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Die
Erfindung betrifft ein Vakuumventil, insbesondere für Tiefziehwerkzeuge
in Verpackungsmaschinen, umfassend einen Ventilkörper, einen den Ventilkörper durchdringenden
Strömungskanal
und einen Dichtkörper,
der längs
eines Verstellweges zwischen einer Offenstellung im geöffneten
Zustand und einer Schließstellung
im abgedichteten Zustand des Strömungskanals
verstellbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Tiefziehwerkzeug
für eine
Verpackungsmaschine und eine Verpackungsmaschine, die jeweils mit
einem Vakuumventil ausgestattet sind.
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In
bekannten Verpackungsmaschinen mit Tiefziehwerkzeugen, die dem Ausbilden
aus thermoplastischer Kunststofffolie bestehender Verpackungsmulden
zum Befüllen
mit Lebensmitteln dienen, stehen die Tiefziehwerkzeuge über Schlauchleitungen
mit entsprechenden steuerbaren Vakuumventilen in Verbindung und
diese wiederum sind mit einer entsprechenden Vakuumquelle, zum Beispiel einer
Vakuumpumpe oder einem Vakuumspeicher, verbunden.
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Einzelne
Vakuumventile sind zumeist zu einer Ventileinheit montiert und direkt
unter den Form- oder Siegelwerkzeugen oder in deren Nähe angeordnet.
Damit einhergehend ist auch eine Vielzahl der zu der Ventileinheit
hin führenden
und von der Ventileinheit weg führenden
Leitungen und Verkabelungen unter den Form- und Siegelwerkzeugen
angeordnet.
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Diese
genannten Anordnungen stellen sich in mehrfacher Hinsicht als nachteilig
heraus. Zum einen hat die Länge
der Vakuumleitungen einen erheblichen Einfluss auf die Schnelligkeit
der zu evakuierenden Werkzeuge, weil, wie allgemein bekannt, das Vakuum
umso träger
reagiert je länger
die Vakuumleitungen sind. Dementsprechend haben die Leitungslänge und
die damit einhergehenden Strömungsverluste
im Vakuum einen maßgeblichen
Einfluss auf die Dauer des Tiefziehprozesses und damit einen gravierend
negativen Einfluss auf die Produktivität der Verpackungsmaschine.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik dahingehend
zu verbessern, dass die Produktivität entsprechender Verpackungsmaschinen
oder sonstiger Maschinen, die mit den gattungsgemäßen Vakuumventilen
ausgestattet sind, erhöht
wird.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Vakuumventil, wie eingangs beschrieben,
bei welchem der Dichtkörper
eine Dichtkörperfläche aufweist,
die in Schließstellung
des Dichtkörpers
mit einer den Strömungskanal
begrenzenden Dichtfläche
des Ventilskörpers
zusammenwirkt und mit dem Verstellweg einen spitzen Winkel einschließt.
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Nach
diesem ersten erfindungsgemäßen Vorschlag
wird die Betätigung
des Vakuumventiles erheblich erleichtert, da ein Ansaugen des Dichtkörpers an
seine Dichtflächen
durch diesen erfindungsgemäßen Vorschlag
einfach vermeidbar ist und gerade beim Öffnen des Vakuumventiles, zum
Beispiel zum Druckausgleich, bereits geringe Kräfte ausreichen, den Dichtkörper aus
seinem Dichtsitz an der Dichtfläche
wegzubewegen. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird ein leicht
betätigbares
Vakuumventil geschaffen, das in einfacher Weise schnell steuerbar
ist, ohne dafür
große
Antriebe aufweisen zu müssen.
Der Einsatz dieses schnell reagierenden Vakuumventils beschleunigt
natürlich
einen entsprechenden Evakuier- beziehungsweise Druckausgleichsprozess,
wodurch die Taktgeschwindigkeit der Maschinen, die mit einem solchen
Vakuumventil ausgestattet sind, entsprechend erhöht wird.
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Neben
den vorbeschriebenen Vorteilen beim Einsatz des Vakuumventils wird
aber auch ein sehr robustes und langlebiges Vakuumventil mit gleichbleibend
hoher Dichtwirkung realisiert, da der Dichtkörper bereits nach einem kurzen
Verstellweg aus seinem Dichtsitz frei wird und so mechanisches Schleifen
der Dichtelemente, die zum Beispiel am Dichtkörper oder an den Dichtflächen vorgesehen sein
können,
nur sehr begrenzt auftritt.
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Die
erfindungsgemäß im Bereich
des Strömungskanales
angeordnete Dichtfläche
ist zum Beispiel in der Wandung der den Strömungskanal begrenzenden Leitung
vorgesehen. Alternativ hierzu ist es natürlich möglich, dass diese Dichtfläche auch
in Seitenbereichen des Strömungskanales,
zum Beispiel entsprechenden Taschen oder Ausnehmungen, in welche
der Dichtkörper
zurückziehbar
ist oder einzutauchen vermag, vorgesehen ist. Beide Lösungen sind
von der Erfindung umfasst und sind im Bereich des Strömungskanals
erfindungsgemäß realisiert.
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Der
Dichtkörper
weist dabei eine Dichtkörperfläche auf,
die in Schließstellung
des Dichtkörpers mit
einer den Strömungskanal
begrenzenden Dichtfläche
des Ventilkörpers
zusammenwirkt und in Bezug auf den Verstellweg des Dichtkörpers einen
spitzen Winkel von < 89° vorzugsweise
jedoch 20° einschließt.
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Bei
einer solchen erfindungsgemäßen Ausbildung
des Vakuumventils wird in vorteilhafter Weise ein einfacher und
ungehinderter Strömungsverlauf des
Vakuums durch das Vakuumventil realisiert, das heißt, der
Vakuumfluss erreicht ohne einer Beeinträchtigung der Strömungsrichtung
innerhalb des Vakuumventils das Tiefziehwerkzeug. Damit sind zumindest
im Ventilkörper
und zwischen dem Vakuumventil und dem Tiefziehwerkzeug Strömungsverluste des
Vakuums ausgeschlossen, was insbesondere zu einer hohen Vakuumdurchlassgeschwindigkeit
im Vakuumventil und zu einem schnellen Evakuieren des Tiefziehwerkzeuges
führt.
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In
Ausgestaltung des Vakuumventils weist der Ventilkörper eine
Dichtkörperkammer
auf, welche den Dichtkörper
in Offenstellung möglicht
vollständig aufnimmt.
Damit ist gewährleistet,
wie bereits vorstehend erläutert,
dass der Vakuumfluss ungehindert durch das Vakuumventil bei Offenstellung
des Dichtkörpers
erfolgen kann.
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Ferner
ist in dem erfindungsgemäßen Ventilkörper in
weiterer Ausgestaltung in Richtung des Verstellweges, und zwar auf
der der Stirnfläche
des Dichtkörpers
gegenüber
liegenden Seite des Strömungskanals,
eine Tasche geschaffen, in der ein Dichtelement eine erste Dichtfläche der
Kammer ausbildet. Das Dichtelement ist dabei von wenigstens einer
in der Wandung der Tasche umlaufenden Ringnut aufgenommen. Gleichwertig
hierzu ist auch eine Anordnung derart, dass die Dichtfläche zusammenwirkt
mit einem Dichtelement, das an dem bewegten Dichtkörper angeordnet
ist. Natürlich
ist auch eine Kombination dieser beiden Varianten erfindungsgemäß möglich.
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Ein
weiteres Dichtelement ist in einer in der Innenwand des Ventilkörpers, in
Richtung des Verstellweges und vor dem Strömungskanal, zum Beispiel in
einer nutartig ausgebildeten Aufnahme, befestigt, die eine zweite
Dichtfläche
der Kammer ausbildet. Die zweite Dichtfläche ist also, in Offenstellung des
Dichtkörpers,
vor dem Strömungskanal
des Ventilkörpers
angeordnet. Je nachdem nun welche geometrische Gestaltung der in
der Dichtkörperkammer geführte Dichtkörper und
die Dichtkörperkammer selbst
besitzt, ist nicht nur die Dichtkörperkammer mit geeigneten Dichtelementen
ausgestattet, sondern auch die Umfangsfläche des Dichtkörpers besitzt Dichtelemente,
die bei geschlossenem Strömungskanal
des Vakuumventils miteinander in dichtendem Kontakt stehen oder
die in dichtendem Kontakt mit der jeweiligen Fläche der Dichtkörperkammer
bzw. des Dichtkörpers
stehen und damit eine Art Labyrinthdichtung ausbilden.
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In
vorteilhafter Weise kann als Dichtelement, für den Fall der nicht rotationssymmetrischen
Ausbildung der Dichtkörperkammer
und des Dichtkörpers, zum
Beispiel eine an sich bekannte Endlosdichtung verwendet werden.
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Bei
einer rotationssymmetrischen Ausbildung der Dichtkörperkammer
und des Dichtkörpers kommen
weit aus einfacher gestaltete Dichtmittel zur Anwendung, wie zum
Beispiel aus gummielastischem Material bestehende O-Ringe.
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Das
Vakuumventil weist in weiterer Ausgestaltung eine von der Dichtkörperkammer
getrennt ausgebildete Kammer auf, wobei die Kammer eine Einheit
aus Kolben und Kolbenstange aufnimmt und ferner die Kammer einen
kolbenseitigen Druckmittelanschluss und einen kolbenstangenseitigen
Druckmittelanschluss besitzt. Die Kammer kann dabei als eine pneumatisch
oder hydraulisch betriebene Kolben-Zylindereinheit ausgebildet sein.
In vorteilhafter Weise ist die Kammer eine pneumatisch betriebene Kolben-Zylindereinheit,
weil ohnehin an der Verpackungsmaschine zum Evakuieren des Tiefziehwerkzeuges
bereits eine pneumatische Druckquelle, wenn auch nur eine Unterdruckquelle,
zur Verfügung steht.
Eine Rückstellbewegung
des Kolbens erfolgt z. B. durch den Einsatz eines beidseitig mit
Druck beaufschlagbaren Kolbens (hierfür ist auch ein kolbenstangenseitiger
Druckmittelanschluß vorgesehen) oder
durch den Einsatz einer Rückstellfeder.
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Anstelle
der den Dichtkörper
betätigenden Kolben-Zylindereinheit
kann auch ein an sich bekanntes mechanisch oder elektromotorisch
betriebenes Stellmittel vorgesehen sein.
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Wenn
der Ventilkörper
aus einer Dichtkörperkammer
und aus einer als Kolben-Zylindereinheit ausgebildeten Kammer besteht,
befindet sich zwischen beiden Kammern eine Trennwand. Die Trennwand
bildet in diesem Falle mittig eine dichtende Gleitführung für die Kolbenstange
des in der Kolben-Zylindereinheit geführten Kolbens aus. Hier kann
es von Vorteil sein, wenn zusätzlich,
neben der dichtenden Gleitführung,
zwischen der Trennwand und dem Dichtkörper in der Offenstellung,
wenigsten ein Dichtelement vorgesehen wird, um ein mögliches Überströmen von
Medium aus der einen Kammer in die andere Kammer zu verhindern.
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Des
Weiteren kann es von Vorteil sein, wenn der Dichtkörper des
Vakuumventils aus einem verschleißfesten Material hergestellt
ist, vorzugsweise aus einem abriebfesten, gleitfähigen Kunststoff, wie zum Beispiel
ein aus Laurinlactam hergestelltes Polyamid 12.
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Gemäß einer
erfindungsgemäßen Weiterbildung
kann die Dichtkörperkammer
schließlich
im Hinblick auf die geometrische Form des Dichtkörpers dementsprechend ausgebildet
sein.
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Bei
einer zum Beispiel trapezförmigen
Ausbildung des Dichtkörpers
weist die Dichtkörperkammer
entlang des Verstellweges einen ersten rechteckförmigen Abschnitt auf, an den
sich ein trapezförmiger
zweiter Abschnitt anschließt.
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Bei
einer Ausbildung des Dichtkörpers
als Kegelstumpf weist die Dichtkörperkammer
entlang des Verstellweges einen ersten zylinderförmigen Abschnitt auf, an den
sich ein kegelförmiger
zweiter Abschnitt anschließt.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird auch durch ein Tiefziehwerkzeug für eine Vakuumverpackungsmaschine
gelöst,
welche mit einem eine erste Werkzeughälfte aufnehmenden oder bildenden
ersten Werkzeugträger
und mit einem eine zweite Werkzeughälfte aufnehmenden oder bildenden
zweiten Werkzeugträger
ausgestattet ist, wobei wenigstens einer der Werkzeugträger relativ
zu dem anderen Werkzeugträger
bewegbar ist und erfindungsgemäß in einem
der Werkzeugträger
ein Vakuumventil integriert oder an einem Werkzeugträger angeordnet
ist.
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Zur
Vermeidung von Strömungsverlusten
im Zustrom des Vakuums zwischen einer das Vakuum erzeugenden Vakuumquelle
und dem den Vakuumstrom steuernden Vakuumventil zu einem Tiefziehwerkzeug
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
das Vakuumventil in einem der Werkzeugträger zu integrieren oder an
einem der Werkzeugträger
anzuordnen.
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Ein
wesentlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen Variante liegt darin, dass,
neben einer Vermeidung von Strömungsverlusten
des Vakuums (die zu einem entsprechend schnelleren Aufbau von Vakuum
und damit zu schnelleren Taktzeiten führt), mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag
eine Integration des Vakuumventils an oder in dem Werkzeugträger (dies
kann der bewegliche oder feststehende Werkzeugträger sein) auch ein erheblicher
Vorzug bei den hygienischen Eigenschaften einer solchen Maschine besteht.
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Die
Integration des Vakuumventils in den den Werkzeugträger bestimmenden
Bereichen, vermeidet die Ausbildung von schlecht zugänglichen
Taschen, Nuten oder sonstigen schlecht reinigbaren Bereichen.
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Damit
wird in vorteilhafter Weise auf ein Schlauchleitungssystem zur Übertragung
des Vakuums zwischen dem erfindungsgemäß ausgebildeten Vakuumventil
oder zwischen einem an sich bekannten Vakuumventil und dem Tiefziehwerkzeug
verzichtet. Üblicherweise
ist ein entsprechender Schlauch mit einer hohen Oberflächenrauhigkeit
oder -welligkeit des Schlauchinneren verbunden, was negativ für die Strömungseigenschaften
ist. Aufgrund der gewellten Ausgestaltung ist es aber möglich, den Schlauch
verhältnismäßig flexibel
einsetzen zu können.
Auf die Anordnung solcher Schlauchleitungssysteme wird bevorzugt
verzichtet, wodurch diese Nachteile bei dem Aufbau des Vakuums vollständig vermieden
sind und auch damit gleichzeitig wieder ein Beitrag zur Verbesserung
der Hygiene des erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeuges
beziehungsweise der damit ausgesatteten Verpackungsmaschinen erreicht
wird, da die rohe Oberfläche
der Schläuche, die
zu reinigen waren, vermieden werden.
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Wenn
ferner die Vakuumquelle werkzeugnah oder ebenfalls an dem das Vakuumventil
aufnehmenden Werkzeugträger
angeordnet ist, kann darüber
hinaus mit Vorteil auf ein Leitungssystem zwischen der Vakuumquelle
und dem Vakuumventil verzichtet werden, wodurch ein weiterer zu
Strömungsverlusten
im Vakuum führender
negativer Faktor entfällt.
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Für die Integration
des Vakuumventils oder deren Anordnung ist vorzugsweise der maschinenfest
angeordnete Werkzeugträger
des Tiefziehwerkzeuges geeignet, weil im Gegensatz zu dem beweglichen
bzw. relativ zu dem maschinenfesten Werkzeugträger verschiebbaren Werkzeugträger, das
so genannte Mitfahren des Vakuumventils und/oder der Vakuumquelle
entfällt.
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Erfindungsgemäß wird vorgesehen,
dass herkömmliche
Vakuumventile oder auch die nach der Erfindung vorgeschlagenen Vakuumventile
eingesetzt werden.
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Der
maschinenfeste Werkzeugträger
kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung einstückig oder mehrstückig ausgebildet
sein.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
den Werkzeugträger
einstückig
oder mehrstückig
auszubilden. Der Werkzeugträger
ist dabei zum Beispiel als Gussteil realisierbar, wobei gegebenenfalls
die einzelnen Teile oder auch die einstückige Ausgestaltung des Werkzeugträgers als
Gussteil realisiert ist.
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Bevorzugt
wird jedoch, aus Gründen
einer kostengünstigen
Fertigung, die mehrstückige
Ausbildung.
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Danach
besteht der Werkzeugträger
aus einer Grundplatte und aus jeweils einer endseitig der Grundplatte
winklig, insbesondere rechtwinklig abstehend angeordneten Anschlussplatte.
Eine solche Ausgestaltung ist sowohl bei einem einstück ausgebildeten
Werkzeugträger
wie auch bei einem aus mehreren Teilen bestehenden Werkzeugträger möglich.
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In
weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung
ist das Vakuumventil auf dem verschieblich angeordneten Werkzeugträger angeordnet,
und zwar derart, dass das Vakuumventil in der geschlossenen Stellung
des Tiefziehwerkzeuges in eine Ausnehmung der Anschlussplatte des
anderen Werkzeugträgers
eintaucht.
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Das
Vakuumventil kann ferner wahlweise in eine der Anschlussplatten
integriert oder an einer der Anschlussplatten angeordnet sein.
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Bevorzugt
wird jedoch die Integration des Vakuumventils, wobei dann die entsprechende
Ausnehmung in der Anschlussplatte vorgesehen ist, in die das Vakuumventil
montiert wird. Die Einordnung des Vakuumventils in die Anschlussplatte
verlangt dann aber, dass an geeigneter Stelle in der Anschlussplatte
Strömungskanäle ausgebildet
sind, die einerseits mit dem Strömungskanal
des Vakuumventils direkt in Verbindung stehen und andererseits mit Strömungskanälen in Verbindung
gebracht werden können,
die in dem die zweite Werkzeughälfte
tragenden Werkzeugträger
eingebracht sind.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auch die Vakuumquelle
an geeigneter Stelle der das Vakuumventil aufnehmenden Werkzeugträgerplatte
angeordnet sein, und zwar derart, dass zwischen beiden Komponenten
eine direkte oder indirekte schlauchlose Verbindung besteht.
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Eine
solche vorzugsweise indirekte Verbindung wird mit der Anordnung
der Vakuumquelle vertikal über
dem von der Anschlussplatte getragenen Vakuumventil erreicht. Demnach
ist in der vorgenannten Grundplatte wenigstens ein Strömungskanal ausgebildet,
der die Vakuumquelle mit dem Vakuumventil verbindet.
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Mit
einer solchen erfindungsgemäß und schlauchlos
herstellbaren Verbindung zu einem zu evakuierenden Tiefziehwerkzeug
wird eine extrem kurze Verbindung von der Vakuumquelle zum Tiefziehwerkzeug
ohne nennenswerte Strömungsverluste
im Vakuum realisiert. Ferner wird mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung
die Produktivität
der Verpackungsmaschine verbessert, als auch der Evakuierungsvorgang
des Tiefziehwerkzeuges zeitlich verkürzt ist.
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Wie
allgemein bekannt, existieren für
den Bereich der Verpackungsmaschinen von Lebensmittel relativ hohe
Hygienestandards. Dies hat für
die Betreiber derartiger Verpackungsmaschine zur Folge, dass in
kurzen zeitlichen Folgen auch die Tiefziehwerkzeuge einem Reinigungsprozess
unterzogen werden müssen.
Hier kommt im Wesentlichen das Hochdruck-Nassreinigen zum Einsatz.
Dabei ist es nicht ausgeschlossen, dass Reinigungsfluid, insbesondere
in die nach oben offene Hälfte
eines Tiefziehwerkzeuges gelangt. Um zu vermeiden, dass derartiges
Reinigungsfluid über
den Vakuumströmungskanal
zu dem Vakuumventil und schließlich zur
Vakuumquelle fließt,
ist erfindungsgemäß ferner in
der betreffenden Werkzeughälfte
ein Ablaufkanal für
das Reinigungsfluid ausgebildet, der vorzugsweise in einem dem Zustrom
des Vakuums entfernt liegenden Bereich der Werkzeughälfte ausgebildet
ist.
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Des
Weiteren umfasst die Erfindung eine Verpackungsmaschine, insbesondere
Vakuumverpackungsmaschine, welche wenigstens ein Tiefziehwerkzeug
mit einem ersten und zweiten Werkzeugträger besitzt, wobei eine Vakuumquelle
werkzeugnah und ein Vakuumventil in oder an einem der Werkzeugträger angeordnet
ist und wobei wenigstens das Vakuumventil und/oder die Vakuumquelle
mit einem der Werkzeugträger
schlauchlos in Verbindung steht.
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Resümierend
wird hier nochmals auf die im Wesentlichen mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielbaren
vorteilhaften Wirkungen hingewiesen, die unter anderem darin bestehen,
dass mit der erfindungsgemäßen Ausbildung
des Vakuumventils der Vakuumfluss von dem Vakuumventil zum Tiefziehwerkzeug,
aufgrund der einfachen Struktur des Vakuumventils, verlustarm, bei
gleichzeitiger Erhöhung der
Vakuum-Durchlassgeschwindigkeit, erfolgt.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Integration
des Vakuumventils in einen der Werkzeugträger des Tiefziehwerkzeuges
wird zusätzlich,
neben der dem erfindungsgemäßen Vakuumventil
inhärenten, hohen
Durchlassgeschwindigkeit, eine weitere Verkürzung des Vakuumflusses zwischen
Tiefziehwerkzeug und Vakuumventil erreicht, das heißt, zwischen dem
Tiefziehwerkzeug und dem Vakuumventil sind sämtliche Schlauchleitungen entfallen.
Damit einhergehend ist eine erhebliche Einsparung an Schlauchleitun gen
und Zubehör
verbunden. Ferner kann auf entsprechende Montagearbeiten zur Verschlauchung zwischen
Tiefziehwerkzeug und Vakuumventil einerseits und zwischen Vakuumventil
und Vakuumquelle andererseits verzichtet werden.
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Die
erfindungsgemäße Integration
des Vakuumventils in das Tiefziehwerkzeug trägt damit des Weiteren zur Realisierung
der geforderten Hygienestandards der Verpackungsmaschine bei, weil
die Verschlauchungen zwischen dem Tiefziehwerkzeug und dem Vakuumventil
vollständig
entfallen und daher keine Flächen
und schwer zugängliche
Bereiche vorhanden sind, auf denen bzw. in denen sich bakterienhaltige
Schmutzreste niederschlagen und ablagern.
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Die
erfindungsgemäße Integration
des Vakuumventils in den Werkzeugträger des Tiefziehwerkzeuges
ist daher auch besonders reinigungsfreundlich, weil weder separate
Vakuumventile noch Kabel und Schlauchleitungen oder sonstige Teile,
die Bestandteil des Vakuumventils sind, einen von Zeit zu Zeit notwendigen
Reinigungsprozesses behindern.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Vakuumventils
im Längsschnitt
bei geöffnetem
Strömungskanal,
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2 die
perspektivische Darstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Vakuumventils
nach 1 bei geschlossenem Strömungskanal,
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3 eine
weitere Darstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Vakuumventils
im Längsschnitt
mit eingelegten Dichtelementen bei geöffnetem Strömungskanal,
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4 die
Darstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten
Vakuumventils nach 3 bei geöffnetem Strömungskanal,
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5 ein
Tiefziehwerkzeug nach der Erfindung mit einer ersten und zweiten
Werzeugträgerplatte
mit Werkzeughälfte,
wobei in bzw. an einer der Werkzeugträgerplatten ein Vakuumventil
integriert bzw. angeordnet ist,
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6 ein
schematisch dargestelltes Tiefziehwerkzeug nach der Erfindung bei
schlauchloser Anordnung des Vakuumventils an einem Werkzeugträger.
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In
den 1 bis 6 sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen
verwendet.
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Die 1 und 3 zeigen
das Vakuumventil in geöffneter
Stellung des Dichtkörpers 7,
während
die 2 und 4 das Vakuumventil in geschlossener
Stellung des Dichtkörpers 7 zeigen.
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In
den 1 bis 4 besteht das Vakuumventil aus
einem Ventilkörper 1,
aus einem den Verstellweg 2, s. a. Doppelpfeil, des Ventilkörpers 1 querenden
Strömungskanal 3,
aus einer im Ventilkörper 1 ausgebildeten
Dichtkörperkammer 4 und
aus einer von der Dichtkörperkammer 4 getrennten
zweiten Kammer 5, die vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt
besitzt und als Kolben-Zylindereinheit zum Verstellen der Position
des in der Dichtkörperkammer 4 aufgenommenen
Dichtkörpers 7 ausgebildet
ist.
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Der
Ventilkörper 1 umfasst
ferner eine in der Dichtkörperkammer 4 ausgebildete
und spitzwinklig zum Verstellweg 2 verlaufende Dichtfläche 6,
die der Strömungskanal 3 quert.
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Der
in der Dichtkörperkammer 4 aufgenommene
Dichtkörper 7 ist
in Richtung des Verstellweges 2 zwischen einer Offenstellung
im geöffneten
Zustand und einer Schließstellung
im abgedichteten bzw. geschlossenen Zustand des Strömungskanals 3 verstellbar.
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Die
Verstellung des Dichtkörpers 7 wird
dabei durch hydraulische oder pneumatische Beaufschlagung der bereits
erwähnten
Kammer 5 bewirkt, die als Kolben-Zylindereinheit ausgebildet
ist.
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In
der Kammer 5 ist demnach ein Kolben 8 aufgenommen,
der mit dem einen Ende einer Kolbenstange 9 verbunden ist,
während
das andere Ende der Kolbenstange den in der Dichtkörperkammer 4 aufgenommenen
Dichtkörper 7 trägt.
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Die
Kolbenstange 9 ist in einer Gleitführung 15 geführt, am
besten zu sehen in den 3 und 4, die mittig
in einer die Dichtkörperkammer 4 von
der Kammer 5 trennenden Trennwand 13 ausgebildet
ist.
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Mit
der Einordnung des Kolbens 8 und der Kolbenstange 9 in
die zylindrische Kammer 5 wird, wie insbesondere die 3 und 4 zeigen,
diese in eine kolbenseitige Kammer 5.1 mit einem Druckmittelanschluss 10 und
in eine kolbenstangenseitige Kammer 5.2 mit einem Druckmittelanschluss 11 geteilt.
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Gemäß 2 ist
ein innerer Abschnitt 4.1 bzw. 4.2 der Dichtkörperkammer 4,
in der der Dichtkörper 7 bei
Beaufschlagung der kolbenseitigen Kammer 5.1 oder der kolbenstangenseitigen
Kammer 5.2 in Richtung des Verstellweges 2 verschoben wird,
entsprechend der geometrischen Form des Dichtkörpers 7 ausgebildet.
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Wenn
also, wie insbesondere aus den 1 und 2 hervorgeht,
der Dichtkörper 7 im
axialen Querschnitt im Wesentlichen die geometrische Form eines
Trapezes besitzt, ist der innere Abschnitt 4.2 der Dichtköperkammer 4,
der von dem Strömungskanal 3 gequert
wird, adäquat
zur geometrischen Form des Dichtkörpers 7 ausgebildet.
Unter dem Begriff ”im
Wesentlichen” ist
hierbei zu verstehen, dass der Dichtkörper 7 vor Beginn
der geometrischen Form des Trapezes einen Sockel 7.1 in
der geometrischen Form eines Rechteckes ausbildet, dessen Umfangsfläche die
Führungs-
und Gleitfläche
des Dichtkörpers 7 in
dem entsprechend ausgebildeten inneren Abschnitt 4.1 der
Dichtkörperkammer 4 ist.
In einer erfindungsgemäßen Alternative
wird auf den Einsatz des Sockels 7.1 am Dichtkörper 7 verzichtet.
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Entsprechend
einer anderen Ausbildung kann der Dichtkörper 7 im axialen
Querschnitt einen zylindrischen Sockel 7.1 und einen sich
daran anschließenden
Kegelstumpf aufweisen, wobei der zylindrische Sockel 7.1 Führungs-
und Gleitfläche
des Dichtkörpers 7 in
dem entsprechend ausgebildeten inneren zylindrischen Abschnitt 4.1 der
Dichtkörperkammer 4 ist
und der innere Abschnitt 4.2 der Dichtkörperkammer 4 eine
zum Kegelstumpf adäquate Form
mit einer konisch verlaufenden Dichtfläche 6 ausbildet. Die
konisch verlaufende Dichtfläche 6 der Dichtkörperkammer 4,
siehe auch 1, die entsprechend der geometrischen
Form des Dichtkörpers 7 ausgebildet
ist, bildet, wie 3 zeigt, in Richtung des Verstellweges 2 jeweils
außerhalb
vor und hinter der Wand 3.1 des Strömungskanals 3 eine
erste ebene Fläche
und eine zweite ebene Fläche
mit Dichtelementen 12 aus.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die spitzwinklig zum Verstellweg 2 verlaufende Dichtfläche 6 der
Dichtkörperkammer 4 als
auch die spitzwinklig zum Verstellweg 2 verlaufende Dichtkörperfläche 7.2 des
Dichtkörpers 7,
einen Winkel 20 einschließen, der < 89° ist,
vorzugsweise jedoch zwischen 10° und
30° liegt.
Entscheidend bei der Festlegung des Winkels 20 ist, dass
die Dichtelemente 14 des Dichtkörpers 7 und die Dichtelemente 12 der Dichtkörperkammer 4 in
der Schließstellung
des Dichtkörpers 7 miteinander
oder mit der betreffenden Dichtfläche des Dichtkörpers 7 oder
mit der der Dichtkörperkammer 4 in
abdichtenden Berührungskontakt stehen.
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Als
Dichtelemente 12 und 14 finden vorzugsweise gummielastische
O-Ringe oder Endlosdichtungen Verwendung.
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Von
Vorteil kann sein, wie in der 3 gezeigt
wird, dass zusätzlich
zu der selbstdichtenden Gleitführung 15 rückseitig
des Dichtkörpers 7 eine Dichtung 14 vorhanden
ist, die insbesondere in der Offenstellung des Dichtkörpers 7 ein
Wandern des Druckmittels von der einen Kammer zu der anderen Kammer
verhindert.
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Wie
in allen 1 bis 4 zu erkennen
ist, bildet der Ventilkörper 1 des
Vakuumventils ferner in Richtung des Verstellweges 2, und
zwar auf der dem Dichtkörper 7 gegenüber liegenden
Seite des Vakuumkanals 3, eine z. B. parabelförmig verlaufende
Tasche 1.1 aus, in deren Wand wenigstens eine Ringnut 1.2 zur
Aufnahme des Dichtelementes 12 vorhanden ist. Die Tasche 1.1 hat
im Schnitt gesehen in einer erfindungsgemäßen Alternative z. B. winklig
(insbesondere spitzwinklig) aufeinanderzulaufende Schenkel, die
mit einem Kreisbogen verbunden sind.
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Die
Funktionsweise des Vakuumventils soll kurz anhand der 3 und 4 erläutert werden.
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In
Ruhestellung des Vakuumventils, s. 4, befindet
sich der Dichtkörper 7 in
vorderer Position, das heißt,
der Strömungskanal 3 ist
sowohl in Richtung eines hier nicht dargestellten Tiefziehwerkzeuges
als auch in Richtung einer nicht dargestellten Vakuumquelle abdichtend
verschlossen.
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Zum
Betätigen
des Vakuumventils wird gasförmiges
oder hydraulisches Druckmittel über
den Druckmittelanschluss 11 der kolbenstangenseitigen Kammer 5.2 zugeführt. Der
Kolben 8 schiebt sich und mit ihm die Kolbenstange 9 in
eine hintere Endstellung der Kammer 5 und damit den Dichtkörper 7 in die
geöffnete
Position in der Dichtkörperkammer 4. Damit
ist der Strömungskanal 3 geöffnet und
das Vakuum kann ungehindert von der Vakuumquelle, zum Ausbilden
einer aus thermoplastischer Kunststoff-Folie bestehenden Verpackungsmulde,
zum Tiefziehwerkzeug aufgebaut werden.
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Soll
die Verbindung des Tiefziehwerkzeuges zu der Vakuumquelle wieder
getrennt werden, wird die kolbenseitige Kammer 5.1 über den
Druckmittelanschluss 10 mit Druckmittel beaufschlagt. Dadurch werden
der Kolben 8, die Kolbenstange 9 und der Dichtkörper 7 wieder
in die jeweilige vordere Endstellung verschoben und der Strömungskanal 3 wird
abdichtend verschlossen.
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Das
in 5 dargestellte Tiefziehwerkzeug 16 für eine Vakuumverpackungsmaschine
umfasst einen eine erste Werkzeughälfte 17.1 aufnehmenden ersten
Werkzeugträger 17 und
einen eine zweite Werkzeughälfte 18.1 aufnehmenden
zweiten Werkzeugträger 18,
wobei wenigstens einer der Werkzeugträger relativ zu dem anderen
Werkzeugträger bewegbar
ist.
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Bevorzugt
ist hier der Werkzeugträger 17 als maschinenfester
Werkzeugträger
ausgebildet, während
der Werkzeugträger 18 mit
einer hier nicht dargestellten Hubvorrichtung wirkverbunden ist
und entsprechend dem Doppelpfeil 23 relativ zum Werkzeugträger 17 bewegt
wird. Die Bewegung zum Herstellen tiefgezogener, thermoplastischer
Verpackungsmulden, die der Aufnahme von Lebensmittel dienen, erfolgt
bekanntermaßen
taktweise.
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Der
maschinenfeste Werkzeugträger 17 ist hier
mehrstückig
ausgebildet, das heißt,
dieser umfasst eine Grundplatte 17.2 und endseitg der Grundplatte
jeweils eine winklig, vorzugsweise rechtwinklig angeordnete und
abstehende Anschlussplatte 17.3 und 17.4. In dem
freien Ende jeder Anschlussplatte sind voneinander beabstandet angeordnete
Gleitführungen 22 eingebracht,
wobei in jeder der Gleitführung 22 ein
säulenartig
ausgebildetes, fest mit dem Werkzeugträger 18 verbundenes
Führungselement 21 gleitend,
entsprechend dem Doppelpfeil 23, aufgenommen ist.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung ist zur
schlauchlosen Verbindung zwischen dem schematisch dargestellten
Ventilkörper 1 eines
Vakuumventils und dem maschinenfesten Werkzeugträger 17 in oder an
einer der Anschlussplatten, hier in der Anschlussplatte 17.3,
in einer nicht im Detail erkennbaren Ausnehmung der Anschlussplatte,
der Ventilkörper 1 derart
integriert, dass dessen Strömungskanal 3,
siehe auch zum Beispiel 1, mit wenigstens einem in der
Anschlussplatte 17.3 vertikal verlaufenden Strömungskanäle 17.31, 17.32,
die durch eine Strich-Punkt-Linie
dargestellt sind, in direkter Verbindung steht.
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In
der die Werkzeughälfte 18.1 aufnehmenden
Werkzeugträgerplatte 18 sind
diametral gegenüberliegend
zu den Strömungskanälen 17.31 und 17.32 Strömungskanäle 24 und 25 vorgesehen,
die innerhalb der Werkzeugträgerplatte 18 zu
der Werkzeughälfte 18.1 führen. Einer
dieser Strömungskanäle ist dabei
ein Vakuumströmungskanal
während
der andere Strömungskanal
der Strömungs kanal
eines der Werkzeughälfte 18.1 zuzuführenden Überdruckmediums,
zum Beispiel Druckluft, sein kann. Bei einer solchen Ausführungsvariante
kann mittels Druckluft das Entformen der Verpackungsmulden unterstützt werden.
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Auf
diese Betriebsweise soll hier jedoch nicht näher eingegangen werden, weil
dies nicht Gegenstand der Erfindung ist.
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In 5 ist
des Weiteren auf der Grundplatte 17.2, vorzugsweise in
einem Bereich vertikal über dem
Ventilkörper 1 des
Vakuumventils der Anschlussplatte 17.3, eine schematisch
dargestellte Vakuumquelle 19 angeordnet, deren nur andeutungsweise
durch eine Strich-Punkt-Linie 19.1 dargestellter Strömungskanal
mit dem Strömungskanal 3 des Vakuumventils 1 über einen
ebenfalls durch eine Strich-Punkt-Linie 17.5 dargestellten
Strömungskanal
in der Grundplatte 17.2, indirekt, aber schlauchlos in
Verbindung steht.
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6 stellt
in vereinfachter Weise das in 5 gezeigte
Tiefziehwerkzeug 16 dar, jedoch mit dem Unterschied, dass
die Vakuumquelle 19 und der Ventilkörper 1 des Vakuumventils
an der relativ zum Werkzeugträger 17 bewegbaren
Werkzeugträger 18 angeordnet
ist. Damit kann auf einfache und kostengünstige Weise ein relativ kurzer
Vakuum-Strömungskanal,
der durch die Strich-Punkt-Linie 18.2 und 19.1 angedeutet
ist, von der Vakuumquelle 19, über den Werkzeugträger 18 und
den Ventilkörper 1 eines
Vakuumventils zu dem zu evakuierenden Tiefziehwerkzeug 16,
ohne nennenswerte Strömungsverluste
im Vakuum in Kauf nehmen zu müssen,
realisiert werden.
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Die
jetzt mit der Anmeldung und später
eingereichten Ansprüche
sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
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Sollte
sich hier bei näherer
Prüfung,
insbesondere auch des einschlägigen
Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal
für das
Ziel der Erfindung zwar günstig,
nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon
jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere
im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.
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Es
ist weiter zu beachten, daß die
in den verschiedenen Ausführungsformen
beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten
der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind
einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar.
Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
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Die
in den abhängigen
Ansprüchen
angeführten
Rückbeziehungen
weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches
durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind
diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen,
gegenständlichen
Schutzes für
die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
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Merkmale,
die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im
Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel
zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.
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Merkmale,
die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale
aus Ansprüchen,
die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung
vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar
auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen
erwähnt wurden
beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders
günstige
Ergebnisse erreichen.