用於製造和填充薄壁飲料容器的方法和設備的製作方法

2023-10-05 23:18:04 4

專利名稱：用於製造和填充薄壁飲料容器的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造或填充薄壁的和/或在熱作用下至少部分形狀不穩定 的飲料容器的方法以及設備。
背景技術：
在無菌填充飲料時，公知飲料容器頂端空間內所包含的空氣例如通過加入液態氮 排出，正如EP 0481019B1所公開的那樣。利用加入液態氮儘可能將容器內所含有的氧氣排 出，由此可以達到更好保存飲料的目的。此外，在將飲料熱填充到PET容器內時，對於材料的熱穩定性和容器的真空穩定 性來 說是一種可通過不同措施消除的挑戰。PET的熱穩定性由於約75°C的低熔點，這對一 般情況下在85°C到92°C的溫度範圍內填充的敏感製品的填充溫度來說不夠。因此該材料 通常在拉伸吹塑機上加工時必須熱結晶。這一點通過加工的預成型坯料的高溫(所謂的預 成型溫度)和加熱的吹塑模具(120°C至160°C )實現。但這樣做導致明顯更高的能耗，因 為在這些方法中，容器在脫模之前需要藉助壓力氣體進行附加冷卻。另一個缺點是由於模 具內必要的結晶時間而限制了排料效率。例如由WO 2006/062829A2所公開的那樣，補償由於冷卻造成的填充物的體積收 縮可以通過相當複雜的瓶子結構實現。這種適用於可熱填充的瓶子與冷填充容器的傳統結 構相比，製造時明顯更加複雜並因此明顯更加昂貴。但鑑於高的和將來進一步提高的原料 價格越來越不經濟，熱填充的優點通過更高的瓶子重量而喪失。此外，具有真空補償面的瓶 子很難貼標籤和與此同時部分明顯降低了堆裝能力。出於這一原因，JP 06263190A公開了一種用於熱填充薄壁容器的方法，其中容器 穩定性在通過加入液態氮的冷卻階段後得到保證，因為其膨脹與通過容器內裝物冷卻的收 縮過程相反作用。

發明內容
與此相比，本發明的優先目的在於，提供一種用於容器製造和填充的過程，該過程 從預成型坯料出發通過吹塑變形成為飲料容器以及對容器熱填充，可以保證得到改進、盡 可能可靠和節能地提供填充的飲料容器。在此方面的主要注意力在於，通過容器的後續填 充以及處於容器內的填充物的冷卻，保證與吹塑模具的容器輪廓儘可能小的形狀偏差。該目的在一種具有獨立的權利要求1特徵的方法得以實現，即預成型坯料和由其 成型的容器在吹塑成型期間充入基本上低於110°C的吹塑模具溫度。特別有利是，吹塑模具 溫度基本上低於100°C。經過大量實驗證明特別適用的吹塑模具的溫度處於80至90°C的 範圍內。吹塑成型後冷卻容器和特別是容器底部，然後將容器送去填充。容器大致冷卻到 常見的環境溫度(約室溫或以下)。為了使瓶子在熱填充的液態填充物冷卻後不會過強收 縮，容器在填充後加氮。此外需要注意的是，吹塑模具溫度調整到110°C以下、優選在60至 95°C之間、特別優選在80至90°C之間。
根據本發明的方法的一種優選方案，吹塑模具通過通道系統由液態恆溫介質通 流，該恆溫介質特別是基本上由水構成。為了這種恆溫介質基本上可以使用水，只要吹塑模 具溫度不超過100°c。吹塑模具通常在吹塑機的中心通過軟管與中央分配器連接。恆溫介 質流動的孔網穿過吹塑模具。(每個吹塑站的)每兩個吹塑模具作為介質輸送和返回的兩 個連接管。該介質根據本發明在低於110°c的溫度範圍內在這種大面積的孔迷宮中將熱量 傳遞到吹塑模具上。吹塑模具的底部正常情況下具有用於以其他溫度進行第二循環的單獨 的連接管。底部溫度優選為低於30°c，儘可能優選低於10°C。根據本發明的方法的一種特別的優點在於，該方法可以在100°C以下的溫度下利用作為吹塑模具恆溫介質的水工作，而不是像所公開的現有技術中那樣通常採用130至 140°C的油工作。也就是說，該方法可以有利地利用水，而不是油作為恆溫介質工作。在一種傳統的所謂Hotfill方法中，採用約130°C的吹塑模具溫度和約90°C的填 充物溫度工作。在此方面，拉伸的PET在吹塑過程中被壓向熱模具壁，以便從材料中釋放出 應力，從而PET瓶在與熱填充物進行接觸時在靠後的時間點上不能再縮回到未拉伸的預製 形狀(預成型)。根據在這種情況下形成的材料結構也稱為去應力的PET。與現有技術所公開的這種方法相反，本發明僅允許最大110°C、優選約80至 90 0C (在填充物溫度同樣約90°C時)的吹塑模具溫度，使拉伸的PET內仍保持固有應力，以 便可以在後面利用氮加壓時更好地壓縮。此外有利是，容器在無緩衝器或暫時儲存器的中間連接下直接在吹塑過程後輸送 到填充過程。這一點首先用於為瓶子或容器儘可能產生相同的條件(吸潮、冷卻)。也就是 說，吹塑機與填充機之間不使用緩衝器，而是每個瓶子以相同的時間轉移到填充機。瓶子在 這種中間存放的運輸系統中最好保持相同分配。吹塑機與填充機之間恆定的運輸時間在使 用緩衝器的情況下不能得到保證。根據本發明的方法特別的優點是，瓶子質量可以保持在一種非常恆定的水平上， 因為在一定程度上始終保證相同的收縮範圍並因此始終保證恆定的填充高度。此外，容器 成型和容器填充的步驟優選但不一定非得需要的結構、時間和過程技術合併的優點是，對 正常的過程運行所有重要的參數比傳統方法中更容易保持恆定或以所要求的方式影響。根據本發明的方法用於對薄壁的和/或在熱作用下至少部分形狀不穩定的飲料 容器、特別是PET瓶或這類耐熱性低的容器填充液態的熱填充物，將該熱填充物填充到容 器內，然後向其充入壓力氣體並隨後封閉。根據本發明，容器在吹塑成型過程後供給到填充 過程，從而吹塑成型過程後仍熱的容器無大延遲需要時可以利用對瓶子進行冷卻的運輸系 統輸送到填充過程。因此容器在短行程上特別是通過將吹塑站與後置的填充站在構造和/ 或結構上集成來吹塑、輸送和以熱液體進行填充。根據本發明方法的一種實施方式，將容器在吹塑成型過程期間藉助液體冷卻和/ 或利用液體衝洗的拉伸杆處理和拉伸。可以選擇容器在吹塑成型過程期間藉助氣體冷卻和 /或利用氣體衝洗的拉伸杆處理和拉伸。在這種情況下，液體或氣體的排放基本上在指向所 要成型容器底部的拉伸杆端側上進行。按照這種方式，基本上容器的底部得到冷卻，側壁也 儘可能地得到冷卻，但更重要的是冷的底部。根據該方法，作為已填充容器的壓力氣體使用氣態或液態氮。氮起到容器內冷卻 後不出現低壓的作用，從而相對薄壁的和/或彎曲柔軟的容器不會通過低壓以不希望的方式變形。填充物典型地以大於60°C的溫度、特別是大於75°C的溫度填充到容器內。根據本 發明的方法特別適用於約80°C到95°C之間、特別是約85°C到92°C之間的液態填充物的填 充溫度。容器填充液態填充物後加入壓力氣體的填充壓力可以約為2bar或者更高，從而冷 卻容器的內部過壓在小於4°C的填充物溫度時仍大於大氣環境壓力，這一點相當於瓶子存 放在冰箱裡。本發明的另一個目的在於，提供一種用於容器製造和填充的設備，該設備從預成 型坯料中藉助吹塑變形製成飲料容器以及利用對其熱填充，可以保證得到改進、儘可能可 靠和節能提供填充的飲料容器。該目的利用一種具有獨立權利要求18的特徵得以實現。本發明涉及一種容器處 理設備，用於成型和/或製造薄壁的和/或在熱作用下至少部分形狀不穩定的飲料容器、例 如PET瓶或這類耐熱性低的容器，以及用於其無菌填充液態的熱填充物。容器處理設備至 少包括用於藉助吹塑成型法將預成型坯料變形為飲料容器的容器成型站、用於向容器填充 液態熱填充物的容器填 充站、用於向已填充的容器充入壓力氣體的充氣站、以及用於壓力 密封和空氣密封地封閉容器的封閉裝置。根據本發明的容器處理設備，容器成型站由用於 將預成型坯料拉伸吹塑成從塑料容器的吹塑站構成，其中，吹塑站包括具有用於以恆溫介 質通流的通道系統的吹塑模具，以及其中恆溫介質基本上通過水形成。吹塑模具在此方面 例如在吹塑機的中心通過軟管與中央分配器連接。恆溫介質流動的孔網穿過吹塑模具。每 個吹塑站的通常存在的兩個吹塑模具具有用於介質輸送和返回的兩個連接管。該介質在這 種大面積的孔迷宮中將熱量傳遞到吹塑模具上，而且是在低於110°C，最好低於100°C的溫 度範圍內。底部正常情況下具有用於以其他溫度進行繼續恆溫介質循環的單獨連接管。底 部溫度優選為低於30°C，進一步優選低於10°C。這種構成的一個特別優點在於，在根據本 發明的設備上可以在100°C以下的溫度下利用作為吹塑模具恆溫介質的水工作，而在現有 技術中則考慮在130至140°C下僅將油作為恆溫介質。根據本發明設備的一種實施方式，容器成型站和容器填充站結構上、空間上和/ 或者設計上一體化。在根據本發明的設備中，容器成型站最好通過用於將預成型坯料拉伸 吹塑成塑料容器的吹塑站形成，與該吹塑站連接空間和/或結構合併的容器填充站。在根據本發明的容器處理設備的另一種實施方式中，吹塑站具有液體或氣體冷卻 和/或利用氣體吹洗的拉伸杆，其中，用於排出液體或氣體的口基本上設置在拉伸杆對著 所要成型的容器底部的端側上。根據本發明的設備特別是可以構成為用於以集成過程連續進行容器成型和容器 填充的循環機。利用本發明提供一種與公知的方法相比在主要觀點上得到進一步開發和改進的 用於熱填充的方法。熱填充一如既往在典型的溫度範圍內進行，該溫度範圍大多允許處於 約85°C到92°C之間。為補償熱填充的液體冷卻時出現的體積收縮，採用加壓工作。加壓目 前通過添加氮實現，因為在PET瓶的大量試驗中這種加氮證明是特別有利。熱填充加壓得 到改進的工藝可以使熱填充時使用的工藝在某些觀點上進行修改，由此提供新的方案。結 果是拉伸吹塑和填充技術新的工藝要求。為了補償或者削弱填充溫度下拉伸PET出現的回 縮效應，在根據本發明的方法中，容器不是通過瓶子的熱結晶，而是通過加壓產生穩定。也就是說，加壓附加用於體積補償，也用於機械穩定性。這樣做的優點是，不再需要材料的熱 結晶並可以採用常規的吹塑技術工作。本發明既涉及容器、例如像PET瓶的製造，也涉及其 填充。PET瓶熱填充並加壓，其中，吹塑模具溫度典型地在10至110°C、優選在60至95°C、 且特別優選在80至90°C之間調整。優選的溫度範圍在80°C至90°C之間。
如果吹塑站與填充站之間利用吹塑成型容器的緩衝器工作，那麼有利是，可以將 在緩衝器內停留時間過長的這種容器甩出，因為停留時間過長時PET內的絕大部分內應力 下降，但在與已填充、充入氣體和冷卻的瓶子儘可能小的收縮的相互聯繫上是確定並應避 免ο最後需要指出的是，通過單個容器處理站的結構集成以及通過藉助本發明確定的 過程步驟，為向容器內無菌填充飲料形成一種特別好的特性。


從以下本發明的優選實施方式的詳細說明得出本發明的其他特徵、目的和優點， 該實施方式作為不受限制的舉例使用並參照附圖。相同的部件在此方面原則上具有相同的 附圖標記並部分未反覆解釋。其中圖1示出用於說明容器內熱填充飲料時連續方法步驟的示意流程圖；圖2示出在使用拉伸杆情況下吹塑成型的PET容器的示意剖面圖。
具體實施例方式圖1的示意流程圖示出預成型坯料變形成容器和隨後飲料熱填充到容器內時的 連續方法步驟。所示的方法可以使薄壁的和在熱作用下至少部分形狀不穩定的飲料容器或 PET瓶無菌進行填充。這種PET瓶利用液態的熱飲料填充，然後將瓶子充入作為壓力氣體的 氮並隨後封閉。在第一方法步驟Sl中，預成型坯料10藉助吹塑成型過程變形成飲料容器12，其在 後面的方法步驟S2中藉助適當的填充裝置14被填充熱飲料16。吹塑成型過程後仍熱的容 器12以受到控制的方式冷卻並此後輸送到填充過程S2。容器12在短行程上特別是通過將 吹塑站與後置的填充站在構造和/或結構上集成來吹塑、輸送和以熱液體16進行填充。在 此方面有利的是，在這種相互聯繫上需要注意瓶子12保持相同分配，這樣有益於保證恆定 的填充和收縮條件。構造和/或結構的集成也可以稱為吹塑機和填充機的「封閉」。在後面的方法步驟S3中，處於容器12上部區域內的空氣藉助加注液態或氣態氮 被排出，由此同時可以保證液體16冷卻後容器12的機械穩定性。在後面的方法步驟S4中，填充熱液體16和充入液態或壓力下液化的壓力氣體18 的容器12利用封閉蓋20進行封閉。容器12封閉後壓力氣體18緩慢蒸發，其中，瓶子內的 壓力上升。按照這種方式填充的容器12在冷卻階段和需要時暫時儲存後可以輸送進行包 裝和/或輸送到庫房。作為壓力氣體18在方法步驟S3中特別是可以使用氣態或液態氮(N2)。氮起到容 器12內冷卻後不出現低壓的作用，從而相對薄壁的和/或柔軟易彎曲的容器12不會由於 低壓而以不希望的方式變形。形成填充物的液體典型地以大於75°C的溫度填充到容器12 內。所介紹的方法特別適用於所要填充的飲料的填充溫度在約85°C到92°C之間。容器12填充液體16後充入的壓力氣體18的充入壓力約為2bar或者更高，從而冷卻容器12的內 部過壓略高於大氣的環境壓力。圖1中採用附圖標記8標註出容器處理設備，該設備以結構集成的方式包括實施 上述方法步驟Sl至S4所需的處理單元，這一點通過環繞加工單元的框表示。因此容器處 理設備8包括至少一個用於預成型坯料10藉助吹塑成型法變形成飲料容器12的容器成型 站(方法步驟Si)、具有用於對容器12填充熱液體16的填充裝置14的容器填充站(方法 步驟S2)、用於對已填充的容器12充入壓力氣體18的充氣站(氮；方法步驟S3)和用於利 用封閉蓋20壓力和空氣密封地封閉容器12的封閉裝置(方法步驟S4)。根據所介紹的本 發明的實施例，容器成型站和容器填充站構造和/或結構以所介紹的方式集成，由此達到 容器12在容器處理站之間受控的冷卻。這樣做特別的優點是，容器12以可精確控制的方式 收縮，由此可以保持儘可能恆定的填充高度。此外，通過容器處理設備8結構集成可以取得 衛生方面的優點，因為在容器成型與填充之間非常短的行程上，可以明顯降低汙染的危險。圖2的示意縱剖面圖示出容器藉助吹塑模具22並沿預成型坯料10或容器12的 縱向延伸方向運動的拉伸杆24成型的一種實施方式變動方案。多件式的吹塑模具22具有 本身公知的結構，包括至少兩個殼式部分以及可以因此夾緊的底部件26和頭部件28，底部 件26和頭部件28用於固定在成型過程期間的預成型坯料10以及已成型的容器12。正如 前面已經提到的那樣，在根據本發明的容器處理方法中，預成型坯料10或容器12在吹塑成 型過程期間以藉助液體或氣體冷卻的方式和/或者利用拉伸杆24處理和拉伸。液體或氣 體基本上在拉伸杆24的指向所要成型容器12底部 30的端側上排出。按照這種方式，基本 上僅容器12的底部30得到冷卻，而側壁34則可以保持吹塑成型過程期間出現的高溫。本發明並不局限於上述實施例。確切地說，可以設想大量的變型和變化，它們由根 據本發明的設想使用並因此同樣屬於保護範圍。附圖標記8容器處理設備10預成型坯料12 容器14填充裝置16液體、飲料18壓力氣體20封閉蓋22吹塑模具24拉伸杆26底部件28頭部件30 底部32 端側34 側壁Sl第一方法步驟S2第二方法步驟
S3第三方法步 驟S4第四方法步驟
權利要求
用於製造和填充薄壁的和/或在熱作用下至少部分形狀不穩定的飲料容器(12)的方法，特別是製造和填充PET瓶或這類耐熱性低的容器(12)的方法，其中，所述容器(12)通過對預成型坯料(10)吹塑成型製成，隨後利用液態的熱填充物(16)填充，然後充入壓力氣體(18)並隨後封閉，其特徵在於，所述預成型坯料(10)和由其成型的容器(12)在所述吹塑成型期間被施加基本上低於110℃、特別是低於100℃、優選約80至100℃範圍內、特別優選80至90℃範圍內的吹塑模具溫度。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述吹塑模具通過通道系統由液態恆溫介質通 流，所述恆溫介質特別是基本上由水構成。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述吹塑成型過程後仍熱的所述容器(12) 在通向填充過程的輸送行程上被冷卻。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，所述容器(12)直接在所述吹塑成 型後被供給到所述填充過程。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，所述容器(12)中的至少單個容器 在所述吹塑成型之後和所述填充之前至少暫時儲存在緩衝儲存器內。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其中，所述容器(12)在短行程上特別是 通過將吹塑站與後置的填充站在構造和/或結構上集成來吹塑、輸送和以熱液體(16)進行 填充。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其中，在吹塑成型過程期間藉助液體冷卻 的和/或利用液體衝洗的拉伸杆(24)或者藉助氣體冷卻的和/或利用氣體衝洗的拉伸杆 (24)處理和拉伸所述容器(12)。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，液體或氣體的排放基本上在所述拉伸杆(24)的 指向所要成型的所述容器(12)的底部(30)的端側(32)上進行。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其中，將氣態或液態的氮用作壓力氣體 (18)。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其中，將液態的所述填充物(16)以大於 60°C的溫度、特別是大於75°C的溫度填充到所述容器(12)內。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的方法，其中，具有所引入壓力氣體(18)的填 充壓力高於2bar。
12.容器處理設備(8)，用於成型和/或製造薄壁的和/或在熱作用下至少部分形狀不 穩定的飲料容器(12)、例如成型和/或製造PET瓶或這類耐熱性低的容器(12)，以及用於 對所述容器(12)無菌填充液態的熱填充物(16)，所述容器處理設備至少包括下列組件和/ 或模塊_容器成型站，用於藉助吹塑成型法將預成型坯料(10)變形為飲料容器(12)，-容器填充站，用於向所述容器(12)填充液態的熱填充物(16)，-充氣站，用於向已填充的所述容器(12)充入壓力氣體(18)，以及-封閉裝置，用於壓力密封地和空氣密封地封閉所述容器(12)，其特徵在於，所述容器成型站由用於將所述預成型坯料(10)拉伸吹塑成塑料容器 (12)的吹塑站構成，其中，所述吹塑站包括吹塑模具，所述吹塑模具具有用於以恆溫介質通 流的通道系統，並且其中，所述恆溫介質基本上由水構成。
13.根據權利要求12所述的設備，其中，將所述容器成型站和所述容器填充站在構造 上、空間上和/或結構上集成或組裝在一起。
14.根據權利要求12或13所述的設備，其中，所述吹塑站具有液體冷卻的或氣體冷卻 的拉伸杆(24)，其中，用於液體排出或氣體排出的口基本上布置在所述拉伸杆(24)的指向 所要成型的所述容器(12)的底部(30)的端側(32)上。
15.根據權利要求12至14中任一項所述的設備，將所述設備構造成用於以集成過程連 續進行容器成型和容器填充的循環機。
全文摘要
公開了一種用於製造和填充薄壁飲料容器的方法和設備，和/或用於製造和填充在熱作用下至少部分形狀不穩定的飲料容器(12)的方法和設備，其中，容器(12)通過對預成型坯料(10)吹塑成型製成，隨後利用液態的熱填充物(16)填充，然後充入壓力氣體(18)並隨後封閉。預成型坯料(10)和由其成型的容器(12)在吹塑成型期間被施加基本上低於110℃的吹塑模具溫度。從而可以保證得到改進、儘可能可靠和節能地提供填充的飲料容器。
文檔編號B65B31/02GK101863309SQ20101012964
公開日2010年10月20日 申請日期2010年3月8日 優先權日2009年3月6日
發明者約亨·希爾迪納 申請人:克羅內斯股份公司