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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung und Behandlung von Kunststoffbehältern, insbesondere von Kunststoffflaschen, in einer Abfüllanlage mit einer Formfüllmaschine. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Vorformlingen und anschließend von Kunststoffbehältern, insbesondere von Kunststoffflaschen.
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Stand der Technik
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Abfüllanlagen für Getränke oder dergleichen umfassen mehrere hintereinander geschaltete Produktionseinheiten, wie beispielsweise Formfüllmaschinen, Etikettiermaschinen und Verpackungsmaschinen. Diese können, wie es beispielsweise in der
DE 10 2009 040 977 A1 beschrieben ist, zumindest teilweise als Rundläufermaschinen ausgebildet sein, die mittels rotierender Übergabevorrichtungen aneinandergekoppelt sind.
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Alternativ können die Produktionseinheiten auch als Geradläufer ausgebildet sein und/oder über lineare Transporteinrichtungen, Verteileinrichtungen und Produktpuffer miteinander verbunden sein. Entsprechende Anlagenkonzepte sind beispielsweise in der
DE 4 442 586 W4, der
DE 20 2004 012 848 U1 und der
EP 2 218 664 A2 beschrieben.
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Unabhängig von konkreten Ausbildungen sind im Stand der Technik üblicherweise zwischen den verschiedenen Produktionseinheiten relativ lange Transferstrecken, zum Teil auch unter Zwischenschaltung von Puffern, vorgesehen, sodass die Anlagen aufwändig gestaltet sind und relativ viel Raum benötigen.
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Angesichts des Stands der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung und Behandlung von Kunststoffbehältern bereitzustellen, die vergleichsweise wenig Montageraum einnimmt und dennoch flexibel an verschiedene Herstellungsbedingungen, wie beispielsweise Behältergrößen und Behälterformen, angepasst werden kann.
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Beschreibung der Erfindung
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Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Herstellung und Behandlung von Kunststoffbehältern gelöst, wobei die Vorrichtung umfasst:
- eine Formfüllmaschine zum Ausbilden und gleichzeitigem Füllen der Kunststoffbehälter;
- eine Verschließmaschine zum Verschließen der ausgebildeten und gefüllten Kunststoffbehälter; und
- eine Etikettiermaschine zum Etikettieren der ausgebildeten und gefüllten Kunststoffbehälter; und wobei
- die Formfüllmaschine mit der Verschließmaschine und/oder der Etikettiermaschine ohne Zwischentransportbänder und ohne Puffer miteinander verbunden ist.
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Insbesondere können die Formfüllmaschine, die Verschließmaschine und die Etikettiermaschine ohne Zwischentransportbänder und ohne Puffer (Zwischenspeicher) miteinander verbunden sein.
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Es sind also die Formfüllmaschine, die Verschließmaschine und die Etikettiermaschine so miteinander verbunden, dass die Behälter nicht zwischengespeichert werden und auch nicht auf Zwischenbändern transportiert werden, sodass eine sehr kompakte, platzsparende Bauweise ermöglicht wird. Vorteilhafterweise kann der Transportweg vom Formfüllen zum Verschließen relativ kurz gehalten werden, sodass der Flüssigkeitsverlust aus den gefüllten Behältern während des Transports gering gehalten werden kann bzw. kein Flüssigkeitsverlust entsteht. Prinzipiell kann die Etikettiermaschine stromaufwärts oder stromabwärts von der Verschließmaschine vorgesehen sein, wenngleich im Allgemeinen vorgezogen sein wird, die Etikettierung der Verschließung folgen zu lassen, um hinreichend trockene und geeignet temperierte Behälter etikettieren zu können und den Transportverlust vor dem Verschließen niedrig zu halten. Eine Etikettierung kann auch wegfallen und stattdessen durch ein Direktdruckverfahren ergänzt werden.
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Insbesondere können die genannten Maschinen über sternförmige Transferräder (Transfersterne) direkt aneinander anschließen und so miteinander verblockt sein. Abstände der Behälter voneinander (Teilungen) können über die Transfersterne, beispielsweise mithilfe derer teleskopartigen oder schwenkbaren Armen, eingestellt werden. Gemäß einer alternativen Weiterbildung sind Formfüllmaschine und Verschließmaschine in einem einzigen Modul ausgebildet und können über entsprechende Transferstrecken, insbesondere sternförmige Transferräder, mit der Etikettiermaschine verblockt werden. Dabei ist die Verschließmaschine keine eigenständige Maschine, sondern mit in die Formfüllmaschine integriert. Somit kann in der Formfüllmaschine der Behälter aus dem vorher erhitzten Preform mit dem Produkt geformt werden und im Anschluss sofort verschlossen werden. An den Arbeitsschritt kann in einer nachfolgenden Etikettiermaschine ein Etikett angebracht werden oder das Etikett und/oder der Behälter mittels einer Direktdruckmaschine bedruckt werden. Ebenso kann ein Wechselroboter in der geblockten Anlage die Formhälften aus der Formfüllmaschine auswechseln, um ein anderes Behälterformat in der Anlage zu verarbeiten. Zusätzlich können AGVs (automated guided vehicles) die Anlage mit Vorformlingen, Etiketten oder Fomfüllsätzen versorgen bzw. bestücken.
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Gemäß Weiterbildungen sind zwischen der Formfüllmaschine und der Etikettiermaschine wenigstens zwei sternförmige Transferräder angeordnet, von denen wenigstens eines zur Anpassung der Teilung der ausgebildeten und gefüllten Kunststoffbehälter ausgebildet ist, und/oder es sind zwischen der Formfüllmaschine und der Verschließmaschine wenigstens zwei sternförmige Transferräder angeordnet, von denen wenigstens eines zur Anpassung der Teilung der ausgebildeten und gefüllten Kunststoffbehälter ausgebildet ist, und/oder es sind zwischen der Verschließmaschine und der Etikettiermaschine wenigstens zwei sternförmige Transferräder angeordnet, von denen wenigstens eines zur Anpassung der Teilung der ausgebildeten und gefüllten Kunststoffbehälter ausgebildet ist. So lassen sich gewünschte Behälterteilungen auf geeignete Weise einstellen.
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Bei den zur Anpassung der Teilung ausgebildeten sternförmigen Transferräder (beispielsweise unterhalb derselben) können Behälterbodenkühlungseinrichtungen zum Kühlen von Böden der ausgebildeten und gefüllten Kunststoffbehälter und/oder Neckkühlungseinrichtungen zum Kühlen der Hälse der ausgebildeten und gefüllten Kunststoffbehälter angeordnet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Transport der ausgebildeten und gefüllten Kunststoffbehälter mithilfe von Magnetshuttleelementen erfolgen. Insbesondere können die ausgebildeten und gefüllten Kunststoffbehälter zu der Etikettiermaschine und/oder der Verschließmaschine mithilfe der Magnetshuttleelemente transportiert werden, wobei die Bewegung der Magnetshuttleelemente durch einen oder mehrere Linearmotoren bewirkt und gesteuert werden kann. Eine Anpassung der Behälterteilungen kann in diesem Fall über eine entsprechende Steuerung der Magnetshuttleelemente hochflexibel und vorzugsweise individuell erfolgen. Alle hier offenbarten Transportstrecken innerhalb und/ oder zwischen Maschinen können mit Sternrädern oder mit Magnetshuttles vollzogen werden. Dabei werden die Magnetshuttles an Schienen mittels Spulen beeinflusst. An den Schienen befinden sich Spulen die ein elektrisches Feld erzeugen. Dieses Feld wiederum beeinflusst die Magneten die sich auf den Shuttles befinden. Mit einem wandernden elektrischen Feld welches die Spulen erzeugen kann das Magnetshuttle betrieben werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weitere Maschinen aufweisen. Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Vorrichtung eine Necksterilisationseinrichtung stromabwärts der Verschließeinrichtung zum Sterilisieren der Hälse der ausgebildeten und gefüllten und verschlossenen Kunststoffbehälter, eine Rückkühleinrichtung stromabwärts der Necksterilisationseinrichtung zum Kühlen der ausgebildeten, gefüllten, verschlossenen und sterilisierten Kunststoffbehälter und eine Verpackungsmaschine stromabwärts der Rückkühleinrichtung zum Verpacken der ausgebildeten, gefüllten, verschlossenen, sterilisierten und gekühlten Kunststoffbehälter. Hierbei kann die Etikettiermaschine über einen Verteilerstern mit der, insbesondere mehrspurigen, Verpackungsmaschine ohne Zwischentransportbänder und ohne Puffer verbunden sein. Weiterhin kann die Vorrichtung eine Heizstrecke, die zum thermischen Vorkonditionieren von Vorformlingen ausgebildet ist, und eine Transporteinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die thermisch vorkonditionierten Vorformlinge der Formfüllmaschine zuzuführen, umfassen.
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Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Beschichtungsmaschine aufweisen. Die Beschichtungsmaschine kann die Außenseite eines Behälter beschichten. Dazu wird der Behälter in der Beschichtungsmaschine unter Druck gesetzt und ein Beschichtungsgas eingeleitet. Dieses Gas wird mittels eines Plasmas entzündet. Dadurch legt sich über die Außenseite des Behälters eine Beschichtung.
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In sämtlichen oben beschriebenen Weiterbildungen kann die Vorrichtung ein Schutzgehäuse aufweisen, in dem die Formfüllmaschine, die Verschließmaschine und die Etikettiermaschine und die sternförmigen Transferräder angeordnet sind, und es können innerhalb des Schutzgehäuses eine oder mehreren Abtrennungen angeordnet sein durch die eine Lufttrennung zwischen der Formfüllmaschine und der Verschließmaschine und/oder zwischen der Verschließmaschine und der Etikettiermaschine bewirkt wird. Somit können Kontaminationen der einzelnen Maschinen durch jeweils andere Maschinen vermieden werden.
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Alternativ oder in Kombination mit dem bisher beschriebenen ist es denkbar, die erfindungsgemäßen Vorrichtungen auch mit Vorformlingen zu versorgen, die direkt in der Anlage hergestellt werden. Dazu werden sie unmittelbar oder mittelbar vorher hergestellt und an die Vorformlingzuführvorrichtung weitergegeben. Die Herstellung der Vorformlinge kann dabei sowohl durch „compression moulding“ erfolgen, bei dem eine bestimmte Menge Kunststoff (beispielsweise eine Kunststoff tablette) erwärmt und mittels eines Stempelwerkzeugs in einer Form zum Vorformling gepresst wird. Solche Verfahren sind grundsätzlich bekannt. Die Vorformlinge können aber auch durch Spritzgießen erzeugt und anschließend entweder sortiert oder unsortiert weitergegeben werden. Bei unsortierter Weitergabe muss eine Sortierung erfolgen, bevor die Vorformlinge in die Anlage gelangen. Vorzugsweise werden die Vorformlinge bereits sortiert weitergegeben, um beispielsweise nicht beim Transport von einer Maschine zur anderen beschädigt zu werden.
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Eine solche Konstellation hat zum einen den Vorteil, dass die Wärmekonditionierung der Vorformlinge entfallen kann, da diese bereits die richtige Temperatur zur Weiterverarbeitung haben oder die Wärmekonditionierung nur noch dazu da ist, um eine Wärmeprofil in Längs- und/oder Querrichtung auf den Vorformling aufzubringen. Gegebenenfalls kann die Wärmekonditionierungseinrichtung in diesem Fall eine Kühleinrichtung sein, die die Vorformlinge zumindest teilweise mit einem gewünschten Temperaturprofil versorgt. Zum anderen hat eine derartige Konstellation den Vorteil, dass die Vorformlinge vor ihrer endgültigen Behandlung in der Formfüll-Maschine nicht sterilisiert werden müssen. Die Vorformlinge sind aufgrund der hohen Temperaturen im Herstellungsprozess mikrobiologisch betrachtet steril. Im Anschluss an die Entformung in der Vorformlingherstellungsvorrichtung wird vorzugsweise darauf geachtet, dass eine (Re)kontamination nicht erfolgt oder zumindest in einem akzeptablen Maß verbleibt. Dazu ist es beispielweise möglich, die Transferstrecke zwischen der Vorformlingherstellungsvorrichtung und der Formfüllmaschine zum Teil oder ganz einzuhausen bzw. definierte Umgebungsbedingungen herzustellen. Die Auswahl des akzeptablen Kontaminationsgrades der Vorformlinge bis zur Formfüllmaschine wird der Fachmann auswählen und so bestimmen, wie es die Rahmenbedingungen erfordern, also beispielsweise das abzufüllende Produkt und/oder die gewünschte Mindesthaltbarkeit des Endprodukts.
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Vorzugsweise wird die Vorfomlingherstellungsvorrichtung ohne Zwischenpuffer an eine nachfolgende Behandlungseinheit angeschlossen, wobei diese Behandlungseinheit beispielsweise eine Konditionierstrecke und/oder eine Formfülleinheit sein kann. Ohne Zwischenpuffer bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Transferstrecke nur technisch notwendige Transportmittel aufweist, um z.B. Teilungen zwischen den Vorformlingen einzustellen, um in der nachfolgenden Maschine problemlos behandelt werden zu können. Es können also durchaus Transfersterne zwischen den Behandlungsmaschinen vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die einzelnen Maschinen untereinander verblockt, also synchron zueinander und miteinander verbunden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffvorformlingen und Behältern. Erfindungsgemäß werden Kunststoffvorformlinge hergestellt und nach dem Herstellprozess an die darauffolgenden Maschinen weitergegeben. Dies bedeutet, dass die Vorformlinge nicht wie üblich hergestellt und als unsortierte Sackware zwischengespeichert sowie anschließend verkauft und beim Produzenten der Behälter erneut sortiert, aufgewärmt und verarbeitet werden, sondern dass die Vorformlinge direkt im Vorfeld der Herstellung der Behälter hergestellt und weiterverarbeitet werden. Vorzugsweise erfolgt die Weiterverarbeitung zeitlich und örtlich derart, dass die Vorformlinge Wärme bzw. Restwärme enthalten, die in den weiteren Bearbeitungsschritten genutzt werden kann. Dadurch werden enorme Mengen an Energie eingespart.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden die Vorformlinge von der Vorformlingherstellungsvorrichtung zur Formfüllmaschine durch eine Konditionierstrecke bewegt. In dieser wird das Temperaturprofil der Vorformlinge derart angepasst, dass eine Weiterverarbeitung in der Formfüllmaschine mit hohen Qualitätsansprüchen an die fertigen Behälter erfolgen kann. Um bestimmte Behälterformen überhaupt produzieren zu können, bedarf es eines in Längs- und/oder Querrichtung des Vorformlings ausgeprägten Temperaturprofils. Dies kann für die Konditionierstrecke bedeuten, dass bestimmte Bereiche nochmal aufgeheizt werden, dass bestimmte Bereiche abgekühlt werden oder eine Mischung davon. Um eine entsprechende Optimierung des Temperaturprofils vornehmen zu können ist vorzugsweise vor der Konditionierstrecke eine Inspektionseinheit angeordnet, die das Ist-Temperaturprofil eines jeden einzelnen Vorformlings aufnimmt und die Konditionierstrecke derart mit Signalen versorgt, dass eine Steuerung des Temperiervorgangs eines jeden einzelnen Vorformlings in der Konditionierstrecke vorgenommen werden kann. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Temperierung in der Konditionierstrecke zwar vorgenommen wird, nicht jedoch für jeden einzelnen Vorformling sondern für Gruppen von Vorformlingen. Die Konditionierstrecke kann beispielsweise ein Ofen mit Infrarotstrahlern oder ein Mikrowellenofen sein. Eine gegebenenfalls notwendige Kühlung kann durch Luft, sterile Luft, inertgas oder auch Feststoff, wie beispielsweise Trockeneis erfolgen. Ein passives Kühlen durch Herstellen einer Ausgleichstrecke ist ebenfalls denkbar.
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Vorzugsweise ist der Transfer von der Vorformlingherstellungsvorrichtung zur Formfüllmaschine und/oder zur Konditionierstrecke derart ausgebildet, dass die Vorformlinge ohne sich gegenseitig zu berühren transportiert werden. Dazu werden die Vorformlinge beispielsweise derart mit Abstand auf ein Transportband gegeben, dass eine Berührung zum nächsten Vorformling nicht möglich ist. Weiter bevorzugt werden die Vorformlinge derart transportiert, dass sie immer eine definierte Teilung zum nächsten Vorformling aufweisen. Dies lässt sich vorteilhafter Weise durch einen Transport mittels Halteklammern, beispielsweise im Bereich deren Mündung, realisieren. Damit berühren die Vorformlinge weder sich gegenseitig noch großflächig ein anderes Transportmedium wie das oben beispielhaft angeführte Transportband. Eine Halteklammer kann aber auch als Innengreifer ausgebildet sein, der in die Vorformlingmündung eingreift. Dies hat den Vorteil, dass die Mündung selbst, die auf der Außenseite üblicherweise ein Gewinde und einen Halte- bzw. Sicherungsring aufweist, nicht berührt und damit auch möglichst wenig beeinflusst wird. Gerade beim Transfer der aus der Vorformlingherstellungsvorrichtung steril entstehenden Vorformlinge kann es nötig bzw. hilfreich sein, die Halteklammern zu sterilisieren, um beim Kontakt mit den Vorformlingen keine Kontamination derselben zu verursachen.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Vorformlingherstellungsvorgang um ein compression moulding Verfahren oder ein Spritzgussverfahren; beide sind hinlänglich bekannt. Der Vorteil beim Spritzgussverfahren liegt unter anderem darin, dass Vorformlinge mit sehr geringen Toleranzen und in großen Stückzahlen hergestellt werden können. Der Vorteil beim Compression Moulding Verfahren besteht unter anderem darin, dass dieser Prozess als ein kontinuierlicher Prozess ausgestaltet werden kann und damit eine Verknüpfung mit den stromabwärts befindlichen Maschinen, die vorzugsweise auch kontinuierlich laufende Maschinen sind, erleichtert ist.
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Vorzugsweise erfolgt also der Transport der Vorformlinge von der Vorformlingherstellungsvorrichtung zur den stromabwärtigen Maschinen ohne Zwischenspeicherung. Dies ist so zu verstehen, dass die Prozesse der Herstellung der Vorformlinge und der Herstellung der Behälter derart gekoppelt sind, dass die Vorformlinge beim Herstellprozess der Behälter eine Restwärme aufweisen, die über der jeweiligen durchschnittlichen Raumtemperatur im Verarbeitungsbetrieb liegen. Vorzugsweise findet eine Kopplung aber derart eng statt, dass die Vorformlinge mit einer Temperatur im Bereich von ca. 80°C bis 300°C, bevorzugt von 100°C bis 200°C, besonders bevorzugt von 110°C bis 150°C bei der Formfüllmaschine ankommen.
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Der Transfer der Vorformlinge zwischen den jeweiligen Maschinen kann sowohl mittels konventionellen Transporteinheiten, wie z.B. Sternrädern vollzogen werden, aber auch mit einzeln antreibbaren Magnetshuttles auf Linearmotor bzw. Langstatorlinearmotorbahnen, wie sie auch in dieser Anmeldung an anderer Stelle jeweils beschrieben sind. Eine Mischung der Transportsysteme ist selbstverständlich auch vorstellbar.
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Gemäß einer Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens wird der Behälter mit einer Grundsubstanz ausgeformt, die danach im Behälter verbleibt. Um das Endprodukt herzustellen ist es denkbar, nach dem Ausformvorgang weitere Substanzen, wie z.B. Sirup oder Geschmacksstoffe einzubringen. Hier ist sowohl denkbar, dass diese Zusatzstoffe eingebracht werden, wenn der Behälter noch nicht verschlossen ist. Dabei kann entweder der Zusatzstoff einfach zusätzlich zum bis dahin sich im Behälter befindlichen Produkt eingebracht werden oder es kann ein Teil der Grundsubstanz wieder aus dem Behälter entfernt, z.B. abgesaugt, werden, um dann den Zusatzstoff einzubringen. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass ein Zusatzstoff (mit oder ohne vorherige Entfernung der Grundsubstanz) durch den bereits verschlossenen Behälter, vorzugsweise durch den Behälterverschluss eingebracht wird. Dazu wird der Behälterverschluss perforiert, vorzugsweise mit einer Nadel, und durch das Loch der Zusatzstoff eingebracht. Diese Einbringung erfolgt vorzugsweise mit der Perforationsnadel. Anschließend wird der Behälterverschluss verschlossen, vorzugsweise verschweißt. Das hier dargestellte Verfahren kann selbstverständlich mit allen offenbarten Vorrichtungen und Abläufen kombiniert werden. Eine Beschränkung auf die Interkombination mit einzelnen Ausführungsbeispieten liegt nicht vor.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht lediglich als illustrativ und nicht als einschränkend anzusehen und verschiedene Kombinationen der angeführten Merkmale sind in der Erfindung eingeschlossen.
- 1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung und Behandlung von Kunststoffbehältern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung und Behandlung von Kunststoffbehältern gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung und Behandlung von Kunststoffbehältern gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung und Behandlung von Kunststoffbehältern gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine besonders raumsparende Vorrichtung zur Herstellung und Behandlung von Kunststoffbehältern, beispielsweise eine Abfüllanlage für Getränke, bereit, in der keine Puffer oder Zwischentransportbänder vor einer Verschließmaschine oder einer Etikettiermaschine vonnöten sind. Die Herstellung erfolgt mithilfe einer Formfüllmaschine, der thermisch vorkonditionierte Vorformlinge zum Ausbilden und Formen von Behältern zugeführt werden. Eine beispielhafte Anlage ist in 1 gezeigt.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung 100 umfasst eine Vorformlingzuführung 10 und eine Heizeinrichtung 20. Die Vorformlinge werden in der Vorformlingzuführung 10 vereinzelt und über eine Zuförderstrecke 11 der Heizeinrichtung 20 zugeführt. Sie durchlaufen dort eine Heizstrecke zur thermischen Vorkonditionierung.
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Durch die thermische Vorkonditionierung kann ein Temperaturprofil an den Körpern der Vorformlinge eingestellt werden. Die Körper der Vorformlinge können dabei beispielsweise auf etwa 100°C bis 140°C, insbesondere und vorteilhafter Weise auf etwa 130 - 135 ° C erwärmt werden, wobei im Fall der Herstellung von Kunststoffflaschen der Halsbereich geringer erhitzt wird, wenn der Vorformling während der nachfolgenden Ausformung und Füllung (siehe unten) im Mündungsbereich gehalten wird. Die Vorformlinge bestehen aus einem thermoplastischen Kunststoff, wie beispielsweise PET, PE, PP oder dergleichen.
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Von dem Heizmodul 20 werden die Vorformlinge über eine Zuförderstrecke 21 einer Formfüllmaschine 30 zugeführt. Alternativ zu der Zuförderstrecke 21 kann die Heizeinrichtung 20 direkt an die Formfüllmaschine 30 angeblockt werden, und es können die vorkonditionierten Vorformlinge über einen Einlaufstern (nicht in 1 gezeigt) an die Formfüllmaschine 30 übergeben werden. Gemäß einer Ausführungsform können die Vorformlinge sterilisiert werden, wobei beispielsweise E-Beam (Elektronenstrahlung) oder auch flüssiges und/oder dampfförmiges und/oder gasförmiges Sterilisationsmittel ,wie beispielsweise H2O2, vor dem Einlauf in die Formfüllmaschine 30 zum Einsatz kommen kann. Die Vorformlinge können aber auch gereinigt werden, wobei eine Reinigung sowohl vor der Erhitzung als auch danach, insbesondere vor der Formfüllmaschine 30 erfolgen kann. Die Erfindung umfasst aber auch die Variante, bei der eine Reinigung der Vorformlinge erst in der Formfüllmaschine 30 erfolgt.
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Die Formfüllmaschine 30 umfasst wenigstens eine Behandlungsstation zum expandierenden Umformen von Kunststoffvorformlingen zu Kunststoffbehältern, beispielsweise Kunststoffflaschen, in einer Hohlform und zum gleichzeitigen Einfüllen eines im Wesentlichen flüssigen Produkts oder wenigstens einer flüssigen oder festen Komponente des Produkts in die Kunststoffbehälter. Flüssigkeiten, auch solche mit darin gelöstem Kohlendioxid oder dergleichen, sind definitionsgemäß hinsichtlich ihrer Funktion beim Ausformen und Füllen der Behälter inkompressible Fluide.
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Bei dem Ausformen und Füllen von Behältern aus Kunststoff in der Formfüllmaschine 30 werden Vorformlinge in Hohlformen durch zumindest anteiliges Einleiten eines inkompressiblen Formfluids unter Überdruck zu Behältern, beispielsweise Flaschen, umgeformt, und es werden die Behälter in den Hohlformen mit einem Produkt (beispielsweise einem Getränk, das Kohlendioxid enthalten kann) gefüllt, indem das Formfluid durch das Produkt ersetzt wird oder durch wenigstens eine Komponente des Produkts teilweise ersetzt wird. Das inkompressible Formfluid ist somit nicht mit dem in der Hohlform abgefüllten und / oder ausgemischten flüssigen Produkt identisch
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Die ausgebildeten und mit dem Produkt gefüllten Behälter können, beispielsweise über einen in 1 nicht gezeigten Auslaufstern an zwei Transfersterne 31 und 32 übergeben und über diese einer Verschließmaschine 40 zugeführt werden. An zumindest einem der Transfersterne 31 und 32 kann eine Kühleinrichtung zum Kühlen, beispielsweise mithilfe von Luft und/oder Wasser, des Bodens und/oder Halses eines jeden ausgebildeten und mit dem Produkt gefüllten Behälter vorgesehen sein. Beispielsweise sind dort Düsen vorgesehen, die den Behälter von unten mit kaltem Wasser oder Luft beaufschlagen.
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In den Transfersternen 31 und 32 können die Behälter gegebenenfalls auf eine neue Teilung gebracht und auch gegebenenfalls bereits inspiziert werden, um fehlerhafte Behälter zu erkennen und/oder auszusortieren. Das Verändern der Teilung kann durch Schwenk- oder Schwenkschiebesysteme erreicht werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
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Im Umfangsbereich eines der Transfersterne 31 und 32 können Inspektionsmodule vorgesehen sein, mithilfe derer die Qualität (Geometriedaten, Fehler- bzw. Beschädigungsfreiheit) der vorgeschalteten Arbeitsschritte überprüft werden kann und Mängel der Behälter erkannt werden können, die in den nachgeschalteten Maschinen zu Störungen führen könnten. Die Transfersterne 31, 32 haben nicht näher gezeigte eigene Antriebe und können den Behälterstrom zwischen der Formfüllmaschine 30 und der Verschließmaschine 40 unterbrechen. In der Verschließmaschine 40 werden die angeförderten ausgebildeten und mit dem Produkt gefüllten Behälter verschlossen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Verschließmaschine 40 zusammen mit der Formfüll-maschine 30 in einem Modul ausgebildet sein.
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Von der Verschließmaschine 40 werden die gefüllten und verschlossenen Behälter zu einer Etikettiermaschine 50 transferiert. Der Transfer erfolgt über Transfersterne 41 und 42. Im Bereich der Transfersterne 41, 42 kann eine aktive Kühlung insbesondere der Böden und Hälse der Behälter vorgenommen werden. In den Transfersternen 41, 42 können Behälter gegebenenfalls auf eine in der Etikettiermaschine andere Teilung gebracht und auch gegebenenfalls inspiziert und/oder umfänglich nach einem bestimmten Merkmal zum Etikettieren ausgerichtet werden. Fehlerhafte Behälter können so erkannt und aussortiert werden. Auch die Transfersterne 41, 42 können eigene Antriebe aufweisen.
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Wie es in der 1 gezeigt ist, sind die Formfüllmaschine 30, die Verschließmaschine 40 und die Etikettiermaschine 50 in kurzen Abständen eng verblockt und nur durch zwischengeschaltete Transfersterne (Transferräder) 31, 32, 41, 42 voneinander getrennt. Dadurch ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau der gesamten Anlage bei trotzdem erhöhter Flexibilität, weil an den durch die Transfersterne 31,32 und 41,42 gebildeten funktionalen Trennstellen eine Entkopplung zwischen den jeweiligen Maschinen 30, 40, 50 sowohl im Fertigungsbetrieb als auch zu Wartungszwecken stattfinden kann.
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Ferner können im Bereich der Transfersterne Übergabepunkte zum Ausleiten und/oder Einführen von Behältern vorgesehen sein, um beispielsweise unbrauchbare oder nicht benötigte Behälter auszuleiten oder Lücken aufzufüllen. Dieses ist beispielsweise dadurch realisierbar, dass die Transfersterne mit selektiv ansteuerbaren Greiforganen ausgestattet sind. Stabilisierende Abstützungen oder Sklaven können zum sicheren Transport der Behälter bei den Transfersternen 31, 32, 41, 42 vorgesehen sein.
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Weiterhin können die Transfersterne 31, 32, 41, 42 als einzelne Module mit jeweils eigenem Antrieb und eigener Standardschnittstelle ausgebildet werden. Die Transfersterne 31, 32, 41, 42 bilden damit Schnittstellen zu den vor- bzw. nach geschalteten Maschinen und können aufgrund ihrer Einzelantriebe (z. B. Servomotoren, mechanische Kupplung mit einer Entkopplungsfunktion oder dergleichen) die Maschinen voneinander abkoppeln. Die Transfersterne 31, 32, 41, 42 bilden nicht nur die mechanische Schnittstelle zu den Maschinen (Modulen), sondern auch im übertragenen Sinn die Schnittstellen zu der Automatisierungs- bzw. Steuerungstechnik. Auch können die 31, 32, 41, 42 durch weitere mit ihnen zusammenarbeitende Transfersterne ergänzt werden.
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Durch Wahl der Anzahl und Anordnung der Transfersterne 31, 32, 41, 42 kann auch die Position bzw. die Winkelstellung der einzelnen Maschinen und der Abstand zueinander weiter bestimmt werden. Auch kann die Laufrichtung entsprechend abhängig von der Anzahl der Transfersterne 31, 32, 41, 42 beeinflusst werden.
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Die Etikettiermaschine 50 kann ihrerseits einen in 1 nicht gezeigten Einlaufstern zur Übernahme der gefüllten und verschlossenen Behälter über die Transfersterne 41, 42 aufweisen. Weiterhin umfasst die Etikettiermaschine 50 ein ebenfalls nicht in 1 gezeigtes Etikettierkarussell sowie Abtransportmittel, beispielsweise in Form eines Auslaufrads. Die Etiketten können vorgeschnitten aus einem Behälter entnommen, oder von einem Etikettenband durch Abtrennen hergestellt werden. Es können aber auch Selbstklebeetiketten oder Schlauchetiketten (Sleeves) verarbeitet werden, wobei die Schlauchetiketten Stretch- oder Schrumpfetiketten sein können. Es wäre auch möglich, statt einer Etikettiermaschine 50 eine Direktdruckmaschine zu verwenden, um die Behälter und / oder die Etiketten direkt zu bedrucken.
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In dem Etikettierkarussell der Etikettiermaschine 50 kann eine Bodenabstützung durch ein konturangepasstes Bodenstück erfolgen, um ein Ausstülpen des noch weichen und während dem Etikettieren durch Innendruckbeaufschlagung belasteten Behälterbodens zu vermeiden, wobei zugleich eine Abkühlung und Verfestigung des Bodens erreicht werden kann.
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Die etikettierten Behälter verlassen beispielsweise über ein Abförderband 51 die Etikettiermaschine 50 und werden von einem nachgeschalteten, gesteuerten Verteilerstern 52 übernommen, der die am Abförderband 51 in Einzelreihe ankommenden Behälter an einen mehrspurigen Abförderer 53 übergibt. Alternativ kann der Verteilerstern 52 so angeordnet und ausgebildet sein, dass er die Behälter direkt ohne zwischengeschaltetes Abförderband 51 von der Etikettiermaschine 50 an den Abförderer 53 übergibt, sodass die Kompaktheit der gesamten Anlage 100 noch weiter erhöht werden kann. Der Abförderer 53 kann Ketten oder Riemen mit Greifern zum hängenden Transportieren der Behälter aufweisen. Wie oben bereits beschrieben ist es auch hier möglich, den Abförderer 53 als Transportsystem auf Magnetshuttlebasis (unter Zuhilfenahme von Linearmotoren bzw. Langstator Linearmotoren) auszubilden
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Der Abförderer 53 kann Bestandteil einer nachfolgenden Verpackungsmaschine 60 sein oder dieser die Behälter zuführen. Die Verpackungsmaschine 60 kann beispielsweise zum gruppenweisen Verpacken von Behältergebinden in Schrumpffolie und/oder einen Kartonzuschnitt ausgebildet sein.
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Die in der 1 gezeigte Vorrichtung 100 zur Herstellung und Behandlung von Kunststoffbehältern kann weitere Maschinen aufweisen. Gemäß einem Beispiel umfasst die Vorrichtung 100 eine Necksterilisationseinrichtung stromabwärts der Verschließeinrichtung 40 zum Sterilisieren der Hälse der ausgebildeten und gefüllten und verschlossenen Kunststoffbehälter und eine Rückkühleinrichtung stromabwärts der Necksterilisationseinrichtung zum Kühlen der ausgebildeten, gefüllten, verschlossenen und sterilisierten Kunststoffbehälter. Kühleinrichtungen können allgemein an geeigneten Stellen der gesamten Anlage 100 vorgesehen sein.
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Eine alternative Ausführungsform ist in der 2 gezeigt. Die 2 zeigt eine Anlage 130 welche einen ähnlichen Aufbau aufweist wie die Anlage 100 in der 1. Der Einfachheit halber werden deshalb die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Vorformlingzuführung 10 transportiert die Vorformlinge entlang der Zuförderstrecke 11 an die Heizeinrichtung 20 welche auch direkt, ohne Zwischenschaltung weiterer Module an die Formfüllmaschine 30 geblockt sein könnte. Im Anschluss an die Heizeinrichtung 20 können die Vorformlinge mittels Elektronenstrahlung und / oder Plasma und / oder gepulstem Licht und / oder einem gasförmigen Medium wie H2O2 und / oder einem flüssigen Medium (wie H2O2 oder Peressigsäure) in der Sterilisationseinheit 150 gereinigt und/oder sterilisiert werden. In der Anlagenkonstellation ist die Verschließmaschine 40 unmittelbar mit der Formfüllmaschine 30 in einem Modul bzw. in einer Maschine verbunden. In der Formfüllmaschine werden die Vorformlinge mittels des Produkts zu Behältern geformt und im Anschluss verschlossen, wobei der Verschluss jeglicher Natur sein kann, wie z.B. ein Kronkorkenverschluss oder ein Schraubverschluss (mit oder ohne Ventil). Die Behälter werden dann über die Transfersterne 31 und 32 an die Etikettiermaschine 50 oder eine Direktdruckmaschine 50 übergeben. Von dort aus werden die Behälter analog wie in 1 über einen Transportweg 51 an einen Verteilstern 52 übergeben. Der wiederum übergibt die Behälter an einen Abförderer 53. Von dort gehen die Behälter in eine Verpackungsmaschine 60. Die Formfüllmaschine 30, 40 kann mittels eines Roboters 110 und einem Formenmagazin 120 auf eine andere Behältergöße umgerüstet werden. Dazu tauscht der Roboter 110 die Formen der Formfüllmaschine 30,40 mit den Formen im Formenmagazin 120. In der gesamten Anlage 130 können noch AGVs 140 eingesetzt werden um die Anlage mit Vorformlingen, Formfüllsätze oder Etiketten zu versorgen.
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Eine weitere alternative Ausführungsform ist in der 3 gezeigt. Die 3 ist bis zur Formfüllmaschine 30, 40 gleich aufgebaut wie die 2. Nach der Formfüllamschine 30, 40 die in einem Modul die Formfüllmaschine 30 und die Verschließmaschine 40 enthält werden die Behälter an eine Transporteinheit 170 übergeben. Bei der Transporteinheit 170 handelt es sich um eine Langstator Linearmotor (LLM) Vorrichtung. Diese führt auf einer Schiene mehrere Magnetshuttles 175. Diese Magnetshuttles 175 werden durch eine elektromagnetische Wechselwirkung, welche durch Spulen erzeugt werden, angetrieben. Die Spulen befinden sich entlang der Schiene während die Magnetshuttles über einen oder mehrere Magneten verfügen die mittels einen elektromagnetischen Feldes ausgehend von den Spulen beeinflusst bzw. angetrieben wird. Die Magnetshuttles wiederum transportieren über Neckhandlingklammern die Behälter. Eine solche Transportvorrichtung 170 ist in der ganzen Anlage denkbar, d.h. zwischen den einzelnen Vorrichtungen 10, 20, 30, 40, 160, 50, 60. Es wäre auch mögliche eine einzelne Vorrichtung wie die Vorrichtung 170 mit der Anlagen aufzubauen. Dazu würden mehrere Magnetshuttles jeweils einen Vorformling später dann Behälter durch eine komplette Anlagenkonstellation transportieren wie sie in den 1 bis 3 zu sehen ist.
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Nachdem die Behälter aus der Formfüllmaschine 30, 40 mit der Transportvorrichtung 170 in der 3 weiter transportiert werden, können diese im Anschluss in einer Beschichtungsmaschine 160 eine Außenbeschichtung erhalten. Die Außenbeschichtung erfolgt unter Druck mittels eins einströmenden Gases, dass mit einem Plasmablitz entzündet wird. Im Anschluss an eine Außenbeschichtung werden die Behälter mittels einer Transporteinrichtung 22 an die Etikettiermaschine 50 oder Direktdruckmaschine 50 weiterbefördert. Die Behälter werden dann über eine Transportvorrichtung 180 welche wie bereits schonmal erwähnt über Magnetshuttles 185 verfügen weitergeleitet an den Abförderer 53. Dieser transportiert die Behälter in eine Verpackungsmaschine 60.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die in 1, 2 oder 3 gezeigte Anlage 100, 130 oder 150 in einem Schutzgehäuse 70 angeordnet sein, das die Anlagenkomponenten so abschließt, dass gegebenenfalls unterschiedliche Druck- und Atmosphärenbereiche oder unterschiedliche Reinraumklassen beispielsweise im Bereich der Formfüllmaschine 30 und/oder der Verschließmaschine 40 und/oder der Etikettiermaschine 50 erzeugt werden können, wenn beispielsweise eine sterile Verarbeitung/Umgebung erforderlich sein sollte.
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Das Schutzgehäuse 70 kann die gesamte Vorrichtung 100, 130 und 150 vollumfänglich umgeben, wobei die einzelnen Maschinen und Baugruppen über entsprechende Türen und Öffnungen Wartungs- und Bedienpersonen zugänglich sind. Das Schutzgehäuse 70 kann einen schrägen Boden mit einer Rinne um Ablauf eines übergelaufenen Füllprodukts aufweisen.
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Insbesondere kann im Bereich der Transfersterne 31 und 32 und/oder 41 und 42 eine Art Lufttrennung durch Anordnung entsprechender Abdeckungen 80 innerhalb des Schutzgehäuses 70 bewirkt werden, sodass eventuell leimhaltige Umgebungsluft aus dem Bereich der Etikettiermaschine 50 nicht in Richtung der Verschließmaschine 40 durchdiffundieren kann beziehungsweise aus dem Bereich der Formfüllmaschine 30 keine feuchte Luft stromabwärts entweichen kann. Durch eine entsprechende Lufttrennung / Luftschleuse kann der Formfüllbereich gegenüber externen Verunreinigungen sauber gehalten werden.
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In der oben beschriebenen Anlage 100 können die Behälter insbesondere Kunststoffflaschen sein und es kann der Transport der Kunststoffflaschen über Neckhandlingen mithilfe entsprechender Greifwerkzeuge erfolgen, wie es prinzipiell im Stand der Technik bekannt ist. Das erfindungsgemäße Prinzip der Verblockung kann alternativ auch in Systemen Anwendung finden, in denen die Behälter mithilfe von Trageelemente, beispielsweise Pucks, transportiert werden. Die Trageelemente können auch in Form von Magnetshuttleelementen ausgebildet sein, deren Bewegung durch einen oder mehrere Linearmotoren bewirkt und gesteuert werden kann.
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Alle drei erfindungsgemäßen Vorrichtungen können auch mit Vorformlingen versorgt werden, die direkt in der Anlage hergestellt werden. Dazu werden sie unmittelbar oder mittelbar vorher durch eine Vorformlingherstellungsvorrichtung (9) hergestellt. Diese Anlagenvariante ist in 4 dargestellt. Die Herstellung der Vorformlinge kann dabei sowohl durch „compression moulding“ erfolgen, bei dem eine bestimmte Menge Kunststoff (beispielsweise eine Kunststoff tablette) erwärmt und mittels eines Stempelwerkzeugs in einer Form zum Vorformling gepresst wird. Solche Verfahren sind grundsätzlich bekannt. Die Vorformlinge können aber auch durch Spritzgießen erzeugt und anschließend entweder sortiert oder unsortiert weitergegeben werden. Bei unsortierter Weitergabe muss eine Sortierung erfolgen, bevor die Vorformlinge in die Anlage gemäß 1 bis 3 gelangen. Vorzugsweise werden die Vorformlinge bereits sortiert weitergegeben, um beispielsweise nicht beim Transport von einer Maschine zur anderen beschädigt zu werden.
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Gemäß der Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 4 dargestellt wird, können die Vorformlinge auch innerhalb der Anlage 100 hergestellt und dort verarbeitet werden Nach der Herstellung der Vorformlinge (9) werden diese bevorzugt an eine Konditionierstrecke (20') weitergegeben, wo sie ein Temperaturprofil erhalten. Dieses wird so eingestellt, dass in der stromab befindlichen Formfüllmaschine eine passende Verarbeitung erfolgen kann. Die Konditionierstrecke kann dabei sowohl eine Erwärmung an einzelnen Bereichen oder vollumfänglich umfassen, als auch eine Abkühlung, punktuell oder ganzflächig. Auch Kombinationen von Abkühlung und Erwärmung sind denkbar, je nach Anforderung des Temperaturprofils in der Formfüllmaschine.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann nach der Konditionierstrecke eine wie oben schon beschriebene Sterilisationseinheit 150 angeordnet sein. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Sterilisationseinheit aber auch zwischen Vorformlingherstellungsvorrichtung und Konditionierstrecke 20' angeordnet sein.
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Eine solche Konstellation nach 4 hat zum einen den Vorteil, dass die Wärmekonditionierung der Vorformlinge entfallen kann, da diese bereits die richtige Temperatur zur Weiterverarbeitung haben oder die Wärmekonditionierung nur noch dazu da ist, um eine Wärmeprofil in Längs- und/oder Querrichtung auf den Vorformling aufzubringen. Gegebenenfalls kann die Wärmekonditionierungseinrichtung in diesem Fall eine Kühleinrichtung sein, die die Vorformlinge zumindest teilweise mit einem gewünschten Temperaturprofil versorgt. Zum anderen hat eine derartige Konstellation den Vorteil, dass die Vorformlinge vor ihrer endgültigen Behandlung in der Formfüll-Maschine 30 nicht sterilisiert werden müssen. Die Vorformlinge sind aufgrund der hohen Temperaturen im Herstellungsprozess mikrobiologisch betrachtet steril. Im Anschluss an die Entformung in der Vorformlingherstellungsvorrichtung wird vorzugsweise darauf geachtet, dass eine (Re)kontamination nicht erfolgt oder zumindest in einem akzeptablen Maß verbleibt. Dazu ist es beispielweise möglich, die Transferstrecke zwischen der Vorformlingherstellungsvorrichtung und der Formfüllmaschine 30 zum Teil oder ganz einzuhausen bzw. definierte Umgebungsbedingungen herzustellen. Die Auswahl des akzeptablen Kontaminationsgrades der Vorformlinge bis zur Formfüllmaschine 30 wird der Fachmann auswählen und so bestimmen, wie es die Rahmenbedingungen erfordern, also beispielsweise das abzufüllende Produkt und/oder die gewünschte Mindesthaltbarkeit des Endprodukts.
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Angemerkt sei, dass die zwar in 4 dargestellten Einheiten stromab der Formfüllmaschine (30) der der 3 entsprechen, dass dies aber für die Erfindung unerheblich ist. Die Herstellung der Vorformlinge innerhalb der Linie durch die Vorformlingherstellungsvorrichtung (9) kann mit jeglichen hier beschriebenen Varianten kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009040977 A1 [0002]
- DE 4442586 [0003]
- DE 202004012848 U1 [0003]
- EP 2218664 A2 [0003]