DE102012013320A1

DE102012013320A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verschließen eines gefüllten Behälters

Info

Publication number: DE102012013320A1
Application number: DE102012013320.0A
Authority: DE
Inventors: Frank Hasendonckx; Arne Wiese
Original assignee: KHS Corpoplast GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-01-09
Also published as: WO2014005706A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Verschließen eines gefüllten Behälters (2), der einen Mündungsbereich (3) mit einer Behälteröffnung und Stützmittel (9) in einem Greifbereich aufweist, mit einer Greifeinrichtung, die an den Stützmitteln (9) angreifend ausgebildet ist zum Halten des Behälters (2), wobei der Greifbereich bodenseitig des Mündungsbereiches angeordnet ist, mit einer Verschließeinrichtung (25) zum Verschließen des Behälters (2), und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) weiterhin eine Druckkammer (12) aufweist, wobei die Verschließeinrichtung (25) innerhalb der Druckkammer (12) angeordnet ist, wobei die Druckkammer (12) gebildet und begrenzt wird von bewegbar angeordneten Druckkammermitteln, die ausgebildet sind, in Anlage zu einem Behälterbereich unterhalb des Mündungsbereiches (3) zu gelangen, und die bei Anlage eine den Mündungsbereich (3) des Behälters (2) umgebende, für einen Druckaufbau geeignete Druckkammer (12) zu bilden, wobei die Vorrichtung (1) eine Druckeinrichtung (22) aufweist, mit der in der Druckkammer (12) ein definierter Innendruck aufbaubar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verschließen eines gefüllten Behälters (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verschließen eines gefüllten Behälters.
Vorzugsweise betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verschließen von dünnwandigen Behältern, die durch eine Behälterformung mittels Blasdruckeinwirkung hergestellt werden. Dabei 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. 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.
Nach der Behälterformung werden die Behälter gefüllt und anschließend mittels einer Verschließvorrichtung verschlossen, z. B. ein Deckel aufgeschraubt oder eine Siegelkappe aufgebracht. Insbesondere Fruchtsäfte oder Eistees werden in einem sogenannten „Hotfill”-Verfahren in die dünnwandigen Behälter gefüllt. Hierfür wird das Füllgut stark erhitzt, um jegliche evtl. in dem Füllgut vorhandenen Keime vor dem Abfüllen abzutöten. Nach dem Erhitzen wird das heiße Füllgut in Behälter abgefüllt und anschließend sofort verschlossen, um eine Verkeimung durch das Eindringen von Keimen während des Abkühlens zu verhindern. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, dass sich das Volumen des Füllguts beim Abkühlen reduziert (sog. Volumenschrumpf). Da der Behälter aber verschlossen ist entsteht darin ein Unterdruck, der dazu führt, dass sich der dünnwandige Behälter nach innen verformt. Um dies zu vermeiden, wird beim Hotfill-Verfahren z. B. im Stand der Technik über einen Stickstoffdroppler ein Tropfen flüssiger Stickstoff in den Behälter gegeben, bevor er verschlossen wird. Der verdampfende Tropfen führt zu einer Stickstoffgasmenge mit einem größerem als dem Tropfenvolumen und erzeugt so einen Überdruck, der den durch das abkühlende Füllgut entstehenden Unterdruck kompensiert.
Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, dass der durch den Stickstoff erzeugte Überdruck nur schwer zu regulieren ist. In der Regel wird der Stickstofftropfen daher überdimensioniert, um sicherzugehen, dass der Unterdruck durch Volumenschrumpf durch den Überdruck kompensiert wird, in der Regel ist der Tropfen daher überdimensioniert. Aufgrund der Überdimensionierung des Stickstofftropfens entsteht in dem Behälter ein Überdruck. Dies hat zur Folge, dass die Wände der Behälter stärker dimensioniert werden müssen, damit der Behälter der zusätzlichen Belastung durch den Überdrucks zuverlässig standhält. Entsprechend muss für die Behälterwände mehr Material verwendet werden, als ohne Überdruck im Behälter, wodurch das einzusetzende Materialgewicht und damit verbunden die Materialkosten steigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine in dieser Hinsicht verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Verschließen eines gefüllten Behälters bereitzustellen.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 7 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verschließen eines gefüllten Behälters umfasst eine Greifeinrichtung, die an Stützmitteln, die am Behälter ausgebildet sind, z. B. ein umlaufender Neckring, ein Pilver Proof Ring oder umlaufende Nuten, den Behälter ergreift und dadurch hält. Eine solche Greifeinrichtung kann z. B. eine im Stand der Technik bekannte Zange sein. Der Greifbereich ist bodenseitig des Mündungsbereiches angeordnet, der dadurch für das Verschließen frei zugänglich ist. Das Verschleißen erfolgt durch eine Verschließeinrichtung. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Druckkammer auf, wobei die Verschließeinrichtung innerhalb der Druckkammer angeordnet ist. Die Vorrichtung weist eine Druckeinrichtung auf, z. B. eine Anschlussleitung an eine Druckluftversorgung, mit der in der Druckkammer ein definierter Innendruck aufbaubar ist. Die Druckkammer wird gebildet und begrenzt von bewegbar angeordneten Druckkammermitteln, die z. B. in einer Ruhestellung so angeordnet werden können, dass die Flasche zu- oder abgeführt werden kann. Ist ein Druckaufbau erforderlich können die Druckkammermittel bewegt werden, um in Anlage zu einem Behälterbereich unterhalb des Mündungsbereiches zu gelangen. Sie können dazu z. B. höhenbeweglich angeordnet sein. Für den Höhenantrieb kann z. B. ein Antrieb vorgesehen sein oder die Höhenbewegung kann in bekannter Weise von anderen Bewegungen abgeleitet werden, z. B. von einer Drehbewegung, wenn es sich um eine Vorrichtung rotierender Bauart handelt. Bei Anlage ist eine den Mündungsbereich des Behälters umgebende, für einen Druckaufbau geeignete Druckkammer gebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die Anordnung einer Druckkammer um den Mündungsbereich des Behälters herum die Möglichkeit gegeben, im Mündungsbereich und damit auch in dem freien Lumen des gefüllten Behälters einen vom Umgebungsdruck abweichenden Innendruck, nämlich einen Überdruck, zu erzeugen. Durch die Anordnung der Verschließeinrichtung in dieser Druckkammer kann der Behälter unter dem Überdruck verschlossen werden. Somit bietet die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass mit Hilfe der Druckkammer ein definierter Überdruck in dem befüllten Behälter bei Verschließen des Behälters erzeugt werden kann. Die Druckeinstellung kann sehr viel exakter erfolgen als das Dosieren eines Stickstofftropfens. Mit Kenntnis des definierten Drucks und unter Berücksichtigung der möglichen Schwankungen des Füllstandes kann vorteilhaft der nach dem Abkühlen des Getränkes in dem Behälter verbleibende Druck relativ genau eingestellt werden, wobei der Druck vorzugsweise so eingestellt wird, dass kein Überdruck in dem Behälter verbleibt, sondern im wesentlichen der Umgebungsdruck. Auf diese Weise kann durch die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik eine Druckreduktion im Behälterinneren erreicht werden. Eine Druckreduktion bedeutet eine Entlastung des Behälters, dessen Wände entsprechend dünner dimensioniert werden können, wodurch vorteilhaft Materialeinsparungen und damit Kosteneinsparungen erreicht werden.
Es ist in einem anderen technischen Zusammenhang bekannt, den Mündungsbereich eines Behälters mit einer Druckkammer zu umgeben. Dazu wird eine Glocke abdichtend auf einem an dem Behälter vorgesehenen Neckring abgesenkt, und der Mündungsbereich auf diese Weise von dem Umgebungsdruck abgekapselt. Im allgemeinen dient der Stützring dem Transport des Vorformlings/Behälters durch die Blasformmaschine und die Füllmaschine, indem dort angegriffen werden kann. Grundsätzlich können auch in der vorliegenden Erfindung die Druckkammermittel auf oder an diesem Neckring zur Anlage kommen.
Problematisch ist dabei, dass aus Gründen der Materialersparnis und damit der Kostenreduzierung der Stützring immer kleiner dimensioniert wird und damit eine immer geringere Fläche zur Abdichtung bietet.
Mit Vorteil werden daher die Merkmale des Anspruch 2 vorgesehen, besonders bevorzugt in Ausbildung gemäß der Merkmale in den Ansprüchen 3 oder 4. Dabei wird die Druckkammer jeweils von einem glockenförmigen Kammerelement und einem ringförmigen Kammerelement gebildet. Das ringförmige Element, die Ringeinrichtung wird unterhalb des Mündungsbereiches angeordnet und umgreift den Behälter. Das glockenförmige Element kann dann abgesenkt werden und an oder auf dem Ringelement zur Anlage kommen zur Bildung der Druckkammer. Eine zusätzliche Ringeinrichtung kann dadurch entfallen, dass die Greifeinrichtung zumindest teilweise die Ringeinrichtung bildet. Besonders bevorzugt ist, dass die Greifeinrichtung vollständig die Ringeinrichtung bildet, und den Greifbereich um 360° umgreifend ausgebildet ist. In Alternative dazu könnte die Glocke einen unteren Randbereich haben, der sich mit der Greifeinrichtung zu 360° ergänzt. Ein typische Greifeinrichtung sind die im Stand der Technik bekannten Zangen, die in der Regel z. B. eine Umfangsbereich von etwa 180° umgreifen. Die noch erforderlich weiteren 180° könnte die Glocke mit einem unteren Vorsprung bilden. Dies würde z. B. eine Neukonstruktion bekannter Greifeinrichtungen entbehrlich machen
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Druckkammer den Mündungsbereich hermetisch abdichtet, so dass der in der Druckkammer erzeugte Innendruck in einfacher Weise aufrechterhalten werden kann. In Alternative dazu müsste gegen Undichtigkeiten mit höherer Leistung ein Druck aufgebaut werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Messeinrichtung auf, über die der Füllstand des gefüllten Behälters ermittelbar ist. Dies eröffnet die Möglichkeit über eine vorgesehene Steuereinrichtung eine Regelung des Innendrucks in der Druckkammer basierend auf den von der Messeinrichtung erhaltenen Informationen über den Füllstand in dem gefüllten Behälter vorzusehen. Es kann dazu z. B. nach Abschluss der Füllvorganges eine Messung durchgeführt werden, es kann aber auch laufend gemessen werden. Die Steuerung des Druckes kann noch exakter ausgeführt werden, indem das freien Lumen im Mündungsbereich der Flasche exakter bestimmt wird, z. B. durch Messung des Durchmessers. Dazu kann eine geeignete Messeinrichtung vorgesehen sein, die ihre Messergebnisse ebenfalls an die Steuereinrichtung liefert.
Die Aufgabe wird weiterhin auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verschließen eines gefüllten Behälters wird der Behälter von einer Greifeinrichtung ergriffen und von einer Verschließeinrichtung verschlossen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt eine Ringeinrichtung angeordnet wird, dass eine Glocke über dem Mündungsbereich so angeordnet wird, dass die Glocke zusammen mit der Ringeinrichtung eine den Mündungsbereich umgebende, einen Druckaufbau ermöglichende Druckkammer bildet, wobei die Verschließeinrichtung in der Druckkammer angeordnet wird, dass in dieser Druckkammer ein Überdruck angelegt wird, und dass anschließend der Behälter verschlossen wird.
Dabei bildet die Greifeinrichtung gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Ringeinrichtung zumindest teilweise aus, insbesondere umgreift sie den Behälter um 360°. Die Glocke kann dann auf der Greifeinrichtung abdichten.
Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach der Bildung der Druckkammer über eine Füllstandsmesseinrichtung der Füllstand in dem gefüllten Behälter ermittelt. Die ermittelten Informationen über den Füllstand werden an eine Steuereinrichtung übermittelt. Im darauffolgenden Verfahrensschritt definiert die Steuereinrichtung anhand der übermittelten Füllstandsinformationen einen Innendruck für die Druckkammer. Daran anschließend stellt die Steuereinrichtung über eine Druckeinrichtung den definierten Innendruck in der Druckkammer ein. Dann wird über eine in der Druckkammer angeordnete Verschließeinrichtung der Behälter bei definiertem Innendruck verschlossen.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit seinen Ausgestaltungen bietet den Vorteil, dass der Füllstand in den Behältern ermittelt werden kann. Über die Steuereinrichtung wird über anhand der Füllstandsinformationen ein Innendruck für die Druckkammer definiert, der so ausgelegt wird, das ein möglichst geringer oder besonders vorteilhaft gar kein Überdruck in dem Behälter nach dem Verschließen und dem Abkühlen der Flüssigkeit in dem Behälter verbleibt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Darstellung (1) näher erläutert.
Die 1 zeigt eine Vorrichtung zum Verschließen eines Behälters 2, wobei es sich bei dem dargestellten Behälter 2 um eine Getränkeflasche handelt. Der Behälter 2 weist einen Mündungsbereich 3 auf, der im dargestellten Beispiel mit einem Gewinde 7 versehen ist. Unterhalb des Gewindes 7 ist ein Neckring 9 dargestellt, der der Handhabung des Behälters 2 dient. In bekannter Weise kann dort eine Zange angreifen. Der Behälter 2 weist weiterhin eine Behälterseitenwand 4 auf. Die Behälterseitenwand 4 und der Mündungsbereich 3 sind über den Behälterhalsbereich 5 verbunden. Der Behälter 2 ist nach unten durch einen Boden 6 geschlossen, der sich dem unteren Bereich der Behälterseitenwand 4 anschließt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Behälter 2 über eine Ringeinrichtung 10 gehalten, die rechtwinklig zu der Längsachse 8 des Behälters 2 angeordnet ist, wobei es sich bei der Ringeinrichtung 10 um die Greifeinrichtung handeln kann, über die der Behälter 2 ergriffen und durch die Vorrichtung transportiert wird. Im gezeigten Beispiel könnte die Greifeinrichtung den Neckring 9 von unten stützen und dadurch den Behälter 2 tragen. Oberhalb der Ringeinrichtung 10 ist eine Glocke 11 dergestalt angeordnet, dass aus der Ringeinrichtung 10 und der Glocke 11 die erfindungsgemäße Druckkammer 12 gebildet wird.
Um eine hermetische Abdichtung der Druckkammer 12 zu erreichen, ist in dem Bereich zwischen der Ringeinrichtung 10 und dem Behälter 2 eine erste Dichtung 13 vorgesehen, über die eine Abdichtung zwischen dem Behälter und der Ringeinrichtung realisiert wird. Weiterhin ist zwischen der Ringeinrichtung 10 und der Glocke 11 eine zweite Dichtung 14 angeordnet, die eine Abdichtung zwischen der Glocke 11 und der Ringeinheit 11 herstellt.
Zur Regelung des Innendrucks, vorzugsweise eines Überdrucks, ist eine Steuereinrichtung 20 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 20 ist mit einer Füllstandsmesseinrichtung 21 gekoppelt. Die Füllstandsmesseinrichtung 21 ermittelt den Füllstand in dem Behälter 2, wobei die Füllstandsmessung z. B. optisch oder über andere bekannte Füllstandsmessverfahren ermittelt werden kann. Anschließend übermittelt die Füllstandsmesseinrichtung 21 die ermittelten Informationen an die Steuereinrichtung 20. Die Steuereinrichtung 20 definiert aus den Füllstandsinformationen den erforderlichen Innendruck in der Druckkammer 12 und übermittelt den definierten Innendruck anschließend an eine Druckeinrichtung 22. Die Druckeinrichtung 22 ist über eine Druckleitung 23 mit der Druckkammer 12 gekoppelt und stellt über die Druckleitung 23 den definierten Innendruck in der Druckkammer 12 ein.
In der Druckkammer 12 ist weiterhin eine Verschließeinrichtung 25 vorgesehen, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über außerhalb der Druckkammer 12 angeordnete Antriebsmittel 26 auf und ab oder bei Bedarf auch rotierend bewegt werden kann. Die Verschließeinrichtung 25 hält eine Verschlusskappe 27, die zum Verschließen des Behälters 2 in dem dargestellten Beispiel mit einem Innengewinde versehen ist und auf das Gewinde 7 über die Verschließeinrichtung 25 aufschraubbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4340291 A [0002]
DE 4212583 A [0002]
DE 2352926 A [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zum Verschließen eines gefüllten Behälters (2), der einen Mündungsbereich (3) mit einer Behälteröffnung und Stützmittel (9) in einem Greifbereich aufweist, mit einer Greifeinrichtung, die an den Stützmitteln (9) angreifend ausgebildet ist zum Halten des Behälters (2), wobei der Greifbereich bodenseitig des Mündungsbereiches angeordnet ist, mit einer Verschließeinrichtung (25) zum Verschließen des Behälters (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) weiterhin eine Druckkammer (12) aufweist, wobei die Verschließeinrichtung (25) innerhalb der Druckkammer (12) angeordnet ist, wobei die Druckkammer (12) gebildet und begrenzt wird von bewegbar angeordneten Druckkammermitteln, die ausgebildet sind, in Anlage zu einem Behälterbereich unterhalb des Mündungsbereiches (3) zu gelangen, und die bei Anlage eine den Mündungsbereich (3) des Behälters (2) umgebende, für einen Druckaufbau geeignete Druckkammer (12) zu bilden, wobei die Vorrichtung (1) eine Druckeinrichtung (22) aufweist, mit der in der Druckkammer (12) ein definierter Innendruck aufbaubar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammermittel eine Ringeinrichtung (10) und eine Glocke (11) aufweisen, wobei die Ringeinrichtung (10), insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse (8) des Behälters (2) angeordnet, den Behälter (2) umgreifend ausgebildet ist, und wobei die Glocke (11) ausgebildet ist, in eine auf der Ringeinrichtung (10) zur Anlage kommenden Anlageposition bringbar zu sein, wobei die Ringeinrichtung (10) und die Glocke (11) in der Anlageposition die den Mündungsbereich (3) umgebende Druckkammer (12) bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung zumindest teilweise die Ringeinrichtung (10) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung vollständig die Ringeinrichtung (10) bildet, und den Greifbereich um 360° umgreifend ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (12) so ausgebildet ist, dass sie den Mündungsbereich (3) hermetisch abdichtend umgibt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Messeinrichtung (21) aufweist, mit der der Füllstand des gefüllten Behälters (2) ermittelbar ist, und dass sie eine Steuereinrichtung (20) aufweist, die von der Messeinrichtung (21) Informationen über den Füllstand in dem gefüllten Behälter (2) erhält und aufgrund dieser Informationen über die Druckeinrichtung (22) den Innendruck in der Druckkammer (12) einstellt.
Verfahren zum Verschließen eines gefüllten Behälters (2), der einen Mündungsbereich (3) mit einer Behälteröffnung und Stützmittel (9) in einem Greifbereich aufweist, wobei der Greifbereich bodenseitig des Mündungsbereiches (3) angeordnet ist, wobei der Behälter (2) über eine Greifeinrichtung an den Stützmitteln (9) ergriffen und von einer Verschließeinrichtung (25) verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt eine Ringeinrichtung (10) im Greifbereich im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse (8) des Behälters (8) angeordnet wird, dass eine Glocke (11) über dem Mündungsbereich (3) dergestalt angeordnet wird, dass die Glocke (11) zusammen mit der Ringeinrichtung (10) eine den Mündungsbereich (3) umgebende, einen Druckaufbau ermöglichende Druckkammer (12) bildet, wobei die Verschließeinrichtung (25) in der Druckkammer (12) angeordnet wird, dass in dieser Druckkammer (12) ein Überdruck angelegt wird, und dass anschließend der Behälter (2) verschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung die Ringeinrichtung (10) zumindest teilweise ausbildet, insbesondere den Behälter (2) im Greifbereich um 360° umgreifend umschließt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Messeinrichtung (21) der Füllstand des gefüllten Behälters (2) ermittelt wird, und dass die ermittelte Information über den Füllstand an eine Steuereinrichtung (20) übermittelt wird, die anhand der übermittelten Füllstandsinformationen den Innendruck in der Druckkammer (12) vorgibt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) über eine Druckeinrichtung (22) den vorgegebenen Innendruck in der Druckkammer (12) einstellt.