DE102007059812A1

DE102007059812A1 - Verpackungsmaschine mit Induktionsheizung

Info

Publication number: DE102007059812A1
Application number: DE102007059812A
Authority: DE
Inventors: Luciano Capriotti
Original assignee: Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Current assignee: Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-06-18
Also published as: US20090152261A1; EP2070687B1; EP2070687A1; ES2392955T3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verpackungsmaschine zum Verpacken von mit Packgut zu füllenden, vorzugsweise muldenförmigen Verpackungen, wobei eine Heizung vorgesehen ist. Die Verpackungsmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Heizung als Induktionsheizung ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verpackungsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Handelsübliche Verpackungsmaschinen zum Verpacken von Packgut umfassen häufig Heiz-, Form- und/oder Siegelwerkzeuge zur Herstellung und/oder Versiegelung einer mit Packgut zu füllenden bzw. bereits gefüllten, vorzugsweise muldenförmigen Verpackung.
Als Verpackungsmaschine kommen häufig "Traysealer" zur Verwendung, bei denen beispielsweise bereits vorgefertigte Packungsmulden oder Packungsschalen mit Packgut gefüllt und anschließend versiegelt werden, vorzugsweise mit einer Folie.
Als zweite wesentliche Art von Verpackungsmaschinen sind sogenannte "Tiefziehmaschinen" bzw. "Rollenmaschinen" bekannt. Hierbei wird sowohl ein mit Packgut zu befüllendes, vorzugsweise mulden- bzw. schalenförmiges Verpackungsbehältnis in der entsprechend gewünschten Form und Größe erzeugt, als auch nach dessen Befüllung eine Versiegelung vorgenommen.
Als Materialien zur Herstellung der Verpackung werden in der Regel Kunststofffolien verwendet, die mittels entsprechenden Heizvorrichtungen erwärmt und durch entsprechende Formwerkzeuge ausgeformt werden, in der Regel durch einen Tiefziehvorgang. Je nach Größe und/oder Art und/oder Dicke der zu verarbeitenden Folie muss neben einer sogenannten Grundheizung stromaufwärts noch eine sogenannte "Vorwärmheizung" vorgesehen werden, um eine ausreichende Durchwärmung der zu verformenden Folie zu erreichen.
Die Versiegelung der mit Packgut gefüllten Verpackung erfolgt üblicherweise durch Erwärmen einer Deckelfolie (Oberfolie) und gegebenenfalls der befüllten Schale an den zur Herstellung einer Versiegelungsnaht vorgesehenen Bereichen. Die Siegelwirkung wird in der Regel durch Verschmelzen der Deckelfolie mit der Behältnis- bzw. Mulden- oder Schalenfolie (Unterfolie) erzielt, üblicherweise durch Aufbringen eines zusätzlichen Anpressdrucks. Bekannt sind aber auch andere Verfahren, bei denen z. B. eine Klebeschicht zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Folien soweit erwärmt wird, dass sich diese beiden in versiegelnder Weise miteinander verbinden.
Bisher bekannte Heizsysteme zur Erwärmung der Folien in den betreffenden Bearbeitungsvorrichtungen, wie z. B. einer Form- und/oder Siegelvorrichtung, umfassen meistens eine temperaturgeregelte elektrische oder mittels anderer Energie gespeiste Wärmequelle als sogenannte Heizung sowie zur Temperaturstabilisierung neben einem mit einer ausreichend großen Masse versehenen Heizkörper üblicherweise auch noch eine Kühlung. Häufig umfasst eine solche Kühlung ein trink- bzw. brauchwasserbasiertes Leitungssystem, um die zu viel eingespeiste Wärmeenergie zur Vermeidung von durch Übertemperierung der zu verarbeitenden Folie hervorgerufenen Schäden zu verhindern. Zusätzlich ist auch eine Kühlung der erhitzten Materialien möglich, um eine Verletzungsgefahr des Bedienpersonals, z. B. durch Verbrennungen bei möglicher Berührung vorzubeugen.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Heizsystem für eine Verpackungsmaschine entsprechend des einleitend dargestellten Stand der Technik zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale. In den abhängigen Ansprüchen sind zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
Demnach betrifft die vorliegende Erfindung eine Verpackungsmaschine zum Verpacken von mit Packgut zu füllenden, vorzugsweise muldenförmigen Verpackungen, wobei eine Heizung zum Beheizen eines zu einer Verpackung zu verformenden und/oder zu einer eine solche Verpackung verschließenden Versiegelung zu verformenden Rohmaterials vorgesehen ist, insbesondere jedoch zur Beheizung eines hierfür vorgesehenen Bearbeitungswerkzeugs. Die Verpackungsmaschine zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Heizung als Induktionsheizung ausgebildet ist.
Als Induktionsheizung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Heizung verstanden, die mindestens eine elektrische Spule umfasst, mittels welcher ein Magnetfeld mit wechselnder Polarisation zur Erzeugung von Wärme in einem von dem Wechsel-Magnetfeld durchdrungenen elektrisch leitfähigem und/oder magnetische Eigenschaften aufweisenden Material erzeugt werden kann.
Eine Induktionsheizung hat den Vorteil, dass sie die zur Erwärmung eines das Verpackungs-Rohmaterial zu erwärmenden Anwärmelementes berührungs- und somit nahezu verlustlos direkt an den Ort erzeugt werden kann, an dem die Wärme benötigt wird.
Durch die Zuordnung der als Induktionsheizung ausgebildeten Heizung zu einem Bearbeitungswerkzeug kann die ihm zur Ver- bzw. Bearbeitung des betreffenden Verpackungs- bzw. Versiegelungsmaterials, in der Regel handelt es sich hierbei um Kunststofffolien, zugeführte Wärme sehr genau kontrolliert, also sowohl gesteuert als auch geregelt, werden. Das in üblicher Weise mit der zu verarbeitenden Folie in berührenden Kontakt zu bringende Bearbeitungswerkzeug kann so ohne einen wesentlichen Vorheizzyklus genau zu dem Zeitpunkt auf die für die Verarbeitung der Folie erforderliche Temperatur gebracht werden, an welchem diese zur Einleitung des entsprechenden Bearbeitungsschrittes erforderlich ist.
Durch die vergleichsweise geringe, weil in ihrer Temperatur sehr genau kontrollierbare Erhitzung des zur Verpackung zu verformenden Rohmaterials sowie auch der hierzu vorgesehenen Bearbeitungswerkzeuge können neben den oben bereits beschriebenen, folienartigen Rohmaterialien aber auch weitere Werkstoffe, wie Kunststoff-Verbundstoffe und/oder Kunststoff-Metall-Verbundstoffe verwendet werden.
Nach entsprechender Erwärmung des betreffenden Materials kann die Energiezufuhr an das betreffende Bearbeitungswerkzeug in energiesparender Weise wieder vollkommen unterbrochen werden.
In einer ersten Ausführungsform kann hierbei für ein betreffendes Bearbeitungswerkzeug eine einzige Induktionsheizung vorgesehen sein. Diese kann ihrerseits wiederum mit einer einzelnen Induktionsspule versehen sein, sie kann in einer abgewandelten Ausführungsform aber durchaus auch mehrere Induktionsspulen aufweisen.
Je nach Art und Größe der herzustellenden bzw. zu versiegelnden Verpackung können aber auch mehrere Bearbeitungswerkzeuge mittels einer einzelnen Induktionsheizung beheizt werden. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn mehrere z. B. als Set zusammengefügte Bearbeitungswerkzeuge gleichzeitig mehrere Verpackungen herstellen bzw. Versiegeln.
In einer weiter abgewandelten Ausführungsform können aber auch zwei oder mehrere Bearbeitungswerkzeuge mittels einer oder mehrerer Induktionsheizung beheizbar ausgebildet sein. Auch hierzu gilt wiederum das eine oder mehrere dieser Heizungen mit einer oder mehreren Induktionsspulen bestückt sein kann bzw. können. Das Vorsehen mehrerer Induktionsheizungen kann den Vorteil haben, dass ganz gezielt an bestimmten, zu erwärmenden Bereichen eines oder mehrerer Bearbeitungswerkzeuge bestimmte, gegebenenfalls von anderen Bereichen der Bearbeitungswerkzeuge im Betrag und/oder im zeitlichen Verlauf abweichende Temperaturaufprägungen möglich sind. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn bestimmte Bereiche der zu verarbeitenden Folie, z. B. zur Erzielung einer speziell in diesem Bereich vorgesehenen, stärkeren Ausdünnung der Folie höher und/oder länger beheizt werden sollen als übrige Bereiche. Das Ziel dieser Vorgehensweise ist das Erreichen einer möglichst gleichmäßigen Wandstärke für die so geformte Verpackungsschale.
Zur Be- bzw. Verarbeitung der als Rohmaterial zugeführten Folie umfasst eine solche Verpackungsmaschine üblicherweise entlang des Verarbeitungsweges angeordnete, jeweils mit einer entsprechenden Anzahl von für den jeweiligen Bearbeitungsschritt erforderlichen Bearbeitungswerkzeugen ausgestattete Bearbeitungsstationen. Beispielhaft seien hier als Arbeitsstationen eine sogenannte Form- bzw. Tiefziehstation mit einer gegebenenfalls vorgeschalteten Vorheizstation zum Vorwärmen von gegebenenfalls vor der Verformung der Folie kurzfristig nicht ausreichend erwärmbaren Folien genannt, oder eine Siegelstation zur Versiegelung einer mit zu verpackendem Packgut befüllten und mit einer sogenannten Deckelfolie versehenen, zu einer fertigen Packung zu formenden Verpackung.
Je nach betreffendem Bearbeitungsschritt können die Bearbeitungswerkzeuge dann als Heizplatte, als Formwerkzeug und/oder als Siegelwerkzeug ausgebildet sein. Abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall kann es einmal vorteilhaft sein, dass das betreffende Bearbeitungswerkzeug nur eine Funktion inne hat, wie z. B. Vorheizen oder Formen oder Siegeln. Eine solche Aufteilung der einzelnen Werkzeuge kann beispielsweise bei relativ einfachen Verpackungsformen von Vorteil sein.
Bei dem gegenüber gegebenenfalls schwieriger zur formenden und/oder zu versiegelnden Verpackungsformen kann es gegebenenfalls vorteilhaft sein, wenn das jeweilige Bearbeitungswerkzeug multifunktional zum Einsatz kommt. Möglich wäre hierbei z. B. sowohl ein Vorwärmen der zu verarbeitenden Folie in einem ersten z. B. der Verformung vorgeschalteten Vorwärmschritt, sowie ein Beibehalten der Beheizung zumindest bestimmter Folienbereiche während deren Verformung, so dass das Heizelement gleichzeitig auch als Formwerkzeug fungieren kann. Entsprechendes gilt für den Siegelprozess.
Durch das Vorsehen mehrerer Induktionsspulen in der Heizung kann eine demgegenüber verbesserte flächige Wärmewirkung durch die flächige Verteilung der einzelnen Wechselmagnetfelder erreicht werden. Hierdurch ist es möglich, ganz gezielt im Wesentlichen nur jene Bereiche des betreffenden Anwärmelementes und/oder Form- und/oder Siegelwerkzeugs zu erwärmen, durch welche das Verpackungs-Rohmaterial im betreffenden Form- und/oder Siegelprozess erwärmt und/oder bearbeitet werden soll.
Mit einer matrixförmigen Anordnung kann beispielsweise eine großflächige, im Wesentlichen gleichmäßige Erwärmung des betreffenden, hierdurch mit Energie versorgten Anwärmelementes und/oder Form- und/oder Siegelwerkzeugs erreicht werden.
Durch eine Variierbarkeit der Induktionsspulen in ihrer Position und/oder ihrer Anzahl kann die erfindungsgemäße Induktionsheizung in weiter vorteilhafter Weise an wechselnde Produktionsforderungen angepasst werden, wie sie beispielsweise durch Format- und/oder Rohmaterialwechsel bedingt sein können. In besonders vorteilhafter Weise betrifft die Variierbarkeit sowohl die lokale Anordnung wie auch die Anzahl und/oder die Intensität und/oder die Ausrichtung der einzelnen Induktionsspulen.
Eine Änderung in der Intensität des von der Induktionsspule erzeugten Wechselfeldes ist insbesondere auch durch die Ausbildung der Induktionsspulen als Wechselelemente einfach zu realisieren. Sofern die räumlichen Abmessungen von in ihrer Intensität unterschiedlichen Induktionsspulen im Wesentlichen so zueinander ähnlich sind, dass es keine Rolle spielt, an welcher Position sie in einem für die Aufnahme der jeweiligen Induktionsspulen vorgesehenen Gehäuse einnehmen, können sie auch problemlos in oben angegebenen Sinne variiert und/oder getauscht werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Position und/oder Orientierung der Induktionsspulen so gewählt ist, dass hierdurch im Wesentlichen nur ein oder mehrere bestimmte Bereiche des davon zu erwärmenden Anwärmelementes und/oder Form- und/oder Siegelwerkzeugs erwärmt wird bzw. werden. Dies kann einerseits bei der Vorwärmung des üblicherweise folienartigen Rohmaterials erfolgen, so dass für den jeweiligen Bearbeitungsprozess kritische Verformbereiche zur Erzielung einer besseren, insbesondere gleichmäßigen Dickenreduzierung gezielter vorgewärmt werden können. Damit ist es beispielsweise möglich, üblicherweise beim Tiefziehen sich rascher abkühlende Bereiche, wie z. B. die Bereiche der Seitenwände einer zu formenden Verpackungsmulde ggf. etwas höher und/oder insbesondere auch länger mit Wärme zu versorgen als beispielsweise Bereiche in Kanten und Ecken. Damit kann in vorteilhafter Weise eine andernfalls vergleichsweise stärkeren Ausdünnung der Materialschichten in Kanten- und Eckbereichen aufgrund erstarrter und somit nicht mehr verformbarer Flächenbereiche an den Seitenwänden und/oder dem Boden des zu formenden Verpackungsbehältnisses erreicht werden.
In einer möglichen Ausführungsform können hierzu Oberflächenbereiche von Tiefziehformen in einer im Wesentlichen nur geringen Schichttiefe in den Bereichen erwärmt werden, an welchem sich die tiefzuziehende Folie zur Ausbildung des herzustellenden Verpackungsbehältnisses anlegt. Die Zufuhr der Wärme kann unmittelbar nach Vollendung des Verformvorgangs beendet werden, so dass die restlichen noch kühlen oder sogar kalten Materialanteile des Formwerkzeugs die kurzzeitig durch die Induktionsheizung erwärmten Schichtbereiche und insbesondere die daran anliegende, tiefgezogene Folie wieder rasch abkühlen und formstabil aushärten. Neben der Einflussnahme auf die Position und/oder Anzahl der Induktionsspulen sowie ggf. deren Ausrichtung ist auch die Einflussnahme auf die Betriebsparameter der Induktionsspule wie z. B. Frequenz und/oder Spannung und/oder die Stromstärke und/oder das Vorsehen von die Richtung und/oder die Intensität des Magnetfeldes vorteilhaft beeinflussender Mittel wie z. B. die Anordnung ferromagnetischer Elemente möglich.
Je nach gewünschter Wärmezufuhr an das zu prozessierende Verpackungsmaterial ist somit eine Prozessoptimierung durch die Einflussmöglichkeit auf verschiedene Parameter möglich, wie z. B. die Menge der in einem bestimmten Bereich eines Anwärmelementes, insbesondere aber eines Formwerkzeugs zur Verformung des Materials eingetragenen Wärmeenergie, beispielsweise über die abhängig von der erhitzten Schichttiefe erwärmte Masse des Formwerkzeugs und/oder über den zeitlichen Verlauf des Wärmeeintrags in einen entsprechenden Bereich des Werkzeugs.
Eine erfindungsgemäß aufgebaute Verpackungsmaschine kann somit mit einem vergleichsweise massiv reduzierten, heizungsbezogenen Energiebedarf betrieben werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt im Wegfall eines bisher üblicherweise erforderlichen Kühlsystems. Dies wirkt sich sowohl hinsichtlich der Anschaffungs- und Betriebsaufwendungen als auch insbesondere hinsichtlich eines hierdurch nicht mehr erforderlichen Raumbedarfs positiv aus. Auch die Verwendung von vergleichsweise kostengünstigerer Rohmaterialien, wie die oben bereits erwähnten Kunststoff-Verbundstoffe und/oder Kunststoff-Metall-Verbundstoffe, sind positive Auswirkungen der vorliegenden Erfindung.
Auch eine Temperaturregelung ist entbehrlich, da die betreffenden Parameter abhängig von der verwendeten Folie und von der jeweils herzustellenden Verpackung einmal ermittelt und für den Zugriff bei einem entsprechenden Formvorgang bereitgehalten werden können. Die Anwärmelemente und/oder Form- und/oder Siegelwerkzeuge werden dann immer entsprechend mit der gleichen Energiemenge versorgt. Hierdurch ist ein stabiler Prozessverlauf möglich.
Gegebenenfalls kann für den Anlaufbetrieb der Verpackungsmaschine eine Faktorisierung einzelner Parameter vorgesehen werden, wobei auch hierbei für jeweilige Konstellationen an Verpackungs-Rohmaterial, Anzahl und/oder Art der Anwärmelemente und/oder der Form- und/oder Siegelwerkzeuge und/oder einer auf die Vorrichtung bezogenen Temperatur eine entsprechende Wertetabelle hinterlegt werden kann, z. B. in einem vorzugsweise der Maschinensteuerung zugeordneten Speicher.
Durch das Vorsehen einer Kontrolleinheit zur einzelnen und/oder gruppenweise Ansteuerung von Induktionsspulen ist eine ganz gezielte Einflussnahme auf die Menge und/oder den zeitlichen Verlauf der durch die jeweilige Induktionsspule in den betreffenden Prozessschritt eingetragenen Wärmeenergie möglich. Hierdurch können in besonders vorteilhafter Weise z. B. bei mechanisch unverändertem Aufbau auch verschiedene Verpackungs-Rohmaterialien mit ggf. unterschiedlichen Bearbeitungsanforderungen verarbeitet werden.
Die mechanische Realisierung kann in einer bevorzugten Ausführungsform dabei so vorgesehen sein, dass die Induktionsspulen je nach Ausführungsform des von ihnen zu erwärmenden Anwärmelementes bzw. Form- und/oder Siegelwerkzeugs und/oder einem hierzu komplementären Element bzw. Werkzeugs direkt in diese und/oder an diesem angeordnet ist bzw. sind.
Das Vorwärmelement kann in einer möglichen Ausführungsform z. B. als zum Erhitzen der zu verformenden Rohfolie direkt mit dieser in Berührung kommenden Heizplatte mit rückseitig entsprechend obiger Darlegungen flächig verteilt angeordneten Induktionsspulen ausgebildet sein. Um die Folie mit der entsprechenden Wärmeenergie zu beaufschlagen, kann mit der erfindungsgemäßen Heizplatte der Energieeintrag so prozessoptimierend erfolgen, dass der Energieeintrag erst dann durch induktives Aufheizen der Heizplatte erfolgt, wenn ein nachfolgender Tiefziehprozess auch definitiv stattfinden kann. Während den Maschinentakt unterbrechenden Stillstandszeiten ist in den primären Energieverbrauch reduzierender Weise kein vorwärmendes Beheizen der Heizplatte erforderlich. In weiter vorteilhafter Weise wird hierdurch auch ein bisher in solchen Fällen ggf. auftretendes, unzulässiges Überhitzen der Folie vermieden.
Diese Vorteile gelten sowohl für das primäre Anwärmelement, welches so am Formwerkzeug angeordnet ist, dass es dem Tiefziehvorgang unmittelbar vorgeschaltet ist, als auch für ein ggf. zusätzlich ausgebildetes zweites Anwärmelement, welches z. B. auch als "Vorwärmelement" bezeichnet werden kann und in Verarbeitungsrichtung der Folienbahn dem primären Anwärmelement stromaufwärts vorgeschaltet ist.
Bei besonderen Ausführungsformen kann ein solches Anwärmelement auch zwei Heizplatten aufweisen, welche sich gegenüberliegend und die zu erwärmende Folie sandwichartig umschließend angeordnet sind.
In einer möglichen Ausführungsform kann hierbei für jede der beiden Platten eine eigene Induktionsheizung vorgesehen sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist jedoch nur eine Induktionsheizung vorgesehen. Diese befindet sich an der Rückseite einer der beiden Heizplatten und erwärmt sowohl die ihr direkt benachbarte Heizplatte als auch die auf der anderen Seite der Folie.
In einer weiter abgewandelten Ausführungsform kann die Heizplatte auch als elastisch verformbare Platte ausgebildet sein, die z. B. zur Unterstützung der Bewegung des von ihr erwärmten Bereichs der zur Verpackung zu verformenden Folie während des Tiefziehvorgangs hin zum Formwerkzeug unterstützen kann, insbesondere bevorzugt unter Verlängerung des zeitlichen Verlaufs von Wärmeabgabe von der Heizplatte auf die zu verformende Folie. Hierdurch kann insbesondere in den Folienbereichen, die aufgrund einer Anlage am Formwerkzeug als erstes abkühlen eine verlängerte Beibehaltung der für die Fliesseigenschaft der Folie erforderliche Temperatur erreicht werden. Dies gilt insbesondere für die großflächigen Bereiche wie Wand und Bodenfläche des zu formenden, mulden- bzw. schalenförmigen Verpackungsbehältnisses.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann die induktive Heizung auch in einem stempelförmig ausgebildeten Formwerkzeug untergebracht sein. Hierdurch kann insbesondere bei schwierigen Konturen eine vergleichsweise lange Wärmeübertragung auf die zu verformende Folie dadurch realisiert werden, dass das beheizte, stempelförmige Werkzeug ggf. bis zum Erstarren der geformten Folie an diese anliegt. Der Zeitpunkt des Abschaltens der induktiven Heizung kann hierbei je nach Ausführungsform variieren. Insbesondere ist es hierbei auch möglich, bestimmte kritische Bereiche der zu verformenden Folie länger zu beheizen als andere.
Bei einer Ausführungsform, bei der die mit der zu verarbeitenden Folie in Berührung kommende Bereiche des stempelförmigen Formwerkzeuges aus einem im Wesentlichen nicht leitenden Material bestehen, ist beispielsweise eine induktive Erwärmung eines komplementären, ggf. schalenförmigen Formwerkzeuges während des Einfahrens des Stempels in dieses Formwerkzeug möglich. Hierdurch kann das komplementäre, schalenförmige Formwerkzeug in seinen äußeren, der zu verformenden Folie zugewandten Schichtbereichen soweit erwärmt werden, dass ein Absinken der Folientemperatur unter die Erstarrungstemperatur hinausgezogen und somit ein positiver Einfluss auf eine gleichmäßige Schichtdickenreduzierung der zu verformenden Folie beigetragen werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann in dem stempelförmig ausgebildeten Formwerkzeug in den Bereichen, in denen vergleichsweise geringe Verformungen des zur Verpackung zu verformenden Materials zur Anlage kommen, ferromagnetische Materialanteile eingebracht sein. Hierdurch ist eine zusätzliche Erwärmung dieser Flächenbereiche durch die Wirkung der Induktionsheizung im oben dargelegten Sinne möglich, so dass aus den späteren, großflächigen Wandbereichen Material in die kritischen Kanten- und Eckbereiche der zu formenden Verpackung fließen kann, um dort eine kritische Materialausdünnung zu vermeiden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen sind das Anwärmelement und/oder das Form- und/oder Siegelwerkzeug aus ferromagnetischem Material gefertigt oder zumindest mit solchem versetzt. Insbesondere vorteilhaft können hierbei korrosionsbeständige, ferromagnetische Materialien Anwendung finden. Hierdurch ist ein problemloser Einsatz der Verpackungsmaschine sowohl im Lebensmittel- als auch im medizintechnischen Bereich möglich.
Grundsätzlich möglich ist aber auch die Verwendung von aluminiumhaltigen Materialien unter Inkaufnahme einer entsprechend schlechteren Energieeffizienz aufgrund der schlechteren Erwärmungseigenschaft des Aluminiums im Vergleich zu ferromagnetischen Materialien möglich.
Ausführungsbeispiel
Es zeigen die
1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer Verpackungsmaschine, die
2–4 eine erfindungsgemäße Induktionsheizung für ein Anwärmelement zur Erwärmung einer zu einer muldenförmigen Verpackung zu verformenden Folie in unterschiedlichen Darstellungen und Ausführungsformen,
5 schematisch und beispielhaft ein Formwerkzeug in Schnittdarstellung und
6 schematisch und beispielhaft ein Siegelwerkzeug in Draufsicht.
Die Verpackungsmaschine 1 nach 1 stellt eine sogenannte Tiefziehmaschine dar, die aus einer Folienrolle 2 die sogenannte Unterbahn oder auch Muldenfolie 3 abzieht. Die Muldenfolie 3 wird in einem Formwerkzeug 4 unter Wärme und gegebenenfalls auch Druckeinwirkung, insbesondere bevorzugt auch unter Vakuumbeaufschlagung zu Packungsmulden 5 geformt. Die Packungsmulden 5 werden in einer Füllstrecke 6 manuell oder automatisch mit Packgut 7 gefüllt. Eine Deckelfolie 8 wird von einer Vorratsrolle 9 abgezogen und als Deckel auf die Packungsmulden 5 aufgelegt. In einem Siegelwerkzeug 10 wird die Deckfolie 8 mit der Packungsmulde 5 verbunden und versiegelt. In einer Schneideinheit 11 werden einzelne, im vorangehenden Herstellungsprozess zusammenhängend gefertigten Packungen zu Einzelpackungen abgetrennt.
Die 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Heizung, z. B. für ein Anwärmelement zum Vorwärmen einer zu einer Packungsmulde zu verformenden Folie. Erfindungsgemäß umfasst diese Heizung 12 in einem Gehäuse 14 matrixförmig angeordnete, elektrische Spulen 13 als erste wesentliche Elemente der erfindungsgemäß als Induktionsheizung ausgebildeten Heizung 12. Durch diese flächige Aufteilung der Spulen 13 kann ein verhältnismäßig flächig ausgebildetes, elektromagnetisches Feld zur Beheizung der, entsprechend der Darstellung der 3, hierzu stirnseitig angeordneten, vorzugsweise ferromagnetische Metallanteile aufweisenden Heizplatte 15 erzeugt werden.
Üblicherweise ist die Heizplatte 15 zur Beheizung der nach dem Heizvorgang zu einer Verpackungsmulde zu verformenden Folie in direkt berührendem Kontakt mit dieser. Damit wird der Folie genau die Temperatur zugeführt, auf die auch die Heizplatte aufgeheizt wird. Um die Folie 16 während ihrer Bewegungen in Transportrichtung entsprechend des Pfeiles 22 nicht durch Reib- bzw. Schleifkontakt zu beschädigen, kann die Heizung 12 zusammen mit der Heizplatte 15 entsprechend der Pfeilrichtung 21 zum Einleiten des Heizvorgangs zur Folie hin und anschließend wieder von der Folie wegbewegt werden.
Durch die Variierung der Betriebsparameter der elektrischen Spulen 13, wie Frequenz und/oder Spannung kann die vom davon resultierenden magnetischen Feld in der Heizplatte 15 erzeugten Wärme einerseits sehr rasch und andererseits sowohl in ihrer Tiefenwirkung als auch in ihrer Temperatur sehr genau gesteuert erzeugt werden. In weiter vorteilhafter Weise kann die Masse der Heizplatte 15 sehr gering gehalten werden, was sich weiter vorteilhaft sowohl auf die Erzeugung als auch auf die Abgabe der Temperatur in einem vergleichsweise engen Temperaturband aufgrund der mit der geringen Masse verbundenen geringen Temperaturschwingung vorteilhaft auswirkt.
Um die Folie 16 von beiden Seiten gleichmäßig erwärmen zu können, ist hier beispielhaft für eine weitere Ausführungsform an der Unterseite der Folie eine weitere Heizung 17 mit elektrischen Spulen 18 in einem Gehäuse 19 und mit einer Heizplatte 20 dargestellt. Auch diese kann entsprechend der Pfeilrichtungen 21 zur Beheizung der Folie 16 an diese heran- und anschließend von ihr weggefahren werden. Die Folie kann aber auch zwischen zwei Heizplatten hindurchgeführt werden, von denen wenigstens eine vorzugsweise aber beide in ihrer Position fest angeordnet sind, so dass ihr Abstand zur Folie bzw. dem zur Verpackung zu verformenden Rohmaterial fest vorgebbar ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass sowohl eine auf der einen Seite der Folie 16 angeordnete Heizplatte 15 als auch eine an der gegenüberliegenden Seite der Folie angeordnete Heizplatte 20 durch elektrische Spulen 13, entsprechend der durch den gestrichelten Rahmen 23 zusammengefassten, sandwichartigen Heizung, induktiv beheizt werden.
In der 4 ist eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Heizung 12 darstellt, bei der die Heizplatte 15 als flexible, elastisch verformbare Heizplatte ausgebildet ist. Eine solche Heizung 12 kann beispielsweise in Zusammenwirkung mit einem hier nicht dargestellten, schalenförmigen Formwerkzeug zur Verformung der von der Heizplatte 15 beheizten Folie vorgesehen werden. Wie oben beschrieben, wird die Heizplatte 15 zuerst durch das von den elektrischen Spulen 13 in sie induzierte elektromagnetische Feld in der gestrichelt dargestellten Position erhitzt, um die an ihr anliegende Folie entsprechend zu erwärmen. Nach ausreichender Erwärmung der Folie kann die Heizplatte 15 z. B. in einer Art Schnappbewegung die erwärmte Folie in Richtung des sie zur Verformung aufnehmenden Formwerkzeuges drücken. Insbesondere vorteilhaft bleibt hierbei die noch Wärmeenergie aufweisende Heizplatte 15 weiterhin in Anlage an der Folie, um diese möglichst lange in dem Temperaturbereich zu halten, in welchem sie fließfähig ist. Hierdurch kann in besonders vorteilhafter Weise aus den sich ansonsten, wenn überhaupt, nur gering verformenden, häufig großflächigen Bereichen Material in Richtung jene Formbereiche verzogen werden, in denen vergleichsweise große Verformungen und damit einhergehend eine große Materialausdünnung erfolgt, wie z. B. in Ecken und Kanten.
Die 5 zeigt wiederum schematisch und beispielhaft eine Schnittdarstellung einer Formvorrichtung 24. Diese umfasst ein stempelförmiges Formwerkzeug 25 und ein schalenförmiges Formwerkzeug 26 zur Herstellung eines schalen- bzw. muldenförmigen Verpackungsbehältnisses aus der hierdurch verformten Folie 16.
In dieser Ausführungsform ist im stempelförmigen Formwerkzeug 25 wiederum eine elektrische Spule 13 angeordnet. Hierdurch kann ein Magnetfeld erzeugt werden, welches z. B. beim Eindrücken der zuvor vorgewärmten Folie 16 in das schalenförmige Werkzeug 26 eine Erwärmung der vom erzeugten Magnetfeld überstrichenen Wandbereiche des schalenförmigen Formwerkzeugs 26 zumindest in dessen Außenschichten bewirken kann. Hierdurch ist wiederum ein Hinauszögern einer Temperaturabsenkung der Folie unter den Temperaturbereich möglich, in welchem sie fließfähig bleibt. Ohne eine solche Erwärmung würde die Folie an der andernfalls kalten Oberfläche des schalenförmigen Formwerkzeugs 26 sofort erkalten und erstarren.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung einer elektrischen Spule 13 in diesem vom Antrieb 27 betätigten, stempelförmigen Formwerkzeug 25 liegt in der induktiven Erwärmung eines wie hier beispielhaft im Bodenbereich des schalenförmigen Formwerkzeuges 26 angeordnet dargestellten Klischees 28. Hierdurch kann die Folie im gleichen Sinne wie oben dargelegt vergleichsweise länger in ihrem fliessfähigen Zustand durch Vermeidung eines ansonsten erfolgenden Temperaturabzugs zu gehalten werden.
Üblicherweise ist das stempelförmige Formwerkzeug 25 aus einem nicht leitenden Material hergestellt. Um der hier zu verformenden Folie 16 zur Einleitung und während des Verformvorgangs zusätzlich Wärmeenergie aufbringen zu können, kann das stempelförmige Formwerkzeug 25 mit Einlagerungen 29 induktiv erwärmbaren, vorzugsweise ferromagnetischen Materialien versehen sein, um so die betreffenden Wandungsbereiche des stempelförmigen Formwerkzeugs 25 mittels dem von der Spule 13 erzeugten elektromagnetischen Feld zusätzlich zu erwärmen. Die induktiv erwärmbaren Materialien können ggf. auch so angeordnet sein, dass sie in direkt berührendem Kontakt mit der Folie 16 zur besseren Wärmeübertragung gelangen können. In besonders bevorzugter Weise werden hierbei wiederum solche Flächenbereiche erwärmt, in denen ein Hinauszögern der Folienerstarrung gewünscht wird.
Eine weitere Möglichkeit einer induktiven Erwärmung des schalenförmigen Formwerkzeugs 26 besteht durch eine Anordnung von elektrischen Spulen 30 an ihrer der zu verformenden Folie abgewandten Seite. Um auch die Eck- und/oder Kantenbereiche des Formwerkzeugs 26 möglichst gleichmäßig erwärmen zu können, können in diesen Bereichen zusätzliche Spulen 31 vorgesehen sein. Durch eine individuelle Ansteuerung der einzelnen Spulen kann eine weitere Verbesserung auf die Temperaturführung bei der Verformung der Folie erzielt werden. Dies gilt grundsätzlich für alle hier beschriebenen Ausführungsformen.
Die 6 zeigt wiederum schematisch und beispielhaft eine Draufsicht auf ein Siegelwerkzeug 32, wie es zur Versiegelung einer mit Packgut 7 befüllten Packungsmulde 5 entsprechend der Darstellung in der 1 an der Siegelstation 10 vorgesehen ist. Das Siegelwerkzeug 32 weist einen aus einem induktiv erwärmbaren, vorzugsweise ferromagnetischen metallgefertigten Siegelkontur 34 auf. Das Gehäuse 33 kann im Grund aus jedem beliebig geeigneten Material gefertigt sein. Der Energieeintrag zur Erzeugung einer Wärme im Siegelkontur 34 erfolgt auch hier, wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, durch Aktivierung elektrischer Spulen 13. Diese sind hier beispielhaft gestrichelt im Gehäuse 33 ringförmig hinter dem Siegelkontur 34 angeordnet. Die hier beispielhaft, im Wesentlichen rechteckförmig dargestellte Siegelkontur 34 weist an einer Ecke zur Ausbildung einer sogenannten "Aufreißecke" an der Verpackung eine Abschrägung 35 auf.
Für alle hier induktiv beheizten Heiz- bzw. Formelemente gilt in vorteilhafter Weise, dass sie aus einem vergleichsweise dünnen und damit mit geringer Masse behafteten, vorzugsweise ferromagnetischem Material hergestellt werden können. Hierdurch ergeben sich einerseits Einsparungen in der für die Erwärmung der betreffenden Werkzeuge benötigten Energie. Durch die induktive Beheizung ist andererseits auch eine sehr genaue Temperatureinflussnahme auf den Verarbeitungsprozess der zur Verpackung zu verformenden Folie möglich, und zwar in weiter vorteilhafter Weise sogar ohne jegliches Kühlsystem.

1: Verpackungsmaschine
2: Folienrolle
3: Muldenfolie
4: Formvorrichtung
5: Packungsmulden
6: Füllstrecke
7: Packgut
8: Deckelfolie
9: Folienrolle
10: Siegelvorrichtung
11: Schneideinheit
12: Heizung
13: Elektrische Spule
14: Gehäuse
15: Heizplatte
16: Folie
17: Heizung
18: Elektrische Spule
19: Gehäuse
20: Heizplatte
21: Pfeil
22: Pfeil
23: Sandwich-Heizung
24: Formvorrichtung
25: Stempelförmiges Formwerkzeug
26: Schalenförmiges Formwerkzeug
27: Antrieb
28: Klischee
29: Materialeinlagerung
30: Elektrische Spule
31: Elektrische Spule
32: Siegelwerkzeug
33: Gehäuse
34: Siegelkontur
35: Aufreissecke

Claims

Verpackungsmaschine zum Verpacken von mit Packgut zu füllenden, vorzugsweise muldenförmigen Verpackungen, wobei eine Heizung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung als Induktionsheizung ausgebildet ist.
Verpackungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung einem Bearbeitungswerkzeug zugeordnet ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug mittels einer Induktionsheizung beheizbar ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Bearbeitungswerkzeuge mittels einer oder mehreren Induktionsheizungen beheizbar sind.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug als Heizplatte ausgebildet ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug als Formwerkzeug ausgebildet ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug als Siegelwerkzeug ausgebildet ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung mehrere Induktionsspulen umfasst.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspulen matrixförmig angeordnet sind.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder Anzahl der Induktionsspulen variierbar ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspulen als Wechselelemente ausgebildet sind.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder Orientierung der Induktionsspulen so gewählt ist, dass hierdurch im Wesentlichen nur ein oder mehrere bestimmte Bereiche des davon zu erwärmenden Anwärmelementes und/oder Form- und/oder Siegelwerkzeugs erwärmt werden.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerparameter zum Betrieb der Induktionsspulen so vorgebbar sind, dass hierdurch im Wesentlichen nur eine bestimmte Schichttiefe des zu erwärmenden Anwärmelementes und/oder des Form- und/oder Siegelwerkzeuges erwärmt wird.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrolleinheit zur einzelnen und/oder gruppenweisen Ansteuerung der Induktionsspulen vorgesehen ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit zur Variierung der Steuerparameter für die Induktionsspulen ausgelegt ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspulen in und/oder an dem Bearbeitungswerkzeug angeordnet sind.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspulen in und/oder an einem zum Bearbeitungswerkzeug komplementären Werkzeug angeordnet sind.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Bezug auf das zur Verpackung zu verarbeitenden Material sandwichartig angeordnete Heizplatten vorgesehen sind.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte als elastisch verformbare Platte ausgebildet ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug stempelförmig ausgebildet ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem zur Verpackung zu verarbeitenden Material in Berührung kommenden Bereich des stempelförmigen Formwerkzeuges im Wesentlichen aus einem nicht wärmeleitenden Material besteht.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem zur Verpackung zu verarbeitenden Material in Berührung kommenden Bereich des stempelförmigen Formwerkzeuges in den Bereichen, in denen vergleichsweise geringere Verformungen des zur Verpackung zu verformenden Materials zur Anlage kommen induktiv erwärmbare Materialanteile aufweist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug wenigstens bereichsweise ein elektrisch leitfähiges und/oder magnetische Eigenschaften aufweisendes Material aufweist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug wenigstens bereichsweise beschichtet ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug muldenförmig ausgebildet ist.