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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Beschichten von Verpackungen.
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In
der Technik ist es bekannt, Waren in Verpackungen einzufül len und
diese anschließend
z.B. durch Aufsiegeln einer Folie luftdicht zu verschließen. Vielfach
werden zu Verpackungszwecken in eine Folienbahn Mulden geformt und
diese nach dem Befüllen
mit dem zu verpackenden Gut mit einer zweiten Folie verschlossen
und anschließend
die fertigen Verpackungen aus der Folienbahn herausgetrennt.
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Für spezielle
Anwendungen ist es gewünscht,
z.B. um eine bessere Isolierung zu gewährleisten, Verpackungen bereitzustellen
die als das zu verpackende Gut aufnehmendes Verpackungsunterteil
eine Schale aus einem anderen Material aufweisen, z.B. aus einem
porösen
Kunststoffmaterial. Solche Materialien weisen jedoch oftmals den
Nachteil auf, dass sie nicht das gewünschte neutrale Verhalten gegenüber dem
zu verpackenden Gut aufweisen oder nicht so gas- oder flüssigkeitsdicht
sind, wie es erforderlich ist. Bei derartigen Verpackungen ist es bekannt,
die Schale mit einem Material zu beschichten, das die gewünschten
Eigenschaften aufweist, wobei die Beschichtung z.B. mit einem thermoplastischen
Kunststofffilm erfolgt, mit dem die Schale ausgekleidet wird.
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In
der
DE 196 54 230
A1 ist offenbart, dass Schalen mit einer sauerstoffsperrenden
Kunststoff-Verbundfolie ausgekleidet wer- den und anschließend nach
einem Befüllen
mit einer Oberfolie versiegelt werden. Die Packungen werden entlang dem
Rand der Schalen in einer Vereinzelungsanlage aus der Kunststoffverbundfolie
und der Oberfolie herausgetrennt und die Kunststoff-Verbundfolie endet bei
den fertigen Verpackungen bündig
mit dem Schalenrand.
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Aus
der
DE 198 28 381
A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem einzelne Schalen
mit einer hermetisch dichten Folie ausgekleidet und dann zu Verpackungen
verarbeitet werden. Auch bei dem offenbarten Verfahren werden die
Schalen zusammen mit der zur Beschichtung verwendeten Folie entlang
der Ränder
der Schalen aus dem Bahnmaterial der hermetisch dichten Folie herausgetrennt.
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Die
DE 1 604 479 B offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auskleiden einer Außenverpackung
mit einem Futter. In eine Außenverpackung
aus Kartonzuschnitten wird eine dünne Kunststofffolie durch Tiefziehen
eingebracht, wobei ein äußerer Randbereich
der Kunststofffolie beim Tiefziehen etwas nach außen und
unten geformt wird.
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Die
DE 74 34 631 U offenbart
einen Isolierbehälter
aus Schaumstoff für
Fertiggerichte. Ein innerer Überzug
greift über
den Behälterrand
und ist an der Außenseite
des Behälters
durch Kleben oder Versiegeln befestigt.
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Nachteilig
ist bei den bekannten Verpackungen, dass ein passgenaues Schneiden
der Beschichtung an den Außenkanten
der Schalen erfolgen muss oder die Beschichtungsfolie seitlich etwas
von dem Rand der Schale absteht, was zu scharfen Kanten führt und
den Ansprüchen
an eine qualitativ hochwertige Verpackung nicht gerecht wird. Außerdem besteht
bei überstehenden
Kanten der Beschichtung die Gefahr, dass sich diese von der Schale
an einzelnen Stellen löst.
Wenn das Überstehen
der Kante durch ein passgenaues Schneiden verhindert werden soll,
so muss eine aufwendige exakte Positionierung der Verpackungen vor
dem Schnei den erfolgen und es besteht die Gefahr, dass die Ränder der Schale
beschädigt
werden. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn eine Schale
aus einem porösen
Kunststoffmaterial wie z.B. geschäumtem Polystyrol verwendet
werden soll.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, mit dem eine verbesserte
Verpackung effizient hergestellt werden kann, und eine Vorrichtung,
die eine verbesserte Verpackung erzeugen kann, bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine
Vorrichtung gemäß Anspruch
9 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen bezeichnet.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann eine Verpackung erzeugt werden, bei der zuverlässig verhindert
ist, dass das zur Beschichtung der Schale verwendete bahnförmige Material
an den Kanten übersteht.
Ferner erfordert das Erzeugen von Verpackungen auch bei einem empfindlichen
Schalenmaterial keine derart genaue Positionierung wie bei den bekannten
Verfahren, sodass eine effektivere, schnellere Produktion erfolgen
kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
ein schnelles und effizientes Erzeugen der gewünschten Verpackungen in wenigen
Arbeitsschritten.
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Bei
der erfindungsgemäßen Verpackung sind
eine ansprechende Optik und eine verbesserte Handhabung ohne hervorstehende
Kanten des Beschichtungsmaterials erzielt. Ferner ist ein unerwünschtes
Lösen der
Beschichtung von der Schale im Randbereich verhindert.
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Es
folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten
Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Verpackung gemäß einer Ausführungsform
mit teilweise weggelassenem Deckelteil;
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2 eine
seitliche Schnittansicht der Verpackung aus 1;
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3 eine
schematische Schnittansicht einer Arbeitsstation in der eine thermische
Andrückeinrichtung
und eine Schneideeinrichtung integriert sind mit der thermischen
Andrückeinrichtung
in einer ersten Position und der Schneideeinrichtung in einer ersten
Stellung;
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4 eine
schematische Schnittansicht der Arbeitsstation aus 3 mit
der Schneideeinrichtung in einer zweiten Stellung;
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5 eine
schematische Schnittansicht der Arbeitsstation aus 4 mit
der thermischen Andrückvorrichtung
in einer zweiten Position;
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6 eine
vergrößerte Detailansicht
des mit einem Kreis gekennzeichneten Ausschnitts von 5;
und
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7 eine
schematische Seitenansicht einer Verpackungsmaschine.
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Im
Folgenden wird mit Bezug auf die 1 und 2 eine
Ausführungsform
einer Verpackung beschrieben.
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Wie
in den 1 und 2 zu sehen ist, weist die Verpackung
ein Unterteil in Form einer Schale 1 auf, die in der gezeigten
Ausführungsform im
Wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt aufweist und eine Mulde 10 für ein zu
verpackendes Gut bildet. Die Schale 1 weist einen umlaufenden
oberen Rand 13 auf, der im Wesentlichen eben ist, sowie äußere Seitenränder 14,
die im Wesentlichen vertikal verlaufen.
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Die
Mulde 10 ist mit einem formbaren bahnförmigen Material 3 als
Beschichtung ausgekleidet, das an der inneren Bodenwand 11 sowie
den inneren Seitenwänden 12 der
Schale 1 anliegt. Das bahnförmige Material 3 bedeckt
auch den umlaufenden oberen Rand 13. Der seitliche Rand 3a des
bahnförmigen
Materials 3 liegt in einem oberen Abschnitt 14a der äußeren Seitenränder 14 an. Über die
gesamte Kontaktfläche
zwischen dem formbaren bahnförmigen
Material 3 und der Schale 1 haften diese aneinander,
wobei die Haftung bei der dargestellten Ausführungsform durch ein thermisches
Versiegeln mittels Wärmeeinwirkung
erzeugt ist.
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Ferner
weist die Verpackung ein Deckelteil 2 auf, das durch ein
zweites bahnförmiges
Material gebildet ist, das im Bereich des umlaufenden oberen Randes 13 auf
die dort aufgebrachte Beschichtung aus dem formbaren bahnförmigen Material 3 aufgesiegelt
ist. Im Bereich einer Ecke 15 der Schale 1 weist
das Deckelteil 2 einen überstehenden
Abschnitt 2a auf. An dem überstehenden Abschnitt 2a kann
das Deckelteil 2 ergriffen werden und zum Öffnen der
Verpackung die Versiegelung mit dem formbaren bahnförmigen Material 3 gelöst werden.
Die Versiegelung des formbaren bahnförmigen Materials 3 mit der Schale 1 einerseits
und mit dem Deckelteil 2 andererseits ist so ausgebildet,
dass sich das bahnförmige
Material 3 beim Öffnen
des Deckelteils 2 nicht von der Schale 1 löst.
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Das
Innere der Schale weist vor dem ersten Öffnen eine hermetisch abgeschlossene
kontrollierte Atmosphäre
auf. Dabei kann die Atmosphäre
zum Beispiel evakuiert und durch ein Schutzgas, wie z.B. CO2, als Austauschgas ersetzt sein.
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Als
nächstes
wird anhand von 7 eine Ausführungsform einer Verpackungsmaschine
beschrieben.
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Wie
in 7 zu sehen ist, wird das formbare bahnförmige Material,
das in der beschriebenen Ausführungsform
durch eine thermoplastische Kunststofffolie gebildet ist, von einer
Vorratsrolle 4 abgerollt. Es ist eine Zuführeinrichtung 5 für Schalen 1 vorgesehen,
in der die Schalen 1 auf das formbare bahnförmige Material 3 entstapelt
werden.
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In
der Arbeitsrichtung der Verpackungsmaschine (von rechts nach links
in 7) hinter der Zuführeinrichtung 5 ist
eine Heiz- und Formstation 6 vorgesehen,
in der das formbare bahnförmige
Material 3 in die Mulden 10 der Schalen 1 geformt
wird. In der beschriebenen Ausführungsform
ist die Heiz- und Formstation 6 als eine Tiefziehstation
ausgebildet, in der die Schalen 1 durch Tiefziehen mit
dem formbaren bahnförmigen
Material 3 ausgekleidet werden. Dabei wird das formbare
bahnförmige
Material 3 zunächst
erwärmt
und anschließen
durch eine erzeugte Druckdifferenz in die Mulden 10 der
Schalen 1 geformt. Nach dieser Station sind die Schalen 1 mit
dem formbaren bahnförmigen
Material 3 verbunden. In der beschriebenen Ausführungsform
sind die Schalen 1 aus einem porösen geschäumten Kunststoffmaterial wie
z.B. geschäumten
Polystyrol gefertigt und sind selbst gasdurchlässig, sodass sie direkt als Form
für das
Tief ziehverfahren dienen können.
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Nach
der Heiz- und Formstation 6 werden die Schalen 1 mit
den bereits beschichteten Mulden 10 zusammen mit dem Vorschub
des formbaren bahnförmigen
Materials 3 in eine Schneide- und Randsiegelstation 7 transportiert.
In der Schneide- und Randsiegelstation 7 werden die beschichteten Schalen 1 aus
dem formbaren bahnförmigen
Material 3 ausgetrennt und der seitlich über eine
Schale hervorstehende seitliche Rand 3a aus dem bahnförmigen Material 3 wird
an den oberen Abschnitt 14a der Seitenränder 14 der jeweiligen
Schale 1 angesiegelt.
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In
Transportrichtung hinter der Schneide- und Randsiegelstation 7 ist
eine Aufwickelvorrichtung 8 vorgesehen, in der ein verbleibendes
Restgitter 3' des
formbaren bahnförmigen
Materials 3 nach dem Austrennen der beschichteten Schalen
aufgewickelt wird. Hinter der Aufwickelvorrichtung 8 ist
eine Abführvorrichtung 9 für die erzeugten
beschichteten Schalen bereitgestellt.
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Im
Folgenden wird anhand der 3 bis 6 die
Arbeitsweise der Schneide- und Randsiegelstation 7 beschrieben.
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Die 3 bis 5 zeigen
jeweils eine schematische Schnittansicht der Schneide- und Randsiegelstation 7 quer
zur Transportrichtung. Wie in den 3 bis 5 zu
sehen ist, ist die dargestellte Verpackungsmaschine zur gleichzeitigen
Bearbeitung von zwei Schalen 1 senkrecht zur Transportrichtung
ausgebildet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, mehr Schalen oder nur
eine Schale senkrecht zur Transportrichtung anzuordnen und die Schneide- und
Randsiegelstation 7 entsprechend auszubilden.
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Wie
in 3 zu sehen ist, besteht die Schneide- und Randsiegelstation 7 aus
einer Schneideeinrichtung 20 und einer Randsiegeleinrichtung 30.
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Die
Schneideeinrichtung 20 weist einen Rahmen 21 auf,
an dem Schneidmesser 22 befestigt sind, die bei der dargestellten
Ausführungsform
in der in 3 gezeigten ersten Stellung unterhalb
der Bahn des bahnförmigen
Materials 3 angeordnet sind. Der Rahmen 21 ist
an einer Hubvorrichtung 23 befestigt, die den Rahmen 21 mit
den Schneidmessern 22 von der in 3 gezeigten
ersten Stellung in die in den 4 und 5 gezeigte
zweite Stellung bewegen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist die Hubvorrichtung 23 durch eine Kolben-Zylinder-Anordnung realisiert.
Die Schneidmesser 22 sind dabei so angeordnet, dass sie
bei in die Schneide- und Randsiegelstation 7 eingebrachter
Schale 1 ringsum außerhalb
von deren äußerer Kontur
auf der gegenüberliegenden
Seite der Bahn des bahnförmigen
Materials 3 verlaufen.
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Die
Randsiegeleinrichtung 30 weist ein Ansiegelwerkzeug 31 auf,
das mit einer Hubvorrichtung 32 verbunden ist. Bei der
dargestellten Ausführungsform
ist das Ansiegelwerkzeug 31 durch zwei Ansiegelwerkzeuge 31a und 31b gebildet,
die für
zwei parallel zu verarbeitende Verpackungen vorgesehen sind, jedoch
in ihrer Konstruktion identisch sind. Ebenfalls sind zwei Hubvorrichtungen 32a und 32b in Form
von Kolben-Zylinder-Anordnungen dargestellt, die jedoch auch als
eine einzige Hubvorrichtung 32 ausgebildet sein können. Der
Einfachheit halber werden im Folgenden immer nur ein Ansiegelwerkzeug 31 und
eine Hubvorrichtung 32 beschrieben. Die Hubvorrichtung 32 ist
so ausgebildet, dass sie das Ansiegelwerkzeug 31 aus der
in den 3 und 4 gezeigten ersten Position
in die in 5 gezeigte zweite Position bewegen
kann. In der in den 3 und 4 gezeigten
ersten Position befindet sich das Ansiegelwerkzeug 31 unterhalb
der durch das bahnförmige
Material 3 aufgespannten Ebene. Das Ansiegelwerkzeug 31 ist
beheizbar ausgebildet und weist einen umlaufenden vorspringenden
Rand 33 auf. Der umlaufende vorspringende Rand 33 ist
an die äußere Kontur
der Schalen 1 angepasst und so angeordnet, dass er in der
zweiten Position bei in die Schneide- und Randsiegelstation 7 eingebrachter Schale 1 deren äußere Kontur
ringsum entlang eines oberen Abschnitts 14a des äußeren Seitenrandes 14 umgreift
und das bahnförmige
Material 3 gegen den oberen Abschnitt 14a drückt.
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Der
umlaufende vorspringende Rand weist, wie in 6 zu sehen
ist, eine Innenwand 34 auf, die sich im Wesentlichen parallel
zu der Bewegungsrichtung der Randsiegeleinrichtung 30 von
der ersten Position zu der zweiten Position erstreckt. Ferner ist
zu sehen, dass der umlaufende vorspringende Rand 33 auf
der Seite der Innenwand 34 zu seinem freien Ende hin eine
abgeschrägte
Fläche 35 aufweist.
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In
der Schneide- und Randsiegelstation 7 sind die bereits
mit dem formbaren bahnförmigen Material 3 ausgekleideten
Schalen 1 zwischen einem oberen Gegenlager 40 und
einem unteren Gegenlager 41 in einer Schalenaufnahmeposition
gehalten. Das obere Gegenlager 40 ist an einem oberen Rahmen 42 der
Schneide- und Randsiegelstation 7 befestigt und das untere
Gegenlager 41 ist an einem unteren Rahmen 43 der
Schneide- und Randsiegelstation 7 befestigt. Zwischen dem
oberen Rahmen 42 und dem unteren Rahmen 43 ist
eine Erstreckungsebene E für
das unverformte bahnförmige
Material 3 gebildet, die sich parallel zu der Transportebene
des bahnförmigen
Materials erstreckt. Diese Erstreckungsebene E erstreckt sich senkrecht
zu der Bewegungsrichtung der Randsiegelstation von der ersten Position
in die zweite Position. Der obere Rahmen 42 kann mit dem
Gegenlager 40 in der Richtung des Pfeils 44 aus
der in den 3 bis 6 dargestellten
geschlossenen Position in eine geöffnete Position bewegt werden,
in der die Schalen 1 in die Schneide- und Randsiegelstation 7 eingebracht
und aus dieser entfernt werden können.
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Im
Betrieb der Verpackungsmaschine werden die Schalen 1 erst
von der Zuführeinrichtung 5 auf
das von der Vorratsrolle 4 abgerollte formbare bahnförmige Material 3 entstapelt.
Anschließend
wird das formbare bahnförmige
Material 3 in der Heiz- und Formstation 6 in die
Mulden 10 der Schalen 1 geformt, wobei dieser
Betrieb in einem Hauptmaschinentakt getaktet erfolgt. Anschließend werden
die mit dem formbaren bahnförmigen
Material 3 bekleideten Schalen 1 im Maschinentakt
in die Schneide- und Randsiegelstation 7 transportiert.
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Nach
dem Einbringen der mit dem formbaren bahnförmigen Material 3 ausgekleideten
Schalen 1 in die Schneide- und Randsiegelstation 7 sind
diese zwischen dem oberen Gegenlager 40 und dem unteren
Gegenlager 41 gehalten, wie in 3 dargestellt ist.
Dann wird die Schneideeinrichtung 20 durch die Hubvorrichtung 23 aus
der in 3 gezeigten ersten Stellung in die in 4 gezeigte
zweite Stellung bewegt, wodurch die Bahn des formbaren bahnförmigen Materials 3 jeweils
außerhalb
der äußeren Kontur
einer Schale 1 ringsum durch die Schneidmesser 22 durchtrennt
wird, sodass ein seitlicher Rand 3a des bahnförmigen Materials 3 außerhalb
des umlaufenden oberen Randes 13 jeder Schale 1 gebildet wird.
Anschließend
wird das Ansiegelwerkzeug 31 der Randsiegeleinrichtung 30 mittels
der Hubvorrichtung 32 aus der in 4 gezeigten
ersten Position in die in 5 gezeigte
zweite Position bewegt. Durch diese Bewegung wird der seitliche
Rand 3a des formbaren bahnförmigen Materials 3 durch
den umlaufenden vorspringenden Rand 33 des Ansiegelwerkzeugs 31 entlang
der gesamten Kontur des umlaufenden oberen Randes 13 der
Schale 1 in einem oberen Abschnitt 14a gegen den äußeren Seitenrand 14 der
Schale 1 gedrückt,
wie am besten in der vergrößerten Detailansicht
in 6 zu sehen ist. Dabei wird der umlaufende vorspringende
Rand 33 des Ansiegelwerkzeugs 31 beheizt und es
erfolgt ein thermisches Ansiegeln des seitlichen Randes 3a des
formbaren bahnförmigen
Materials 3 an den äußeren Seitenrand 14 der
Schale 1. Dabei drückt
der umlaufende vorspringende Rand 33 den seitlichen Rand 3a des
bahnförmigen
Materials 3 gegen den oberen Abschnitt 14a. Der
umlaufende vorspringende Rand 33 steht also über das
formbare bahnförmige
Material 3 mit dem oberen Abschnitt 14a in Kontakt.
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Die
Innenwand 34 des umlaufenden vorspringenden Randes 33 gewährleistet,
dass der seitliche Rand 3a des bahnförmigen Materials 3 zuverlässig gegen
den äußeren Seitenrand 14 der
Schale 1 gedrückt
wird. Die abgeschrägte
Fläche 35 ermöglicht ein
problemloses Übergreifen
des umlaufenden Randes 13 der Schale 1 durch den
umlaufenden vorspringenden Rand 33 auch dann, wenn sich
die Schale 1 nicht optimal in der Schalenaufnahmeposition
A befindet.
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Anschließend werden
die Schneideeinrichtung 20 und die Randsiegeleinrichtung 30 wieder
in die in 3 gezeigte Position bewegt,
die Schneide- und Randsiegelstation 7 wird geöffnet und
die erzeugten Verpackungen werden weitertransportiert. Die Schneide-
und Randsiegelstation 7 weist demnach drei Hubvorrichtungen
auf, für
das Öffnen
und Schließen
der gesamten Station, für
die Bewegung der Schneideeinrichtung 20 und für die Bewegung der
Randsiegeleinrichtung 30. Diese können z.B. alle über Kolben-Zylinder-Einrichtungen
realisiert sein.
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Die
so erzeugten Verpackungen können dann
in einer nicht dargestellten Füllstation
mit dem zu verpackenden Gut befüllt
werden und anschließend
in einer ebenfalls nicht dargestellten Versiegelstation mit einem
zweiten bahnförmigen
Material entlang des umlaufenden oberen Randes 13 versiegelt werden.
Es kann auch eine Evakuiereinrichtung vorgesehen sein, in der die
Atmosphäre
in der Verpackung evakuiert und durch ein Austauschgas ersetzt wird.
Dabei kommt insbesondere ein Austausch durch ein Schutzgas, wie
z.B. CO2, infrage, das ein Altern des verpackten
Gutes verhindert bzw. verzögert.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
erfolgt ein Transport der Schalen 1 und des formbaren bahnförmigen Materials 3 von
einer Arbeitsstation zu der nächsten
taktweise in einem Haupt maschinentakt und das Schneiden und Siegeln
des Randes in der Schneide- und Randsiegelstation 7 erfolgt
in einem Taktzyklus.
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Obwohl
bei der beschriebenen Ausführungsform
die Schalen 1 mit der Mulde 10 nach unten gerichtet
verarbeitet werden und die Schneidmesser 22 und das Ansiegelwerkzeug 31 unterhalb
der Bahn des formbaren bahnförmigen
Materials 3 angeordnet sind, ist die umgekehrte Anordnung
ebenfalls möglich.
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Bei
der beschriebenen Ausführungsform
der Verpackungsmaschine sind die Schneideeinrichtung 20 und
die Randsiegeleinrichtung 30 in einer Schneide- und Randsiegelstation 7 integriert,
es ist jedoch auch eine separate Ausbildung möglich. Dann müssen die
Verpackungen nach dem Schneiden und vor dem Siegeln des Randes jedoch
erneut ergriffen werden und die Verarbeitung in der Schneideeinrichtung 20 und
in der Randsiegeleinrichtung 30 erfolgt in voneinander
verschiedenen Taktzyklen.
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Auch
ist es möglich,
das Austrennen der Verpackungen aus dem formbaren bahnförmigen Material
nicht in einem Schritt durchzuführen,
sondern z.B. eine separate Längs-
und Querschneidung vorzusehen.