DE102010050502A1

DE102010050502A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Verpackung

Info

Publication number: DE102010050502A1
Application number: DE102010050502A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Kenn Christoph; Ralf Drießen; Thomas Vetten; Michael Heil
Original assignee: SIG Technology AG
Current assignee: SIG Combibloc Services AG
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2012-05-10
Also published as: BR112013010876A2; PL2637854T3; EA029729B1; AU2011328362A1; ES2622126T3; WO2012062565A1; US20130305659A1; AU2011328362B2; MX2013005066A; EP2637854B1; US11584551B2; EP2637854A1; CN103201094B; CA2815584A1; EA201300434A1; CN103201094A

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung, insbesondere einer Verbundverpackung für flüssige Lebensmittel, mit einer im Giebelbereich in Ausgießrichtung abnehmenden Querschnittsfläche, aus einem Mantel mit einem Giebelbereich mit mehreren Giebelflächen und aus einem Ausgießelement, wobei die Vorrichtung wenigstens ein drehbares Dornrad mit mehreren Dornen zur Aufnahme der Mäntel aufweist. Dargestellt und beschrieben sind zudem ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Verpackung und eine Giebelpresse zur Verwendung mit der vorgenannten Vorrichtung. Um eine einfachere und kostengünstigere Herstellung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine einer einzigen Dornradstellung zugeordnete Giebelpresse zum Falten des Giebelbereichs, zum Verbinden sämtlicher Giebelflächen des Giebelbereichs des Mantels mit dem Ausgießelement und zum Versiegeln der abstehenden Ohren in derselben Dornradstellung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung, insbesondere einer Verbundverpackung für flüssige Lebensmittel, mit einer im Giebelbereich in Ausgießrichtung abnehmenden Querschnittsfläche, aus einem Mantel mit einem Giebelbereich mit mehreren Giebelflächen und aus einem Ausgießelement, wobei die Vorrichtung wenigstens ein drehbares Dornrad mit mehreren Dornen zur Aufnahme der Mäntel aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Verpackung, umfassend die folgenden Schritte:

a) Aufschieben eines Ausgießelements auf einen Dorn des Dornrads,
b) Aufschieben eines Mantels auf einen Dorn des Dornrads,
c) Falten und Verbinden sämtlicher Giebelflächen des Giebelbereichs des Mantels mit dem Ausgießelement,
d) Versiegeln der abstehenden Ohren,
e) Umlegen und Anheften der Ohren,
f) Abziehen der Verpackung von dem Dorn.

Zudem betrifft die Erfindung eine Giebelpresse zur Verwendung mit der vorgenannten Vorrichtung.
Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Verbundverpackungen sind aus der Praxis in zahlreichen Varianten bekannt. Unter Verbundverpackungen werden Verpackungen aus einem Packstoff verstanden, der aus mehreren vollflächig miteinander verbundenen Materialien, etwa Karton und Kunststoff, besteht. Bei den flüssigen Lebensmitteln kann es sich beispielsweise um Getränke, Suppen, Joghurt oder dergleichen handeln. Viele bekannte Vorrichtungen und Verfahren sind dazu bestimmt, Verpackungen herzustellen, die quaderförmig ausgebildet sind.
Es kann jedoch aus ästhetischen und funktionalen Gründen gewünscht sein, Verpackungen herzustellen, die nicht entlang ihrer gesamten Höhe eine konstante Querschnittsfläche aufweisen. Insbesondere kann es gewünscht sein, Verpackungen herzustellen, die im oberen Bereich der Verpackung eine in Ausgießrichtung abnehmende Querschnittsfläche aufweisen und demnach nicht quaderförmig sind. Dies ermöglicht zunächst eine ansprechende Form der Verpackung, da der Übergang von der großen Querschnittsfläche des Mantels zu der kleineren Querschnittsfläche des Ausgießelements gleichmäßig erfolgen kann. Die gleichmäßige Abnahme der Querschnittsfläche hat zudem die technische Wirkung, dass der flüssige Inhalt besonders gut aus der Verpackung fließen kann. Insbesondere wird durch eine derartige Form der Verpackung erreicht, dass die Verpackung restlos entleert werden kann, ohne sie absolut senkrecht mit dem Ausgießelement nach unten halten zu müssen. Der obere Bereich der Verpackung kann insoweit die Funktion eines Trichters ausführen. Die beschriebene Form des oberen Bereichs der Verpackung wird auch als Giebelform bezeichnet.
Die Herstellung von Verpackungen mit im Giebelbereich in Ausgießrichtung abnehmender Querschnittsfläche stellt jedoch besondere Anforderungen an die Maschinen, auf denen die Verpackungen hergestellt werden. Zudem sind die Verfahrensschritte gegenüber Verfahren zur Herstellung quaderförmiger Verpackungen anzupassen. Insbesondere muss der Tatsache Rechnung getragen werden, dass beim Falten des Giebelbereichs von Verpackungen mit in Ausgießrichtung abnehmender Querschnittsfläche überschüssiger Packstoff Falten bildet, die auch als Ohren bezeichnet werden.
Ein Behälter für ein flüssiges Produkt und ein Verfahren zur Herstellung und Befüllung des Behälters sind aus der EP 1 503 940 B1 bekannt. Der Behälter weist in seinem oberen Bereich die Form eines Pyramidenstumpfes auf. Diese Form wird durch ein entsprechend geformtes Ausgießelement unterstützt, welches in den oberen Bereich der Verpackung eingesetzt wird. Die Herstellung der Verpackung erfolgt, wie oftmals, unter Verwendung eines drehbaren Dornrads und wird anhand der 10 bis 15 der EP 1 503 940 B1 dargestellt. Nachteilig an der gezeigten Vorrichtung und an dem beschriebenen Verfahren ist, dass das Falten und das Versiegeln des Giebelbereichs der Verpackung als getrennte Arbeitsschritte in getrennten Stellungen des Dornrads erfolgen. Dies hat zur Folge, dass die Herstellung aufwendig und ineffizient ist.
Aus der WO 2005/113222 A1 ist eine weitere Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Verpackung bekannt. Auch die hier gezeigten Verpackungen weisen in ihrem oberen Bereich eine in Ausgießrichtung abnehmende Querschnittsfläche auf. Zur Herstellung der Verpackungen wird wiederum ein rotierendes Dornrad verwendet. Nachteilig ist jedoch auch bei dieser Vorrichtung und diesem Verfahren, dass in einer Dornradstellung jeweils nur zwei gegenüberliegende Giebelflächen mit dem Ausgießelement verbunden werden können. Bei einer Verpackung mit einem quadratischen Mantelquerschnitt müssen demnach zwei Dornradstellungen durchlaufen werden, um die vier Giebelflächen zu falten und sie mit dem Ausgießelement zu versiegeln. Dies hat eine Erhöhung der Anzahl der Arbeitsschritte und somit eine Verringerung der Effizienz der Prozessführung zur Folge.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte und zuvor näher beschriebene Vorrichtung und das entsprechende Verfahren so auszugestalten und weiterzubilden, dass eine einfachere und somit kostengünstigere Herstellung ermöglicht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch, dass die Vorrichtung eine einer einzigen Dornradstellung zugeordnete Giebelpresse zum Falten des Giebelbereichs, zum Verbinden sämtlicher Giebelflächen des Giebelbereichs des Mantels mit dem Ausgießelement und zum Versiegeln der abstehenden Ohren in derselben Dornradstellung aufweist.
Indem das Verbinden der Giebelflächen mit dem Ausgießelement zusammen mit dem Versiegeln der Ohren in derselben Dornradstellung erfolgt, kann die Anzahl der Dorne verringert und damit ggf. ein kleiner bauendes Dornrad verwendet werden. Alternativ können den freigewordenen Dornen andere Arbeitsschritte zugeordnet werden. Zudem kann die einzubringende Energie zur Erzeugung der Verbindung effektiv eingesetzt werden. Die Verbindungen zwischen den Giebelflächen und dem Ausgießelement werden insbesondere durch Erhitzen und Anpressen erzeugt. Alternativ oder zusätzlich können Schweiß- und/oder Klebverfahren eingesetzt werden. Die erzeugten Verbindungen sind vorzugsweise gas- und/oder flüssigkeitsdicht, weshalb oftmals auch von Versiegeln gesprochen wird. Die Querschnittsfläche der Verpackung soll insbesondere im Giebelbereich der Verpackung in Ausgießrichtung abnehmen. Unter Ausgießrichtung wird jede Richtung verstanden, die vom Bodenbereich der Verpackung zur Ausgießöffnung zeigt. Bei viereckigem Querschnitt des Mantels kann der Giebelbereich die Form einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfes aufweisen. Bei dreieckigem Querschnitt des Mantels kann der Giebelbereich dementsprechend die Form eines Tetraeders oder eines Tetraederstumpfes aufweisen.
Entsprechendes gilt für Mantelquerschnitte mit fünf oder mehr Ecken. Ebenso denkbar ist bei rundem Querschnitt des Mantels ein Giebelbereich, welcher die Form eines Kegels oder eines Kegelstumpfes aufweist. Bevorzugt weist auch das Ausgießelement, jedenfalls in seinen den Giebelflächen zugeordneten Bereichen, eine entsprechende Form auf. Auch die Spitzen der Dorne können entsprechend der auszubildenden Giebelform geformt sein. Durch die Abnahme des Querschnitts bildet überschüssiger Packstoff beim Formen des Giebelbereichs abstehende Falten, die auch als Ohren bezeichnet werden. Unter dem Versiegeln der Ohren wird ein Abdichten der Verpackung im Bereich der Ohren verstanden. Dies ist vom Umlegen und Anheften der Ohren zu unterscheiden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Ohrenpresse zum Umlegen und Anheften der Ohren auf. Die Ohrenpresse kann bevorzugt sämtliche Ohren, die beim Formen des Giebelbereichs entstanden sind, in derselben Dornradstellung umlegen und an die benachbarten Giebelflächen anheften. Dazu kann für jedes Ohr eine separates Werkzeug zum Umlegen und Anheften vorgesehen sein. Das Versiegeln der Ohren kann durch Erhitzen und Anpressen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können Schweiß- und/oder Klebverfahren eingesetzt werden.
Es kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen Schieber zum Verschieben des Mantels auf einem Dorn von einer Zwischenposition in eine Endposition aufweist. Der Schieber ermöglicht es, die Mäntel zwischen zwei axial beabstandeten Positionen auf dem Dorn zu verschieben. Die Zwischenposition stellt eine Position dar, in welcher der Mantel noch nicht vollständig auf den Dorn geschoben ist und sich demnach axial weiter außen befindet als in der Endposition. Vorzugsweise steht der Giebelbereich des Mantels in der Zwischenposition über das Ende des Dorns hinaus und ist daher besonders gut zugänglich. Dies kann bei einer Vorbehandlung, etwa durch Erwärmen, vorteilhaft sein.
Um die Versiegelung der Verpackung zu verbessern, kann die Vorrichtung mindestens eine Heizvorrichtung zum Erhitzen des Giebelbereichs des Mantels aufweisen. Die Vorbehandlung der Mantel durch Erhitzen wird auch als Aktivieren bezeichnet und verbessert die Qualität der herzustellenden Verbindung. Beispielsweise kann durch das Erhitzen ein im Packstoff enthaltener Kunststoff aufgeweicht werden. Vorzugsweise teilt die Heizvorrichtung den Luftstrom auf und leitet die heiße Luft durch Düsen sowohl auf die Innenseiten den Giebelbereichs des Mantels als auch auf das Ausgießelement. Die Heizvorrichtung kann in den Giebelbereich des Mantels in Richtung des Dorns ein- und ausfahren. Indem mehrere Heizvorrichtungen vorgesehen sein können, wird eine besonders intensive Vorbehandlung der Mantel möglich, ohne dass die Taktrate des Dornrads verringert werden muss. Zudem ist mit zwei Heizvorrichtungen eine besonders variable Vorbehandlung der Mäntel möglich, da die zweite Heizvorrichtung bedarfsweise zugeschaltet werden kann.
Bevorzugt kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Schieber in Drehrichtung des Dornrads nach der Heizvorrichtung und vor der Giebelpresse angeordnet sein. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass sich die Mäntel während der Einwirkung der Heizvorrichtung in der Zwischenposition befinden und erst danach durch den Schieber in die Endposition geschoben werden. Nur so kann die Heizvorrichtung die benötigten Bereiche des Mantels und des Ausgießelements erreichen und erhitzen.
Eine zielgerichtete Erhitzung der Ohren kann erreicht werden, indem die Vorrichtung eine Heizvorrichtung zum Erhitzen der Ohren aufweist. Die Heizvorrichtung zum Erhitzen der Ohren kann genau auf die Anzahl und die Form der Ohren abgestimmt sein. Dies ermöglicht einen sparsamen Energieeinsatz beim Erhitzen. Bevorzugt werden durch die Heizvorrichtung alle Ohren einer Verpackung in derselben Dornradstellung erhitzt. Dazu können für jedes Ohr separate Heissluftdüsen vorgesehen sein.
Eine kompakte Bauform kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung erreicht werden, wenn die Giebelpresse und die Ohrenpresse derselben Dornradstellung zugeordnet sind. Die Anzahl der Dorne kann auf diese Weise weiter verringert werden. Alternativ können an den freigewordenen Dornen andere Arbeitsschritte durchgeführt werden. Zudem kann die einzubringende Energie lokal konzentriert eingesetzt werden.
Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Spüleinrichtung zum aseptischen Spülen der Verpackungen aufweist. Die Spüleinrichtung stellt sicher, dass die Verpackungen vor dem Einfüllen der Inhalte weitgehend keimfrei sind. Die Spüleinrichtung kann als Teil einer Befüllanlage dem Dornrad nachgelagert angeordnet sein.
In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Befülleinrichtung zum Befüllen der Verpackungen durch den offenen Bodenbereich und/oder durch das offene Ausgießelement aufweist. Durch die Befülleinrichtung werden die nur einseitig verschlossenen Verpackungen mit Inhalten befüllt. Auch die Befülleinrichtung kann als Teil einer Befüllanlage dem Dornrad nachgelagert angeordnet sein.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Verschließeinrichtung zum Verschließen des Bodenbereichs aufweist. Durch die Verschließeinrichtung wird der Bodenbereich der Verpackungen verschlossen, wodurch Packungen, also befüllte Verpackungen, entstehen. Die Verschließeinrichtung kann als Teil einer Befüllanlage ebenfalls dem Dornrad nachgelagert angeordnet sein. Das Verschließen des Bodenbereichs durch die Verschließeinrichtung kann alternativ auch bereits vor dem Befüllen der Verpackungen mit Inhalten erfolgen. In diesem Fall kann die beidseitig verschlossene Verpackung durch das geöffnete Ausgießelement befüllt werden.
Im Hinblick auf das eingangs erwähnte und zuvor näher beschriebene Verfahren wird die zugrundeliegende Aufgabe bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 11 dadurch gelöst, dass die Schritte c) und d) in derselben Dornradstellung ausgeführt werden.
Durch das kombinierte Ausführen der Schritte c) und d) in derselben Dornradstellung kann die Anzahl der separaten, also räumlich getrennten Arbeitsschritte verringert werden oder es können der freigewordenen Dornradstellung andere Arbeitsschritte zugeordnet werden. Ferner kann die für das Verbinden und Versiegeln benötigte Energie, etwa Wärme, lokal konzentriert und somit effektiv eingesetzt werden, wenn die Schritte c) und d) an gleicher Stelle durchgeführt werden. Bevorzugt werden in Schritt e) sämtliche Ohren in derselben Dornradstellung umgelegt und angeheftet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass neben den Schritten c) und d) auch der Schritt e) in derselben Dornradstellung ausgeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in Schritt a) ein Ausgießelement auf einen leeren Dorn des Dornrads aufgeschoben wird, bevor Schritt b) ausgeführt wird. Indem erst die Ausgießelemente auf den Dorn geschoben werden und danach die Mäntel über die Ausgießelemente hinweg auf den Dorn geschoben werden, kann die Herstellung gegenüber einem zielgenauen Einsetzen der Ausgießelemente in die wenig formstabilen Mäntel schneller und einfacher erfolgen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Mantel im Giebelbereich erstmals in Schritt c) gefaltet und/oder gebogen wird. Die Faltung der Mäntel beim Verbinden der Giebelflächen des Giebelbereichs des Mantels mit dem Ausgießelement hat den Vorteil, dass auf einen separaten Verfahrensschritt verzichtet werden kann, bei dem die Giebelflächen gefaltet oder vorgefaltet werden. Die Mäntel müssen lediglich vor dem Aufschieben auf den Dorn aus einer flachen Form in eine rohrförmige Form aufgefaltet werden; eine Faltung auf dem Dornrad findet vor Schritt c) hingegen nicht statt.
Die Versiegelung der Verpackung ist besonders zuverlässig, indem der Schritt b) gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung drei Teilschritte umfasst: ba) Aufschieben eines Mantels auf einen Dorn des Dornrads in eine Zwischenposition, bb) Erhitzen des Giebelbereichs des Mantels, bc) Weiteres Aufschieben des Mantels auf den Dorn in eine Endposition. Diese Abfolge der Schritte hat den Vorteil, dass der Giebelbereich zunächst über das Ende des Dorns hinausragt und somit beim Erhitzen besonders gut zugänglich ist. Auch das Ausgießelement kann leichter erhitzt werden.
Besonders wirksam kann die Erhitzung erfolgen, indem gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Schritt bb) in zwei Dornradstellungen ausgeführt wird. Vorzugsweise sind dies aufeinanderfolgende Dornradstellungen. Dadurch, dass das Erhitzen des Giebelbereichs des Mantels auf zwei Dornradstellungen aufgeteilt wird, können die Giebelbereiche der Mäntel besonders intensiv erhitzt werden, ohne dass das Dornrad langsamer gedreht werden muss. Es wird also eine längere Heizdauer bei gleichbleibend hoher Taktrate des Dornrads erreicht. Auch die Variabilität des Erhitzens wird erhöht, da das Erhitzen in der zweiten Dornradstellung bedarfsweise erfolgen kann.
Die Ohren haften besonders sicher an den Giebelflächen, wenn nach einer weiteren Lehre der Erfindung die Ohren vor Schritt e) erhitzt werden. Durch zusätzliches Erhitzen der Ohren wird sichergestellt, dass die Ohren beim nachfolgenden Umlegen und Anheften besonders fest an den Giebelflächen haften bleiben. Bevorzugt werden sämtliche Ohren in derselben Dornradstellung erhitzt.
Die Effizienz des Verfahrens kann erhöht werden, indem in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Ohren vor Schritt d) erhitzt und anschließend die Schritte d) und e) in derselben Dornradstellung ausgeführt werden. Die kombinierte Durchführung der Arbeitsschritte d) und e) in derselben Stellung des Dornrads ermöglicht die Verringerung der Anzahl der separaten Arbeitsschritte. Ebenso ist es möglich, in den freigewordenen Dornradstellungen andere Arbeitsschritte auszuführen. Zudem kann die benötigte Energie, etwa Wärme, lokal konzentriert und somit effektiv eingesetzt werden.
Die Hygiene bei der Herstellung kann sichergestellt werden, indem in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen wird, dass nach Schritt f) die Verpackung von innen aseptisch gespült wird. Durch eine aseptische Spülung wird sichergestellt, dass die Verpackungen keimfrei sind.
Schließlich ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass nach Schritt f) die Verpackung zunächst durch den offenen Bodenbereich befüllt wird und danach der Bodenbereich verschlossen wird. Ebenso hat die Lehre der Erfindung erkannt, dass alternativ nach Schritt f) zunächst der Bodenbereich verschlossen wird und danach die Verpackung durch das offene Ausgießelement befüllt wird. Die Befüllung durch den offenen Boden hat den Vorteil eines größeren Querschnitts, durch welchen die Inhalte eingefüllt werden. Die Befüllung der bodenseitig verschlossenen Verpackungen durch das Ausgießelement hat demgegenüber den hygienischen Vorteil, dass Herstellung und Befüllung der Verpackung räumlich getrennt werden können.
Bei einer Giebelpresse nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 22 wird die zugrundeliegende Aufgabe gelöst, indem jedes der Presswerkzeuge eine Giebelpressfläche und zwei Ohrenpressflächen aufweist. Die Giebelpressfläche ist einer Giebelfläche zugeordnet und jede der beiden Ohrenpressflächen ist einem der dieser Giebelfläche benachbarten Ohren zugeordnet. Die Giebelpresse weist vorzugsweise für jede der Giebelflächen ein separates Presswerkzeug auf, so dass sämtliche Giebelflächen und Ohren in einem Arbeitsschritt versiegelt werden können. Bevorzugt korrespondieren dazu jeweils zwei benachbarte Presswerkzeuge hinsichtlich ihrer Ohrenpressflächen miteinander. Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung wird erreicht, wenn bei mindestens zwei Presswerkzeugen die Ohrenpressflächen in der Ebene der Giebelpressflächen verlaufen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
1 eine perspektivische Ansicht einer im Giebelbereich verschlossenen Verpackung mit abstehenden Ohren,
2 eine perspektivische Ansicht einer im Giebelbereich und im Bodenbereich verschlossenen Verpackung mit angelegten Ohren,
3 eine perspektivische Ansicht eines Ausgießelements,
4 eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung in einer Gesamtdarstellung,
5 das Dornrad der in 4 gezeigten Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung in einer vergrößerten Ansicht,
6 die Giebelpresse der 5 gezeigten Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung in einer nochmals vergrößerten Ansicht und
7 die Giebelpresse in einer geschnittenen Ansicht entlang der Linie VII-VII aus 6.
In 1 ist eine aus einem Mantel 1 hergestellte, einseitig verschlossene Verpackung 1' dargestellt. Der Mantel 1 weist an seinen beiden Enden einen Giebelbereich 2 und einen Bodenbereich 3 auf. Die Verpackung 1' weist eine quadratische Querschnittsfläche auf. Der Mantel 1 wird regelmäßig aus einem Zuschnitt gefaltet, wobei zur Ausbildung einer Schlauchform zwei Kanten miteinander verbunden werden. Der Giebelbereich 2 wurde bereits verschlossen, während der Bodenbereich 3 noch offen ist. Die in 1 dargestellte Verpackung 1' stellt also ein Zwischenstadium eines Herstellungsverfahrens dar, in dessen Verlauf aus einem beidseitig offenen Mantel 1 zunächst eine Verpackung 1' und später eine befüllte und verschlossene – verkaufsfertige – Packung entsteht.
Im Giebelbereich 2 ist der Mantel 1 mit einem Ausgießelement 4 verbunden, welches einen Schraubdeckel 5 aufweist. Der Giebelbereich 2 ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in der Form eines Pyramidenstumpfes ausgebildet. Dies hat zur Folge, dass die Verpackung 1' im Giebelbereich 2 neben vier Giebelflächen 6 auch vier von dem Giebelbereich 2 abstehende, aus überschüssigem Verpackungsmaterial gebildete Ohren 7 aufweist. Die Ohren 7 sind in der in 1 dargestellten Situation zwar versiegelt, jedoch weder umgelegt noch an die Giebelflächen 6 angeheftet. Im Bodenbereich 3 ist die Verpackung 1' noch unverschlossen und wird erst in einem späteren Herstellungsschritt entlang von Faltlinien 8 gefaltet und verschlossen.
Eine sowohl im Giebelbereich 2 als auch im Bodenbereich 3 verschlossene Verpackung 1' zeigt 2. Bei dem in 2 dargestellten Mantel 1 ist das Herstellungsverfahren soweit abgeschlossen, dass bereits von einer Verpackung 1' gesprochen wird. Die Verpackung 1' ist im Bodenbereich 3 verschlossen und versiegelt. Zudem sind die Ohren 7 umgelegt und an eine der beiden dem jeweiligen Ohr 7 benachbarten Giebelflächen 6 angeheftet. Im angelegten – und in 2 dargestellten – Zustand der Ohren 7 ist die Ausbildung des Giebelbereichs 2 als Pyramidenstumpf besonders gut erkennbar. Die Grundfläche des Pyramidenstumpfs entspricht dabei etwa der Querschnittsfläche der Verpackung 1'. Die vier Mantelflächen des Pyramidenstumpfs werden hier als Giebelflächen 6 bezeichnet. Die obere Fläche des Pyramidenstumpfes ist im Wesentlichen parallel zur Grundfläche und wird üblicherweise als Deckfläche bezeichnet. Die Deckfläche wird bei der in 2 dargestellten Verpackung durch das Ausgießelement 4 gebildet.
3 zeigt das Ausgießelement 4 aus 1 und 2 in einer perspektivischen Darstellung. Das Ausgießelement 4 weist neben dem Schraubdeckel 5 eine quadratische Grundplatte 9 mit einem umlaufenden und gegenüber der Grundplatte 9 abgewinkelten Flansch 10 auf. Die Form des Flansches 10 ist vorzugsweise an die Form und insbesondere an den Neigungswinkel des Giebelbereichs 2 angepasst. Der abgewinkelte Flansch 10 weist Rippen 11 auf, die einerseits den Flansch 10 mechanisch verstärken sollen und andererseits eine bessere Anbindung der Giebelflächen 6 an den Flansch 10 ermöglichen sollen. In jedem Eckbereich ist ein Flügel 12 an den Flansch 10 angeformt. Auch die Flügel 12 dienen dazu, die Verbindung zwischen dem Giebelbereich 2 des Mantels 1 und dem Flansch 10 des Ausgießelements zu verbessern. Bei dem in 3 dargestellten Ausgießelement 4 verbindet ein Originalitätssiegel 13 mit als Sollbruchstellen ausgebildeten Materialbrücken 14 die Grundplatte 9 mit dem Schraubdeckel 5. Beim erstmaligen Öffnen werden die Materialbrücken 14 zerstört, so dass ein Verbraucher leicht erkennen kann, ob eine mit diesem Ausgießelement versehene Packung bereits zuvor geöffnet worden ist.
In 4 wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung in einer Gesamtdarstellung gezeigt. Die Vorrichtung weist ein Dornrad 15 und eine Befüllanlage 16 auf. Das in 4 gezeigte Dornrad 15 weist neun Dorne 17 auf und dreht sich im Betrieb zyklisch, also schrittweise, gegen den Uhrzeigersinn. Auf den Aufbau und die Funktionsweise des Dornrads 15 wird im Zusammenhang mit 5 genauer eingegangen werden. Die Befüllanlage 16 weist eine Förderanlage 18 mit Zellen 19 auf, die sich im Uhrzeigersinn bewegt. Die Art der gezeigten Förderanlage 18 wird häufig als Zellenkette bezeichnet.
Die im Giebelbereich 2 fertig verschlossenen Verpackungen 1' werden nach Ausführung der Arbeitsschritte auf dem Dornrad 15 an Zellen 19 der Förderanlage 18 übergeben. Dabei werden die Verpackungen 1' mit dem Giebelbereich 2 voran in die Zellen 19 geschoben, so dass der geöffnete Bodenbereich 3 nach außen zeigt. Die Befüllanlage 16 weist eine Spüleinrichtung 20, eine Befülleinrichtung 21 und eine Verschließeinrichtung 22 auf. Zudem umfasst die Befüllanlage 16 Kontrolleinheiten 23. Zunächst werden die im Bodenbereich 3 offenen Verpackungen 1' an der ersten Kontrolleinheit 23 vorbei geführt, wobei die korrekte Position der Verpackungen 1' in den Zellen 19 der Förderanlage 18 überprüft wird. Dies kann etwa durch optische Sensoren erfolgen. Anschließend werden die Verpackungen 1' im Bereich der Spüleinrichtung 20 aseptisch gespült, um die Innenseite der Verpackungen 1' für die anschließende Befüllung keimfrei zu machen. Danach werden die im Giebelbereich 2 verschlossenen Verpackungen 1' im Bereich der Befülleinrichtung 21 durch den offenen Bodenbereich 3 mit Inhalten befüllt. Das Verschließen und Versiegeln des Bodenbereichs 3 der Verpackungen 1' erfolgt als nächster Schritt im Bereich der Verschließeinrichtung 22. Die befüllten und verschlossenen Verpackungen 1' werden auch als Packungen 24 bezeichnet und durch die zweite Kontrolleinheit 23 befördert, wobei der Bodenbereich 3 der Packungen 24 kontrolliert wird. Auch dies kann durch optische Sensoren erfolgen. Abschließend werden die Packungen 24 im rechten Endbereich der Förderanlage 18 den Zellen 19 entnommen, bevor die entleerten Zellen 19 in Richtung des Dornrads 15 zurückbewegt werden.
5 zeigt das Dornrad 15 aus 4 in einer vergrößerten Ansicht. Zudem ist im unteren rechten Bereich von 5 ein Teil der Förderanlage 18 erkennbar. Das Dornrad 15 weist im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel neun Dorne 17 auf, die in gleichen Winkeln von 40° entlang des Umfangs des Dornrads 15 angeordnet sind. Eine volle Umdrehung des Dornrads 15 kann gedanklich und räumlich in neun Sektoren aufgeteilt werden, die hier Dornradstellungen genannt werden und in 5 mit den römischen Ziffern I bis IX bezeichnet werden. Das Dornrad 15 kann also neun separate Arbeitsschritte durchlaufen, bevor eine vollständige Umdrehung vollzogen ist und jeder der Dorne 17 sich wieder in seiner ursprünglichen Dornradstellung befindet.
In Dornradstellung I wird das Ausgießelement 4 auf den leeren Dorn 17 aufgeschoben und das Dornrad 15 wird um eine Dornradstellung weitergedreht. Zur Bevorratung und Zuführung von Ausgießelementen 4 kann eine in 5 lediglich angedeutete Zuführeinrichtung 25 vorgesehen sein. In Dornradstellung II wird ein Mantel 1 über das zuvor aufgeschobene und auf dem Dorn 17 gehaltene Ausgießelement 4 hinweg auf den Dorn 17 geschoben. Bevorzugt, wenn auch nicht zwingend erforderlich, wird der Mantel 1 dabei nicht bis zum Anschlag in eine Endposition geschoben, sondern verbleibt vorerst in einer Zwischenposition auf dem Dorn 17. Die Zwischenposition kann 20 mm bis 40 mm vor der Endposition liegen. Nicht näher bezeichnete Federklemmen sichern dabei die axiale Stellung der Mäntel 1 auf dem Dorn 17. Anschließend wird das Dornrad 15 in die Dornradstellung III weitergedreht.
In der Dornradstellung III wird der Giebelbereich 2 des Mantels 1 sowie das Ausgießelement 4 mit Heißluft aktiviert. Dazu ist im Bereich der Dornradstellung III eine Heizvorrichtung 26 vorgesehen. Die Heizvorrichtung 26 soll insbesondere die Innenseite des Mantels 1 im Bereich des Giebelbereichs 2 und die Außenseiten der Flansche 10 des Ausgießelements 4 erhitzen, da diese Flächen einander zugeordnet sind und eine Verbindung ausbilden sollen. Das Erhitzen wird in diesem Zusammenhang auch als Aktivieren bezeichnet. In der in 5 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausgestaltung wird in Dornradstellung IV der gleiche Arbeitsschritt wie in Dornradstellung III ausgeführt. Daher weist die Vorrichtung im Bereich der Dornradstellung IV ebenfalls eine Heizvorrichtung 26 auf.
Zwischen den Dornradstellungen IV und V ist ein Schieber 27 vorgesehen, der die auf die Dorne 17 geschobenen Mäntel 1 von der Zwischenposition in die Endposition schiebt. Der durch den Schieber 27 ausgeführte Arbeitsschritt muss nicht zwingend zwischen zwei Dornradstellungen ausgeführt werden, sondern kann auch in einer der Dornradstellungen durchgeführt werden. Nachdem das Dornrad 15 weitergedreht wurde, wird der Giebelbereich 2 in der Dornradstellung V durch eine Giebelpresse 28 behandelt. Die Giebelpresse 28 presst die Giebelflächen 6 auf den Flansch 10 des Ausgießelements 4 und stellt auf diese Weise eine versiegelte Verbindung her. Dies kann durch das zuvor beschriebene Erhitzen und Anpressen, alternativ – ohne vorherige Aktivierung – auch durch Schweiß- und Klebverfahren erfolgen. Auf die gleiche Weise wird der Giebelbereich 2 des Mantels 1 durch die Giebelpresse 28 auch im Bereich der Ohren 7 versiegelt. Die Ohren 7 werden bei dem in 5 dargestellten Dornrad 15 jedoch nicht bereits durch die Giebelpresse 28 in Dornradstellung V an die Giebelflächen 6 angelegt. Nachdem der Mantel 1 im Giebelbereich 2 mit dem Ausgießelement 4 versiegelt ist, bildet er eine einseitig verschlossene Verpackung 1'.
Nach einer weiteren Drehung des Dornrads 15 wird der Giebelbereich 2 in der Dornradstellung VI mit einer Heizvorrichtung 29 behandelt. Die Heizvorrichtung 29 dient insbesondere dem Aufheizen und somit Aktivieren der abstehenden Ohren 7 und ist daher anders geformt als die Heizvorrichtungen 26 aus den Dornradstellungen III und IV. Bevorzugt ist die Heizvorrichtung 29 speziell an die Anzahl und die Form der Ohren 7 angepasst. Nach weiterer Drehung des Dornrads 15 werden in der Dornradstellung VII die abstehenden Ohren 7 durch eine Ohrenpresse 30 umgelegt und an die Giebelflächen 6 angeheftet. Dies kann insbesondere durch Erhitzen und Anpressen erfolgen. Alternativ sind auch Schweiß- oder Klebverfahren denkbar. In der Dornradstellung VIII werden die Verpackungen 1 von dem Dorn 17 gezogen und von einer Zelle 19 der Förderanlage 18 aufgenommen. Dabei werden die Verpackungen 1' nicht gewendet, so dass sie umgekehrt, also mit offenem Bodenbereich 3 nach oben gerichtet, geführt werden. Der Dornradstellung IX ist kein Arbeitsschritt zugeordnet.
Die der Dornradstellung V zugeordnete Giebelpresse 28 ist in 6 in einer nochmals vergrößerten Ansicht dargestellt. Eine geschnittene Ansicht der Giebelpresse 28 entlang der Linie VII-VII aus 6 ist in 7 gezeigt. Zunächst ist in 6 ein auf einen Dorn des in 6 nicht dargestellten Dornrads 15 aufgeschobener Mantel 1 erkennbar. Die Giebelflächen 6 des Mantels 1 sollen durch die Giebelpresse 28 mit dem Ausgießelement 4 verbunden werden. Dazu weist die Giebelpresse 28 entsprechend der Anzahl der Giebelflächen 6 vier Presswerkzeuge 31A, 31B auf, von denen in 6 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit lediglich zwei gegenüberliegende Presswerkzeuge 31B und eines der beiden Presswerkzeuge 31A dargestellt sind.
Bei einer Verpackung mit quadratischem Querschnitt weist die Giebelpresse 28 also vier Presswerkzeuge 31A, 31B auf. Jedes der Presswerkzeuge 31A, 31B weist eine Giebelpressfläche 32 und zwei Ohrenpressflächen 33 auf, wie 7 zeigt. Bei den beiden gegenüberliegenden Presswerkzeugen 31A sind die Ohrenpressflächen 33 gegenüber der Giebelpressfläche 32 angewinkelt. Bei den anderen beiden gegenüberliegenden Presswerkzeugen 31B liegen die Ohrenpressflächen 33 in einer Ebene mit der Giebelpressfläche 32. Die Giebelpressflächen 32 pressen jeweils eine Giebelfläche 6 an das Ausgießelement 4. Für das Zusammenpressen und Versiegeln der Ohren 7 müssen zwei benachbarte Presswerkzeuge 31A, 31B mit ihren einander zugeordneten Ohrenpressflächen 33 zusammenwirken. Dies kann beispielsweise bei einer Verpackung mit quadratischem Querschnitt erfolgen, indem zunächst die beiden gegenüberliegenden Presswerkzeuge 31A in Richtung des Dorns bewegt werden. Dabei werden zwei gegenüberliegende Giebelflächen 6 an das Ausgießelement 4 gedrückt. Die Ohren 7 dieser beiden Giebelflächen 6 werden durch die Ohrenpressflächen 33 der beiden bereits verlagerten Presswerkzeuge 31A zunächst lediglich einseitig gestützt.
Danach werden die beiden übrigen Presswerkzeuge 31B, welche ihrerseits ebenfalls einander gegenüberliegen, betätigt. Wiederum werden dabei zwei gegenüberliegende Giebelflächen 6 durch die Giebelpressflächen 32 an das Ausgießelement 4 gedrückt. Gleichzeitig werden die vier Ohren 7 von jeweils zwei Ohrenpressflächen 33 zusammengedrückt und versiegelt. Alternativ ist es auch möglich, dass sämtliche Presswerkzeuge 31A, 31B gleichzeitig betätigt werden. Die Bewegungsrichtungen der Presswerkzeuge 31A, 31B sind in 7 durch Pfeile dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1503940 B1 [0006]
WO 2005/113222 A1 [0007]

Claims

Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung, insbesondere einer Verbundverpackung für flüssige Lebensmittel, mit einer im Giebelbereich in Ausgießrichtung abnehmenden Querschnittsfläche, aus einem Mantel (1) mit einem Giebelbereich (2) mit mehreren Giebelflächen (6) und aus einem Ausgießelement (4), wobei die Vorrichtung wenigstens ein drehbares Dornrad (15) mit mehreren Dornen (17) zur Aufnahme der Mäntel (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine einer einzigen Dornradstellung zugeordnete Giebelpresse (28) zum Falten des Giebelbereichs (2), zum Verbinden sämtlicher Giebelflächen (6) des Giebelbereichs (2) des Mantels (1) mit dem Ausgießelement (4) und zum Versiegeln der abstehenden Ohren (7) in derselben Dornradstellung aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Ohrenpresse (30) zum Umlegen und Anheften der Ohren (7) aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Schieber (27) zum Verschieben des Mantels (1) auf einem Dorn (17) von einer Zwischenposition in eine Endposition aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Heizvorrichtung (26) zum Erhitzen des Giebelbereichs (2) des Mantels (1) aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (27) in Drehrichtung des Dornrads (15) nach der Heizvorrichtung (26) und vor der Giebelpresse (28) angeordnet ist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Heizvorrichtung (29) zum Erhitzen der Ohren (7) aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Giebelpresse (28) und die Ohrenpresse (30) derselben Dornradstellung zugeordnet sind.
Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Spüleinrichtung (20) zum aseptischen Spülen der Verpackungen (1') aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Befülleinrichtung (21) zum Befüllen der Verpackungen (1') durch den offenen Bodenbereich (3) und/oder durch das offene Ausgießelement (4) aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Verschließeinrichtung (22) zum Verschließen des Bodenbereichs (3) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Verpackung, insbesondere einer Verbundverpackung für flüssige Lebensmittel, mit einer in Ausgießrichtung abnehmenden Querschnittsfläche, aus einem Mantel (1) mit einem Giebelbereich (2) mit mehreren Giebelflächen (6) und aus einem Ausgießelement (4), auf einem drehbaren Dornrad (15) mit mehreren Dornen (17) zur Aufnahme der Mäntel (1), umfassend die folgenden Schritte: a) Aufschieben eines Ausgießelements (4) auf einen Dorn (17) des Dornrads (15), b) Aufschieben eines Mantels (1) auf einen Dorn (17) des Dornrads (15), c) Falten und Verbinden sämtlicher Giebelflächen (6) des Giebelbereichs (2) des Mantels (1) mit dem Ausgießelement (4), d) Versiegeln der abstehenden Ohren (7), e) Umlegen und Anheften der Ohren (7), f) Abziehen der Verpackung (1') von dem Dorn (17), dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte c) und d) in derselben Dornradstellung ausgeführt werden.
Verfahren zur Herstellen einer Verpackung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte c), d) und e) in derselben Dornradstellung ausgeführt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Verpackung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein Ausgießelement (4) auf einen leeren Dorn (17) des Dornrads (15) aufgeschoben wird, bevor Schritt b) ausgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (1) im Giebelbereich (2) erstmals in Schritt c) gefaltet und/oder gebogen wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) drei Teilschritte umfasst: ba) Aufschieben eines Mantels (1) auf einen Dorn (17) des Dornrads (15) in eine Zwischenposition, bb) Erhitzen des Giebelbereichs (2) des Mantels (1), bc) Weiteres Aufschieben des Mantels (1) auf den Dorn (17) in eine Endposition.
Verfahren zur Herstellung einer Verpackung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt bb) in zwei Dornradstellungen ausgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt e) die Ohren (7) erhitzt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt d) die Ohren (7) erhitzt werden und anschließend die Schritte d) und e) in derselben Dornradstellung ausgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt f) die Verpackung (1') von innen aseptisch gespült wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt f) die Verpackung (1') zunächst durch den offenen Bodenbereich (3) befüllt wird und danach der Bodenbereich (3) verschlossen wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt f) zunächst der Bodenbereich (3) verschlossen wird und danach die Verpackung (1') durch das offene Ausgießelement (4) befüllt wird.
Giebelpresse (28) zum Verbinden von Giebelflächen (6) eines Mantels (1) mit einem Ausgießelement (4) und zum Versiegeln von abstehenden Ohren (7), mit mehreren Presswerkzeugen (31A, 31B), dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Presswerkzeuge (31A, 31B) eine Giebelpressfläche (32) und zwei Ohrenpressflächen (33) aufweist.
Giebelpresse nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei benachbarte Werkzeuge hinsichtlich ihrer Ohrenpressflächen (33) miteinander korrespondieren.
Giebelpresse nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens zwei gegenüberliegenden Presswerkzeugen (31B) die Ohrenpressflächen (33) in der Ebene der Giebelpressfläche (32) verlaufen.