DE102014203789A1

DE102014203789A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Thermoformen eines Filters, insbesondere für zumindest einen Becher umfassende Portionspackung

Info

Publication number: DE102014203789A1
Application number: DE102014203789.1A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Stadel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Syntegon Technology GmbH
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-09-03
Also published as: JP6593999B2; JP2015166181A

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines thermogeformten Filters (22), insbesondere für die Herstellung einer Portionspackung, vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Heizeinrichtung (14) zum Erwärmen des zugeführten Filtermaterials (20), zumindest ein Formwerkzeug (16), in dessen Erfassungsbereich das erwärmte Filtermaterial (20) gelangt, wobei das Formwerkzeug (16) aus dem erwärmten Bereich des Filtermaterials (20) zumindest einen thermogeformten Filter (20) formt, und zumindest ein Schneidmittel (18), das den thermogeformten Filter (22) von dem Filtermaterial (20) trennt.

Description

Stand der Technik
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Herstellung eines thermogeformten Filters insbesondere für zumindest einen Becher umfassende Portionspackung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Aus der EP-A 1 221 418 ist bereits eine Portionspackung zur Herstellung eines Brühgetränks bekannt. Diese umfasst ein mit einem Aromaträger wie Kaffee oder Tee befülltes Gehäuse mit einer umlaufenden Seitenwand, einem Boden und einem Deckel. Der Deckel ist zumindest bereichsweise wasserdurchlässig und der Boden zumindest bereichsweise als Filter ausgebildet. Die Seitenwand und der Boden sind einstückig aus einem filterfähigen Kunststoff-Flies oder einem Kunststoff-Papier-Gemisch im Tiefziehverfahren hergestellt, ebenso wie der Deckel. In seinem umlaufenden Randbereich ist letzterer wasserundurchlässig verdichtet, so dass der Deckel mit dem oberen Rand der Seitenwand dicht abschließend verbunden ist. Der Seitenwandbereich ist dabei ebenfalls wasserundurchlässig verdichtet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Filters für eine Portionspackung vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
Vorteile der Erfindung
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Filters und der entsprechenden Portionspackung erfolgen kann. So wird der Filter in besonders einfacher Weise durch Thermoverformen hergestellt. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass zuerst Filtermaterial zugeführt wird, dieses zumindest punktuell erwärmt wird und anschließend durch ein Formwerkzeug wie beispielsweise einen Vorsteckstempel geformt wird. Dadurch kann eine relativ aufwendige Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik, welcher auf Matrize und Patrize zurückgreift, verzichtet werden, da keine wasserundurchlässigen Randbereiche erzeugt werden müssen. Außerdem eignet sich genannte Vorrichtung und genanntes Verfahren insbesondere für die Massenproduktion, da das Filtermaterial in Rollenform verarbeitet und der Heizeinrichtung zugeführt werden kann. Das jeweilige Formwerkzeug lässt sich bevorzugt austauschbar anordnen. Dadurch lässt sich die Flexibilität der Vorrichtung weiter erhöhen, so dass das Formwerkzeug an die verschiedenen Anforderungen hinsichtlich des Filterprofils für unterschiedliche Portionspackungen besonders einfach angepasst werden kann. Weiterhin muss das Formwerkzeug selbst nicht erhitzt werden, so dass dadurch eine schnelle und sichere Verarbeitung möglich wird. Weiterhin ist ein Schneidmittel vorgesehen, welches den thermogeformten Filter aus dem rollenförmigen Filtermaterial heraus trennt. Bevorzugt erfolgt dies in derselben Arbeitsstation, in der das Formwerkzeug das erwärmte Filtermaterial thermoformt. Dadurch lässt sich ein besonders kostengünstige Herstellung erreichen.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass als Material, aus dem das Formwerkzeug besteht, bevorzugt Aluminium verwendet ist.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Transportmittel unterhalb des Formwerkzeugs und/oder Schneidmittels angeordnet ist. Damit kann nach einem Herausstanzen des thermogeformten Filters aus dem Filtermaterial dieser unmittelbar in das bereit stehende Transportmittel überführt werden. Dadurch vereinfacht sich das weitere Handling des thermogeformten Filters. Dieser kann unmittelbar zu dem bereitstehenden Becher überführt werden, in den der Filter eingelegt und/oder eingesiegelt wird.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zum Thermoformen des Filters Bestandteil einer Anlage zum Thermoformen eines Bechers ist. Damit kann bevorzugt der separate Weitertransport des Filters unterbleiben, indem lediglich ein ausgestanzter, thermogeformter Filter in einen dann bereitstehenden, vorher thermogeformten Becher unmittelbar überführt wird.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung weiterhin zumindest ein Siegelmittel umfasst. Der thermogeformte Filter weist hierzu bevorzugt einen nach außen überstehenden Rand auf. Ebenfalls der Becher weist an der Oberseite einen überstehenden Rand auf als Aufnahme bzw. Siegelfläche für den thermogeformten Filter. Das Siegelwerkzeug, unter Umständen basierend auf Ultraschall, versiegelt an dieser Stelle den Filter mit dem Becher. Dies trägt zu einer verliersicheren und positionsgenauen Anordnung bei, was eine hohe Qualität des Brühgetränks sicherstellt. Alternativ kann die Siegelung bzw. Schweißung auch an der Seitenwand des Bechers erfolgen.
Zweckmäßig wird das Siegeln mittels Ultraschall vorgenommen. Hierzu sind entsprechende Energierichtungsgeber am Siegelwerkzeug und/oder am Becherrand vorgesehen. Dadurch ergibt sich eine positionsgenaue Versiegelung der beiden Komponenten.
In den weiteren Schritten wird der mit dem Filter versehene Becher befüllt beispielsweise durch ein Produkt wie Kaffee, Tee oder sonstige wasserlösliche Getränke.
Anschließend wird der befüllte Becher bzw. der befüllte Filter mittels eines Deckels verschlossen. So wird beispielsweise ein Aluminiumdeckel oder Verbundfolie auf dem Randbereich des Bechers aufgesiegelt.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines thermogeformten Filters ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung der Vorrichtung zur Herstellung des thermogeformten Filters in der Seitenansicht,
2 eine schematische Darstellung des Thermoformvorgangs mit zugehörigen Bestandteilen der Vorrichtung in der Seitenansicht,
3 eine schematische Darstellung des Versiegelns des thermogeformten Filters mit dem Becher sowie
4 einen thermogeformten Filter in der Draufsicht mit Löchern.
Ein Filtermaterial 20 ist auf einem Rollenblock 12 aufgewickelt. Von dem Rollenblock 12 gelangt das Filtermaterial 20 zu einer Heizeinrichtung 14. Die Heizeinrichtung 14 umschließt das Filtermaterial 20 bevorzugt beidseitig. Das Filtermaterial 20 durchläuft die Heizeinrichtung 14 bevorzugt in vertikaler Richtung. Anschließend wird es um 90 Grad umgelenkt und gelangt in den Erfassungsbereichs eines Formwerkzeugs 16. Das Formwerkzeug 16 ist als Patrize ausgestaltet. Das Formwerkzeug 16 lässt sich in vertikaler Richtung bewegen. Hierzu wird das Formwerkzeug 16 nach unten abgesenkt und formt das erwärmte Filtermaterial 20 zu einem thermogeformten Filter 22. Unterhalb des Formwerkzeugs 14 ist ein Becher 26 angeordnet, in den der geformte und abgetrennte Filter 22 gelangt. Hierzu ist ein Schneidmittel 18 vorgesehen, welches den geformten Filter 22 von dem restlichen Filtermaterial 20 ausstanzt. Da der Filter 22 bevorzugt kreisförmig ausgeführt ist, bleiben in dem restlichen Filtermaterial 20 entsprechende Löcher zurück. Das restliche Filtermaterial 20 wird wieder auf einen entsprechenden Rollenblock 13 aufgerollt und kann entsprechend entsorgt werden.
Die Becher 26 können auch als thermogeformte, tiefgezogene Becher in der Nähe der Vorrichtung 10 gebildet werden. Hierzu gelangt ein thermoformbares Bechermaterial ebenfalls in den Erfassungsbereich entsprechender Formwerkzeuge, so dass ein Nutzen 27 gebildet wird, der mehrere Becher 26 umfasst. Den thermogeformten Bechern 26 werden entsprechend thermogeformte Filter 22 zugeführt. Anschließend werden Filter 22 und Becher 26 miteinander durch Siegeln verbunden durch ein geeignetes Siegelmittel 30. Anschließend wird der in dem Becher 26 befindliche Filter 22 mit Produkt 42 wie beispielsweise Kaffee, Tee, Schokolade oder ähnliches mit Hilfe einer Befüllstation 40 befüllt. Anschließend gelangt der befüllte Becher 26 in den Erfassungsbereich einer Verschließstation 44. Die Verschließstation 44 siegelt einen Deckel 46 auf den Rand des Bechers 26 auf. Anschließend kann optional eine Trenneinrichtung 48 vorgesehen sein, welche die in einem Nutzen 27 zusammenhängenden Becher 26 voneinander in der gewünschten Art und Weise trennt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist gezeigt, wie das durch die Heizeinrichtung 14 erwärmte Filtermaterial 20 in den Erfassungsbereich des Formwerkzeugs 16 gelangt. Das Formwerkzeug 16 ist auf- und abwärtsbeweglich angeordnet. Nachdem sich der erwärmte Bereich des Filtermaterials 20 unterhalb des Formwerkzeugs 16 befindet, senkt sich das Formwerkzeug 16 ab und verformt das Filtermaterial 20 in der gestrichelt angedeuteten Art und Weise. Anschließend wird das Schneidmittel 18 nach unten abgesenkt, so dass der thermogeformte Filter 22 von dem restlichen Filtermaterial 20 getrennt wird. Der so getrennte Filter 22 fällt nach unten in eine Aussparung 25 eines Transportmittels 24. Das Formwerkzeug 16 weist eine entsprechende Patrizenform der Gestalt auf, dass sich die gewünschte Form des thermogeformten Filters 22 ergibt. So weist dieser thermogeformte Filter 22 beispielsweise oben einen überstehenden Filterrand 23 auf. Über das Transportmittel 24 können die Filter 22 in der gewünschten Art und Weise den Bechern 26 zugeführt werden, um sie anschließend mit diesen durch Siegeln zu verbinden.
Hierzu ist beispielhaft in 3 dargestellt, wie der bereitstehende Becher 26 den Filter 22 aufnimmt. Hierzu weist der Becher 26 einen entsprechenden Becherrand 28 auf. Hierbei sind der Becherrand 28 und der Filterrand 23 aufeinander abgestimmt im Sinne einer entsprechenden späteren Verbindung. Hierzu ist das Siegelmittel 30 vorgesehen. Beispielhaft könnte es sich um eine Ultraschallsiegelung handeln. Eine entsprechende Sonotrode 32 weist hierbei an den Siegelstellen Energierichtungsgeber 34 auf. Auch der Becherrand 28 umfasst solche Energierichtungsgeber 34. Dadurch wird ein gezielter Ultraschalleintrag und damit positionsgenaue Siegelung ermöglicht. Doch sind auch andere Siegelverfahren denkbar wie Heiß- oder Kaltsiegeln. Wesentlich ist, dass über die Siegelmittel 30 eine Verbindung zwischen Filter 22 und Becher 26 erfolgt.
Gemäß 4 sind unterschiedliche Ausgestaltungen sowohl des Filters 22 wie auch des Formwerkzeugs 16 möglich. Hierbei kann der Filter 22 optional entsprechende Löcher 38 aufweisen, damit der Abfluss des aufgebrühten Getränks sicher ermöglicht wird. Auch das Formwerkzeug 16 könnte entsprechende Öffnungen aufweisen, um Druckluft bzw. Vakuum einzubringen, um das Anhaften bzw. Lösen der Filters 22 an dem Formwerkzeug 16 gezielt zu beeinflussen.
Mit dem beschriebenen thermogeformten Filter 22 lassen sich gewünschte Durchlaufzeiten des aufzubrühenden Produkts 42 wie beispielsweise Kaffee erreichen aufgrund einer großen Filteroberfläche, die sich individuell leicht an die jeweiligen Gegebenheiten des Produkts 42 bzw. des Bechers 26 anpassen lässt. Dabei können unterschiedliche Geometrien des thermogeformten Filters 22 in besonders einfacher Art und Weise auf derselben Vorrichtung 10 produziert werden, da sich das entsprechende Formwerkzeug 16 besonders einfach austauschen lässt abhängig von der gewünschten Filterform.
Bevorzugt finden runde Filterformen mit einem Filterrand 23 Verwendung. Je nach den unterschiedlichen Gegebenheiten des Bechers 26 kann der Filter 22 in unterschiedlichen Formen nach unten hin auslaufen. So könnte vorgesehen sein, dass sich der Filter stufenförmig verjüngt. Weiterhin wäre es möglich, dass der Boden des Filters 22 parallel zum Deckelbereich im Wesentlichen plan verläuft. Alternativ wäre es möglich, dass der Boden lediglich in einem mittleren Bereich brühförmig ausläuft. Alternativ wäre es ebenso möglich, dass der Filter 22 sich mit einer runden Kontur ständig verjüngt. Neben dem unterschiedlichen Auslaufen des Filters 22 ist es auch möglich, die Seitenflächen unterschiedlich zu gestalten. Das Filtermaterial 20 besteht aus einem Flies, welches bevorzugt mit PP oder PET zum Zweck der Thermoformbarkeit versetzt ist. Weiterhin ist das Filtermaterial 20 bevorzugt ultraschallschweißbar. Dahingehend könnte das Filtermaterial 20 je nach verwendetem Siegeltyp auch heißsiegelfähig sein. Außerdem ist das Filtermaterial 20 lebensmittelbeständig und temperaturbeständig ausgeführt. Dadurch wird ein ordnungsgemäßer Brühprozess sichergestellt.
Die Heizeinrichtung 14 stellt eine lokale Erwärmung des Filtermaterials 20 gezielt an der Stelle sicher, an der später das Formwerkzeug 16 den Filter 20 in die gewünschte Form bringt. Als Heizeinrichtung 16 könnte beispielsweise Kontaktheizplatten, Strahler, Heißluft oder Erwärmen mittels Induktion eingesetzt werden.
Das Formwerkzeug 16 besteht bevorzugt aus Aluminium.
Die Vorrichtung 10 zum Thermoformen eines Filters 22 kann entweder Bestandteil einer Thermoformmaschine für Becher 26 sein, oder aber sie ist in der Nähe einer solchen Thermoformmaschine angeordnet und führt die thermogeformten Filter 22 der Thermoformmaschine für die Becher 26 unmittelbar zu.
Das Herstellen des Filters für eine Portionspackung zeichnet sich durch folgende Schritte aus:

– Zuführen des Filtermaterials 20 zu einer Heizeinrichtung 14,
– Erwärmen des Filtermaterials 20 durch die Heizeinrichtung 14,
– Zuführen des erwärmten Filtermaterials 20 zu dem Formwerkzeug 16,
– Thermoformen des erwärmten Filtermaterials 20 mit Hilfe des Formmittels 16,
– Ausschneiden des thermogeformten Filters 22 aus dem Filtermaterial 20,
– Zuführen des thermogeformten Filters 22 zu dem Becher 26,
– Versiegeln des Filters 22 mit dem Becher 26, wobei bevorzugt das Verbinden mittels Ultraschall unter Verwendung einer Sonotrode 30 erfolgt,

Die Vorrichtung kann zumindest teilweise noch weitere Schritte durchführen:

– Zuführen des Produkts 42 zu dem Filter 22 mit Hilfe einer Befüllstation 40,
– Verschließen des befüllten Filters 22 bzw. Bechers 26 durch eine Verschließstation 44 unter Verwendung eines Deckels 46.

Weitere Schritte können sich anschließen bzw. parallel erfolgen, wie:

– Aufrollen des verbleibenden Filtermaterials 20 nach dem Trennen,
– Gegebenenfalls Trennen der einzelnen Becher 26 aus einem Nutzen 27 mit Hilfe der Trenneinrichtung 48.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1221418 A [0001]

Claims

Vorrichtung zum Thermoformen eines Filters (22), insbesondere für eine Portionspackung mit einem Becher (26), umfassend zumindest eine Heizeinrichtung (14) zum Erwärmen des zugeführten Filtermaterials (20), zumindest ein Formwerkzeug (16), in dessen Erfassungsbereich das erwärmte Filtermaterial (20) gelangt, wobei das Formwerkzeug (16) aus dem erwärmten Bereich des Filtermaterials (20) zumindest einen thermogeformten Filter (20) formt, und zumindest ein Schneidmittel (18), das den thermogeformten Filter (22) von dem Filtermaterial (20) trennt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (16) aus Aluminium besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Siegelmittel (30) vorgesehen ist zur Versiegelung des thermogeformten Filters (22) mit einem Becher (26), insbesondere mittels Ultraschall.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Befüllstation (40) und/oder eine Verschließstation (44) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Transportmittel (24) vorgesehen ist, das den Filter (22) dem Becher (26) zuführt.
Verfahren zur Herstellung eines thermogeformten Filters, insbesondere für die Verwendung in einer Portionspackung, umfassend die folgenden Schritte: – Zuführen eines Filtermaterials (20) zu einer Heizeinrichtung (14), – Erwärmen des Filtermaterials (20) durch die Heizeinrichtung (14), – Zuführen des erwärmten Filtermaterial (20) zu einem Formwerkzeug (16), – Formen des erwärmten Filtermaterials (20) zu einem thermogeformten Filter (22) durch das Formwerkzeug (14)- – der thermogeformte Filter (22) wird durch ein Schneidmittel (18) von dem Filtermaterial (20) getrennt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermogeformte Filter (22) mit einem Becher (26) versiegelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (22) mit Produkt (42) befüllt wird und von einer Verschließstation (44) mit einem Deckel (44) verschlossen wird.