Verfahren und Vorrichtung zum Versiegeln von Beuteln
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Versiegeln oder Verschweissen der Öffnung von Beuteln, insbesondere von evakuierten Beuteln, aus Heiss-Schrumpffolien.
Beutel aus Schrumpffolie zur Vakuumverpackung insbesondere von Nahrungsmitteln, wie Geflügel, Schinken und dergleichen sind bekannt. Bei den üblichen Verfahren wird das Lebensmittel, z. B. ein Puter, in den Beutel aus Schrumpffolie gelegt, der Beutel durch seine öffnung evakuiert und dann durch Zusammendrehen oder Abbinden mit einem Band oder einer Klammer luftdicht verschlossen, so dass eine dichte Vakuumverpackung erhalten wird. Anschliessend wird der Beutel durch kurzes Erhitzen der gesamten Packung zu einer dicht anliegenden zwei ten Haut > auf das Produkt geschrumpft.
Durch die Verwendung von Klammern, Bändern, Klebemitteln und dergleichen zum Verschliessen des Beutels werden jedoch beim Verpacken unerwünschte zusätzliche Kosten verursacht, da zusätzliche Arbeitskraft, Rohstoffe und Geräte erforderlich sind. Das Verschliessen des Beutels durch Zusammendrehen der Öffnung ohne eine Klammer ist oft unbefriedigend, da sich die Verschlüsse insbesondere beim Heissschrumpfen der Packung leicht wieder aufdrehen.
Es wurden bereits Versuche unternommen, die bekannten Heisssiegelverfahren zum Verschliessen von evakuierten Beuteln aus thermoplastischer Schrumpffolie einzusetzen, was jedoch im allgemeinen umbefriedigend war, da die zum Siegeln erforderliche Hitze die Folie an der Siegelstelle und im umliegenden Bereich gleichzeitig schrumpft, wodurch die Siegelnaht sich wieder aufzieht. Diese Schrumpfung erzeugt ausserdem mechanische Spannungen in der über das Produkt gezogenen Folie, wodurch der Beutel gelegentlich reisst und häufig dünne Stellen erhält, die während der anschliessenden Schrumpfung oder später während der Lagerung und Handhabung reissen.
Mit der vorliegenden Erfindung werden daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschliessen von Beuteln aus thermoplastischen Heissschrumpffolien vorgeschlagen, bei denen die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere dient die Erfindung zum Heissversiegeln der öffnungen von evakuierten Beuteln.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben werden; es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Rückansicht, d.h. die der Bedienungsseite gegenüberliegende Seite einer erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung längs der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrösserte, teilweise geschnittene Darstellung einer in der Vorrichtung verwendeten einziehbaren Saugdüse;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäss versiegelten Vakuumpackung;
Fig. 5 eine vergrösserte perspektivische Darstellung einer in der Vorrichtung verwendeten Klemmvorrichtung.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird die zusammengefasste Öffnung eines evakuierten Beutels aus thermoplastischer Schrumpffolie an einer zwischen dem verpackten Produkt und der Saugdüse liegenden Stelle eingeklemmt, der in der Klemmvorrichtung dem Produkt gegenüberliegende zusammengefasste Beutel teil zu einer kompakten Masse auf eine Temperatur erhitzt, bei der die thermoplastische Folie teilweise schmilzt. Während des Erhitzens wird wenig Druck auf die erhitzte Stelle ausgeübt. Er ist nicht grösser als der Druck unter dem der zusammengefasste erhitzte Folienteil schrumpfen und sich zu einem vergrösserten Querschnitt verdicken kann. Danach wird der erhitzte verdickte Teil zu geringerer Dicke zusammengepresst und gleichzeitig gekühlt.
Während dieses Schrittes ist der Druck so gross, dass die Dicke der heissen, geschmolzenen oder teilweise geschmolzenen Folie mindestens um 10% verringert wird, und dieser Druck wird so lange aufrechterhalten, bis die erhitzte Stelle mindestens auf die Verfestigungstemperatur der Folie gekühlt ist. Die Verringerung der Dicke liegt vorzugsweise bei 20 bis 30SO. Dann kann die Einklemmung zwischen dem Produkt und dem so versiegelten Teil gelöst werden. Die an der Siegelstelle überstehende Folie kann gegebenenfalls abgeschnitten und weggeworfen werden, wobei das Abschneiden auch zwischen dem Einklemmen und dem Erhitzen erfolgen kann; es ist jedoch nicht erforderlich, wenn es für das Aussehen der fertigen Packung keine Rolle spielt.
Das Zusammenfassen der Beutel öffnung kann gegebenenfalls auch durch Zusammendrehen erfolgen, jedoch bringt dieses bei dem erfindungsgemässen Verfahren keine Vorteile und wird aus wirtschaftlichen und anderen Gründen vorzugsweise nicht durchgeführt.
Das erfindungsgemässe Verfahren unterscheidet sich von den bekannten Heisssiegelverfahren dadurch, dass während des Erhitzens praktisch keine Kräfte aufgewandt werden oder keine Behinderung vorhanden ist und der erforderliche Siegeldruck erst nach dem Erhitzen ausgeübt wird.
Die fertige Packung hat nach dem Beschneiden und Schrumpfen der Folie über dem verpackten Produkt ein sehr ansprechendes Aussehen. Sie besteht aus einem dicht am Produkt anliegenden Beutel 10 und einem nach dem erfindungsgemässen Verfahren heissversiegelten flossenartigen Verschluss 11 (siehe Fig. 4). Die Versiegelung ist völlig luftdicht; Versuche haben gezeigt, dass der luftdichte Abschluss länger erhalten bleibt als bei den nach bekannten Verfahren erzielten Verschlüssen.
Die in Fig. 1 bis 4 gezeigte Vorrichtung ist besonders für das Verpacken von Geflügel, speziell von Putern oder anderen grossen Geflügelarten, nach dem erfindungsgemässen Verfahren geeignet.
Die Vorrichtung besteht aus einem wie üblich zusammengebauten Rahmengestell aus zwei oberen horizontalen Trägern 20, zwei unteren horizontalen Trägern 21 und jeweils zwei senkrechten Stützen 22 und 23 an den beiden Enden der horizontalen Träger. Die Stabilität des Gestells wird durch weitere horizontale, vertikale und/oder diagonale Querverstrebungen erhöht, wie z.B. horizontale Querträger 24 und 25 (Fig. 2). Zur Fortbewegung kann das Gestell noch auf Rollen 26 oder ähnliche Vorichtungen gesetzt sein.
Senkrecht auf dem oberen rückwärtigen horizontalen Trägern 20 sind Gestellaufsätze 27 und 28 angebracht, die aus horizontalen Trägern 29 bzw, 30, je zwei vertikalen Stützen 31 und 32 und einer geeigneten Zahl von Verstrebungen 33, von denen nur eine gezeigt ist, bestehen. Wahlweise kann die Vorrichtung, wie gezeigt, noch zwei gegenläufige Ziehwalzen 34 und 35 besitzen, die zweckmässig zwischen den beiden oberen Gestellaufsätzen angebracht sind. Wie gezeigt, befindet sich auf dem Gestellaufsatz 27 noch ein Bedienungspult 36 bekannter Bau- und Arbeitsweise.
An den Enden der oberen horizontalen Träger 20 sind je zwei Lager 37 bzw. 38 angebracht, in denen die Enden von horizontalen, drehbaren Wellen 39 bzw. 40 gelagert sind. Am Ende jeder Welle sind Kettenzahnräder 41 und 42 befestigt, auf denen zwei parallele endlose Ketten 43 laufen. Die Welle 40 wird durch eine geeignete Vorrichtung, z.B. durch einen Kettenantrieb 44, angetrieben, wodurch die Ketten 43 kontinuierlich über die Zahnräder 42 bewegt werden und über die Zahnräder 41 auf der sich frei drehenden Welle 39 laufen.
Die Vorrichtung besitzt ein endloses, stabiles, horizontales Förderband 48, das durch Verbindung der Ketten 43 mit mehreren, dicht nebeneinander liegenden Latten 49 gebildet ist. An den Aussenseiten der Ketten sind unter den Latten mehrere Rädchen 100 angebracht, die zumindest auf der oberen Laufbahn des Förderbandes auf nicht gezeigten Schienen laufen, um das Förderband weitgehend flach zu halten.
Auf der Innenkante des Förderbandes sind in bestimmten Abständen mehrere Klemmvorrichtungen 50 angebracht, die wie Fig. 5 zeigt aus einem Hauptteil oder Stativ 51, einem Amboss oder einer unteren Backe 52 und einer oberen Backe 53 besteht. Die untere Backe ist vorne und hinten mit Schrauben 54 oder dergleichen am Stativ befestigt. Zwischen den Schrauben ruht die untere Backe auf einer Reihe von Druckfedern (nicht gezeigt), deren Enden in entsprechenden in die Unterseite der Backe und die Oberseite des Stativs gebohrten Vertiefungen (nicht gezeigt) gehalten werden. Die Oberseite der unteren Backe hat über ihre ganze Länge eine Längsrille 55 mit halbrundem Querschnitt.
Die obere Backe hat eine um ihren ganzen Umfang verlaufende Rille, in der ein Ring 56 aus Gummi oder anderem elastischen Material liegt, der beim Schliessen der Klemmvorrichtung in die Rille der unteren Backe gepresst wird.
Am rückwärtigen Ende der oberen Backe sind an beiden Seiten Schenkel 57 befestigt, die in entsprechenden Schlitzen im Rücken des Stativs 51 gleiten.
Am Stativrücken 51 und der oberen Backe 53 ist an entsprechenden Beschlägen eine Zugfeder 58 befestigt, durch die die obere Backe bis zum dichten Schliessen senkrecht auf die untere Backe gezogen wird. Am unteren Ende der Schenkel 57 ist eine Mitnehmerrolle 59, die von einer ganz durch eine öffnung 65 in der rückwärtigen Stativmitte reichende Vorrichtung gehalten wird und bei ihrer Aufwärtsbewegung auf einer ansteigenden, schematisch dargestellten Mitnehmerführung 60 die Backen öffnet. Durch Führungsrollen 61, 62, 63 und 64, die auf oder in Führungen über dem Hauptteil der oberen Förderbandbahn laufen, werden die Klemmvorrichtungen beim Durchlaufen dieses Teiles der Anlage in senkrechter Lage gehalten.
Weiterhin haben die Klemmvorrichtungen Lförmige Platten 66 und 67, von denen eine direkt an der oberen Backe und die andere am Stativ der Klemmvorrichtung so angebracht ist, dass jeweils der eine Schenkel der Platte in gleicher Ebene mit der Oberseite der unteren Backe bzw. der Unterseite der oberen Backe nach aussen ragt. Diese Platten bestehen zweckmässig aus V2A-Stahl.
Die Vorrichtung besitzt, wie Fig. 1 zeigt, weiterhin Heizstäbe 79 und 80 und Kühlstäbe 81 und 82, zwischen denen sich jeweils ein Spalt befindet. Die Heizstäbe sind an eine geeignete, z. B. elektrische Heizquelle (nicht gezeigt) angeschlossen, während durch die Kühlstäbe eine Kühlflüssigkeit, z.B. kaltes Wasser, verflüssigte halogenierte Kohlenwasserstoffe usw. strömt. Der Spalt zwischen den Kühlstäben wird vom Anfang (links in Fig. 1) bis zum Ende enger. Die Ziehwalzen 34 und 35 können gegebenenfalls durch Schrägen an der Einführungsseite der Kühlstäbe ersetzt werden. Die Heizstäbe können aus einer einzigen fortlaufenden Einheit oder aber aus einzelnen Abschnitten bestehen, was eine etwas bessere Temperaturkontrolle erlaubt.
Weiterhin ist die Anlage mit Laufschienen 68 und 69 versehen, auf denen eine Saugvorrichtung 70 befestigt ist. Diese besteht aus einer geeigneten Stützplatte 71, einer Bodenplatte 72 und einem Luftzylinder 73 und ist an einer auf den Führungsschienen 68 und 69 bewegbaren Führungsplatte 74 befestigt. Der Zylinder 73 ist mit Druckluftleitungen 75 und 76 verbunden, während am Kolbenende des Luftzylinders eine dreiteilige, ausschiebbare Saugdüse angebracht ist (Fig. 2).
Die in Fig. 3 in vollkommen ausgeschobener Stellung gezeigte Saugdüse besteht aus drei einzelnen Rohren 83, 84 und 85. Das äussere Rohr 85 ist feststehend; das mittlere Rohr 84 gleitet auf dem inneren Rohr aus der voll eingezogenen Stellung bis zum Aufeinandertreffen eines Anschlagstiftes 86 und eines Begrenzungsstiftes 87; das innere Rohr 83 ist durch einen Stift 89 oder dergleichen mit dem Ende der durch den Luftzylinder 73 bewegten Kolbenstange 88 verbunden. Der Stift ragt durch Schlitze 90 an jeder Seite des mittleren Rohres hervor. Bei Bewegung der Kolbenstange wird das innere Rohr bis zum Anschlag des Stiftes 89 am Ende der Schlitze 90 nach aussen gestossen, dann werden das innere und mittlere Rohr zusammen bis zum Aufeinandertreffen der Anschlagstifte 86 und 87 weiter nach aussen bewegt. Die Teleskopbewegung wird durch Einziehen der Kolbenstange beendet.
Durch alle drei Rohre wird ein Vakuum von einer gemeinsamen, mit einer Vakuumanlage verbundenen Öffnung 91 angelegt.
Bei Betrieb der Anlage wird die Saugvorrichtung auf den Laufstangen oder -schienen 68 und 69 bis zum äussersten linken Ende (Fig. 1) ausgefahren. Die öffnung eines beispielsweise einen Puter enthaltenden Beutels wird über das äussere Ende des Rohres 85 gezogen und fest um dieses geklemmt. Die Düse ist hierbei voll ausgeschoben. Das Rohr 83 reicht in den inneren Hohlraum des Puters und evakuiert diesen, während die äusseren Rohre 84 und 85 den Raum um den Puter und den übrigen Beutel entlüften.
Am Anfang der oberen Bahn des Förderbandes, auf dem der Beutel mit dem Puter jetzt ruht, beginnt eine offene Klemmvorrichtung zu laufen, trifft auf die Saugvorrichtung und schiebt diese auf den Laufschienen weiter, wobei das innere und das mittlere Rohr der Saugdüse langsam eingezogen werden. Die Bewegung des Mitnehmers an der oberen Backe ist dann beendet, wodurch die Klemmvorrichtung zwischen dem verpackten Gut und dem Saugrohr 85, in das die anderen Rohre eingezogen sind, dicht um den zusammengefassten Beutelteil schliesst. Durch das Einklemmen des Beutels zwischen Produkt und Siegelbereich wird vermieden, dass durch die auf der weichen heissen Folie im Siegelbereich entstehenden Druckunterschiede Löcher gebildet werden und dass die das Produkt umgebende Folie mechanische Spannungen auf diesen weichen Folienteil ausübt.
Die zusammengefasste Folie wird zwischen den Platten 66 und 67 der Klemmvorrichtung gehalten.
Bei der gemeinsamen Weiterbewegung des Förderbandes und der geschlossenen Klemmvorrichtung auf der oberen Förderbahn gelangen die die zusammengefasste Folie haltenden Platten in den Spalt zwischen den Heizstäben. Die Platten haben dabei mehrere Aufgaben. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, während des Erhitzens und Kühlens die Hitze schnell in den Siegelbereich und wieder fortzuleiten, den zusammengefassten Folienteil in einer bestimmten Lage zu halten und die heisse Folie vor einer direkten Berührung mit den Heizstäben, an denen sie normalerweise haften würde, zu schützen. Eine zweite, auch sehr wünschenswerte und zweckmässige Aufgabe besteht darin, geeignete Kennzeichnungen, wie beispielsweise Handelsnamen, Schutzmarken, überwachungsnummern usw. in die Siegelstelle einzuprägen.
Während die zusammengefasste, von den Platten in der Klemmvorrichtung gehaltene Folie durch die Heizstäbe läuft, wird sie bis zum teilweisen Schmelzen erhitzt. Der hierbei herrschende Druck ist nur so gross, dass die Wärme gut in den Siegelbereich geleitet wird. Bei diesem leichten Druck wird das Schrumpfen und die daraus folgende Querschnittszunahme der Folie im Siegelbereich während und unmittelbar nach dem Erhitzen ermöglicht bzw. nicht behindert.
Die heisse Siegelstelle wird dann durch die Ziehwalzen (wie dargestellt) oder vorzugsweise durch Schrägen an der Einführung zu den Kühlstäben zusammengepresst. Der Spalt zwischen den Kühlstäben wird nach dem Ende der Anlage zu allmählich enger, wodurch die Siegelstelle nach und nach zu einer um mindestens 10% geringeren Dicke als nach Verlassen der Heizvorrichtung zusammengepresst wird. Gleichzeitig wird die Siegelstelle bis zur Verfestigungstemperatur des Folienmaterials, im allgemeinen auf etwa 380 C oder darunter, gekühlt.
Nach Verlassen der Kühlstäbe wird die obere Backe durch den Nocken oder Mitnehmer nach oben geöffnet, und der fertige Beutel wird für die letzte Wärmebehandlung auf ein anderes Förderband gebracht. Wie schon erwähnt, kann die an der Versiegelung überstehende Folie entweder direkt vor dem Erhitzen oder nach dem Kühlen und vor dem Entfernen aus der Klemmvorrichtung abgeschnitten werden. Vorzugsweise wird die überstehende Folie zwischen dem Einklemmen und dem Erhitzen, z.B. durch Abschneidemesser 101, Fig. 1, abgeschnitten, um zu vermeiden dass die Folie an dieser Stelle von der Saugvorrichtung abgezogen werden muss.