專利名稱：用于包裝液體食品的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造由聚合物材料、尤其是聚酯制成的容器的領域。更特別地，本發(fā)明 涉及制造容納液體、優(yōu)選水并且尤其是礦泉水的聚酯瓶、優(yōu)選聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET) 瓶的領域。
背景技術：
多年來，市場上通常見到的PET瓶是利用壓縮空氣通過對PET預成型件進行吹塑 或拉伸吹塑制造而成的。預成型件通常具有在其一端封閉而在其相對端開口的圓柱形管的形狀。預成型 件的開口端對應于容器的頸部。在由預成型件制造容器的常規(guī)過程期間，預成型件被滑動 到連續(xù)輸送鏈的圓柱形支架上，該連續(xù)輸送鏈從而將該預成型件傳輸通過基本由在各側由 輻射加熱裝置限定邊界的直線部分形成的烤爐，以便為隨后的拉伸吹塑步驟調節(jié)塑料的溫度。熱的預成型件然后被取下并被傳輸?shù)酱邓軝C的模具中。例如由移送臂執(zhí)行的傳輸 運動與吹塑機的運動協(xié)調一致，該吹塑機通常以旋轉式傳送帶的形式進行生產，該旋轉式 傳送帶圍繞其豎直軸線連續(xù)旋轉并且在其周邊承載一系列的相同模具。因此，在模具被打 開并且先前形成的容器被移除之后，預成型件被立即放置在該模具中。該預成型件被預先加熱，以便以高于玻璃化轉變溫度(大約100°C )的溫度位于模 具中，以使其能夠通過拉伸吹塑而成形。在加熱步驟結束時預成型件的溫度稍高于吹塑機 的模具內所需的溫度，以便考慮到經過在加熱點與吹塑點之間存在的距離發(fā)生的冷卻。由 于同時存在數(shù)個模具，這種吹塑機可以大約每小時數(shù)萬單位、即大約每個模具每小時1000 到2000個瓶的非常高的速率生產容器。拉伸吹塑通過以下操作進行使用金屬桿進行拉伸并且噴射壓強為3到40巴 (3X 105! 到4X IO6Pa)的空氣。該空氣通過噴嘴被噴射，噴嘴的端部被引入預成型件的頭 部的開口中。通過噴射加壓空氣制造的瓶具有令人比較滿意的壽命。但是，PET的內在性能和 特性、尤其是在被拉伸期間會結晶的獨特性意味著可通過修改容器制造過程來獲得更好的 結果。特別地，已知高結晶度意味著更好的機械強度。本發(fā)明使得可以在正常運輸、分配和消費期間延長容器的平均壽命。還可通過優(yōu) 化生產步驟并且最小化生產線內損失使工業(yè)生產過程加速。本發(fā)明優(yōu)選一般應用于聚酯類別，并且尤其應用于PET。

發(fā)明內容
因此，鑒于上文提出的情況，申請人提出一種將預定體積的飲料輸送到由加熱的 預成型件形成的熱塑性容器中的方法，該預成型件例如大致為圓柱形并且被定位在模具 中，該方法包括將至少一些飲料噴射到預成型件的凹部中以便促進該預成型件在模具內部膨脹的噴射步驟，該模具限定容器的形狀，在給定時段期間進行的拉伸桿的縱向位移確保 所述加熱的預成型件縱向拉長，所述拉伸桿在該給定時段結束時固定不動，并且在所述給 定時段結束時在所述凹部中存在體積大于所述預定體積的50%的一定體積的飲料。此方法使得可以提高獲得的容器的品質。一般地，當拉伸停止時瓶填充活塞已經 到達其總行程的一半以上的條件是用于防止瓶在模具中爆裂的必要條件。根據一個有利特征，在所述給定時段結束時在凹部中存在體積大于該預定體積的 75%的一定體積的飲料。與通過常規(guī)的拉伸吹塑方法使用氣態(tài)流體來使容器膨脹而獲得的容器相比，使用 此方法獲得的容器具有更好的特性。實際上，已發(fā)現(xiàn)，對于給定重量以及給定類型的材料， 它們具有較長的壽命。通過根據本發(fā)明的方法獲得的容器的結晶度、即結晶相的質量與聚 合物的質量的比值可尤其高得多。根據一個實施例，位移和噴射由計算機輔助制造設備控制。可替換地或者任選地相組合地，位移和噴射由凸輪控制。根據一個有利特征，在所述預先加熱步驟期間，使得預成型件的溫度在50°C和 130°C之間，或甚至在75°C和100°C之間。優(yōu)選地，在所述位移期間達到的拉伸桿的速度在0. 5和3. Om/s之間，或甚至在1 和2. 5m/s之間。根據優(yōu)選特征，在噴射步驟期間，一定體積的飲料具有在1°C和120°C之間的溫 度，或甚至在10°c和90°C之間的溫度。優(yōu)選地，在噴射步驟開始和結束之間測量的預成型件的縱向拉伸比在2和5之間， 或者在2. 5和4之間。此外，根據一個實施例，在噴射步驟開始和結束之間測量的預成型件的徑向拉伸 比在2和7之間，或甚至在3和4. 5之間。應強調，本發(fā)明尤其好地應用于如下情況，在該情況中，熱塑性塑料選自包括聚對 苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚氯乙烯以及它們的組 合的組。優(yōu)選地，所述方法還包括預先氣體噴射步驟，以便促進所述預成型件膨脹，使得預 成型件的體積達到預定體積的預先限定部分、有利地為70%。有利地，在該預先氣體噴射步驟之后為飲料噴射步驟，以便促進所述預成型件膨 脹，直至該預成型件達到所述預定體積。這是因為，空氣不能像飲料那樣能夠冷卻經受膨脹的熱塑性塑料。因此，這些特性 具有提供更穩(wěn)定的方法以及實現(xiàn)該方法的更寬范圍的優(yōu)點。根據一個有利特征，預先使得該模具達到比熱塑性塑料的熔點低至少50°C的溫度。另外，根據本發(fā)明的方法還包括將封閉蓋裝配到容器上的隨后步驟。在此情況下，噴射至少一些飲料的步驟包括噴射已向其中預先引入氣體的一定體 積的飲料，以便在封閉蓋被裝配之后在容器的頸部中產生過壓力。最后，根據一個方面，桿的縱向位移以恒定速度進行。另外，本發(fā)明通過具有鐘形頭的噴嘴進行，以便減少預成型件的頸部變形的危險。
本發(fā)明還提出一種將預定體積的飲料輸送到由加熱的預成型件形成的熱塑性容 器中的設備，該預成型件例如大致為圓柱形并且被定位在模具中，該設備包括用于將至少 一些飲料噴射到預成型件的凹部中以便促進該預成型件在模具內部膨脹的裝置，該模具限 定容器的形狀；用于使拉伸桿在給定時段內進行縱向位移并且用于縱向拉長該加熱的預成 型件的裝置，該拉伸桿在該給定時段結束時固定不動；以及用于確保在所述給定時段結束 時在所述凹部中存在體積大于所述預定體積的預先限定部分、優(yōu)選50%的一定體積的飲料 的裝置。有利地，此設備可包括適于以單獨或相組合的方式執(zhí)行該方法的各個預期步驟的
直ο


下面將參照涉及示例性實施例的附圖詳細描述本發(fā)明。圖1示出根據現(xiàn)有技術的一個示例的礦泉水瓶的形成的監(jiān)視結果。圖2示出根據本發(fā)明的方法使用的結晶度等級。圖3示出所使用的設備的總體圖。圖4示出根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例的礦泉水瓶的形成的監(jiān)視結果。圖5示出本發(fā)明的另一方面。
具體實施例方式這里作為示例給出的實施例涉及用于由加熱的預成型件制造PET礦泉水瓶的過 程。該預成型件具有在其下端部封閉的圓柱形管的形狀。該預成型件的開口頭部對應于瓶 的喉部或頸部，封閉蓋旋擰在該喉部或頸部上。圖1示出根據現(xiàn)有技術的一個解決方案的拉伸桿的位置1以及經受膨脹的預成型 件中的空氣壓力2隨時間的變化。在此圖中，χ軸代表時間，左側的y軸代表拉伸凸輪的直線位置，右側的y軸代表 經受膨脹的預成型件中的空氣壓力。在此過程的第一階段4期間、尤其在50ms和275ms之間，拉伸桿以基本恒定的速
度沿直線前進。在該過程開始之后320ms處(附圖標記3)，拉伸桿達到其最終位置Pf，該拉伸桿 從該位置起不再移動。在該過程的第一階段的第一部分如期間，預成型件中的空氣壓力2最初等于大氣 壓力1 并且一直保持到該過程開始之后150ms，在該過程開始之后200ms處該壓力增大至 大氣壓力的大約1.4倍。在該過程的第一階段的第二部分4b期間，再持續(xù)100ms，即直到該過程開始之后 300ms，壓力保持恒定。在該過程的第二階段5期間，壓力以大致恒定的升高速率迅速升高，直至450ms， 此時該壓力等于大氣壓力的大約8倍。從此時開始，膨脹預成型件中的壓力稍微降低，但仍維持在大小為大氣壓力的8
倍的量級。
此外，并且不希望受到任何科學理論的束縛，已知聚酯預成型件為非晶的，并且拉 伸同時導致結晶化和放熱反應?，F(xiàn)在，放熱對于結晶度的發(fā)展是有害的。參照圖2，因此通過拉伸桿執(zhí)行第一拉伸，產生結晶化和放熱，并且在不可壓縮流 體被引入時，該不可壓縮流體吸收被放出的熱并且使最終容器中獲得的結晶度的平衡點朝 優(yōu)選在30%和35%之間的高的值偏移。使用以下方法在Lloyd-Davenport密度柱中測量結晶度。該柱填充有具有密度梯 度的含鹽的(硝酸鈣)溶液。用具有在1.335和1.455之間的已知密度的球校準此柱。接 下來，將根據本發(fā)明的容器的小碎片浸入該柱，在經過一定時間之后，這些小碎片穩(wěn)定在該 柱的對應于一定密度的一定高度處。該測量在23°C進行。附圖中的表給出了結晶度。參照圖3，拉伸桿10插入壓縮空氣致動器15中。拉伸桿10由拉伸馬達控制，該拉 伸馬達使該拉伸桿進行縱向移動(由箭頭示出)。壓縮空氣致動器15包括用于控制噴射頭18的缸17，拉伸桿10穿過該缸17。噴 射頭18連接到放置在模具(未示出)中的PET預成型件的頸部20上，該預成型件在膨脹 之后具有礦泉水瓶的形狀，此形狀由模具的壁確定。該致動器包括三個腔室，上部的兩個腔室1 和1 填充有壓縮空氣。在這兩個 上部腔室之間，活塞壁19在平行于拉伸桿的方向上滑動(此位移由箭頭表示)。拉伸桿10 通過此壁19的中心。壓縮空氣致動器還包括用于飲料、這里為礦泉水的橫向入口 30，該橫向入口 30連 接到致動器的第三腔室15c，該第三腔室是底部腔室。飲料經由管路32被供給。外部礦泉水入口經由此管路32的遠端部將液體供給到第一閥34中，該第一閥34 連接到單腔室填充缸40的開口，該缸40包括由填充馬達控制的活塞42 (活塞42的運動由 箭頭指示)。此馬達使活塞在填充缸40的單個腔室中進行縱向移動。在管路32上存在第二閥36，該第二閥36依次位于第一閥34以及填充缸40的開 口之后。管路32然后達到壓縮空氣致動器15的底部腔室15c。壓縮空氣致動器的底部腔室15c被用于控制填充頭18的缸17穿透，缸17的內部 體積通過壓縮空氣致動器15的下部出口出現(xiàn)在填充頭18中。控制缸具有橫向開口，該橫 向開口允許飲料在致動器的底部腔室和控制缸內部之間循環(huán)。拉伸桿10本身穿過控制缸17，直至填充頭18和瓶預成型件的頸部20。圖4示出拉伸桿的位置101以及用于控制礦泉水向膨脹的預成型件的流入的填充 致動器的位置102隨時間的變化。水平軸代表時間，左手側豎直軸代表拉伸桿的位置，右手側豎直軸代表被引入膨 脹的預成型件的水的體積，該體積與填充致動器的位置成比例。根據優(yōu)選實施例，在該過程的從0至250ms的第一部分期間，拉伸桿以基本恒定的 速率前進。但是，根據另一個實施例，在該過程的第一階段110、尤其從0至150ms期間，拉伸 桿由于正加速而以增加的速度前進。在該過程的從150ms至250ms的第二階段115期間， 拉伸桿以負加速前進，速度降低直至在250ms處變?yōu)榱?。但是，應理解，速度的改變必須?夠緩和，以確保熱塑性塑料的規(guī)則和可靠拉伸。在該過程開始之后的250ms (附圖標記10 ，拉伸桿達到其最終位置Pf，從該位置起該拉伸桿不再移動。在相同時刻，填充致動器已向膨脹的預成型件中引入體積為V1的礦泉水。從該過 程的開始(因此在Oms至250ms之間)引入的體積逐漸增加，流率逐漸增加(填充致動器 移位加速)。在此后直至320ms的、構成該過程的第三階段120的時段期間，被引入的水的總體 積是恒定的，流率不變。接下來，在40ms的時段內該體積突然減小一小部分(大約4% )。從此時刻起，被引入的總體積穩(wěn)定于大約值V2,在經過數(shù)次振蕩之后達到該值，被 引入的液體的流率為零。在該過程開始之后的450ms (附圖標記104)起的很短時間之后，填充致動器到達 最終位置，從該最終位置起該填充致動器不再移動。此時，已向膨脹的預成型件中引入體積 為V2的礦泉水。體積V2大于體積V1,但是小于體積V1的兩倍。在使用所述設備的方法期間，預先使得預成型件的溫度達到在50°C和130°C之間 的或甚至在75°C和100°C之間的值。在優(yōu)選實施例中，此值為85°C。通常，基于瓶在模具中沒有爆裂這一事實，瓶被限定為具有高品質。所進行的測試顯示，如果在主動拉伸結束時瓶在物理上還沒達到其最終體積的 50 %，則不可能完整地形成瓶。在使用所述設備的方法期間，預先使得預成型件的溫度達到在50°C和130°C之間 的或甚至在75°C和100°C之間的值。在優(yōu)選實施例中，此值為95°C，使用的塑料為PET。桿具有在0. 5和3. Om/s之間的或甚至在1. O和5m/s之間的速度。在優(yōu)選實施例 中，此值為1.6m/s。預先使得飲料的溫度達到在1°C和120°C之間的、優(yōu)選在10°C和90°C之間的值。在 優(yōu)選實施例中，此值為30°C。熱塑性塑料的縱向拉伸比在2和5之間或甚至在2. 5和4之間。在優(yōu)選實施例中， 此值為3. 5。熱塑性塑料的徑向拉伸比在2和7之間或甚至在3和4. 5之間。在優(yōu)選實施例中， 此值為4。熱塑性塑料選自包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙 烯、聚乳酸、聚氯乙烯以及它們的組合的組。在優(yōu)選實施例中，該熱塑性塑料為PET。模具的溫度至少比熱塑性塑料的熔點低50°C，在PET的情況下熔點為230°C。優(yōu) 選地，維持此溫度低于100°c。在優(yōu)選實施例中，模具的溫度等于環(huán)境溫度。參照圖5，示出根據優(yōu)選實施例的鐘形噴嘴尾端件500。由于噴嘴中存在連接預成 型件的頸部的圓周的任一側的體積的通路505，因此在該圓周的任一側(即在頸部的外表 面510上以及在頸部的內表面520上)的內部壓力和外部壓力相同。在填充期間，由在預 成型件上的凸緣530提供密封。由于此設備，不存在當通過噴嘴噴射加壓流體時預成型件 的頸部發(fā)生變形的危險。根據另一個實施例，噴嘴尾端件以如下方式保持預成型件的頸部的外表面510， 即，當經由噴嘴頂部將加壓流體噴射到預成型件的凹部中時，該流體施加在預成型件的頸 部的內壁520上的壓力通過鐘形噴嘴尾端件的壁的保持被補償。因此，盡管壓力很高，但是 預成型件的頸部不變形。
當然，本發(fā)明并不局限于所描述的并由附圖示出的實施例；相反，其可延伸到在權 利要求的范圍中本領域技術人員可想到的所有變型。
權利要求
1.一種將預定體積的飲料輸送到由加熱的預成型件形成的熱塑性容器中的方法，所述 預成型件定位在模具中，其特征在于，該方法包括將至少一些飲料噴射到預成型件的凹部 中以便促進該預成型件在模具內部膨脹的噴射步驟，該模具限定容器的形狀，在給定時段 期間進行的拉伸桿的縱向位移確保所述加熱的預成型件縱向拉長，所述拉伸桿在該給定時 段結束時固定不動，并且在所述給定時段結束時在所述凹部中存在體積大于所述預定體積 的50%的一定體積的飲料。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，位移和噴射由計算機輔助制造設備控制。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，位移和噴射由凸輪控制。
4.根據權利要求1至3中任一項的方法，其特征在于，在所述預先加熱步驟期間，使得 預成型件的溫度在50°C和130°C之間。
5.根據權利要求4的方法，其特征在于，在所述預先加熱步驟期間，使得預成型件的溫 度在75°C和100°C之間。
6.根據權利要求1至5中任一項的方法，其特征在于，在所述位移期間達到的拉伸桿的 速度在0.5和3. Om/s之間。
7.根據權利要求1至6中任一項的方法，其特征在于，在所述位移期間達到的拉伸桿的 速度在1和2. 5m/s之間。
8.根據權利要求1至7中任一項的方法，其特征在于，在噴射步驟期間，一定體積的飲 料具有在1°C和120°C之間的溫度。
9.根據權利要求8的方法，其特征在于，在噴射步驟期間，一定體積的飲料具有在10°C 和90°C之間的溫度。
10.根據權利要求1至9中任一項的方法，其特征在于，在噴射步驟開始和結束之間測 量的預成型件的縱向拉伸比在2和5之間。
11.根據權利要求10的方法，其特征在于，在噴射步驟開始和結束之間測量的預成型 件的縱向拉伸比在2. 5和4之間。
12.根據權利要求1至11中任一項的方法，其特征在于，在噴射步驟開始和結束之間測 量的預成型件的徑向拉伸比在2和7之間。
13.根據權利要求12的方法，其特征在于，在噴射步驟開始和結束之間測量的預成型 件的徑向拉伸比在3和4. 5之間。
14.根據權利要求1至13中任一項的方法，其特征在于，熱塑性塑料選自包括聚對苯二 甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚氯乙烯以及它們的組合的 組。
15.根據權利要求1至14中任一項的方法，其特征在于，所述方法包括預先氣體噴射步 驟，以便促進所述預成型件膨脹，使得預成型件的體積達到預定體積的預先限定部分。
16.根據權利要求15的方法，其特征在于，該預先限定部分等于預定體積的70%。
17.根據權利要求15或16的方法，其特征在于，該預先氣體噴射步驟之后為飲料噴射 步驟，以便促進所述預成型件膨脹，直至該預成型件達到所述預定體積。
18.根據權利要求1至17中任一項的方法，其特征在于，預先使得該模具達到比熱塑性 塑料的熔點低至少50°C的溫度。
19.根據權利要求1至18中任一項的方法，其特征在于，所述方法進一步包括將封閉蓋裝配到容器上的隨后步驟。
20.根據權利要求19的方法，其特征在于，噴射至少一些飲料的步驟包括噴射已向其 中預先引入氣體的一定體積的飲料，以便在封閉蓋被裝配之后在容器的頸部中產生過壓 力。
21.根據權利要求1至20中任一項的方法，其特征在于，桿的縱向位移以恒定速度進行。
22.根據權利要求1至21中任一項的方法，其特征在于，所述噴射通過具有鐘形頭的噴 嘴進行，以便減少預成型件的頸部變形的危險。
23.一種將預定體積的飲料輸送到由加熱的預成型件形成的熱塑性容器中的設備，所 述預成型件定位在模具中，其特征在于，該設備包括用于將至少一些飲料噴射到預成型件 的凹部中以便促進該預成型件在模具內部膨脹的裝置，該模具限定容器的形狀；用于使拉 伸桿在給定時段內進行縱向位移并用于縱向拉長該加熱的預成型件的裝置，所述拉伸桿在 該給定時段結束時固定不動；以及用于確保在所述給定時段結束時在所述凹部中存在體積 大于所述預定體積的預先限定部分的一定體積的飲料的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將預定體積(1)的飲料輸送到由加熱的預成型件形成的熱塑容器中的方法和設備，所述預成型件定位在模具中，其特征在于，該方法包括將至少一些飲料噴射到預成型件的凹部中以便促進該預成型件在模具內部膨脹的噴射步驟，該模具限定容器的形狀，在給定時段期間進行的拉伸桿(10)的縱向位移確保加熱的預成型件的縱向拉長，該拉伸桿在該給定時段結束時固定不動，并且在所述給定時段結束時在凹部中存在體積大于該預定體積的預先限定部分、優(yōu)選等于50％的一定體積的飲料。
文檔編號B65B3/02GK102089141SQ200980126278
公開日2011年6月8日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權日2008年7月7日
發(fā)明者F·施麥托, G·肖萬, K·哈特維格 申請人:雀巢產品技術援助有限公司