Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gefüllten Behältern, bei dem ein Vorformling aus einem thermoplastischen Material nach einer thermischen Konditionierung entlang eines Transportweges im Bereich einer Temperierstrecke innerhalb einer Form durch Druckeinwirkung mittels einem Fluid in den Behälter umgeformt wird, mit einem Füllmedium gefüllt und mit einem Verschlusselement verschlossen wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters aus einem thermoplastischen Material, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die mindestens eine entlang eines Transportweges eines Vorformlings angeordnete Temperierstrecke mit wenigstens einer Temperiereinrichtung, eine Handhabungseinrichtung für den Vorformling zum Transport durch die Temperierstrecke, eine mit einer Blasform versehene Blasstation, und eine entweder in die Blasstation integrierte oder anschließend vorgesehene Füllstation aufweist, wobei die Füllstation eine Vorrichtung zum druckdichten Verschließen des Behälters aufweist oder die Vorrichtung zum druckdichten Verschließen des Behälters nach der Füllstation vorgesehen ist.

Bei einer Behälterformung durch Blasdruckeinwirkung werden Vorformlinge aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise Vorformlinge aus PET

BESTÄTIGUNGSKOPIE (Polyethylenterephthalat), innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zugeführt. Typischerweise weist eine derartige Blasmaschine eine Heizeinrichtung sowie eine Blaseinrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte Vorformling durch biaxiale Orientierung zu einem Behälter expandiert wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der DE-OS 43 40 291 erläutert. Die einleitend erwähnte Einleitung des unter Druck stehenden Gases umfasst auch die Druckgaseinleitung in die sich entwickelnde Behälterblase sowie die Druckgaseinleitung in den Vorformling zu Beginn des Blasvorganges.

Der grundsätzliche Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung wird in der DE-OS 42 12 583 beschrieben. Möglichkeiten zur Temperierung der Vorformlinge werden in der DE-OS 23 52 926 erläutert.

Gemäß einem typischen Verarbeitungsverfahren werden die wie vorstehend beschrieben hergestellten blasgeformten Behälter einer nachfolgenden Fülleinrichtung zugeführt und hier mit dem vorgesehenen Produkt abgefüllt. In der Regel werden somit eine separate Blasmaschine und eine separate Füllmaschine verwendet. Bekannt ist es ebenfalls bereits, eine separate Blasmaschine und eine separate Füllmaschine unmittelbar miteinander zu koppeln und eine sogenannte verblockte Blas-Füll-Einrichtung bereitzustellen.

Bekannt ist es darüber hinaus bereits, die Formung der Behälter durch das abzufüllende Füllgut selbst vorzunehmen. Ein entsprechend temperierter Vorformling wird hierzu in eine geeignete Form eingesetzt und anschließend wird das flüssige Füllmedium in den Vorformling sowie die sich aus diesem Vorformling entwickelnde Behälterblase eingeleitet. Die Behälterblase wird hierbei solange aufgeweitet, bis eine vollständige Anlage an der Innenkontur der Form erreicht und der Behälter gefüllt ist. Ein derartiges Verfahren wird auch als hydraulisches Formungsverfahren bezeichnet.

Bekannt ist es darüber hinaus, dass bestimmte Füllgüter, wie beispielsweise Fruchtsäfte oder Eistees, in einem sogenannten „Hotfill"-Verfahren in die dünnwandigen Behälter gefüllt werden. Hierfür wird das Füllgut stark erhitzt, um jegliche evtl. in dem Füllgut vorhandenen Keime vor dem Abfüllen abzutöten. Nach dem Erhitzen wird das heiße Füllgut in Behälter abgefüllt und anschließend sofort verschlossen, um eine Verkeimung durch das Eindringen von Keimen während des Abkühlens zu verhindern. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, dass sich das Volumen des Füllguts beim Abkühlen reduziert (sog. Volumenschrumpf). Da der Behälter aber verschlossen ist, entsteht darin ein Unterdruck, der dazu führt, dass sich der dünnwandige Behälter nach innen verformt. Um dies zu vermeiden, wird beim Hotfill-Verfahren z.B. im Stand der Technik über einen Stickstoffdroppier ein Tropfen flüssiger Stickstoff in den Behälter gegeben, bevor er verschlossen wird. Der verdampfende Tropfen führt zu einer Stickstoffgasmenge mit einem größerem als dem Tropfenvolumen und erzeugt so einen Überdruck, der den durch das abkühlende Füllgut entstehenden Unterdruck kompensiert.

Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, dass der durch den Stickstoff erzeugte Überdruck nur schwer zu regulieren ist. In der Regel wird der Stickstofftropfen daher überdimensioniert, um sicherzugehen, dass der Unterdruck durch Volumenschrumpf durch den Überdruck kompensiert wird. Aufgrund der Überdimensionierung des Stickstofftropfens entsteht in dem Behälter ein Überdruck. Dies hat zur Folge, dass die Wände der Behälter stärker dimensioniert werden müssen, damit der Behälter der zusätzlichen Belastung durch den Überdrucks zuverlässig standhält. Entsprechend muss für die Behälterwände mehr Material verwendet werden als ohne Überdruck im Behälter, wodurch das einzusetzende Materialgewicht und damit verbunden die Materialkosten steigen.

Eine Änderung des Innendrucks hin zum Unterdruck entsteht auch, wenn Temperaturunterschiede zwischen Füllen und anschließendem Lagern vorhanden sind, da dadurch ebenfalls eine Volumenänderung erfolgt. Weiterhin tritt dieses auch durch eine Diffusion von Gasen oder Produktbestandteilen aus dem Behälter heraus, oder durch chemische Umsetzungen im Füllgut selber auf. Auch hierdurch kann das Produktvolumen innerhalb des Behälters abnehmen und der Innendruck sinken. Diesen Verformungen durch im Inneren des Behälters bestehenden Unterdruck wird ebenfalls mit einer Erhöhung der Wandstärke des Behälters begegnet. Dieses ist nachteilig, da es gewünscht ist, das verwendete Verpackungsmaterial zu reduzieren. Ein Weg der Reduzierung ist die Wand des Behälters mit einer geringeren Wandstärke auszuführen. Dieses führt zu einer Schwächung des Behälters und somit zu einem Verformen des Behälters, wenn im Behälter ein Unterdruck entsteht. Als weiterer Nachteil führt die Reduzierung der Wandstärke zur Reduktion der möglichen Auflast, die ein Behälter tragen kann. Der Problematik der Auflastverringerung wird begegnet, indem entweder teure zusätzliche Umverpackungen notwendig werden, oder indem eine Stabilisierung des Behälters durch eine Erhöhung des Innendrucks wie zuvor beschrieben mit flüssigem Stickstoff erfolgt. Ein leicht erhöhter Innendruck führt zu deutlicher Stabilisierung der Flasche.

Nachteilig im Bezug auf den Einsatz von flüssigem Stickstoff sind weiterhin die damit einhergehenden Kosten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein in dieser Hinsicht verbessertes Verfahren zur Herstellung von gefüllten Behältern sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von gefüllten Behältern bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, dass das Behältervolumen nach dem Verschließen des Behälters verringert wird, indem in die Behälterwandung und/oder in ein an der Behälterwandung angebrachtes Etikett Wärme eingebracht wird. Hierdurch wird auf einfache Weise das Volumen des Behälters durch Schrumpfung, bevorzugt lokal, reduziert und dadurch ein Innendruck aufgebaut, was den Behälter stabilisiert und/oder einem möglichen Druckabfall innerhalb des Behälters entgegenwirkt.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei der Temperierstrecke um eine Heizstrecke handelt.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Wärme durch Strahlung, Konvektionswärme und/oder Wärmeübertragung durch Berührung der Wärmequelle mit der Oberfläche des Behälters und/oder des Etiketts eingebracht wird. Dabei ist vorteilhaft, dass es sich bei der Strahlung um Infrarot-, Nahinfrarot-, Ultraviolett- und/oder Mikrowellenstrahlung handelt. Hierdurch ist es möglich, innerhalb kurzer Zeit eine entsprechende Energiemenge zum Schrumpfen der Wandung des Behälters zuzuführen.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Wärme lokal, bevorzugt über den Umfang des Behälter und/oder des Etiketts gleichmäßig, eingebracht wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Schrumpfung entsprechend gleichmäßig erfolgt.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Wärme im Bereich der Seitenwand des Behälters eingebracht wird. Hierdurch werden Kopf- und Bodenbereich des Behälters sowie Verschlussbereich stabil gehalten.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Wärme in stark verreckten Bereichen des Behälters eingebracht wird. Hierbei ist eine mögliche vorteilhafte Ausführung dass es sich bei den verreckten Bereichen um Versteifungsrippen, bevorzugt horizontal, vertikal, und/oder geschwungen, handelt.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass während der Volumenreduktion der Druck im Behälter berührungslos, bevorzugt optisch, gemessen wird. Hierdurch lässt sich der optimale Schrumpfpunkt ermitteln. Weiterhin kann der Behälter bzw. dessen minimal oder optimal notwendige Wandstärke entsprechend abgestimmt auf den Innendruck bestimmt werden, da durch die Drucküberwachung Überdimensionierungen der Wandstärke des Behälters vermieden werden können.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Fluid um ein Gas, bevorzugt Luft, und/oder um eine Flüssigkeit, bevorzugt das Füllmedium handelt.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Wärmeeintrag vorgenommen wird, bis die Wandung eine Temperatur von wenigstens 60 °C, bevorzugt wenigstens 65 °C erreicht. Hierdurch wird das Füllgut nicht beeinträchtigt, aber die notwendige Wärmemenge für die Verformung schnell eingebracht.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nach der Vorrichtung zum druckdichten Verschließen des Behälters eine Schrumpfstation vorgesehen ist, mit der der Druck im Behälter erhöht wird.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei der Temperierstrecke um eine Heizstrecke und bei der Temperiervorrichtung um eine Heizeinrichtung handelt.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Schrumpfstation eine Vorrichtung zum Eintrag von Wärme in den Behälter aufweist.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Schrumpfstation eine Vorrichtung zur berührungslosen Druckmessung im Behälter, bevorzugt zur optischen Druckmessung, aufweist.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten erfindungsgemäßen Behälters, Fig. 2 eine Seitenansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Behälters,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Behälters in einer ersten schematischen Ausführung einer erfindungsgemäßen Schrumpfstation,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Behälters in einer zweiten schematischen Ausführung einer erfindungsgemäßen Schrumpfstation,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Behälters in einer dritten schematischen Ausführung einer erfindungsgemäßen Schrumpfstation, und

Fig. 6 ein Anordnungsdiagramm einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines ersten erfindungsgemäßen Behälters 10. Der Behälter 10 weist einen Flaschenkörper 11 auf, der in einen Kopfbereich 15, eine Seitenwand 13 und einen Boden 14 unterteilt ist. Im Kopfbereich 15 ist eine Öffnung 12 mit Gewinde 19 zum Anbringen eines Verschlusses 21 vorgesehen. Mit einem Pfeil 16 ist die Größte Ausdehnung des Behälters, dem sogenannten Bumper, dargestellt. Die Seitenwand 13 weist horizontale Versteifungsrippen 17 und vertikale Versteifungsrippen 18 auf. Des Weiteren weist die Seitenwand 13 einen Bereich 25 auf, an dem ein Etikett 20 appliziert wird.

Nach dem Befüllen des Behälters 10 mit einem Füllgut 22 wird die Öffnung 12 mit einem Verschluss 21 druckdicht verschlossen. Dabei ist ein Füllstand 23 vorhanden, der die Grenze des Füllguts 22 von einem oberhalb befindlichen Totraum, dem so genannten Headspace 24, darstellt.

Anschließend an das Befüllen und Verschließen wird das Etikett 20 auf dem Etikettbereich 25 angeordnet. Dieses ist in Fig. 2 dargestellt. Der Behälter gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, die vertikalen Versteifungsrippen 18 nicht vorgesehen sind. Das Etikett lässt sich allerdings auch auf solchen Versteifungsrippen 18 applizieren.

In Fig. 3 bis 5 sind verschieden Varianten des Schrumpfens des Behälters 10 dargestellt. Das Schrumpfen erfolgt dabei so, dass die Kontur des Behälters 10 im Wesentlichen unverändert bleibt. Dabei ist jeweils ein unterschiedlich ausgeführter Wärmeemitter 30 vorgesehen, der sich aus einem Emitterelement 35 oder aus mehreren Emitterelementen 35 und Verbindungselementen 36 zusammensetzt. Der Wärmeemitter 30 ist jeweils im Bereich des Schrumpfbereichs 31 des Behälters 10 angeordnet. Mit dem Begriff Wärmeemitter ist sowohl eine Strahlungsquelle beispielsweise für Mikrowellen, UV-, IR- und NIR-Strahlung als aus ein Heizelement oder eine Heißluftquelle oder dergleichen gemeint.

Jeweils vorgesehen ist ein Drucksensor 32, mit dem optisch der im Behälter 10 wirkende Druck gemessen wird. Andere Arten der Druckmessung sind möglich. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Kontrolle des Füllstands 23 bzw. der Erhöhung 33 des Füllstandes erfolgen.

Das Wärmeemitterelement 30 in Fig. 3 ist ringförmig ausgeführt. Der Behälter 10 wird entweder von oben/unten eingesetzt oder das Emitterelement 30 ist wenigstens zweiteilig ausgeführt und schließt sich um den Behälter 10. In Fig. 3 dargestellt ist die Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Schrumpfung des Behälters 10 nicht bzw. nicht ausschließlich durch eine Verformung des Behälters selber erfolgt, sondern durch Schrumpfen des Etiketts 20 erfolgt. Die Wärme wird vom Emitter 30 in das Etikett 20 eingeleitet bis dieses durch die thermische Beanspruchung beginnt, zu schrumpfen und dabei die Wandung des Behälter 10 zusammendrückt und somit das Volumen des Behälters 10 verkleinert, so dass eine Druckerhöhung im Innenraum des Behälters 10 erfolgt. Dieses bewirkt eine Füllstandserhöhung 33 und eine Verkleinerung des Headspaces 24.

In Fig. 4 ist ein punktuell ausgeführter Wärmeemitter 30 dargestellt. Der Wärmeemitter 30 gibt die für die zur Schrumpfung notwendige Energie an den Flaschenkorper 11 ab. Er ist in Emitterelemente 35 und Verbindungselemente 36 aufgeteilt. Hier besteht auch die Möglichkeit, dass der Wärmeemitter länglich ausgeführt ist und der Behälter an diesem vorbeibewegt wird. Um eine gleichmäßige Erwärmung zu ermöglichen, ist es notwendig, den Behälter zu drehen, wie es durch die Drehrichtung 34 in Fig. 4 dargestellt ist. Der Wärmeemitter 30 kann dabei auch beidseitig vorgesehen sein beispielsweise entlang einer Transportstrecke (nicht dargestellt). In Fig. 5 ist ein den Flaschenkörper 11 berührender Wärmeemitter 30 dargestellt. Dieser ist dabei ringförmig flächig ausgeführt. Andere Ausführungen beispielsweise zur Punktberührung beiapielsweise entlang einer Versteifungsrippe 17, 18 und dabei als längliches Element oder als Rakel oder dergleichen sind ebenfalls möglich.

In Fig. 6 ist als Ablaufdiagramm eine mögliche Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 dargestellt. Diese setzt sich zusammen aus einem entlang eines Transportweges eines Vorformlings angeordnete Heizstrecke 101 mit wenigstens einer Heizeinrichtung 102, eine Handhabungseinrichtung 103 für den Vorformling zum Transport durch die Heizstrecke 101 , eine mit einer Blasform 105 versehene Blasstation 104, und eine in Fig. 6 separat von der Blasstation 104 getrennte Füllstation 106, die mit einer Verschlussstation 107 versehen ist. Im Anschluss an die Verschlussstation 107 ist eine Schrumpfstation 108 vorgesehen, die dabei wie zuvor beschrieben ausgeführt sein kann. Nach der Schrumpfstation ist eine Dekorierstation zur Etikettierung vorgesehen. Die Schrumpfstation 108 und die Etikettierstation 109 können dabei auch in umgekehrter Reihenfolge vorgesehen sein, wenn beispielsweise das Schrumpfen wenigstens teilweise über das Etikett erfolgt.

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Bezugszeichenliste:

Behälter 103 Handhabungsvorrichtung Flaschenkörper 104 Blasstation

Öffnung 105 Blasform

Seitenwand 106 Füllstation

Boden 107 Verschlussstation Kopfbereich 108 Schrumpfstation

Bumper 109 Dekorierstation

Versteifungsrippe

Versteifungsrippe

Gewinde

Etikett

Verschluss

Füllgut

Füllstand

Headspace

Etikettierbereich Wärmeemitter

Schrumpfbereich

Drucksensor

Füllstandserhöhung

Drehrichtung

Emitterelement

Verbindungselement Vorrichtung

Heizstrecke

Heizeinrichtung