DE102012018974A1

DE102012018974A1 - Tiefziehverpackungsmaschine mit Stempelformung

Info

Publication number: DE102012018974A1
Application number: DE201210018974
Authority: DE
Inventors: Florian Ferk
Original assignee: Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Current assignee: Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tiefziehverpackungsmaschine (1) mit einer Formstation (2), bei der ein Formstempel (26) und ein Formwerkzeugunterteil (24) derart gestaltet sind, dass sie in Kontakt stehend einen inneren und einen äußeren Formraum (30, 31) bilden, die mit unterschiedlichen Drücken (P1, P2) beaufschlagbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tiefziehverpackungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Tiefziehverpackungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
Es sind aus der EP 2 052 979 A und der DE 10 2008 013 264 A1 Tiefziehverpackungsmaschinen mit Formstationen bekannt, die Streckhelfer offenbaren, um eine erwärmte Folie bei der Verformung in eine Formmulde zu unterstützen. Die Folie wird dabei gestreckt, ohne dass der Streckhelfer mit der Formmulde in Kontakt kommt. Die Folie wird durch ein anliegendes Vakuum im Bereich der Formmulde und evtl. noch mit zusätzlicher Druckluft von der Seite des Streckhelfers in die Formmulde geformt. Dort kühlt sie ab und danach öffnen sich die Formwerkzeuge, um die Mulde zum Einlegen von Produkten weiterzutransportieren. Da die Verformung der erwärmten Folie sehr schnell erfolgen muss, um auch kleine besondere Ausformungen am Packungsboden oder in den Ecken der Formmulde ausformen zu können, wäre es gewünscht, einen möglichst hohen Druck beispielsweise von 3–6 bar über das Formwerkzeugoberteil auf die Folie wirken zu lassen. Dies ist oft nicht möglich, da unter Berücksichtigung der Fläche der Formmulde das Formwerkzeugoberteil und das Formwerkzeugunterteil durch die große entstehende Druckkraft auseinandergedrückt werden und der Druck zwischen den zwei Formwerkzeughälften an einer Runddichtung entweicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tiefziehverpackungsmaschine bereitzustellen, die den genannten Nachteil nicht mehr aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Tiefziehverpackungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Tiefziehverpackungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Tiefziehverpackungsmaschine umfasst eine Formstation, wobei die Formstation ein Formwerkzeugoberteil, ein Formwerkzeugunterteil und einen Formstempel aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Formstempel und das Formwerkzeugunterteil derart gestaltet sind, dass sie in Kontakt stehend einen inneren und einen äußeren Formraum bilden, die mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagbar sind. Somit ist beispielsweise der innere Formraum über das Formwerkzeugoberteil mit Druck beaufschlagbar und der äußere Formraum von unten über das Formwerkzeugunterteil mit Druck beaufschlagbar. Der innere Formraum kann aufgrund seiner geringen Fläche auch mit einem sehr hohen Druck beaufschlagt werden, ohne dass die Belastung auf die zwei Formwerkzeughälften so groß wird, dass der Druck nach außen entweicht.
Bevorzugt weist das Formwerkzeugunterteil einen Formboden auf, der relativ zum Formstempel bewegbar ist, um eine teilweise vorgeformte Folie gegen den Formstempel, der in dieser Stellung verriegelt sein kann, zu drücken, und die Folie dabei vorzugsweise zwischen dem Formstempel und Formboden derart zu klemmen, um einen inneren und äußeren Formraum zu bilden. Dabei kann der Stempel im Bereich des äußeren Formraums die Form bilden, an den die Folie geformt wird.
In einer vorteilhaften Ausführung weist der Formstempel eine Druckluft- und/oder Vakuumleitung auf, um mit Druckluft bzw. hohem Druck die Folie im inneren Formraum gegen den Formboden bzw. ein Klischee zu drücken. Das Klischee stellt die Formgebung des Packungsbodens dar. Somit sind auch enge Radien und feine Konturen ausformbar, um den späteren Packungsboden optisch attraktiv zu gestalten.
Bevorzugt ist der äußere Formraum über das Formwerkzeugunterteil mit Druckluft beaufschlagbar, nachdem die Folie bereits mit Vakuum in Richtung Formwerkzeugunterteil geformt wurde. Somit kann der Überdruck im Bereich des äußeren Formraums das Anlegen und Ausformen der Folie an den Formstempel in diesem Bereich unterstützen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer solchen Tiefziehverpackungsmaschine weist folgende Schritte auf:

– Schließen von Formwerkzeugoberteil und Formwerkzeugunterteil mit Klemmen der Folie,
– Bewegen des Formstempels in Richtung des Formwerkzeugunterteils, wobei die Folie teilweise verformt wird,
– Bilden einer inneren Formkammer und äußeren Formkammer durch Klemmen der Folie zwischen dem Formstempel und dem Formboden, und
– Beaufschlagen der äußeren und/oder inneren Formkammer mit Druckluft.

Dieses Verfahren bringt den Vorteil mit sich, dass der innere Formraum aufgrund seiner geringen Fläche auch mit einem sehr hohen Druck beaufschlagt werden kann, ohne dass die Belastung auf die zwei Formwerkzeughälften so groß wird, dass die Druckluft nach außen entweicht.
Bevorzugt umfasst das Formwerkzeugunterteil einen beweglichen Formboden, der teilweise gleichzeitig mit oder nach der Bewegung des Formstempels entgegen dem Formstempel bewegt wird, um die Zeit für den Formprozess zu minimieren.
Vorzugsweise ist noch ein Verfahrensschritt vorgesehen, bei dem vor und/während der Bewegung des Formstempels in Richtung des Formwerkzeugunterteils unterhalb der Folie über das Formwerkzeugunterteil ein Vakuum erzeugt wird und/oder die Folie von oben mit Druckluft beaufschlagt wird, um die Folie in Richtung Formwerkzeugunterteil teilweise zu verformen. Dies führt zu einer teilweisen Verformung mit gleichmäßiger Ausdünnung der Folie bis zum Kontakt mit dem Formstempel.
Der Formstempel oder der Formboden wird vorzugsweise vor dem Bilden der inneren und äußeren Kammer beispielsweise mechanisch arretiert, damit die Folie mit entsprechend hohem Druck geklemmt werden kann. Dabei muss nur der Formstempel oder der Formboden die Klemmkraft aufbringen.
Denkbar ist auch ein nicht bewegbarer Formboden, gegen den der Formstempel die Folie verformt und der gemeinsam mit dem Formstempel die Formräume bildet, d. h. dass der Formboden ein Teil des Formwerkzeugunterteils darstellt. Ein entsprechender Bereich im äußeren Formraum ist in Bezug auf den Formstempel ausgespart beziehungsweise nach unten zurückgesetzt.
Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Tiefziehverpackungsmaschine,
2 eine schematische Seitenansicht im Schnitt, mit der Formstation in ihrem geschlossenen Zustand,
3 eine schematische Seitenansicht im Schnitt der Formstation während des Vorevakuierens,
4 eine schematische Seitenansicht im Schnitt der Formstation mit ausgefahrenem Stempel,
5 eine schematische Seitenansicht im Schnitt der Formstation mit ausgefahrenem Formboden und
6 eine schematische Seitenansicht im Schnitt der Formstation mit ausgeformter Folie.
Gleiche Komponenten sind in den Figuren durchgängig mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in schematischer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Tiefziehverpackungsmaschine 1. Diese Tiefziehverpackungsmaschine 1 weist eine Formstation 2, eine Siegelstation 3, eine Querschneideeinrichtung 4 und eine Längsschneideeinrichtung 5 auf, die in dieser Reihenfolge in einer Arbeitsrichtung R an einem Maschinengestell 6 angeordnet sind. Eingangsseitig befindet sich an dem Maschinengestell 6 eine Zufuhrrolle 7, von der eine Folie 8 abgezogen wird. Eine Vorheizstation 21 erwärmt die Folie 8, bevor sie der Formstation 2 zugeführt wird. Die Formstation 2 umfasst einen Stempelvorrichtung 22.
Im Bereich der Siegelstation 3 ist ein Materialspeicher 9 vorgesehen, von dem eine Deckelfolie 10 abgezogen wird. Ausgangsseitig ist an der Verpackungsmaschine eine Abfuhreinrichtung 13 in Form eines Transportbandes vorgesehen, mit der fertige, vereinzelte Packungen 23 abtransportiert werden. Ferner weist die Tiefziehverpackungsmaschine 1 eine nicht dargestellte Vorschubeinrichtung auf, die die Folie 8 ergreift und diese pro Hauptarbeitstakt in der Arbeitsrichtung R weitertransportiert. Die Vorschubeinrichtung kann zum Beispiel durch beidseitig angeordnete Transportketten ausgeführt sein.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Formstation 2 als eine Tiefziehstation zum Formen von Formmulden 14 mit einer Stempelvorrichtung 22 ausgebildet, bei der ein Formstempel (siehe 2) das Formen durch Tiefziehen von Mulden 14 unterstützt. Dabei kann die Formstation 2 derart ausgebildet sein, dass in der Richtung senkrecht zur Arbeitsrichtung R mehrere Mulden nebeneinander gebildet werden. In Arbeitsrichtung R hinter der Formstation 2 ist eine Einlegestrecke 15 vorgesehen, in der die in der Folie 8 geformten Mulden 14 mit Produkt 16 befüllt werden.
Die Siegelstation 3 verfügt über eine verschließbare Kammer 17, in der die Atmosphäre in den Mulden 14 vor dem Versiegeln zum Beispiel durch Gasspülen mit einem Austauschgas oder mit einem Gasgemisch ersetzt werden kann.
Die Querschneideeinrichtung 4 ist als Stanze ausgebildet, die die Folie 8 und die Deckelfolie 10 in einer Richtung quer zur Arbeitsrichtung R zwischen benachbarten Mulden 14 durchtrennt. Dabei arbeitet die Querschneideeinrichtung 4 derart, dass die Folie 8 nicht über die gesamte Breite aufgetrennt wird, sondern zumindest in einem Randbereich nicht durchtrennt wird. Dies ermöglicht einen kontrollierten Weitertransport durch die Vorschubeinrichtung. Die Längsschneideeinrichtung 5 ist in der dargestellten Ausführungsform als eine Messeranordnung ausgebildet, mit der die Folie 8 und die Deckelfolie 10 zwischen benachbarten Mulden 14 und am seitlichen Rand der Folie 8 durchtrennt werden, so dass hinter der Längsschneideeinrichtung 5 vereinzelte Packungen vorliegen.
Die Tiefziehverpackungsmaschine 1 verfügt ferner über eine Steuerung 18. Sie hat die Aufgabe, die in der Tiefziehverpackungsmaschine 1 ablaufenden Prozesse zu steuern und zu überwachen. Eine Anzeigevorrichtung 19 mit Bedienelementen 20 dient zum Visualisieren bzw. Beeinflussen der Prozessabläufe in der Tiefziehverpackungsmaschine 1 für bzw. durch einen Bediener.
Die generelle Arbeitsweise der Verpackungsmaschine 1 wird im Folgenden kurz beschrieben:
Die Folie 8 wird von der Zufuhrrolle 7 abgezogen und durch die Vorschubeinrichtung in die Vorheizstation 21 transportiert, um dort die Folie 8 auf eine Temperatur zu erwärmen, die eine plastische Verformung zur Mulde 14 ermöglicht. Anschließend wird die erwärmte Folie 8 in die Formstation 2 transportiert. In der Formstation 2 werden durch Tiefziehen mit Unterstützung der Stempelvorrichtung 22 Mulden 14 in der Folie 8 gebildet. Der Formvorgang selbst wird ab der 2 näher erläutert. Die Mulden 14 werden zusammen mit dem umgebenden Bereich der Folie 8 in einem Hauptarbeitstakt zu der Einlegestrecke 15 weitertransportiert, in der sie mit Produkt 16 befüllt werden.
Anschließend werden die befüllten Mulden 14 zusammen mit dem sie umgebenden Bereich der Folie 8 in einem Hauptarbeitstakt (oder mehreren) durch die Vorschubeinrichtung in die Siegelstation 3 weitertransportiert. Die Deckelfolie 10 wird nach einem Ansiegelvorgang an die Folie 8 mit der Vorschubbewegung der Folie 8 weitertransportiert. Dabei wird die Deckelfolie 10 von dem Materialspeicher 9 abgezogen. Durch das Ansiegeln der Deckelfolie 10 auf die Mulden 14 entstehen verschlossene Packungen 23, die in den nachfolgenden Schneidstationen 4 und 5 vereinzelt und mittels der Abfuhreinrichtung 13 aus der Tiefziehverpackungsmaschine 1 heraustransportiert werden.
2 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Formstation 2. Die Formstation 2 umfasst ein Formwerkzeugunterteil 24 mit einer Formmulde 24a, ein Formwerkzeugoberteil 25 und die Stempelvorrichtung 22. Ein Formstempel 26 ist oberhalb der Folie 8 angeordnet. Die 2 zeigt die Formstation 2 im geschlossenen Zustand, bei dem die Folie 8 zwischen dem Formwerkzeugunterteil 24 und dem Formwerkzeugoberteil 25 geklemmt ist. Das Formwerkzeugunterteil 24 weist einen Formboden 27 auf, der vertikal in Richtung der Folie 8 bewegbar ausgeführt ist und einen nicht dargestellten Antrieb umfasst. Der Formboden 27 weist an seiner Oberseite ein Klischee 28 auf, das der Ausbildung der Mulde 14 bzw. dem Packungsboden der späteren Packung 23 entspricht.
In 3 ist mit Pfeilen dargestellt, wie über das Formwerkzeugunterteil 24 der Raum 24a evakuiert wird, bzw. ein Vakuum V angelegt wird, um die erwärmte Folie 8 gleichmäßig nach unten in einer ersten Phase vorzuformen.
4 zeigt eine nachfolgende Phase des Formprozesses, bei der der Formstempel 26 in Pfeilrichtung entgegen dem (d. h. in Richtung zum) Formboden 27 mittels eines nicht dargestellten Antriebs bewegt wird, wobei die Folie 8 vor allem im Randbereich des Formstempels 26 erfasst und bis zu seiner unteren Endposition mitbewegt wird. In dieser Endposition ist der Formstempel 26 mittels eines Arretiermittels 26a arretierbar.
In der folgenden Phase, wie in 5 gezeigt, wird der Formboden 27 entgegen dem (d. h. in Richtung zum) Formstempel 26 bewegt und drückt in seiner Endposition die Folie 8 gegen den Formstempel 26. Dabei wird die Folie 8 entlang einer umlaufenden geschlossenen Dichtung 29 geklemmt. Somit entsteht ein innerer Formraum 30 im Bereich des Klischees 28 und ein äußerer Formraum 31 um den Formstempel 26 herum.
In der letzten Phase des Formprozesses (siehe 6) wird der innere Formraum 30 mittlels Druckluft über eine Leitung 32 im Formstempel 26 mit einem Druck P1 beaufschlagt, um die Folie 8 gegen das Klischee 28 des Formbodens 27 zu drücken. Der äußere Formraum 31 wird mittels Druckluft (siehe Pfeile) über nicht dargestellte Leitungen über das Formwerkzeugunterteil 24 mit einem Druck P2 beaufschlagt, um das Formen der Folie 8 an den Formstempel 26 zu unterstützen.
Durch die Aufteilung des Gesamtfläche der zu formenden Folie 8 bzw. der Öffnungsfläche des Formwerkzeugunterteils 27 in einen inneren Formraum 30 und einen äußeren Formraum 31 kann der Druck P1 mittels Druckluft im inneren Formraum 30 beispielsweise doppelt so groß gewählt werden, als dies ohne die Aufteilung in zwei Formkammern 30, 31 möglich gewesen wäre, da über die gesamte Fläche die mechanische Belastung auf das Formwerkzeugoberteil 25 und das Formwerkzeugunterteil 24 so groß werden würde, dass die Druckluft über eine Dichtung 33, über die die Folie 8 zwischen dem Formwerkzeugoberteil 25 und dem Formwerkzeugunterteil 24 geklemmt ist, entweichen würde.
Durch den Kontakt der Folie 8 mit dem Formboden 27 und dem Formstempel 26 kühlt die Folie 8 ab und erstarrt in Form der Mulde 14. Vor dem Weitertransport der Mulde 14 wird die Formstation 2 wieder geöffnet.
Die Prozessschritte wie Vorformen der Folie 8 mittels Vakuum im Formwerkzeugunterteil 24, Bewegen des Formstempels 26 nach unten und Bewegen des Formbodens 27 nach oben können nacheinander oder auch teilweise zeitlich überlappend ablaufen. Es ist denkbar, dass der Formboden 27 und der Formstempel 26 sowohl eine Kühlung als auch eine Heizvorrichtung umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2052979 A [0002]
DE 102008013264 A1 [0002]

Claims

Tiefziehverpackungsmaschine (1), umfassend eine Formstation (2), wobei die Formstation (2) ein Formwerkzeugoberteil (25), ein Formwerkzeugunterteil (24) und einen Formstempel (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel (26) und das Formwerkzeugunterteil (24) derart gestaltet sind, dass sie in Kontakt stehend einen inneren (30) und einen äußeren Formraum (31) bildet, die mit unterschiedlichen Drücken mittels Druckluft beaufschlagbar sind.
Tiefziehverpackungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeugunterteil (24) einen Formboden (27) aufweist, der relativ zum Formstempel (26) bewegbar ist.
Tiefziehverpackungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Formboden (27) zum Bilden der zwei Formräume (30, 31) mit dem Formstempel (26) zusammenwirkt, indem die Folie (8) zwischen dem Formboden (27) und dem Formstempel (26) einklemmbar ist.
Tiefziehverpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel (26) eine Druckluft- und/oder Vakuumleitung (32) aufweist.
Tiefziehverpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Formraum (30) über den Formstempel (26) mit Druckluft oder Vakuum beaufschlagbar ist.
Tiefziehverpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Formraum (31) über das Formwerkzeugunterteil (24) mit Druckluft beaufschlagbar ist.
Verfahren zum Betrieb einer Tiefziehverpackungsmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Schließen von Formwerkzeugoberteil (25) und Formwerkzeugunterteil (24) zum Klemmen der Folie (8), – Bewegen des Formstempels (26) in Richtung des Formwerkzeugunterteils (24), wobei die Folie (8) teilweise verformt wird, – Bilden einer inneren Formkammer (30) und äußeren Formkammer (31) durch Klemmen der Folie (8) zwischen dem Formstempel (26) und dem Formboden (27), und – Beaufschlagen der äußeren (31) und/oder inneren Formkammer (30) mit Druckluft.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeugunterteil (24) einen beweglichen Formboden (27) umfasst, der teilweise gleichzeitig mit oder nach der Bewegung des Formstempels (26) entgegen dem Formstempel (26) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft für die innere Formkammer (30) über den Formstempel (26) oder den Formboden (27) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/während der Bewegung des Formstempels (26) in Richtung des Formwerkzeugunterteils (24) unterhalb der Folie (8) über das Formwerkzeugunterteil (24) ein Vakuum (V) erzeugt wird und/oder die Folie (8) von oben mit Druckluft beaufschlagt wird, um die Folie (8) in Richtung Formwerkzeugunterteil (24) zu verformen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel (26) oder der Formboden (27) vor dem Bilden der inneren (30) und äußeren Kammer (31) arretiert wird.