Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Behältern aus Vorformlingen sowie eine Vorrichtung hierfür.

Bekannt ist aus der DE 43 40 291 die Herstellung von Behältern durch Blasformen mit einem gas- und/oder dampfförmigen Druckmedium aus Vorformlingen aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise aus Vorformlingen aus PET (Polyethylenterephthalat), wobei die Vorformlinge innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zugeführt werden. Typischerweise weist eine Blasmaschine eine Heizeinrichtung zum Temperieren oder Vorerhitzen (thermisches Konditionieren) der Vorformlinge sowie eine Blaseinrichtung mit wenigstens einer Blasstation auf, in deren Bereich der jeweils zuvor temperierte Vorformling biaxial oder multiaxial zu einem Behälter expandiert wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe eines Druckgases, z.B. mit Hilfe von Druckluft, als Druckmedium, das mit einem Formdruck in den zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der DE 43 40 291 erläutert.

Der grundsätzliche Aufbau der Blasstation ist in der DE 42 12 583 beschrieben. Möglichkeiten der Temperierung der Vorformlinge sind in der DE 23 52 926 erläutert.

Gemäß einem typischen Weiterverarbeitungsverfahren werden die durch Blasformen hergestellten Behälter einer nachfolgenden Fülleinrichtung zugeführt und hier mit dem vorgesehenen Produkt oder Füllgut gefüllt. Es werden also eine separate Blasmaschine und eine separate Füllmaschine verwendet. Bekannt ist es dabei auch, die separate Blasmaschine und die separate Füllmaschine zu einem Maschinenblock, d.h. zu einer verblockten Blas-Füll-Einrichtung zusammen zu fassen, wobei weiterhin das Blasformen und das Füllen an gesonderten Maschinenkomponenten und zeitlich nacheinander erfolgen.

Es wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, Behälter, insbesondere auch in Form von Flaschen, aus thermisch konditionierten bzw. vorerhitzten Vorformlingen herzustellen und dabei gleichzeitig mit einem flüssigen Füllgut zu füllen, welches als hydraulisches Druckmedium zum Ausformen des Behälters durch Expandieren oder durch radiales und axiales Strecken oder Recken des Vorformlings mit einem Form- und Fülldruck zugeführt wird, sodass zeitgleich mit dem Füllen der jeweilige Vorformling in den Behälter verformt wird.

Beim hydraulischen Formen und Füllen eines Behälters aus einem Vorformling in einem Arbeitsgang muss der Behälter zwingend vollständig gefüllt werden, um vollständig ausgeformt zu werden. Vor dem Verschließen des Behälters muss deshalb ein Kopfraum geschaffen werden, der frei von Füllgut ist. Wird die Formung des Behälters durch eine von innen auf den Boden des Vorformlings einwirkende Reckstange unterstützt, die nach der Formung und Füllung aus dem gefüllten Behälter entfernt wird, kann das von der Reckstange verdrängte Volumen nach der Entfernung der Reckstange den Kopfraum bilden.

Zwischenzeitlich sind Verfahren entwickelt worden, um den Vorformling während der Formung auf andere Weise ohne Einsatz einer Reckstange zu führen, wodurch die Kopfraumbildung ebenfalls auf andere Weise geschehen muss.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von mit einem flüssigen Füllgut gefüllten Behältern vorzuschlagen, die die Bildung eines Kopfraums bei gefülltem Behälter ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung von mit einem flüssigen Füllgut gefüllten Behältern aus Vorformlingen vorgeschlagen, wobei der Vorformling während einer Form- und Füllphase geformt und der sich formende Behälter annähernd vollständig mit Füllgut gefüllt wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Ausbildung eines Kopfraums ein vorgegebenes Füllgutvolumen unter Druckeinwirkung auf das Füllgut durch eine in den Behälter eingeführte Entnahmeleitung aus dem Behälter entfernt wird.

Weiter wird eine Vorrichtung zur Herstellung von mit einem flüssigen Füllgut gefüllten Behältern aus Vorformlingen mit wenigstens einer Formstation vorgeschlagen, die zumindest eine einen Formraum bildende Form sowie zumindest einen Formkopf aufweist, über den zum Umformen des jeweiligen Vorformlings in einen Behälter in den Innenraum des mit seiner Öffnung in Dichtlage gegen den Formkopf anliegenden Vorformling ein flüssiges Druckmedium als Füllgut durch eine Zufuhrleitung eingebracht werden kann. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Entnahmeleitung zum Entfernen eines vorgegebenen Volumens des nach der Formung im Behälter befindlichen flüssigen Füllguts aufweist, deren eines Ende sich im Innenraum des Behälters befindet. Weiter weist die Vorrichtung Mittel zum Aufbauen eines Druckes, insbesondere von Gasdruck, auf das Füllgut auf. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Behälter in bekannter und im Stand der Technik ausführlich beschriebener Weise in einem Arbeitsgang aus einem Vorformling geformt und gefüllt. Der nach dem Füllvorgang randvoll oder annähernd randvoll gefüllte Behälter muss dann vor dem Verschließen um ein vorgegebenes Volumen entleert werden, damit sich unter dem Verschluss ein Kopfraum bildet.

Erfindungsgemäß wird zum Entfernen des vorgegebenen Füllgutvolumens zur Herstellung des Kopfraums Druck auf das Füllgut ausgeübt. Das zu entfernende Flüssigkeitsvolumen kann dann durch die Entnahmeleitung aus dem Behälter entfernt werden. Durch den Druck wird das Füllgut durch die Leitung, deren eines Ende sich innerhalb des Behälters befindet, aus dem Behälter herausgedrückt.

Vorzugsweise wird die Druckeinwirkung durch Gasdruck erreicht. Hierfür kann insbesondere ein inertes Gas oder Gasgemisch, wie z.B. ein Inertgas enthaltend oder bestehend aus C0 ₂ oder N ₂ verwendet werden.

Um aus dem geformten Behälter ein definiertes Volumen des Füllguts zu entfernen, kann das Volumen des entfernten Füllguts gemessen werden, insbesondere mit einem magnetisch induktiven Durchflussmesser (MID). Vorzugsweise kann mit ein und demselben Durchflussmesser sowohl die dem Behälter zufließende Füllgutmenge, wie auch die aus dem Kopfraum verdrängte, vom Behälter abfließende Füllgutmenge gemessen werden. Hierfür ist insbesondere ein MID geeignet.

Vorteilhaft kann die Entnahme des Füllguts durch die Zufuhrleitung erfolgen. Üblicherweise erfolgt die Zuführung des Füllguts zur Formung und Füllung des Behälters aus dem Vorformling durch eine Zufuhrleitung, die im Innenraum des ursprünglichen Vorformlings endet. Durch Druckeinwirkung auf das Füllgut außerhalb der Zufuhrleitung entsteht ein Überdruck, durch den das Füllgut zurück in die Zuleitung gedrückt und auf diesem Wege aus dem Behälter entfernt werden kann. Besonders vorteilhaft an diesem Ausführungsbeispiel ist, dass das aus dem Behälter entfernte Füllgut zurück in den Füllguttank geführt werden und im nächsten Füll- und Formvorgang unmittelbar wieder verwendet werden kann. Zur Herstellung eines definierten Kopfraums kann die Entnahmeleitung so im Behälter angeordnet werden, dass der höchste Punkt ihrer Öffnung im Wesentlichen dem angestrebten Füllgutniveau im Behälter nach Bildung des Kopfraums entspricht. Eine Öffnung in diesem Sinne kann z.B. die höchste Öffnung der Füllgutzuführung, mit der der Vorformling und der sich formende Behälter durch mehrere Öffnungen befüllt wird, sofern das Kopfraumvolumen durch die Zufuhrleitung entfernt wird. Eine Öffnung kann aber auch das untere Ende einer Entnahmeleitung sein, die bis zum gewünschten Füllgutniveau nach Kopfraumbildung in den Behälter eingebracht wird.

Auf diesem Wege wird erreicht, dass bei Druckeinwirkung auf das Füllgut soviel Füllgut durch die Entnahmeleitung abgeführt wird, bis das Füllgutniveau im Behälter die Oberkante der Öffnung der Entnahmeleitung erreicht. Bei weiterer Druckeinwirkung pflanzt sich der Druck nicht mehr in die Entnahmeleitung fort und es wird kein weiteres Füllgut mehr aus dem Behälter entfernt. Bei der Verwendung von Gasdruck fließt bei Erreichen des Niveaus der Öffnung Druckgas durch die Entnahmeleitung. Zweckmäßig wird die Druckeinwirkung auf eine Zeitdauer begrenzt, die gerade ausreicht, um die gewünschte Füllgutmenge durch die Entnahmeleitung zu entfernen. Der Gasverbrauch wird so wirksam begrenzt. Es können auch Mittel in der Entnahmeleitung vorgesehen sein, die ermitteln, ob Flüssigkeit oder Gas abgeführt wird, und den Vorgang beenden, sobald Gas abgeführt wird.

Alternativ kann ein vorgegebenes rückzuführendes Flüssigkeitsvolumen erfasst werden, bspw. von einem Durchflussmessgerät (z.B. MID), welches ein entsprechendes Steuersignale an die Gasquelle bzw. -förderaggregate leitet und den Gasverbrauch zu regeln oder zu steuern. Hierbei kann eine gewisse Gasförderung weg vom Kopfraum am Ende der Kopfraumbildungsphase zugelassen werden, um ein Nachtropfen oder ein sich Entleeren der Entnahmeleitung bei der finalen Druckentlastung zu verhindern.

Bei einer verbesserten Version dieses Verfahrenes wird daher vor oder während des Füll- und Formvorgangs die Entnahmeleitung gezielt gefüllt, bspw. in indem eine Teilmenge des Füllgutes durch diese Leitung in den Vorformling bzw. zu formenden Behälter geleitet wird. Somit wird sichergestellt, dass das nicht eingeschlossene Gasvolumina von dem rückzuführenden Flüssigkeitsvolumen in der Entnahmeleitung mitgerissen und die Messwerte des Durchflussmessgerätes somit verfälscht werden. Es kann auch das Füllgutniveau im Behälter gemessen werden, z.B. durch eine elektrische Sonde, die vorteilhaft in der Form integriert sein kann. Insbesondere kann gemessen werden, ob ein vorgegebenes Niveau erreicht ist. Sobald dieses Niveau erreicht ist, kann der Vorgang der Kopfraumbildung beendet werden.

Zur Kopfraumbildung muss ein Überdruck auf das Füllgut ausgeübt werden, um ein Füllgutvolumen aus dem Behälter zu verdrängen. Sofern der Formdruck von bspw. bis zu 16 bar aufrecht erhalten wird, muss der auf das Füllgut ausgeübte Druck entsprechend höher sein. Hierbei stellt sich das Problem, dass ein weiter erhöhter Druck auch dazu führt, dass sich das zur Verdrängung vorgesehene Gas im Füllgut teilweise lösen würde. Daher besteht eine vorteilhafte Verfahrensvariante darin, das Füllgut nach der Formung und Füllung des Behälters und vor der Kopfraumbildung zunächst zumindest teilweise zu entlasten, z.B. auf 4 bis 10 bar, vorzugsweise auf Druckbereiche unter 7 bar, in der Regel im Bereich von 4 bis 7 bar, abhängig u.a. von der Fülltemperatur und der gewünschten C02-Konzentration im Füllgut. Durch diesen derart geringeren Druck wird weniger Gas im Füllgut gelöst und der Vorgang der Füllgutverdrängung aus dem Kopfraum kann wirtschaftlich günstiger erfolgen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Mittel zum Aufbauen eines Drucks vorzugsweise einen Inertgasspeicher, insbesondere gefüllt mit einem Inertgas enthaltend oder bestehend aus C0 ₂ oder N ₂ . Dadurch kann das Druckgas keinen negativen Einfluss auf die Haltbarkeit des Füllguts haben. Insbesondere bei carbonisierten Getränken als Füllgut bietet sich C0 ₂ als Druckgas an, damit sich auch unter Druckeinwirkung keine dem Füllgut fremden Gase im Füllgut lösen.

Die Entnahmeleitung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorteilhaft mit einem Durchflussmesser, insbesondere einem magnetisch induktiven Durchflussmesser (MID), versehen sein, damit das dem ausgeformten Behälter zur Bildung eines Kopfraums entnommene Flüssigkeitsvolumen gemessen und genau das vorgegebene Volumen aus dem Behälter entfernt werden kann.

Vorteilhaft endet das zweite Ende der Entnahmeleitung in einem Füllgutspeicher. Das dem Behälter entnommene Füllgut kann so gesammelt und dem Füllgut wieder zugeschlagen werden. Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung wird als Entnahmeleitung die Zufuhrleitung verwendet. So kann aus dem geformten Behälter abgeführtes Füllgut direkt in den Füllgutspeicher zurückgeführt und bei den nachfolgenden Form- und Füllvorgängen unmittelbar weiterverwendet werden.

Vorteilhaft kann die Entnahmeleitung eine Öffnung aufweisen, deren höchster Punkt dem Füllgutniveau im Behälter nach Bildung des Kopfraums entspricht. Eine Öffnung in diesem Sinne kann z.B. die höchste Öffnung der Füllgutzuführung sein, mit der der Vorformling und der sich formende Behälter durch mehrere Öffnungen befüllt wird, sofern das Kopfraumvolumen durch die Zufuhrleitung entfernt wird. Eine Öffnung kann aber auch das untere Ende einer Entnahmeleitung sein, die bis zum gewünschten Füllgutniveau nach Kopfraumbildung in den Behälter eingebracht wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Vorrichtung Mittel zum Messen des Füllgutniveaus im Behälter aufweisen, insbesondere Mittel zum Messen, ob ein vorgegebenes Niveau erreicht ist, vorzugsweise eine elektrische Sonde, die in die Form integriert sein kann. So kann festgestellt werden, wann das gewünschte Füllgutniveau im Behälter erreicht und der Kopfraum hergestellt ist. Der Vorgang kann dann beendet und der Behälter verschlossen werden.

Der anhand einer einzelnen Formstation geschilderte Form- und Füllvorgang erfolgt in der Praxis auf Maschinen, auf denen in engem Zeittakt eine Vielzahl von Formstationen eine Vielzahl von Behältern formen und befüllen. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Gruppe von Formköpfen gemeinsam mit einem gemeinsamen Mittel zum Aufbauen eines Gasdrucks in Verbindung steht, und insbesondere, wenn die Formköpfe mit einem einzigen Mittel zum Aufbauen eines Gasdrucks leitungsmäßig verbunden sind. Das Mittel zum Aufbauen eines Gasdrucks kann insbesondere als ein oder mehrere Ringkessel oder als Ringrohre ausgebildet sein. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figur an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von mit einem flüssigen Füllgut gefüllten Behältern aus Vorformlingen. Die in Fig. 1 dargestellte Anlage verfügt über wenigstens eine Form- und Füllstation 1 , die jeweils zumindest eine einen Formraum 3 bildende Form 2 aufweist. Die Form 2 wird durch einen Formkopf 4 nach oben abgeschlossen. Ein in der Figur gestrichelt dargestellter Vorformling 5 kann in die Form eingebracht werden und liegt mit seiner Öffnung 6 in Dichtlage gegen den Formkopf 4 an.

Der Formkopf 4 ist über eine Zuleitung 23 mit einem Speicher 20 für ein flüssiges Füllgut verbunden, in dem das Füllgut durch eine Hochdruckpumpe 21 unter hohem Druck steht und dem Vorformling 5 über ein Ventil 10 zugeführt werden kann. Die Zuleitung endet in einer Füllgutzuführung 24, die in den Innenraum des Vorformlings 5 mündet. Das zugeführte Volumen kann dabei über einen magnetisch induktiven Durchflussmesser (MID) 22 gemessen werden. Das Füllgut befindet sich im Speicher 20 unter einer Inertgasatmosphäre 25, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus C0 ₂ besteht.

Die Herstellung eines mit einem flüssigen Füllgut gefüllten Behälters gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in der nachstehend beschriebenen Weise: Zunächst wird der Vorformling 5 in die geöffnete Form 2 eingebracht und der Formkopf 4 geschlossen, so dass die Öffnung 6 des Vorformlings 5 dichtend mit dem Formkopf 4 in Anlage gerät. Der Vorformling ist dabei thermisch konditioniert, was z.B. dadurch erreicht werden kann, dass der Vorformling vor dem Einbringen in die Form eine in der Figur nicht dargestellte Heizstrecke durchläuft.

Der Vorformling kann bei Bedarf zunächst in geeigneter Weise auf die anschließende Formung und Füllung vorbereitet werden, z.B. durch Sterilisation, Spülung mit Inertgas, Vakuumierung etc.

Die Form- und Füllphase wird durch Öffnen des Ventils 10 eingeleitet, wodurch Füllgut aus dem Füllgutspeicher 20 unter dem durch die Hockdruckpumpe 21 erzeugten hohen Druck in den Vorformling 5 eingebracht wird. Der Vorformling wird durch das einströmende Füllgut innerhalb der Form zum Behälter umgeformt und gleichzeitig gefüllt. Die Umformung kann durch die Beaufschlagung des Formraums 3 mit von der Vakuumpumpe 30 erzeugtem Unterdruck unterstützt werden, wozu Ventil 11 geöffnet wird.

Der ausgeformte Behälter ist nach Abschluss des Füllvorgangs randvoll gefüllt. Vor dem Verschließen muss ein Kopfraum durch Entfernung eines Volumens des Füllguts hergestellt werden. Hierfür ist der Füllgutspeicher 20 im Bereich seiner Inertgasatmosphäre über eine Leitung 26 mit dem Formkopf 4 so verbunden, dass eine Kommunikation zwischen dem Füllgutspeicher 20 und der Mündung 6 des geformten Behälters hergestellt werden kann, im dargestellten Beispiel durch Öffnung des Ventils 13. In der Leitung 26 ist eine zweite Hochdruckpumpe 27 angeordnet, die einen höheren Druck als den Fülldruck erzeugt. Durch Öffnung des Ventils 13 kann damit ein höherer Druck als der Fülldruck auf das Füllgut gegeben werden. Das im Behälter befindliche Füllgut wird durch die Zuleitung 23 in den Füllgutspeicher 20 zurückgedrückt.

Das aus dem Behälter herausgedrückte Füllgutvolumen wird durch den Durchflussmesser 22 gemessen. Die Ventile 10 und 13 werden entsprechend bei Erreichen des zur Kopfraumbildung erforderlichen Volumens geschlossen und der Behälter kann in bekannter Weise entlastet und verschlossen werden. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass insbesondere mit dem magnetisch induktiven Durchflussmesser (MID) sowohl die dem Behälter zufließende Füllgutmenge, wie auch die aus dem Kopfraum verdrängte Füllgutmenge, d.h. die vom Behälter wegfließende Füllgutmenge, gemessen wird. Hierzu kann ein und derselbe MID genutzt werden.

Die Füllgutentnahme bis zu einem vorgegebenen Niveau kann auch dadurch erreicht werden, dass an der Füllgutzuführung 24 oder an einer anderen für die Füllgutentnahme geeigneten Leitung eine Öffnung angeordnet ist, deren Oberkante der gewünschten Füllguthöhe im Behälter nach Schaffung des Kopfraums entspricht. Solange die Öffnung sich vollständig innerhalb des Füllguts befindet, wird Füllgut durch die Leitung 23 aus dem Behälter entfernt. Sinkt das Füllgutniveau bis unterhalb der Oberkante der Öffnung ab, so wird kein weiteres Füllgut mehr in die Leitung gedrückt sondern nur Druckgas. Der gewünschte Füllstand ist erreicht und der Behälter kann in bekannter Weise entlastet und verschlossen werden.

Es versteht sich von selbst, dass die hier schematisch dargestellte Anlage über mehrere Form- und Füllstationen 1 verfügen kann, an denen simultan oder zeitlich geringfügig versetzt eine Vielzahl von Behältern gleichzeitig geformt werden kann. Bezugszeichenliste

Form- und Füllstation

2 Form

3 Formraum

4 Formkopf

5 Vorformling

6 Öffnung des Vorformlings

10 Ventil für Füllgutzufuhr

11 Ventil für Vakuumpumpe

13 Ventil Inertgasspeicher

20 Speicher für Füllgut

21 Hochdruckpumpe

22 Magnetisch induktiver Durchflussmesser (MID)

23 Zuleitung für Füllgut

24 Füllgutzuführung

25 Inertgasatmosphäre

26 Leitung

27 Hochdruckpumpe

30 Vakuumpumpe