CN105383734B - 成形灌装机和用于成型并灌装容器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及成形灌装机和用于成型并灌装容器的方法。一种成型并灌装塑料容器的方法，所述方法用于通过使塑料预制体在中空模具中膨胀而形成塑料容器并且用于将基本上为液体的产品或者将所述产品的至少液体或固体组分灌装到所述中空模具中的所述塑料容器中，其中，所述产品在各所述塑料容器至少部分地插有拉伸杆或灌装颈的情况下被灌装到所述塑料容器中，其中，根据本发明，在灌装工序的最后，所述拉伸杆或所述灌装颈的***深度被调整为使得被所述拉伸杆或所述灌装颈取代的所述产品的体积与预定的期望缺量对应。

Description

成形灌装机和用于成型并灌装容器的方法
技术领域
本发明涉及一种成形灌装机(form fill machine)和用于成型并灌装塑料容器的方法。更准确地说，本发明涉及通过使塑料预制体在中空模具中膨胀而形成为塑料容器并且将基本上为液体的产品或者将产品的至少液体或固体组分灌装到中空模具中的塑料容器中的方法，其中，产品在各塑料容器至少部分地插有拉伸杆或灌装颈(filler neck)的情况下被灌装到塑料容器中。
背景技术
已知能够对预制体进行拉伸吹塑成型工序来制造塑料容器。
除了利用压缩空气对容器充气，EP 1529620 B1说明了一种将预制体液压成型为塑料瓶的方法。为此，首先对预制体加热，然后将预制体输送到中空模具，在中空模具中沿长度方向拉伸预制体。另外，在超压状态下引入矿泉水(mineral water)等以建立最终的容器形状。矿泉水被保留在容器中，以省去随后的单独的灌装步骤。
US 2011/0031659 A1还说明了包括借助于拉伸杆来拉伸加热了的预制体的步骤以及接下来借助于不可压缩的流体(特别是水)使该预制体液压膨胀的步骤，由此形成容器。接下来，借助于压缩空气使流体被转移并离开容器。
当拉伸杆还被用于灌装产品或者当为了灌装的目的而在容器中引入灌装颈时，拉伸杆或灌装颈取代(移开)一定体积的已灌装产品。结果，在灌装工序的最后从容器中移除拉伸杆或灌装颈时，灌装高度会下降。除了最终灌装高度会偏离期望灌装高度这一事实之外，由于在***拉伸杆或灌装颈的情况下，较少量的已灌装产品就已经足以达到最大容许灌装高度，因此缺量会比期望的要大。因此，产生了液体产品的最终灌装高度可能改变，特别是最终灌装高度可能比期望的灌装高度低的问题。
发明内容
本发明的目的是以有利的方式进一步改善已知的用于成型并灌装塑料容器的装置和方法，使得能够以可能的最大精度来调整最终灌装高度。
利用根据方案1的成形灌装机实现此目的。本发明的优选实施方式在从属方案中进行限定。
本发明涉及用于通过使塑料预制体在中空模具中膨胀而形成塑料容器并且用于将基本上为液体的产品或者将产品的至少液体或固体组分灌装到中空模具中的塑料容器中的方法，产品在各塑料容器至少部分地插有拉伸杆或灌装颈的情况下被灌装到塑料容器中。根据本发明，调整拉伸杆或灌装颈的***深度以使得在灌装工序的最后被拉伸杆或灌装颈取代的产品的体积与预定的期望缺量相对应。
借助于根据本发明的方法，能够精确地调整最终灌装高度。
就成型且灌装容器的工序而言，与在功能上被定义为可压缩流体的气体相反，液体以及溶有二氧化碳等的液体在功能上被定义为不可压缩的流体。
拉伸杆可以被构造为使塑料预制体被拉伸从而接触中空模具的底部。拉伸杆可以包括能够供流体(特别是产品)流入塑料容器或流出塑料容器的开口。可选地，流体和产品能够分别与拉伸杆独立地被灌装到塑料容器中。在本方法中可以省去拉伸杆的使用。接下来可以借助于灌装颈灌装产品。
拉伸杆或灌装颈的***深度与塑料容器的预成型颈部区域的上边缘和拉伸杆或灌装颈的下端之间的距离对应。这里，“下”是指面对塑料容器的底部的一端。缺量是在灌装工序中的最大容许灌装高度(特别是塑料容器的上边缘或塑料容器的已预成型颈部区域的下边缘)与产品的灌装高度之间的容积。因此，期望缺量是期望的灌装高度和最大容许灌装高度之间的容积。通常使用气体(例如空气)来灌装缺量。期望灌装高度和期望缺量是预定值。通常期望能够使缺量最小化。
当产品的预定期望量已经被灌装到塑料容器中时，认为完成了灌装工序。
能够调整拉伸杆和灌装颈的***深度，特别地，能够以时间相关方式调整拉伸杆和灌装颈的***深度，以使得在灌装工序中的任何时刻，实际灌装高度都不会超过塑料容器的预定最大容许灌装高度。因此，能够可靠地防止产品溢出。
在灌装工序中，至少在某个时刻(特别是在最后)能够达到最大灌装高度。特别地，这解决了当借助于产品来成型塑料容器时所产生的问题，也就是在任何时刻产品没有超过期望灌装高度，产品有可能不足的问题。期望灌装高度通常在塑料容器的颈部区域下方(某些情况下期望灌装高度在塑料容器的颈部区域下方很多)，并且如果没有超过该期望灌装高度，可能会使该容器在肩部区域不完全地成型。
在灌装工序中，***深度可以保持不变，也可以仅在灌装工序的最后通过从塑料容器中移除拉伸杆或灌装颈而使得***深度改变。由于没必要调整***深度，该方法非常简单。当在灌装工序的最后被拉伸杆或灌装颈取代的体积没有超过期望缺量时，并且只要拉伸杆或灌装颈的***部分的体积合计比最大灌装高度给定的容积小，该方法就是可能的。在这些情况下，尽管没有改变拉伸杆或灌装颈的***深度，也能够防止溢出。
在产品的整个灌装工序中，拉伸杆或灌装颈可以至少部分地被浸渍。由于防止了飞溅，这允许产品被均匀地灌装。
在整个灌装工序中，随着灌装高度的上升，拉伸杆或灌装颈的***深度能够减小，特别地，能够以拉伸杆或灌装颈至少部分地浸渍在产品中的方式减小。
***深度的减小能够连续地发生或者在不连续的步骤中发生。
特别地，拉伸杆或灌装颈的***深度可以减少，以使得被拉伸杆或灌装颈取代的产品的体积不增大，并特别地保持为相等或减少。
如上所述，如果拉伸杆或灌装颈的***深度随着灌装高度增大而减小，则能够在不超过最大灌装高度的情况下灌装总量为大量的产品。另外，由于已经被灌装的并且被容纳在塑料容器的下部的产品中产生较少的液流和气泡，因此能够更均匀地执行灌装。
能够基于预定值和/或灌装高度计的测量值来调整拉伸杆或灌装颈的***深度。
该些预定值可以包括基于***深度的拉伸杆或灌装颈的体积、容器容积、容器高度、容器形状、期望缺量、产品的期望量、灌装速度和/或最大容许灌装高度。可以通过这些值来确定***深度。当考虑灌装速度时，特别地，还能够以时间相关方式来调整***深度。
灌装高度计能够确定实际灌装高度或者与例如最大容许灌装高度和/或期望灌装高度的基准值相比的相对灌装高度。例如，可以提供闭环控制单元，其能够比较实际灌装高度和期望灌装高度(特别是在整个灌装工序中)，由此，基于该比较，能够调整***深度以使得不超过最大期望灌装高度，和/或在整个灌装工序中，拉伸杆或灌装颈至少部分地浸渍在产品中，和/或在灌装工序的最后拉伸杆或灌装颈精确地取代期望缺量。
与方法相关的上述概念、特征以及上述优点也可以应用到下面说明的根据本发明的成形灌装机。
根据本发明的成形灌装机包括至少一个处理站，所述处理站用于通过使塑料预制体在中空模具中膨胀而形成塑料容器并且用于将基本上为液体的产品或者将所述产品的至少液体或固体组分灌装到所述中空模具中的所述塑料容器中，其中，所述成形灌装机包括用于调整拉伸杆或灌装颈在所述塑料容器中的***深度的调整单元。根据本发明，所述调整单元被构造成使得，在灌装工序的最后，所述拉伸杆或所述灌装颈的所述***深度被调整为使得被所述拉伸杆或所述灌装颈取代的所述产品的体积与预定的期望缺量对应。
调整单元可以被构造为用于使拉伸杆或灌装颈沿着行程同时地被保持和移动(特别是不连续地或连续地移动)。调整单元可以例如包括凸轮和/或具有夹具的铰接臂。调整单元可以包括例如伺服马达的驱动器，驱动器被构造为能够移动拉伸杆或灌装颈并且能够以这种方式调整***深度。调整单元，特别是驱动器，可以是(例如通过控制和/或闭环控制单元)可控的。可选地或附加地，调整单元可以被构造成用于手动调整***深度。
所述调整单元可以被调整为使得在所述灌装工序中的任何时刻，所述塑料容器中的实际灌装高度将不超过最大容许灌装高度。
所述成形灌装机可以包括控制和/或闭环控制单元，其中所述控制和/或闭环控制单元被构造成使得，控制用于调整所述拉伸杆的所述***深度的所述调整单元，特别地，以时间相关方式控制用于调整所述拉伸杆的所述***深度的所述调整单元。
所述控制和/或闭环控制单元可以控制所述调整单元，特别地，使得在所述灌装工序中的任何时刻，所述塑料容器中的实际灌装高度将不超过最大容许灌装高度。
所述控制和/或闭环控制单元可以控制所述调整单元，使得随着灌装高度的上升，所述拉伸杆或所述灌装颈的所述***深度将减小，特别地，所述***深度将以所述拉伸杆或所述灌装颈在整个所述灌装工序中至少部分地浸渍在所述产品中的方式减小。
所述控制和/或闭环控制单元可以被构造为基于预定值和/或灌装高度计的测量值来控制所述调整单元。
附图说明
下面将参照示例图对其他特征和优点进行说明，其中
图1示出了成形灌装机的非等比例示意图；
图2示出了成形灌装机的处理站的非等比例示意图；
图3示出了在灌装工序中的第一时刻，在拉伸杆处于拉伸位置的情况下，容器的非等比例示意图；
图4示出了在灌装工序中的第二时刻，容器的非等比例示意图；
图5示出了在灌装工序中的第三时刻，容器的非等比例示意图；
图6示出了在灌装工序的最后，在拉伸杆或灌装颈被移除之后，容器的非等比例示意图；
图7示出了在灌装成型工序中的某个时刻的容器的非等比例示意图；以及
图8示出了在灌装工序的最后，在拉伸杆或灌装颈被移除之前，容器的细节的非等比例示意图。
具体实施方式
图1示出了用于成型并灌装塑料容器2的成形灌装机1。通过形成塑料预制体3并借助于膨胀来获得容器。各单独的塑料预制体在对应的处理站5中完成上述步骤。成形灌装机包括安装有处理站并且在操作时在转动方向4a上连续转动的转盘4。各处理站包括中空模具6，在中空模具6中塑料容器成型并被灌装上产品。塑料预制体在炉7中被加热并且借助于进给星形轮8输送到对应的处理站，在处理站处塑料预制体被引入中空模具。在成型并灌装之后，塑料容器借助于排出星形轮9从对应的中空模具中移除。
图2示出了处理站5的侧视图。在该图中示出了阀单元的阀头11以及阀单元相对于中空模具6的行程11a。中空模具6包括模具部件6a至6c。中空模具由模具载体10保持，特别地由多部件模具载体保持。中空模具被打开以引入塑料预制体以及移除塑料容器(如图2中的箭头所示)，中空模具被闭合以进行成型和灌装工序。另外，该图示出流体或吹风喷嘴12。图2还示出拉伸杆13以及拉伸杆相对于阀单元的行程13a，通过将拉伸杆13朝向中空模具的底部向下***塑料预制体，从而借助于拉伸杆13将塑料预制体拉伸到期望长度(对应于完工的塑料容器的高度)。拉伸杆设置有用于分别进给和/或取出成型流体和产品的开口13b。用于成型流体的进给线路14和用于产品的进给线路15均可以可选地设置阀门(这里未示出)。该图示出了均可以可选地包括阀门的各种取出线路(也就是，用于成型流体的液压取出线路、在灌装过程中用于容器内部的气动取出线路17以及在灌装过程中用于中空模具和容器的外部的气动取出线路18。本图中示出的处理站还包括介质分配器19(例如，用于处理站的接合转动分配器)和用于成型流体的压缩机20。该图还示出了用于拉伸杆的调整单元30，借助于调整单元30对行程13a以及拉伸杆的***深度进行调整。另外，示出了可选地设置的控制和/或闭环控制单元28，其经由数据链路31与调整单元连通。此外，示出了可选地设置的灌装高度计29，其经由数据链路32与控制和/或闭环控制单元通信。
图3至图6示出如下情形：塑料容器2已经利用拉伸杆成型并且用于该成型的成型流体已经被从塑料容器中移除。这种情况下，拉伸杆被用于灌装成型流体以及拉伸塑料容器。由于没有必要首先移除拉伸杆然后再引入灌装颈，因此拉伸杆有利地也用于灌装目的。
图3至图5表示在方法实施的时间的不同的连续的时刻。图6表示在根据本发明的方法最后之后的时刻，此时拉伸杆被从容器中移除。在根据本发明的方法的过程中，拉伸杆13被向下引入到中空模具的底部以拉伸预制体，并且在成型步骤之后仍保持在该位置并被用于灌装产品21。在灌装高度26上升的同时拉伸杆的***深度减小。这里拉伸杆的***深度由控制单元控制(这里未示出)由调整单元自动调整(这里也未示出)。塑料容器2的形状、待灌装的产品的量以及灌装速度被预定为控制单元(这里也未示出)中的参数，从而可以在不使用灌装高度计的情况下执行***深度的时间相关的调整。这种情况下，在整个灌装工序中拉伸杆被浸渍在产品中。
可选地，闭环控制单元也可以基于灌装高度的测量值来控制***深度。在整个灌装工序中，拉伸杆不需要被浸渍在产品中。该方法还可以用灌装颈代替拉伸杆来执行，特别是在成型步骤中已经省去拉伸杆的使用的情况。
图3示出了已经完全成型的瓶形式的塑料容器2，拉伸杆13被朝瓶的底部向下***到瓶中。这里示出的拉伸杆的***深度23由瓶的上边缘33和拉伸杆13的下边缘之间的距离决定。线26指示了产品在瓶中的实际灌装高度。线27指示了最大容许灌装高度，线35指示了期望灌装高度。在最大容许灌装高度27和期望灌装高度35之间存在高度差别36。
在图4中拉伸杆13被调整为具有比图3中的***深度浅的***深度23。另外，相比于图3，灌装的产品的量较大，因此实际灌装高度26上升，但实际灌装高度26仍然在期望灌装高度35下方。
在图5中，拉伸杆13的***深度23甚至比图3和图4的***深度浅。而且，实际灌装高度26此时上升到期望灌装高度35上方，但仍然在最大容许灌装高度27下方。
在图6中示出了灌装工序最后之后以及拉伸杆13被移除后的时刻(这不再是根据本发明的方法的一部分)，这里产品具有期望灌装高度35，即期望缺量25保持在高度36的区域。
类似地，上述原则还可应用于其他实施方式(也就是产品被用于成型塑料容器、然后根据供给的产品的量并且在供给产品所用的压力下得到容器的时间相关的形状和时间相关的容积的情形)。为了完成容器的完全成型，当预定最大容许灌装高度处于容器的已预成型的颈部区域时是有利的，因此产品成型瓶的整个肩部区域。图7示出该方法的一时刻，其附图标记与前面的图所用的附图标记对应。
图8示出插有灌装颈22的瓶颈部的放大图。在该图示中，成型和灌装工序已完成。这里示出的情形还应用于上述两个方法的最后，在该情形中塑料容器中***的是拉伸杆而不是灌装颈。由灌装颈取代的产品的体积24与预定期望缺量25对应。应该考虑到灌装颈的内部是中空的，因此将仅由灌装颈的壁取代产品，特别是在灌装工序的最后灌装颈完全为空的时候。在整个灌装工序中，灌装颈的***深度23可以已经与图8中的***深度对应，或者可以在灌装工序中从初始较大的***深度减小。
显然地，上述实施方式中提到的特征并不限于上述特定的组合，而是也可以为任意其他组合。

Claims (11)

1.一种成型并灌装塑料容器的方法，所述方法用于通过使塑料预制体（3）在中空模具（6）中膨胀而形成塑料容器（2）并且用于将基本上为液体的产品（21）或者将所述产品（21）的液体或固体组分灌装到所述中空模具（6）中的所述塑料容器（2）中，
其中，所述产品（21）在各所述塑料容器（2）至少部分地插有拉伸杆（13）或灌装颈（22）的情况下被灌装到所述塑料容器（2）中，
其特征在于，
在灌装工序的最后，所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）的***深度（23）被调整为使得被所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）取代的所述产品（21）的体积（24）与预定的期望缺量（25）相对应；并且
所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）的所述***深度（23）基于灌装高度计（29）的测量值被调整，或者
所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）的所述***深度（23）基于预定值和灌装高度计（29）的测量值被调整。
2.根据权利要求1所述的成型并灌装塑料容器的方法，其特征在于，所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）的所述***深度（23）被调整为使得在所述灌装工序中的任何时刻，所述塑料容器（2）中的实际灌装高度（26）都不超过最大容许灌装高度（27）。
3.根据权利要求2所述的成型并灌装塑料容器的方法，其特征在于，所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）的所述***深度（23）以与时间相关的方式被调整。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的成型并灌装塑料容器的方法，其特征在于，随着灌装高度（26）的上升，所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）的所述***深度（23）将减小。
5.根据权利要求4所述的成型并灌装塑料容器的方法，其特征在于，
所述***深度（23）将以所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）在整个所述灌装工序中至少部分地浸渍在所述产品（21）中的方式减小。
6.一种成形灌装机（1），其包括至少一个处理站（5），所述处理站（5）用于通过使塑料预制体（3）在中空模具（6）中膨胀而形成塑料容器（2）并且用于将基本上为液体的产品（21）或者将所述产品（21）的液体或固体组分灌装到所述中空模具（6）中的所述塑料容器（2）中，
其中，所述成形灌装机（1）包括用于调整拉伸杆（13）或灌装颈（22）在所述塑料容器（2）中的***深度（23）的调整单元（30），
其特征在于，
所述调整单元（30）被构造成使得，在灌装工序的最后，所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）的所述***深度（23）被调整为使得被所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）取代的所述产品（21）的体积（24）与预定的期望缺量（25）相对应；并且
所述成形灌装机包括控制单元，其中所述控制单元被构造成使得，控制用于调整所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）的所述***深度（23）的所述调整单元（30）；并且
所述控制单元被构造为基于灌装高度计（29）的测量值来控制所述调整单元（30），或者
所述控制单元被构造为基于预定值和灌装高度计（29）的测量值来控制所述调整单元（30）。
7.根据权利要求6所述的成形灌装机，其特征在于，所述控制单元被构造成使得以与时间相关的方式控制用于调整所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）的所述***深度（23）的所述调整单元（30）。
8.根据权利要求6所述的成形灌装机，其特征在于，所述调整单元（30）被调整为使得在所述灌装工序中的任何时刻，所述塑料容器（2）中的实际灌装高度（26）都不超过最大容许灌装高度（27）。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的成形灌装机，其特征在于，所述控制单元控制所述调整单元（30），使得随着灌装高度（26）的上升，所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）的所述***深度（23）将减小。
10.根据权利要求9所述的成形灌装机，其特征在于，所述控制单元为闭环控制单元。
11.根据权利要求9所述的成形灌装机，其特征在于，
所述***深度（23）将以所述拉伸杆（13）或所述灌装颈（22）在整个所述灌装工序中至少部分地浸渍在所述产品（21）中的方式减小。
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