CN1203875A - 用以从一包装材料管连续生产密封包装的包装装置 - Google Patents

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Abstract

一种用以从包装材料管(14)连续生产无菌密封包装(2)的包装装置(1),该装置(1)具有一第一和第二链式输送机(10,11),两者各自带有一组封钳(12)和一组反向封钳(13),它们相互作用夹住管(14)以便通过封钳(12)上的感应加热装置(29)在连续的横向部分处热封管(14),并且各封钳(12)具有一对可动件(60),用以与管(14)配合并纠正管(14)的供给,管(14)的运行由一个控制组件(95)响应一个信号(107)控制,该信号与图案设计(31)在包装材料上的位置相关。

Description

用以从一包装材料管连续生产 密封包装的包装装置
本发明涉及一种包装装置，用以从一包装材料管连续生产无菌密封包装，该包装内含有可灌装的食品。
更具体说，根据本发明的包装装置是用以生产大致为平行六面体形状的无菌密封包装。
许多可灌装食品，例如果汁，巴氏灭菌或UHT(超高温处理)牛奶，酒，蕃茄酱等，是在由消毒包装材料制成的包装袋中销售的。
这样一种包装的一个典型例子是以Tetra Brik Aseptic(注册商标)的名字公知平行六面体形包装容器，用于液体或可灌装食品，该包装容器是通过折叠和密封一成卷带状包装材料而形成的。成卷包装材料包括数层纤维材料，例如纸，其两侧覆盖有聚乙烯之类的热塑材料；并且在包装中最终接触食品的包装材料一侧还包括一层例如铝箔之类的阻挡层，其上也覆盖有一层热塑材料。
众所周知，上述类型的包装袋是在全自动包装机中生产的，在此包装机中，以带状形式供给的包装材料被成形为一连续的管。带状包装材料在包装机上消毒，例如通过涂覆过氧化氢之类的化学消毒剂；在消毒之后，从包装材料的表面上例如通过加热蒸发除去消毒剂；并且如此消毒过的带状包装材料被保持在封闭的无菌环境中，并被纵向折叠和密封而形成一个管。
该管被充填进消毒的或消毒处理后的食品，并在等距隔开的横向部分上密封，然后在该横向部分处将其切割成枕形包裹，最后将它们机械地折叠成平行六面体包装袋。
包装材料的一个表面被预先打印上一系列相同的等距隔开的图案设计，这些设计位于最后形成包装外表面的部分上。
上述类型的包装机是已知的，包括两个链式输送机，它们分别限定了相应的循环路径并分别装有一组封钳和反向封钳。两个路径包括相对的并相互平行的分支，在所述分支之间充填包装材料管；在一个输送机上的封钳沿着相应路径的所述分支与另一输送机上的相应反向封钳配合，以便在一组连续的横向部分处夹住管并密封该包装。
例如US-Re 33，467中公开了这类机器。
这类机器的一个大问题是确保如此进给包装材料管，即根据印制在包装材料上的图案来成形、密封和切割包装，当包装承受封钳和反向封钳施加的机压力并充填进液体或半流体食品而承受脉动压力时，就万能由于包装材料的变形而使图案的理论位置偏离。
在以高速操作的包装机上，即使图案设计的理论位置有微小偏离，如果未得到及时纠正，此微小偏离也会最后增加到所生产的包装不能被接受的程度。
本发明的目的是提供一种包装装置，用以连续地生产包含可灌装食品的无菌密封包装，它可克服上述与已知机器相关的缺陷。
根据本发明，提供了一种用以由一热封包装材料制造的管，连续生产无菌密封包装的包装装置，其中包装包含一种可灌装的食品，热封材料则呈片材的形式并沿一垂直的供给路径进给；所述管被充填进所述食品；所述包装材料管包括一连串相同的并等距隔开的图案设计，位于最终形成包装的外表面的部分上；所述装置包括：
一第一链式输送机，带有一组封钳，并限定了一循环的第一路径，所述封钳沿该路径运行；
一第二链式输送机，带有一组反向封钳，并限定了一循环的第二路径，所述反向封钳沿该路径运行；
所述第一和所述第二路径包括靠近包装材料管的所述供给路径的各自工作部分，并在所述供给路径的相对侧面上对称地延伸，这样，所述封钳与相应反向封钳配合，以便在所述管的等距隔开的横向带处夹住并密封所述管；
其特征在于所述封钳包装拉动装置，所述拉动装置相对于封钳是可动的并与所述包装材料管相互作用以便沿所述供给路径(A)正确地进给所述管；和控制装置，用以响应指示所述图案设计沿所述供给路径的位置的信号，控制所述拉动装置。
下面将参照附图以举例的方式描述本发明的一个非限定最佳实施例，附图中：
图1是根据本发明教导的包装装置的一个透视图，为清楚起见稳定了一些零件；
图2是图1所示装置的局部示意性侧视图；
图3和4是从相对的侧面所见的透视图，示出了图1所示装置的一个封钳和相应的反向封钳；
图5是一示意性前视图，示出了一个与包装材料配合的封钳，以及一个用以控制包装材料上的图案的位置的控制装置。
图6是沿图5中Ⅵ-Ⅵ线所取的剖视图。
图7和8是图5和图6所示封钳的后视图，处于两个不同的操作位置。
图9和10是从相对的侧面所见的透视图，示出了形成图5所示控制装置的一部分的控制组件。
图11和12是示意性侧示图，示出了处于两个不同操作位置的图9和10所示的组件和封钳，其中为清楚起见移走了一些零件。
参照图1和2，数字1表示一个由连续的管状包装材料14生产无菌密封包装2的包装装置，所述管状包装材料14内包含巴氏灭菌或UHT牛奶、果汁、酒等之类的可灌装食品。
管14是在包装装置1的上游以已知方式通过沿纵向折叠和密封条状热封材料形成的，并充填进经消毒或经消毒处理的待包装食品。
形成管14的包装材料被预先打印上一系列相同的、等距隔开的图案设计(图5)，所述图案设计位于最后形成包装2的外表面的部分上，并且各图案设计包括一个条形码32(图2)。
装置1包括一个由两个侧壁4、5和两个平行的横向壁6、7限定的机架3(图1)，横向壁6、7刚性地装配在侧壁4、5之间并与侧壁4、5一起限定了一个开口8；和两个链式输送机10、11，该两个链式输送机安装在机架3上并分别包括相互配合的封钳12(图1中仅示出一个)和反向封钳13(图1中仅示出一个)，以便与沿垂直路径A穿过开口8送入的包装材料管14相互作用。
输送机10和11限定了相应的循环路径P和Q，封钳12和反向封钳13沿路径P和Q运行，并且循环路径P和Q分别绕机架3的壁6和7延伸。
输送机10包括一个沿路径P延伸的铰接链条15；和两个在路径P的底端在链条15的两侧上啮合的驱动轮16。封钳12是链条15的一体部分并构成了链条15的间隔的链节，并且封钳12由成对的链节17以铰接的方式相互连接。
更具体地，每个封钳12(图3)包括一个细长的主体20，它沿垂直于路径A并平行于壁6的方向延伸，并具有相应的端部凸起21和22，每个端部凸起都带有一个凸出的第一销和第二销23，24，两者相互隔开并具有与主体20的主尺寸平行的相应轴线25，26。链节17与封钳12的销23，24铰接，从而将一个封钳12的销23连接于相邻封钳的销24。
类似地，输送机11包括一个沿路径Q延伸的铰接链条27；并且两个驱动轮28在路径Q的底端与链条27啮合。链条27由一组相互以铰接方式连接的反向封钳13构成，并且下文中将仅详细描述它们与封钳12不同之处，且对于类似于或相应于结合封钳12所描述的零件，将采用相同的编号。简言之，每个反向封钳13包括一个带有成对端部销23，24的主体20，链节17绕端部销23，24铰接以便连接相邻的反向封钳13。
每个封钳12(图3)包括一个沿垂直于管14的路径A的方向安装在主体20上的感应加热元件29，该感应加热元件然后包括一对直且平行的有源表面30，并由一对接触刷34供给电源，在使用该中接触刷与一供电杆(未示出)配合，该供电杆安装在机架3上并在开口8内部的路径P的区域内延伸。
与一加热元件29相对，每个反向封钳13(图4)包括一个压力杆35，该压力杆35与相应封钳12的加热元件29配合而夹住管14的一横向部分(图2)。在于使用中而对相应封钳12的前表面46上(图4)，压力杆35包括两个由较具柔性的弹性材料制成的带36，带36在与加热元件29的有源表面30相对的位置上与包装材料配合。
封钳12和反向封钳13(图3和图4)各包括一个相应的控制装置37，用以在包装2形成时控制它的体积。各控制装置37(不构成本发明的部分，故不详细描述)大致包括一个半壳件38，它由两个与半壳件38成一体的侧支承架40绕一平行于轴线25，26的轴线39铰接在主体20上，该半壳件38面对面地与一互补的半壳件配合，以便形成一个在包装2形成时容纳包装2的大致为平行六面体的空腔。各控制装置37还包括一个空转地安装在支架43上的凸轮从动滚子42，该支架43从相应半壳件38的后部一体地延伸。
封钳12和反向封钳13的凸轮从动件42与安装在机架3的壁6和7上的相应凸轮44配合，在图1中仅示出了一个与输送机11相关的凸轮。
封钳12和反向封钳13的运动由相应的凸轮对50，51控制，该凸轮对50，51安装在机架3的壁6、7上并与安装在封钳12和反向封钳13的相应端部凸起21，22上的相应凸轮从动滚子对52、53配合。在各对中的滚子52，53与相应的销24，23同轴并相互轴向偏离，以便与相应凸轮50，51配合。
更具体说，壁6(图1)上设置有两对凸轮50、51，封钳12的相应滚子对52、53与之配合。并且类似地，壁7上设置有两对凸轮50，51，反向封钳13的相应滚子对52，53与之配合。
凸轮50，51包括绕相应的壁6，7的顶边缘延伸的大至呈U形的部分50a，51a，以便为输送机10，11的相应链条15，27限定一个与相应驱动轮16和28相对的过渡区；和在开口8内沿相应的壁6、7延伸的相应部分50b和51b。部分50a，51a限定了路径部分P1，Q1，沿此路径部分封钳12和反向封钳13相互接近并与包装材料管14接触；部分50b，51b限定了面对面的大致平行的路径部分P2，Q2，沿此路径部分封钳12和反向封钳13保持压力接触，以便在相应的平的横向密封带54处形成限定包装2的密封，并如此形成由一组平行六面体容器部分55构成的一连续条，容器部分55由密封带54连接，在装置1的下游该密封带54被切割而形成包装2。
凸轮50，51在相应的驱动轮16，28的下游在路径P和Q的相应部分P3和Q3处释放相应链条15，27。
沿部分P3，Q3，链条15，27与相应的成对张紧器56配合，以便如此张紧链条，确保封钳12和反向封钳13的滚子52，53保持与相应凸轮50，51接触。
根据本发明，封钳12各包括相应的一对可动件，用以与包装材料管14相互作用并正确地进给包装材料管14。
可动件60(图3和6)包括相应的拉纸突出部61，该拉纸突出部61位于管14的路径A的两侧并与管14对称，且靠近管14。突出部61与相应的销62是一体的，销62具有垂直于路径A及加热元件29主尺寸的相应轴线63，突出部61相对于销62大致沿径向延伸并包括相应的侧边缘64，侧边缘64大致平行于销62的轴线并用以与管14配合。
销62以可自由改变角度的方式穿过封钳12的主体20安装(图6)，并包括从主体20的后侧伸出的相应端部65。
在主体20后侧上的一铰接机构70(图4，6，7和8)使销62反向转动，即沿相反方向转动相同的角度，因此使突出部61相对于路径A对称地移动。
机构70包括一个安装在销62的端部65上的一级控制杆71，在使用中此销62位于机架3的侧壁5一侧并限定了杆71的枢转点。
杆71(图7和8)包括一个第一臂部72，在其端部装有一凸轮从动滚子73，该凸轮从动滚子73具有一平行于销62的轴线的轴线并在非工作位置(图7)大致面对侧壁5；和一个第二臂部74，该第二臂部74在使用中沿相反方向与第一臂部72相对。一连杆75铰接在第二臂部74上，相对于主体20横向延伸，与包含销62的轴线的一个平面相交，并在相对端部67附近铰接于一个连杆76，连杆76则安装在另一销62的端部65上。
一连接于主体的弹簧66作用在连杆75的自由端67上，以便通常使机构71保持在非工作位置，在此位置杆71几乎是水平的，并且相对于杆71的销62凸轮从动滚子73侧向伸出封钳12之外，即远离管14的供给路径A。
凸轮从动滚子73与一个安装在壁6上并靠近凸轮50的轮廓可变凸轮单元77(图9至12)配合。
凸轮单元77连接于一个在图9和10中详细示出控制组件95，控制组件95与单元77一起形成了控制装置78的一部分，用以控制件60的运动。在图11中，用点划线示意性地示出了装置1的机架3的壁6和侧壁5，以清楚地说明控制组件95的各部分相对于机架3的配置。
凸轮单元77(图9到12)大致包括一大致U形的固定顶凸轮80和一大致U形的固定底凸轮81，两者绕壁6的相应顶边缘和底边缘安装，以便在封钳12的路径P的相对端部处控制凸轮从动滚子73的位置，以及机构70的位置；和一个可动凸轮82及一个固定凸轮83，可动凸轮82和固定凸轮83在开口8内部沿壁6定位，用以控制滚子73沿封钳12的路径P的部分P2的位置。
更具体说，固定凸轮80安装在壁6的顶边缘上，在侧向上与凸轮50接触(图11)，并在与凸轮50相对的侧面上包括一个用于凸轮从动滚子73的滚动轨道85，除了在壁6外面的凸轮80端部处的导引斜面部分86(图9)之外，滚动轨道85沿其整个长度大致位于一垂直平面内。
固定凸轮83刚性地连接于壁6，并为滚子73限定了一滚动轨道87，该滚动轨道87具有一大致平坦的垂直的第一部分87a，相对于轨道80的平面第一部分87a更靠近路径A一预定的量(图11和12)，并且一连续向下的斜面部分87b大致在一个与凸轮80导引部分86的起点相同的平面内终止。
靠近壁6并在固定顶凸轮80和固定凸轮83之间的可动凸轮82(图9和11)与支承成可在一个平行于壁6的平面内移动，并限定了一个大致梯形的滚动轨道88，包括一个在固定凸轮80附近的向上斜面部分89，一个总是凸起的中间部分90，和一个在固定凸轮83附近的向下斜面部分91。
部分89和91形成在可动凸轮82的相应的端部93，94上，端部93，94以滑动方式分别连接于固定凸轮80和固定凸轮83，以便连续地将滚动轨道85，88和87连接起来。
凸轮82相对于壁6(图11和12)沿大致平行的方向是可动的，以便改变由中间部分90所限定的凸轮的最大凸起高度，以及改变分别将凸轮82的部分89和91连接于固定凸轮80的轨道85和固定凸轮83的轨道87的点。
凸轮82的运动由图9和10所示的控制组件95控制。
控制组件95大致包括一个伺服电机96，它安装在装置1的侧壁5的一固定位置上，并经过一第一皮带传动装置97驱动一个驱动带轮98，驱动带轮98带有一条垂直于壁6的轴线并安装在一托架99上，托架99则安装在侧壁5上。带轮98与一根绕两个被动带轮102延伸的配合，该驱动带轮102安装在相应的轴104上，轴104则通过相应的座(未示出)安装在壁6上，并且其轴线相互平行并位于一个与壁6垂直的共同垂直平面内。
在与带轮102相对的端部上，轴104限定了各自的偏心销103，偏心销103支承可动凸轮82并以相对转动的方式与凸轮82的座啮合。相对于轴104的轴线，销103限定了一个铰接的平行四边形系统，用以在一个缩回位置和一个突前位置之间平行地移动凸轮82，在缩回位置(图11)中间部分90大致与固定凸轮83的轨道87平齐，而在突前位置(图12)中间部分90则相对于固定凸轮83的轨道87明显地凸出。
固定底凸轮81基本上是用于安全目的，它在与凸轮80，82和83相反的一侧上与滚子73配合，以确保机构70恢复到图7所示的非工作位置；为此目的，凸轮81包括一个与固定凸轮83的部分87b大致平行的第一部分115，和一个总是凸起的部分116，用以将滚子73保持在图11所示的位置。
皮带100由一个固定在托架99上的传统张紧器105保持张紧。
伺服电机96连接于一个用以监测装置1操作的控制单元106，一个面对管14的光学传感器108向所产生的信号107被输入控制单元106，光学传感器108位于封钳12和反向封钳13与管14相互作用的点的上游，并用以检测设计31的条形码32的存在。
单元106将光学传感器108检测到条形码32的时刻与单元106内的时钟所限定的时间窗口比较。
装置1的操作如下。
如图2中的箭头所示，使输送机10和11以已知的方式沿相反的方向转动，这样从相应路径P、Q的部分P1，Q1的端点并沿相应的部分P2，Q2，相应的封钳12和反向封钳13根据凸轮50，51的轮廓所限定运动与包装材料管14啮合。
在以下对操作循环的详细描述中，将参照一个封钳12和相应的反向封钳13，很明显所有其它封钳12和反向封钳13都以生产速度所决定的时间间隔完成同样的循环。
沿着部分P1和Q1，封钳12和相应的反向封钳13被合拢在一起，以便在横向带54处逐渐变形并展平管14。
在部分P1，Q1的端部，用以控制包装2的体积的装置37被致动，封钳12和反向封钳13的半壳件38面对面啮合以限定一个平行六面体形的空腔，该空腔则限定了被成形的包装2的容器部分55的体积。
各容器部分55由一对大致梯形的连接壁110(图2和5)连接于各密封带54，连接壁110是随着沿相应路径P，Q的部分P1，Q1运行的封钳12和反向封钳13逐渐挤压管14而形成的，并且包括相应的倾斜侧边缘111，在部分P1，Q的端部，即在施加最大夹紧压力之前，可动件60与该倾斜侧边缘111配合。
沿着相应路径P，Q的部分P2，Q2，封钳12和反向封钳13向管14挤压，并且加热元件29被通电以密封包装材料的叠置部分，而形成密封带54。
下面将详细描述凸轮单元77和相关控制组件95控制可动件60的方式。
随着封钳12沿路径P的部分P1运行，凸轮从动滚子73与固定顶凸轮80配合，凸轮80通过部分86首先从非工作位置移动滚子73，然后通过部分87将滚子73保持在一中间位置；滚子73的运动导致的杆71的转动使杆71的销62转动，以及另一个销62的类似的反向转动，借助于由臂部74，连杆75和连杆76所限定的颠倒的铰接平行四边形系统将运动传递给上述另一个销62。
销62的转动使可动件60的突出部61向管14移动。
随着滚子73到达可动凸轮82的斜面部分89，杆71逐渐地进一步转动，这样，由于上述原因，可动件60的突出部61进一步朝管14移动，在该点与壁110的边缘111相互作用，如此向下拉动管14。
上述动作的程度取决于可动凸轮82的位置，该可动凸轮82在控制单元106的控制之下由控制组件95控制，并可在图11和12所示的有限位置(如上所述)之间移动。
控制单元106确定在一个预定的时间窗口内(取决于单元106内的时钟)是否产生了信号107，该信号由光学传感器108产生并表示一条形码32的存在。
如果在正面反应的情况下，即表示包装材料的图案设计31正确地定位，则保持凸轮82的位置不变。
相反，如果相对于时间窗口，过早或过晚地检测到了条形码32，控制单元106就如此控制伺服电机96，以使驱动带轮98沿一个方向或另一方向转动。
例如，如果过晚检测到条形码，就使带轮98相对于图11和12沿顺时针方向转动；皮带100将带轮98的转动传递给被动带轮102，被动带轮102偏心地转动销103以便向前移动凸轮82(比较图11和12可看出)；滚子73相对于其非工作位置的移动量(在凸轮82的部分90处到达最大)增加，因此就增加了突出部61的行程，同时加强了由突出部61施加在管14上的拉动动作。
在可动凸轮82的下游，滚子73遵循固定凸轮83的轮廓，凸轮83的部分87b重新将滚子73设定在非工作位置，这样可动件60的突出部61从管14分离；并且固定底凸轮81的轮廓保证滚子73保持在该位置，直到封钳12停止与包装材料相互作用。
尽管上面的描述是针对一个封钳12的控制，很明显输送机10的所有封钳12都会顺序地与凸轮单元77相互作用，这样各封钳12就对管14施加或大或小的拉力，并且凸轮82的位置随时被调整且以闭环方式受到控制，以确保包装2的图案设计正确地对中。
从以上描述中可清楚地看出根据本发明的装置1的优点。
特别是，可以非常及时地修正管14的供给，以确保各包装上的图案设计正确地对中；所述修正是通过控制一个大致固定的件(可动凸轮82)以直接和可靠的方式完成的，其中该件与封钳12纯机械地相互作用。
而且，采用条形码作为一参照物可以非常直接地定位图案设计。
很清楚，如上所述，在不超出权利要求书范围的情况下，可对装置1作出多种改动。

Claims (9)

1．一种用以由一热封包装材料制造的管(14)，连续生产无菌密封包装(2)的包装装置(1)，其中包装(2)包含一种可灌装的食品，热封材料则呈片材的形式并沿一垂直的供给路径(A)进给；所述管(14)被充填进所述食品；所述包装材料管(14)包括一连串相同的并等距隔开的图案设计(31)，位于最终形成包装(2)的外表面的部分上；所述装置(1)包括：
一第一链式输送机(10)，带有一组封钳(12)，并限定了一循环的第一路径(P)，所述封钳(12)沿该路径运行；
一第二链式输送机(11)，带有一组反向封钳(13)，并限定了一循环的第二路径(Q)，所述反向封钳(13)沿该路径运行；
所述第一和所述第二路径(P，Q)包括靠近包装材料管(14)的所述供给路径(A)的各自工作部分(P1，P2；Q1，Q2)，并在所述供给路径(A)的相对侧面上大致对称地延伸，这样，所述封钳(12)与相应的反向封钳(13)配合，以便在所述管(14)等距隔开的横向带(54)处夹住并密封所述管(14)；
其特征在于所述封钳(12)包括拉动装置(60)，所述拉动装置(60)相对于封钳(12)是可动的并与所述包装材料管(14)相互作用以便沿所述供给路径(A)正确地进给所述管(14)；和控制装置(78)，用以响应指示所述图案设计(31)沿所述供给路径(A)的位置的信号(107)，控制所述拉动装置(60)。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于所述拉动装置包括：用于每个所述封钳(12)的并与所述包装材料管(14)的相对侧面配合的一对可动件(60)；和一个用以致动所述可动件(60)的致动机构(70)。
3．如权利要求2所述的装置，其特征在于所述控制装置(78)包括一个具有可变轮廓(89，90，91)的凸轮单元(77)，该凸轮单元(77)位于靠近所述第一输送机(10)的大致固定的位置；并顺序地与所述封钳(12)的所述机构(70)相互作用。
4．如权利要求13所述的装置，其特征在于所述凸轮单元(77)包括一个限定所述凸轮单元(77)的所述可变轮廓(89，90，91)的可动凸轮(82)；所述控制装置(78)还包括一个用以控制所述可动凸轮(82)的伺服电机(96)，和介于所述伺服电机(96)和所述可动凸轮(82)之间的传动装置(97，98，100，102)。
5．如权利要求4所述的装置，其特征在于所述传动装置(97，98，100，102)包括一个由所述伺服电机(96)驱动的驱动带轮(98)；一对偏心地连接于所述可动件(82)的被动带轮(102)，和一个与所述驱动带轮(98)并与所述被动带轮(102)配合的传动皮带(100)。
6．如上述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于所述控制装置(78)包括一个面对所述包装材料管的所述供给路径(A)的光学传感器(108)，以便检测一条形码(32)，所述条形码(32)构成所述包装材料的所述图案设计(31)的一部分。
7．如权利要求5所述的装置，当从属于权利要求4时，其特征在于所述控制装置(78)包括一个连接于所述伺服电机(96)的控制单元(106)，该控制单元(106)将检测到所述条形码(32)的相应时刻与一参考时间进行比较，并响应该比较对所述伺服电机发出控制信号。
8．如权利要求3至7中的一项所述的装置，其特征在于用以致动所述可动件(60)的所述致动机构(70)包括单一一个与所述凸轮单元(77)配合的凸轮从动件(73)；和一个响应所述凸轮从动件的位移致动两个所述可动件(60)的一个铰接系统(71，75，76)。
9．如权利要求8所述的装置，其特征在于所述可动件(60)包括相对于所述封钳(12)转动的相应的销(62)；和偏心地安装在所述转动销(62)上相应的突出部(61)。
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