DE69821008T2

DE69821008T2 - System zum blasformen, zum füllen und zum kapseln von behältern

Info

Publication number: DE69821008T2
Application number: DE69821008T
Authority: DE
Inventors: Griscom Bettle
Original assignee: Graham Packaging Co LP
Current assignee: Graham Packaging Co LP
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2018-04-18
Also published as: US6298638B1; DE69821008D1; WO1998047770A1; ES2213278T3; EP1012047B1; ATE257451T1; EP1012047A4; BR9809264A; CA2287383A1; EP1012047A1; PT1012047E

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft blasgeformte Kunststoffbehälter, und die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Blasformen, Befüllen und Verschließen von Kunststoffbehältern.
Stand der Technik
Die Herstellung von Kunststoffbehältern zur Verwendung im sogenannten Heißbefüllungsverfahren durch Spritzgießen von Vorformlingen aus Kunststoff, beispielsweise PET, und Blasformen der Vorformlinge in einem Formenhohlraum ist bekannt. Nach dem Formen werden die entstandenen Behälter aus dem Blaswerkzeug ausgetragen und zwecks Versand an einen anderen Ort verpackt, um dort mit einem Getränk, wie beispielsweise Saft, bei einer höheren Temperatur befüllt zu werden. Nach dem Befüllen werden die Behälter verschlossen und man läßt sie dann zwecks Vertrieb an den Endverbraucher auf Umgebungstemperatur abkühlen. Dieses gleiche Basisverfahren kommt zum Befüllen mit anderen Flüssigkeiten, eßbaren und nicht eßbaren, wie beispielsweise Salatöl und Shampoo, zur Anwendung. Einige dieser anderen Flüssigkeiten werden bei Umgebungstemperatur eingefüllt.
Die Vorformlinge werden üblicherweise an einem Ort spritzgegossen und zu einem anderen Ort transportiert, um dort zu Behältern geblasen zu werden. Am Ort des Blasformens werden Vorformlinge üblicherweise in einer einzelnen Reihe einem Beschickungsmechanismus zugeführt, der die Vorformlinge zu einem Förderer transferiert, der sie voneinander beabstandet und über den Weg einer offenen Schleife durch einen Vorerwärmungsofen weiterbewegt. Im Vorerwärmungsofen werden die Vorformlinge durch verschiedene Mittel, wie beispielsweise Heizstrahler, auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Nachdem die Vorformlinge auf die gewünschte Temperatur erwärmt wurden, die üblicherweise in der Nähe der Glasübergangstemperatur (Tg) des jeweiligen Kunststoffs, aus dem der Vorformling geformt ist, liegt, wird der Vorformling in einen Blasformhohlraum transferiert. Der Vorformling wird, während er sich im Blasformhohlraum befindet, mittels Druckluft in die Form des Formenhohlraums geblasen und vorzugsweise gleichzeitig axial gedehnt, um eine biaxiale Orientierung des Behälters zu bewirken, wobei all diese Arbeitsgänge auf diesem Fachgebiet bekannt sind. Nach einer kurzen Verweilzeit im Werkzeug wird der entstandene geblasene Behälter aus dem Werkzeug ausgetragen, um verpackt und zwecks Befüllung an einen anderen Ort transportiert zu werden.
In der DE-A-1704022 und der US-A-4208852 werden Verfahren zum Extrusionsblasformen, Befüllen und Verschließen von Kunststoffbehältern beschrieben, wobei eine kraftschlüssige Steuerung der Behälter durch Eingriff in eine Seitenwand davon bewirkt wird. In der EP-A-659683 und der GB-A-2204307 werden Verfahren zum Befüllen und Verschließen von Behältern beschrieben, wobei eine kraftschlüssige Steuerung durch Ergreifen eines Halsteils bewirkt wird und die Verfahren getrennt von der Herstellung der Behälter durchgeführt werden.
Der Befüllungsort kann sich an einem vollständig separaten Anlagenstandort befinden oder mit der Blasformausrüstung mittels eines Bandförderers verbunden sein, so daß beispielsweise das Blasformen an einem Anlagenstandort und das Befüllen an einem anderen Standort innerhalb derselben Anlage erfolgen kann.
Es ist üblich, Bandförderer zu verwenden, um Behälter von einem Standort zu einem anderen in einer Anlage zu bewegen, insbesondere wenn es sich um nicht kohlensäurehaltige Flüssigkeiten handelt. In Kohlensäurebefüllungssystemen werden die Behälter typischerweise am Halsteil transportiert. Die Verwendung von Kettenförderern im Vorerwärmungsofen, um in die Halsteile der Vorformlinge während ihrer Erwärmung einzugreifen, ist ebenfalls bekannt. Sidel in Le Havre, Frankreich, stellt eine Rotationstransfervorrichtung für Vorformlinge her, die die vorerwärmten Vorformlinge an ihren Halsteilen ergreift und sie in das Blaswerkzeug transferiert. Die Vorrichtung dreht sich, weitgehend wie ein Sternrad, um eine vertikale Achse, besitzt aber klauenähnliche Greifelemente, die den Vorformling an seinem Halsteil ergreifen und ihn über einen bogenförmigen Weg an ein zum Blaswerkzeug gehörendes gleiches Greifelement weiterbewegen. Das Greifelement an der Rotationstransfervorrichtung ist so ausgeführt, daß es den Vorformling erst freigibt, nachdem das Blaswerkzeuggreifelement den Vorformling tatsächlich ergriffen hat. Als Folge davon unterliegt der Vorformling während seines Durchgangs durch den Vorerwärmungsofen und die Blasformvorrichtung stets einer kraftschlüssigen Steuerung. Eine solche Vorrichtung hat sich im Betrieb als besonders zuverlässig erwiesen.
Bei einer aseptischen Befüllung wird der Behälter, nachdem er aus einem Vorformling geblasen wurde, aus dem Blaswerkzeug ausgetragen, um sterilisiert, befüllt und verschlossen zu werden. Es ist herkömmliche Praxis, die leeren geblasenen Behälter auf einen Bandförderer zu übertragen, der sie zu einem anderen Anlagenstandort transportiert, wo sie sterilisiert, befüllt und verschlossen werden. An einem solchen Standort werden die Behälter zunächst auf dem Förderer mittels verschiedener Mittel, beispielsweise mittels eines Schneckenförderers, voneinander beabstandet, um zwischen Führungsschienen zu einem Sternrad transferiert zu werden, das die Behälter über verschiedene Wege, die durch Sterilisierungs-, Befüllungs- und Verschließstationen verlaufen, weiterbewegt. Eine solche Ausrüstung ist auf diesem Fachgebiet bekannt.
Ein bedeutsames Problem, das beim obigen Lösungsweg im Zusammenhang mit der Produktion befüllter und verschlossener blasgeformter Behälter besteht, ergibt sich aus den Unzulänglichkeiten, die mit dem Transfer leerer Behälter von einem Förderer an einen anderen verbunden sind. Während des Transfervorgangs neigen Behälter im Bereich des Transfers vom Schneckenförderer zu einer Führungsschiene und einem Sternrad zum Blockieren, insbesondere wenn ein Eingriff in leere Behälter an ihren leicht verformbaren Körpern erfolgt, so daß die gesamte Produktionslinie bis zur Beseitigung der Blockade abgeschaltet werden muß. In Anbetracht der hohen Produktionsraten moderner Behälterherstellungs- und -befüllungsbetriebe können Abschaltungen, selbst wenn sie sich nur auf eine halbe Stunde belaufen, für den Anlagenbetreiber kostspielig sein. In einer Umgebung, in der Behälter vor dem Befüllen auch sterilisiert werden, können sich darüber hinaus zusätzliche Unzulänglichkeiten ergeben, weil zur Beseitigung einer Blockade eine sterile Umgebung betreten und Zeit für eine erneute Sterilisierung aufgewendet werden muß.
Eine übliche Methode zur Hochgeschwindigkeitsbefüllung von Behältern mit Flüssigkeiten beinhaltet die Verwendung einer bewegbaren Befüllungsdüse, die in den Hals eines Behälters eindringt und sich mit fortschreitender Befüllung zurückzieht. Mit dieser Methode wird die Schaumbildung minimiert und dadurch die exakte Befüllung bis zu einem vorbestimmten Befüllungsniveau beschleunigt. Während diese Methode beim Heißbefüllen von Behältern zufriedenstellend sein kann, ist sie für aseptisches Befüllen nicht erwünscht, weil es dabei zwingend erforderlich ist, daß die Befüllungsdüse nicht in das Behälterhalsteil eindringt, um die Sterilisierung des Behälters und seines Inhalts aufrechtzuerhalten sowie die Möglichkeit einer gegenseitigen Verunreinigung auszuschließen.
Um befüllte Behälter zu verschließen, werden Verschlüsse normalerweise über eine nach unten führende Rutsche zugeführt und aufgenommen, um sie an Behältern, während sich diese an einer Verschließstation vorbeibewegen, anzubringen. Es ist bekannt, daß eine solche Ausrüstung zum Blockieren neigt, was eine Abschaltung der gesamten Linie erfordern kann, um die Blockadestrecke in Ordnung zu bringen. Gelegentlich tritt ein befüllter, aber nicht verschlossener Behälter aus der Verschließvorrichtung aus, und es kommt zu einem Verschütten seines Inhalts. Dies macht es, ungeachtet des Produktverlusts, erforderlich, eine Reinigung durchzuführen. Es hat einige Versuche gegeben, das Anbringen von Verschlüssen an Behältern mit einem gewissen Präzisionsgrad zu steuern, um dieses Problem auszuschließen. Die Wirksamkeit einer solchen Ausrüstung ist jedoch nicht bekannt.
In der Praxis nach dem Stand der Technik arbeiten Blasformsysteme mit einem Wirkungsgrad von mehr als 95%, während dieser bei Befüllungs/Verschließsystemen bei 70–80% liegt. Ein wirtschaftlicher Betrieb erforderte ein Abkoppeln dieser Arbeitsgänge. Es ist ein System erforderlich, um den Wirkungsgrad des Befüllens/Verschließens zu erhöhen. Dies gilt insbesondere für aseptische Betriebe.
Zusätzlich zu den Zuverlässigkeitseinschränkungen, die mit dem Versuch verbunden sind, ungleichartige Maschineneinheiten, die häufig von verschiedenen Firmen hergestellt werden, in einen wirksamen Betriebsablauf zu integrieren, besteht das Problem von Anlagenplatzbeschränkungen. Eine Vorrichtung, die mit minimalem Flächenbedarf in der Anlage Behälter Blasformen und verschließen kann, ist sowohl hinsichtlich des Wirkungsgrads als auch des Kapitalbedarfs in hohem Maße erwünscht.
Aufgaben der Erfindung
Angesichts der vorstehenden Beschreibung besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zum wirksamen Blasformen, Befüllen und Verschließen von Kunststoffbehältern bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, mit denen Behältervorformlinge vom Zeitpunkt des Eintretens in den Vorerwärmungsofen bis nach erfolgtem Befüllen und Verschließen gehandhabt werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einzigartiges Verfahren und eine einzigartige Vorrichtung zum Blasen, Sterilisieren, Befüllen und Verschließen von Behältern in einer einzelnen Vorrichtung bereitzustellen, die blockaderesistent ist, mit minimalem Wirkungsgradverlust nach dem Neustart schnell auf unterschiedliche Größen umgestellt werden kann und in der Anlage einen minimalen Flächenbedarf hat.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, mit denen die Sterilität während des Befüllens aufrechterhalten und die Sauerstoffaufnahme des Produkts beim Einfüllen minimiert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum wirksamen Blasformen, Befüllen und Verschließen von Kunststoffbehältern bereit, wie in den Ansprüchen 1 bzw. 8 formuliert. Bevorzugte oder optionale Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht; dabei sind:
1 eine schematische Darstellung, die Ausrüstungen zeigt, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung besonders nützlich sind;
2 eine stark vergrößerte, etwas schematische Ansicht entlang der Linie 2-2 der 1;
2A eine Draufsicht gemäß 2; und
3 ein Aufriß, teilweise als Schnittansicht, entlang der Linie 3-3 der 1, um eine Vorrichtung zum Kippen von Behältern während des Befüllens zu verdeutlichen.
Beschreibung des bevorzugten Verfahrens und der bevorzugten Vorrichtung
In den Zeichnungen, auf die nunmehr Bezug genommen wird, zeigt 1 in einer schematischen Draufsicht die bevorzugte Vorrichtung 10 zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie darin dargestellt, beinhaltet die Vorrichtung 10 eine Reihe von Arbeitsstationen, die in einem horizontal länglichen, kompakten Anlagengrundriß angeordnet sind. Die Vorrichtung 10 beinhaltet einen Vorerwärmungsofen 11, eine Blasformvorrichtung 12, einen Sterilisator 13, eine Befüllungsvorrichtung 14 und eine Verschließvorrichtung 15, die in einer integrierten, vollständig gekapselten Einheit eng gekoppelt zusammengefaßt sind. Wie nachstehend erörtert, werden spritzgegossene Vorformlinge an einer stromaufwärts befindlichen Stelle 10a (unten links in 1) der Vorrichtung 10 zugeführt, und Verschlüsse werden der Vorrichtung 10 an einer stromabwärts befindlichen Stelle 10b (oben links in 1) neben einer Austrittsöffnung 10c (oben) zugeführt, durch die befüllte und verschlossene Behälter austreten, um verpackt und zum Endverbraucher transportiert zu werden.
Der Vorerwärmungsofen 11 enthält einen Kettenförderer 11a, auf dem Vorformlinge mittels eines Sternrads 16 und einer Führungsschiene 16a gehalten und beabstandet in einer offenen Schleife zunächst in einer Richtung und dann in der entgegengesetzten Richtung zur Blasformvorrichtung 12 transportiert werden. Im Vorerwärmungsofen 11 werden die Vorformlinge durch verschiedene bekannte Methoden, beispielsweise durch Heizstrahler, erwärmt, um ihre Temperaturen auf eine zum Blasformen geeignete Temperatur (z. B. die Glasübergangstemperatur, Tg) zu erhöhen. Der Vorerwärmungsofen 11 ist mittels eines offenen Durchgangs 20, der von erwärmten Vorformlingen durchlaufen wird, mit der Blasformvorrichtung 12 verbunden.
Die Vorformlinge werden vom Vorerwärmungsofenförderer 11a freigegeben und mittels eines kraftschlüssigen Greiftransferrads 21, das sich zwischen dem Vorerwärmungsofenförderer und der Blasformvorrichtung 12 befindet, zur Blasformvorrichtung transferiert. Der erwärmte Vorformling wird zu einem Blasformrad transferiert, das sich um eine vertikale Achse dreht, um den Vorformling in die gewünschte Form des Behälters zu blasen, während sich das Rad in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung in der Blasformvorrichtung 12 dreht. Blasgeformte Behälter werden mittels eines stromabwärts befindlichen kraftschlüssigen Greiftransferrads 22, das in der Konstruktion seinem Gegenstück, dem stromaufwärts befindlichen kraftschlüssigen Greiftransferrad 21, gleicht, aus der Blasformvorrichtung 12 ausgetragen.
Wie bisher beschrieben, weisen der Vorerwärmungsofen 11 und die Blasformvorrichtung 12 eine handelsübliche Auslegung und Konstruktion auf. Ein bevorzugter Vorerwärmungsofen 11 und eine bevorzugte Blasformvorrichtung 12 werden von Sidel in Le Havre, Frankreich, hergestellt. Aus einer solchen Blasformvorrichtung 12 ausgetragene geblasene Behälter wurden bisher einfach über herkömmliche Förderer zu anderen Orten in einer Anlage transferiert, um dort sterilisiert, befüllt und verschlossen oder für einen Weitertransport zu anderen Anlagenorten verpackt zu werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Blasformvorrichtung 12 direkt mit einer horizontal länglich ausgebildeten Kammer C verbunden, die den Sterilisator 13, die Befüllungsvorrichtung 14 und die Verschließvorrichtung 15 enthält. Die geblasenen Behälter werden unter Bedingungen einer kraftschlüssigen Steuerung nicht nur durch den Vorerwärmungsofen 11 und die Blasformvorrichtung 12, sondern auch durch die stromabwärts befindlichen Sterilisierungs-, Befüllungs- und Verschließstationen in einer gemeinsamen Kammer C transferiert, die eng gekoppelt mit der Blasformvorrichtung 12 verbunden ist.
Zu diesem Zweck ist die Sterilisierungs-, Befüllungs- und Verschließkammer C mittels einer Durchgangsöffnung 23, durch die die geblasenen Behälter zunächst zum Sterilisator 13 transferiert werden, mit der Blasformvorrichtung 12 verbunden. Der Sterilisator 13 ist herkömmlich als Rotationsvorrichtung ausgeführt und verwendet eine Sterilisierspülung, wie beispielsweise eine Ozonwasserspülung, um das Innere der geblasenen Behälter, während sie sich über einen bogenförmigen Weg um eine vertikale Achse weiterbewegen, zu sterilisieren.
Nachdem der Behälter sterilisiert und gespült wurde, wird er vom Sterilisator aus über ein kraftschlüssiges Sternrad/Führungsschienensystem 24, 24a zur Befüllungsvorrichtung 14 in der Kammer C transferiert. Die Befüllungsvorrichtung 14 ist herkömmlich als Rotationskonstruktion ausgebildet. In ihr bewegen sich die sterilisierten Behälter über einen bogenförmigen Weg um eine vertikale Achse, wo sie aufeinanderfolgend bis zu einem vorbestimmten Niveau befüllt werden, bevor sie ausgetragen und durch ein anderes kraftschlüssiges Sternrad/Führungsschienensystem 25, 25a zur Verschließvorrichtung 15 in der Kammer C transferiert werden. Die befüllten Behälter bewegen sich über einen bogenförmigen Weg um eine vertikale Achse in der Verschließvorrichtung 15 weiter und werden, nachdem sie verschlossen wurden, durch ein anderes kraftschlüssiges Sternrad/Führungsschienensystem 26, 26a ausgetragen.
Wie aus 1 ersichtlich, bewegen sich die geblasenen Behälter, nachdem sie aus der Blasformvorrichtung ausgetreten sind, unter Bedingungen einer kontinuierlichen kraftschlüssigen Steuerung über einen kontinuierlichen serpentinenartigen Weg durch die Sterilisierungs-, Befüllungs- und Verschließstationen weiter. In der vorliegenden Erfindung wird eine kontinuierliche kraftschlüssige Steuerung dadurch bewirkt, daß der Vorformling an seinem Halsteil von einem ersten Satz Greifer 30, 31 ergriffen wird, die mit (nicht dargestellten) Nocken und Nockenstößeln zusammenwirken, um jeden Vorformling erst freizugeben, nachdem ein zweiter Satz Greifer 32, 33 den Vorformling an seinem Halsteil NF ergriffen hat. Siehe 2 und 2a. Die Greifer 30–33 sind klauenähnlich ausgeführt und um den Umfang eines jeden kraftschlüssigen Greifrads 16, 21, 22, 24, 25 und 26, der Blasformvorrichtung 12, des Sterilisators 13, der Befüllungsvorrichtung 14 und der Verschließvorrichtung 15 herum beabstandet angeordnet. Das Öffnen und Schließen der Greiferklauen 30–33 und das Zusammenwirken mit dem eingreifenden Sternrad werden mit der Drehung der kraftschlüssigen Transferräder synchronisiert, um während der gesamten Blas-, Sterilisierungs-, Befüllungs- und Verschließvorgänge einen kontinuierlichen kraftschlüssigen Halsteileingriff sicherzustellen.
Zusätzlich zur kraftschlüssigen Steuerung der Behälterhalsteile während ihrer Weiterbewegung durch die Vorrichtung 10 sieht die vorliegende Erfindung vor, daß die Zuführung von Verschlüssen zur Verschließvorrichtung 15 und in diese Vorrichtung hinein durch kraftschlüssige Steuerung so erfolgt, daß sichergestellt ist, daß ein Verschluß bei Nichtvorhandensein eines Behälters, der ihn hätte aufnehmen können, nicht ausgetragen wird. Zu diesem Zweck ist ein Mittel D vorgesehen, um das Nichtvorhandensein eines Behälterhalsteils an einem bestimmten Ort zu ermitteln, nachdem es der kraftschlüssigen Steuerung in der Vorrichtung 10 ausgesetzt wurde. Ein solcher Ort könnte beispielsweise im Vorerwärmungsofen 11 oder einem anderen stromabwärts befindlichen Ort, wie abgebildet, liegen, nachdem die kraftschlüssige Steuerung des Vorformlings bewirkt wurde. Nachdem das Nichtvorhandensein eines Behälterhalsteils an einem bestimmten Ort ermittelt wurde, wird durch das elektronische Mittel E direkt festgestellt, wann der Ort die Verschließvorrichtung 15 erreicht, und sichergestellt, daß ein Verschluß zu dem Zeitpunkt, an dem er am nicht vorhandenen Behälterhalsteil hätte angebracht werden können, nicht vorhanden ist. Dies wird vorzugsweise dadurch bewirkt, daß die Verschlüsse vor dem Bereich zwischen ihrer Zuführung in die Kammer C und ihrer Planierung in der Verschließvorrichtung 15 einer kraftschlüssigen Steuerung ausgesetzt werden. Auf diese Weise kann die gesamte Vorrichtung gleichzeitig geleert werden. Wenn beispielsweise Vorformlinge am Portal 10a gestoppt werden, werden Verschlüsse entsprechend am Punkt M so gestoppt, daß der letzte Vorformling mit dem letzten Verschluß in der Verschließvorrichtung 15 zusammentrifft. Eine Verschlußspülvorrichtung CS wird zwischen dem Ort M und dem Verschlußsterilisator S in der Verschlußzuführungslinie verwendet. Eine kraftschlüssige Steuerung kann mittels eines Förderers bewirkt werden, bei dem jeder Verschluß in einer separaten Tasche gehalten wird und ein Mechanismus M den Austrag eines Verschlusses aus einer Tasche bewirkt, die über dem Befüllungsort liegt, der dem Ort des nicht vorhandenen Halsteils in Reaktion auf ein stromaufwärts ermitteltes nicht vorhandenes Halsteil entspricht. Dadurch wird sichergestellt, daß ein Verschluß bei Nichtvorhandensein eines geblasenen Behälters nicht ausgetragen wird, um den Verschluß in der Verschließvorrichtung 15 aufzunehmen. Der Vorteil davon besteht nicht nur darin, den Verlust an Verschlüssen zu reduzieren, sondern auch das Nichtvorhandensein loser Verschlüsse sicherzustellen, die Mechanismen blockieren und zu einer Abschaltung des gesamten Systems führen können.
Die verschiedenen Ausrüstungseinheiten, wie hierin beschrieben, einschließlich des Vorerwärmungsförderers, der Blasformvorrichtung, des Sterilisators, der Befüllungsvorrichtung und der Verschließvorrichtung, können über entsprechende Getriebe durch eine gemeinsame Kraftquelle oder durch separate Motoren angetrieben werden, die mittels elektrischer Steuerungen EC miteinander verbunden sind, die so ausgelegt sind, daß sie die Bewegung der verschiedenen Ausrüstungseinheiten synchronisieren. Dies ist in 1 schematisch dargestellt und durch die Bezugszahlen 40 –50 verdeutlicht.
Die Kammer C, die den Sterilisator, die Befüllungsvorrichtung und die Verschließvorrichtung enthält, schließt von außen kommende, ungefilterte Luft aus, mit Ausnahme derjenigen Bereiche, durch die die geblasenen Behälter, die Verschlüsse und die befüllten Behälter ein- bzw. austreten. Sterile Luft strömt durch ein Überkopffiltermittel nach unten über die Vorrichtungen in der Kammer C. Entsprechende Luftschleusen können an diesen Orten vorgesehen sein, wie beispielsweise Luftvorhänge bei 10b und 10c, um die relativ sterile Umgebung, die sich innerhalb der Kammer C befindet, von Umgebungsluft zu trennen. Ein Luftvorhang ist auch in der Öffnung 23 zwischen der Blasformvorrichtung 12 und der Kammer C vorgesehen. Die gesamte Kammer C enthält vorzugsweise eine auf diesem Fachgebiet bekannte Sprühvorrichtung zur lokalen Reinigung, um die eingeschlossene Ausrüstung in entsprechenden Intervallen auszuwaschen.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung ein wirksames Verfahren und eine wirksame Vorrichtung zum Blasformen, Sterilisieren, Verschließen und Befüllen von Behältern bereitstellt, wobei für Behältervorformlinge und die daraus geblasenen Behälter kontinuierlich während des gesamten Verfahrens von der Vorerwärmung bis hin zum Verschließen eine kraftschlüssige Steuerung aufrechterhalten wird. Dies wird dadurch erreicht, daß nicht kraftschlüssige Transferpunkte ausgeschlossen werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine kraftschlüssige Steuerung durch Mittel aufrechterhalten, die jedes Behälterhalsteil während des gesamten Verfahrens greifen und es über einen kontinuierlichen serpentinenartigen Weg von der Vorerwärmung bis hin zum Verschließen weiterbewegen. Indem das Ergreifen von Behälterkörpern über Schneckenförderer, lineare Förderer und Transfermechanismen dafür entfällt, wird die Neigung zum Blockieren ausgeschaltet, und der Wirkungsgrad des gesamten Verfahrens wird beträchtlich gesteigert. Der Wirkungsgrad wird weiterhin verstärkt, wenn, wie beschrieben, Verschlüsse auf ihrem Weg zur und durch die Verschließvorrichtung ebenfalls unter einer kraftschlüssigen Steuerung gehalten werden. Die Aspekte einer kraftschlüssigen Steuerung im Rahmen der vorliegenden Erfindung bieten die vorstehenden Vorteile selbst dann, wenn eine Sterilisierung nicht erforderlich ist, sind aber insbesondere erwünscht, wenn die Behälter sterilisiert werden müssen, weil es nicht erforderlich ist, eine Asepsis zur Beseitigung einer Blockade zu unterbrechen. Blasform-, Befüllungs- und Verschließsysteme werden oft von einer Flaschengröße auf eine andere umgestellt. Nach dem Stand der Technik erforderte dies den Umbau von Schneckenförderern, Sternrädern und das Einstellen von Führungsschienen. Wenn die Einstellung nicht perfekt durchgeführt wurde, kam es beim Neustart zu einer Blockade. Da der kraftschlüssige Transfer am unveränderten Halsteil NF erfolgt, erfordert eine Größenumstellung lediglich einen Austausch der Blaswerkzeuge und einen Neustart der Vorrichtung 10. Dies erhöht weiterhin den Gesamtwirkungsgrad, der in aseptischen Betrieben von besonderer Bedeutung ist.
Der hierin verwendete Begriff "Behälter" soll Flaschen, Krüge und vergleichbare Behältnisse zur Aufnahme fließfähiger Materialien umfassen.
Bei der aseptischen Befüllung eines Behälters mit einer sterilisierten Flüssigkeit ist es zwingend erforderlich, daß eine sterile Befüllungsebene, die über das obere Ende des Behälterhalsteils senkrecht zur zentralen Längsachse des Behälters verläuft, von der Befüllungsdüsenaustragsöffnung nicht durchbrochen wird. Diese Notwendigkeit ist darin begründet, daß ein durch die Befüllungsdüsenaustragsöffnung erfolgendes Eindringen die Sterilität des befüllten Behälters aufgrund der Möglichkeit, daß Mikroorganismen an der Düse in das Innere des Behälterhalsteils übertragen werden könnten, gefährden kann. Bisher war es herkömmliche Praxis, daß Befüllungsdüsen in das Halsteil eintreten und sich dann, während sich der Behälter füllt, zurückziehen, um eine Schaumbildung der Flüssigkeit zu minimieren und das Befüllen zu beschleunigen. Eine solche Praxis widerspricht einem wirksamen Befüllen sterilisierter Behälter mit sterilen Flüssigkeiten. Beim Befüllen auftretender Schaum kann eine mögliche Verunreinigung von einer Flasche auf die Vorrichtung und dann auf eine nachfolgende Flasche übertragen. Durch diesen Schaum wird dem eingefüllten Produkt auch Sauerstoff hinzugefügt. Einige Produkte, wie beispielsweise Saft und Saftgetränke, entwickeln im Laufe der Zeit oxidationsbedingte Fehlgeschmackstoffe, wenn sich Sauerstoff im Saft befindet. Diese Fehlgeschmackstoffe verkürzen die Lagerbeständigkeit. Durch wesentliche Ausschaltung der Schaumbildung wird somit die Produktlagerbeständigkeit verlängert, was offensichtliche ökonomische Vorteile mit sich bringt.
Die vorliegende Erfindung überwindet die genannten Probleme einer sterilen Befüllung und das Versetzen des Produkts mit Luft und ermöglicht es, daß wirksame sterile Befüllungsraten erzielt werden. Zu diesem Zweck wird, wie am besten aus 3 ersichtlich, eine Vorrichtung bereitgestellt, um einen Behälter Cx während des Befüllens durch eine zur Befüllungsdüse 100 gehörende Austragsöffnung 100a, die oberhalb einer sterilen Befüllungsebene P gehalten wird, zu kippen. Das Kippen erfolgt vorzugsweise dadurch, daß das Behälterhalsteil NF ergriffen wird, wenn sich der Behälter Cx in die Befüllungsstation 14 hinein weiterbewegt, und dadurch, daß während des Befüllens der ergriffene gekippte Behälter weiterbewegt wird, während der Behälter Cx durch sein Halsteil NF mit Flüssigkeit befüllt wird. Der Behälter Cx bewegt sich vorzugsweise über einen bogenförmigen Weg in einer Rotationsbefüllungsvorrichtung 14 weiter, die mit geneigten Laufbahnen 115a und 115b ausgestattet ist, die die Behälterbasis radial nach außen kippen. Ein Bandförderer 120 kann entlang einem Abschnitt des Bewegungswegs des Behälters Cx vorgesehen sein, um in die Behälterbasis Cb einzugreifen und sie abzustützen, nachdem sie mindestens teilweise befüllt wurde, um einen Teil der auf das ergriffene Behälterhalsteil Cn einwirkenden Belastungen aufzuheben. Die Befüllungsdüsenaustragsöffnung 100a ist außerdem vorzugsweise gegenüber der zentralen Längsachse CL des Behälters Cx, vorzugsweise radial im Innern des Bewegungswegs der Behälter in der Befüllungsvorrichtung 14, so versetzt, daß die sterile Flüssigkeit während des Befüllens zur gekippten inneren Oberfläche des Behälters hin fließt. Während des gesamten Befüllungsverfahrens wird die Befüllungsdüse im Verhältnis zum Behälterhalsteil stationär gehalten und befindet sich, während sie sich mit dem sich bewegenden Behälter Cx weiterbewegt, oberhalb der sterilen Ebene P. Somit fließt die Flüssigkeit in einem spitzen Winkel im Verhältnis zur zentralen Behälterlängsachse CL, wodurch bewirkt wird, daß sie, bevor sie den Behälterboden Cb erreicht, auf die Innenseite der Behälterwölbung und/oder die Seitenwand, wie beispielsweise bei Ci, auftrifft. Als Folge davon wird schaumproduzierende Strömungsenergie der Flüssigkeit in einem wesentlichen Ausmaß verteilt, so daß es möglich ist, ohne Verwendung einer eindringenden Befüllungsdüse und natürlich ohne die Gefahr, einen Verlust an Sterilität des Behälters und seines eingefüllten Inhalts zu erleiden, relativ hohe Befüllungsraten zu erzielen.
Angesichts der vorstehenden Beschreibung versteht es sich, daß die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Blasformen, Befüllen und Verschließen von blasgeformten Behältern in einer wirksamen Weise bereitstellt, wobei eng gekoppelte Ausrüstungen verwendet werden, die einen minimalen Aufstellungsplatz in einer Anlage erfordern.

Claims

Verfahren zum wirksamen Blasformen, Befüllen und Verschließen von durch Blasen aus spritzgegossenen Vorformlingen mit einem Halsteil hergestellten Kunststoffbehältern, bei dem das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Weiterbewegen mehrerer spritzgegossener Vorformlinge in aufeinanderfolgender Reihenfolge während ihrer Vorerwärmung in einem Ofen (11); Transferieren der spritzgegossenen Vorformlinge aus dem Vorerwärmungsofen (11) in ein Blaswerkzeug hinein; und Blasen der spritzgegossenen Vorformlinge zu Behältern im Blaswerkzeug; gekennzeichnet durch: Austragen der geblasenen Behälter unter kraftschlüssiger Steuerung aus dem Blaswerkzeug; und Weiterbewegen der Behälter unter kraftschlüssiger Steuerung, während die Behälter befüllt und die befüllten Behälter verschlossen werden; wobei die kraftschlüssige Steuerung dadurch erfolgt, daß das Halsteil mindestens während der Schritte des Austragens und Weiterbewegens der Behälter mittels Greifeinwirkung festgehalten wird; so daß spritzgegossene Behältervorformlinge und entstandene Behälter während des gesamten Verfahrens des Herstellens, Befüllens und Verschließens der Behälter unter einer ständigen kraftschlüssigen Steuerung gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die durch kraftschlüssige Steuerung erfolgende Greifeinwirkung die Schritte des Eingreifens in das Halsteil (NF) mittels eines ersten Greifers (30, 31) und, vor dem Lösen des ersten Greifers (30, 31) vom Halsteil (NF), des Eingreifens in das Halsteil (NF) mittels eines zweiten Greifers (32, 33) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die Vorformlinge und die daraus geblasenen Behälter über einen ununterbrochenen serpentinenartigen Weg zwischen dem Schritt des Vorerwärmens der Vorformlinge und dem Schritt des Verschließens bewegen.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der ununterbrochene serpentinenartige Weg innerhalb einer horizontal länglich ausgebildeten Kammer (C) liegt, die sich zwischen dem Ort des Schritts des Blasformens und dem Ort des Verschließens erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 4, das den Schritt des Sterilisierens von mindestens dem Inneren der Behälter beinhaltet, während sie sich über den serpentinenartigen Weg in der horizontal länglich ausgebildeten Kammer (C) weiterbewegen.
Verfahren nach Anspruch 1, das die Schritte des Synchronisierens des unter kraftschlüssiger Steuerung erfolgenden Zuführens eines Verschlusses zu einem Behälterhalsteil an einem vorbestimmten Ort während des Schritts des Verschließens, des Ermittelns des Nichtvorhandenseins eines Halsteils an einem vorbestimmten Ort während der vorerwähnten Reihenfolge von Schritten vom Vorerwärmen bis zum Befüllen, sowie des Zurückhaltens des Zuführens eines Verschlusses zum vorbestimmten Ort des Verschließens in Reaktion auf das nicht vorhandene Halsteil an dem vorbestimmten Ort des Verschließens beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem, während die Behälter während des Schritts des Weiterbewegens befüllt werden, die Behälter gekippt werden, um zu bewirken, daß Befüllungsflüssigkeit in den Behälterhals eingefüllt werden kann, ohne daraus auszutreten, und einen Kontakt mit dem Behälter einzuleiten, ohne daß wesentliche Turbulenzen auftreten.
Vorrichtung (10) zum wirksamen Blasformen, Befüllen und Verschließen von durch Blasen aus spritzgegossenen Vorformlingen mit einem Halsteil hergestellten Kunststoffbehältern, bei dem die Vorrichtung folgendes umfaßt: Mittel zum Weiterbewegen mehrerer spritzgegossener Vorformlinge in aufeinanderfolgender Reihenfolge während ihrer Vorerwärmung in einem Ofen (11); Mittel (21) zum Transferieren der spritzgegossenen Vorformlinge aus dem Vorerwärmungsofen (11) in ein Blaswerkzeug hinein; Mittel zum Blasen der spritzgegossenen Vorformlinge zu Behältern im Blaswerkzeug; gekennzeichnet durch: ein erstes Mittel (22) für eine Greifeinwirkung am Halsteil zum Austragen der geblasenen Behälter unter kraftschlüssiger Steuerung aus dem Blaswerkzeug; und ein zweites Mittel für eine Greifeinwirkung am Halsteil zum Weiterbewegen der Behälter, unter kraftschlüssiger Steuerung, während die Behälter befüllt und die befüllten Behälter verschlossen werden; wobei das erste und das zweite Mittel für eine Greifeinwirkung am Halsteil kontinuierlich betrieben werden können, um die Halsteile der geblasenen Behälter mittels Greifeinwirkung festzuhalten, während die Behälter, die aus dem Blaswerkzeug austreten, weiterbewegt werden; so daß spritzgegossene Behältervorformlinge und entstandene Behälter während des gesamten Verfahrens des Herstellens, Befüllens und Verschließens der Behälter unter einer ständigen kraftschlüssigen Steuerung gehalten werden.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, bei der das Greifmittel einen ersten Greifer (30, 31) und einen zweiten Greifer (32, 33) sowie ein Mittel beinhaltet, das bewirkt, daß sich der erste Greifer (30, 31) erst dann vom Halsteil (NF) löst, wenn das Halsteil (NF) in Eingriff mit dem zweiten Greifer (32, 33) steht.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, bei der das erste Mittel zum Weiterbewegen, das Mittel zum Transferieren, das Mittel zum Blasen, das Mittel zum Austragen und das zweite Mittel zum Weiterbewegen tangential eng beabstandet zueinander angeordnet sind, so daß sich die Vorformlinge und die daraus geblasenen Behälter über einen ununterbrochenen serpentinenartigen Weg zwischen dem Vorformlingvorerwärmungsmittel (11) und dem Verschließmittel (15) bewegen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, die eine sich zwischen dem Blasformmittel (12) und dem Verschließmittel (15) erstreckende horizontal länglich ausgebildete Kammer (C), in der der serpentinenartige Weg eingeschlossen ist, beinhaltet.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, die ein Mittel zum Sterilisieren von mindestens dem Inneren der Behälter beinhaltet, während sie sich über den serpentinenartigen Weg in der horizontal länglich ausgebildeten Kammer weiterbewegen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, die ein Mittel zum Synchronisieren des unter kraftschlüssiger Steuerung erfolgenden Zuführens eines Verschlusses zu einem Behälterhalsteil an einem vorbestimmten Verschließort während des Verschließens, ein Mittel (D) zum Ermitteln des Nichtvorhandenseins eines Halsteils an einem vorbestimmten Ort zwischen dem Vorerwärmungsmittel (11) und dem Befüllungsmittel (14) sowie ein Mittel zum Zurückhalten des Zuführens eines Verschlusses zum vorbestimmten Verschließort in Reaktion auf das nicht vorhandene Halsteil am vorbestimmten Verschließort beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die eine Befüllungsdüse (100), die mit den Behältern während des Befüllens bewegbar ist, aber oberhalb des Halsteils (NF) stationär verbleibt, sowie ein Mittel für einen Eingriff in das Halsteil (NF) beinhaltet, um die Behälter im Verhältnis zur Befüllungsdüse (100) zu kippen, um zu bewirken, daß Flüssigkeit in einem Winkel im Verhältnis zur Längsachse des Behälters in das Halsteil (NF) eingefüllt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Befüllens der Behälter dadurch erfolgt, daß die Behälter einer Befüllungsmaschine (14) zugeleitet werden, die eine Befüllungsdüse (100) mit einer Austragsöffnung (100a) besitzt, um die Behälter mit einer Flüssigkeit zu befüllen, während sie sich tandemartig weiterbewegen, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte beinhaltet: Kippen eines jeden Behälters während seines Weiterbewegens und; Einströmen der Flüssigkeit in den Behälter, während er gekippt ist, durch sein Halsteil (Cn), während die Befüllungsdüse im Verhältnis zum Bewegungsweg des Halsteils stationär verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem, während der Befüllung, die Austragsöffnung (100a) der Befüllungsdüse (100) über einer Ebene bleibt, die durch das obere Ende des Behälterhalsteils und senkrecht zur mittleren Längsachse des Behälters verläuft.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem, während der Befüllung, die Befüllungsdüsenaustragsöffnung (100a) zur mittleren Längsachse des Behälters versetzt angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem, während der Befüllung, der Behälter an seinem Halsteil (NF) mittels Greifeinwirkung festgehalten und dadurch gekippt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem sowohl das Behälterinnere als auch die Flüssigkeit vor der Befüllung sterilisiert werden und der Befüllungsschritt ohne Beeinträchtigung der Sterilität des befüllten Behälters durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Behälter in einer sterilen Umhüllung befüllt und verschlossen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die weiterhin eine sterile Umhüllung umfaßt, in der die Behälter befüllt und verschlossen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der die Umhüllung eine horizontal länglich ausgebildete Kammer neben dem Blaswerkzeug beinhaltet und das Mittel zum Weiterbewegen der geblasenen Behälter in einem ununterbrochenen serpentinenartigen Weg in der Umhüllung vorgesehen ist.