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Die Erfindung betrifft eine Formfüllmaschine zum Ausformen eines Kunststoffbehälters mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein Formfüllverfahren für einen Kunststoffbehälter mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 11.
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Zur Herstellung von Kunststoffbehältern sind Streckblasmaschinen und -verfahren bekannt, bei denen ein mittels Spritzgussverfahren hergestellter Kunststoffvorformling innerhalb einer Blasform zuerst mit einer Reckstange gestreckt und dann durch Druckbeaufschlagung mit bis zu 40 bar in den fertigen Behälter umgeformt wird. Nachteilig dabei ist der maschinelle Aufwand und Energieverbrauch der Drucklufterzeugung.
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Alternativ zum Aufblasen der Behälter mit Pressluft beschreibt die
US 7,473,388 B2 eine Formfüllmaschine für PET-Flaschen, bei dem der Vorformling zunächst über die Glasübergangstemperatur erhitzt und dann innerhalb einer Form durch eine inkompressible Flüssigkeit, wie beispielsweise das Produkt selbst, in den fertigen Behälter umgeformt und gefüllt wird. Um das Fluid unter Druck zu setzen, ist ein Kolben vorgesehen, der seinerseits mittels Druckluft gesteuert wird. Für die kurzen Füllzeiten ist allerdings ein hoher Druck notwendig, was wiederum einen hohen Aufwand und einen hohen Energieverbrauch für die Bereitstellung der Druckluft erfordert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Formfüllmaschine bereitzustellen, bei der ein geringerer Aufwand und ein niedrigerer Energieverbrauch für die Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit zum Umformen des Kunststoffbehälters notwendig sind.
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Zur Lösung der Aufgabenstellung stellt die Erfindung eine Formfüllmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt.
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Dadurch, dass das Gasgemisch in der Reaktionskammer gezündet wird, dehnt es sich besonders schnell aus und baut so in der Reaktionskammer auf einfach Weise einen besonders hohen Druck auf. Anschließend wird der Druck auf das Formfluid weitergegeben, das dann über das Füllorgan zur Umformung des Vorformlings in den fertigen Kunststoffbehälter eingepresst wird. Dadurch, dass die Reaktionskammer sehr einfach und bis auf die Ventile ohne bewegbare Teile aufgebaut werden kann, ist der konstruktive Aufwand für die Druckbereitstellung besonders gering. Des Weiteren wird die Energie des zündfähigen Gasgemisches effizient in den Druckaufbau in der Reaktionskammer umgewandelt, so dass der Energieverbrauch besonders niedrig ist.
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Die Formfüllmaschine kann in einer Getränkeverarbeitungsanlage angeordnet sein. Die Vorrichtung kann einem Vorratsbehälter für Vorformlinge, einem Rinser, einer Transporteinrichtung, einer Spritzgussmaschine zum Herstellen der Vorformlinge und/oder einem Ofen zum Erwärmen der Vorformlinge nachgeordnet sein. Die Vorrichtung kann einer Transporteinrichtung, einem Verschließer und/oder einer Verpackungsmaschine vorgeordnet sein.
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Der Kunststoffbehälter kann dafür vorgesehen sein, Getränke, Hygieneartikel, Pasten, chemische, biologische und/oder pharmazeutische Produkte aufzunehmen. Der Kunststoffbehälter kann eine Kunststoffflasche, eine Dose und/oder eine Tube sein. Bei dem Kunststoffbehälter kann es sich im Speziellen um einen PET-, HD-PE- oder PP-Behälter bzw. -Flasche handeln. Der Vorformling kann dazu vorgesehen sein, durch Umformung in der Hohlform in den Kunststoffbehälter expandiert zu werden. Der Vorformling kann mit einem Spritzgussverfahren hergestellt sein und vorzugsweise ein Mündungsteil zum späteren Verschließen des fertigen Behälters und einen daran anschließenden, einseitig zum Mündungsteil hin offenen Hohlkörper zum Umformen durch das Formfluid in den Behälterkörper umfassen.
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Das Formfluid kann eine Flüssigkeit sein, auch solche mit darin gelöstem Kohlendioxid oder dergleichen, und ist definitionsgemäß hinsichtlich seiner Funktion beim Ausformen und Füllen der Behälter ein inkompressibles Fluid im Gegensatz zu einem Gas, das funktional als kompressibles Fluid definiert ist. Das Formfluid kann das in den Behälter abzufüllende Produkt oder ein Produktanteil sein. Denkbar ist allerdings auch, dass das Formfluid ein anderes Fluid ist als das Produkt. Anders ausgedrückt, dann die Formfüllmaschine dazu ausgebildet sein, den Vorformling mit dem Formfluid in den Kunststoffbehälter umzuformen, das Formfluid anschließend wieder abzusaugen und dann den fertigen Kunststoffbehälter mit dem Produkt zu befüllen.
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Die Formfüllmaschine kann zum Transport der Kunststoffbehälter eine Transporteinrichtung umfassen. Die Transporteinrichtung kann ein Förderband oder Karussell sein. Das Karussell kann um eine vertikale Achse mittels eines Antriebs drehbar ausgebildet sein. „Vertikal“ kann hier bedeuten, dass dies die Richtung ist, die auf den Erdmittelpunkt gerichtet ist. Die Transporteinrichtung kann Behälteraufnahmen zur Aufnahme der Kunststoffbehälter am Hals, am Behälterkörper und/oder Behälterboden umfassen. Ein Transportstern kann der Formfüllmaschine vor- und/oder nachgeordnet sein.
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Die Formfüllmaschine kann wenigstens eine Behandlungsstation zum expandierenden Umformen des Vorformlings zum Kunststoffbehälter in der Hohlform und zum Abfüllen des Produkts in den Kunststoffbehälter in der Hohlform umfassen. Die Formfüllmaschine kann mehrere Behandlungsstationen umfassen, die insbesondere mit den Behälteraufnahmen der Transporteinrichtung korrespondieren. Dadurch können mit der Formfüllmaschine mehrere Kunststoffbehälter parallel hergestellt und befüllt werden. Jede Behandlungsstation kann eine Hohlform und einen Ventilkopf umfassen. Die Behandlungsstationen können mit einem Drehverteiler zur Verteilung des Formfluids, des Produkts, eines Gases, eines Unter- und/oder Überdrucks verbunden sein. Die Behandlungsstation kann derart ausgebildet sein, dass die Vorformlinge in die Hohlform eingebracht, mit einer Reckstange gestreckt und mit dem Formfluid zum Kunststoffbehälter ausgeformt wird. Optional kann das Formfluid wieder abgesaugt und das eigentliche Produkt in den Kunststoffbehälter abgefüllt werden.
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Die Behandlungsstation kann die Reaktionskammer umfassen und/oder damit verbunden sein. Denkbar ist auch, dass mehrere Behandlungsstationen jeweils eine Reaktionskammer umfassen und/oder damit verbunden sind. Alternativ können auch mehrere Behandlungsstationen mit einer gemeinsamen Reaktionskammer verbunden sein.
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Der Ventilkopf kann dazu ausgebildet sein, beim Ausformen und/oder beim Abfüllen des Produkts mit der Mündung des Vorformlings bzw. des Kunststoffbehälters zu korrespondieren. Ferner kann eine Verfahreinheit dazu vorgesehen sein, um nach dem Einbringen des Vorformlings die Hohlform mit dem Ventilkopf im Mündungsbereich zu verschließen. Ferner kann der Ventilkopf Ventile, Leitungen, Düsen, Weichen und dergleichen umfassen, um das Formfluid, ein Gas, das Produkt und/oder verschiedene Produktanteile in den Vorformling und/oder den Kunststoffbehälter ein- oder auszuführen. Darüber hinaus kann der Ventilkopf zum Absaugen des Formfluids und/oder eines Gases ausgebildet sein. Die Ventile können dazu vorgesehen sein, den Fluss des Formfluids, des Produkts und/oder des Gases zu regulieren, freizugeben und/oder zu sperren. Denkbar ist, dass das Formfluid, insbesondere das Produkt über das Füllorgan des Ventilkopfs in den Kunststoffbehälter eingepresst wird.
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Eine Reckstange kann dazu vorgesehen sein, den Vorformling in einem erwärmten Zustand in der Hohlform zu strecken. Das Füllorgan kann wenigstens teilweise in der Reckstange integriert sein. Die Reckstange kann mit einer Längsverstellung oder über eine Kurvensteuerung entlang der Längsachse des Vorformlings verfahrbar sein.
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Das Füllorgan kann derart ausgebildet sein, dass durch das Abfüllen des Produkts ein Innendruck auf den Vorformling oder den mit der Reckstange gestreckten Vorformling derart aufbringbar ist, dass der Kunststoffbehälter in der Hohlform ausformbar ist. Dadurch kann das Produkt als Formfluid zum Umformen des Kunststoffbehälters eingesetzt werden und kann anschließend im Behälter verbleiben. Dadurch arbeitet die Formfüllmaschine besonders effizient.
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Die Reaktionskammer kann als in den Ventilkopf und/oder in die Behandlungsstation integrierter oder separater Hohlraum ausgebildet sein. Die Reaktionskammer kann durch ein Gehäuse gebildet werden, das kugelförmig, zylindrisch oder quaderförmig ist. Die Reaktionskammer kann ein Zündelement umfassen, mit dem das zündfähige Gasgemisch zündbar ist. Vorzugsweise kann das Zündelement elektrisch steuerbar sein. Die Reaktionskammer kann mit wenigstens einer Zuleitung für das zündfähige Gasgemisch verbunden sein. Beispielsweise kann die Reaktionskammer mit mehreren Zuleitungen verbunden sein, um einzelne Komponenten des zündfähigen Gasgemisches einzeln in die Reaktionskammer einzubringen. Dadurch kann die Formfüllmaschine sicherer arbeiten, da sich erst innerhalb der Reaktionskammer das zündbare Gasgemisch bildet und nicht in den Leitungen. Das zündfähige Gasgemisch kann Luft, Wasserstoff, Sauerstoff, Erdgas und/oder Kohlenwasserstoffe umfassen. Anders ausgedrückt kann das zündfähige Gasgemisch chemische Komponenten umfassen, die beim Zünden chemisch miteinander reagieren und dabei expandieren. Die Reaktionskammer kann über eine Ableitung mit dem Ventilkopf, vorzugsweise dem Füllorgan, verbunden sein.
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Die Formfüllmaschine kann weiter einen Einspritzzylinder mit einer variablen Dosierkammer zum Abgeben des Formfluids an den Ventilkopf, insbesondere das Füllorgan umfassen, wobei die Dosierkammer mit der Reaktionskammer zur Druckübertragung des gezündeten Gasgemisches an das Formfluid bzw. das Produkt unmittelbar oder mittelbar verbunden ist. Durch den Einspritzzylinder kann die gewünschte Menge des Formfluids bzw. des Produkts vordosiert werden, die dann später zum Füllen und/oder Umformen des Kunststoffbehälters dient. Durch die Variabilität der Dosierkammer kann der Druck des gezündeten Gasgemisches an das Formfluid weitergegeben werden. Eine variable Seite der Dosierkammer kann durch bewegbare Wände des Einspritzzylinders und/oder eine Oberfläche des Formfluids gebildet werden.
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Darüber hinaus kann ein bewegbarer Kolben oder eine Membran im Einspritzzylinder zur Weiterleitung des Drucks von der Reaktionskammer an die Dosierkammer vorgesehen sein. Dadurch wirkt der Druck zunächst auf den Kolben bzw. die Membran ein und darüber mittelbar auf das Formfluid in der Dosierkammer. Folglich gelangen die reagierenden Gase nicht in direkten Kontakt mit dem Produkt. Anders ausgedrückt kann auf der einen Seite des bewegbaren Kolbens oder der Membran die Dosierkammer und auf der anderen Seite die Reaktionskammer, ein Teil der Reaktionskammer oder ein mit der Reaktionskammer in Verbindung stehendes Gasvolumen sein. Der Einspritzzylinder kann eine zylindrische Innenwand umfassen, mit der der zylindrische Kolben in gleitendem Kontakt steht. Vorzugsweise weist der Kolben eine zylindrische Dichtfläche auf, die in gleitendem Kontakt mit der zylindrischen Innenwand des Einspritzzylinders steht. Die zylindrische Dichtfläche kann eine Dichtung, beispielsweise aus Gummi oder Silikon, umfassen. Darüber hinaus kann der Kolben eine Führungsstange aufweisen, mit der der Kolben geführt wird. Die Membran kann aus einem flexiblen Material, wie beispielsweise Gummi oder Silikon bestehen. Ferner kann die Membran als Rollmembran ausgebildet sein.
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Die Reaktionskammer kann separat vom Einspritzzylinder ausgebildet sein und vorzugsweise über Leitungen mit dem Einspritzzylinder derart verbunden sein, dass der Druck in der Reaktionskammer über die Leitungen an den Einspritzzylinder weitergeleitet wird. Dadurch ist eine mechanische Entkopplung der Reaktionskammer vom Einspritzzylinder gewährleistet, so dass Schwingungen durch das Zünden des Gasgemisches weniger stark an das Formfluid übertragen werden.
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Die Reaktionskammer kann über einen Zwischenzylinder mit dem Einspritzzylinder verbunden sein. Dadurch gelangt das gezündete Gasgemisch nicht mehr in direkten Kontakt mit dem Einspritzzylinder, was bei hygienisch zu verarbeitenden Produkten von Vorteil ist. Der Zwischenzylinder kann einen zylindrischen Hohlraum und einen darin bewegbaren Kolben umfassen. Die Reaktionskammer kann mit einer ersten Kammer des Zwischenzylinders in Verbindung stehen und der Einspritzzylinder mit einer zweiten Kammer des Zwischenzylinders, wobei die erste und die zweite Kammer durch den Kolben getrennt sind.
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Die Reaktionskammer kann über eine vorzugsweise einstellbare Drossel mit der Dosierkammer verbunden sein. Dadurch wird die Expansionsgeschwindigkeit des gezündeten Gasgemisches im Einspritzzylinder gedrosselt, so dass sich der Druck auf das Formfluid langsamer aufbaut. Folglich kann mit der einstellbaren Drossel die Geschwindigkeit gesteuert werden, mit der das Formfluid in den Kunststoffbehälter eingepresst wird.
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Die Reaktionskammer kann über ein vorzugsweise einstellbares Drosselrückschlagventil mit der Dosierkammer verbunden sein, das insbesondere einen Entlüftungsanschluss zum Ausschieben des verbrauchten Gasgemisches umfasst. Durch die Drossel kann der Druckaufbau in der Dosierkammer gedrosselt und so der Druck reguliert werden, mit dem das Formfluid in den Kunststoffbehälter eingepresst wird. Darüber hinaus kann nach dem Einpressen das zurückströmende, verbrauchte Gasgemisch über das Rückschlagventil automatisch entlüftet werden. Das Drosselrückschlagventil kann eine vorzugsweise einstellbare Drossel und ein Rückschlagventil umfassen, die parallel zueinander geschaltet sind. Die Drossel kann derart geschaltet sein, dass sie den Druckaufbau in der Dosierkammer drosselt und das Rückschlagventil kann derart geschaltet sein, dass es einen möglichst schnellen Druckabbau in der Dosierkammer ermöglicht. Der Entlüftungsanschluss kann mit einem Gasspeicher verbunden sein, um druckhaltiges, verbrauchtes Gasgemisch zu recyceln.
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Die Reaktionskammer kann im Einspritzzylinder unmittelbar an die Dosierkammer anschließen, so dass im Betrieb der Druck des gezündeten Gasgemisches unmittelbar auf eine Oberfläche des Formfluids einwirkt. Dadurch ist der Aufbau der Formfüllmaschine besonders einfach. Anders ausgedrückt kann der Einspritzzylinder eine einzelne Kammer für das einzupressende Formfluid und das zündfähige Gasgemisch aufweisen, die ausschließlich durch die Oberfläche des Formfluids getrennt sind.
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Die Reaktionskammer kann innerhalb des Einspritzzylinders ausgebildet sein und der bewegbare Kolben bzw. die Membran kann als Trennelement zwischen der Dosierkammer und der Reaktionskammer ausgebildet sein. Dadurch ist ebenfalls ein einfacher Aufbau der Reaktionskammer gewährleistet und zusätzlich wird das Gasgemisch vom Produkt bzw. Formfluid getrennt, so dass eine Vermischung bzw. Kontamination verhindert wird.
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Die Reaktionskammer kann über ein Ventil mit einem Gasspeicher verbunden sein, um druckhaltiges, verbrauchtes Gasgemisch zu recyceln. Dadurch ist es möglich, die nach dem Einpressen vorhandene Kompressionsenergie in Gas für nachfolgende Kunststoffbehälter wiederzuverwenden.
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Darüber hinaus stellt die Erfindung zur Lösung der Aufgabenstellung ein Formfüllverfahren für Kunststoffbehälter nach dem Anspruch 11 bereit. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt.
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Dadurch, dass in der Reaktionskammer das zündfähige Gasgemisch gezündet wird, wird besonders schnell ein hoher Druck aufgebaut, um das Produkt oder das Formfluid über den Ventilkopf in den Kunststoffbehälter einzupressen. Da die Reaktionskammer bis auf Ventile keine mechanisch bewegbaren Teile oder dergleichen benötigt, ist sie gegenüber den üblichen Druckgeneratoren besonders einfach aufgebaut und damit weniger aufwändig. Des Weiteren erfolgt die Umwandlung der Energie in Druck durch die Reaktion des zündfähigen Gasgemisches besonders effizient.
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Das Formfüllverfahren kann mit einer Formfüllmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 10 durchgeführt werden. Darüber hinaus kann das Formfüllverfahren einzelne oder mehrere Merkmal der zuvor beschriebenen Formfüllmaschine einzeln oder in beliebigen Kombinationen umfassen.
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Das Formfluid bzw. Produkt kann vorzugsweise über das Füllorgan eingepresst werden.
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Bei dem Formfüllverfahren kann der Druck des gezündeten Gasgemisches an eine variable Dosierkammer eines Einspritzzylinders unmittelbar oder mittelbar übertragen werden. Dadurch kann das Formfluid bzw. Produkt in der Dosierkammer des Einspritzzylinders bereits vordosiert werden.
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Der Druck kann an einen bewegbaren Kolben oder eine Membran des Einspritzzylinders übertragen werden, der bzw. die den Druck an das Formfluid bzw. Produkt in der Dosierkammer weiterleitet. Dadurch wird der direkte Kontakt des Gasgemisches zum Produkt und damit eine Kontamination vermindert. Das zündfähige Gasgemisch kann innerhalb des Einspritzzylinders als Reaktionskammer gezündet werden, so dass der Druck des gezündeten Gasgemisches unmittelbar auf die Oberfläche des Formfluids einwirkt. Dadurch ist die Reaktionskammer besonders einfach aufgebaut und es werden keine mechanisch bewegbaren Teile zur Durchführung des Verfahrens benötigt. Folglich ist das Verfahren besonders kostengünstig.
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Das zündfähige Gasgemisch kann innerhalb des Einspritzzylinders als Reaktionskammer gezündet werden und der Druck über dem bewegbaren Kolben bzw. die Membran auf das Formfluid bzw. Produkt in der Dosierkammer übertragen werden. Dadurch ist die Reaktionskammer in den Einspritzzylinder integriert und das Formfüllverfahren kann so besonders einfach durchgeführt werden. Zusätzlich ist durch den bewegbaren Kolben bzw. die Membran das Produkt von dem Gasgemisch getrennt, so dass eine Kontamination verhindert wird.
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Alternativ kann anstelle des zündfähigen Gases ein Gas oder Gasgemisch verwendet werden, das erwärmt wird und sich entsprechend ausdehnt. Um eine entsprechend hohe Ausdehnung des Gases zu erreichen ist es vorteilhaft, auf eine hohe Temperaturdifferenz des Gases bei Einführung in die Reaktionskammer (Ausgangstemperatur) und bei Reaktionsende (Endtemperatur) zu achten. Dies resultiert in der direkten Abhängigkeit der absoluten Ausdehnung von Gasen in Abhängigkeit vom Wärmeausdehnungskoeffizienten (der bei den meisten Gasen sehr ähnlich ist) und der Temperatur. Beispielsweise kann mit (flüssigem) Stickstoff gearbeitet werden, der eine Temperatur sehr deutlich unter Raumtemperatur aufweist. Wird diese auf Raumtemperatur erhitzt, dehnt er sich explosionsartig aus. Verstärkt werden kann der Effekt, wenn die Reaktionskammer beheizt ist und damit die Temperaturdifferenz zwischen Ausgangstemperatur und Endtemperatur weiter erhöht wird. In dem oben genannten Sinne wird unter einem Gas oder Gasgemisch auch ein Produkt verstanden, das lediglich zum Zeitpunkt des Vorliegens der Endtemperatur einen gasförmigen Aggregatszustand aufweist. Der Aggregatszustand bei Ausgangstemperatur kann durchaus anders sein (z.B. flüssig, fest). Bei festem Ausgangsmaterial kann es sich beispielsweise um Trockeneis handeln.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Formfüllmaschine in einer Übersicht von oben;
- 2 ein Ausführungsbeispiel einer Behandlungsstation der in der 1 dargestellten Formfüllmaschine in einer seitlichen Ansicht;
- 3 ein zur 2 alternatives Ausführungsbeispiel der Behandlungsstation in einer seitlichen Ansicht; und
- 4 ein weiteres zur 2 bzw. 3 alternatives Ausführungsbeispiel der Behandlungsstation in einer seitlichen Ansicht.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Formfüllmaschine 1 mit einem vorgeschalteten Ofen 7 in einer Draufsicht dargestellt. Zu sehen sind die Vorformlinge 3, die zunächst den Ofen 7 durchlaufen und dadurch soweit erwärmt werden, dass sie mit der nachfolgenden Formfüllmaschine 1 in die gewünschte Behälterform umgeformt werden können. Anschließend werden die erwärmten Vorformlinge mit dem Einlaufstern 8 an die Behandlungsstationen 5 übergeben, die nachfolgend genauer anhand der 2 beschrieben werden. Beim Umlauf des Karussells 4 entlang der Richtung 4a werden die Vorformlinge 3 in den Behandlungsstationen 5 gestreckt, in die gewünschte Behälterform umgeformt und mit dem Formfluid bzw. dem Produkt befüllt. Dabei verbleiben die Vorformlinge 3 bzw. die ausgeformten Behälter 2 immer in den Hohlformen 6. Nach dem Befüllen werden die Behälter 2 über den Auslaufstern 9 weiteren Behandlungsschritten zugeführt. Beispielsweise kann der Formfüllmaschine 1 ein Verschließer nach- oder zugeordnet sein, mit dem die Kunststoffbehälter 2 verschlossen werden. Die Kunststoffbehälter 2 sind hier PET-Behälter, können jedoch aus jedem anderen geeigneten Kunststoff sein.
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In der 2 ist eine Behandlungsstation 5 der in der 1 dargestellten Formfüllmaschine 1 in einer seitlichen Schnittansicht gezeigt. Zu sehen ist, dass der Vorformling 3 bereits in die Hohlform 6 eingebracht ist. Im Bereich der Mündung weist der Vorformling 3 einen Kragen und ein hier nicht genauer dargestelltes Gewinde auf, das später zum Aufschrauben eines Verschlusses dient. Die einzelnen Formteile 6a-6c der Hohlform 6 sind über einen hier nicht dargestellten mehrteiligen Formträger auseinander und zusammenfahrbar, um den fertig ausgeformten Behälter nach dem Befüllen freizugeben. Denkbar ist auch, dass der Vorformling 3 entweder von oben in die Öffnung der Hohlform 6 gesteckt oder durch ein Öffnen und Schließen der Formteile 6a-6c in die Hohlform 6 eingebracht wird.
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Zu sehen ist ferner der Ventilkopf 10 mit dem Füllorgan 11 zum Abfüllen des Formfluids 30 und mit der Reckstange 13 zum Strecken des Vorformlings 3 während des Umformens. Ferner ist der Ventilkopf 10 mittels einer hier nicht dargestellten Verfahreinheit oder Kurvensteuerung in der Richtung R verfahrbar, um ihn auf die Hohlform 6 abzusenken und diese damit gegenüber der Umgebung beim Umformen und Befüllen abzuschließen. Denkbar ist, dass der Ventilkopf 10 Dichtungselemente zum Vorformling 3 und/oder zur Hohlform 6 aufweist.
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Das Formfluid 30 ist hier direkt das abzufüllende Produkt, beispielsweise Mineralwasser oder eine zur Umformung geeignete Flüssigkeit und wird über die Zuleitung 12 mit einem geeigneten Druck bereitgestellt und über das Füllorgan 11 in den vorgestreckten Vorformling 3a gepresst. Durch das Formfluid wird der vorgestreckte Vorformling 3a besonders schnell an die formgebenden Innenflächen der Hohlform 6 gepresst und so zum fertigen Kunststoffbehälter ausgeformt. Dabei nimmt das Formfluid gleichzeitig die Wärme des Vorformlings 3 auf, so dass der Behälter nach dem Umformen möglichst rasch seine Formstabilität erhält. Nach dem Ausformen verbleibt das Formfluid 30 als Produkt im fertigen Kunststoffbehälter 2. Denkbar ist jedoch auch, dass das Formfluid lediglich zum Umformen eingesetzt wird und vor dem Befüllen mit dem eigentlichen Produkt wieder abgesaugt wird. Dies ist beispielsweise bei druckempfindlichen Produkten vorteilhaft.
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Zu sehen sind ferner Zwischenzustände 3a, 3b während des Umformens des Vorformlings 3 zum fertigen Kunststoffbehälter 2 durch das Formfluid 30.
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Weiter ist zu sehen, dass das Füllorgan 11 über die Leitung 12, 22 mit dem Einspritzzylinder 20 verbunden ist. Das Formfluids 30 ist bereits in der Dosierkammer 21 des Einspritzzylinders 20 vordosiert. Zur Zuleitung des Formfluids 30 ist die Leitung 23 vorgesehen, über die die Flüssigkeit beispielsweise aus einem Vorratstank oder einem Drehverteiler zugeführt wird. Oberhalb der Oberfläche 30a des Formfluids 30 bildet sich innerhalb des Einspritzzylinders 20 die Reaktionskammer 40 aus, in die ein zündfähiges Gasgemisch über die Zuleitung 24 eingeleitet wird. Das zündfähige Gasgemisch ist beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff oder jedes beliebige andere zündfähige Gasgemisch. Anders ausgedrückt befindet sich innerhalb des Einspritzzylinders 20 eine Kammer, die zum einen Teil 21 mit Produkt 30 und zum anderen Teil 40 mit dem zündfähigen Gasgemisch befüllt ist.
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Um den nötigen Druck für die Umformung des Vorformlings 3 in den Kunststoffbehälter 2 aufzubringen, wird das zündfähige Gasgemisch in der Reaktionskammer 40 mittels des Zündelements 25 elektronisch gezündet. Dadurch reagiert das Gasgemisch und dehnt sich abrupt aus. Der so entstehende Druck wird unmittelbar auf die Oberfläche 30a des Formfluids 30a abgegeben, so dass das Formfluid 30 über die Leitung 22, 12 und das Füllorgan 11 in den Vorformling 3 eingepresst wird, so dass sich dieser über die Zustände 3a, 3b zum Fertigen Kunststoffbehälter 2 ausdehnt. Die Umformung kann, wie zuvor beschrieben, durch die Reckstange 13 unterstützt werden. Anschließend wird die Hohlform 6 geöffnet und der fertig befüllte Kunststoffbehälter ausgegeben.
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Für die Erfindung können beispielsweise auch andere zündfähige Gasgemische verwendet werden, die über eine Leitung 24 oder verschiedene Leitungen in die Reaktionskammer 40 eingeleitet werden.
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In der 3 ist ein zur 2 alternatives Ausführungsbeispiel der Behandlungsstation 5 in einer Seitenansicht zu sehen. Es unterscheidet sich von der 2 im Wesentlichen dadurch, dass innerhalb des Einspritzzylinders 20 der bewegbare Kolben 26 angeordnet ist. Dieser bildet ein Trennelement zwischen der Reaktionskammer 40 und der Dosierkammer 21. Des Weiteren ist der Kolben 26 über eine Stange und die Verfahreinheit 27 zur Dosierung des Formfluids 30 bzw. des Produkts mit einer hier nicht dargestellten Steuereinheit bewegbar.
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Zunächst wird der Kolben 26 nach oben verfahren, so dass über die Leitung 23 das Produkt 30 in die Dosierkammer 21 eingesogen wird. Des Weiteren wird in die Reaktionskammer 40 über die Leitung 24 ein zündfähiges Gasgemisch eingeleitet. Wie zuvor beschrieben, wird dann das zündfähige Gasgemisch über das Zündelement 25 elektronisch gezündet und dehnt sich dadurch abrupt aus. Folglich herrscht also in der Reaktionskammer 40 ein hoher Druck, der den Kolben 26 mit einer dementsprechenden Kraft in der 3 nach unten presst, so dass das Produkt 30 in der Dosierkammer 21 über die Leitung 12 und das Füllorgan 11 in den Vorformling 3 gepresst wird. Dadurch dehnt sich dieser entsprechend aus und legt sich an die Innenwände der Hohlform 6 an. Der Kunststoffbehälter 2 ist anschließend fertig mit dem Produkt 30 befüllt und kann aus der Hohlform 6, wie zuvor beschrieben, entnommen werden.
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Dadurch, dass der Kolben zwischen der Reaktionskammer 40 und der Dosierkammer 21 ausgebildet ist, gelangt das zündfähige Gasgemisch bzw. dessen Reaktionsprodukte nicht in direkten Kontakt mit dem Formfluid und eine Kontamination wird dadurch verhindert.
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In der 4 ist ein weiteres zu den 2 und 3 alternatives Ausführungsbeispiel der Behandlungsstation 5 in einer seitlichen Ansicht dargestellt. Dies unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in der 2 im Wesentlichen dadurch, dass die Reaktionskammer 40 separat vom Einspritzkolben 20 angeordnet ist.
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Zu sehen ist, dass die separate Reaktionskammer 40 mit dem Gehäuse 41 und dem Zündelement 42 ausgebildet ist. Das zündfähige Gasgemisch ist über die Leitungen 43 zuführbar. Durch das anschließende Zünden des Gasgemisches mit dem Zündelement 42 baut sich in der Reaktionskammer 40 ein hoher Druck auf, der über die Leitung 29b, das Drosselrückschlagventil 50 und die Leitung 29a in die obere Kammer 28 des Einspritzzylinders 20 abgegeben wird. Das einstellbare Drosselrückschlagventil 50 dient dazu, den Druckaufbau so zu drosseln, dass die Bewegung des Kolbens 26 gezielt bzw. langsamer erfolgt. Durch den so regulierten Druck in der Kammer 28 wird der Kolben 26 auf das Formfluid 30 in der Dosierkammer 21 gedrückt, so dass es über die Leitung 12 und das Füllorgan 11 in den Vorformling 3 bzw. den Kunststoffbehälter 2 gepresst wird. Dadurch wird der Kunststoffbehälter 2 in der Hohlform 6 ausgeformt und befüllt. Der fertig befüllte Kunststoffbehälter 2 wird anschließend aus der Hohlform 6 ausgeworfen.
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Für den nächsten zu füllende Kunststoffbehälter 2 wird dann der Kolben 26 mit der Verfahreinheit 27 in der 4 wieder nach oben verfahren, so dass das verbrauchte Gasgemisch in der Kammer 28 über die Leitung 29a zurück in das Drosselrückschlagventil 50 gepresst wird. Das dort eingebaute Rückschlagventil öffnet sich dadurch und das verbrauchte Gas wird zum Entlüftungsanschluss 51 geleitet und kann gegebenenfalls recycelt werden. Denkbar ist auch, dass es in einen Druckluftspeicher gespeichert wird, um das zündfähige Gasgemisch in der Reaktionskammer 40 vor der Zündung mit Druck zu beaufschlagen.
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Des Weiteren ist denkbar, dass die Reaktionskammer 40 über einen Zwischenzylinder mit dem Einspritzzylinder 20 verbunden ist. Dadurch gelangt das gezündete Gasgemisch nicht in die Kammer 28, wodurch auch geringste Kontaminationen des Produkts 30 für eine besonders hygienische Behandlung vermieden werden.
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In Abwandlung der Ausführungsbeispiele in 3 und 4 kann anstelle des Kolbens 26 auch eine Membran, vorzugsweise eine Rollmembran, eingesetzt werden. Dadurch ist der Einspritzzylinder 20 noch einfacher aufgebaut.
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Mit den in den 1 - 4 beschrieben Formfüllmaschinen kann das zuvor beschriebene Formfüllverfahren, insbesondere nach den Ansprüchen 11 - 15 durchgeführt werden.
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Es versteht sich, dass in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen genannte Merkmale nicht auf diese speziellen Kombinationen beschränkt und in beliebigen anderen Kombinationen möglich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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