УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПАКОВКИ ЖИДКОГО ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА
DEVICE FOR PACKING LIQUID FOOD PRODUCT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области производства контейнеров, изготовленных из полимерного материала, главным образом, полиэстера, в частности, к изготовлению бутылок из полиэстера, а предпочтительно - из полиэтилентерефталата (ПЭТ), содержащих жидкость, например минеральную воду, ароматизированный напиток, газированную воду, фруктовый сок или жидкий йогурт.
Уровень техники
В течение многих лет имеющиеся на рынке ПЭТ бутылки обычно изготавливались выдувным формованием или растягивающим выдувным формованием путем растяжения заготовок из ПЭТ сжатым воздухом.
Обычно заготовка имеет форму цилиндрической тубы, закрытой с одного конца и открытой с противоположного конца. Открытый конец заготовки соответствует горлышку контейнера.
При традиционном способе изготовления контейнеров заготовки перемещают на цилиндрических держателях непрерывной конвейерной ленты, которая транспортирует заготовки через печь, образованную по существу граничащими с каждой стороны прямыми секциями из излучающих нагревательных устройств, чтобы обеспечить температурные условие для обеспечения пластичности перед последующим этапом растягивающего выдувного формования.
Затем нагретую заготовку удаляют и помещают в пресс-форму установки для выдувного формования. Перемещение согласовывают с перемещением установки для выдувного формования.
Обычно установка для выдувного формования выполнена в виде конвейерной системы карусельного типа, например, вращающейся карусели, которая непрерывно вращается относительно вертикальной оси и по периферии несет комплект одинаковых пресс-форм.
Заготовку помещают в пресс-форму непосредственно после раскрытия пресс-формы и удаления из нее ранее изготовленного контейнера.
Заготовку заблаговременно нагревают, чтобы она находилась в пресс-форме при температуре выше температуры стеклования (около 100°С) и ее можно было обрабатывать способом растягивающего выдувного формования.
Температура заготовки в конце этапа нагревания с учетом охлаждения, которое происходит на пути между участками нагревания и выдувного формования, несколько выше температуры требуемой в пресс-форме выдувной установки.
Благодаря одновременному наличию нескольких пресс-форм, данная выдувная установка может выпускать контейнеры с очень высокой скоростью, примерно от 1000 до 2000 бутылок в час для одной пресс-формы, т.е. примерно несколько десятков тысяч единиц в час для всей установки.
5
6
Растягивающее выдувное формование осуществляют растяжением с помощью металлического стержня и подачей сжатого воздуха под давлением от 3 до 40 бар (3×10 Па - 4×10 Па). Воздух подается с помощью насадки, конец которой вводят в отверстие головки заготовки.
Только после формирования бутылки используют средства наполнения, которые перемещают до и после наполнения бутылки, что вызывает, в частности, разбрызгивание напитка.
Таким образом, понятно, что используемые устройства на самом деле требуют некоторого вмешательства со стороны оператора на стадии обслуживания, а также при работе, когда требуется регулирование рабочих параметров.
В частности, высокие давления, действующие на напиток, требуют регулярной остановки известных устройств.
Кроме того, после наполнения контейнеры должны быть запечатаны крышкой, или крышкой с резьбой или зажимным скрепляющим колпачком, при этом процесс не может быть полностью автоматизирован, поскольку необходимы средства, внешние по отношению к установке для растягивающего выдувного формования.
Задачей изобретения является создание компактного устройства для последовательной подачи объемов напитка в окончательном виде и при ограниченном числе этапов, которое при работе требует незначительного обслуживания.
Раскрытие изобретения
Указанная задача решена в устройстве для подачи напитка в термопластичный контейнер, образованный из нагретой заготовки, имеющей по существу цилиндрическую или иную форму и расположенную в пресс-форме, при этом устройство содержит впрыскивающее средство для подачи по меньшей мере одного напитка в полость заготовки для содействия ее расширению внутри пресс-формы, определяющей форму контейнера, причем впрыскивающее средство содержит по меньшей мере одну впрыскивающую головку, выполненную с возможностью подачи по меньшей мере одного компонента напитка через устье полости и выполненную за одно целое с пресс-формой, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство фиксации пробки на горлышке контейнера, которое определено устьем полости.
Выполнение впрыскивающей головки за одно целое с пресс-формой предотвращает разбрызгивание напитка, связанное с впрыскивающей головкой в известных устройствах, в которых используют внешнюю впрыскивающую головку, в частности, когда упомянутая головка во время использования подающего устройства подвергается продольному перемещению.
Поскольку устье полости определяет горлышко контейнера, устройство дополнительно содержит средство фиксации пробки на горлышке.
Таким образом, поскольку используемая при изготовлении контейнеров жидкость представляет собой подаваемый в них напиток, устройство согласно изобретению позволяет обойтись без дополнительного этапа наполнения и герметизации контейнера.
В результате этапы изготовления, наполнения и герметизации объединены, и такой этап выполняет встроенное устройство.
Данное решение обладает существенными экономическими преимуществами, а также снижает риски контаминации, в частности бактериальную контаминацию пустого или негерметизированного контейнера.
Предпочтительно впрыскивающая головка расположена так, чтобы обеспечивать возможность работы средства фиксации пробки. В частности, она встроена в устройство наполнения.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения устройство дополнительно содержит средство создания давления в предназначенном для введения объеме напитка.
В частности, средство создания давления содержит насос.
Устройство может также содержать поршень, дополнительно работающий вместе с насосом.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, не исключающему предыдущий вариант, может быть использован центральный резервуар со сжатым воздухом.
Предпочтительно устройство дополнительно содержит установку для дегазирования напитка. Предпочтительно это средство расположено по потоку перед подающим устройством в контуре подачи напитка.
Устройство может содержать средство очистки по меньшей мере одной части пресс-формы. Данное средство позволяет при необходимости удалить попавшие в пресс-форму отходы термопластика или пролитый напиток.
Предпочтительно пресс-форма состоит из основания и двух верхних частей.
Кроме того, предпочтительно устройство дополнительно содержит средство формирования контейнера с помощью воздуха для придания контейнеру конечного объема, и средство повышения внутреннего давления в контейнере посредством напитка.
Следует отметить, что устройство содержит две впрыскивающие головки, каждая из которых образует единое целое с пресс-формой.
Предпочтительно по меньшей мере одна впрыскивающая головка содержит слив, расположенный на конце канала перпендикулярно одной оси полости пресс-формы, причем упомянутый канал соединен с контуром подачи по меньшей мере одной составляющей напитка.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения канал составляет единое целое с верхней частью пресс-формы.
Верхняя часть пресс-формы предпочтительно состоит из двух частей, а канал образован соединением двух сопрягаемых полостей в соответствующей плоскости стыка этих частей.
Наиболее предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна впрыскивающая головка была расположена так, чтобы обеспечивать возможность работы средства фиксации пробки.
Кроме того, верхняя часть пресс-формы имеет по меньшей мере две конфигурации, а впрыскивающая головка составляет единое целое с этой верхней частью, при этом в первой конфигурации верхней части пресс-формы впрыскивающая головка обеспечивает возможность подачи напитка в заготовку, а во второй конфигурации средство фиксации пробки обеспечивает с возможность расположения пробки на горлышке заготовки.
Изобретение относится также к способу промышленного применения устройства согласно изобретению. Данный способ, в частности, включает в себя этап установки колпачка на контейнер перед этапом удаления контейнера из пресс-формы.
Способ может также включать в себя этап очистки по меньшей мере части пресс-формы перед этапом введения заготовки в пресс-форму.
Предпочтительно способ включает в себя этап подачи напитка в термопластичную заготовку, причем подачу осуществляют через впрыскивающую головку, составляющую единое целое с пресс-формой.
Предпочтительно способ дополнительно включает в себя этап формирования контейнера с помощью воздуха для придания контейнеру конечного объема, например, более 70%, следующий за этапом повышения давления, осуществляемого с помощью напитка.
Это вызвано тем, что воздух в отличие от напитка не способен охлаждать расширяющийся термопластик. Таким образом, данная особенность способа позволяет обеспечить более устойчивый процесс расширения и необходимый диапазон рабочих режимов.
Изобретение поясняется чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана общая схема, иллюстрирующая принцип работы установки, реализующей изобретение;
на фиг.2 - устройство для подачи напитка согласно изобретению, в котором заготовка из ПЭТ расположена в пресс-форме, а растягивающий стержень находится в верхнем положении, вид в перспективе в разрезе;
на фиг.3 - устройство для подачи напитка согласно изобретению, в котором растягивающий стержень находится в верхнем положении, другой вид в перспективе в разрезе;
на фиг.4 - устройство для подачи напитка во время этапа укупоривания бутылки, тот же самый вид.
Осуществление изобретения
Приведенный здесь в качестве примера вариант осуществления изобретения относится к изготовлению ПЭТ бутылок для минеральной воды из нагретых заготовок. Заготовка имеет форму цилиндрической тубы, закрытой на ее нижнем конце. Открытая головка заготовки соответствует горлышку бутылки, на которое навинчивается закрывающий колпачок.
Как показано на фиг.1, растягивающий стержень 10 введен в пневматический привод 15. Растягивающим стержнем 10 управляет двигатель, который обеспечивает его продольное перемещение (показанное стрелкой).
Управление растягивающим стержнем осуществляют с помощью сжатого воздуха (привод и кулачок), или с помощью электричества, или в сочетании. Управление с помощью привода является предпочтительным и использовано в предпочтительном варианте осуществления изобретения.
Пневматический привод 15 содержит цилиндр 17, управляющий впрыскивающей головкой 18, через которую проходит растягивающий стержень 10. Впрыскивающая головка 18 соединена с горлышком 20 заготовки из ПЭТ, расположенной в пресс-форме (не показана), причем заготовка после расширения принимает форму бутылки для минеральной воды. Форма бутылки определена стенкой пресс-формы.
Привод содержит три полости, причем две верхние полости 15а и 15b заполнены сжатым воздухом. Между этими двумя верхними полостями в направлении, параллельном растягивающему стержню (перемещение которого показано стрелкой), скользит стенка 19 поршня. Растягивающий стержень 10 проходит через центр данной стенки 19.
Пневматический привод также имеет боковое входное отверстие 30 для напитка (в данном случае минеральной воды), соединенное с третьей полостью 15 с привода, которая является нижней. Напиток подают по трубопроводу 32.
Во входное отверстие для минеральной воды подается жидкость от дальнего конца трубопровода 32 в первый клапан 34, который соединен с входом однокамерного наполняющего цилиндра 40, содержащего поршень 42, управляемый соответствующим двигателем (перемещение которого показано стрелкой). Данный двигатель обеспечивает продольное перемещение поршня в камере наполняющего цилиндра 40.
Перед проходом через первый клапан минеральную воду заблаговременно деаэрируют с помощью расположенной по потоку перед клапаном деаэрационной установки 50 для регулирования воздухонасыщения минеральной воды.
На трубопроводе 32 имеется второй клапан 36, установленный по потоку после первого клапана 34 и входа наполняющего цилиндра 40. Далее трубопровод 32 входит в нижнюю полость 15с пневматического привода 15.
Через нижнюю полость 15с пневматического привода проходит цилиндр 17 для управления впрыскивающей головкой 18, внутренний объем которого выходит через нижнее выходное отверстие пневматического привода 15 во впрыскивающую головку 18. Управляющий цилиндр имеет боковое отверстие, допускающее перетекание напитка между нижней полостью привода и внутренним пространством управляющего цилиндра.
Растягивающий стержень 10 проходит через управляющий цилиндр 17 до наполняющей головки 18 и горлышка 20 заготовки бутылки.
На фиг.2 показана половина пресс-формы 100, причем в верхней части ее полости расположена заготовка 110 из ПЭТ, которая имеет по существу цилиндрическую форму, а в нижней части - дно 102. Вторая половина пресс-формы (не показана) дополняет ее и фиксирует заготовку в закрытой полости, образованной полостями двух половин пресс-формы, причем закрытая полость определяет форму бутылки для напитка.
Следует отметить, что половина пресс-формы 100 содержит нижнюю часть 105 и верхнюю часть 106. Верхняя часть 106 установлена на нижней части посредством двух направляющих 108, образованных выступами на верхней поверхности нижней части 105. Обе направляющие распложены с двух сторон от полости пресс-формы, параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости разъема. Полость пресс-формы в основном расположена в нижней части пресс-формы.
Заготовка 110 содержит уже отформованное горлышко 111, имеющее наружную винтовую резьбу для приема пробки. Горлышко 111 расположено в сужении 109 полости половины пресс-формы, причем сужение 109 выполнено с возможностью фиксации горлышка и имеет форму, ответную форме конечной бутылки. Следует отметить, что сужение 109 находится как раз под верхней поверхностью нижней части пресс-формы и, таким образом, контактирует как с верхней частью 106 пресс-формы, так и с нижней ее частью 105. Винтовая резьба горлышка контактирует со стенкой по существу цилиндрической полости верхней части 106 пресс-формы. Горлышко также имеет фланец 112, расположенный непосредственно на границе между верхней и нижней частями 106 и 105 пресс-формы.
На удлинении горлышка в направлении дна 102 полости заготовка имеет полость (скрыта на фигуре), оканчивающуюся на дне.
Внутренняя поверхность полости пресс-формы выполнена так, что определяет внешнюю форму бутылки для напитка, в данном случае бутылки для минеральной воды. Данная форма включает в себя кольцевые канавки, часть из которых имеет конструктивное или функциональное назначение, например, для обеспечения возможности захвата бутылки пользователем или для обеспечения гибкости при использовании, или с целью удаления бутылки после использования.
В верхней части пресс-формы выполнены два прямых канала 140 и 145 круглого сечения, расположенные соосно и перпендикулярно оси полости пресс-формы, соответствующей оси отформованной бутылки. Оба канала расположены с каждой стороны от верха горлышка заготовки и открыты в верхней части горлышка, так что подаваемая в один или другой из этих каналов жидкость поступает в горлышко заготовки. Следует отметить, что оба канала находятся в плоскости разъема пресс-формы, следовательно, образуются при соединении показанной на чертеже половины пресс-формы с ответной половиной.
Растягивающий стержень 130 расположен вдоль оси растяжения заготовки и полости пресс-формы. В верхней части пресс-формы имеется цилиндрическое отверстие 147, ось которого выровнена с осью заготовки, и которое обеспечивает возможность введения растягивающего стержня в пресс-форму и в полость заготовки до точки контакта конца стержня с дном полости для растяжения заготовки.
Следует отметить, что над горлышком пресс-форма имеет два слива 148 и 149, расположенных на выходе каналов 145 и 140 и обеспечивающих ориентирование впрыскиваемой через соответствующие каналы 145 и 140 текучей среды внутрь заготовки через ее горлышко, заставляя тем самым текучую среду развернуться на 90°. Оба слива 148 и 149 также разделяют содержимое каналов в пределах круглого отверстия 147. Каждый из двух сливов 148 и 149 образует «впрыскивающую головку», и, как показано на фиг.2, каждая из впрыскивающих головок составляет единое целое с корпусом половин пресс-формы 100.
При работе описанного устройства температуру заготовки заблаговременно доводят до значения от 50°С до 130°С, или даже от 75°С до 100°С. В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанная температура составляет 95°С, а применяемый пластик представляет собой полиэтилентерефталат (ПЭТ).
Скорость стержня составляет 0,5 - 3,0 м/сек, или даже 1,0 - 2,5 м/сек. В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанная скорость составляет 1,6 м/сек.
Температуру напитка заблаговременно поднимают до значения от 1°С до 120°С, предпочтительно от 10°С до 90°С. В предпочтительном варианте осуществления изобретения данная величина составляет 30°С.
Относительное продольное удлинение термопластика составляет от 2 до 5, или даже от 2,5 до 4. В предпочтительном варианте осуществления изобретения данная величина составляет 3,5.
Радиальное относительное удлинение составляет от 2 до 7, или даже от 3 до 4,5. В предпочтительном варианте осуществления изобретения данная величина равна 4.
Термопластик выбирают из группы, состоящей из полиэтилентерефталатов, полипропиленов, полиэтиленов, поликарбонатов, полистиренов, полимолочных кислот, поливинилхлоридов и их сочетаний. В предпочтительном варианте осуществления изобретения выбирают полиэтилентерефталат (ПЭТ).
Температура пресс-формы на по меньшей мере 50°С ниже температуры плавления термопластика, которая для ПЭТ равна 230°С.Предпочтительно температуру поддерживают ниже 100°С. В предпочтительном варианте осуществления изобретения температура пресс-формы равна температуре окружающей среды.
На фиг.3 бутылка 200, наполненная минеральной водой, находится в пресс-форме 210 (показана в разрезе) после фазы расширения ПЭТ заготовки и наполнения бутылки. По сравнению с фиг.2, на фиг.3 угол наблюдения изменен на 90°, при этом видна направляющая 208, соответствующая одной из направляющих 108 на фиг.2.
Как видно на фиг.3, верхняя часть 220 пресс-формы выполнена из двух частей 221 и 222, которые являются симметричными относительно плоскости симметрии Р, проходящей через ось растягивающего стержня 230, ось полости пресс-формы и ось бутылки. Указанные две части контактируют друг с другом по плоскости симметрии, кроме зоны над горлышком 201 бутылки, где имеется отверстие 225 (соответствующее отверстию 147 на фиг.2), обеспечивающее проход растягивающего стержня.
Как описано выше, нижняя часть 215 пресс-формы имеет полость, форма которой соответствует форме бутылки для минеральной воды, причем горлышко 201 бутылки проходит в полость нижней части через сужение 216, соответствующее округлению верхней части бутылки.
Следует отметить, что горлышко 201 бутылки окружено верхней частью 220 пресс-формы.
Как показано на фиг.3, после фазы расширения расширяющий стержень 230 извлекают (по направлению стрелки). Также показано приближение укупоривающего устройства 240, которое должно быть расположено над горлышком бутылки вдоль ее оси растяжения.
Как показано на фиг.4, две части 221 и 222 верхней части пресс-формы отделены друг от друга в поперечном направлении (по направлению стрелок), обеспечивая доступ к горлышку 201 бутылки. Две части 223 и 224 полости верхней части пресс-формы, в которые на фиг.3 помещалось горлышко бутылки, разведены. Следует отметить, что данная полость соосна отверстию 225, которое выходит наружу пресс-формы. Следует также отметить, что на цилиндрической поверхности горлышка бутылки имеется винтовая резьба для установки пробки.
Перемещение двух частей верхней части пресс-формы осуществляют по направляющей 208, расположенной на верхней поверхности нижней части пресс-формы. Растягивающий стержень 230 расположен на расстоянии от вертикальной линии, проходящей через бутылку.
Далее над горлышком бутылки располагают укупоривающее устройство. Затем его вращают (показано спиральной стрелкой), и оно закрепляет пробку на горлышке бутылки.
Конечно, изобретение не ограничено описанным и проиллюстрированным с помощью чертежей вариантом осуществления, оно распространяется на все варианты, которые могут быть представлены специалистами в данной области техники в объеме формулы изобретения.