DE4126951A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von mehrwegflaschen aus kunststoff - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum behandeln von mehrwegflaschen aus kunststoffInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von
leeren Mehrwegflaschen aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie eine zu dessen Durchführung geeignete
Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 22.
Mehrwegflaschen aus Kunststoff müssen ähnlich wie
Mehrwegflaschen aus Glas vor dem erneuten Befüllen gründlich
gereinigt werden. Während bei Glasflaschen
Laugentemperaturen von 80 Grad Celsius und mehr völlig
problemlos sind, würden derartige Laugentemperaturen bei der
Reinigung von Kunststoffflaschen zu einer untragbaren
Deformation oder gar zur völligen Zerstörung der Flaschen
führen. PET-Flaschen werden daher gegenwärtig mit einer
Laugentemperatur von ca. 58 Grad Celsius behandelt. Doch
selbst bei dieser relativ geringen Temperatur, die im
Hinblick auf die erforderliche Reinigungswirkung gerade noch
tragbar ist, findet bereits eine geringe Schrumpfung der
Flaschen statt. Die dadurch bewirkte Volumensverringerung
hat nach ca. 20 Umläufen einer Mehrwegflasche eine
untragbare Größe erreicht, so daß die betreffende Flasche
nicht mehr brauchbar ist. Im gleichen Sinne wirken auch
Temperaturbelastungen auf dem Weg zum oder vom Verbraucher
oder beim Verbraucher auf die Flaschen ein, insbesondere in
heißen Ländern und in den Sommermonaten. Die erreichbaren
Umlaufzahlen von Mehrwegflaschen aus Kunststoff,
insbesondere PET, liegen daher bisher weit unter den
üblichen Umlaufzahlen von Glasflaschen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Behandeln von Mehrwegflaschen aus Kunststoff und eine
Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, mit denen
die erreichbare Umlaufzahl oder Gebrauchsdauer spürbar
erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit
den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 21 und durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 22 gelöst.
Durch die erfindungsgemäß vorgenommene Volumensvergrößerung
der Flaschen wird die Schrumpfung beim Reinigen und durch
sonstige Einflüsse zumindest annähernd kompensiert.
Insbesondere dann, wenn die Volumensvergrößerung vor jedem
erneuten Abfüllen durchgeführt wird, läßt sich ohne weiteres
eine Verdoppelung der Umlauf zahlen erreichen.
Die Volumensvergrößerung kann für eine bestimmte
Flaschensorte mit konstanten Parametern durchgeführt werden,
so daß im statistischem Mittel die gewünschte
Konstanthaltung oder zumindest nur geringe Verringerung des
Flascheninhalts gewährleistet ist. Statt dessen können auch
die Flaschen volumen- und/oder abmessungsmäßig vermessen
werden und es kann die Volumensvergrößerung entsprechend den
gemessenen Werten für eine Partie von Flaschen oder für jede
einzelne Flasche individuell gesteuert werden. Auf diese
Weise ist eine Kompensation der Schrumpfung der Flaschen in
wesentlich engeren Grenzen möglich. Dabei genügt es im
einfachsten Falle, die Höhe und/oder den Durchmesser der
Flaschen zu messen.
Die Volumensvergrößerung kann zu verschiedenen Zeitpunkten
und an verschiedenen Orten, z. B. an einer Sammelstelle für
Mehrwegflaschen, durchgeführt werden. Besonders zweckmäßig
ist es, wenn sie nach dem Reinigen der Flaschen mit heißer
Lauge und unmittelbar vor dem Befüllen der Flaschen mit
einem Getränk oder dgl. innerhalb einer Abfüllanlage für
Mehrwegflaschen erfolgt. Die Schrumpfung der Flaschen bei
der Reinigung wird dann sofort wieder ausgeglichen und es
ist eine Einbindung der Volumensvergrößerung der Flaschen in
die Funktion der Abfüllanlage möglich.
Die Volumensvergrößerung kann auf dem Weg der Flaschen von
einer Reinigungsmaschine zu einer Füllmaschine erfolgen,
wozu eine eigene Station erforderlich ist. Auch kann die
Volumensvergrößerung innerhalb einer Füllmaschine erfolgen,
so daß auf eine eigene Station verzichtet werden kann und
der zusätzliche Aufwand gegenüber einer herkömmlichen
Abfüllanlage gering bleibt.
Unabhängig vom Ort und Zeitpunkt der Durchführung erbringt
die erfindungsgemäße Volumensvergrößerung neben einer
Erhöhung der Umlaufzahlen auch eine Vergrößerung der
Füllgenauigkeit bei der üblichen "Höhenfüllung" oder eine
Verbesserung des Erscheinungsbildes der Flaschen
hinsichtlich der Füllhöhe im Falle einer "Maßfüllung".
Darüber hinaus kann auch die Laugentemperatur und damit die
Reinigungswirkung ohne nachteilige Auswirkungen erhöht
werden.
Die Durchführung der Volumensvergrößerung selbst erfolgt in
vorteilhafter Weise durch die in den Ansprüchen 8 bis 18
angegebenen Maßnahmen. Diese lassen sich bei geringem
Kostenaufwand hinsichtlich der entscheidenden Parameter gut
beherrschen und einfach an das Flaschenmaterial anpassen.
Insbesondere bei der Verwendung von Dampf ergibt sich noch
der zusätzliche Effekt einer Sterilisation des
Flascheninnenraums. Hierdurch kann die Haltbarkeit der
abgefüllten Flüssigkeit wesentlich erhöht werden.
Zweckmäßigerweise wird zwecks Schonung der Flaschen die
Volumensvergrößerung nur bei denjenigen Flaschen
vorgenommen, die durch Schrumpfen eine Inhaltseinbuße
erlitten haben und es wird die Volumensvergrößerung derart
beschränkt, daß das erzielte Volumen nicht über den
Nenninhalt einer Flasche im Ursprungszustand hinausgeht.
Die Erzeugung des Überdrucks im Flascheninneren kann mit dem
Vorgang des Vorspannens der Flaschen unmittelbar vor dem
Einleiten der Flüssigkeit zusammengelegt werden. Dadurch
wird der Vorgang der Volumensvergrößerung sozusagen nahtlos
mit dem eigentlichen Füllvorgang verbunden. Der zusätzliche
Aufwand ist somit äußerst gering. Eine entsprechende
Vorrichtung ist in den Ansprüchen 22 bis 25 angegeben.
Im Nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Ansicht einer Vorrichtung zum
Behandeln von Mehrwegflaschen während der Einleitung
von Dampf,
Fig. 2 die teilweise Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 1
während der Einleitung von Druckgas.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist ein Füllorgan 1 mit einem
Gehäuse 14 auf, das seitlich am Kessel 15 einer nicht weiter
gezeigten Rotations-Gegendruckfüllmaschine befestigt ist.
Diese ist zum Füllen von PET-Mehrweg-Flaschen 16 - im
Nachstehenden kurz Flaschen genannt -, mit einem Getränk
eingerichtet. Im Gehäuse 14 sind von oben nach unten eine
Zuleitung 4 für Sattdampf (angedeutet durch Punkte) mit
einem Steuerventil 5, eine Zuleitung 6 für CO2 unter einem
Druck von 4 bar (angedeutet durch Kreuze) mit einem
Steuerventil 7, eine Zuleitung 12 für das Getränk mit einem
Ventil 13 und einem Stellmotor 17 sowie eine Ableitung 18
für das aus der Flasche 16 austretende Gas mit einem
Steuerventil 19 ausgebildet bzw. angeordnet.
Die Zuleitungen 4 und 6 sowie die Ableitung 18 sind unter
Zwischenschaltung ihrer Steuerventile an das obere Ende
eines Gasrohres 8 angeschlossen, das höhenbeweglich im
Gehäuse 14 angeordnet und mit dem Stellmotor 17 verbunden
ist. Das Gasrohr 8 ragt nach unten aus dem Gehäuse 14 heraus
und trägt das Ventil 13 für das Getränk, das mit einem im
Gehäuse 14 ausgebildeten Ventilsitz 22 zusammenwirkt. An
diesen schließt sich eine Auslauföffnung 11 für das Getränk,
die konzentrisch zum Gasrohr 8 liegt, an. Innerhalb des
Gasrohres 8 sitzt eine Sonde 20, die auf die Füllhöhe in der
Flasche 16 anspricht und zur Steuerung des Abfüllvorgangs
dient. Unterhalb der Auslauföffnung 11 ist im Gehäuse 14
eine ringförmige Kammer 21 ausgebildet, in der ein Dichtring
2 höhenbeweglich angeordnet ist. Die Kammer 21 ist über
einen Kanal 23 mit der Ableitung 18 verbunden.
Befindet sich der Dichtring 2 in seiner unteren Endstellung,
so ist die Verbindung zwischen der Kammer 21 und der
Ableitung 18 über den Kanal 23 offen (siehe Fig. 1); nimmt
der Dichtring 2 seine obere Endstellung ein, so ist die
Verbindung unterbrochen (siehe Fig. 2).
Die Vorrichtung weist weiter eine Hubeinrichtung 3 für die
zu behandelnden Flaschen 16 auf, bestehend aus einem Teller
zur Abstützung des Flaschenbodens und einem nicht weiter
gezeigten pneumatischen Hubzylinder und einer Steuerkurve.
Statt eines Tellers zur Aufnahme des Flaschenbodens kann die
Hubeinrichtung auch ein Einhakelement mit einer U-förmigen
Ausnehmung aufweisen, welche unterhalb des Tragrings am Kopf
der Flasche 16 angreift. Eine entsprechende Hubvorrichtung
3a ist in Fig. 2 angedeutet.
Die Betätigung der Steuerventile 5, 7, 19 und des
Stellmotors 17 erfolgt durch eine Steuervorrichtung 9, an
die auch die Sonde 20 angeschlossen ist. Ferner ist an die
Steuervorrichtung 9 eine Meßvorrichtung 10 für die
Flaschenhöhe und ggf. weitere Parameter, wie z. B.
Dichtigkeit angeschlossen. Der Aufbau der Meßvorrichtung ist
z. B. aus der deutschen Offenlegungsschrift 37 22 422
bekannt.
Das mit der im Vorstehenden beschriebenen Vorrichtung
durchführbare Verfahren zum Behandeln von Flaschen 16 läuft
folgendermaßen ab:
Die von einer nicht gezeigten Reinigungsmaschine kommende,
mittels heißer Lauge durch Weichen und Spritzen gesäuberte
Flasche 16 wird als nächstes durch die Meßvorrichtung 10
höhenmäßig vermessen und auf Dichtigkeit geprüft. Der
Meßwert für die Höhe wird an die Steuereinrichtung 9
weitergeleitet; der Meßwert für die Dichtigkeit wird in eine
nicht gezeigte Sortiervorrichtung zum Ausscheiden undichter
Flaschen 16 eingegeben.
Ist die Flasche 16 dicht, so wird sie an die Rotations-
Gegendruckfüllmaschine weitergeleitet und dort durch eine
Hubvorrichtung 3 an den in seiner unteren Endstellung
befindlichen Dichtring 2 des zugehörigen Füllorgans 1
angedrückt. Wurde vorher durch die Meßvorrichtung 10
festgestellt, daß die betreffende Flasche 16 die
standardmäßige Höhe und damit wohl auch das standardmäßige
Volumen aufweist, also nicht geschrumpft ist, so bleibt das
Steuerventil 5 geschlossen und es findet keine Dampfzufuhr
statt. Statt dessen kann auch das Steuerventil 5 kurzzeitig,
etwa 0,5 Sekunden, geöffnet werden, um einen allein der
Sterilisierung des Flascheninneren dienenden kurzen
Dampfstoß über die Zuleitung 4 und das Gasrohr 8 in die
Flasche einzuleiten.
Wurde vorher durch die Meßvorrichtung 10 festgestellt, daß
die Flasche 16 niedriger ist als vorgeschrieben, so wird in
Abhängigkeit von der gemessenen Höhendifferenz über die
Steuervorrichtung 9 das Steuerventil 5 entsprechend
geöffnet, beispielsweise in einem Bereich von einer bis zu
drei Sekunden. Durch den hierbei über die Zuleitung 4 und
das Gasrohr 8 in die Flasche 16 einströmenden und über die
Ringkammer 21, den Kanal 23 und die Ableitung 18 wieder
ausströmenden Sattdampf wird die innere Oberfläche der
Flasche 16 und teilweise auch die Wandung ausreichend
erwärmt, um anschließend eine Verformung der Flasche 16 zu
ermöglichen. Direkt an der Oberfläche beträgt die Temperatur
ca. 100 Grad Celsius, im Inneren der Wandung entsprechend
weniger. Molekulare Veränderungen finden hierbei nicht statt
und eine nachfolgende Überdehnung des Flaschenmaterials ist
nicht möglich. Während des Dämpfens tritt in der Flasche
eine leichte Druckerhöhung auf ca. 1,2 Bar auf, bedingt
durch den Strömungswiderstand für den Dampf. Dieser
Innendruck reicht jedoch nicht für eine bleibende Verformung
der Flasche 16 aus.
Nach dem Schließen des Steuerventils 5 für den Dampf wird
das bisher geschlossene Steuerventil 7 für CO2 geöffnet.
Daraufhin strömt über die Zuleitung 6 und das Gasrohr 8
Kohlensäure mit einem Druck von 4 Bar ins Innere der Flasche
16 und spült den Dampf über die Ringkammer 21, den Kanal 23
und die Ableitung 18 ins Freie, zusammen mit evtl. in der
Flasche angesammeltem Kondensat. Daraufhin wird bei weiter
geöffnetem Steuerventil 7 die Flasche 16 durch die
Hubvorrichtung 3 weiter angehoben, bis der Dichtring 2 seine
in Fig. 2 gezeigte obere Endstellung einnimmt. Nun baut sich
in der Flasche 16 entsprechend dem Druck des CO2 ein
Innendruck von 4 Bar auf. Durch diesen Druck, der in Fig. 2
durch Pfeile angedeutet ist, wird die noch warme
Flaschenwandung etwa im Sinne einer Volumensvergrößerung
nach außen bleibend verformt. Die Wärmezufuhr durch den
Dampf und die Innendruckerhöhung durch das CO2 sind derart
abgestimmt, daß das Flaschenvolumen nicht über das
ursprüngliche Nennvolumen hinausgeht, die Flasche 16 also
nicht überdehnt wird.
Schließlich kann durch Öffnen des Flüssigkeitsventils 13
über den Stellmotor 17 das abzufüllende Getränk in die
Flasche 16 eingeleitet werden, wobei das vorher zur
Verformung der Flasche dienende CO2 nunmehr in der üblichen
Weise als Spanngas dient. Der Füllvorgang wird mit Hilfe der
Sonde 20 durch die Steuervorrichtung 9 gesteuert, wobei
durch Öffnen des Steuerventils 19 das verdrängte CO2 ins
Freie entweichen kann.
Die mit dem im vorstehenden beschriebenen Verfahren
erzielbare Volumensvergrößerung beträgt bei einer üblichen
Mehrweg-PET-Flasche mit einem Nenninhalt von 1,5 Litern um
die 3 Milliliter. Diese Volumensvergrößerung reicht aus, um
die Schrumpfung beim Reinigen der Flasche zu kompensieren.
Ist keine Meßvorrichtung 10 vorhanden, so wird das
Steuerventil 5 für alle Flaschen 16 gleich lang für eine
mittlere Zeitdauer von z. B. 1,5 Sek. geöffnet.
Claims (25)
1. Verfahren zum Behandeln von Mehrwegflaschen aus
Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Flaschen vor
dem Befüllen mit einem Getränk oder dgl. einer
Volumensvergrößerung unterzogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Flaschen volumen- und/oder abmessungsmäßig vermessen
werden und dann die Volumensvergrößerung entsprechend
den gemessenen Werten für eine Partie von Flaschen oder
für jede einzelne Flasche individuell gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Volumensvergrößerung unmittelbar
vor dem Befüllen der Flaschen mit einem Getränk oder
dgl. erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Volumensvergrößerung nach dem
Reinigen der Flaschen mit heißer Lauge erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Volumensvergrößerung innerhalb einer
Abfüllanlage für Mehrwegflaschen erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Volumensvergrößerung auf dem Weg der Flaschen von
einer Reinigungsmaschine zu einer Füllmaschine erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Volumensvergrößerung innerhalb einer Füllmaschine
erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Volumensvergrößerung durch
Einwirkung von Wärme auf das Flaschenmaterial und durch
Erzeugung eines Überdrucks im Flascheninneren erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einwirkung von Wärme und die Erzeugung eines
Überdrucks gleichzeitig erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Flaschen im Innenraum mit einem heißen, unter
Überdruck stehenden Gas beaufschlagt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
in die Flaschen Dampf eingeleitet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einwirkung von Wärme und die Erzeugung eines
Überdrucks nacheinander erfolgen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Flaschen zuerst im Innenraum mit einem heißen Gas
und danach mit einem anderen, unter Überdruck stehenden
Gas beaufschlagt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
das heiße Gas vor dem Einleiten des Druckgases aus dem
Innenraum der Flaschen entfernt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flaschen spätestens bei der
Beaufschlagung mit Druckgas im Mündungsbereich gegenüber
der Atmosphäre abgedichtet werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß als heißes Gas Dampf und als
Druckgas Luft oder ein Inertgas oder ein Gemisch aus
Luft und Inertgas verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
als Inertgas Kohlensäure verwendet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckgas mit einem Druck
zugeführt wird, der dem Spanndruck beim Füllen
entspricht, und daß nach der Erzeugung des Überdrucks im
Flascheninneren die abzufüllende Flüssigkeit unter
Verdrängung des Druckgases in die Flasche eingeleitet
wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Volumensvergrößerung nur bei
Flaschen durchgeführt wird, die durch Schrumpfen eine
Inhaltsverringerung erlitten haben.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Volumensvergrößerung derart
beschränkt ist, daß der Flascheninhalt nicht über den
Nenninhalt hinausgeht.
21. Verfahren zum Behandeln von Mehrwegflaschen aus
Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Flaschen vor
dem Füllen einer kombinierten Wärme-Innendruck-
Behandlung unterzogen werden.
22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein
Füllorgan (1) mit einer Dichtung (2) für die
Flaschenmündung und eine die Flaschen an diese
anpressende Hubeinrichtung (3, 3a) aufweist, wobei das
Füllorgan (1) eine Zuleitung (4) für ein heißes Gas mit
einem Steuerventil (5) und eine Zuleitung (6) für ein
Druckgas mit einem Steuerventil (7) aufweist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß das Füllorgan (1) ein in die Flasche einführbares
Gasrohr (8) aufweist, an das die Zuleitung (4) für das
heiße Gas und die Zuleitung (6) für das Druckgas
angeschlossen sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch
gekennzeichnet, daß das Steuerventil (5) für das heiße
Gas mit einer Steuereinrichtung (9) verbunden ist, die
an eine Meß-Vorrichtung (10) für das Volumen und/oder
mindestens einer Abmessung einer Flasche angeschlossen
ist und die Einwirkungszeit des Heißgases in
Abhängigkeit von den gemessenen Werten steuert.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, daß das Füllorgan (1) eine
Auslauföffnung (11) für die abzufüllende Flüssigkeit
aufweist, an die eine Zuleitung (12) für die
abzufüllende Flüssigkeit mit einem Steuerventil (13)
angeschlossen ist.
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