用流体形成并填充容器的方法与流程

文档序号:33197699发布日期:2023-02-04 15:39阅读:16216来源:国知局
用流体形成并填充容器的方法与流程

1.本技术涉及同时形成并填充容器的技术,包括控制容器中的最终产品液位。
2.引言
3.本段提供与本公开相关的背景信息,这些信息不一定是现有技术。
4.各种产品分布在塑料容器中,例如由一种或多种聚合物形成的容器。用于形成容器的常见聚合物包括聚酯,例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、高密度和低密度的聚乙烯、聚碳酸酯和聚丙烯等。塑料容器可以使用各种吹塑模制工艺制成,包括注射吹塑模制和挤出吹塑模制。
5.注射吹塑模制可用于在一个或多个阶段中形成特定的塑料容器并可涉及使用拉伸杆。在二级式注射拉伸吹塑模制工艺中,首先使用注射模制工艺将塑料模制成预制件。该预制件包括待形成的容器的颈部和瓶口并包括封闭的远端,其中在瓶口上可以包括螺纹。然后,预制件可以加热至塑料玻璃化转变温度以上,利用拉伸杆纵向地拉伸,并且使用高压气体(例如空气)吹制成符合模具的容器。当预制件膨胀时,其伸长并拉伸,呈现出模具型腔的形状。塑料在接触模具的较冷的表面时固化,并且成品中空容器随后从模具中弹出。注射拉伸吹塑模制工艺可以用于形成用于包装消费饮料以及其他液体和材料的塑料容器。然而,该工艺具有一些固有的局限性,包括容器底部部分上的不期望的浇口井或不连续性,以及使用拉伸吹塑模制工艺可以实现的可能的设计范围的局限性,例如其中包含把手或者空隙空间的容器。
6.挤出吹塑模制可用于形成特定的塑料容器,其中,连续挤出的热塑料管或型胚被捕获在模具内并膨胀至抵靠模具的内表面以形成容器坯。模具可以设计成当其在型胚上封闭时以挤出型胚移动的速度行进,使得该过程可以基于连续的方式操作。有多个不同类型的挤出吹塑模制机,包括设计成以线性运动行进的梭式模具以及以旋转运动或圆周运动行进的挤出吹塑模制轮。尽管挤出吹塑模制工艺已经解决了对改进的塑料容器的需求,消除了使用拉伸吹塑模制工艺制造的容器所固有的一些缺点,但是挤出吹塑模制工艺需要多个步骤来形成容器,然后随后填充并加盖容器。因此,在单独执行容器形成工艺和填充工艺时,可能会产生大量成本,包括运输和投入的时间。
7.因此,吹塑模制容器以及随后的容器填充已经发展为两个独立的工艺,在许多情况下,在不同的设施上操作。为了使容器填充更具成本效益,一些填充设施已经在现场安装吹塑模制装备,在许多情况下,将吹塑模制机直接集成至填充线中。装备制造商已经认识到这一优势,并正在销售设计成确保吹塑模制机和填充机完全同步的“集成”系统。尽管致力于将这两个工艺结合在一起,但是吹塑模制和填充仍然是两个独立的、不同的工艺。因此,单独执行这两个工艺可能产生大量成本。
8.响应于单独的吹塑模制工艺和填充工艺,已经出现了在单个操作中形成并填充容器的某些液体或液压吹塑模制系统。用于形成预制件并填充所得到的容器中的液体产品此后可以保留在成品容器中。因此,形成步骤和填充步骤的结合可以通过消除空瓶的运输以及与随后的填充操作相关的时间需求来优化液体产品的包装。
9.然而,在用某些产品形成并填充容器中存在某些障碍。具体地,使用产品同时形成并填充的操作(其中,产品保留在所得到的容器中)可能在精确地获得所得到的容器中的期望产品液位方面存在问题。期望的产品液位通常可以小于容器的最大容积,其中,出于各种原因,在限定的产品液位或液体液位上方保持空气或气体空间。示例性原因包括:空气空间允许响应于温度变化而膨胀/收缩,而不会对容器自身施加实质性的压力改变;空气空间为填充的、完成的且加盖的容器提供统一的美感;准确的填充液位用于确定容器内的确定的产品量;在密封时空气空间通过容器的倒置或摇动促进容器内容物的混合;空气空间允许向容器内的产品添加附加的材料,无论是固体还是液体,等等。因此需要控制容器(包括利用产品形成并填充的容器)中的最终产品液位。


技术实现要素:

10.本技术包括与容器中的产品液位的控制和调节相关的系统、工艺和制品,包括使用产品由预制件形成并填充的容器,产品作为最终产品保留在容器中。
11.提供了用于控制容器中产品液位的方法方式,该方式包括接合容纳产品的容器的外表面(其中,产品处于第一产品液位)。可以向容器的外表面施加力以使得容器从第一容积变成第二容积。力停止时容器容纳处于第二产品液位的产品。
12.从本文中提供的描述中,其他适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅旨在出于说明的目的,并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
13.本文中描述的附图仅出于对选取的实施方式而不是所有可能的实现方式进行说明的目的,并且不旨在限制本公开的范围。
14.图1a至图1f示出了描述外部杆在容器形成工艺期间引导预制件的一系列示意性侧视图。
15.图2a至图2c示出了描述外部杆调节根据图1a至图1f中示出的容器形成工艺而形成的填充后的容器中的最终产品液位的一系列示意性侧视图。
16.图3示出了根据图1a至图1f中示出的容器形成工艺形成的填充后的容器,其中,外部杆接合填充后的容器的外部特征部。
17.图4示出了图3中标记为4的圆圈的详细视图,其中,外部杆与容器的外部特征部接合。
18.图5a至5b示出了图4的详细视图,其中,模具和填充后的容器至少部分地分离,外部杆拉动容器的外部特征部以使第一容积(图5a)变为第二容积(图5b),从而调节填充后的容器中的最终产品液位。
19.贯穿附图中的几幅图,类似的参考标记表示类似的部分。
具体实施方式
20.以下对技术的描述在一个或多个发明的主题、制造和用途的本质方面仅是示例性的,并且不旨在限制本技术中或者可提交的要求本技术作为优先权的此类其他申请中或者由这些申请发布的专利中要求保护的任何具体的发明的范围、应用或者用途。关于所公开
的方法,所提出的步骤的顺序在本质上是示例性的,因此,这些步骤的顺序在各种实施方式中可以是不同的。本文中所用的“一”和“一个”表示存在“至少一个”项;如果可能,可以存在多个此类项目。除非另有明确说明的情况,否则本描述中所有的数值数量应被理解为由“大约”一词进行修饰并且所有几何和空间描述符应被理解为由“基本上”一词进行修饰以描述技术的最广泛的范围。“大约”在应用至数值时表示计算或测量允许值中有一些轻微的不精确性(接近值的精确性;近似或者合理地接近值;几乎)。如果由于某些原因,由“大约”和/或“基本上”所提供的不精确性在本领域中未被理解为具有此普通含义,则本文中所用的“大约”和/或“基本上”至少表示可由测量或使用此类参数的普通方法产生的变化。
21.除非另有明确说明,否则在本详细的描述中引用的所有文件,包括专利、专利申请和科学文献均通过引证方式结合于此。如果通过引证方式结合的文件与本详细描述之间可能存在任何冲突或者歧义,则以本详细描述为准。
22.尽管作为诸如含有、包含或具有的非限制性术语的同义词的开放式术语“包括”在本文中用于描述和要求保护本技术的实施方式,但是这些实施方式可以替代地描述为使用更具限制性的术语,例如“由...组成”或“基本上由...组成”。因此,对于列举材料、部件或工艺步骤的任何给定的实施方式,本技术也特别地包括由这些材料、部件或工艺步骤组成或者基本上由这些材料、部件或工艺步骤组成的实施方式,而排除其他材料、部件或工艺(由
……
组成),并且排除影响实施方式的显著特性的其他材料、部件或工艺(基本上由
……
组成),即使这些其他材料、部件或工艺在本技术中未明确地被列举。例如,列举元件a、b和c的组成或者工艺的详述具体地设想了由a、b和c组成并且基本上由a、b和c组成的实施方式,排除可能在本领域中列举的元件d,即使元件d在本文中未明确地描述为被排除。
23.如本文所述,除非另有规定,否则公开的范围包括端点并且包括在整个范围内的所有不同的数值以及进一步划分的范围,因此,例如“从a至b”或“从大约a至大约b”的范围包括a和b。公开的用于具体参数(例如数量、重量百分比等)的值和范围值不排除在本文中有用的其他值和范围值。可以设想,用于给定参数的两个或者多个具体的示例值可以限定可要求保护的参数的范围值的端点。例如,如果参数x在本文中示例为具有值a并且也示例为具有值z,可以设想,参数x可以具有从大约a至大约z的范围值。同样地,可以设想,公开的一参数的两个或多个范围值(无论这些范围是嵌套的、重叠的还是不同的)包括可能使用所公开范围的端点要求保护的值的所有可能的范围组合。例如,如果参数x在本文中示例为值的范围为1至10、或2至9、或3至8,则还可以设想参数x可以具有其他的范围值,包括1至9、1至8、1至3、1至2、2至10、2至8、2至3、3至10、3至9等。
24.当一元件或层被称为“在...上”、“接合至”、“连接至”或“联接至”另一元件或层时,该元件或层可以直接在其他元件或层上,直接接合至、直接连接至或直接联接至其他元件或层,或者可以存在中间的元件或层。相反地,当一元件被称为“直接在...上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件或层时,不可能存在中间的元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应以相似的方式进行解释(例如,“位于...之间”与“紧位于...之间”,“邻接”与“直接邻接”等)。如本文中所用,术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有的组合。
25.尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或区段,但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应受这些术语的限制。这些术语仅可以
仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一个元件、部件、区域、层或区段区分开。除非上下文中明确指出,否则诸如“第一”、“第二”和其他的数字术语的术语在本文中使用时并不意指序列和顺序。因此,在不背离实施方式的实例的教导的情况下,下面讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一区段可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二区段。
26.可以在本文中使用诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“.下部”、“上方”、“上部”等空间相关的术语以便描述一个元件或特征与另一个元件或特征如附图中所示的关系。除了附图中所描述的定向之外,空间相关的术语可以旨在涵盖装置在使用或者操作中的不同的定向。例如,如果附图中的装置被翻转,则描述为“在其他元件或特征下方”或“在其他元件或特征之下”的元件将被定向为“在其他元件或特征的上方”。因此,术语“下方”的实例可以涵盖上方和下方两个定向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或者在其他定向上),并且在本文中使用的空间相关的描述符被相应地解释。
27.本技术允许控制容器中的产品液位,其中,可以使用一产品来形成并填充容器。产品液位可以通过接合容纳产品的容器的外表面来控制,其中,产品处于第一产品液位。然后向容器的外表面施加力可以使得容器从第一容积变为第二容积。力停止后容器可以容纳处于第二产品液位的产品。
28.多个方面可应用于容器内的产品液位和/或与容器的容积的关系。第一产品液位可以与基本上等于第一容积的产品的量相关。还可以使第二产品液位与基本上等于第二容积的产品的量相关。各种关系包括第一容积可以大于第二容积,并且在其他实施方式中,第一容积可以小于第二容积。
29.某些实施方式包括在力停止之后容器基本上返回到第一容积。例如,在接合容器的外表面后,可以通过推动容器的外表面来施加力。推动外表面可能减小容器的容积,并且可能使得产品离开容器。在第二容积小于容器中的产品体积的情况下,容器中的产品的一部分可以离开容器。在容器先前基本上装满产品(例如第一产品液位基本上位于容器的顶部)的情况下,推动外表面可以使得与容器的容积变化成比例的限定量的产品离开容器。利用产品形成并填充容器的各种填充操作以及各种形成并填充操作可以使得容器基本上装满产品。接合至此类填充容器的外表面并向此类填充容器的外表面施加力可以引起溢流或受控的溢流并且捕获离开容器的产品。停止推动容器的外表面的力可以使得容器返回到第一容积,在这种情况下,第一容积大于第二容积,从而使得容器中的产品(减去离开容器的部分)下降至容器中的第二产品液位。例如,当力停止时,容器可以弹性地或者有弹性地返回至以前的形状。
30.某些实施方式包括在力停止后容器保留在第二容积处。例如,在接合容器的外表面之后,可以通过拉动容器的外表面来施加力。拉动外表面可以增加容器的容积,并且可以引起容器中的产品液位从第一产品液位下降至第二产品液位。利用产品形成并填充容器的各种填充操作以及各种形成并填充操作可以使得容器基本上装满产品。接合至这类填充容器的外表面并向这类填充容器的外表面施加力可以使得第二容积大于第一容积并使第一产品液位下降至第二产品液位。停止推动容器的外表面的力可以使得容器基本上保留在第二容积处,在这种情况下,第二容积大于第一容积,从而使得容器中的产品下降限定量至容器中的第二产品液位。例如,容器壁可以形成有可以翻转的形状或凹陷,或者其中,至少一
部分弹出并在力停止后保留在该位置。
31.在本技术中使用的容器可以以各种方式形成,并且某些方法包括通过使用产品使预制件在模具中膨胀来同时形成并填充容器。具体地,在向容器的外表面施加力以使得容器从第一容积变成第二容积之前,该工艺可以包括将产品分配到预制件中以利用产品形成并填充容器。预制件的至少一部分可以定位在限定内表面的模具型腔内,并且吹嘴可以用于将产品转移至预制件以促使预制件朝向模具型腔的内表面膨胀并形成容器。在这种形成并填充操作中,产品可以作为最终产品保留在容器内,并且所得到的容器可以基本上填充至产品的容量。也可以使用拉伸杆在模具型腔内机械地拉伸预制件。连同拉伸杆一起,当使用拉伸杆在模具型腔内机械地拉伸预制件时,也可以使外部杆接合预制件的外表面。
32.使用拉伸杆、外部杆以及拉伸杆连同外部杆一起对预制件进行操作以形成容器的实例包括在eberle等人的美国专利号8,727,758以及lisch等人的美国专利号9,802,375中所描述的,以及在maki等人的国际公开号wo/2012/037057a2中所描述的,其中,每个的全部内容通过引证的方式结合于此。
33.某些实施方式包括采用以下方面来接合容纳位于第一产品液位的产品的容器的外表面。接合容器的外表面可以包括接合容器的外表面上的接合特征部。例如,接合特征部可以是用于形成容器的预制件的注射模制特征部。也可以使接合特征部包括容器的外表面上的突起。各种实施方式可以具有在形成容器时来自浇口的突起,例如来自对用于随后吹塑模制成容器的预制件进行注射模制的浇口。突起也可以来自容器的挤出吹塑模制,例如挤出的型胚由用于吹塑模制的模具的下部夹持或捕获的部分。
34.在接合特征部包括突起的实施方式中,突起可以位于容器的外表面的凹陷部分内。该凹陷部分可以在向容器的外表面施加力以使得容器从第一容积变成第二容积之前存在。例如,拉动凹陷部分内的突起可以使得凹陷部分的全部或部分膨胀,并且甚至翻转或从容器的其余部分弹出。容器的外表面的凹陷部分可以在向容器的外表面施加力以使得容器从第一容积变成第二容积之后变为容器的外表面的突起。因此,这些实施方式可以包括可以抵靠容器的接合特征部和外表面的至少一者进行推动以使得第一容积减小至第二容积(例如在第一容积大于第二容积的情况下),并且相反地,可以拉动突起以使得第一容积增加至第二容积(例如在第一容积小于第二容积的情况下)。
35.某些实施方式包括各种后产品液位控制步骤。容纳处于第二产品液位处的产品的容器可以进行密封,例如以维持准确的填充液位并确保填充容器的同一性。一个或多个标签可以应用至容器。容器可以以某种方式进行包装和托盘化,或者可以按需求对填充有产品的容器进行分配。
36.本技术还包括具有本文中提供的特征的各种系统和系统部件。本技术还设想了使用这种系统和部件以同时形成并填充具有产品的容器的方法。本技术提供了各种制品,包括各种工艺产品。
37.参考本文中提供的多幅图,示出了本技术的多个实施方式的非限制性的方面。
38.图1a至图1f示出了描述外部杆100在容器形成工艺期间引导预制件112的一系列示意性侧视图。拉伸杆22和外部杆100可以同时地且独立地致动以实现预定的拉伸工艺和/或形成工艺。这样,外部杆100可以从模具型腔302的基部致动,并且可以在吹制之前首先被启动以物理上触碰或接触预制件112,或者外部杆100可以在接触预制件112之前停止,例如
图1a至图1b。在某些实施方式中,外部杆100可以在距预制件112多达大约20mm处起作用,然而,在一些实施方式中,外部杆100可以提高品质并可以确保预制件112的一部分接合外部杆100,使得预制件保持在模具型腔302内的期望位置中。
39.在某些实施方式中,在可能需要外部杆100的附加长度以便接触预制件112的情况下和/或在模具300下方的空间局限性阻止使用具有足够长度的整体形成的外部杆100以接触预制件112的情况下,可以使用伸缩式外部杆100。也就是说,在一些实施方式中,可以采用可伸缩的外部杆100,其具有可滑动地接收在第二区段108内的第一区段104。然而,应当认识到,可以使用附加的可伸缩的区段。
40.在形成并填充工艺期间,外部杆100可以在容器开始膨胀之前的任何时间或者开始膨胀之后立即接合预制件112,然而,如果外部杆100旨在在膨胀之前接合预制件112,则可以装载预制件112,然后可以接合或致动外部杆100。接下来拉伸杆22可以被致动,并且可以与外部杆100一起接合预制件112。一旦预制件112与外部杆100接合,可以开始将预制件112膨胀成所得到的容器。可以使用高压空气或液体来使预制件112膨胀,或者第一步骤使用低压空气或液体,随后第二步骤使用高压空气或液体。预制件112可以开始远离拉伸杆22膨胀,并且当容器形成时拉伸杆22可以保留在位,或者从膨胀的预制件22回缩。在填充循环完成并且容器完全形成后,拉伸杆22可以设置在容器中的期望深度,使得一旦密封销封闭,产品填充液位可以位于或者接近容器中的期望高度。然后,可以从容器移除外部杆100,使吹嘴升起,并且从模具中移除完全形成并填充后的容器,其中产品保留在容器内部。
41.现在转到图2a至图2c,其中示出了描述外部杆调节根据图1a至图1f中示出的容器形成工艺而形成的填充后的容器中的最终产品液位的一系列示意性侧视图。图2a中示出的是填充有产品205以基本上达到容器200的容量的容器200。如图所示,在该实例中,基本上处于容器200的容量的产品205的填充液位可以表示为第一产品液位210。在图2b中,容纳处于第一产品液位210的产品205的容器200的外表面215可以具有施加至其的力以使得容器200从第一容积变成第二容积。所示出的具体实施方式使用外部杆100以接合至容器200的外表面215并向容器的外表面施加力。通过使用外部杆100推动容器200的外表面215来施加力使得容器200变形并使容器的容积与图2b中由v表示的变形体积成比例地减少。如图2b中位于容器200顶部的箭头所示,当产品移动经过第一产品液位210(受容器200的容量的限制)时,与变形体积v对应的产品205的量离开容器200的顶部。由于由外部杆100施加的变形力而离开容器200的产品205可以以某些方式被引导离开容器200,并且甚至可以被捕获并重新使用。如图2c中所示,力停止后容器200包含位于第二产品液位220的产品205。外部杆100回缩并且不再向容器200的外表面215施加力,以及由此产生的变形(以及变形体积v)不存在,其中,容器200已返回至与图2a中所示基本上相同的初始形状。因此,参考图2c中由v表示的离开体积,第一产品液位210已与变形体积v成比例地下降至第二产品液位220。
42.现在参考图3,该图示出了根据图1a至图1f中示出的容器形成工艺形成并填充有产品405的容器400,其中,外部杆100可以接合填充容器400的外表面415。容器400示出在模具300内,然而,容器400可以完整地从模具300中移除,或者模具300的底部部分425可以从模具300的其余部分移除。如图所示,容器400可以填充有基本上是容器400的容量的产品405,这可以在该具体实施方式中表示为第一产品液位410。
43.图4示出了图3中标记为4的圆圈中的详细视图,其中,外部杆100示出为与容器400
的外表面415上的外部特征部430接合。外部特征部430可以构造成与外部杆100的端部435互补。这样,外部杆100的端部435可以接合外部特征部430并且允许力施加至该端部,其中,力也可以施加至外表面415或者通过外部特征部430传输至外表面415。端部435与外部特征部430的互补和接合可以允许向容器400的外表面415施加各个方向的力。例如,如图2b中所示,外部杆100可以推动外表面415。然而,端部435与外部特征部430的接合也允许外部杆100拉动外部特征部430,这会将拉动力传输至容器400的外表面415。在所描述的实施方式中,外部特征部430可以包括弹性卡箍440,该弹性卡箍在穿过外部杆100的端部435中的孔口445时变形。弹性卡箍440在进入端部435中的凹陷450后弹回至大于孔口445的直径的直径。在某些实施方式中,外部特征部430可以以这种方式卡入外部杆的端部435中。应当理解,包括各种关节铰接式器件和互补接合式器件的其他构造可以用于联接外部特征部430和外部杆100。
44.图5a至图5b示出了图4的详细视图,其中,模具300的至少底部部分425与容器400分离。该系列视图描述了外部杆100可以如何用于向容器400的外部特征部430施加拉力以从第一容积v1(图5a)变成第二容积v2(图5b),从而将填充后的容器400中的第一产品液位410调节至第二(最终)产品液位460(参见图3)。如图5a中的箭头所描述的,与外部特征部430接合的外部杆100向容器400的外表面415施加拉力,使得容器400的容积增加,即v2》v1。所描述的具体实施方式具有位于在容器400的壁470中形成的凹陷465内的外部特征部430。在所示的具体实施方式中,凹陷465位于容器400的底部上。当外部杆100向外部特征部430施加拉力时,这一凹陷465可以翻转,其中,在力停止之后,容器400的壁470的一部分弹出并保留在该位置中。这样,容器从第一容积v1(图5a)变成第二容积v2(图5b),并且容器中的产品405从第一产品液位410变成第二产品液位460。也可以使壁470的该部分部分地返回至其先前的凹陷465形状或者使壁470与容器400的底部的其余部分形成基本上平坦的表面而不是从该底部突出。也可以具有多个同心的台阶状的凹陷465,这些凹陷可以在连续阶段中被拉动并翻转以提供多个限定第二产品液位460的选项。
45.如这些实例所示,目前描述的方法和系统可以同时形成并填充容器,并且可再现地以及精确地控制容器中的最终产品液位。然而,应当理解,本技术可以与其他容器制造方法结合使用,例如挤出吹塑模制、一级式注射拉伸吹塑模制和注射吹塑模制,并且可以与多种容器材料一起使用,这些容器材料包括例如热塑性塑料、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、pet/pen共混物或共聚物,并且各种多层结构可适于制造塑料容器并结合本文中描述的原理使用。尽管本公开设想了pet容器的生产,但是应当理解,其他聚烯烃材料(例如聚乙烯、聚丙烯、聚酯等)以及多种其他塑料可以使用本技术进行加工。
46.提供这些实施方式的实例,使得本公开将是全面的,并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。本文中阐述了许多具体的细节,例如具体部件、装置和方法的实例,以提供对本公开的实施方的全面的理解。对本领域技术人员将显而易见的是,不需要采用具体的细节,示例性实施方式可以以许多不同的形式呈现,并且不应解释为限制本公开的范围。在一些实施方式中,公知的工艺、公知的装置结构以及公知的技术未详细地描述。在本技术的范围内,可以对一些实施方式、材料、成分和方法进行等效的改变、修改和变化,并具有基本上类似的结果。
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