DE10351249A1

DE10351249A1 - Behälterbehandlungsmaschine mit einer Vorrichtung und Verfahren zur Veränderung der Eigenschaften der Oberflächen von aus Kunststoff bestehenden Behältern

Info

Publication number: DE10351249A1
Application number: DE2003151249
Authority: DE
Inventors: Ullrich Hellige
Original assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Current assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Priority date: 2003-11-03
Filing date: 2003-11-03
Publication date: 2005-06-16

Abstract

Vorgestellt werden eine Behälterbehandlungsmaschine mit einer Vorrichtung und ein Verfahren zur Veränderung der Eigenschaften der Oberflächen von aus Kunststoff bestehenden Behältern wie Flaschen, Kanistern oder Dosen, dabei ist vorgesehen, dass es sich bei dieser Vorrichtung um mindestens eine Energie abgebende und/oder aussendende Energiequelle handelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Behälterbehandlungsmaschine mit einer Vorrichtung und ein Verfahren zur Veränderung der Eigenschaften der Oberflächen von aus Kunststoff bestehenden Behältern wie z.B. Flaschen, Dosen oder Kanistern, wobei diese Eigenschaftsveränderungen durch die Zufuhr von Energie bewirkt werden.
Der Verpackungsbereich verzeichnet seit Jahren hohe Steigerungsraten im Segment Kunststoffbehälter. Diese hohe Nachfrage wird durch eine Vielzahl internationaler Anbieter für Fertigbehälter und sogenannte Preforms bedient, wobei nahezu alle Hersteller die üblichen Produktmerkmale, Qualitätsstandards und -merkmale wie z.B. maximales Volumen des fertigen Behälters, Kennwerte für die Sauerstoffdiffusion, Eignung für CO2-haltige Getränke, Dichte des Materials, spezifisches Gewicht, Transparenz, Festigkeit usw. garantieren und in der Regel auch einhalten.
Da aber die Produktionsverfahren und die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials für Fertigbehälter und Preforms in der Regel nicht vertraglich geregelt sind, setzen die verschiedenen Hersteller zur Erreichung der vereinbarten Qualitätsstandards dem Ausgangsmaterial der Behälter unterschiedliche Additive zu, wobei sich diese von Hersteller zu Hersteller nach Anzahl, Art, Typ und Gewichtsanteilen unterscheiden.
Ziel dieser Additive ist es, bestimmte Materialeigenschaften wie z.B. Oberflächenleitfähigkeit, Entformbarkeit aus dem Werkzeug, Beständigkeit des Materials gegen UV-Strahlung und den Schutz des abgefüllten Produktes vor UV-Strahlung den Anforderungen des Kunden entsprechend einzustellen.
Zu den weiteren Aufgaben der Additive zählen z.B. die Verhinderung von statischen Aufladungen, die Stabilisierung und/oder Einfärbung des Behältermaterials.
Die jeweils herstellerspezifische Zusammensetzung des Ausgangsmaterials hat zur Folge, dass es während des Verpackungsprozesses, und dabei insbesondere während der Ausstattung der Behälter mit Etiketten, Banderolen usw. häufig dann zu Problemen wie z.B. ungenügende Haftung des Etiketts kommt, wenn es zu einem Wechsel der Charge und/oder des Herstellers der Fertigbehälter oder der Preforms kommt.
Dieses Problem wirkt sich insbesondere dann besonders nachteilig aus, wenn Fertigbehälter oder Preforms von verschiedenen Herstellern vermischt gelagert und folglich auch in vermischtem Zustand verarbeitet werden.
Die Ursache dieser Probleme liegt darin begründet, dass viele dieser Additive, insbesondere dann, wenn sie in ungünstigen Kombinationen und ungünstigen Mischungsverhältnissen eingesetzt werden, so genannte Sekundärwirkungen entfalten können, welche z.B. auch eine signifikante Verschlechterung der Klebeeigenschaften der Behälteroberfläche nach sich ziehen können.
In vielen Anwendungsfällen treten diese Nachteile dann verstärkt auf, wenn die Additive nach dem Streckformblasen des Preforms zum Behälter, an der äußeren Oberfläche des Behälters austreten aber noch fest mit der Grenzoberfläche verbunden bleiben, wodurch sie eine Schicht ausbilden, welche u.a. die Haftung von Klebstoffen auf den Behältern soweit verschlechtert, dass z.B. die Kontaktzeit zwischen Behälter, Etikett und Andrückschwamm bei der Etikettierung vergrößert werden muss wodurch die Leistung einer Etikettiermaschine in nicht vertretbarem Maße reduziert wird.

In der Technik wurden bislang einige Vorschläge u.a. zur Sterilisation von Behältern mittels Energieeinwirkung, z.B. mittels Plasmastrahl unterbreitet, z.B. in der DE 101 34 037 oder in der DE 199 44 631 , doch sind nach dem Kenntnisstand der Anmelderin bislang keine Lösungsvorschläge zur gezielten Veränderung der Oberflächeneigenschaften von Behältern mittels Energieeinwirkung bekannt geworden.

Aufgabe und Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Behälterbehandlungsmaschine vorzustellen, welche die Oberflächen von Kunststoffbehältern derart behandelt, dass die oben dargestellten Probleme bei der Ausstattung von Behältern sicher vermieden werden. Dazu sieht die Erfindung vor, dass die Eigenschaften der Behälter bzw. deren äußeren Oberflächen oder aber zumindest Teilbereiche dieser Oberflächen durch eine geeignete Energiequelle wie z.B. einem atmosphärischen Plasmastrahler verändert werden.

Im Nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Im Einzelnen zeigt die

1: in einer vereinfachten Draufsicht eine als Rundläufer ausgebildete Behälterbehandlungsmaschine mit einer am Umfang des Kreisels angeordneten Energiequelle 6, und die

2: eine entsprechende, als Linearmaschine ausgebildete Behälterbehandlungsmaschine, und die

3: eine entsprechende, als Modulmaschine ausgebildete Behälterbehandlungsmaschine, und die

4: in einer vergrößerten Detailansicht eines Behälters während der Behandlung seiner Oberflächen durch eine Energiequelle 6.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Gleichzeitig wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.

Versuche zur Lösung der oben beschriebenen Probleme haben gezeigt, dass sich die Eigenschaften der Oberflächen von Behältern aus Kunststoff durch Energiezufuhr in gewünschter Weise beeinflussen lassen.

Dabei ist es von besonderer Bedeutung, die dem Behälter zugeführte Energie nach Energieform und Energiedosis so auszuwählen, dass die gewünschten Eigenschaftsverbesserungen erzielt werden, ohne dass der Behälter selbst, bzw. seine Oberfläche Schaden nimmt.

Die besten Ergebnisse wurden dann erzielt, wenn die Parameter Energieform, Energiedichte und Expositionsdauer so gewählt bzw. eingestellt waren, dass die in der Grenzschicht der Behälteroberfläche befindlichen Additive oder sonstigen Inhalts- oder Zusatzstoffe sicher und rückstandsfrei verdampft wurden und die Oberfläche der Behälter durch minimalen Materialabtrag aufgeraut wurde. Besonders vorteilhafte Ergebnisse konnten dann erzielt werden, wenn die Veränderungen der Behälter- Oberfläche hinsichtlich Glanz, Struktur, Farbe usw. für einen Betrachter durch Augenschein nicht feststellbar waren, sondern ausschließlich durch messtechnische Verfahren nachgewiesen werden konnten.

Beispielhaft, aber den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht begrenzend seien an dieser Stelle folgende Energiequellen bzw. Energieformen genannt: Plasmastrahler, wobei es sich dabei um einen im Vakuum oder innerhalb normaler Atmosphäre anwendbaren Plasmastrahler handeln kann, Laserstrahl, Licht, insbesondere mit infraroten und/oder ultravioletten Wellenlängen, Strahlungsenergie eines Lichtbogens, eine offene Flamme.

Bezüglich der Anwendung eines Laserstrahls ist vorgesehen, dass es sich dabei um mindestens einen Laserstrahl handelt, wobei dieser mindestens eine Laserstrahl durch geeignete Mittel wie z.B. Spiegelsysteme derart abgelenkt wird, dass dieser nicht nur einen Punkt, sondern mindestens eine Teilfläche der Behälteroberfläche bestrahlt bzw. behandelt. Gleiches gilt auch für die ebenfalls vorgesehene Lichtquelle.

Bei der offenen Flamme kann es sich z.B. um eine Gasflamme handeln, welche in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung durch geeignete Ansteuerung zwischen zwei Betriebszuständen umschaltbar ist. Bei diesen Betriebszuständen kann es sich z.B. um einen Ruhezustand und einen Arbeitszustand handeln, wobei der erste Zustand dann ausgewählt wird, wenn kein Behälter zu behandeln ist, und der zweite Zustand dann aktiviert wird, wenn sich ein zu behandelnder Behälter in Reichweite der Flamme befindet.

Da sich die Behälter während des gesamten Getränkeabfüllprozesses undefiniert um ihre Hochachse drehen, sind die Positionen bzw. Oberflächenstellen, an welchen die Etiketten befestigt werden, für jeden einzelnen Behälter erst dann definiert, wenn sich dieser Behälter innerhalb der Etikettiermaschine befindet, so dass es von besonderem Vorteil ist, die Energiequelle innerhalb einer Etikettiermaschine anzuordnen.

Die ebenfalls denkbare, komplette Behandlung der gesamten Behälteroberfläche ist aufgrund der damit verbundenen langen Behandlungszeit und des hohen Energieeinsatzes eher nachteilig. Dennoch erstreckt sich der Umfang der vorliegenden Erfindung auch auf derartige Ausgestaltungen.

Von besonderem Vorteil ist es, die Behandlungsintensität bzw. die der Behälteroberfläche zugeführte Energiedosis auch durch eine gesteuerte Drehung des Behälters um seine Hochachse zu steuern. Moderne Etikettiermaschinen, wie z.B. bekannt aus der DE 10034907 , verfügen häufig über computergesteuerte, durch Servo- oder Schrittmotoren angetriebenen Flaschendrehteller, wodurch sich derartige Maschinen besonders für derartige Aufgaben eignen.

Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf die Ausstattung aller bekannten und/oder denkbaren Ausgestaltungsformen von Behälterbehandlungsmaschinen mit einer für den oben beschriebenen Anwendungsfall bestimmten Energiequelle. Bei diesen Ausgestaltungsformen kann es sich z.B. um Rundläufermaschinen, Linearmaschinen oder aber auch um Modulmaschinen handeln. Da der Aufbau derartiger Behälterbehandlungsmaschinen hinreichend bekannt ist, wird an dieser Stelle nur auf die wesentlichen, durch die Anordnung einer erfindungsgemäßen Energiequelle bedingten Veränderungen eingegangen.

Die 1 zeigt eine, für höhere Leistungen bestimmte Behälterbehandlungsmaschine 1, z.B. eine Etikettiermaschine, welche als Rundläufermaschine ausgebildet ist. Derartige Maschinen bestehen in der Regel u.a. aus einem Kreisel 2, an welchem mehrere, drehangetriebene so genannte Flaschendrehteller für die Aufnahme der Behälter angeordnet sind. Der Zu- und Abtransport der Behälter erfolgt durch Ein- und Auslaufsterne 3,4. Während ihres Umlaufs mit dem Kreisel 2 passieren die Behälter 5 mehrere, am äußeren Umfang des Kreisels 2 angeordnete Behandlungsstationen, wobei die Behälter durch die drehangetriebenen Flaschendrehteller in gewünschter Weise gedreht werden.

Die Energiequelle 6, im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um einen atmosphärischen Plasmastrahler, ist am Umfang der Kreisels 2 angeordnet. Der Energie- bzw. Plasmastrahl trifft auf die äußere Oberfläche des Behälters 5 und ruft dort die oben beschriebenen Veränderungen der Behälteroberfläche hervor.

Durch eine gezielte Steuerung der Drehbewegung des Flaschendrehtellers und/oder eine gezielte Veränderung der Energiedichte bzw. Strahlungsintensität, welche auch bis auf den Wert Null reduziert werden kann, und/oder eine partielle Abschaltung der Energiequelle 6, wodurch einzelne, auf bestimmten Höhenebenen liegende Oberflächenbereiche nicht behandelt werden, und/oder die Anpassung der Rotationsgeschwindigkeit des Kreisels 2, wird zum einen die zu behandelnde Oberfläche bestimmt, welche auch aus mehreren Einzelflächen bestehen kann, und zum anderen die Behandlungsintensität gesteuert.

In einer weiteren Ausgestaltung, welche in der 2 dargestellt ist, ist vorgesehen, die Energiequelle 6 an einer so genannten Linearmaschine, wobei es sich auch um eine an sich bekannte Linearetikettiermaschine handeln kann, anzuordnen. Diese, in der Regel für niedrigere Leistungsbereiche verwendeten Maschinen bieten dem Kunden aufgrund ihrer einfachen Konstruktion dann, wenn ihre Leistung ausreichend ist oder wenn z.B. besonders geformte Behälter verarbeitet werden sollen, beträchtliche Kostenvorteile. Hinsichtlich der Anwendung und der Auswirkungen der angeordneten Energiequelle 6 gilt das oben gesagte entsprechend.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in der 3 dargestellt. Dabei handelt es sich um eine so genannte Modulmaschine gemäß der von der Anmelderin eingereichten Patentanmeldung DE 103 06 671 . Bei diesem Maschinentyp können am Kreisel 2 eine Behälterbehandlungsmaschine die unterschiedlichsten Module mittels einer Standardschnittstelle auf einfache Art und Weise angeordnet und wieder entfernt werden.

Bei diesen Modulen kann es sich z.B. um Kameramodule, Datierungsmodule, Etikettierstationen usw. handeln, durch welche eine Modulmaschine einfach und schnell an wechselnde Verarbeitungsaufgaben angepasst werden kann.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, auch die Energiequelle 6 als Modul auszubilden, so dass auch die Energiequelle 6 aufgrund ihrer räumlichen Abmessungen und der ebenfalls vorgesehenen Standardschnittstelle an einer derartigen Modulmaschine angeordnet werden kann. Auch für die Anordnung der Energiequelle 6 an einer Modulmaschine gilt hinsichtlich Anbringung und Anwendung das oben gesagte.

Claims

Behälterbehandlungsmaschine mit einer Vorrichtung zur Veränderung der Eigenschaften der Oberflächen von aus Kunststoff bestehenden Behältern wie Flaschen, Kanistern oder Dosen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dieser Vorrichtung um mindestens eine Energie abgebende und/oder aussendende und/oder abstrahlende Energiequelle (6) handelt.
Behälterbehandlungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mindestens einen Energiequelle (6) um einen atmosphärischen Plasmastrahler handelt
Behälterbehandlungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mindestens einen Energiequelle (6) um einen im Vakuum betreibbaren Plasmastrahler handelt
Behälterbehandlungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mindestens einen Energiequelle (6) um einen Laserstrahl handelt
Behälterbehandlungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mindestens einen Energiequelle (6) um eine Lichtquelle handelt
Behälterbehandlungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mindestens einen Energiequelle (6) um eine offene Flamme handelt
Behälterbehandlungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterbehandlungsmaschine als Rundläufermaschine ausgebildet ist.
Behälterbehandlungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterbehandlungsmaschine als Linearmaschine ausgebildet ist.
Behälterbehandlungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterbehandlungsmaschine als Modulmaschine ausgebildet ist.
Behälterbehandlungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Behälterbehandlungsmaschine gleichzeitig mindestens zwei verschiedenartige Energiequellen (6) angeordnet sind.
Verfahren zum Betrieb einer Behälterbehandlungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Eigenschaften der Behälteroberflächen durch Energieeinwirkung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieeinwirkung das Entfernen von an der Behälteroberfläche und/oder in der Behälteroberfläche befindlichen Substanzen bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieeinwirkung das zumindest partielle Abtragen von Bestandteilen der Behälteroberfläche bewirkt.