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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von befüllten Behältern, bei dem ein Vorformling nach einer thermischen Konditionierung innerhalb einer mit einer Blasform versehenen Blasstation von einer Reckstange gereckt und durch Blasdruckeinwirkung in den Behälter umgeformt wird, wobei nach oder während der Umformung in den blasgeformten Behälter ein Füllgut eingefüllt wird, und wobei nach erfolgter Befüllung der Behälter verschlossen wird.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus mit Füllgut befüllte Behälter.
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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 z.B. 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 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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Soweit in dieser Anmeldung von blasgeformten Behältern gesprochen wird umfasst dieser Begriff nicht nur durch Druckgaseinleitung blasgeformte Behälter, sondern auch hydraulisch blasgeformte Behälter, bei denen eine Flüssigkeit, z.B. ein abzufüllendes Füllgut, für die Blasformung in den thermisch konditionierten Vorformling eingespeist wird. Das verwendete Druckfluid kann also gasförmig oder flüssig sein, wenn nachfolgend von blasgeformten Behältern die Rede ist.
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Der grundsätzliche Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung mittels Druckgas 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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Innerhalb der Vorrichtung zur Blasformung können die Vorformlinge sowie die geblasenen Behälter mit Hilfe unterschiedlicher Handhabungseinrichtungen transportiert werden. Bewährt hat sich insbesondere die Verwendung von Transportdornen, auf die die Vorformlinge aufgesteckt werden. Die Vorformlinge können aber auch mit anderen Trageinrichtungen gehandhabt werden. Die Verwendung von Greifzangen zur Handhabung von Vorformlingen und die Verwendung von Spreizdornen, die zur Halterung in einen Mündungsbereich des Vorformlings einführbar sind, gehören ebenfalls zu den verfügbaren Konstruktionen.
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Eine Handhabung von Behältern unter Verwendung von Übergaberädern wird beispielsweise in der
DE-OS 199 06 438 bei einer Anordnung des Übergaberades zwischen einem Blasrad und einer Ausgabestrecke beschrieben.
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Die bereits erläuterte Handhabung der Vorformlinge erfolgt zum einen bei den sogenannten Zweistufenverfahren, bei denen die Vorformlinge zunächst in einem Spritzgußverfahren hergestellt, anschließend zwischengelagert und erst später hinsichtlich ihrer Temperatur konditioniert und zu einem Behälter aufgeblasen werden. Zum anderen erfolgt eine Anwendung bei den sogenannten Einstufenverfahren, bei denen die Vorformlinge unmittelbar nach ihrer spritzgußtechnischen Herstellung und einer ausreichenden Verfestigung geeignet temperiert und anschließend aufgeblasen werden.
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Im Hinblick auf die verwendeten Blasstationen sind unterschiedliche Ausführungsformen bekannt. Bei Blasstationen, die auf rotierenden Transporträdern angeordnet sind, ist eine buchartige Aufklappbarkeit der Formträger häufig anzutreffen. Es ist aber auch möglich, relativ zueinander ver-schiebliche oder andersartig geführte Formträger einzusetzen. Bei ortsfesten Blasstationen, die insbesondere dafür geeignet sind, mehrere Kavitäten zur Behälterformung aufzunehmen, werden typischerweise parallel zueinander angeordnete Platten als Formträger verwendet.
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Eine detaillierte Beschreibung eines Recksystems einer Blasstation mit zugeordneter Reckstange erfolgt in der
DE-OS 101 45 579 . Die Reckstange ist hier als ein massiver Stab ausgebildet und die Blasluft (alternativ auch die Blasflüssigkeit) wird der Blasform durch einen Anschlußkolben hindurch zugeführt, der einen größeren Innendurchmesser aufweist, als der Außendurchmesser der Reckstange beträgt. Hierdurch wird zwischen der Reckstange und einer Innenfläche des Anschlußkolbens ein Ringspalt bereitgestellt, durch den das unter Druck stehende Fluid hindurchströmen kann.
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Die Verwendung einer hohlen Reckstange ist beispielsweise aus der
DE-OS 28 14 952 bekannt. Ein Anschluß für das unter Druck stehende Gas erfolgt hier über ein einer Reckstangenkuppe abgewandtes Ende der rohrartig ausgebildeten Reckstange. Eine Druckgaszuführung über das Ende einer hohlen Reckstange wird darüber hinaus in der
DE 34 08 740 C2 beschrieben. Auch hier könnte alternativ eine Flüssigkeit als Druckfluid verwendet werden.
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Die mit den eingangs detailliert beschriebenen Blasformmaschinen hergestellten Behälter, insbesondere Flaschen, werden in der Regel so ausgebildet, dass Sie für einen stapelbaren Transport über eine ausreichend Eigenfestigkeit in axialer Richtung verfügen, das heißt eine Kraft- oder Druckbeanspruchung in Richtung vom Flaschenkopf zum Flaschenboden oder umgekehrt aushalten. Es ist auch bekannt, die befüllten blasgeformten Behälter mit einem Innendruck zu versehen, der größer als der umgebende Atmosphärendruck ist, um diese Eigenfestigkeit zu erhöhen. Es ist auch bekannt, Versteifungsrippen vorzusehen, um die Eigenfestigkeit zu verbessern. Diese Anforderungen an die Eigenfestigkeit erfordern einen erhöhten Materialeinsatz.
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In der Regel sollen blasgeformte Behälter stehen können, weshalb entweder bereits bei der Blasformung der Bodenbereich entsprechend ausgeformt wird, oder in einem der Blasformung nachgelagerten Schritt eine weitere Einwirkung auf den Bodenbereich erfolgt, z.B. durch weitere Einprägung von Konturen. Auch hier bringt die Forderung nach Standfestigkeit einen erhöhten Materialeinsatz im Bodenbereich oder einen zusätzlichen Verfahrens- und Vorrichtungsaufwand mit sich.
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Es sind im Stand der Technik auch Folienbeutel, sogenannte Pouches, bekannt, die aus einem Folienmaterial hergestellt werden. Diese Pouches benötigen eine zusätzliche Umverpackung um stapelbar zu sein, denn Pouches sind nicht sehr druckstabil, da sie Siegelnähte aufweisen, die bei Druckbeanspruchung leicht aufplatzen. Gegenüber durch Blasformung hergestellten Behältern stellt sich der Herstellungsprozess auch als komplexer und unwirtschaftlicher dar. Aufgrund der geringen Druckfestigkeit sind auch der Transportierbarkeit Grenzen gesetzt.
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Die
US 6,502,369 B1 zeigt Verfahren und Vorrichtungen zur Befüllung von blasformend hergestellten Behältern mit heißem Füllgut. Zur Stabilisierung des blasgeformten Behälters gegen Verformung durch den Temperatureinfluss und gegen in der Flasche nach dessen Verschließen entstehenden Über- oder Unterdruck wird dieser vor der Befüllung mit einer Außenform mit zur Behälteraußenkontur formangepassten Innenkontur umgeben.
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Die
DE 1136600 B zeigt ein Verfahren zum Abfüllen luftempfindlicher kohlensäurehaltiger Getränke. Ein zunächst mit rundem Querschnitt blasformend hergestellter Behälter wird vor dem Befüllvorgang so innenvolumenverringernd zusammengedrückt, dass ein unrunder Querschnitt entsteht. Die Befüllung mit dem Füllgut erfolgt randvoll und im Anschluss wird die Flasche verschlossen. Das Zusammendrücken wird aufgehoben und die Flasche kehrt in ihre ursprüngliche Form zurück, wobei das entstehende Mehrvolumen von Kohlensäure aus der abgefüllten Flüssigkeit aufgefüllt wird.
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Die
US 2012/0098167 A1 betrifft für Hotfill-Anwendungen geeignete Verfahren und Vorrichtungen. Es wird vorgeschlagen, einen durch Temperatur- und Druckeinfluss deformierten Behälter durch Zentriermittel und durch äußere mechanische Krafteinwirkung und durch äußere Wärmezufuhr wieder in die gewünschte Form zurückzubringen.
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Die Verdrängung von Gas aus einem Kopfraum eines gefüllten Behälters durch dessen Zusammendrücken, wodurch der Füllpegel ansteigt, und ein Verschließen des Behälters in diesem zusammengedrückten Zustand zeigen die
JP 2008-162658 A , die
US 3,674,060 A , die
WO 02/070394 A1 , die
DE 199 20 761 C1 und die
WO 2012/163627 A1 .
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren für die Herstellung eines leichten und günstigen Behälters mit den Eigenschaften eines Folienbeutels (Pouches) bereitzustellen, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist und neue Möglichkeiten eröffnet insbesondere im Hinblick auf den Transport und die wirtschaftliche Herstellung mit Füllgut gefüllter Behälter.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an. Erfindungsgemäß ist auch ein mit Füllgut befüllter Behälter, der nach einem dieser Verfahren hergestellt hergestellt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht zunächst auf der aus dem Stand der Technik bekannten üblichen Blasformung von Behältern, das heißt ein Vorformling wird nach einer thermischen Konditionierung innerhalb einer Blasform gereckt, in der Regel von einer Reckstange, und durch Blasdruckeinwirkung in den Behälter umgeformt. Als Blasfluid ist in erster Linie an ein Blasgas gedacht, es kommt aber auch ein flüssiges Blasfluid in Betracht, wie es auch bereits im Stand der Technik bekannt ist, siehe z.B. die
W02011/076167 A1 und der darin genannte Stand der Technik. Nach oder während dieser Umformung wird ein Füllgut in den blasgeformten Behälter eingefüllt. Bei Verwendung eines flüssigen Blasfluides bietet sich die Verwendung des Füllgutes als Blasfluid an, sodass Umformung und Befüllung des Behälters zeitgleich erfolgen können. Die Verwendung als Blasfluid ist allerdings nicht bei allen flüssigen Füllgütern möglich. Bei Verwendung eines gasförmigen Blasfluides wird der Befüllungsschritt in der Regel zeitlich erst nach der Umformung erfolgen, z.B. nach einem Transport des blasgeformten Behälters von der Blasstation zu einer Füllstation, wo ein Füllorgan angeordnet ist, das die Befüllung ausführt. Nach erfolgter Befüllung wird der Behälter verschlossen, z.B. in einer Schließstation, wo ein Schließorgan angeordnet ist, das den Schließvorgang ausführt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der blasgeformte Behälter vor seinem Verschließen sein Innenvolumen verkleinernd zusammengedrückt wird. Dadurch erhält der Behälter eine Flexibilität, die vergleichbar ist mit der eines Folienbeutes (Pouches), weil der Behälter dünnwandig hergestellt wird, wie dies für Folienbeutel (Pouches) üblich ist. Nach dem Zusammendrücken wird der Behälter verschlossen, so dass er nicht in den Zustand vor dem Zusammendrücken zurückkehren kann.
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Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Behältern wird bewusst auf die Anforderungen der Eigensteifigkeit und der Eigenstandfestigkeit verzichtet. Beiden Anforderungen läuft der Schritt des Zusammendrückens zuwider. Es kann dadurch erheblich am Materialeinsatz gespart werden, da der Behälterboden sowie die gesamte Kontur der Flasche keine stabilitäts- und/oder standfestigkeitsfördernde Ausbildungen oder Behandlungen mehr benötigt, und auch die Wandstärke des Behälters insgesamt unterhalb der bisher üblichen Mindestwandstärken bleiben kann. Es müssen auch keine weiteren, dem Blasformungsvorgang nachgeschalteten, unwirtschaftlichen Verfahrensschritte ausgeführt werden für die Erhöhung der Eigensteifigkeit oder Eigenstandfestigkeit des Behälters, wie sie bei der Beschreibung des Standes der Technik erläutert wurden (Erzeugung eines erhöhten Innendruckes im Behälterinneren; nachträgliches Behandeln des Behälterbodens). Insgesamt stellt sich das erfindungsgemäße Verfahren als materialsparend und wirtschaftlich dar.
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Im Vergleich zu den oben genannten, bisher bekannten Pouches weist der erfindungsgemäß hergestellte Behälter den Vorteil einer höheren Druckstabilität auf, weil der Behälter ohne Siegelnähte ausgebildet ist, weil er aus einem Vorformling durch Blasformung hergestellt wird. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erweist sich gegenüber den bisherigen Herstellungsverfahren für Folienbeutel als einfacher und wirtschaftlicher.
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Als weitere Vorteile ergibt sich, dass die erfindungsgemäß hergestellten Behälter wie Stückgut behandelt und transportiert werden können. Es ergibt sich auch die Möglichkeit, die gleichen Behälter mit unterschiedlichen Nennvolumen befüllen zu können, z.B. durch ein Anpassen des Grades des Zusammendrückens.
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Für den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt des Zusammendrückens wird nach Anspruch 2 mit Vorteil vorgeschlagen, mechanisch arbeitende Quetschorgane zu verwenden, die auf den Behälter einwirken. Die Einwirkung kann z.B. auf die Seitenwände erfolgen, ggf. auch als Stauchung in der vom Boden zum Mündungsbereich weisenden axialen Richtung des Behälters. Es wird als vorteilhaft angesehen, dass die Quetschorgane den Behälter ring- oder teilringförmig umgeben. Es kann aber auch linienförmig oder punktuell eine Quetschkraft auf die Seitenwände einwirken. Die Quetschorgane können zusätzlich oder alternativ auch auf den Bodenbereich des Behälters einwirken, z.B. um den Behälter in axialer Richtung zu stauchen. Es ist auch denkbar, dass das Quetschorgan den Boden gegenüber der Flaschenöffnung verdreht und eine schraubenförmige Stauchung ausführt.
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In Alternative zu den vorgenannten mechanischen Quetschorganen lässt sich das gewünschte Zusammendrücken des Behälters auch dadurch erreichen, dass an den Behälterinnenraum ein Unterdruck angelegt wird.
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Grundsätzlich kann das Zusammendrücken zu einem beliebigen Zeitpunkt vor dem Verschließen des Behälters erfolgen. Einzige Bedingung ist, dass noch eine Verringerung des Behältervolumens erreichbar ist. Es wird als vorteilhaft angesehen, dass das Zusammendrücken während oder nach dem Einfüllen des Füllgutes in den Behälter erfolgt. Insbesondere mit den vorteilhaften Merkmalen des Anspruch 7 lässt sich dann auf einfache Weise eine Steuerung des Verfahrensschrittes des Zusammendrückens realisieren, die es z.B. erlaubt, den füllgutfreien Kopfraum ohne Überlaufrisiko zu minimieren, oder den Behälter mit unterschiedlichen Nennvolumen zu Befüllen und den Grad des Zusammendrückens von der Steuerung dabei so zu steuern, dass eine gleichbleibende Füllhöhe oder ein gleichbleibendes füllgutfreies Kopfvolumen erreicht wird. Das Zusammendrücken kann aber auch ohne eine solche Steuerung erfolgen, z.B. indem ein vorbestimmter Unterdruck an den Behälter angelegt wird, oder z.B. indem die mechanisch arbeitenden Quetschorgane eine vorbestimmte Quetschbewegung ausführen.
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Die erwünschte Flexibilität des erfindungsgemäß hergestellten Behälters wird vorteilhaft erreicht, wenn der Behälter mit einem Innenvolumen hergestellt wird, das nennenswert größer als das Füllvolumen des eingefüllten Füllgutes (Nennvolumen) ist. Es wird dabei als vorteilhaft angesehen, dass das Innenvolumen wenigstens 10 % größer ist als das Nennvolumen. Dabei ist es im Grundsatz so, dass der abgefüllte und verschlossene Behälter eine um so höhere Flexibilität (Verformbarkeit) aufweist je stärker das Innenvolumen das Nennvolumen übersteigt. Andererseits erfordert ein erhöhtes Innenvolumen auch einen erhöhten Materialeinsatz beim Behältermaterial. Ein beiden Aspekten gerecht werdendes Optimum liegt erfindungsgemäß dann vor, wenn das Innenvolumen um 10 % bis 50% über dem Nennvolumen liegt. Das hier angesprochene Innenvolumen ist dabei das Innenvolumen des blasgeformten Behälters vor dessen Zusammendrücken.
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Der Verfahrensschritt des Zusammendrückens des Behälters bestimmt unter anderem auch, wie groß das füllgutfreie Kopfvolumen im verschlossenen Behälter sein wird. Hierbei ist ein großes Kopfvolumen gleichbedeutend damit, dass das Nennvolumen erheblich kleiner als das Innenvolumen des Behälters ist, was insbesondere gleichbedeutend mit einem erhöhten Materialeinsatz ist. Insofern wird als vorteilhaft angesehen, dass das Innenvolumen des zusammengedrückten und verschlossenen Behälters weniger als 10%, bevorzugt weniger als 5% größer ist als das Nennvolumen.
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Der Grad des Zusammendrückens des Behälters kann z.B. ausgedrückt werden über das Verhältnis des Innenvolumens des Behälters vor und nach dem Zusammendrücken. Dieser Grad ist in weiten Bereichen frei wählbar, wobei als vorteilhaft angesehen wird, wenn das Innenvolumen des Behälters beim Zusammendrücken um wenigstens 5% verringert wird, bevorzugt um wenigstens 10%, weiter bevorzugt um wenigstens 20%. Ein Zusammendrücken um mehr als 50% wird hingegen als nachteilig angesehen.
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Da bei den erfindungsgemäß hergestellten Behältern keine erhöhten Anforderungen an die Eigensteifigkeit und die Eigenstandfestigkeit des Bodens gestellt werden, kann der Behälter im Bodenbereich mit einer Wandstärke im Wesentlichen gleich der Wandstärke der Seitenwände blasgeformt werden. Im Zentrum des Bodens wird herstellungsbedingt immer ein verdickter Bereich verbleiben, der dann eine größere Wandstärke als der übrige Bodenbereich und als die Seitenwände aufweist, Insbesondere kann der Bodenbereich konvex gewölbt ausgebildet werden, insbesondere teilkugelförmig.
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Die gegenüber Pouches höhere Druckfestigkeit und die gegenüber den bisherigen blasgeformten Behältern erhöhte Flexibilität (Verformbarkeit) eröffnen auch neue Möglichkeiten beim Weitertransport der gefüllten und verschlossenen Behälter.
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Insbesondere ist es jetzt möglich und wirtschaftlich, die für Schüttgüter üblichen Transportverfahren einzusetzen. Deshalb wird als vorteilhaft angesehen, den verschlossene Behälter zusammen mit anderen verschlossenen Behältern, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, für einen gemeinsamen Transport in einen Schüttgutbehälter einzufüllen, insbesondere in einen flexiblen Schüttgutbehälter, insbesondere in einen Bigbag.
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Hinsichtlich der für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Vorrichtungen ergeben sich folgende erfindungsrelevanten Aspekte. Für die Blasformung können übliche aus dem Stand der Technik bekannte Blasvorrichtungen eingesetzt werden. Auch Füllvorrichtungen und Verschließvorrichtungen sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt, z.B. als separate Füll- oder Verschließmaschinen. Es ist auch bekannt, diese Maschinen nacheinander, z.B. in verblockter Form anzuordnen, um das gattungsgemäße Verfahren mit allen Verfahrensschritten auf einer Maschine mit Blas-, Füll- und Verschließvorrichtung auszuführen. Erfindungsgemäß ist diese Maschine bzw. diese Gesamtvorrichtung um eine Zusammendrückeinrichtung zu ergänzen, die innenvolumenverringernd auf den blasgeformten Behälter einwirkt.
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Der erfindungsgemäße Verfahrensschritt des Zusammendrückens könnte z.B. auch durch eine Unterdruckeinrichtung erreicht werden, die an die Behälteröffnung anschließbar ist und das Behälterinnere mit einem Unterdruck beaufschlagt.
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In weiterer Alternative und mit Vorteil kann die Zusammendrückeinrichtung auch als Quetscheinrichtung mit einem mechanisch arbeitenden Quetschorgan ausgebildet sein, das auf den Behälter mechanisch einwirkend ausgebildet ist.
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Die Einwirkung kann z.B. auf die Seitenwände des Behälters erfolgen, das Quetschorgan ist dazu z.B. in radialer Behälterrichtung positionierbar. Es wird hierbei als vorteilhaft angesehen, dass das Quetschorgan den Behälter ring- oder teilringförmig umgebend angeordnet ist. Linear oder punktuell einwirkende Quetschorgane sind ebenfalls denkbar. Das Quetschorgan kann aber zusätzlich oder alternativ auch auf den Bodenbereich des Behälters einwirken, z.B. um den Behälter in axialer Richtung zu stauchen, wobei die axiale Behälterrichtung die Richtung vom Boden zur Behälteröffnung ist. Dazu ist das Quetschorgan bodenseitig des Behälters angeordnet und in axialer Behälterrichtung positionierbar. Es ist auch denkbar, dass das Quetschorgan den Boden gegenüber der Flaschenöffnung verdreht und eine schraubenförmige Stauchung ausführt.
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Da das Zusammendrücken zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen kann, zu dem noch eine Verringerung des Behältervolumens erreichbar ist, könnte die Zusammendrückeinrichtung an unterschiedlichen Positionen angeordnet sein. Für ein Zusammendrücken des Behälters während des Füllvorganges wäre die Zusammendrückeinrichtung z.B. in der Füllvorrichtung anzuordnen. Es wird als vorteilhaft angesehen, dass das Zusammendrücken nach dem Einfüllen des Füllgutes in den Behälter erfolgt, so dass eine Anordnung in der Verschließvorrichtung vorteilhaft ist.
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Die Zusammendrückeinrichtung kann eine Steuereinrichtung aufweisen, die das Zusammendrücken steuert. Eine Meßeinrichtung versorgt die Steuereinrichtung mit Messwerten z.B. zur Füllhöhe des Füllgutes im Behälter oder zum füllgutfreien Kopfraum im Behälter, und die Steuereinrichtung steuert mit Hilfe dieser Messwerte.
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Nachfolgend soll die Erfindung weiter erläutert werden. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
- 1 Eine perspektivische Darstellung einer Blasstation zur Herstellung von Behältern aus Vorformlingen,
- 2 einen Längsschnitt durch eine Blasform, in der ein Vorformling gereckt und expandiert wird,
- 3 eine Skizze zur Veranschaulichung eines grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung zur Blasformung von Behältern,
- 4 eine modifizierte Heizstrecke mit vergrößerter Heizkapazität,
- 5 eine schematische Darstellung der beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren durchlaufenen Herstellungsschritte,
- 6 eine schematische Darstellung des Prozessschrittes C, nämlich dem Schritt des Zusammendrückens eines Behälters, und
- 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Prozessschrittes E, nämlich dem Verbringen der nach den Prozessschritten A bis D hergestellten und gefüllten Behälter für den Weitertransport.
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Der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Umformung von Vorformlingen (1) in Behälter (2) ist in 1 und in 2 dargestellt.
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Die Vorrichtung zur Formung des Behälters (2) besteht im Wesentlichen aus einer Blasstation (3), die mit einer Blasform (4) versehen ist, in die ein Vorformling (1) einsetzbar ist. Der Vorformling (1) kann ein spritzgegossenes Teil aus Polyethylenterephthalat sein. Zur Ermöglichung eines Einsetzens des Vorformlings (1) in die Blasform (4) und zur Ermöglichung eines Herausnehmens des fertigen Behälters (2) besteht die Blasform (4) aus Formhälften (5, 6) und einem Bodenteil (7), das von einer Hubvorrichtung (8) positionierbar ist. Der Vorformling (1) kann im Bereich der Blasstation (3) von einem Transportdorn (9) gehalten sein, der gemeinsam mit dem Vorformling (1) eine Mehrzahl von Behandlungsstationen innerhalb der Vorrichtung durchläuft. Es ist aber auch möglich, den Vorformling (1) beispielsweise über Zangen oder andere Handhabungsmittel direkt in die Blasform (4) einzusetzen.
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Zur Ermöglichung einer Druckluftzuleitung ist unterhalb des Transportdornes (9) ein Anschlußkolben (10) angeordnet, der dem Vorformling (1) Druckluft zuführt und gleichzeitig eine Abdichtung relativ zum Transportdorn (9) vornimmt. Bei einer abgewandelten Konstruktion ist es grundsätzlich aber auch denkbar, feste Druckluftzuleitungen zu verwenden.
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Eine Reckung des Vorformlings (1) erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Reckstange (11), die von einem Zylinder (12) positioniert wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine mechanische Positionierung der Reckstange (11) über Kurvensegmente durchgeführt, die von Abgriffrollen beaufschlagt sind. Die Verwendung von Kurvensegmenten ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Blasstationen (3) auf einem rotierenden Blasrad angeordnet sind
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Recksystem derart ausgebildet, daß eine Tandem-Anordnung von zwei Zylindern (12) bereitgestellt ist. Von einem Primärzylinder (13) wird die Reckstange (11) zunächst vor Beginn des eigentlichen Reckvorganges bis in den Bereich eines Bodens (14) des Vorformlings (1) gefahren. Während des eigentlichen Reckvorganges wird der Primärzylinder (13) mit ausgefahrener Reckstange gemeinsam mit einem den Primärzylinder (13) tragenden Schlitten (15) von einem Sekundärzylinder (16) oder über eine Kurvensteuerung positioniert. Insbesondere ist daran gedacht, den Sekundärzylinder (16) derart kurvengesteuert einzusetzen, daß von einer Führungsrolle (17), die während der Durchführung des Reckvorganges an einer Kurvenbahn entlang gleitet, eine aktuelle Reckposition vorgegeben wird. Die Führungsrolle (17) wird vom Sekundärzylinder (16) gegen die Führungsbahn gedrückt. Der Schlitten (15) gleitet entlang von zwei Führungselementen (18).
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Nach einem Schließen der im Bereich von Trägern (19, 20) angeordneten Formhälften (5, 6) erfolgt eine Verriegelung der Träger (19, 20) relativ zueinander mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung (20).
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Zur Anpassung an unterschiedliche Formen eines Mündungsabschnittes (21) des Vorformlings (1) ist gemäß 2 die Verwendung separater Gewindeeinsätze (22) im Bereich der Blasform (4) vorgesehen.
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2 zeigt zusätzlich zum geblasenen Behälter (2) auch gestrichelt eingezeichnet den Vorformling (1) und schematisch eine sich entwickelnde Behälterblase (23).
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3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Blasmaschine, die mit einer Heizstrecke (24) sowie einem rotierenden Blasrad (25) versehen ist. Ausgehend von einer Vorformlingseingabe (26) werden die Vorformlinge (1) von Übergaberädern (27, 28, 29) in den Bereich der Heizstrecke (24) transportiert. Entlang der Heizstrecke (24) sind Heizstrahler (30) sowie Gebläse (31) angeordnet, um die Vorformlinge (1) zu temperieren. Nach einer ausreichenden Temperierung der Vorformlinge (1) werden diese an das Blasrad (25) übergeben, in dessen Bereich die Blasstationen (3) angeordnet sind. Die fertig geblasenen Behälter (2) werden von weiteren Übergaberädern einer Ausgabestrecke (32) zugeführt.
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Um einen Vorformling (1) derart in einen Behälter (2) umformen zu können, daß der Behälter (2) Materialeigenschaften aufweist, die eine lange Verwendungsfähigkeit von innerhalb des Behälters (2) abgefüllten Lebensmitteln, insbesondere von Getränken, gewährleisten, müssen spezielle Verfahrensschritte bei der Beheizung und Orientierung der Vorformlinge (1) eingehalten werden. Darüber hinaus können vorteilhafte Wirkungen durch Einhaltung spezieller Dimensionierungsvorschriften erzielt werden.
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Als thermoplastisches Material können unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden.
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Einsatzfähig sind beispielsweise PET, PEN oder PP.
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Die Expansion des Vorformlings (1) während des Orientierungsvorganges erfolgt durch Druckluftzuführung. Die Druckluftzuführung ist in eine Vorblasphase, in der Gas, zum Beispiel Pressluft, mit einem niedrigen Druckniveau zugeführt wird und in eine sich anschließende Hauptblasphase unterteilt, in der Gas mit einem höheren Druckniveau zugeführt wird. Während der Vorblasphase wird typischerweise Druckluft mit einem Druck im Intervall von 10 bar bis 25 bar verwendet und während der Hauptblasphase wird Druckluft mit einem Druck im Intervall von 25 bar bis 40 bar zugeführt.
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Aus 3 ist ebenfalls erkennbar, daß bei der dargestellten Ausführungsform die Heizstrecke (24) aus einer Vielzahl umlaufender Transportelemente (33) ausgebildet ist, die kettenartig aneinandergereiht und entlang von Umlenkrädern (34) geführt sind. Insbesondere ist daran gedacht, durch die kettenartige Anordnung eine im Wesentlichen rechteckförmige Grundkontur aufzuspannen. Bei der dargestellten Ausführungsform werden im Bereich der dem Übergaberad (29) und einem Eingaberad (35) zugewandten Ausdehnung der Heizstrecke (24) ein einzelnes relativ groß dimensioniertes Umlenkrad (34) und im Bereich von benachbarten Umlenkungen zwei vergleichsweise kleiner dimensionierte Umlenkräder (36) verwendet. Grundsätzlich sind aber auch beliebige andere Führungen denkbar.
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Zur Ermöglichung einer möglichst dichten Anordnung des Übergaberades (29) und des Eingaberades (35) relativ zueinander erweist sich die dargestellte Anordnung als besonders zweckmäßig, da im Bereich der entsprechenden Ausdehnung der Heizstrecke (24) drei Umlenkräder (34, 36) positioniert sind, und zwar jeweils die kleineren Umlenkräder (36) im Bereich der Überleitung zu den linearen Verläufen der Heizstrecke (24) und das größere Umlenkrad (34) im unmittelbaren Übergabebereich zum Übergaberad (29) und zum Eingaberad (35). Alternativ zur Verwendung von kettenartigen Transportelementen (33) ist es beispielsweise auch möglich, ein rotierendes Heizrad zu verwenden.
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Nach einem fertigen Blasen der Behälter (2) werden diese von einem Entnahmerad (37) aus dem Bereich der Blasstationen (3) herausgeführt und über das Übergaberad (28) und ein Ausgaberad (38) zur Ausgabestrecke (32) transportiert.
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In der in 4 dargestellten modifizierten Heizstrecke (24) können durch die größere Anzahl von Heizstrahlern (30) eine größere Menge von Vorformlingen (1) je Zeiteinheit temperiert werden. Die Gebläse (31) leiten hier Kühlluft in den Bereich von Kühlluftkanälen (39) ein, die den zugeordneten Heizstrahlern (30) jeweils gegenüberliegen und über Ausströmöffnungen die Kühlluft abgeben. Durch die Anordnung der Ausströmrichtungen wird eine Strömungsrichtung für die Kühlluft im wesentlichen quer zu einer Transportrichtung der Vorformlinge (1) realisiert. Die Kühlluftkanäle (39) können im Bereich von den Heizstrahlern (30) gegenüberliegenden Oberflächen Reflektoren für die Heizstrahlung bereitstellen, ebenfalls ist es möglich, über die abgegebene Kühlluft auch eine Kühlung der Heizstrahler (30) zu realisieren.
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5 zeigt in einer schematischen Darstellung die beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ablaufenden Herstellungsschritte A bis D. Herstellungsschritt A besteht dabei aus dem Blasformungsschritt, in dem innerhalb einer Blasstation ein Vorformling (1) durch Beaufschlagung mit einem unter Druck stehenden Blasgas (44) in einen blasgeformten Behälter (2) umgeformt wird. Der blasgeformte Behälter (2) ist charakterisiert durch einen Bodenbereich (40), der im gezeigten Ausführungsbeispiel eine konvexe Wölbung aufweist. Dem Bodenbereich (40) schließen sich die Seitenwände (41) an. Der zu Handlingzwecken vorgesehene Neckring (42) und das Außengewinde (43) sind bereits beim Vorformling in der endgültigen Form ausgeprägt und bleiben beim Blasformungsschritt unverändert.
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In Verfahrensschritt B erfolgt die Befüllung des blasgeformten Behälters (2). Dazu ist ein Füllorgan (46) vorgesehen, das den Behälter (2) mit einem Füllgut (45) befüllt, z.B. mit einem vorbestimmten Füllvolumen, dem sogenannten Nennvolumen. Wenn dieses Nennvolumen eingefüllt ist verbleibt oberhalb der Füllhöhe (54) ein füllgutfreier Kopfraum (53).
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In Verfahrensschritt C erfolgt das Verschließen des Behälters (2) mit einer Verschlusskappe (47), siehe (D). Zuvor wird aber der gefüllte Behälter (2) zusammengedrückt, wodurch sich das Innenvolumen des Behälters (2) verringert, erkennbar an der angestiegenen Füllhöhe (54) und dem verkleinerten Kopfraum (53).
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6 zeigt eine schematische Darstellung des Prozessschrittes C, nämlich dem Schritt des Zusammendrückens eines Behälters. Im mittleren Teil der Darstellung sind insbesondere seitlich vom Behälter angeordnete Quetschorgane (48) dargestellt, die in Pfeilrichtung positionierbar sind. Oberhalb der noch unverschlossenen Behältermündung (55) ist ein Messkopf (50) angeordnet, der auf die Oberfläche des Füllgutes (45) blickt und die Füllhöhe ermittelt. Die Füllhöhenmesswerte werden einer Steuereinrichtung (51) zugeführt, die z.B. anhand der gemessenen Füllhöhe die Positionierung der Quetschorgane (48) steuert. Die Steuerung kann dabei so aussehen, das bis zum Erreichen einer bestimmten Füllhöhe (54) die Quetschorgane (48) positioniert werden. Die Steuerung kann sich auch in einer Notüberwachung erschöpfen und lediglich dann eingreifen, wenn ein Überlaufen des Füllgutes (45) zu befürchten ist, während im Übrigen das Zusammenquetschen bzw. das Positionieren der Quetschorgane (48) vorgegeben ist und ohne Steuerungseingriff durch die Steuereinrichtung (51) abläuft.
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Im rechten Teil der Darstellung ist ein bodenseitig vom Behälter (2) angeordnetes Quetschorgan (49) dargestellt, das in Pfeilrichtung, nämlich in axialer Richtung des Behälters (2), positionierbar ist. Bezüglich des oberhalb der noch unverschlossenen Behältermündung (55) angeordneten Messkopfes (50) und der Steuereinrichtung (51) kann auf den vorhergehenden Absatz verwiesen werden. Das bodenseitige Quetschorgan kann alternativ, ergänzend oder gleichzeitig mit den seitlichen Quetschorganen vorgesehen und eingesetzt werden.
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Nach dem Quetschvorgang wird der Behälter in nicht gezeigter Weise verschlossen. Dies kann unmittelbar mit dem Abschluss des Quetschvorganges erfolgen, z.B. mit noch einwirkender Quetschkraft. Dies kann dann erforderlich sein, wenn der zusammengedrückte Behälter die Tendenz hat, in seinen Ausgangszustand zurückzukehren, sprich in den Zustand vor dem Zusammendrücken. Wenn diese Tendenz nicht oder nur in sehr geringem Maße besteht, kann das Verschließen des Behälters auch mit einem Zeitversatz erfolgen.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Prozessschrittes E, nämlich dem Verbringen der nach den Prozessschritten A bis D hergestellten und gefüllten Behälter für den Weitertransport. Ein Bigbag (52) wird mit mehreren erfindungsgemäß hergestellten Behältern (2) gefüllt, die aufgrund der gegenüber Pouches erhöhten Druckfestigkeit in vielen Lagen übereinander liegen können, und die aufgrund der gegenüber bisherigen blasgeformten Behältern (2) erhöhten Flexibilität (Verformbarkeit) mit einer besseren Packungsdichte in dem Bigbag (52) aufgenommen werden können. Es sind statt des Bigbag natürlich auch alternative Umverpackungen für Stückguter denkbar, z.B. beliebige Container.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorformling
- 2
- Behälter
- 3
- Blasstation
- 4
- Blasform
- 5, 6
- Formhälften
- 7
- Bodenteil
- 8
- Hubvorrichtung
- 9
- Transportdorn
- 10
- Anschlußkolben
- 11
- Reckstange
- 12
- Zylinder
- 13
- Primärzylinder
- 14
- Boden
- 15
- Schlitten
- 16
- Sekundärzylinder
- 17
- Führungsrolle
- 18
- Führungselemente
- 19
- Träger
- 20
- Verriegelungseinrichtung
- 21
- Mündungsabschnitt
- 22
- Gewindeeinsatz
- 23
- Behälterblase
- 24
- Heizstrecke
- 25
- Blasrad
- 26
- Vorformlingseingabe
- 27
- Übergaberad
- 28
- Übergaberad
- 29
- Übergaberad
- 30
- Heizstrahler
- 31
- Gebläse
- 32
- Ausgabestrecke
- 33
- Transportelement
- 34
- Umlenkrad
- 35
- Eingaberad
- 36
- Umlenkrad
- 37
- Entnahmerad
- 38
- Ausgaberad
- 39
- Kühlluftkanal
- 40
- Bodenbereich
- 41
- Seitenwand
- 42
- Neckring
- 43
- Gewinde
- 44
- Blasgas/Blasfluid
- 45
- Füllgut
- 46
- Füllorgan
- 47
- Verschlusskappe/Drehverschluss
- 48
- seitliches Quetschorgan
- 49
- bodenseitiges Quetschorgan
- 50
- Messkopf
- 51
- Steuereinrichtung
- 52
- Bigbag
- 53
- Kopfraum
- 54
- Füllhöhe
- 55
- Mündung
