DE102008026244A1

DE102008026244A1 - Verfahren zum Befüllen von Kunststoffflaschen und Flaschenfüller für Kunststoffflaschen

Info

Publication number: DE102008026244A1
Application number: DE102008026244A
Authority: DE
Inventors: Helmut Schäfer
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-03

Abstract

Verfahren zum Befüllen von Kunststoffflaschen in einem Flaschenfüller und Flaschenfüller für Kunststoffflaschen, bei denen die Flaschen in dem Flaschenfüller vor oder während des Befüllens verformt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem Flaschenfüller kann eine zusätzliche Maschine zum Verformen des Flaschenbodens, an die Flaschen angepasste Transporthilfen, Förderanlagen für die Transporthilfen und Anlagen zum Zusammenführen und Trennen der Flaschen und der Transporthilfen eingespart werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befüllen von Kunststoffflaschen in einem Flaschenfüller, und auf einen Flaschenfüller für Kunststoffflaschen.
Mikrobiologisch empfindliche Produkte werden in Kunststoffflaschen, wie z. B. PET-Flaschen, bevorzugt heiß bei Temperaturen von etwa 85°C abgefüllt. Um einer ungewollten Verformung der befüllten und verschlossenen Flaschen durch Kontraktion der sich abkühlenden Füllung entgegen zu wirken, wird bekanntermaßen eine Ausgleichsfläche in der Flaschenwand, z. B. am Flaschenboden, vorgesehen, die nach dem Abkühlen der Füllung dauerhaft nach innen gedrückt wird. Auf diese Weise wird das Volumen der Flasche kontrolliert an das geschrumpfte Volumen des eingefüllten Produkts angepasst.
Aus Gründen einer besseren Handhabbarkeit werden die Flaschen in der Regel mit nach innen gedrückter Ausgleichsfläche hergestellt bzw. transportiert, so dass die Ausgleichsfläche vor dem Befüllen nach außen gedrückt werden muss. Aus der WO 2007/132767 A1 ist z. B. eine Vorrichtung bekannt, bei der Kunststoffflaschen zunächst in ringförmige Transporthilfen eingesetzt und jeweils mit einer Klammer am Flaschenhals gehalten werden. Anschließend wird ein Stößel durch die Flaschenmündung bis zum Flaschenboden abgesenkt und dieser dadurch nach außen gedrückt. Die Flaschen werden anschließend in den Transporthilfen stehend an einen Füller weitergeleitet.
Wie in der WO 2005/012091 A2 gezeigt, sind für die Transporthilfen eigene Förderanlagen erforderlich. Zudem müssen Flaschen und Transporthilfen in einer weiteren Vorrichtung zusammengeführt und nach dem Befüllen wieder getrennt werden. Dies ist aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Platzersparnis unerwünscht. Alternativ wird in der WO 2005/012091 A2 vorgeschlagen, die Flaschen bereits so herzustellen, dass auf ein Herausdrücken des Flaschenbodens verzichtet werden kann, und die Flaschen während des Befüllens und Verschließens an ihrem Hals hängend, im sog. Neck-Handling, zu transportieren. Für den Transport der Flaschen zwischen Herstellung und Befüllung werden jedoch auch in diesem Fall spezielle Transporthilfen und Förderanlagen benötigt, was relativ aufwändig ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, bei denen diese Nachteile vermieden werden.
Dieses technische Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem die Flaschen in dem Flaschenfüller vor oder während des Befüllens verformt werden. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Vorrichtung zum Herausdrücken der Ausgleichsfläche in der Flaschenwand eingespart werden.
Bei einer besonders günstigen Ausgestaltung werden die Flaschen verformt, indem der Flaschenboden durch mechanische Krafteinwirkung nach außen gedrückt wird. Dies ermöglicht ein einfaches und zuverlässiges Verfahren.
Vorteilhafterweise wird ein in dem Flaschenboden ausgebildetes Active-Transverse-Panel verformt. Dadurch wird eine definierte Volumenänderung beim Herausdrücken des Flaschenbodens gewährleistet.
Günstigerweise wird die mechanische Kraft durch das Füllrohr des Flaschenfüllers übertragen. Es wird dann kein zusätzlicher Stößel benötigt.
Bei einer günstigen Ausgestaltung hängen die Flaschen während des Herausdrückens des Flaschenbodens am Flaschenhals. Dies ermöglicht einen sicheren Flaschentransport und stellt gleichzeitig ein geeignetes Gegenlager bereit.
Günstigerweise wird der Flaschenboden nach dem Befüllen z. B. in einer nachgeschalteten Etikettiermaschine wieder nach innen gedrückt. Dadurch kann eine durch das Abkühlen der Flaschenfüllung verursachte Verformung vermieden bzw. beseitigt werden.
Bei einem Flaschenfüller wird das technische Problem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass er einen Stößel umfasst, der vor oder während des Befüllens in die Flasche eingeführt werden kann, um die Flasche zu verformen. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Vorrichtung zum Herausdrücken einer Ausgleichsfläche in der Flaschenwand eingespart werden.
Bei einer günstigen Ausgestaltung ist das Füllrohr als Stößel vorgesehen. Es wird dann kein zusätzlicher Stößel benötigt.
Bei einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist an dem Füllrohr mindestens eine seitliche Austrittsöffnung vorgesehen. In diesem Fall kann die Flasche auch bei einem an der Flaschenwand anliegendem Stößel befüllt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform umfasst eine Haltevorrichtung, die die Flasche während der Verformung an ihrem Hals hängend hält. Dies ermöglicht einen sicheren Flaschentransport und stellt gleichzeitig ein geeignetes Gegenlager bereit.
Vorteilhafterweise umfasst der Flaschenfüller ferner eine Hubvorrichtung zum Verschieben der Haltevorrichtung aus einer Übergabeposition, bei der die Flaschenmündung unterhalb des Stößels angeordnet ist, in eine Anpressposition, bei der der Stößel den Flaschenboden nach außen drückt. Dies ermöglicht einen einfachen An- und Abtransport der Flaschen.
Es ist ferner vorteilhaft, dass der Flaschenfüller eine Befüllposition aufweist, bei der die Flasche zwischen der Übergabeposition und der Anpressposition angeordnet ist. Dadurch lässt sich ein effektiver und schonender Füllvorgang gewährleisten.
Günstigerweise wird die Hubvorrichtung durch eine Hubkurve gesteuert ist. Dies ermöglicht eine kostengünstige und zuverlässige Steuerung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten und in Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Flaschenfüllers in einer Übergabeposition;
2 eine schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Flaschenfüllers nach dem Herausdrücken des Flaschenbodens
3 eine schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Flaschenfüllers während des Befüllens der Flasche;
4 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Eindrücken des Flaschenbodens.
Die 1–3 zeigen jeweils einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Flaschenfüllers mit einem Füllventil 1, einem Füllrohr 3 und einer Hubvorrichtung 5, die auf einem um die Achse A drehbaren Rotor 7 montiert sind. An der Hubvorrichtung 5 ist vertikal verschiebbar eine Haltevorrichtung 9 für eine zu befüllende Flasche 11 befestigt, wobei die vertikale Position der Haltevorrichtung 9 und der Flasche 11 durch die fest stehende Hubkurve 13 gesteuert wird.
Die Haltevorrichtung 9 hält die Flasche 11 an ihrem Hals 15 hängend. Der Abstand zwischen dem unteren Ende 17 des Füllrohrs 3 und dem Flaschenboden 19 folgt dem Verlauf der Hubkurve 13, sobald sich der Rotor 7 dreht.
Die Länge des Füllrohrs 3 und der Hub der Hubvorrichtung 5 sind an die Höhe der Flasche 11 angepasst, so dass das Füllrohr 3 zusätzlich als Stößel dient, mit dem eine im Flaschenboden 19 vorgesehene Ausgleichsfläche 21 nach außen gedrückt werden kann.
1 zeigt einen Zustand unmittelbar nach Übergabe der leeren Flasche 11 an die Haltevorrichtung 9, wobei die Hubvorrichtung 5 bis zu einer unteren Übergabeposition (durch die gestrichelte Linie 23 angedeutet) abgesenkt ist, so dass die Flaschenmündung 25 unter dem Ende 17 des Füllrohrs 3 positioniert ist.
2 zeigt die Flasche 11, nachdem sie einem ansteigenden Abschnitt (nicht gezeigt) der Hubkurve 13 folgend bis zu einer oberen Anpressposition (durch die gestrichelte Linie 27 angedeutet) der Hubvorrichtung 5 angehoben wurde. Dabei wird das Füllrohr 3 zunächst in die Flasche 11 eingeführt und schließlich die ursprünglich nach innen gewölbte Ausgleichsfläche 21 (gestrichelt angedeutet) nach außen gedrückt, so dass sich eine formstabile Ausbuchtung 21a ausbildet, die auch erhalten bleibt, wenn das Füllrohr 3 wieder zurückgezogen wird. Mit 1 übereinstimmende Bezugszeichen wurden in 2, wie auch in 3, aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.
3 zeigt die Flasche 11 in einer zwischen den Positionen 23 und 27 angeordneten Befüllposition (durch die gestrichelte Linie 29 angedeutet) während des Befüllens mit einer erhitzten Flüssigkeit 31. Durch Absenken der Flasche 11 aus der Anpressposition 27 wird gewährleistet, dass die Flüssigkeit 31 aus dem Füllrohr 3 nach unten ungehindert austreten kann.
Der erfindungsgemäße Flaschenfüller ist bevorzugt als Rundläufer konzipiert, bei dem eine Vielzahl von Füllventilen 1 mit den jeweiligen Hub- und Haltevorrichtungen 5, 9 am Rotor 7 vorgesehen sind, so dass ein kontinuierlicher Strom aus Flaschen 11 abgefüllt werden kann. Es wäre jedoch auch möglich, die mit Flaschen 11 bestückten Füllventile 1 entlang einer beliebigen Kurvenform oder einer Geraden zu führen, bzw. entlang einer entsprechend geformten Hubkurve 13.
Das Ventil 1 ist bevorzugt ein Langrohr-Füllventil, wie z. B. ein Kegelventil mit pneumatischem Steuerzylinder. Es sind jedoch auch andere Bauformen möglich.
Das Füllrohr 3 besteht aus einem stabilen und hitzebeständigen Material, wie z. B. Edelstahl, und ist am Ende 17 so ausgebildet, dass eine Beschädigung des Flaschenbodens 19 bzw. der Ausgleichsfläche 21 verhindert wird, z. B. mit Hilfe speziell angeformter Endflächen. Die Länge des Füllrohrs 3 ist ebenso wie der Hub der Hubvorrichtung 5 an die Höhe der Flasche 11 und die Form des Flaschenbodens 19 bzw. der Ausgleichsfläche 21 angepasst, so dass die Ausgleichsfläche 21 ausreichend weit nach außen gedrückt werden kann, um eine formstabile Ausbuchtung 21a zu erzielen. Dabei kann es ausreichend sein, die Ausgleichsfläche 21 nur über einen Zustand maximaler Druckspannung hinaus nach außen zu drücken, so dass sich die vollständige Ausbuchtung 21a dann als Folge der in der Ausgleichsfläche 21 verursachten Materialspannung ohne weiteren Vorschub des Füllrohrs 3 einstellt. Als Alternative zu dem Füllrohr 3 könnte die Ausgleichsfläche 21 auch durch einen zusätzlichen, an die Haltevorrichtung 9 gekoppelten Stößel (nicht gezeigt) herausgedrückt werden oder durch Erhöhung des Gasdrucks in der Flasche 11.
Am Füllrohr 3 können zusätzlich oder alternativ seitliche Austrittsöffnungen 4 (in 2 gestrichelt angedeutet) vorgesehen sein, so dass die Flasche 11 auch in der in 2 gezeigten Anpressposition 27 effektiv und schonend befüllt werden kann.
Die Hubvorrichtung 5 kann mit geeigneten Hubzylindern realisiert werden. Als Alternative zur Hubkurve 13 sind auch andere mechanische, pneumatische und/oder elektrische Hubsteuerelemente denkbar.
Die Haltevorrichtung 9 umfasst bevorzugt eine gesteuerte Klammer, die sich um den Flaschenhals 15 schließt. Dadurch kann die Flasche 11 vor und während des Befüllens im sogenannten Neck-Handling transportiert werden. Dies ermöglicht neben einer flexiblen Anpassung an unterschiedliche Flaschengrößen eine sichere Fixierung der Flasche, so dass die Haltevorrichtung 9 ein stabiles Gegenlager für das Herausdrücken des Flaschenbodens 19 bzw. der Ausgleichsfläche 21 bildet. Die Haltevorrichtung 9 kann Dichtelemente (nicht gezeigt) umfassen, die das Innere der Flasche 11 gegenüber der Umgebung abdichten, wie z. B. einen Wellendichtring zwischen der Haltevorrichtung 9 und dem Füllrohr 3.
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Befüllen einer Flasche 11 beschrieben. Dabei umfasst der Flaschenboden 19 als Ausgleichsfläche 21 ein sogenanntes Active Transverse Panel (ATP), unter dem ein im Wesentlichen transversal zur Flaschenachse angeordnete Fläche zur gezielten Verminderung des Volumens der gefüllten und abgekühlten Flasche 11 zu verstehen ist. Im gezeigten Beispiel weist das ATP bzw. die Ausgleichsfläche 21 eine stetig nach innen gewölbte Form auf. Es sind jedoch auch andere Formen denkbar, z. B. segmentartig durch Kanten unterteilte Flächen und/oder mit rippenförmigen Versteifungen. Entscheidend ist, dass ein verformbarer Wandbereich bereitgestellt wird, der vor/nach dem Befüllen nach außen/innen gestülpt werden kann und auf diese Weise eine definierte Volumenänderung der Flasche ermöglicht.
Die leere Flasche 11 wird an ihrem Hals hängend, im sogenannten Neck-Handling, an die Haltevorrichtung 9 übergeben, nachdem diese zuvor in die in 1 gezeigte untere Endposition 23 abgesenkt worden ist. Die Haltevorrichtung 9 hält die Flasche 11 an ihrem Hals 15 und dichtet diese bei Bedarf gegen die Umgebung ab.
Anschließend wird die Haltevorrichtung 9 der Steuerkurve 13 folgend angehoben und das Füllrohr 3 dabei in die Flasche 11 eingeführt, bis dieses gegen den Flaschenboden 19 drückt. Das als Stößel wirkende Füllrohr 3 übt dabei eine nach außen wirkende Kraft auf die Ausgleichsfläche 21 aus, so dass diese nach außen gestülpt wird und sich die Ausbuchtung 21a ausbildet, wie in 2 angedeutet.
Die auf diese Weise für die Befüllung vorbereitete Flasche 11 wird anschließend mit der Haltevorrichtung 9 so weit abgesenkt, dass die Flüssigkeit 31 ungehindert aus dem Füllrohr 3 austreten kann, wie in 3 beispielhaft dargestellt. Durch Öffnen des Ventils 1 wird die heiße Flüssigkeit schließlich in die Flasche 11 bis zur gewünschten Füllhöhe geleitet und das Ventil 1 wieder geschlossen.
Anschließend wird die Haltevorrichtung wieder in die Position aus 1 abgesenkt und die gefüllte Flasche 11 im Neck-Handling dem nächsten Arbeitsschritt zugeführt. Nach Verschließen und Abkühlen der Flasche 11 wird die Ausgleichsfläche 21 wieder nach innen gedrückt und der Flaschenboden 19 dadurch wieder in seine ursprüngliche Form gebracht. Zu diesem Zweck wird die Flasche 11, wie in 4 angedeutet, im Neck-Handling mit Hilfe einer Haltevorrichtung 33 auf einen ringförmigen Teller 35 gestellt und eine gesteuerte Eindrückvorrichtung 37 (Bewegungsrichtung durch Doppelpfeil angedeutet), wie z. B. ein Stößel, gegen die Ausbuchtung 21a (in 4 gestrichelt angedeutet) gedrückt. Alternativ könnte die Eindrückvorrichtung 37 auch aus einem fest stehenden Zapfen bestehen und der Teller 35 absenkbar sein. Das Eindrücken des Flaschenbodens 19 erfolgt vorzugsweise nicht in einer gesonderten Maschine, sondern in einer entsprechend modifizierten Etikettiermaschine.
Mit dem beschriebenen Verfahren und dem beschriebenen Flaschenfüller können eine zusätzlichen Maschine zum Verformen des Flaschenbodens 19, an die Flaschen 11 angepasste Transporthilfen, Förderanlagen für die Transporthilfen und Anlagen zum Zusammenführen und Trennen der Flaschen 11 und der Transporthilfen eingespart werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/132767 A1 [0003]
- WO 2005/012091 A2 [0004, 0004]

Claims

Verfahren zum Befüllen von Kunststoffflaschen (11) in einem Flaschenfüller, dadurch gekennzeichnet, dass die Flaschen in dem Flaschenfüller vor oder während des Befüllens verformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flaschen (11) verformt werden, indem der Flaschenboden (19) durch mechanische Krafteinwirkung nach außen gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Flaschenboden (19) ausgebildetes Active-Transverse-Panel (21) verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft über ein Füllrohr (3) übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flaschen (11) während des Herausdrückens des Flaschenbodens (19) am Flaschenhals (15) hängen.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flaschenboden (19) nach dem Befüllen wieder nach innen gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flaschenboden (19) in einer Etikettiermaschine nach innen gedrückt wird.
Flaschenfüller für Kunststoffflaschen (11), gekennzeichnet durch einen Stößel (3), der vor oder während des Befüllens in die Flasche eingeführt werden kann, so dass er die Flasche verformt.
Flaschenfüller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllrohr als Stößel (3) vorgesehen ist.
Flaschenfüller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Füllrohr (3) mindestens eine seitliche Austrittsöffnung (4) vorgesehen ist.
Flaschenfüller nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner gekennzeichnet durch eine Haltevorrichtung (9), die die Flasche (11) während der Verformung an ihrem Hals (15) hängend hält.
Flaschenfüller nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Hubvorrichtung (5) zum Verschieben der Haltevorrichtung (9) aus einer Übergabeposition (23), bei der die Flaschenmündung (15) unterhalb des Stößels (3) angeordnet ist, in eine Anpressposition (27), bei der der Stößel den Flaschenboden (19) nach außen drückt.
Flaschenfüller nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flaschenfüller ferner eine Befüllposition (29) aufweist, bei der die Flasche (11) zwischen der Übergabeposition (23) und der Anpressposition (27) angeordnet ist.
Flaschenfüller nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubvorrichtung (5) durch eine Hubkurve (13) gesteuert ist.