweistufig durchzuführen, wobei während der ersten Prozessstufe das Füllgut mit einer Temperatur zugeführt wird, die größer ist als die Temperatur während des zweiten Prozessschrittes. Der erste Prozessschritt kann beispielsweise durchgeführt werden, wenn über die Reckstange (11) die Längsreckung des Vorformlings (2) durchgeführt wird. Der zweite Prozessschritt schließt sich dann an die Durchführung des Reckvorganges an und entspricht der Queraufweitung des Behälters (11).
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Bei der vorstehend bereits kurz erwähnten Beruhigung im Kopfraum nach der Druckentlastung ist auch daran gedacht, gegebenenfalls eine Absaugung von sich bildenden Gasen und/oder Schaum durchzuführen.
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Hinsichtlich des Verschließens der fertig geformten und befüllten Behälter (11) sind ebenfalls unterschiedliche Varianten realisierbar. Bei einer Variante ist es möglich, einen Teil der Behandlungsstation auf dem Blasrad mit einem Revolverkopf zu versehen. Der Revolverkopf umfasst einerseits einen Blas- und Füllkopf und andererseits einen Verschließkopf. Dies entspricht der schematischen Darstellung in 8. Ebenfalls ist es aber denkbar, eine integrierte Konstruktion zu verwenden, bei der der jeweilige Kopf sowohl den Blas-, den Füll- und den Verschließvorgang durchführt.
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Gemäß einer weiteren Variante sind zwar der Blas- Füllkopf und der Verschließkopf als separate Bauteile ausgebildet, jedoch verschwenkbar an jeder Formungs- und Füllstation angeordnet. Gemäß einer dritten Variante ist lediglich der Blas- und Füllkopf auf dem Blasrad angeordnet und es erfolgt eine Übergabe des noch offenen Behälters an eine separate Verschlußvorrichtung, beispielsweise ein Transportrad, das mit einem Verschließkopf ausgestattet ist.
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Die Applikation der Verschlüsse, beispielsweise der Verschlusskappen, kann beispielsweise unmittelbar nach der Öffnung der Formen (37) erfolgen. Hierdurch würde somit eine Aufgabe der Verschlusskappen auf dem Blasrad erfolgen. insbesondere ist daran gedacht, vor einer Aufgabe der Verschlusskappen den Mündungsraum des gefüllten Behälters (11) mit einem Inertgas zu beaufschlagen.
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Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn bei vorgenanntem Verfahren das mindestens ein Füllmedium (21) oder mindestens ein Teilvolumen von mindestens einem Füllmedium (21) auf zwei oder mehr unterschiedlichen Höhenniveaus in den Vorformling oder einen teilweise expandierten Vorformling oder den Behälter (11) eingeleitet wird. So kann eine Schichtung des Füllgutes und damit eine höhere Stabilität des gelösten Kohlendioxids erreicht werden.
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Es hat sich nämlich gezeigt, dass die große Druckdifferenz zwischen dem Prozessschritt der Behälterausformung und dem Atmosphärendruck, beim Entlassen des Behälters aus der Form zu hohen Produktverlusten durch Schaumbildung führt.
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Bei einer Variante ist vorgesehen, dass ein Teil des Füllmediums (21) an der Reckstange (17) vorbei und ein weiterer Teil durch die Reckstange (17) hindurch zugeführt wird. Hierbei ist vorteilhaft, wenn auf den mindestens zwei unterschiedlichen Höhenniveaus das Füllmedium (21) oder Anteile hiervon mit unterschiedlichen Konzentrationen an Kohlendioxid zugeführt werden, insbesondere der Anteil des Füllgutes (21), welches den höheren Anteil an Kohlendioxid enthält, auf dem tieferen Höhenniveau zugeführt wird.
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Besonders effektiv kann eine Schichtung erreicht werden, wenn der stärker kohlendioxidhaltige Anteil des Füllmediums (21) gekühlt wird, insbesondere kälter ist als der Anteil des Füllmediums (21) der kein Kohlendioxid oder eine geringere Konzentration an Kohlendioxid enthält.
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Bei einer vorteilhaften Verfahrensführung wird dabei der stärker kohlendioxidhaltige Anteil des Füllmediums (21) durch die Reckstange (17) hindurch zugeführt wird, idealerweise wird das Füllgut auf mindestens zwei Höhenniveaus zeitversetzt zugeführt und/oder mit unterschiedlichen Drücken zugeführt wird.
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Hierbei sollte die Reckstange mindestens bereichsweise relativ zum Füllgut thermisch isoliert wird, insbesondere diejenige Leitung oder Leitungsabschnitt thermisch isoliert ist, in welchem der Anteil des Füllmediums (21) geführt wird, der den höheren Kohlendioxidanteil enthält.
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Die Effekten und Vorteile können noch gesteigert werden, wenn mindestens ein Teilstrom des Füllmediums (21) turbulenzarm in den Innenraum (30) des Vorformlings (2) oder des Behälters (11) eingeleitet wird. Weiterhin sollte kann der Anteil des Füllmediums (21) mit dem höheren Kohlendioxidanteil erst dann über die tiefer angeordneten Auslassöffnungen (24) eingeleitet wird, wenn der Füllstand innerhalb des Vorformlings (2) beziehungsweise des teilweise ausgeformten Behälters (11), die Auslassöffnungen (24) vollständig überdeckt.
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Bei einer derartigen Vorrichtung ist somit eine Karbonatisierungseinheit vorgesehen und eine Kühlstation oder -einheit, mit welcher mindestens in einem Teilstrom des Füllmediums (21) gekühlt werden kann.
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Die Reckstange (17) weist und im Innenraum (23) einen Hohlraum auf, durch den mindestens eine Teil des Füllmediums (21) leitbar ist, und wobei mindestens am unteren Ende der Reckstange Auslassöffnungen (24) vorgesehen sind.
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Die Kühlungseinheit kann entlang der Leitung für mindestens den Anteil des Füllmediums (21) vorgesehen ist, in welchem stromabwärts Kohlendioxid gelöst wird oder welche von der Karbonatisierungseinheit zuströmt.
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Vorteilhafterweise sind mindestens ein Teil der Auslässe (24) auf einem tieferen Höhenniveau und weisen abgerundete Kanten auf, insbesondere sind die Ein- und Auslauföffnungen auf beiden Seiten mit abgerundete Kanten versehen, d. h. haben Radien, insbesondere sind sie trichter- oder kelchförmig ausgeformt.
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Vorteilhaft ist es, wenn ein Teil oder alle Auslässe (24) auf dem tieferen Höhenniveau mit der Achse der Hauptsströmungsrichtung der jeweiligen Auslässe (24) aus der Horizontalen um mehr als 10 Grad nach unten geneigt sind, insbesondere um 15 bis 30 Grad geneigt sind.
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Wir in der Reckstange auch der kohlendioxidfrei oder -arme Fluidanteil geführt, sollten die entsprechenden Auslässe aus der Horizontalen nach oben geneigt sein, aber analog ausgeformt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zuführvorrichtung
- 2
- Vorformling
- 3
- Übergaberad
- 4
- Heizeinrichtung
- 5
- Mündungsabschnitt
- 6
- Heizelement
- 7
- Transporteinrichtung
- 8
- Übergaberad
- 9
- Prozessrad
- 11
- Behälter
- 12
- Entnahmerad
- 13
- Ausgabestrecke
- 14
- Eingabeeinrichtung
- 15
- Verschlusselement
- 16
- Form-Abschottung
- 17
- Reckstange
- 18
- Kuppe der Reckstange
- 19
- Boden des Vorformlings
- 20
- Vorradseinrichtung
- 21
- Füllmedium
- 22
- Dosierventil
- 23
- Innenraum der Reckstange
- 24
- Auslassöffnung
- 25
- Rückschlagventil
- 26
- Entlüftungsventil
- 27
- Auslassöffnung
- 28
- Anschlusselement
- 29
- Dichtung
- 30
- Innenraum des Vorformlings
- 31
- Ringspalt
- 32
- Längsachse der Flasche bzw. Reckstange
- 33
- Dichtelement
- 34
- Gegenelement
- 35
- Lager
- 36
- Zuführöffnung
- 37
- Form
- 38
- Verschließeinrichtung
- 39
- Greifer
- 40
- Werkzeugträger
- 41
- Drehachse
- 42
-
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4340291 A [0002]
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