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I. Anwendungsgebiet
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Die
Erfindung betrifft das Herstellen von Kunststoff-Tiefziehbehältern, deren
anschließendes Befüllen und
Verschließen
durch eine aufgesiegelte Folie, sowie Heraustrennen aus der Behälter-Folie.
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II. Technischer Hintergrund
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Vor
allem napfförmige
Kunststoffbehälter werden
häufig
aus einer entsprechend dicken Kunststofffolie aus einem thermoplastischen
Kunststoff tiefgezogen, meist durch Verformen der erwärmten Folie
zwischen einer erwärmten
Form mit oder ohne Vorstreckstempel und mit Druckdifferenz.
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Derartige
tiefgezogene Behälter
werden anschließend
mit dem gewünschten
Produkt, meist einem Lebensmittel, befüllt und verschlossen, wobei das
Verschließen
durch das Darüberlegen
einer dünnen
Siegelfolie ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoff geschieht,
indem die Siegelfolie durch Erwärmung
mittels Heizplatte, Induktion oder Ultraschall mit dem ebenfalls
thermoplastischen Material des Behälters umlaufend um die gesamte
obere Einfüllöffnung dicht
verschlossen wird.
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Dabei
ist es heute üblich,
dass beim Lebensmittelhersteller Verpackungsmaschinen stehen, in welche
extern fertig hergestellte Trays, also die Kunststoffbehälter, in
Stapeln eingegeben und vereinzelt werden, und eine Füllmaschine
durchlaufen, an deren Ende die Siegelstation zum Aufbringen der Siegelfolie
angeordnet ist.
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Die
Siegelstation arbeitet dabei taktweise, weshalb sie entweder von
der Befüllstation
entkoppelt ist, also mit einem Zwischenpuffer dazwischen arbeitet,
oder die Befüllstation
arbeitet im Takt der Siegelstation.
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Sofern
die Behälter
vor Ort durch Tiefziehen hergestellt werden, und zwar unmittelbar
vor der Befüllstation,
arbeiten Tiefziehstation und Siegelstation vorzugsweise im gleichem
Takt, weshalb die dazwischen befindliche Befüllstation ebenfalls dem gleichen
Taktunterworfen wird, um die Entkoppelung zu den beiden benachbarten
Stationen über
Puffer zu vermeiden.
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Darüber hinaus
gibt es auch bereits Lösungen,
bei denen das Herstellen der Behälter
durch Tiefziehen, deren Befüllung,
anschließendes
Verschließen
und Ausstanzen in einem Durchlauf, also an verschiedenen Arbeitsstationen
hintereinander an der gleichen durchlaufenden Behälterbahn,
durchgeführt
wird.
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Dabei
besteht beim Befüllen
mit festen Einzelprodukten manchmal das Problem, dass diese Einzelprodukte,
beispielsweise flache Kekse, nicht im Behälter liegend angeordnet, also
gestapelt, werden sollen, sondern senkrecht stehend in einer Reihe innerhalb
des Behälters
abgelegt werden sollen.
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Bei
externen vorgefertigten Trays lässt
sich dieses Problem dadurch lösen,
dass beim Befüllen der
Behälter
die Trays auf dem Behälterband
mittels Hilfsvorrichtungen oder Ähnlichem
schräg
aufgestellt werden, so dass die darin aufzureihenden Produkte auf
einer der Seitenwände
des Behälters
aufgestapelt werden können.
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Wenn
sich beim Befüllen
die Behälter
jedoch noch innerhalb der Behälterbahn
befinden, aus der sie erzeugt wurden, und zusammen mit dieser während des
Befüllens
auch weiterbewegt werden, ist dies wegen der Kopplung mit der voran gehenden und
nachgehenden Arbeitsstationen durch die durchgehende Behälterbahn
so nicht möglich.
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Des
Weiteren ist aus der
US Patentschrift 3921367 eine
Vorrichtung zum Füllen
von in einer Behälterbahn
angeordneten Behältern
bekannt, bei der im Verlauf der Behälterbahn diese in Seitenansicht
betrachtet geneigt verläuft,
in Durchlaufrichtung betrachtet jedoch lediglich an einer Stelle
oberhalb der Füllstation
seitlich nach oben und innen geringfügig verbogene Ränder aufweist,
um einen Zwischenraum zu dem mittleren Bereich der Siegelbahn entstehen
zu lassen, die an dieser Stelle randseitig aufgesiegelt wird.
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Die
Füllstation
selbst ist bei dieser Druckschrift in Durchlaufrichtung betrachtet
ebenso wenig schräg
gestellt wie die Behälterbahn
selbst und erst recht nicht die Behälterbahn über ihre gesamte Breite.
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III. Darstellung der Erfindung
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a) Technische Aufgabe
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Es
ist daher di eAufgabe gemäß der Erfindung,
bei aufrecht innerhalb eines Behälters
hintereinander abzustellenden Einzelprodukten eine entsprechende
Ablage auch bei einem Befüllen
der Behälter
unmittelbar hinter der Tiefziehstation und vor deren Herauslösen aus
der Behälterbahn
zu ermöglichen.
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b) Lösung
der Aufgabe
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 18 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch
das Neigen der gesamten Behälterbahn
zumindest in der Füllstation,
vorzugsweise auch in allen durch die Behälterbahn damit gekoppelten,
vor- und nachgelagerten Arbeitsstationen, in die gewünschte Schrägstellung
können
die Einzelprodukte auf einer der Seitenwände oder der Front- oder Heckwand
des Behälters
angelegt und aufgereiht werden.
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Dabei
geschieht sowohl das Tiefziehen als auch das Befüllen, Versiegeln und Ausstanzen
der Behälter
bei laufender Behälterbahn,
also sozusagen ”online”. Indem
die Schrägstellung
der Behälterbahn einstellbar
ist, kann sie je nach Art der Behälter und der darin einzufüllenden
Produkte gewählt
oder weggelassen werden, und auch während des Betriebes der Anlage
aktiviert, deaktiviert und verändert
werden.
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Zu
diesem Zweck besitzt die Anlage, die in der Regel modulartig aufgebaut
ist, an jeder ihrer Arbeitsstationen, also zumindest der Füllstation,
vorzugsweise jedoch auch der Tiefzieh-, Siegel- und/oder Stanzstation,
eine Schwenkvorrichtung, die die Führungen der Behälterbahn
in diesem Bereich einschließlich
der daran arbeitenden Arbeitsstation verschwenkt. Zu diesem Zweck
sitzt beides gemeinsam jeweils auf einem Tragbogenelement mit einem nach
unten gerichteten Kreisbogen, der auf zwei Tragrollen in Querrichtung
abrollen kann und damit verschwenkbar ist und mittels eines z. B.
Ritzels und einer Verzahnung in Schwenkrichtung antreibbar ist.
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Die
einzelnen Schwenkvorrichtungen der einzelnen Module, also Arbeitsstationen
bzw. Behälterbahn-Abschnitte
sind dabei wirkverbunden und synchronisiert, beispielsweise mechanisch
gekoppelt durch eine in Längsrichtung
durch die gesamte Anlage durchgehende Antriebswelle für diese
Schwenkvorrichtung.
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Ein
Verschwenken lediglich der Füllstation und
des dortigen Abschnittes der Behälterbahn
ohne oder bei geringerem Verschwenken der angrenzenden Arbeitsstationen
ist nur möglich,
wenn die Verschwenkung zum einen relativ gering ausfallen soll und
andererseits die Behälterbahn
aus einem ausreichend flexiblen Material besteht und der Längsabstand
von der Füllstation
zu den benachbarten Stationen ausreichend groß ist, um die dann eintretende Torsion
des Behälterbandes
nicht zu stark ausfallen zu lassen.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
besteht jedoch darin, innerhalb der gesamten Anlage, also von der
Tiefziehstation bis zur Auslösestation
einschließlich,
die Behälterbahn
schrägzustellen
einschließlich aller
darin arbeitenden Arbeitseinheiten und der Vorratsrollen für Behälterbahn,
Siegelfolie und möglicherweise
Schutzfolie sowie die Restfolie der Behälterbahn.
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Indem
sowohl das Siegeln, also Verschließen der Behälter mittels Aufsiegeln der
Siegelfolie, als auch das Herauslösen der Behälter aus der Behälterbahn
bei laufender Behälterbahn
geschehen, werden Nachteile durch Abstoppen und neues Anlaufen der
Behälterbahn – wie etwa Überlaufen
der Behälter,
ungenaue Positi onierung der Behälter,
das Verrutschen der Produkte durch Stopp and go, höhere Belastung
aller beteiligten bewegten Komponenten usw. – vermieden, und vor allem
die dann notwendigen Puffer zwischen den beiden Arbeitsschritten
vermieden.
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Indem
der Stanzvorgang, der für
das Herauslösen
der Behälter
benötigt
wird, zusammen mit dem Aufsiegeln der Siegelfolie und insbesondere mittels
der gleichen Werkzeuge durchgeführt
wird, wird hierfür
gemeinsam nur eine einzige Arbeitsstation und nur ein einziger Werkzeugsatz
benötigt.
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Dies
ist besonders einfach lösbar,
wenn das Siegeln mittels Ultraschall geschieht, bei dem ja eine mittels
Ultraschall beaufschlagte Sonotrode von der einen Seite die gegeneinander
zu siegelnden Teile, also Siegelfolie und Behälter, gegen einen Anschlag, den
sog. Amboss, pressen, da dann Sonotrode bzw. Amboss selbst nur eine
geringe Temperatur besitzen und die Stanzkante zum Ausstanzen direkt
an einem der beiden Teile ausgebildet ist.
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Vorzugsweise
ist dabei die Sonotrode mit einer ebenen, nicht an die jeweiligen
herzustellenden Behälter
spezifizierten, Kontaktfläche
ausgebildet, während
der Amboss produktspezifisch ausgebildet ist und je nach Art und
Form der zu siegelnden Behälter
ausgetauscht werden muss.
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Vorzugsweise
sind deshalb sowohl die Stanzkante und/oder auch die in Form von
Erhebungen ausgebildeten Konzentratoren zur Bündelung der Ultraschallenergie
an dem produktspezifischen Amboss ausgebildet.
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Das
Siegeln und/oder Stanzen an der laufenden Folienbahn wird in einer
besonders einfachen Ausführungsform
dadurch erreicht, dass die quer zur Durchlaufrichtung der Folie
gegeneinander bewegbaren Werkzeughälften, also z. B. Sonotrode
und Amboss, die die z. B. kombinierte Siegel-/Stanzeinheit bilden,
zusammen mit dem diese Gegeneinanderbewegung bewirkenden Pressantrieb
an einem Wagen aufgehängt
sind, welcher am Maschinengestell in Durchlaufrichtung an entsprechenden
Führungen
verfahrbar ist und synchron mit der Folienbahn mitbewegt werden
kann während
des Siegel-/Stanzvorganges.
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Nach
dem Abheben zumindest des Amboss von den Behältern erfolgt eine Zurückbewegung
der Werkzeuge entgegen der Durchlaufrichtung der Behälterbahn
für den
nächsten
Siegelzyklus.
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Wenn
Oberwerkzeug und Unterwerkzeug, also Sonotrode einerseits und Amboss
andererseits, getrennt in Längsrichtung
bewegbar sind, kann nach dem Versiegeln das Oberwerkzeug bereits
in Längsrichtung
zurückfahren,
während
das Unterwerkzeug noch mit der Behälterbahn mitläuft und
die bereits vollständig
ausgestanzten Behälter
weiterhin abstützt
bis zur Entnahme aus der Behälterbahn.
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Da
das Eindringen der Stanzkante in den Kunststoff mittels der Ultraschallschwingung
unterstützt
wird, und nicht nur durch mechanische Presskraft bewirkt wird, ergibt
dies eine sehr saubere, aufgeschmolzene Stanzkante, insbesondere
wenn die Schwingungsrichtung der Ultraschallschwingung übereinstimmend
mit der Stanzrichtung gewählt
wird.
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Der
benötigte
Anpressdruck für
das Siegeln und Stanzen wird dabei mittels einer Pneumatikeinheit
aufgebracht, die auf pneumatischen Wege einen hohen Pressdruck über allerdings
nur einen geringen Pressweg aufbringen kann, und Teil eines Pressantriebes
ist, der darüber
hinaus einen Eilgang-Antrieb umfasst, um Obertisch und Untertisch,
also das darauf befestigte Oberwerkzeug und Unterwerkzeug über große Distanzen
und mit geringem oder ohne Pressdruck gegeneinander anzunähern bzw.
voneinander zu entfernen.
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Falls
das Herauslösen
in bestimmten Anwendungsfällen
durch ein vollständiges
Durchstanzen des Materials erreicht werden soll, wird die Stanzkante
an demjenigen Werkzeug ausgebildet, welches sich auf der Seite der
napfartigen Vertiefungen des Behälters
befindet, und auf der gegenüberliegenden
Seite, also auf der von dem Behälter
abgewandten Seite der Siegelfolie, eine zusätzliche Schutzfolie zugeführt und
mit der Siegelfolie mitgeführt,
ohne mit dieser verbunden zu sein.
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Die
Zusatzdicke der Schutzfolie dient dazu, trotz Durchstanzen von Behälterfolien
und Siegelfolie die Stanzkante in die Schutzfolie nur eindringen
zu lassen und dadurch trotz vollständigen Durchstanzen des Behälters zuverlässig einen
Kontakt zwischen Stanzkante und dem Gegenwerkzeug, insbesondere der
Sonotrode, zu vermeiden. Dementsprechend muss die Schutzfolie eine
Dicke aufweisen, die mindestens der Schwingungsamplitude der aufgebrachten
Ultraschallschwingung in Stanzrichtung entspricht.
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Dadurch,
dass das Tiefziehen bei laufender, insbesondere kontinuierlich laufender,
Behälterfolie, aus
denen die Behälter
tiefgezogen werden, geschieht, ist es möglich, die Tiefziehstation
ohne Entkoppelung unmittelbar vor der Befüllstation zu betreiben, also
hintereinander an der gleichen, laufenden Behälterfolie.
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Das
Tiefziehen erfolgt vorzugsweise mittels Thermoformen, also Erwärmen der
thermoplastischen Behälterfolie
und Verformung insbesondere durch Negativ-Formen mittels Druckluft und/oder Saugluft
in eine Negativ-Form hinein oder auf die Positiv-Form und anschließendes Abkühlen.
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Die
Behälterfolie
wird dabei durch randseitiges Klemmen und Transportieren in den
Folienklemmen einer neben den Rändern
umlaufenden Hohlbolzenkette gehalten, in Querrichtung gespannt und
in Längsrichtung
transportiert.
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In
dem auch das Verschließen
der gefüllten Behälter durch
Aufsiegeln einer Siegelfolie bei laufender Behälter-Folienbahn, insbesondere
kontinuierlich weiterlaufenden, Behälter-Folienbahn geschieht,
kann auch die Siegelstation nach der Befüllstation ohne Entkoppelung
dazwischen angeordnet werden.
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Gleiches
gilt für
das Herauslösen
der Behälter
aus der Folienbahn, aus welcher sie durch Tiefziehen erzeugt wurden,
was ebenfalls bei laufender Behälterbahn
und vorzugsweise erst in oder nach der Siegelstation erfolgt, so
dass bis einschließlich
des Versiegelns die Fortbewegung der Behälterfolie einerseits ein separates
Transportmedium für
die Behälter
ersetzt und andererseits dadurch die genaue Position der Behälter, auch
innerhalb der Behälter-Folienbahn,
jederzeit bekannt ist.
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Damit
können
unmittelbar hintereinander und damit mit sehr geringem Platzbedarf
an ein und derselben durchgehend bewegten Folienbahn hintereinander
das Tiefziehen der Behälter,
Befüllen
der Behälter,
Versiegeln der Behälter
und Herauslösen der
Behälter
aus der Behälter-Folienbahn
erfolgen.
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Die
Geschwindigkeit, mit der die Folienbahn bewegt wird, wird dabei
von der langsamsten dieser Stationen vorgegeben, und bei dem Befüllen der
Behälter
mit festen Produkten, die auf einem separaten Produktförderer angeliefert
werden und mittels Roboter, insbesondere mittels Picker, in die
Behälter
umgesetzt werden, wird dies meist speziell durch die Steuerung der
Befüllstation,
also der Picker, vorgegeben, dabei speziell der Steuerung des letzten,
in Durchlaufrichtung der Behälter
an einer Behälterbahn
arbeitenden, Pickers.
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Dabei
erfolgt die Anlieferung der Produkte auf dem Produktförderer vorzugsweise
in Gegenrichtung zur Durchlaufrichtung der Behälterfolie, da hierdurch zum
Einen durch die Parallellage der beiden Transportrichtungen die
Maschine schmal baut und zum Anderen – vor allem wenn unterschiedliche
Produkte durcheinander auf dem gleichen Produktförderer lediglich in der richtigen
statistischen Häufigkeit zueinander
angeliefert werden – die
Wahrscheinlichkeit einer nicht vollständigen oder nicht relations-richtigen
Befüllung
der Behälter
sehr gering wird, da in Richtung des zunehmenden Befüllungsgrades
der einzelnen Behälter
die Verfügbarkeit
an Produkten auf dem Produktförderer
zunimmt.
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Dennoch
kann es für
die vollständige
Befüllung
einzelner Behälter
notwendig werden, kurzfristig die Relativgeschwindigkeit der Behälterfolie
relativ zum Produktförderer
zu verändern,
um entweder nicht vollständig
oder nicht richtig gefüllte
Behälter
zu vermeiden oder verbleibende Produkte auf dem Produktförderer zu
vermeiden.
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Dies
wird von der Steuerung der Befüllstation berücksichtigt,
und von dieser wird auch der Durchlauf der Behälterfolie durch Tiefziehstation
und Siegelstation analog verändert.
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Die
Auslösestation,
an der die Behälter
aus der Bahn der Behälterfolie
herausgetrennt werden, ist dabei vorzugsweise teilweise mit der
Siegelstation identisch, in dem die Siegelstation neben dem um die Behälter umlaufend
umgebenden Siegelwerkzeug, welches beispielsweise mittels Ultraschall
verschweißt,
ein Stanzwerkzeug zum Freistanzen oder zum annähernden Durchstanzen der Dicke
von Behälterfolie
und Siegelfolie aufweist.
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Die
andere Möglichkeit
besteht darin, die Dicke der Folie vollständig zu durchstanzen, aber über den
Umfang verteilt noch Haltestege zu, Restfolie hin stehen zu lassen.
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Um
vor allem die Reinigung der Maschine zu erleichtern, was beim Abfüllen von
Lebensmitteln von entscheidender Bedeutung ist, sind die Tiefziehstation
und/oder die Siegelstation und/oder die Stanzstation freihängend im
Maschinengestell angeordnet und entlang von schienenartigen Führungen
in Durchlaufrichtung beweglich und angetrieben, wie auch insbesondere
alle Funktionseinheiten dieser Maschine hängend am Gestell befestigt
sind.
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Die
Maschine ist dabei modulartig aufgebaut, indem jede Station ihr
eigenes Maschinengestell aufweist, vorzugsweise bestehend aus vertikal aufragenden
Tragsäulen,
die jeweils einen rechteckig oben umlaufenden Oberrahmen tragen,
an dem alle Aggregate aufgehängt
sind, bei in Durchlaufrichtung beweglichen Aggregaten insbesondere
die hierfür
in Durchlaufrichtung verlaufenden Führungen, entlang denen ein
Wagen verfahrbar ist.
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Die
Füllstation
kann dabei hinsichtlich ihrer Art ausgetauscht werden, um die Behälter sowohl
mit festen Produkten mittels Pickern als auch mit einer anderen
Art von Produkten, insbesondere flüssigen oder pastösen Füllungen,
mittels einer anderen Art von Befüllstation, befüllen zu
können.
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Indem
mittels wenigstens eines Produktförderers, der parallel, aber
vorzugsweise im Gegenlauf, zwischen zwei parallel im Abstand geführten Behälter-Folienbahnen angeordnet
wird, können
beide Behälterbahnen
mit Produkten versorgt werden, an denen die Kunststoffbehälter jeweils
unabhängig voneinander
tiefgezogen, befüllt,
verschlossen und aus der Folienbahn herausgelöst werden. Dies ergibt eine
besonders kompakte und effiziente Bauform der Anlage.
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In
dem im Normalbetrieb die über
dem mittigen Produktförderer
angeordneten Picker zum Befüllen
der beiden außenseitigen
Folienbahnen jeweils einer der Bahnen zugeordnet sind, aber insbesondere
jeweils beide Bahnen erreichen können,
können bei
Problemen oder Ausfall der einen Behälterbahn alle Picker die Behälter der
anderen Behälterbahn füllen und
damit gegebenenfalls deren Kapazität erhöhen.
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Bei
Ausfall dieses steuernden letzten Pickers übernimmt der letzte funktionierende
Picker, in der Regel also der vorhergehende Picker, diese Aufgabe automatisch,
da aufgrund einer z. B. regelmäßigen Abfrage
aller Picker-Steuerungen untereinander der Ausfall des letzten Pickers
von den anderen Pickern, auch dem vorhergehenden funktionierenden
Picker, sofort bemerkt wird.
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Die
Entfernbarkeit der Heizeinheit für
die Behälterfolie
vor dem Tiefziehen, insbesondere deren oberer und unterer Heizplatte
in Querrichtung, ermöglicht
bei Verlangsamung oder Stillstand der Folienbahn das schnelle Beenden
der Aufheizung der Folie, um deren Reißen, besonders beim Wiederanlauf,
zu verhindern.
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Weiterhin
werden Fehlfunktionen der Maschine vermieden und die Umrüstung beim
Werkzeugwechsel beschleunigt, indem die Werkzeuge eine maschinenlesbare
Codierung aufweisen, die beim Einsetzen der Werkzeuge in die Maschine
automatisch von entsprechenden Sensoren der Maschine gelesen werden
und daraufhin in der oder den Steuerungen der Maschine die entsprechenden,
zu diesen Werkzeugen bzw. Werkzeugsätzen gehörigen Programme geladen und
gestartet werden.
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c) Ausführungsbeispiele
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Ausführungsformen
gemäß der Erfindung sind
im Folgenden beispielhaft näher
beschrieben. Es zeigen:
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1: die Gesamtanlage in perspektivischer Seitenansicht,
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2: eine ausschnittweise Querschnittsdarstellung
an der Siegeleinheit, und
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3:
eine Prinzipdarstellung der einzelnen Arbeitsschritte in der Seitenansicht.
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3 zeigt
die von links nach rechts durchgehende, quasi-endlose Behälter-Folienbahn 2,
die von einer Vorratsrolle 5 abgewickelt wird und deren Rest-Folienbahn 2', also nach
dem Austanzen der einzelnen befüllten
und geschlossenen Behälter 1, wieder
auf einer Restrolle 5' aufgewickelt
wird.
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Am
Arbeitstrum dazwischen wird die Behälter-Folienbahn 2 gerade,
insbesondere horizontal, geführt
und an diesem Arbeitstrum arbeiten die einzelnen Stationen der erfindungsgemäßen Anlage, nämlich Tiefziehstation 13,
Füllstation 14,
Siegelstation 15 und Auslösestation 16 in Durchlaufrichtung 10 der
Folien-Bahn 2 hintereinander.
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All
diese Arbeitsstationen sind hängend
an insbesondere horizontal ebenfalls in Durchlaufrichtung 10 verlaufenden
Führungen 19 aufgehängt, die sich
oberhalb des Arbeitstrumes der Behälter-Folienbahn 2 befinden
und wobei zumindest die Tiefzieheinheit 13' der Tiefziehstation 13 als
auch die Siegeleinheit 15' der
Siegelstation 15 in Durchlaufrichtung 10 beweglich,
nämlich
hin- und herbeweglich in und gegen die Durchlaufrichtung 10,
aufgehängt
sind mittels Rollen 18, während die Füllstation 14 als auch
die Auslösestation 16 fest
an dem Maschinengestell 20 und insbesondere den Führungen 19 angeordnet
sein können.
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Die
Maschine ist dabei modulartig aufgebaut, indem jede Station ihr
eigenes Gestell 20 aufweist mittels vier im Viereck positionierten,
vertikalen Tragsäulen 20a,
zwischen denen die Behälterbahn 2 durch
läuft,
und die jeweils einen am oberen Ende der Tragsäulen umlaufenden Oberrahmen 20b tragen,
indem insbesondere die Führungen 19 befestigt sind.
Die einzelnen Gestelle 20 sind gegeneinander fixiert.
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Da
lediglich die Tragsäulen 20a auf
den Untergrund aufsitzen, erleichtert dies die Reinigung der gesamten
Anlage, was besonders beim Abpacken von Lebensmitteln von großer Bedeutung
ist.
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Wie 3 zeigt,
besteht dabei die Tiefzieheinheit 13' aus einem an den Führungen 19 in Durchlaufrichtung
verfahrbaren Wagen 13a, während das eigentliche Tiefziehwerkzeug
aus einem Oberwerkzeug 13b, insbesondere einem vertikal
festen Spannrahmen, und einem demgegenüber negativ geformten, vertikal
beweglichen Unterwerkzeug 13c besteht, die vertikal gegeneinander
gefahren werden können.
Dabei ist das Unterwerkzeug 13c und der Spannrahmen kühlbar, so
dass die mittels einer oberen und unteren Heizplatte 24a,
b (Heizeinheit 24) vorgeheizte Behälter-Folienbahn 2 zwischen
den Werkzeugen zu den napfförmigen
Behältern
verformt werden und schnell abgekühlt und erstarrt werden können. Die
Heizeinheit 24 ist vorzugsweise – wie die Tiefzieheinheit 13' – als Wagen
in Richtung der Folienbahn 2 verfahrbar und fährt mit
dieser abschnittsweise zyklisch mit, wie der Wagen 13a.
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Dazu
wird insbesondere das Unterwerkzeug 13c bis an die Unterseite
der unverformten Folienbahn 2 angehoben, und presst diese
abdichtend gegen das Oberwerkzeug 13b in der Regel einen Spannrahmen.
Dann wird die erwärmte,
weiche Behälter-Folienbahn 2 z.
B. mittels Druckluft und/oder Unterdruck in das Unterwerkzeug 13c hineingezogen.
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Während dieses
Tiefziehens in das von unten bereits an die Behälterbahn 2 angenäherte Unterwerkzeug 13c relativ
zum Wagen 13a fest, und es verfährt der Wagen 13a in
Durchlaufrichtung 10 synchron zusammen mit der Behälter-Folienbahn 2 und ohne
Relativgeschwindigkeit zur Folie in dieser Durchlaufrichtung 10.
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Nach
Beendigung des Tiefziehvorganges wird während der Längsbewegung das Unterwerkzeug 13c relativ
zur Behälter-Folienbahn 2 abgesenkt,
bis sie beide in Durchlaufrichtung nicht mehr mit den daran ausgeprägten Behältern 1 formschlüssig verbunden
sind, und werden dann entgegen der Durchlaufrichtung 10 zurück bewegt
und wieder in Richtung Behälter-Folienbahn 2 angenähert, so
dass ein erneuter Tiefziehzyklus vollzogen werden kann.
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In
der anschließenden
Füllstation 14 arbeitet im
Beispiel der 3 ein an den Führungen 19 aufgehängter so
genannter Picker 8, also ein aus mindestens zwei Armteilen 8a,
b, die in einer horizontalen Ebene verschwenkbar sind, bestehender
Auslegerarm, an dessen freien Ende der Pickerkopf 8c, der meistens
mit Druckluft arbeitet und in der Lage ist, ein Produkt P1, P2 ...
welches in seinen Greifbereich angeliefert wurde, anzusaugen und
zu halten, und exakt positioniert in einer der napfartigen Vertiefungen
der unter der Füllstation 14 durchlaufenden
Behälter-Folienbahn 2 mit
darin ausgeprägten
Behältern 1 abzulegen.
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Von
derartigen Pickern 8 können
mehrere hintereinander in Durchlaufrichtung 10 vorhanden sein
je nach Anzahl der individuell einzusetzenden Produkte P1, P2 ...
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In
Durchlaufrichtung nach der Füllstation 14 befindet
sich die Siegelstation 15.
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Dabei
wird eine Siegelfolie 3, zugeführt von einer Vorratsrolle 5'' parallel laufend mit der Behälter-Folienbahn 2 und
in einer Breite mindestens entsprechend der Breite der Behälter 1,
auf die Oberseite der Behälter-Folienbahn 2 aufgebracht
mittels einer knapp oberhalb der Behälter-Folienbahn 2 quer angeordneten
Umlenkrolle 21 für
die von oben zugeführte
Siegelfolie 3, wobei die Umlenkrolle 21 auch als
Anpressrolle ausgebildet sein kann.
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Stromabwärts der
Zusammenführung
von Siegelfolie 3 und Folienbahn 2 wird die Siegelfolie 3 auf
den nicht tiefgezogenen, also unverformten Bereichen zwischen den
Vertiefungen der Behälter 1 auf der
Oberfläche
der Behälter-Folienbahn 2 aufgeschweißt, was
beispielsweise mittel Ultraschallschweißen geschehen kann.
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Auch
hierfür
werden – diesmal
die Behälter-Folienbahn 2 und
die Siegelfolie 3 gemeinsam übereinander liegend – zwischen
einem Oberwerkzeug 15a und einem Unterwerkzeug 15c,
die sich von oben bzw. von unten annähern und dabei synchron in
Durchlaufrichtung 10 mit den Folienbahnen 2, 3 mitbewegen,
gegeneinander versiegelt.
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Auch
hier sind Oberwerkzeug 15b und Unterwerkzeug 15c an
einem Wagen 15a der Siegeleinheit 15' aufgehängt und
wenigstens eines davon relativ zu diesem Wagen 15a vertikal
bewegbar analog zur Tiefzieheinheit 13', und vollziehen auch die gleiche
Zyklusbewegung oberhalb und unterhalb der Behälter-Folienbahn 2.
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Dabei
ist am Unterwerkzeug 15c zusätzlich eine umlaufende Stanzkante 17 ausgebildet,
die z. B. von unten in das Paket aus Siegelfolie 3 und
Behälter-Folienbahn 2 eindringt,
die sie aber nicht unbedingt vollständig durchstanzt, sondern nur
vorstanzt.
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Dieser
Stanzvorgang kann auch mittels eines separaten Stanzwerkzeuges oder
einer Stanzrolle nach dem Siegeln in einer Siegelstation 15 separat durchgeführt werden.
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In
Durchlaufrichtung 10 folgt als nächstes die Auslösestation 16,
die das Herauslösen
der gefüllten und
versiegelten Behälter 1 aus
der Behälter-Folienbahn 2 entsprechend
der vorgestanzten Kontur erledigt.
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Dies
geschieht durch Herausführen
der Behälter-Folienbahn 2 mit
Siegelfolie 3 aus der Ebene des Arbeitstrumes nach oben
durch Umlenken um eine Auslöserolle 16', deren Krümmungsradius
so gewählt
ist, dass die zwischen den Vorstan zungen vorhandene unverformte
Restfolie 2' diese
Biegung um die Auslöserolle 16' herum mit vollzieht,
die tiefgezogenen und dadurch gegen Biegung stabilisierten Behälter 1 dagegen
diese Biegung weniger gut vollziehen können und dadurch die Vorstanzung
abreißt
und sich die Behälter 1 selbsttätig aus
der Restfolie lösen,
die zu diesem Zweck ab der Auslöserolle 16' natürlich auf
einem Behälterförderer 7 oder
einer anderen Transportvorrichtung aufliegen und abtransportiert
werden müssen.
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Aus
dieser Zusammenschau wird klar, dass die an der im Regelfall sich
gleichmäßig in Durchlaufrichtung 10 bewegenden
Behälter-Folienbahn 2 arbeitenden
Stationen von einer gemeinsamen Steuerung 9 aus gesteuert
werden müssen,
wobei vorzugsweise die Geschwindigkeit der am langsamsten arbeitenden
Station, häufig
der Füllstation 14,
die Durchlaufgeschwindigkeit vorgibt und vor allem den Arbeitstakt
der reversierenden Tiefziehstation 13 und Siegelstation 15.
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Die
erfindungsgemäße Schwenkvorrichtung zur
Schrägstellung
der Behälterbahn
ist in 3 nicht zu erkennen, jedoch in der realistischeren
Seitenansicht der 1a und 1b, die
die Anlage allerdings von der gegenüberliegenden Seite zeigen, so
dass in den 1a und 1b die
Durchlaufrichtung der Behälterbahn
von rechts nach links ist.
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Dabei
unterscheiden sich die 1a und 1b dadurch,
dass bei 1a die im Vordergrund laufende
Behälterfolienbahn 2 horizontal
liegt, also nicht schräggestellt
ist, und damit parallel neben dem dahinter laufenden Produktförderer 6 läuft, auf
welchem – vorzugsweise
im Gegenlauf – die
nicht dargestellten Produkte herangeführt und mittels des dargestellten
Pickers 8 in die Behälter
der Behälterbahn 2 umgesetzt
werden.
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In 1b ist
die Behälterbahn 2 dagegen schräggestellt,
mit einer Neigung abwärts
nach unten in Richtung zur Seite des Produktförderers 6 hin, was am
besten anhand der dadurch ebenfalls schräg gestellten Vorratsrollen 5 sowie 5'' und der vertikal stehenden, Rechteckförmigen Wägen der
Tiefzieheinheit und der Siegel-/Stanzeinheit.
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Wie
die Verschwenkung realisiert wird, zeigt am besten die Schnittdarstellung – betrachtet
in Durchlaufrichtung 10 – der Siegelstation 15,
wie sie in den 2a und 2b im
nicht verschwenkten und verschwenkten Zustand dargestellt ist:
Dabei
ist ersichtlich, dass sowohl die Behälterbahn 2 mit den
sie seitlich haltenden Folien-Transportvorrichtungen als auch die
gesamte Siegeleinheit 15', also
einschließlich
Oberwerkzeug 15b (Sonotrode) als auch Unterwerkzeug 15c (Amboss)
sowie der Wagen 15a, in dem beide angeordnet sind, auf
einer Schwenkvorrichtung 40 sitzen, bestehend aus einem nach
unten gerichteten Kreisbogen 36, der auf zwei in Querrichtung
beabstandeten Tragrollen 37 aufsitzt und mit Hilfe eines
Antriebsritzels 35 entlang der Tragrollen 37 verschwenkt
wird.
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Das
Antriebsritzel 35 sitzt auf einer Antriebswelle 34,
die in Längsrichtung über die
vorhandenen Schwenkvorrichtungen 40 durchgeht und alle
mechanisch gemeinsam antreibt und synchronisiert, wie am besten
in 1a und 1b zu
erkennen.
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Die 2 zeigen ferner, dass der Produktförderer 6 neben
der Behälterbahn
immer horizontal verbleibt, und nicht mit der Schwenkvorrichtung 40 wirkverbunden
ist. 2b zeigt im verschwenkten Zustand auch einen der
beabsichtigten Zwecke der Schrägstellung
der Behälterfolienbahn 2:
Durch
die Schrägstellung
können
Produkte P1, P2 stehend im Behälter 1 aneinander
gereiht werden, indem sie durch die Schrägstellung auf einer der Seitenflächen des
Behälters
gestapelt werden.
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Die
Schrägstellung
der Behälter
muss zu diesem Zweck an die Steuerung der Picker 8 automatisch übermittelt
werden, damit diese die geänderte Ablageposition
kennen. Die Aufnahmeposition von dem horizontal daneben laufenden
Produktförderer 6 dagegen
bleibt unverändert.
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Die
Schwenkvorrichtung 40 ist ferner in der perspektivischen
Darstellung der 1c auf die Siegelstation gut
zu erkennen:
Dort wird ersichtlich, dass die Tragrollen 37 jeweils fest
mit dem Gestell 20 verbunden sind, welches unter anderem
die Tragsäulen 20a der
einzelnen Module umfasst.
-
Die
Kreisbögen 36,
die auf den Tragrollen 37 verschwenkbar sind, tragen einen
Rahmen 20',
der in diesem Fall zwei Schwenkvorrichtungen 40 in Längsrichtung
miteinander verbindet und in diesem Bereich sowohl die Folientransportvorrichtung 26 trägt als auch
die in Durchlaufrichtung 10 verlaufenden Schienen, entlang
welchen der Wagen 15a in Form des aufrecht stehenden Rechteckes
verfahrbar ist, in welchem die Stanz- und Siegeleinheit 15' angeordnet
ist.
-
- 1
- Behälter
- 2a,
b
- Behälter-Folienbahn
- 2'a, b
- Rest-Folienbahn
- 3
- Siegel-Folie
- 5,
5', 5''
- Vorratsrolle,
Restrollen
- 6
- Produktförderer
- 7
- Behälterförderer
- 8
- Picker
- 9
- Steuerung
- 10
- Durchlaufrichtung
(Folie)
- 10a,
b
- Längsposition
- 11
- Gegenlauf
- 12
- Querrichtung
- 13
- Tiefziehstation
- 13'
- Tiefzeiheinheit
- 13a
- Wagen
- 13b
- Oberwerkzeug
- 13c
- Unterwerkzeug
- 14
- Füllstation
- 15
- Siegelstation
- 15'
- Siegeleinheit
- 15a
- Wagen
- 15b
- Oberwerkzeug
- 15c
- Unterwerkzeug
- 16
- Auslösestation
- 17
- Stanzkante
- 20b
- Oberrahmen
- 21
- Umlenkrolle
- 23
- Referenzmarken
- 24
- Heizeinheit
- 24a,
b
- Heizplatte
- 25
- Schutzfolie
- 26
- Folien-Transportvorrichtung
- 30
- Tragdorn
- 31
- Kern
- 32
- Spannleiste
- 33
- Codierung
- 34
- Antriebswelle
- 35
- Antriebsritzel
- 36
- Kreisbogen
- 37
- Tragrolle
- 38
- Mittelpunkt
- 39
- Tragbogenelement
- 40
- Schwenkvorrichtung
- P1,
P2
- Produkte
- 20
- Gestell
- 20a
- Tragsäule