用于制造以填充物填充的容器的方法和装置与流程

本发明涉及一种用于制造以填充物填充的容器的方法，其中，由热塑性材料制成的预制件在热处理后借助于拉伸杆被拉伸并且在吹塑过程中成型为容器，其中，吹塑过程包括预吹塑阶段和主吹塑阶段，在所述预吹塑阶段中使用第一压力水平的流体来吹塑，在所述主吹塑阶段中使用高于第一压力水平的第二压力水平的流体来吹塑。

此外，本发明涉及一种用于制造以液态填充物填充的容器的装置，所述装置包括用于热处理由热塑性材料制成的预制件的加热设备，并且包括用于分别将热处理过的预制件成型为容器的吹塑设备，其中，吹塑设备具有：用于接收预制件的吹塑模具，用于拉伸位于吹塑模具中的预制件的拉伸杆，以及用于将吹塑流体导入到位于吹塑模具中的预制件的内部空心腔中的供给器件。

背景技术：

在通过吹塑压力作用所进行的容器成型中，将由热塑性材料制成的预制件(例如由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯))制成的预制件供给至吹塑机内部的不同的加工站。典型地，这种吹塑机具有加热设备以及吹塑设备，在所述吹塑设备的区域中，事前已加热的预制件通过双轴向定向(biaxiale Orientierung)扩展为容器。

这种扩展借助于压力空气进行，所述压力空气被导入到待扩展的预制件中。在将预制件进行这种扩展的情况下的方法技术流程在DE-OS 43 40 291中说明。开头提到将处于压力下的空气进行置入，也包括将压力空气导入到正在生成的容器泡中以及将压力空气导入到在吹塑过程开始时的预制件中。

已经证明有利的是，将吹塑过程分成多个阶段，例如已知的是，将吹塑过程分成采用压力空气的低压力水平的预吹塑阶段和采用压力空气的较高压力水平的主吹塑阶段。

用于容器成型的吹塑站的基本构造在DE-OS 42 12 583中说明。用于加热预制件的可能性方案在DE-OS 23 52 926中说明。

根据一个典型的加工方法，上述制造的吹塑成型的容器被供给至随后的填充装置并且在这里填充有预定的产品。因此，一般使用单独的吹塑机和单独的填充机。同样已知的是，单独的吹塑机和单独的填充机直接地彼此相耦合并且提供为所谓的成模块(verblockt)的吹塑-填充-装置。

由于是两个单独的机器，因此对于相应的设备而言产生了相对大的位置需求和相对长的过程时间的后果，所述长的过程时间包括：吹塑过程的持续时间、填充过程的持续时间、以及单个或者成模块的机器之间的输送时间。

一个已知的替代的方案的基础是，通过待装入的产品容器自身进行成型。已相应调温的预制件为此置入到合适的模具中，并且接着将液态的产品导入到预制件中以及导入到由该预制件正在生成的容器泡中。该容器泡在此扩张直至实现完全贴靠在模具的内轮廓上并且容器已填充。这样的方法也称为液压成型方法(hydraulisches Formungsverfahren)。在通过填充介质自身使容器成型的情况下，仅需要一个机器，然而该机器为此具有提高的复杂性。此外，在以液体进行的吹塑过程中，很难实现受控制的且和可重复的情况，特别是因为预制件表面在与液体接相触时被冷却。相应地，至今没有令人满意地成功实现在已完成的容器的壁中的任意的期望的材料分布。

技术实现要素：

基于现有技术，本发明的任务在于，提供一种用于制造以液态填充物填充的容器的可替代的方法，其中，特别是应减少已公开的解决方案的上述缺点。

该任务通过一种用于制造以液态填充物填充的容器的方法来解决，其中，由热塑性材料制成的预制件在热处理后借助于拉伸杆被拉伸并且在吹塑过程中变形成容器，其中，吹塑过程包括预吹塑阶段和主吹塑阶段，在所述预吹塑阶段中第一压力水平的流体被用来吹塑，在所述主吹塑阶段中第二压力水平(所述第二压力水平比第一压力水平高)的流体被用来吹塑，其中，根据本发明的方法通过下面的方式被改进：在预吹塑阶段所使用的流体是吹塑气体，并且在主吹塑阶段所使用的流体是填充物。

本发明基本的优点是，预吹塑阶段以吹塑气体进行，从而预制件材料在与吹塑流体相接触时几乎不冷却。由此，在预吹塑阶段期间实现了预制件材料的适宜的可被影响的材料分布(特别是沿着预制件的纵轴线)，所述预制件的纵轴线相应于在预吹塑阶段中所包括的拉伸过程的方向。本发明的另一优点是，该预吹塑阶段基于非常容易理解的过程和常年的经验。

本发明的另一优点是，在主吹塑阶段中通过液态填充物实现了容器的快速冷却，由此，与常规的吹塑方法(在所述常规的吹塑方法中通过将容器压到冷的吹塑模具上来实现冷却)相比，实现了有效率得多的冷却并且由此缩短了主吹塑阶段。此外，省去了输送独立填料的时间以及填充时间。

本发明的另一优点是，仅仅对于预吹塑阶段而言需要以中等压力进行压力气体供给，而省去在结构上耗费的并且因此昂贵的高压空气供给，如其在常规的气体吹塑过程中需要的那样。

综上，与采用吹塑气体和独立地填充的标准吹塑方法相比，通过本发明使过程时间被大大地缩短，其中，相对于已知的液态吹塑方法而言，实现了更好得多的过程控制，特别是被大大改进的材料分布。

吹塑气体例如通过预制件(或正在生成的容器泡)的嘴部区段的区域中的间隙和/或通过拉伸杆的内部空腔来导入到预制件(或正在生成的容器泡)的内部空腔中。

该间隙例如是包围拉伸杆的环形间隙或者面状间隙，在拉伸杆被回拉时，所述间隙在预制件(或正在生成的容器泡或已完成的容器)的嘴部区段的区域中得出。

嘴部区段在此特别是预制件的如下区域：所述区域在容器被制造时不变形。特别是，预制件的嘴部区段因此相应于由预制件正在生成的容器泡的嘴部区段以及相应于由容器泡获得的已完成的容器的嘴部区段。

填充物例如通过预制件(或正在生成的容器泡)的嘴部区段的区域中的间隙和/或通过拉伸杆的内部空腔来导入到预制件(或正在生成的容器泡)的内部空腔中。

当吹塑气体和填充物通过分开的导入路径(例如吹塑气体通过间隙而填充物通过空心的拉伸杆，或者相反)被导入时，则优选不需要管道或者管道区段，所述管道或者管道区段交替地被上述两种流体穿流。

当流体同时通过上述两个导入路径(也就是说，不仅通过间隙而且通过空心的拉伸杆)被导入时，则有利实现提高的流动横截面，并且因此特别是在填充物的情况下实现提高的最大可实现的体积流。

有利地，在预吹塑阶段所供给的吹塑气体的至少一部分直至主吹塑阶段结束仍保留在容器中。在此，吹塑气体进一步被压缩，因为填充物根据本发明在较高的压力下被提供。

通过保留吹塑气体直至容器完全成型，使得特别是周期时间被最小化，因为主吹塑阶段能够在正在生成容器泡期间没有卸压的情况下直接衔接于预吹塑过程。另一优点是，容器具有以气体填充的头腔并且因此减少了填充物在已完成的已填充的容器被进一步处理期间流出。

本发明的一个有利的改进方案特征是，吹塑气体包括可预给定份额的二氧化碳。这在主吹塑阶段中促成了填充物的碳酸化，其方式是，二氧化碳(CO2)从吹塑气体在压力下溶在填充物中。碳酸化程度(特别是溶在填充物中的CO2的数量)在此能够通过吹塑气体中CO2可预给定份额所影响，其中，在吹塑气体中较高份额的CO2也促成了较高的碳酸化程度。

有利地，容器在主吹塑阶段结束后被封闭，其中，容器特别是首先被封闭才从吹塑模具被取出。由此，对已填充的容器的处理(特别是从吹塑模具中取出和接着的输送)被大大地简化，因为特别是不会出现在处理敞开的容器时始终可能的填充物损失。

基于本发明的任务此外通过一种用于制造以液态填充物填充的容器的装置解决，所述装置包括：用于热处理由热塑性材料制成的预制件的加热设备，和用于使各个已热处理的预制件变形成容器的吹塑设备，其中，吹塑设备具有：用于接收预制件的吹塑模具，用于拉伸位于吹塑模具中的预制件的拉伸杆，和用于将吹塑流体导入到位于吹塑模具中的预制件的内部空腔中的供给器件，其中，根据本发明的装置通过下面的方式被改进：供给器件包括第一供入管道和第二供入管道，所述第一供入管道设置用于供给气体，所述第二供入管道设置用于供给液体。

根据本发明的装置特别是适合于并且设置用于实施根据本发明的之前所述的方法。

有利地，该吹塑设备包括用于密封位于吹塑模具中的预制件的吹塑喷嘴，特别是用于密封预制件的内部空腔，其中，借助于吹塑喷嘴使预制件的内部空腔能够或者已经与第一供入管道和/或第二供入管道以流动导通方式连接。

此外，吹塑喷嘴例如安放到位于吹塑模具中的预制件的嘴部区域上。对于预制件借助于输送芯棒输送情况，则吹塑喷嘴优选作用于输送芯棒，其中，输送芯棒具有用于将借助于吹塑喷嘴所提供的流体供入到预制件(或正在生成的容器泡)中的通道。

在本发明的另一实施形式中，拉伸杆空心地构造，其中，借助于拉伸杆使位于吹塑模具中的预制件的内部空腔能够或者已经与第一供入管道和/或第二供入管道以流动导通方式连接。

本发明的一个特别优选的改进方案特点是，该装置此外包括转换阀，在在所述转换阀的输入侧上连接有第一供入管道和第二管道以及在输出侧上连接有第三供入管道，其中，第三供入管道不仅构造用于供入气体而且用于供入液体，并且位于吹塑模具中的预制件的内部空腔(特别是借助于吹塑喷嘴和/或借助于空心的拉伸杆)能够或者已经与第三供入管道以流动导通方式连接。由此特别是能够实现：经由导入路径(例如吹塑喷嘴或者空心的拉伸杆)交替地将气体和液体导入到预制件(或由预制件正在生成的容器泡)中。

此外，在本发明的框架中优选的是，该装置还包括以流动导通方式与第一供入管道相连接的、用于提供吹塑气体的提供器件，其中，提供器件具有用于提供来自至少两个不同气体源的气体组成的气体混合物的混合设备。

此外优选的是，该装置此外包括封闭设备，用于封闭以填充物填充的容器，特别是用于封闭位于吹塑模具中的容器。

根据本发明的装置也可以具有多个(优选同样的)吹塑设备，所述吹塑设备例如设置在旋转的吹塑轮上。多个吹塑设备在此在本发明的框架中也可以分成单个特征，例如是用于给多个吹塑设备供给气体和/或液体的一个共同的供入管道。

附图说明

在附图中示意地示出本发明的实施例。其中示出了：

图1：用于由预制件制造容器的吹塑站的立体示意图；

图2：吹塑模具的纵剖面图，预制件在所述吹塑模具中延伸和扩展；

图3：用于说明用于吹塑成型容器的设备的基本构造的示意图；

图4：具有增大的加热能力的经修改的加热段；

图5：示意地示出根据本发明的一个实施形式制造容器；

图6：示意地示出根据本发明的另一实施形式制造容器；

图7：示意地示出根据本发明的另一实施形式制造容器；

图8：示意地示出根据本发明的另一实施形式制造容器。

具体实施方式

在图1和图2中示出用于由预制件来制造以液态填充物填充的容器(2)的根据本发明的装置的基本结构。该布置在此可以如所示那样实现或者在竖直的平面中旋转180°实现。

用于制造容器(2)的装置基本上由吹塑站(3)组成，所述吹塑站设有吹塑模具(4)，预制件(1)能被放到所述吹塑模具中。预制件(1)可以是由聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylenterephthalat)制成的注射成型件。为了能够实现将预制件(1)放入到吹塑模具(4)中并且为了能够实现将完成的容器(2)取出，吹塑模具(4)由模具半件(5，6)和底件(7)组成，所述底件能够被行程设备(8)定位。预制件(1)可以在吹塑站(3)的区域中被输送芯棒(9)保持，所述输送芯棒与预制件(1)一起经过该设备内的多个处理站。但也可能的是，预制件(1)例如通过钳子或者其它操作器件直接放到吹塑模具(4)中。

为了能够实现将压力空气供入，在输送芯棒(9)下方设置有连接活塞(10)，所述连接活塞给预制件(1)供给压力空气并且同时执行相对于输送芯棒(9)的密封。但是，在修改过的结构中基本上也可以考虑的是，使用固定的压力空气供入管道。

在该实施例中，预制件(1)的拉伸借助于拉伸杆(11)进行，所述拉伸杆被缸(12)定位。根据另一实施形式，拉伸杆(11)的机械定位通过弯曲段进行，所述弯曲段被拾取轮(Abgriffrollen)加载。如果在旋转的吹塑轮上设置有多个吹塑站(3)，则使用弯曲段是特别有利的。

在图1中示出的实施形式中，延伸系统构造为，由两个缸(12)提供串联布置(Tandem-Anordnung)。在实际的延伸过程之前，首先初级缸(13)使拉伸杆(11)直至驶入到预制件(1)的底部(14)的区域中。在实际的延伸过程期间，具有驶出的拉伸杆的初级缸(13)与承载有初级缸(13)的滑座(15)一起被次级缸(16)或者通过凸轮控制装置定位。特别是考虑的是，次级缸(16)这样以凸轮控制方式放入，使得导向滚轮(17)预给定当前的延伸位置，所述导向滚轮在执行延伸过程时沿着凸轮轨滑动。导向滚轮(17)被次级缸(16)压抵着导向轨。滑座(15)沿着两个导向元件(18)滑动。

在将设置在承载件(19，20)区域中的模具半件(5，6)闭合后，承载件(19，20)借助于锁止装置(40)相对彼此锁止。

为了适配于预制件(1)的嘴部区段(21)的不同形状，根据图2，在吹塑模具(4)的区域中设有独立的螺纹插件(22)应用装置。

附加于吹塑的容器(2)，图2也用虚线示出预制件(1)并且示意地示出正在生成的容器泡(23)。

图3示出吹塑机的基本构造，所述吹塑机设有加热段(24)以及旋转的吹塑轮(25)。从将预制件输入(26)开始，预制件(1)被转送轮(27，28，29)输送到加热段(24)的区域中。沿着加热段(24)设置有加热辐射器(30)以及鼓风机(31)，用以将预制件(1)调温。在预制件(1)充分调温后，预制件被转送到吹塑轮(25)上，在所述吹塑轮的区域中，设置有吹塑站(3)。已完成吹塑的容器(2)被其它转送轮供给至输出段(32)。

为了使预制件(1)能够如此变形成为容器(2)：该容器(2)具有如下材料特性，所述材料特性保证了填充在容器(2)内部的食品(特别是饮料)的长时间的可使用性，因此在将预制件(1)加热和定向时必须遵循特别的方法步骤。此外，通过遵循特别的尺寸规则能够实现有利的效果。

不同的合成材料可以用作热塑性材料。能使用的是：例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或者聚丙烯(PP)。

预制件(1)在定向过程期间的扩展通过流体供给来实现。流体供给分成预吹塑阶段和随后的主吹塑阶段，在所述预吹塑阶段中，以低的压力水平供给气体(例如压力空气)，在所述主吹塑阶段中，以较高的压力水平供给液态的填充物(例如饮用水)。在预吹塑阶段中，典型地使用具有在10bar至25bar区间内压力的压力空气，其中，当正在生成的容器泡中压力上升到2bar至5bar时，预吹塑阶段已经结束。

从图3中同样可以看出，在该示出的实施形式中，加热段(24)由多个回转的输送元件(33)构成，所述多个回转的输送元件以链形式彼此成一排并且沿着转向轮(34)引导。特别是考虑到，通过链形的布置方式使基本上矩形的基本结构绷紧。在该示出的实施形式中，在加热段(24)面向转送轮(29)和输入轮(35)的扩展区域中使用尺寸相对大的单个转向轮(34)，并且，在相邻的转向区域中使用相比尺寸较小的两个转向轮(36)。但原则上也可以考虑任意其它的导向装置。

为了能够实现转送轮(29)和输入轮(35)相对彼此尽可能紧密地布置，该示出的布置方案证明是特别适宜的，因为在加热段(24)的相应的扩展区域中定位有三个转向轮(34，36)，更确切地说，分别是：在至加热段(24)的线性延伸的过渡区域中较小的转向轮(36)，和，在至转送轮(29)和至输入轮(35)的紧接的转送区域中较大的转向轮(34)。代替使用链形的输送元件(33)，例如也能够使用旋转的加热轮。

在容器(2)完成吹塑之后，该容器被取出轮(37)从吹塑站(3)的区域中导出并且通过转送轮(28)和输出轮(38)输送至输出段(32)。

在图4中示出的经修改的加热段(24)中，能够通过较大数目的加热辐射器(30)每单位时间加热较大数目的预制件(1)。在这里，鼓风机(31)将冷空气导入到冷空气通道(39)的区域中，所述冷空气通道分别对置于所配属的加热辐射器(30)，并且冷空气经由流出开口输出。通过流出方向的布置方案，实现了冷空气基本上横向于预制件(1)输送方向的流动方向。冷空气通道(39)能够在对置于加热辐射器(30)的表面区域中提供用于加热辐射的反射器，同样可能的是，通过所输出的冷空气也实现了加热辐射器(30)的冷却。

能够以不同的方式和方法来将预制件(1)和容器(2)输送穿过吹塑机。根据一个实施变型，预制件(1)至少沿着其输送路径的基本部分被输送芯棒承载。但也可能的是，预制件(1)的输送以使用钳子的方式进行，所述钳子在外侧上抓在预制件(1)上；或者使用内芯棒，所述内芯棒导入到预制件(1)的嘴部区域中。在预制件(1)的空间定向方面，同样可以考虑不同的变型。

根据一个变型，预制件(1)在预制件输入(26)的区域中以其嘴部在竖直的方向上被向上定向地供给、接着翻转、沿着加热段(24)和吹塑轮(25)以其嘴部在竖直方向上被向下定向地输送、并且作为已吹塑的且已填充的容器(2)在到达输出段(32)之前被再次翻转。相应的输送器件(例如输送芯棒)在此具有相应的密封装置，以便确保在吹塑过程期间所放入的填充物保留在容器(2)中。

根据另一变型，预制件(1)在加热段(24)的区域中以其嘴部在竖直方向上被向下定向地加热，但是在到达吹塑轮(25)之前被再次翻转180°。

根据第三实施变型，预制件(1)或容器(2)穿过吹塑机的整个区域，而没有执行以其嘴部在竖直方向上被向上定向的翻转过程。

根据图5至8，下面说明根据本发明地制造以液态填充物填充的容器。

图5示出吹塑模具(4)，预制件(1)位于所述吹塑模具中。预制件(1)在此例如以其嘴区段(21)向上指向地设置在吹塑模具(4)中。在嘴区段(21)上设置有连接活塞(10)，所述连接活塞也称为吹塑喷嘴，所述连接活塞借助于密封件(48)将预制件(1)密封。吹塑喷嘴(10)定义出如下间隙(41)：吹塑流体经由所述间隙被导入到预制件(1)中。拉伸杆(11)被引导穿过该间隙(41)，从而该间隙(41)根据拉伸杆(11)的位置而具有圆形的或者环形的横截面。

压力空气导向装置与吹塑喷嘴(10)或间隙(41)连接或者能够连接，所述压力空气导向装置包括压力空气源(42)和压力空气阀(43)。在预吹塑阶段中，压力空气从压力空气源(42)以被压力空气阀(43)控制的方式导入到预制件(1)中。同时，预制件(1)借助于贴靠在预制件(1)顶点上的拉伸杆(11)纵轴向地(也就是沿着预制件(1)的纵轴线)拉伸。

在压力空气和拉伸杆(11)的作用下，容器泡(23)生成，所述容器泡在预吹塑阶段结束时例如已经局部地贴靠在吹塑模具(4)上。在拉伸过程也结束并且拉伸杆相应地到达吹塑模具(4)的底部上的时间点，容器泡(23)示例地作为虚线在图5中示出。

在衔接于预吹塑阶段的主吹塑阶段中，液态填充物(例如饮用水)在压力下并且以被填充物阀(45)控制的方式从填充物源(44)被导入到容器泡(23)中。在此，所提供填充物的压力大于容器泡(23)内的内压，从而容器泡(23)进一步地扩展，直至其各处都贴靠在吹塑模具(4)上。在此，容器泡(23)内的压力进一步上升，其中，压力上升例如能够通过适宜地控制排气阀(47)并且通过排气装置(46)将一部分吹塑气体从容器泡(23)相应地排出来影响。但是，主吹塑阶段也可以在不排出吹塑气体的情况下实现，用以例如实现容器泡(23)内尽可能快的压力上升。

在图5中示出的阀(43，45，47)的布置方案明确地作为示例性地理解。替代的解决方法也明确地被本发明包括。例如可以考虑，借助于单个阀(所述阀例如构造为转换阀)控制压力空气存储器(42)和排气装置(46)。同样例如可考虑，通过单个阀对压力空气从压力空气存储器(42)以及对填充物从填充物存储器(44)的输送进行控制。

在容器泡(23)成型后，容器(2)完成，并且可以在通过排气装置(46)泄压后作为已填充的容器从吹塑模具(4)中取出。有利地，容器(2)在取出前被封闭，以便避免在取出时填充物从容器(2)中流出或者溢出。

在图6中示出本发明的另一实施形式。在这种情况下，拉伸杆(11)空心地构造并且具有多个排出开口(49)，所述多个排出开口在拉伸杆(11)的下部区域中通到预制件(1)中。由此能实现，吹塑流体也能够经由拉伸杆(11)导入到预制件(1)中。

在图6中示出的例子中，吹塑流体仅仅是吹塑气体，而填充物如已经在图5中所述那样穿过吹塑喷嘴(10)的间隙(41)到达预制件(1)或正在生成的容器泡(23)中。由此，有利地实现，这两种吹塑流体(即一方面为吹塑气体和另一方面为填充物)能够通过完全分开的管道路径或者供入管道被导入到预制件(1)中。由此排除了吹塑流体在供入管道中的混合。

与吹塑流体在供入管道中的变型无关地，图6此外示出根据本发明的方法的有利的变型。在此，预制件(1)虽然在预吹塑阶段期间在整个纵轴向的扩展中被拉伸，然而由于将吹塑气体相应小量地供给而仅仅非常小地径向或者横轴向地扩展。由此阻止了：正在生成的容器泡(23)的材料与拉伸杆(11)靠置，但是容器泡(23)的体积在预吹塑阶段结束时仍保留尽可能小。由此实现，预制件(1)的材料已经受控制地沿着纵轴线分布，然而在主吹塑阶段开始时实现了容器泡(23)快速地填充有不可压缩的填充物并且因此实现了容器泡(23)内快速的压力上升。因此，良好的材料分布与快速的主吹塑过程相结合，这特别是关于材料与填充物接触时的冷却方面是有利的。

在图7中示出本发明的另一变型。该变型与在图6中示出的变型主要的不同在于，吹塑气体经由吹塑喷嘴(10)并且填充物经由空心的拉伸杆(11)供给。此外，空心的拉伸杆(11)具有向下指向容器底部方向的单个排出开口(49)。空心的拉伸杆(11)的该实施形式对于不可压缩的液体(例如填充物)在流体动力学方面是有利的，但这需要拉伸杆(11)在拉伸过程结束之后并且在主吹塑阶段开始之前被至少轻微地提升，以便能够实现填充物流出。

空心的拉伸杆(11)的示出的实施形式原则上理解为是示例性的。原则上，也可以考虑侧面的流出开口与在拉伸杆尖上的中心的流出开口(49)相结合。此外，在本发明的框架内能够使用空心的拉伸杆的任意的构型不仅用于导入吹塑气体而且用于导入填充物。

在图8中示出本发明的第四实施形式，其中，在这种情况下，填充物不仅通过吹塑喷嘴(10)而且通过空心的拉伸杆(11)供给或导入。由此，放大了可用于导入填充物的横截面或者管道横截面，从而能够实现用于填充物的提高的体积流。

这例如也由此能够实现：拉伸杆(11)在拉伸过程结束之后被拉回，从而吹塑喷嘴(10)中的间隙(41)的横截面被提高。这两个变型也能够相结合，其中，例如填充物经由空心的拉伸杆(11)和吹塑喷嘴(10)导入，然而拉伸杆(11)被并行地处理，用以增大在吹塑喷嘴(10)中的间隙(41)。