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CN102089142B - 用于包装液体食品的方法和设备 - Google Patents

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CN102089142B
CN102089142B CN200980126279.5A CN200980126279A CN102089142B CN 102089142 B CN102089142 B CN 102089142B CN 200980126279 A CN200980126279 A CN 200980126279A CN 102089142 B CN102089142 B CN 102089142B
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Abstract

本发明涉及一种将预定体积的饮料输送到由定位在模具中的加热的预成型件形成的热塑容器中的方法，其特征在于，该方法包括将至少一些饮料喷射到预成型件的凹部中以便促进该预成型件在模具内部膨胀的步骤，该模具限定容器的形状，在该喷射步骤期间引入的饮料的体积至少等于所述预定体积，并且该方法还包括吸出被引入的所述体积的饮料的一部分，直至容器中剩余的饮料的体积大致等于所述预定体积的步骤。

Description

用于包装液体食品的方法和设备
技术领域
本发明涉及制造由聚合物材料、尤其是聚酯制成的容器的领域。更特别地，本发明涉及制造容纳液体、优选水并且尤其是矿泉水的聚酯瓶、优选聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶的领域。
背景技术
多年来，市场上通常见到的PET瓶是利用压缩空气通过对PET预成型件进行吹塑或拉伸吹塑制造而成的。
预成型件通常具有在其一端封闭而在其相对端开口的圆柱形管的形状。预成型件的开口端对应于容器的颈部。在由预成型件制造容器的常规过程期间，预成型件被滑动到连续输送链的圆柱形支架上，该连续输送链从而将该预成型件传输通过基本由在各侧由辐射加热装置限定边界的直线部分形成的烤炉，以便为随后的拉伸吹塑步骤调节塑料的温度。
热的预成型件然后被取下并被传输到吹塑机的模具中。例如由移送臂执行的传输运动与吹塑机的运动协调一致，该吹塑机通常以旋转式传送带的形式进行生产，该旋转式传送带围绕其竖直轴线连续旋转并且在其周边承载一系列的相同模具。因此，在模具被打开并且先前形成的容器被移除之后，预成型件被立即放置在该模具中。
该预成型件被预先加热，以便以高于玻璃化转变温度(大约100℃)的温度位于模具中，以使其能够通过拉伸吹塑而成形。在加热步骤结束时预成型件的温度稍高于吹塑机的模具内所需的温度，以便考虑到经过在加热点与吹塑点之间存在的距离发生的冷却。由于同时存在数个模具，这种吹塑机可以非常高的速率、大约每个模具每小时1000到2000个瓶、即大约每小时数万单位生产容器。
拉伸吹塑通过以下操作进行：使用金属杆进行拉伸并且喷射压强为3到40巴(3×105Pa到4×106Pa)的空气。该空气通过喷嘴被喷射，喷嘴的端部被引入预成型件的头部的开口中。
一般来说，然后施加在被喷射的饮料上的压力高，这是因为工业过程需要高速率。通常的实践是引入容器的饮料的体积高于容器的显示体积，只要其能够使内容物最终具有大于规定体积的体积，而相反情况是不可能的。
但是，这种情况几乎不令人满意，这是因为对于制造者而言食品损失了，并且被容纳的体积值与此体积的真实性之间的匹配每瓶之间都缺乏精确性。
发明内容
鉴于此，本发明所解决的技术问题是提出一种以简单且经济上可接受的方式保证规定体积的填充类型的工业过程。
为此，申请人提出一种将预定体积的饮料成分输送到由定位在模具中的加热的预成型件(例如大致圆柱形的预成型件)形成的热塑容器中的方法，该方法包括将至少一些饮料成分喷射到预成型件的凹部中以便促进该预成型件在模具内部膨胀的喷射步骤，该模具限定容器的形状，在该喷射步骤期间引入的饮料成分的体积至少等于所述预定体积，并且另外，该方法包括吸出被引入的饮料成分的所述体积的一部分直至容器中剩余的饮料成分的体积大致等于所述预定体积的吸出步骤。
这样限定的方法使得可在集成工业过程中确保针对由模具所限定的容器类型的预期体积。
吸出步骤优选利用抽吸泵和体积传感器执行。喷射步骤优选利用加压致动器和体积传感器执行。
优选地，该喷射步骤包括通过拉伸杆纵向拉伸所述预成型件的子步骤，所述拉伸杆是中空的，并且该吸出步骤包括经由所述中空的拉伸杆吸出一些饮料。
这具有该方法以集成方式实施的优点。
有利地，该方法包括使在吸出步骤期间被吸出的饮料的至少一部分再循环的步骤。
该再循环可在喷射回路中执行，从而使得饮料损失最少。
根据一个实施例，该吸出步骤包括利用真空泵进行抽吸。
有利地，该喷射步骤包括经由中空的拉伸杆喷射至少一些饮料的子步骤，所述中空的拉伸杆设计成拉伸热塑性预成型件并且连接到饮料入口。
根据优选特征，同一拉伸杆用于喷射饮料成分以及用于吸出所述体积的饮料成分的一部分。
根据可与先前特征相组合的一个特征，中空的拉伸杆具有适配的轮廓(adapted profile)，以使得在经由中空的拉伸杆喷射至少一些饮料的步骤期间饮料中的湍流最小。
所述轮廓可包括内部轮廓、外部轮廓或者内部轮廓与外部轮廓的组合。本领域技术人员应理解，表面的特征被适配，并且它们防止形成湍流。
在0.2s的时间内以大约500ml的量喷射饮料。适配的轮廓使湍流最小，从而使得可以获得更加稳定的过程，工作范围更宽。
优选地，利用钟形填充头执行喷射。
这使得可以减少热塑性容器的颈部破裂的危险，这是因为在喷射步骤期间该颈部承受高压。
根据一个有利的方面，拉伸杆设计成使得其内部体积被优化，以便饮料体积的所述部分减小。
优选地，饮料体积的所述部分减小为颈部的内部体积。
根据一个实施例，喷射步骤包括通过拉伸杆的内部以及通过拉伸杆周围的孔口喷射至少一些饮料的步骤。
实际上，还有利地，喷射步骤包括喷射第一饮料成分的步骤以及喷射第二饮料成分的步骤。在这些情况下，从工业观点考虑尤其有利的，饮料的最终制备仅在瓶中发生。
最有利的解决方案是，第一饮料成分的喷射包括通过拉伸杆内部进行喷射，第二饮料成分的喷射包括通过拉伸杆周围的孔口进行喷射。
本发明还涉及一种将预定体积的饮料输送到由定位在模具中的大致圆柱形的加热的预成型件形成的热塑性容器中的设备，其特征在于，该设备包括用于将至少一些饮料喷射到预成型件的凹部中以便促进该预成型件在模具内部膨胀的装置，该模具限定容器的形状，在喷射步骤期间引入的饮料的体积至少等于所述预定体积，并且另外，该设备包括用于吸出被引入的所述体积的饮料的一部分直至容器中剩余的饮料的体积大致等于所述预定体积的装置。
有利地，此设备可包括适于以单独或组合方式执行该方法的各个预期步骤的装置。
附图说明
下面将参照涉及示例性实施例的附图详细描述本发明。
图1示出适于利用本发明进行工作的设备的总体图。
图2示出本发明的重要方面。
图3示出在本发明中使用的钟形喷嘴尾端件。
图4示出根据本发明的应用的一个示例的矿泉水瓶的形成的监视结果。
具体实施方式
这里作为示例给出的实施例涉及用于由加热的预成型件制造PET矿泉水瓶的过程。该预成型件具有在其下端部封闭的圆柱形管的形状。该预成型件的开口头部对应于瓶的喉部或颈部，封闭盖旋拧在该喉部或颈部上。
参照图1，拉伸杆10插入压缩空气致动器15中。拉伸杆10总体上由与凸轮相关联的空气致动器控制，该空气致动器使该拉伸杆进行纵向移动(由箭头表示)。还可使用拉伸马达。
压缩空气致动器15包括用于控制喷射头18的缸17，拉伸杆10穿过该缸17。喷射头18连接到放置在模具(未示出)中的PET预成型件的颈部20上，该预成型件在膨胀之后具有矿泉水瓶的形状，此形状由模具的壁确定。
该致动器包括三个腔室，上部的两个腔室15a和15b填充有压缩空气。在这两个上部腔室之间，活塞壁19在平行于拉伸杆的方向上滑动(此位移由箭头表示)。拉伸杆10通过此壁19的中心。
压缩空气致动器还包括用于饮料、这里为矿泉水的横向入口30，该横向入口30连接到致动器的第三腔室15c，该第三腔室是底部腔室。饮料经由管路32被供给。
外部矿泉水入口经由该管路32的远端部将液体供给到第一阀34中，该第一阀34连接到单腔室填充缸40的开口，该缸40包括由填充马达控制的活塞42(活塞42的运动由箭头指示)。此马达使活塞在填充缸40的单个腔室中进行纵向移动。
在管路32上存在第二阀36，该第二阀36依次位于第一阀34以及填充缸40的开口之后。管路32然后达到压缩空气致动器15的底部腔室15c。
压缩空气致动器的底部腔室15c被用于控制填充头18的缸17穿透，缸17的内部体积通过压缩空气致动器15的下部出口出现在填充头18中。控制缸具有横向开口25，该横向开口25允许饮料在致动器的底部腔室和控制缸内部之间循环。
拉伸杆10本身穿过控制缸17，直至填充头18和瓶预成型件的颈部20。
参照示出可选择实施例的图2，加压致动器100增加饮料供给管路110中的饮料的压力。体积传感器120允许监视喷射通过管路110的体积。饮料被引入喷嘴130中。
拉伸杆140被沿喷嘴130的轴线引入。
抽吸泵150附接到经由体积传感器连接到喷嘴130的管路170。
喷嘴130定位成面对模具(未示出)，将要膨胀并且被填充饮料、这里为矿泉水的PET预成型件被定位在该模具中。在膨胀阶段之后，形成PET水瓶180。
参照图3，示出根据优选实施例的钟形喷嘴尾端件500。由于喷嘴中存在连接预成型件的颈部的圆周的任一侧的体积的通路505，因此在该圆周的任一侧上(即在颈部的外表面510上以及在颈部的内表面520上)的内部压力和外部压力相同。在填充期间，由在预成型件上的凸缘530提供密封。由于此设备，不存在当通过喷嘴喷射加压流体时预成型件的颈部发生变形的危险。
根据另一个实施例，喷嘴尾端件以如下方式保持预成型件的颈部的外表面510，即，当经由喷嘴顶部将加压流体喷射到预成型件的凹部中时，该流体施加在预成型件的颈部的内壁520上的压力通过钟形喷嘴尾端件的壁的保持被补偿。因此，尽管压力很高，但是预成型件的颈部不变形。
图4示出拉伸杆的位置101以及用于控制矿泉水向膨胀的预成型件的流入的填充致动器的位置102随时间的变化。
水平轴代表时间，左手侧竖直轴代表拉伸杆的位置，右手侧竖直轴代表被引入膨胀的预成型件的水的体积，该体积与填充致动器的位置成比例。
根据优选实施例，在该过程的从0至250ms的第一部分期间，拉伸杆以基本恒定的速率前进。
但是，根据另一个实施例，在该过程的第一阶段110、尤其从0至150ms期间，拉伸杆由于正加速而以增加的速度前进。在该过程的从150ms至250ms的第二阶段115期间，拉伸杆以负加速前进，速度降低直至在250ms处变为零。但是，应理解，速度的改变必须足够缓和，以确保热塑性塑料的规则和可靠拉伸。
在该过程开始之后的250ms(附图标记103)，拉伸杆达到其最终位置Pf，从该位置起该拉伸杆不再移动。
在相同时刻，填充致动器已向膨胀的预成型件中引入体积为V1的矿泉水。从该过程开始起(因此在0ms和250ms之间)引入的体积逐渐增加，流率逐渐增加(填充致动器移位加速)。
在此后直至320ms的、构成该过程的第三阶段120的时段期间，被引入的水的总体积是恒定的，流率不变。接下来，在40ms的时段内该体积突然减小一小部分(大约4％)。
从此时刻起，被引入的总体积稳定于大约值V2，在经过数次振荡之后达到该值，被引入的液体的流率为零。
在该过程开始之后的450ms(附图标记104)起的很短时间之后，填充致动器到达最终位置，从该最终位置起该填充致动器不再移动。此时，已向膨胀的预成型件中引入体积为V2的矿泉水。体积V2大于体积V1，但是小于体积V1的两倍。
在使用所述设备的方法期间，预先使得预成型件的温度达到在50℃和130℃之间的或甚至在75℃和100℃之间的值。在优选实施例中，此值为95℃，使用的塑料是PET。
杆具有在0.5和3.0m/s之间的或甚至在1.0和5m/s之间的速度。在优选实施例中，此值为1.6m/s。
预先使得饮料的温度达到在1℃和120℃之间的、优选在10℃和90℃之间的值。在优选实施例中，此值为30℃。
热塑性塑料的纵向拉伸比在2和5之间或甚至在2.5和4之间。在优选实施例中，此值为3.5。
热塑性塑料的径向拉伸比在2和7之间或甚至在3和4.5之间。在优选实施例中，此值为4。
热塑性塑料选自包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚氯乙烯以及它们的组合的组。在优选实施例中，该热塑性塑料为PET。
模具的温度至少比热塑性塑料的熔点低50℃，在PET的情况下熔点为230℃。优选地，维持此温度低于100℃。在优选实施例中，模具的温度等于环境温度。
当然，本发明并不局限于所描述的并由附图示出的实施例；相反，其可延伸到在权利要求的范围中本领域技术人员可想到的所有变型。

Claims (16)

1.一种将预定体积的饮料成分输送到由定位在模具中的加热的预成型件形成的热塑性容器中的方法，其特征在于，该方法包括将至少一种饮料成分喷射到预成型件的凹部中以便促进该预成型件在模具内部膨胀的喷射步骤，该模具限定容器的形状，在该喷射步骤期间引入的饮料成分的体积大于所述预定体积，并且该方法还包括吸出被引入的饮料成分的所述体积的一部分直至容器中剩余的饮料成分的体积大致等于所述预定体积的吸出步骤。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述喷射步骤包括通过拉伸杆纵向拉伸所述预成型件的子步骤，所述拉伸杆是中空的，并且所述吸出步骤包括经由所述中空的拉伸杆吸出一些饮料成分。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述方法包括使在所述吸出步骤期间被吸出的饮料成分的至少一部分再循环的再循环步骤。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述吸出步骤包括利用真空泵进行抽吸。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述喷射步骤包括经由中空的拉伸杆喷射至少一种饮料成分的子步骤，所述中空的拉伸杆设计成对热塑性预成型件进行拉伸并且连接到饮料入口。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，同一拉伸杆用于喷射饮料成分以及用于吸出饮料成分的所述体积的一部分。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，所述中空的拉伸杆具有适配的轮廓，以使得在经由所述中空的拉伸杆喷射至少一些饮料成分的步骤期间液体中的湍流最小。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述轮廓包括内部轮廓。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于，所述轮廓包括外部轮廓。
10.根据权利要求1或2或5至8中任一项的方法，其特征在于，利用钟形填充头执行喷射。
11.根据权利要求2或6至8中任一项的方法，其特征在于，拉伸杆设计成使得该拉伸杆的内部体积被优化，以便饮料成分体积的所述部分减小。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，饮料成分体积的所述部分减小为颈部的内部体积。
13.根据权利要求1或2或5至8中任一项的方法，其特征在于，所述喷射步骤包括通过拉伸杆的内部以及通过拉伸杆周围的孔口喷射至少一种饮料成分的步骤。
14.根据权利要求1或2或5至8中任一项的方法，其特征在于，所述喷射步骤包括喷射第一饮料成分的步骤以及喷射第二饮料成分的步骤。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，第一饮料成分的喷射包括通过拉伸杆内部进行喷射，第二饮料成分的喷射包括通过拉伸杆周围的孔口进行喷射。
16.一种将预定体积的饮料成分输送到由定位在模具中的大致圆柱形的加热的预成型件形成的热塑性容器中的设备，其特征在于，该设备包括用于将至少一种饮料成分喷射到预成型件的凹部中以便促进该预成型件在模具内部膨胀的装置，该模具限定容器的形状，在喷射步骤期间引入的饮料成分的体积大于所述预定体积，并且该设备还包括用于吸出被引入的饮料成分的所述体积的一部分直至容器中剩余的饮料成分的体积大致等于所述预定体积的装置。
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