DE102016009208A1

DE102016009208A1 - Form- und Füllstation einer Anlage zum Herstellen von gefüllten Behältern aus Vorformlingen durch unter Druck in den Vorformling eingeleitetes Füllgut

Info

Publication number: DE102016009208A1
Application number: DE102016009208.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Litzenberg; Michael Linke; Gerhard Klöpper
Original assignee: KHS Corpoplast GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-02-01
Also published as: US20200001514A1; EP3452264A1; WO2018019405A1; CN109476066A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Form- und Füllstation einer Anlage zum Herstellen von gefüllten Behältern aus Vorformlingen durch unter Druck in den Vorformling eingeleitetes flüssiges Füllgut sowie eine Reckstange für eine solche Form- und Füllstation. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Form- und Füllstation einer solchen Anlage, die eine Reckstange umfasst, derart fortzubilden, dass es nicht zu Füllgutverlusten durch aus der Reckstange nachtropfendes Füllgut kommt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine solche Form- und Füllstation, die eine Reckstange 1 und einen Flüssigkeitskanal 3 umfasst, der durch ein Füllventil 22 steuerbar ist und der die Reckstange 1 zumindest teilweise durchläuft und in mindestens einer in der Reckstange 1 angeordneten Auslassöffnung 4a, 4b, 4c, 4d, 5 endet, die dadurch gekennzeichnet ist, dass im Flüssigkeitskanal 3 zwischen Füllventil 22 und Auslassöffnung eine Gassperre 6, 6a, 6b angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch eine Reckstange 1 für eine vorstehend beschriebene Form- und Füllstation mit einem Füllgutkanal 3 und mindestens einer Auslassöffnung 4a, 4b, 4c, 4d, 5 zum Auslass von Füllgut, die dadurch gekennzeichnet ist, dass im Füllgutkanal eine Gassperre 6, 6a, 6b angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Form- und Füllstation einer Anlage zum Herstellen von gefüllten Behältern aus Vorformlingen durch unter Druck in den Vorformling eingeleitetes flüssiges Füllgut sowie eine Reckstange für eine solche Form- und Füllstation.
Herkömmlich werden Behälter, insbesondere Flaschen, im Blasformverfahren durch ein unter Druck in einen vorgeheizten Vorformling einströmendes Formgas geformt und in einem zweiten Schritt mit einem Füllgut, insbesondere einem flüssigen Füllgut, befüllt. Zur rationelleren Herstellung sind in letzter Zeit Verfahren entwickelt worden, bei denen der vorgeheizte Vorformling nicht durch ein Druckgas sondern durch das unter Druck zugeführte flüssige Füllgut in einem Schritt geformt und gefüllt werden kann. Ein solches Verfahren ist z. B. aus der DE 10 2010 007 541 A1 bekannt.
Damit ein Vorformling in einen Behälter umgeformt werden kann, wird er thermisch konditioniert, also insbesondere erwärmt und mit einem geeigneten Temperaturprofil versehen. Dabei wird der Körper des Vorformlings z. B. auf ca. 120°C erwärmt und formbar, während der Mündungsbereich nur deutlich niedrigere Temperaturen erreichen darf, da der Vorformling am Mündungsbereich in der Form- und Füllmaschine gehalten wird und sich unter den dort üblichen Haltekräften nicht verformen darf. Für die thermische Konditionierung verfügt eine Vorrichtung zur Herstellung von gefüllten Behältern über eine Heizstrecke, entlang der die Vorformlinge geführt und dabei mit dem gewünschten Termperaturprofil versehen werden.
Der Formvorgang muss dann sehr schnell vonstatten gehen, damit die im Vorformling gespeicherte Wärme ausreicht, um den Vorformling bis zum Abschluss des Formvorgangs plastisch verformbar zu erhalten. Bei der Formung mit flüssigem Füllgut muss dem Vorformling das für den ausgeformten Behälter erforderliche Volumen deshalb unter hohem Druck und innerhalb eines kurzen Zeitintervalls zugeführt werden.
Der Vorformling muss während seiner Umformung in den Behälter außerdem geführt werden, damit eine gleichmäßige und kontrollierte Umformung stattfinden kann. Dies kann mit einer Reckstange geschehen, die während des Form- und Füllvorgangs eine Bewegung in Richtung der Längsachse des Behälters vollführt und dabei den Umformvorgang durch Druck auf den Boden des Vorformlings auslöst und anschließend durch Kontakt mit dem Bodenbereich die Umformung kontrolliert.
Es bietet sich dabei an, das Füllgut durch die Reckstange zuzuführen. Die durch die Mündung des Vorformlings in das Innere des Vorformlings eintauchende Reckstange schränkt den für die etwaige Füllgutzufuhr verfügbaren Querschnitt an der Reckstange vorbei ohnehin so stark ein, dass eine Zuführung durch die Reckstange sinnvoll erscheint. Andererseits kann das Füllgut durch die Reckstange hindurch an unterschiedlichen Stellen des Vorformlings bzw. des sich formenden Behälters zugeführt und durch geschickte Positionierung der Auslassöffnungen eine vorteilhafte Strömung erreicht werden.
Allerdings kommt es bei der Verwendung einer Reckstange nach Beendigung des Form- und Füllvorgangs leicht zu einem Nachtropfen von Füllgut aus der Reckstange. Das Füllventil, mit dem der Füllgutstrom gesteuert wird, ist aus praktischen Gründen normalerweise im Form- und Füllkopf vor der Reckstange angeordnet, so dass das stromabwärts davon befindliche Füllgutvolumen leicht aus der Reckstange herauslaufen kann.
Dies führt zu einer Verunreinigung der Form- und Füllstation und zu Füllgutverlusten. Außerdem ist die Form- und Füllstation nicht sofort mit vollem Durck einsatzbereit. Nach dem Öffnen des Füllventils muss erst das Reckstangenvolumen mit Füllgut versorgt werden. Die darin befindliche Luft muss zunächst verdrängt werden, bevor der volle hydraulische Druck durch das Füllgut aufgebaut werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Form- und Füllstation einer Anlage zum Herstellen von gefüllten Behältern aus Vorformlingen durch unter Druck in den Vorformling eingeleitetes flüssges Füllgut, die eine Reckstange umfasst, derart fortzubilend, dass es nicht zu Füllgutverlusten durch aus der Reckstange nachtropfendes Füllgut kommt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Form- und Füllstation einer Anlage zum Herstellen von gefüllten Behältern aus Vorformlingen durch unter Druck in den Vorformling eingeleitetes flüssiges Füllgut, umfassend eine Reckstange und einen Flüssigkeitskanal, der durch ein Füllventil steuerbar ist und der die Reckstange zumindest teilweise durchläuft und in mindestens einer in der Reckstange angeordneten Auslassöffnung endet, die dadurch gekennzeichnet ist, dass im Flüssigkeitskanal zwischen Füllventil und Auslassöffnung eine Gassperre angeordnet ist.
Eine Gassperre ist ein im Flüssigkeitskanal angeordnetes Element, das verhindert, dass Luft in den Abschnitt des Flüssigkeitskanal stromaufwärts der Gassperre eindringen kann. Einer Gassperre liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Flüssigkeit, die sich drucklos in einer Leitung befindet, aufgrund ihrer Oberflächenspannung im Zusammenwirken mit dem Umgebungsdruck nicht mehr aus der Leitung herausläuft, sofern die Auslassöffnung der Leitung nur klein genug ist. Die Oberflächenspannung verhindert dann die Tropfenbildung.
Eine Gassperre kann deshalb beispielsweise aus einer Mehrzahl von Sieb- oder Strömungskanälen bestehen, die den Gesamtquerschnitt des Kanals auf mehrere kleinere Querschnitte aufteilen, so dass jeder einzelne Querschnitt klein genug ist, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Die Gassperre kann insbesondere runde oder mehreckige Querschnittsflächen aufweisen, insbesondere dreieckige oder sechseckige Querschnittsflächen.
Die Gassperre kann Kanäle mit einer coaxialen Anordnung in der Reckstange bilden. Vorzugsweise ist dabei die Länge eines Kanals größer als der Durchmesser seiner Querschnittsfläche.
Welche Dimensionen und Relationen zwischen Kanaldurchmesser und Kanallänge geeignet sind, hängt maßgeblich vom Füllgut und dessen Oberflächenspannung ab. Der Fachmann kann geeignete Abmessungen leicht theoretisch oder experimentell ermitteln.
Vorteilhaft ist die Gassperre unmittelbar vor der Auslassöffnung des Strömungskanals angeordnet. Unmittelbar soll hier bedeuten, dass das zwischen der Gassperre und der Auslassöffnung verbleibende Flüssigkeitsvolumen vernachlässigbar gering ist. Das aus der Reckstange möglicherweise noch austretende Füllgut kann so minimiert werden.
Die Reckstange einer erfindungsgemäßen Form- und Füllstation kann auch über mehrere Auslassöffnungen verfügen. Die Auslassöffnungen können auf gleicher Höhe im Strömungskanal angeordnet sein, beispielsweise mehrere radiale Öffnungen in der Reckstange, oder auf verschiedenen Höhen, so dass während des Form- und Füllvorgangs Füllgut in den Vorformling in unterschiedlichen Höhen einegbracht werden kann. Eine Gassperre sollte dann vorzugsweise vor jeder Auslassöffnung angeordnet sein. Dabei kann es sich um eine gemeinsame Gassperre für mehrere räumlich enger beieinander liegende Auslassöffnungen handeln oder um einzelne, jeweils vor der betreffenden Auslassöffnung angeordnete Gassperren.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch eine Reckstange für eine vorstehend beschriebene Form- und Füllstation mit einem Füllgutkanal und mindestens einer Auslassöffnung zum Auslass von Füllgut, die dadurch gekennzeichnet ist, dass im Füllgutkanal eine Gassperre angeordnet ist.
Die Gassperre teilt den Querschnitt des Flüssigkeitskanals vorzugsweise auf eine Mehrzahl von Querschnittsflächen auf. Sie kann runde oder mehreckige Querschnittsflächen aufweisen, insbesondere dreieckige oder sechseckige Querschnittsflächen.
Die Gassperre kann Kanäle mit einer coaxialen Anordnung in der Reckstange bilden. Vorzugsweise ist dabei die Länge eines Kanals größer als der Durchmesser seiner Querschnittsfläche.
Vorzugsweise kann die Gassperre unmittelbar vor der Auslassöffnung angeordnet sein. Die Reckstange kann auch über mehrere Auslassöffnungen an unterschiedlichen Positionen des Strömungskanals verfügen und vor jeder Auslassöffnung eine Gassperre angeordnet sein.
Verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Reckstangen werden nachfolgend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert, die Folgendes darstellen:
1 zeigt schematisch die Elemente einer Form- und Füllstation im Kontext einer Maschine zum simultanen Formen und Füllen von Behältern;
2 zeigt eine erfindungsgemäße Reckstange während der simultanen Umformung und Füllung eines Vorformlings in einen Behälter im Schnitt;
3 zeigt die Reckstange aus 1 zu Beginn eines Form- und Füllvorgangs im drucklosen Zustand im Schnitt;
4 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Reckstange mit einer Gassperre;
5 zeigt eine Reckstange ähnlich der 1, wobei die Reckstange über mehrere Auslassöffnungen auf unterschiedlichen Höhen verfügt.
Alle Darstellungen verstehen sich als Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung. Sie sind teilweise vereinfacht dargestellt und umfassen nur die zur Veranschaulichung der Erfindung erforderlichen Bauteile. Die Größenrelationen der einzelnen Bauteile zueinander kann ein Fachmann mit seinem Fachwissen ohne Weiteres verändern oder den konkreten Bedürfnissen anpassen.
1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Vorformling 2, in den eine Reckstange 1 eingeführt ist. Die Reckstange 1 dient der mindestens zeitweisen Führung des Vorformlings 2 während seiner Umformung zum Behälter. Typischerweise erfolgt ein Kontakt zwischen der Kuppe 18 der Reckstange 1 und dem Boden 19 des Vorformlings 2. Bei einem weiteren Einfahren der Reckstange 1 in den Vorformling 2 hinein wird eine Längsreckung des Vorformlings 2 verursacht. Nach einem Abschluss des Reckvorganges oder auch bereits während der Durchführung des Reckvorganges wird einer Vorratseinrichtung 20 entnommenes Füllgut 21 durch den Flüssigkeitskanal 3 im Inneren der Reckstange 1 in den Vorformling 2 eingeleitet. Der Flüssigkeitsstrom kann durch das Füllventil 22 gesteuert werden.
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 2 beaufschlagenden Form- und Füllkopfes 8 angeordnet ist. Durch den Form- und Füllkopf 8 hindurch ist die Reckstange 1 positionierbar. Der Vorformling 2 wird gegenüber dem Form- und Füllkopf 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 1.
Das Füllgut kann bei geöffnetem Füllventil durch die Auslassöffnungen 4a, 4b in den Vorformling 2 einströmen. Vor den Auslassöffnungen ist erfindungsgemäß eine Gassperre 6 angeordnet.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Reckstange 1 während der simultanen Umformung und Füllung eines Vorformlings 2 in einen Behälter im Schnitt. Auf die Mündung 7 des Vorformlings ist der Form- und Füllkopf 8 einer Form- und Füllstation einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Formen und Füllen von Flaschen aus Vorformlingen aufgesetzt. Der Vorformling 2 befindet sich in einer hier nicht dargestellten Form, die die Form der zu formenden Flasche definiert.
Im Inneren der Reckstange 1 befindet sich ein Flüssigkeitskanal 3, durch den Füllgut unter hohem Druck in den Vorformling 2 eingeleitet werden kann. Hierfür wird das in dieser Abbildung nicht dargestellte Füllventil, das oberhalb der Reckstange im Flüssigkeitsstrom liegt, geöffnet. Füllgut wird durch die Auslassöffnungen 4a, 4b und 5 in den Vorformling 2 eingeleitet. Der im Vorformling entstehende Druck sorgt für die Umformung in einen Behälter, wie die Pfeile andeuten.
Unmittelbar vor den Auslassöffnungen 4a, 4b und 5 befindet sich eine Gassperre 6.
In 3 ist dieselbe Anordnung wie in 1 dargestellt, jedoch zu Beginn eines Form- und Füllvorgangs. Die Reckstange 1 ist bereits in den Vorformling 2 eingeführt, ist jedoch noch drucklos, da das nicht dargestellte Füllventil noch geschlossen ist. Die Gassperre 6 verhindert, dass das im Flüssigkeitskanal 3 vorhandene Füllgut durch die Auslassöffnungen 4a, 4b, 5 in der Reckstange herausfließen kann, solange die Station drucklos ist.
Hierfür ist, wie in 4 dargestellt, eine Gassperre 6 in der hier teilweise geschnitten dargestellten Reckstange 1 angeordnet. Die Gassperre 6 besteht aus einer Vielzahl von Kanälen 9 mit rundem Querschnitt und einer Länge L, die einem Mehrfachen des Kanaldurchmessers entspricht. Welche Dimensionen und Relationen zwischen Kanaldurchmesser und Kanallänge L geeignet sind, hängt maßgeblich vom Füllgut und dessen Oberflächenspannung ab. Der Fachmann kann geeignete Abmessungen leicht theoretisch oder experimentell ermitteln.
5 zeigt eine Reckstange 1 ähnlich der 1, wobei die Reckstange über mehrere Auslassöffnungen 4a, 4b, 5 und 4c, 4d auf unterschiedlichen Höhenniveaus verfügt. Füllgut kann so auf unterschiedlichen Höhen in den sich formenden Behälter eingebracht werden. Sowohl unmittelbar vor den unteren Auslassöffnungen 4a, 4b, 5 ist eine Gassperre 6a angeordnet als auch vor den oberen Auslassöffnungen 4c, 4d. Die obere Gassperre 6b verhindert, dass Füllgut von oberhalb aus dem Flüssigkeitskanal in der Reckstange nachlaufen kann, wenn die Flüssigkeit unterhalb der Gassperre 6b durch die Auslassöffnungen 4c, 4d nach dem Schließen des Füllventils abgeflossen ist und sich ein kleiner ungefüllter Bereich in der Reckstange im Bereich der oberen Auslassöffnungen 4c, 4d befindet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010007541 A1 [0002]

Claims

Form- und Füllstation einer Anlage zum Herstellen von gefüllten Behältern aus Vorformlingen (2) durch unter Druck in den Vorformling (2) eingeleitetes flüssiges Füllgut, umfassend eine Reckstange (1) und einen Flüssigkeitskanal (3), der durch ein Füllventil (22) steuerbar ist und der die Reckstange (1) zumindest teilweise durchläuft und in mindestens einer in der Reckstange (1) angeordneten Auslassöffnung (4a, 4b, 4c, 4d, 5) endet, dadurch gekennzeichnet, dass im Flüssigkeitskanal (3) zwischen Füllventil (22) und Auslassöffnung (4a, 4b, 4c, 4d, 5) eine Gassperre (6, 6a, 6b) angeordnet ist.
Form- und Füllstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassperre (6, 6a, 6b) den Querschnitt des Flüssigkeitskanals (3) auf eine Mehrzahl von Querschnittsflächen (9) aufteilt.
Form- und Füllstation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassperre (6, 6a, 6b) runde oder mehreckige Querschnittsflächen (9) aufweist, insbesondere dreieckige oder sechseckige Querschnittsflächen.
Form- und Füllstation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassperre (6, 6a, 6b) Kanäle mit einer coaxialen Anordnung in der Reckstange (1) bildet.
Form- und Füllstation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) eines Kanals größer als der Durchmesser seiner Querschnittsfläche (9) ist.
Form- und Füllstation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassperre (6, 6a, 6b) unmittelbar vor der Auslassöffnung (4a, 4b, 4c, 4d) angeordnet ist.
Form- und Füllstation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reckstange (1) über mehrere Auslassöffnungen (4a, 4b, 4c, 4d, 5) an unterschiedlichen Positionen des Strömungskanals (3) verfügt und vor jeder Auslassöffnung (4a, 4b, 4c, 4d, 5) eine Gassperre (6a, 6b) angeordnet ist.
Reckstange (1) für eine Form- und Füllstation nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem Füllgutkanal (3) und mindestens einer Auslassöffnung (4a, 4b, 4c, 4d, 5) zum Auslass von Füllgut, dadurch gekennzeichnet, dass im Füllgutkanal (3) eine Gassperre (6, 6a, 6b) angeordnet ist.
Reckstange (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassperre (6, 6a, 6b) den Querschnitt des Flüssigkeitskanals auf eine Mehrzahl von Querschnittsflächen (9) aufteilt.
Reckstange (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassperre (6, 6a, 6b) runde oder mehreckige Querschnittsflächen (9) aufweist, insbesondere dreieckige oder sechseckige Querschnittsflächen.
Reckstangen nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassperre (6, 6a, 6b) Kanäle mit einer coaxialen Anordnung in der Reckstange (1) bildet.
Form- und Füllstation nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) eines Kanals größer als der Durchmesser seiner Querschnittsfläche (9) ist.
Reckstange (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassperre (6, 6a, 6b) unmittelbar vor einer Auslassöffnung (4a, 4b, 4c, 4d) angeordnet ist.
Reckstange (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reckstange (1) über mehrere Auslassöffnungen (4a, 4b, 4c, 4d, 5) an unterschiedlichen Positionen des Strömungskanals (3) verfügt und vor jeder Auslassöffnung (4a, 4b, 4c, 4d, 5) eine Gassperre (6a, 6b) angeordnet ist.