EP2861370A1 - Verfahren zum verschliessen von kühlkanälen einer getränkeverpackungsmaschine - Google Patents

Verfahren zum verschliessen von kühlkanälen einer getränkeverpackungsmaschine

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EP2861370A1
EP2861370A1 EP13720971.4A EP13720971A EP2861370A1 EP 2861370 A1 EP2861370 A1 EP 2861370A1 EP 13720971 A EP13720971 A EP 13720971A EP 2861370 A1 EP2861370 A1 EP 2861370A1
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EP
European Patent Office
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cooling channel
packaging machine
beverage packaging
cooling
sealing plug
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13720971.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Neubauer
Anton HIRSCHBERGER
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Krones AG
Original Assignee
Krones AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C49/42—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
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    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
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    • B29L2031/7158—Bottles

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a beverage packaging machine comprising a step of closing at least one cooling channel in the aseptic region of a beverage packaging machine, wherein a sealing plug is attached to the cooling channel in a fluid-tight manner.
  • Beverage packaging machines are already known from the prior art, use the mold carrier by means of which beverage container blanks, such as bottles, are held.
  • Such mold carriers usually have two mold shells, in which then, for example, plastic bottles are produced during operation.
  • the shell molds must be cooled by means of a cooling fluid, e.g. a cooling liquid to be kept at a constant temperature as possible.
  • a cooling fluid e.g. a cooling liquid to be kept at a constant temperature as possible.
  • a plurality of channels are usually introduced into the mold carrier, such as cooling holes designed as deep-hole bores, through which the cooling liquid flows.
  • the deep hole holes are connected to each other via different channels.
  • the cooling channels, connecting channels and connecting bores must be closed on the outside of the component, so that no fluid leakage occurs at an undesired location.
  • so-called sealing plugs are used.
  • the sealing plugs then seal the outlets of the said channels towards the outside, that is to say in the direction of the outside of the component.
  • said channels are e.g. closed by grub screws or other components, such as plates.
  • beverage packaging machines must meet high hygiene and cleanliness requirements.
  • beverage packaging machines have such areas, which are also referred to aseptic areas, in which these high demands on hygiene and cleanliness are made.
  • It is a method for closing a cooling channel in connection with the manufacture of beverage packaging machines which causes a very smooth, food-safe, easy clean durable, aseptic surface.
  • closure plug is rrittreibversch spat with the cooling channel forming material.
  • the method is suitable both for the dry part, as well as for the wet part in which particularly hard to be welded material, such as aluminum, plastic or metal-plastic mixtures are used.
  • Friction stir welding offers the advantage of avoiding the problems encountered in the fusion welding of aluminum alloys during the phase transition, such as hot cracking problems and pore formation due to the absence of a liquid or vapor phase.
  • the material is a metal alloy, such as an aluminum alloy or plastic. It is also advantageous if the closure plug made of metal, such as an aluminum alloy or plastic is constructed. On the one hand, it is always possible to connect the same materials with each other, but it is possible to perform a joining of aluminum with plastic by friction stir welding, which extends the design possibilities.
  • the beverage packaging machine is designed as a blow molding machine, such as a stretch blow molding machine, wherein the cooling channel, which may also be formed as a deep hole, in at least one of preferably two shell molds, which together form a mold carrier, in which beverage container blanks are processed, so can use fail-safe and efficient devices.
  • a blow molding machine such as a stretch blow molding machine
  • the cooling channel which may also be formed as a deep hole, in at least one of preferably two shell molds, which together form a mold carrier, in which beverage container blanks are processed, so can use fail-safe and efficient devices.
  • cooling channel is drilled, in particular as a through hole, blind hole or deep hole.
  • the production of the corresponding channels is thereby simplified.
  • a plurality of cooling channels is formed, which are preferably in fluid-conducting connection with each other.
  • the manufacturing process can then be carried out particularly uninterrupted, when the plug is first inserted into a cooling channel and then friction stir welded.
  • closure plug in one end of the cooling channel with the outer surface of the material surrounding the cooling channel is flush and flush rhakreibversch dipt.
  • friction stir welding does not have to be carried out exclusively on special machines, but can also be carried out on conventional CNC machining centers or industrial robots, which reduces costs.
  • the invention also relates to a mold shell of a beverage packaging machine with cooling channel contained therein, in which a sealing plug is inserted, wherein the sealing plug is friction stir welded to the material surrounding the cooling channel.
  • the invention also relates to a beverage packaging machine, such as a plug-in blow molding machine, which is produced according to the method according to the invention and / or contains a mold shell according to the invention.
  • a beverage packaging machine such as a plug-in blow molding machine
  • FIG. 1 is a perspective, first view of a mold shell of a mold carrier, which is used in a beverage packaging machine, such as a stretch blow molding, and
  • FIG. 2 and FIG. 3 show the friction stir welding of a sealing plug inserted into a cooling channel of the shell mold from FIG. 1 in two different perspectives.
  • a mold shell 1 is shown, which is formed as part of a mold carrier in a beverage packaging machine according to the invention.
  • cooling channels 2 are formed.
  • Individual cooling channels 2 serve as connection channels.
  • the cooling channels 2 are incorporated from the outside, by means of deep holes in the material of the shell mold 1.
  • a closure plug 4 is used in each case fluid-tight.
  • the closure plug 4 thus prevents leakage of a cooling fluid, such as a cooling liquid, from the interior of the mold shell 1 to the surface 5 of the mold shell 1, i. out of her.
  • a leakage of the cooling liquid is only on inlets and outlets 6, which are provided for possible.
  • the mold shell 1 is usually made of an aluminum alloy or plastic.
  • the sealing plug 4 is also made of an aluminum alloy, plastic, steel or stainless steel.
  • the sealing plug 4 need not be flush with the surface 5 of the shell 1, as shown in the embodiment of FIG. 1, wherein the flush, see Figs. 2 and 3, is preferred.
  • FIGS. 2 and 3 show a detailed representation of an upper end of the shell 1, ie with cooling channels 2 contained therein.
  • a rotary reaming head 7 of a friction stir welding device acts in a welded manner with a sealing plug 4.
  • a rotating pin dips into the material, travels along the edges of the joint and "mixes" the materials of the two joining parts in such a way that a firm connection is created
  • Rhackreibkopfes 7 is provided here with the reference numeral 8.
  • the inventive method has a number of advantages, namely the avoidance of a phase transition in the material of the sealing plug 4 or the mold shell 1 when welding them together, allows a high reproducible seam quality, avoids pore formation, causes only a slight tendency to residual welding stresses and thus allows To create components with low distortion.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Getränkeverpackungsmaschine mit einem Schritt eines Verschließens zumindest eines Kühlkanals (2) im aseptischen Bereich einer Getränkeverpackungsmaschine, wobei ein Verschlussstopfen (4) fluiddichtend am Kühlkanal angebracht wird, wobei der Verschlussstopfen mit dem den Kühlkanal ausbildendem Material rührreibverschweißt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Formschale einer Getränkeverpackungsmaschine mit darin enthaltenem Kühlkanal, in den ein Verschlussstopfen eingesetzt ist, wobei der Verschlussstopfen mit dem den Kühlkanal umgebenden Material auch rührreibverschweißt ist. Die Erfindung betrifft auch eine Getränkeverpackungsmaschine, wie eine Streckblasmaschine, hergestellt nach besagtem Verfahren und/oder enthaltend eine besagte Formschale.

Description

Verfahren zum Verschließen von Kühlkanälen einer Getränkeverpackungsmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Getränkeverpackungsmaschine mit einem Schritt eines Verschließens zumindest eines Kühlkanals im aseptischen Bereich einer Getränkeverpackungsmaschine, wobei ein Verschlussstopfen fluiddichtend am Kühlkanal angebracht wird.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Getränkeverpackungsmaschinen bekannt, die Formträger verwenden, mit Hilfe derer Getränkebehälterrohlinge, wie Flaschen, gehalten werden. Solche Formträger weisen meistens zwei Formschalen auf, in denen im Betrieb dann beispielsweise Kunststoffflaschen hergestellt werden. Um eine gleichbleibende Flaschenqualität zu gewährleisten, müssen die Formschalen mittels eines Kühlfluids, z.B. einer Kühlflüssigkeit, auf einer möglichst konstanten Temperatur gehalten werden. Dazu werden üblicherweise in den Formträger mehrere Kanäle eingebracht, etwa als Tieflochbohrungen ausgebildete Kühlkanäle, durch die die Kühlflüssigkeit fließt.
Um einen Flüssigkeitskreislauf zu erhalten, werden die Tieflochbohrungen miteinander über verschiedene Kanäle weiterverbunden. Die Kühlkanäle, Verbindungskanäle und Verbindungsbohrungen müssen an der Außenseite des Bauteils verschlossen werden, damit kein Fluidaustritt an ungewollter Stelle stattfindet. Zu diesem Zweck werden sogenannte Verschlussstopfen eingesetzt. Die Verschlussstopfen dichten dann die Ausgänge der besagten Kanäle nach außen hin, also in Richtung der Außenseite des Bauteils, ab. Derzeit werden die besagten Kanäle z.B. durch Madenschrauben oder andere Bauteile, wie etwa Platten verschlossen.
Solche Getränkeverpackungsmaschinen müssen hohe Erfordernisse bezüglich Hygiene und Sauberkeit erfüllen. So gibt es an Getränkeverpackungsmaschinen solche Bereiche, die auch als aseptische Bereiche bezeichnet werden, in denen diese hohen Anforderungen an Hygiene und Sauberkeit gestellt werden.
Üblich sind die besagten Madenschrauben in Getränkeverpackungsmaschinen, doch weisen sie den Nachteil auf, dass sie relativ kostenintensiv gefertigt werden müssen und auch der Kühlkanal für das Einschrauben der Madenschrauben vorbereitet sein muss. Das Herstellen ist ausreichend präzise durchzuführen, was erhebliche Kosten nach sich zieht. Auch die Verwendung einzelner Platten ist keine optimale Lösung, da Leckage auftreten kann, was es jedoch zu vermeiden gilt. Auch ist das Verwenden von Verschlusslösungen, die etwa beim Schweißen auf Phasenübergänge setzen, nachteilig, da solche Phasenübergänge auch immer Gefügeänderungen nach sich ziehen, was es auch zu vermeiden gilt. Auch haben die bekannten Verschlussverfahren meistens den Nachteil, dass sie eine Oberfläche mit großer Rauhigkeit und Spalten, Hinterschneidungen, etc. hervorrufen, die nur schwierig sauber zu halten ist.
Es ist demgegenüber die Aufgabe der Erfindung, im Bereich von Getränkeverpackungsmaschinen eine Verbesserung zu bieten und die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen.
Es soll ein Verfahren zum Verschließen eines Kühlkanals im Zusammenhang mit dem Herstellen von Getränkeverpackungsmaschinen zur Verfügung gestellt werden, das eine sehr glatte, lebensmitteltaugliche, einfach sauber haltbare, aseptische Oberfläche hervorruft.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verschlussstopfen mit dem den Kühlkanal ausbildenden Material rührreibverschweißt wird. Das Verfahren eignet sich sowohl für den Trockenteil, als auch für den Nassteil, in dem besonders viel schwer zu schweißendes Material, wie Aluminium, Kunststoff oder Metall-Kunststoff-Gemische verwendet werden.
Rührreibschweißen bietet den Vorteil, dass die beim Schmelzschweißen von Aluminiumlegierungen während des Phasenübergangs auftretenden Probleme, wie Heißrissproblematiken und Porenbildungen in Folge der Absenz einer flüssigen oder dampfförmigen Phase nun vermieden werden.
Zwar ist Rührreibschweißen als solches bereits im Stand der Technik bekannt, jedoch auf völlig anderem technischen Gebiet, etwa auf dem Gebiet von Sitzbefestigungsschienen für Verkehrsflugzeuge oder beim Herstellen von Maschinengehäusen von elektrischen Maschinen, wie Statorträgern, die nicht mit Lebensmitteln in Beziehung stehen. Solche Offenbarungen finden sich beispielsweise in der DE 10 2006 035 697 A1 und der DE 10 2009 010 404 A2.
Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn das Material eine Metalllegierung, wie eine Aluminiumlegierung ist oder Kunststoff ist. Auch ist es von Vorteil, wenn der Verschlussstopfen aus Metall, wie einer Aluminiumlegierung oder Kunststoff aufgebaut ist. Einerseits ist es möglich immer gleiche Materialien miteinander zu verbinden, aber es ist möglich ein Fügen von Aluminium mit Kunststoff durch Rührreibschweißen durchzuführen, was die Gestaltungsmöglichkeiten erweitert.
Wenn die Getränkeverpackungsmaschine als eine Blasmaschine, wie eine Streckblasmaschine ausgebildet ist, wobei der Kühlkanal, welcher auch als Tieflochbohrung ausgebildet sein kann, in zumindest einer von vorzugsweise zwei Formschalen enthalten ist, welche zusammen einen Formträger ausbilden, in welchem Getränkebehälterrohlinge weiterverarbeitet werden, so lassen sich ausfallsichere und effiziente Vorrichtungen verwenden.
Es ist ferner von Vorteil, wenn der Kühlkanal gebohrt wird, insbesondere als Durchgangsloch, Sackloch- oder Tieflochbohrung. Das Herstellen der entsprechenden Kanäle wird dadurch vereinfacht. Um einen Flüssigkeitskreislauf zu gewährleisten, ist es ferner von Vorteil, wenn eine Vielzahl von Kühlkanälen ausgebildet wird, die vorzugsweise miteinander in fluid- leitender Verbindung stehen.
Das Herstellverfahren kann dann besonders unterbrechungsfrei durchgeführt werden, wenn der Verschlussstopfen erst in einen Kühlkanal eingesetzt wird und dann rührreibverschweißt wird.
Zweckmäßig ist ferner, wenn der Verschlussstopfen in einem Ende des Kühlkanals mit der Außenoberfläche des den Kühlkanal umgebenden Materials bündig und plan rührreibverschweißt ist. Ein solches Rührreibschweißen muss nicht ausschließlich auf Sondermaschinen durchgeführt werden, sondern kann auch auf konventionellen CNC-Bearbeitungszentren oder Industrierobotern durchgeführt werden, was die Kosten reduziert.
Die Erfindung betrifft auch eine Formschale einer Getränkeverpackungsmaschine mit darin enthaltenem Kühlkanal, in dem ein Verschlussstopfen eingesetzt ist, wobei der Verschlussstopfen mit dem den Kühlkanal umgebenden Material rührreibverschweißt ist.
Auch betrifft die Erfindung eine Getränkeverpackungsmaschine, wie eine Steckblasmaschine, die entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wird und/oder eine erfindungsgemäße Formschale enthält.
Die Erfindung wird auch mit Hilfe einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische, erste Ansicht einer Formschale eines Formträgers, der in einer Getränkeverpackungsmaschine, wie einer Streckblasmaschine eingesetzt wird, und
Fig. 2 und Fig. 3 das Rührreibverschweißen eines in einen Kühlkanal der Formschale aus Fig. 1 eingesetzten Verschlussstopfens in zwei unterschiedlichen Perspektiven.
Die Zeichnungen sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist eine Formschale 1 dargestellt, die als Teil eines Formträgers in einer erfindungsgemäßen Getränkeverpackungsmaschine ausgebildet ist. In der Formschale 1 sind Kühlkanäle 2 ausgebildet. Einzelne Kühlkanäle 2 dienen als Verbindungskanäle. Die Kühlkanäle 2 sind von außen, mittels Tieflochbohrungen in das Material der Formschale 1 eingearbeitet. In die Enden 3 eines jeweiligen Kühlkanals 2 ist jeweils ein Verschlusstopfen 4 fluiddichtend eingesetzt.
Der Verschlusstopfen 4 verhindert somit ein Austreten eines Kühlfluids, wie einer Kühlflüssigkeit, aus dem Inneren der Formschale 1 auf die Oberfläche 5 der Formschale 1 , d.h. aus ihr heraus. Ein Austreten der Kühlflüssigkeit ist lediglich an Zu- und Ableitungen 6, die dafür vorgesehen sind, möglich.
Die Formschale 1 besteht üblicherweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus Kunststoff. Der Verschlussstopfen 4 besteht ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung, Kunststoff, Stahl oder Edelstahl.
Der Verschlussstopfen 4 muss nicht bündig mit der Oberfläche 5 der Formschale 1 sein, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei die Bündigkeit, siehe Fig. 2 und 3, bevorzugt ist.
In den Fig. 2 und 3 ist eine Detaildarstellung eines oberen Endes der Formschale 1 , d.h. mit darin enthaltenen Kühlkanälen 2 dargestellt. Ein Rührreibkopf 7 eines Rührreibschweißgerä- tes agiert dabei verschweißend mit einem Verschlussstopfen 4. Ein rotierender Pin taucht dabei in den Werkstoff ein, fährt entlang der Fugenkanten und„verrührt" die Werkstoffe der beiden Fügeteile so, dass eine feste Verbindung entsteht. Ein zapfenartiges Bauteil des Rührreibkopfes 7 ist hier mit dem Bezugszeichen 8 versehen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf, nämlich das Vermeiden eines Phasenübergangs im Material des Verschlussstopfens 4 oder der Formschale 1 beim Verschweißen dieser miteinander, ermöglicht eine hohe reproduzierbare Nahtgüte, vermeidet eine Porenbildung, ruft nur eine geringe Neigung zu Schweißeigenspannungen hervor und ermöglicht somit, Bauteile mit geringem Verzug zu schaffen.
Keine speziellen Nahtvorbereitungen sind erforderlich, wie z.B. ein Entfetten. Keine Zusatzwerkstoffe oder Hilfsstoffe, wie Gase oder Pulver werden benötigt. Ein nur relativ niedriger Energieverbrauch bei gleichzeitig hoher Produktivität stellt sich ein. Insbesondere bei Durch- schweißungen in einem I-Stoß bis 20 mm in einer Lage stellt sich eine einwandfreie Qualität dar. Selbst nicht-schmelzschweißbare Aluminiumlegierungen lassen sich bearbeiten. Auch Mischverbindungen lassen sich gut bearbeiten.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer Getränkeverpackungsmaschine mit einem Schritt eines Verschließens zumindest eines Kühlkanals (2) im aseptischen Bereich einer Getränkeverpackungsmaschine, wobei ein Verschlussstopfen (4) fluiddichtend am Kühlkanal (2) angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (4) mit dem den Kühlkanal (3) ausbildendem Material rührreibverschweißt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine Metalllegierung wie eine Aluminiumlegierung, Kunststoff, Stahl oder Edelstahl ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (4) aus Metall, wie einer Aluminiumlegierung, oder Kunststoff aufgebaut ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getränkeverpackungsmaschine als eine Blasmaschine, wie eine Streckblasmaschine ausgebildet ist, wobei der Kühlkanal (2) in zumindest einer von vorzugsweise zwei Formschalen (1) enthalten ist, welche zusammen einen Formträger ausbilden, in welchem Getränkebehälterrohlinge weiter verarbeitet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) gebohrt wird, insbesondere als Durchgangsloch, Sackloch- oder Tief- lochbohrung ausgestaltet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Kühlkanälen (2) ausgebildet wird, die vorzugsweise miteinander in fiuidlei- tender Verbindung stehen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (2) erst in einen Kühlkanal (2) eingesetzt wird und dann rührreibverschweißt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (4) in einem Ende (3) des Kühlkanals (2) mit der Außenoberfläche (5) des den Kühlkanal (2) umgebenden Materials bündig und plan rührreibverschweißt ist.
9. Formschale (1) einer Getränkeverpackungsmaschine mit darin enthaltenem Kühlkanal (2), in den ein Verschlussstopfen (4) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (4) mit dem Kühlkanal (2) umgebenden Material rührreibver- schweißt ist.
Getränkeverpackungsmaschine, wie eine Streckblasmaschine, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder enthaltend eine Formschale (1) nach Anspruch 9.
EP13720971.4A 2012-06-14 2013-05-08 Verfahren zum verschliessen von kühlkanälen einer getränkeverpackungsmaschine Withdrawn EP2861370A1 (de)

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