DE102014019400A1 - A method for producing containers filled with a liquid product from preforms made of a thermoplastic material and a device therefor - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mit einem flüssigen Füllgut gefüllten Behältern (2) aus Vorformlingen aus einem thermoplastischen Material sowie eine Vorrichtung hierfür. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Verfahren sowie eine solche Vorrichtung vorzuschlagen, bei denen überwiegend mit reduziertem Druck gearbeitet werden kann. Zur Lösung der Aufgabe wird ein solches Verfahren vorgeschlagen, wobei der jeweilige Vorformling thermisch konditioniert und anschließend während einer Umformphase in einer Form durch unter Druck aus einer Zuführleitung (14) durch einen Form- und Füllkopf (3) in den Vorformling eingeleitetes flüssiges Füllgut in den Behälter (2) umgeformt wird, dass dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling in einer ersten Phase durch aus der Zuführleitung (14) zugeführtes Füllgut axial und radial gestreckt wird, bis der Vorformling im Wesentlichen die Form des Behälters (2) erreicht hat, und die Füllgutzufuhr in einer zweiten Phase getrennt wird, so dass stromabwärts der Zuführleitung (14) ein abgeschlossenes Volumen entsteht, und der Behälter (2) ohne weitere Füllgutzufuhr durch Druckaufbau in dem geschlossenen Volumen (11) vollständig ausgeformt wird.The present invention relates to a method for producing containers (2) filled with a liquid filling material from preforms made of a thermoplastic material and to a device therefor. The object of the invention is to propose such a method as well as such a device in which it is possible to work predominantly with reduced pressure. To solve the problem, such a method is proposed, wherein the respective preform thermally conditioned and then during a forming phase in a mold by under pressure from a supply line (14) through a forming and filling head (3) in the preform introduced liquid product in the Container (2) is formed, characterized in that the preform is axially and radially stretched in a first phase by fed from the feed line (14) filling material until the preform has substantially reached the shape of the container (2), and the Füllgutzufuhr is separated in a second phase, so that downstream of the supply line (14) creates a closed volume, and the container (2) without further Füllgutzufuhr by pressure build-up in the closed volume (11) is fully formed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mit einem flüssigen Füllgut gefüllten Behältern aus Vorformlingen aus einem thermoplastischen Material sowie eine Vorrichtung hierfür.The present invention relates to a method for producing containers filled with a liquid product from preforms made of a thermoplastic material and to a device therefor.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Behältern, insbesondere von Flaschen, aus Vorformlingen aus Kunststoff bekannt. Hierfür wird der Vorformling zumindest thermisch konditioniert und anschließend während einer Umformphase in einer Form durch ein in den Vorformling einleitbares Druckmedium unter axialem und radialem Strecken in den Behälter umgeformt. Neben Blasformverfahren, bei denen ein gasförmiges Druckmedium verwendet und der geformte Behälter in einem separaten Schritt gefüllt wird, sind auch Verfahren entwickelt worden, bei denen ein flüssiges Druckmedium verwendet wird. Der Form- und Füllvorgang kann auf diese Weise in einem Arbeitsgang erfolgen. Ein Blasformverfahren ist z. B. aus der
Zur vollständigen Ausformung eines Behälters sind hohe Drücke von bis zu 40 bar erforderlich, die eine erhebliche Belastung für die verwendeten Maschinen darstellen und wegen der einzusetzenden druckresistenten Bauteile erhebliche Kosten verursachen. Außerdem besteht bei hohem Druck ein erhöhtes Risiko von Leckagen, die neben der entstehenden Verunreinigung Stillstandszeiten der Maschine zu ihrer Behebung verursachen.For complete formation of a container high pressures of up to 40 bar are required, which represent a significant burden on the machines used and cause considerable costs because of the pressure-resistant components to be used. In addition, there is an increased risk of leaks at high pressure, which cause downtime of the machine in addition to the resulting contamination to remedy them.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Formen und Füllen von Behältern aus Vorformlingen vorzuschlagen, bei denen überwiegend mit reduziertem Druck gearbeitet werden kann.The object of the invention is to propose a method and a device for the simultaneous shaping and filling of containers from preforms, in which it is possible to work predominantly with reduced pressure.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Herstellen von mit einem flüssigen Füllgut gefüllten Behältern aus Vorformlingen aus einem thermoplastischen Material vorgeschlagen, wobei der jeweilige Vorformling thermisch konditioniert und anschließend während einer Umformphase in einer Form durch unter Druck aus einer Zuführleitung durch einen Form- und Füllkopf in den Vorformling eingeleitetes flüssiges Füllgut in den Behälter umgeformt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling in einer ersten Phase durch aus der Zuführleitung zugeführtes Füllgut axial und radial gestreckt wird, bis der Vorformling im Wesentlichen die Form des Behälters erreicht hat, und die Füllgutzufuhr in einer zweiten Phase getrennt wird, so dass stromabwärts der Zuführleitung ein abgeschlossenes Volumen entsteht, und der Behälter ohne weitere Füllgutzufuhr durch Druckaufbau in dem geschlossenen Volumen vollständig ausgeformt wird.To solve the problem, a method for producing filled with a liquid product containers from preforms made of a thermoplastic material is proposed, wherein the respective preform thermally conditioned and then during a Umformphase in a mold by pressurized from a supply line through a forming and filling head in the preform introduced liquid product is transformed into the container. The method according to the invention is characterized in that the preform is axially and radially stretched in a first phase by filling material supplied from the feed line until the preform has substantially reached the shape of the container, and the filling material supply is separated in a second phase, so that downstream of the supply line, a closed volume is formed, and the container is completely formed without further Füllgutzufuhr by pressure build-up in the closed volume.
Es hat sich gezeigt, dass für eine grobe Ausformung eines Behälters aus einem Vorformling ein geringerer Druck vollkommen ausreicht, während ein erheblich höherer Druck für die zuverlässige Ausformung kleinerer Details, wie besonderer Konturen des Behälters, erforderlich ist. Getränkeflaschen weisen heute meist umlaufende Einschnürungen zur Erhöhung der Stabilität der Flasche oder zur besseren Handhabung oder als dekorative Elemente auf, die teilweise feinste Prägungen oder Kanten aufweisen. Zur Ausformung solcher Details ist ein höherer Druck erforderlich.It has been found that for a coarse molding of a container from a preform, a lower pressure is completely sufficient, while a considerably higher pressure for the reliable formation of smaller details, such as special contours of the container, is required. Beverage bottles today usually have circumferential constrictions to increase the stability of the bottle or for better handling or as decorative elements, which sometimes have the finest imprints or edges. To form such details, a higher pressure is required.
Erfindungsgemäß wird in den Vorformling während einer ersten Phase aus einer Zuführleitung, die zweckmäßig mit einem Vorratsbehälter verbunden sein kann, Füllgut durch einen Form- und Füllkopf, der dichtend in Anlage mit der Mündung des Vorformlings gebracht ist, Füllgut in den Vorformling eingeleitet. Der Druck des Füllguts kann in dieser ersten Phase relativ niedrig sein. Der Behälter wird sich aus dem Vorformling ausformen und in weiten Teilen mit der Form in Anlage geraten und im Wesentlichen die endgültige Form des Behälters erreichen. Der Druck reicht aber nicht sicher aus, um alle Konturen des Behälters zuverlässig auszuformen. Dabei kann eine Reckstange in allgemein bekannter Weise die axiale Streckung des Vorformlings zum Behälter unterstützen.According to the invention is in the preform during a first phase from a supply line, which may be suitably connected to a reservoir, filling material introduced through a forming and filling head, which is sealingly brought into contact with the mouth of the preform, filling material in the preform. The pressure of the product can be relatively low in this first phase. The container will be formed from the preform and will largely engage the mold and substantially reach the final shape of the container. However, the pressure is not sufficient to reliably form all the contours of the container. In this case, a stretching rod support in a generally known manner, the axial extension of the preform to the container.
Zur Ausformung aller Konturen des Behälters wird in einer zweiten Phase die Zuführleitung getrennt, zweckmäßigerweise durch ein Ventil, und die Füllgutzufuhr somit unterbrochen. Im Bereich stromabwärts der Zuführleitung entsteht dadurch ein abgeschlossenes Volumen, das mit Füllgut gefüllt ist. Je nach Gestaltung des Form- und Füllkopfes kann das Volumen im Wesentlichen dem Volumen des Behälters entsprechen oder auch größer sein. Entscheidend ist, dass die Zuführleitung von diesem abgeschlossenen Volumen getrennt ist und sich Druck aus diesem Volumen nicht in die Zuführleitung hinein fortpflanzen kann. Der weitgehend, aber noch nicht vollständig ausgeformte Behälter wird dann ohne weitere Füllgutzufuhr durch Druckaufbau in dem abgeschlossenen Volumen vollständig ausgeformt. Der aufgebaute Druck muss dabei ausreichend hoch sein, um die letzten noch nicht ausgeformten Konturen des Behälters auszuformen.To form all contours of the container, the supply line is separated in a second phase, expediently by a valve, and the Füllgutzufuhr thus interrupted. In the area downstream of the feed line thereby creates a closed volume, which is filled with filling material. Depending on the design of the forming and filling head, the volume may substantially correspond to the volume of the container or be larger. It is crucial that the supply line is separated from this closed volume and pressure from this volume can not propagate into the supply line. The largely, but not completely formed container is then completely formed without further Füllgutzufuhr by pressure build-up in the closed volume. The built-up pressure must be high enough to form the last not yet formed contours of the container.
Da der Behälter in der ersten Phase mit relativ geringem Druck ausgeformt werden kann, werden an die Komponenten der Zuführleitung keine besonders hohen Anforderungen gestellt. Die Komponenten und ihre Dichtverbindungen sind nicht hoch belastet. Es besteht ein geringes Risiko von Leckagen. Since the container can be formed in the first phase with relatively low pressure, the components of the supply line no particularly high demands are made. The components and their sealing connections are not heavily loaded. There is a low risk of leaks.
Da der Behälter in der ersten Phase bereits im Wesentlichen ausgeformt wird, ist in der zweiten Phase zwar ein höherer Druck zur Ausformung aller Details, aber keine weitere Füllgutzufuhr mehr erforderlich. Zur Füllung des fertigen Behälters reicht das in dem abgeschlossenen Volumen vorhandene Füllgut aus.Since the container is already substantially formed in the first phase, in the second phase, although a higher pressure for shaping all the details, but no more Füllgutzufuhr longer required. To fill the finished container, the filling material present in the closed volume is sufficient.
In der ersten Phase kann der Druck vorteilhaft bis zu 5 bar betragen. Der in der zweiten Phase aufzubauende Druck kann bis zu 40 bar betragen, wobei der Druck von der Form des auszuformenden Behälters abhängig ist.In the first phase, the pressure can advantageously be up to 5 bar. The pressure to be established in the second phase can be up to 40 bar, the pressure being dependent on the shape of the container to be formed.
Der Druckaufbau kann durch Verdrängung von Füllgut, insbesondere durch einen Kolben oder ein Membransystem oder die Reckstange erfolgt. Der aufgebaute Druck kann auch durch einen Druckübersetzer gegenüber dem Steuerdruck angehoben werden, so dass z. B. eine pneumatische oder hydraulische Steuerung mit geringerem Druck eingesetzt werden kann.The pressure buildup can be done by displacement of contents, in particular by a piston or a membrane system or the stretch rod. The pressure built up can also be raised by a pressure booster with respect to the control pressure, so that z. B. a pneumatic or hydraulic control with lower pressure can be used.
Der Druckaufbau kann auch durch lokale Verdampfung des Füllguts erfolgen, indem z. B. ein Lichtbogen im Füllgut gezündet wird. Im Bereich des Lichtbogens wird das Füllgut lokal verdampft, wodurch eine Volumenzunahme um mehr als Faktor 1000 erfolgt und der Druck entsprechend kurzzeitig angehoben wird.The pressure build-up can also be done by local evaporation of the contents by z. B. an arc is ignited in the filling. In the area of the arc, the contents are locally vaporized, whereby an increase in volume by more than a factor of 1000 takes place and the pressure is increased correspondingly for a short time.
Das abgeschlossene Volumen kann im Wesentlichen dem gewünschten Füllvolumen des Behälters entsprechen. Durch die noch nicht vollständige Ausformung des Behälters wird der Füllstand in diesem Fall zunächst zu hoch sein. Durch die durch die Druckeinwirkung erreichte Ausformung des Behälters vergrößert der Behälter sein Volumen. Wird die Druckerhöhung durch Verdränguung erreicht, also z. B. durch einen in das abgeschlossene Volumen hineinfahrenden Kolben, so kann die Volumenvergrößerung des Behälters dem durch den Kolben verdrängten Volumen entsprechen. Der Behälter ist nach der Druckerhöhung vollständig ausgeformt und vollständig gefüllt. Erforderlichenfalls kann der Füllstand noch nachjustiert werden.The closed volume can essentially correspond to the desired filling volume of the container. Due to the not yet complete formation of the container, the level in this case will initially be too high. Due to the shape achieved by the pressure of the container, the container increases its volume. If the pressure increase is achieved by Verdränguung, so z. Example, by a driving into the closed volume piston, the increase in volume of the container can correspond to the volume displaced by the piston. The container is completely formed after the pressure increase and completely filled. If necessary, the level can still be readjusted.
Da die Ausformung des Behälters im ersten Schritt unterschiedlich weit erfolgen kann, ist die erforderliche Verdrängung nicht immer präzise vorherzubestimmen. Die Endausformung des Behälters kann druckgesteuert erfolgen, wofür die Verdrängung druckgesteuert werden kann.Since the shape of the container in the first step can take different amounts, the required displacement is not always precise predict. The final shaping of the container can be pressure-controlled, for which the displacement can be pressure-controlled.
Die Verdrängung kann auch volumengesteuert sein, wobei das verdrängte Volumen so groß gewählt werden muss, dass es in jedem Fall ausreicht, um einen noch nicht vollständig ausgeformten Behälter auszuformen. In diesem Fall, aber auch unabhängig davon, ist es vorteilhaft, ein Überdruckventil vorzusehen, das bei Druck über einem vorgegebenen Wert öffnet und Füllgut aus dem abgeschlossenen Volumen abfließen lässt, so dass der Höchstdruck begrenzt wird. Ein Überdruckventil kann auch vorteilhaft den Druck begrenzen, wenn zur Durckerhöhung eine lokale Verdampfung des Füllguts oder andere Mittel eingesetzt werden.The displacement can also be volume controlled, wherein the displaced volume must be chosen so large that it is sufficient in any case to form a not yet fully formed container. In this case, but also independently, it is advantageous to provide a pressure relief valve which opens at pressure above a predetermined value and allow contents to flow out of the closed volume, so that the maximum pressure is limited. A pressure relief valve can also advantageously limit the pressure, if a local evaporation of the medium or other means are used to Durckerhöhung.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Rückschlagventil zur Trennung der Zuführleitung von dem abgeschlossenen Volumen eingesetzt werden. Die erste Phase des Füllvorgangs kann dann mit dem niedrigeren Fülldruck erfolgen.In one embodiment of the invention, a check valve may be used to separate the feed line from the sealed volume. The first phase of the filling process can then take place at the lower filling pressure.
Anschließend kann der Druck in dem abgeschlossenen Volumen erhöht werden. Das Rückschlagventil schließt bei einem Druck, der höher als der Fülldruck ist, und die Zuführleitung wird somit von dem abgeschlossenen Volumen getrennt. Der Druck kann bis zum gewünschten Wert erhöht werden, ohne dass der Druck sich bis in die Zuführleitung fortpflanzen würde.Subsequently, the pressure in the closed volume can be increased. The check valve closes at a pressure higher than the filling pressure, and the supply line is thus separated from the closed volume. The pressure can be increased to the desired level without the pressure propagating down to the delivery line.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird weiter eine Vorrichtung zum Herstellen von mit einem flüssigen Füllgut gefüllten Behältern aus Vorformlingen aus einem thermoplastischen Material mit einer Form- und Füllstation mit einem Form- und Füllkopf, der dichtend in Anlage mit der Mündung des Vorformlings gebracht werden kann, und einer Zuführleitung für das Füllgut, die mit einem Absperrventil versehen ist, vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Form- und Füllkopf eine Vorrichtung zur Druckerzeugung aufweist, mit der ein stromabwärts des Absperrventils vorhandenes abgeschlossenes Flüssigkeitsvolumen unter Druck setzbar ist.To achieve the object according to the invention, there is further provided an apparatus for producing containers filled with a liquid product from preforms made of a thermoplastic material having a forming and filling station with a forming and filling head which can be sealingly brought into contact with the mouth of the preform, and a feed line for the contents, which is provided with a shut-off valve proposed. The device according to the invention is characterized in that the forming and filling head has a device for generating pressure with which a closed liquid volume present downstream of the shut-off valve can be put under pressure.
Nach der Einleitung des Füllguts unter einem ersten Druck durch die Zuführleitung kann die Zuführleitung von der Form- und Füllstation durch ein Absperrventil getrennt werden. Der erste Druck muss dabei nur so hoch gewählt werden, dass der Behälter im Wesentlichen ausgeformt wird. Es genügt, wenn er großflächig zur Anlage mit der Form kommt, ohne dass alle Details ausgeformt werden.After the introduction of the contents under a first pressure through the supply line, the supply line can be separated from the forming and filling station by a shut-off valve. The first pressure must be selected only so high that the container is substantially formed. It is sufficient if it comes to a large area to the plant with the form, without all the details are formed.
Nach der Schließung des Absperrventils verbleibt stromabwärts des Absperrventils ein abgeschlossenes Füllgutvolumen, im Wesentlichen im annähernd ausgeformten Behälter, das aber von der Zuführleitung abgekoppelt ist. Mit der am Form- und Füllkopf angeordneten Vorrichtung zur Druckerzeugung wird das Füllgut in diesem abgeschlossenen Volumen kurz unter Druck gesetzt, so dass sich der Behälter einschließlich aller Konturen ausformt. Der Druck ist dabei höher als der Druck, mit dem das Füllgut zuvor durch die Zuführleitung zugeführt wurde.After the closure of the shut-off valve downstream of the shut-off valve remains a closed Füllgutvolumen, essentially in approximately shaped container, but is decoupled from the feed line. With the device for generating pressure arranged on the forming and filling head, the contents are briefly pressurized in this closed volume, so that the container, including all contours, is formed. The pressure is higher than the pressure with which the product was previously supplied through the supply line.
Die Druckerzeugung kann durch Verdrängung von Füllgut innerhalb des abgeschlossenen Volumens erfolgen. Vorrichtungen zur Druckerzeugung können z. B. ein oder mehrere Kolben, ein Membransystem oder eine meist ohnehin vorhandene Reckstange sein. Zur Erzeugung hoher Drücke kann ein Druckübersetzer vorgesehen sein. Vorzugsweise wird die Vorrichtung zur Druckerzeugung pneumatisch gesteuert. Hydraulische oder elektrische Steuerungen sind ebenfalls möglich. Die Druckerzeugung kann druckgesteuert oder volumengesteuert sein. The pressure generation can be done by displacement of contents within the closed volume. Devices for generating pressure can, for. As one or more pistons, a membrane system or a usually already existing stretch rod. To generate high pressures, a pressure booster can be provided. Preferably, the pressure generating device is pneumatically controlled. Hydraulic or electrical controls are also possible. The pressure generation can be pressure-controlled or volume-controlled.
Die Vorrichtung zur Druckerzeugung können alternativ auch zwei Hochspannungselektroden zur Erzeugung eines Lichtbogens sein. Wird der Lichtbogen im Füllgut gezündet, verdampft dort das Füllgut lokal. Der Volumenzuwachs liegt bei der Verdampfung bei mehr als Faktor 1000, so dass der Druck entsprechend ansteigt und der Behälter endgültig ausgeformt wird.Alternatively, the pressure generating device may be two high voltage electrodes for generating an arc. If the arc is ignited in the medium, the contents evaporate locally there. The volume increase in the evaporation is more than a factor of 1000, so that the pressure increases accordingly and the container is finally formed.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung mit einem Rückschlagventil als Absperrventil ausgestattet. Sobald in dem abgeschlossenen Flüssigkeitsvolumen ein Druckanstieg erfolgt, schließt das Rückschlagventil und trennt somit die Zuführleitung von dem abgeschlossenen Volumen. Der hohe Druck zur Endausformung des Behälters wird nicht stromaufwärts in die Zuführleitung übertragen.According to one embodiment of the invention, the device is equipped with a check valve as a shut-off valve. As soon as a pressure increase takes place in the closed liquid volume, the check valve closes and thus separates the feed line from the closed volume. The high pressure for final formation of the container is not transferred upstream into the supply line.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das abgeschlossene Flüssigkeitsvolumen über ein Überdruckventil mit der Atmosphäre verbunden. Die Druckerzeugung kann dann beliebig erfolgen und muss nicht druckgesteuert sein. Steigt der Druck zu weit an, öffnet das Überdruckventil und lässt Füllgut aus dem abgeschlossenen Volumen entweichen. Vorzugsweise wird das austretende Füllgut aufgefangen und in den Füllgutkreislauf zurückgeleitet.According to a further embodiment of the invention, the closed volume of liquid is connected via a pressure relief valve to the atmosphere. The pressure generation can then be arbitrary and does not have to be pressure-controlled. If the pressure rises too far, the pressure relief valve opens and allows contents to escape from the closed volume. Preferably, the leaking filling material is collected and returned to the product cycle.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert, die Folgendes darstellen:Exemplary embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, which show the following:
In
Die Form- und Füllstation
Der Form- und Füllkopf
Weiter verfügt der Form- und Füllkopf
Nach der ersten groben Ausformung des Behälters
Durch die vorherige Trennung der Versorgungsleitung und des Vorratsbehälters vom Form- und Füllkopf
In
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