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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auffalten von Packungsmänteln mit: einer Einrichtung zum Bereitstellen der flachen Packungsmäntel, einer Übergabeeinheit, die um eine Drehachse drehbar ist und wenigstens ein Saugelement zum Ansaugen der Packungsmäntel aufweist, wobei das Saugelement einen Abstand zu der Drehachse aufweist, und einem Transportband mit wenigstens einer zur Aufnahme der Packungsmäntel bestimmten Zelle.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Auffalten von Packungsmänteln umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen der Packungsmäntel durch eine Einrichtung, Ansaugen und Weiterführen der Packungsmäntel durch eine um eine Drehachse rotierende Übergabeeinheit mit wenigstens einem Saugelement, und Auffalten der Packungsmäntel durch Einführen der Packungsmäntel in eine an einem Transportband befestigte Zelle.
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Auf dem Gebiet der Verpackungstechnik sind zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mit denen flache Packungsmäntel aufgefaltet werden können, um sie anschließend mit Inhalten zu befüllen. Hierzu sind oftmals aufwändige Auffaltvorrichtungen erforderlich, die die flachen Packungsmäntel von beiden Seiten auseinanderziehen, um sie in die aufgefaltete Form zu bringen.
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Eine derartige Auffaltvorrichtung ist aus der
EP 0 112 605 A2 bekannt. Die flachen Packungsmäntel werden von beiden Seiten durch Saugelemente angesaugt. Anschließend werden die gegenüberliegenden Saugelemente voneinander weggeführt, so dass die gegenüberliegenden Seiten des Packungsmantels auseinandergezogen werden und der Packungsmantel aufgefaltet wird. Die in der
EP 0 112 605 A2 beschriebene Lösung hat den Nachteil, dass der Aufbau der Auffaltvorrichtung sehr komplex ist, da der Packungsmantel von beiden Seiten mit Saugelementen angesaugt werden soll, die aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können.
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Eine weitere Möglichkeit zum Auffalten von flachen Packungsmänteln ist aus der
WO 96/23655 A1 bekannt. Bei dieser Auffaltvorrichtung werden die Packungsmäntel im flachen Zustand in Zellen eines Förderbandes eingeführt. An jeder Zelle ist ein schwenkbarer Arm mit einem Saugelement befestigt, der die Packungsmäntel von dem flachen Zustand in den schlauchförmigen Zustand auffalten soll. Auch diese Auffaltvorrichtung hat den Nachteil eines komplexen Aufbaus, da an jeder Zelle ein schwenkbarer Arm mit einem Saugelement vorgesehen sein muss.
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Auf separate Auffaltvorrichtungen kann jedoch verzichtet werden, wenn eine Relativgeschwindigkeit, die beispielsweise bei der Übergabe von Packungsmänteln von einer ersten Station zu einer zweiten Station einer Füllanlage entsteht, dazu ausgenutzt wird, die Packungsmäntel aufzufalten. Mit anderen Worten „stößt” der Packungsmantel, während er noch von der ersten Station der Anlage geführt wird, bereits an ein Bauteil der zweiten Station der Anlage, das den Packungsmantel weiterführt, und wird auf diese Weise aufgefaltet.
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Aus der
US 3,060,654 sind eine derartige Vorrichtung sowie ein derartiges Verfahren zum Auffalten, Befüllen und Verschließen von Verpackungsmänteln bekannt. Das Auffalten der Packungsmäntel erfolgt durch eine rotierende Einheit, die die flachen Packungsmäntel aus einem Magazin entnimmt und an ein Förderband übergibt. Dieser Schritt wird insbesondere in den
15a bis
15f dargestellt. Die Packungsmäntel werden bei der Übergabe von der rotierenden Einheit an das Förderband aufgefaltet und zwischen zwei L-förmigen Bügeln eingeklemmt, die an dem Förderband befestigt sind. Ein Schenkel der L-förmigen Bügel ist an dem Förderband befestigt, der andere Schenkel steht von dem Förderband ab und soll den Packungsmantel seitlich festhalten. An einem Ende des abstehenden Schenkels ist ein Haken vorgesehen, der den Packungsmantel in seiner Position zwischen den beiden Bügeln festhalten soll. Die rotierende Einheit weist Arme mit Saugnäpfen auf, die neben einer Drehbewegung auch eine radiale Bewegung in Richtung des Förderbands vollziehen, um die Packungsmäntel an das Förderband zu übergeben. Das Einführen der Packungsmäntel zwischen die beiden L-förmigen Bügel wird ermöglicht, indem die Packungsmäntel an einer Stelle eingeführt werden, an der das Förderband bogenförmig verläuft, so dass die abstehenden Schenkel der L-förmigen Bügel nicht parallel verlaufen, sondern aufgespreizt sind. Erst nach dem Einführen der Packungsmäntel geht das Förderband in einen geraden Verlauf über, wobei die Spreizung der abstehenden Schenkel der Bügel zurückgeht und der Packungsmantel zwischen den nunmehr parallel verlaufenden abstehenden Schenkeln der Bügel eingeklemmt wird.
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Die in der
US 3,060,654 gezeigte Lösung hat zunächst den Nachteil einer sehr aufwändigen Konstruktion. Dies liegt darin begründet, dass die Arme der rotierenden Einrichtung nicht nur eine Drehbewegung ausführen sollen, sondern zudem eine Bewegung in radialer Richtung ausführen sollen, um die Packungsmäntel aus dem Magazin zu ziehen und in Richtung des Förderbands zu führen. Ein weiterer Nachteil ist die mangelnde Variabilität des Aufbaus. Da die Packungsmäntel auf die zuvor beschriebene Weise zwischen zwei L-förmigen Bügeln eingeklemmt werden sollen, muss das Einführender Packungsmäntel in die Bügel an einer Stelle erfolgen, an der das Förderband von einem bogenförmigen Verlauf in einen geraden Verlauf übergeht. Das Einführen und Fixieren der Packungsmäntel vor oder hinter diesem Übergangsbereich ist demgegenüber nicht vorgesehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte und zuvor näher dargestellte Vorrichtung ebenso wie das eingangs genannte und zuvor näher dargestellte Verfahren derart auszugestalten und weiterzubilden, dass auch bei einer einfachen Konstruktion sowie bei einem einfachen Verfahrensablauf ein zuverlässiges Auffalten und Übergeben der Packungsmäntel an das Förderband ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass der Abstand zwischen dem Saugelement und der Drehachse konstant ist, so dass die Packungsmäntel entlang einer Kreisbahn geführt werden.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Saugelemente – und somit auch die von den Saugelementen angesaugten Packungsmäntel – entlang einer Kreisbahn geführt werden. Durch diese geometrisch einfache Führung der Saugelemente und der Packungsmäntel kann die Übergabeeinheit besonders unkompliziert und kostengünstig konstruiert werden, beispielsweise kann die Übergabeeinheit als Hauptbestandteil eine zylindrische Trommel aufweisen. Insbesondere ist es nicht erforderlich, die Saugelemente in radialer Richtung beweglich zu lagern. Dies erleichtert die Lagerung bzw. Befestigung der Saugelemente an der Übergabeeinheit erheblich. Zudem wird durch die unveränderliche Position der Saugelemente die Versorgung der Saugelemente mit Unterdruck erleichtert. Schließlich zeichnet sich die Übergabeeinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine besonders große Robustheit aus, da auf bewegliche Bauteile weitgehend verzichtet werden kann. Der Wegfall beweglicher Teile hat auch (lebensmittel-)hygienische Vorteile, da die Schmierung dieser Teile ebenfalls entfällt.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Transportband im Bereich der Vorrichtung gerade verläuft. Durch einen geraden Verlauf des Transportbands wird das Einführen der Packungsmäntel in die an dem Transportband befestigten Zellen erleichtert, da sich die Zellen während einer längeren Strecke in hinreichender Nähe zu der Übergabeeinheit befinden als bei einem kurvenförmigen Verlauf des Transportbands. Zudem treten bei einem geraden Verlauf des Transportbands keine Fliehkräfte auf, was besonders bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten vorteilhaft ist. Wenn das Transportband den Bereich der Vorrichtung verlässt, wird ein gerader Verlauf des Transportbands hingegen nicht mehr gefordert; in diesem Bereich kann das Transportband auch umgelenkt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Transportband im Bereich der Vorrichtung gekrümmt verläuft. Insbesondere kann das Transportband im Bereich der Vorrichtung entlang einer Kreisbahn verlaufen. Die Anordnung der Vorrichtung in einem gekrümmten oder kreisförmigen Abschnitt des Transportbands hat den Vorteil, dass auch diejenigen Bereiche, in denen das Transportband umgelenkt wird, ausgenutzt werden können. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise einer Anlage zum Falten, Befüllen und Verschließen von Packungsmänteln.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Einrichtung wenigstens einen beweglich gelagerten Finger mit einem Vorsprung zum Vereinzeln der flachen Packungsmäntel aufweist. Die Höhe des Vorsprungs entspricht vorzugsweise der Höhe eines flach zusammengefalteten Packungsmantels. Der Finger kann vor- und zurückbewegt werden. Diese lineare Bewegung in Längsrichtung kann von einer Bewegung in Querrichtung überlagert werden, so dass der Finger sich insgesamt entlang einer annähernd ovalen Bewegungsbahn bewegt. Durch diese Konstruktion wird erreicht, dass der Finger mit dem Vorsprung bei jedem Bewegungszyklus genau einen Packungsmantel angreift und von dem Stapel wegschiebt. Der Finger kann einen genau definierten Hub aufweisen, so dass der abgestapelte Packungsmantel in eine gewünschte Position vorgeschoben werden kann, um dort von den Saugelementen angesaugt werden zu können. Durch Variation des Hubs kann der Ort verändert werden, an dem die Saugelemente die Packungsmäntel angreifen. Der Hub kann beispielsweise im Bereich zwischen 1 cm und 4 cm, insbesondere zwischen 2 cm und 3 cm liegen.
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Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung einen Schacht zur Führung der Packungsmäntel aufweist, dessen Mittelebene gegenüber der Drehachse der Übergabeeinheit einen Versatz aufweist. Die Länge des Versatzes kann beispielsweise im Bereich zwischen 1 cm und 6 cm, insbesondere zwischen 2 cm und 4 cm liegen. Durch den Versatz wird erreicht, dass die Saugelemente die Packungsmäntel nicht in ihrer Mitte, sondern in ihrem Randbereich ansaugen. Auf diese Weise wird das Einführen der Packungsmäntel in die Zellen erleichtert, da die Packungsmäntel besonders weit von den Saugelementen abstehen, wenn sie in ihrem Randbereich angesaugt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass alle Saugelemente in demselben Abstand zur Drehachse der Übergabeeinheit angeordnet sind. Die Übergabeeinheit kann mehr als ein Saugelement aufweisen. Wenn mehrere Saugelemente an der Übergabeeinheit vorhanden sind, ist es vorteilhaft, alle Saugelemente in demselben radialen Abstand zur Drehachse der Übergabeeinheit anzuordnen um die Packungsmäntel sicher ansaugen zu können. Die Saugelemente können in einer Reihe derart angeordnet sein, dass jeder Packungsmantel von mehreren Saugelementen gleichzeitig angesaugt wird. Zudem können mehrere Reihen von Saugelementen an der Übergabeeinheit vorgesehen sein. Auf diese Weise können mit jeder Umdrehung der Übergabeeinheit mehrere Packungsmäntel angesaugt und aufgefaltet werden. Bevorzugt werden die Reihen der Saugelemente in identischen Abständen zueinander gleichmäßig über den Umfang der Übergabeeinheit verteilt angeordnet.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Saugelemente um einen Winkel gegenüber einer die Kreisbahn berührenden Tangentialebene geneigt sind. Der Winkel kann beispielsweise im Bereich zwischen 1° und 10°, insbesondere zwischen 3° und 6° liegen. Vorzugsweise sind die Saugelemente in Richtung der Drehrichtung der Übergabeeinheit geneigt. Die Neigung hat den Vorteil, dass die Saugelemente nicht an den in dem Magazin gelagerten Packungsmänteln hängen bleiben. Diese Gefahr besteht aufgrund der Tatsache, dass die umlaufenden Ränder von nicht geneigten Saugelementen in einer Tangentialebene liegen, so dass der in Drehrichtung gesehen vorderste und hinterste Punkt eines nicht geneigten Saugelements einen größeren radialen Abstand zur Drehachse aufweisen als der Mittelpunkt der Saugelemente, der exakt auf der Kreisbahn liegt, entlang welcher die Saugelemente geführt werden. Durch die Neigung der Saugelemente kann also insbesondere erreicht werden, dass der in Drehrichtung gesehen vorderste Punkt der Saugelemente wieder innerhalb der Kreisbahn liegt, entlang welcher die Saugelemente geführt werden. Die Neben der Verringerung der Kollisionsgefahr können die Saugelemente durch die Neigung besser auf die Packungsmäntel aufgesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich zur Neigung der Saugelemente kann auch das Magazin, welches die Packungsmäntel enthält, selbst um einen entsprechenden Winkel geneigt sein.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zellen zwei starre Seitenwände aufweisen. Zudem kann eine starre Rückwand vorgesehen sein. Unter einer starren Wand wird eine Wand verstanden, die biegesteif ist und insbesondere nicht schwenk- oder klappbar ist. Starre Seitenwände bieten eine bessere Anschlagstelle für die Packungsmäntel als flexible bzw. nachgebende Seitenwände, wodurch das Auffalten der Packungsmäntel erleichtert wird. Eine starre Rückwand bietet eine gute Befestigungsmöglichkeit für die Seitenwände.
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Zu diesen Ausgestaltungen wird weiter vorgeschlagen, dass die Seitenwände der Zellen senkrecht von der Rückwand und/oder dem Transportband abstehen. Durch den senkrechten Verlauf der Seitenwände wird das Auffalten der Packungsmäntel unterstützt, da auch die Packungsmäntel im aufgefalteten Zustand 90°-Winkel aufweisen sollen.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Zellen wenigstens ein Federelement zum Einklemmen des Packungsmantels in der Zelle aufweisen. Durch das flexible Federelement wird der Packungsmantel besonders sicher in der Zelle festgehalten. Um einen Packungsmantel in die Zellen einführen zu können, kann das Federelement von dem Packungsmantel zurückgedrückt bzw. zur Seite gebogen werden. Das Federelement sorgt insbesondere bei starren Zellen für einen sicheren Halt der Packungsmäntel, da starre Zellen selbst keine hohe Klemmwirkung haben. Bei starren Zellen ohne Federelemente muss die Klemmwirkung demnach allein durch die Elastizität des Packungsmantels aufgebracht werden, was sich gerade bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten als weniger zuverlässig erwiesen hat als der Einsatz von Federelementen.
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Zu dieser Lehre wird weiter vorgeschlagen, dass das Ende des Federelements hakenförmig ausgebildet ist. Durch die Hakenform können die Packungsmäntel besonders gut hintergriffen werden und zuverlässig in der Zelle festgehalten werden.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der minimale Abstand zwischen der Kreisbahn der Saugelemente und der Rückwand der Zelle kleiner ist als die Länge der Seitenwände der Zellen. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die Saugelemente sehr dicht an den Seitenwänden der Zelle vorbeigeführt werden und im Bereich zwischen den beiden Seitenwänden sogar etwas in die Zelle „eintauchen”. Dies sorgt für eine vollständige Auffaltung der Packungsmäntel, da die Packungsmäntel tief in die Zellen hineingedrückt werden und ausschließlich durch die Saugelemente und die Zelle die für das Auffalten erforderlichen Kräfte in den Packungsmantel eingeleitet werden. Die Tiefe, mit der die Saugelemente in die Zellen „eintauchen”, kann je nach Format der Packungsmäntel im Bereich zwischen 1 mm und 10 mm liegen.
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Die zuvor beschriebene Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 14 dadurch gelöst, dass die Übergabeeinheit die Packungsmäntel entlang einer Kreisbahn mit einem konstanten Abstand zwischen dem Saugelement und der Drehachse führt.
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Wie bereits zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurde, hat die Führung der Packungsmäntel entlang einer Kreisbahn den Vorteil eines besonders einfachen Verfahrensablaufs. Insbesondere muss keine Verschiebung der Packungsmäntel in radialer Richtung erfolgen.
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Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Übergabeeinheit mit einer Winkelgeschwindigkeit rotiert, die stets größer als Null ist. Die Übergabeeinheit soll also zu keiner Zeit angehalten werden, wie dies bei einem intermittierenden Betrieb der Fall wäre. Die Winkelgeschwindigkeit kann beispielsweise um einen Durchschnittswert schwanken, wobei sich der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit bei jedem Packungsmantel in gleicher Weise wiederholt. Eine zyklische Variation der Winkelgeschwindigkeit ermöglicht eine Optimierung des Einführens der Packungsmäntel in die Zellen. Die Übergabeeinheit kann auch mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit rotieren. Eine konstante Winkelgeschwindigkeit hat den Vorteil einer besonders effizienten Verfahrensführung. Insbesondere braucht keine zusätzliche Energie für das Beschleunigen und Abbremsen der Übergabeeinheit eingesetzt werden. Zudem wirkt sich eine konstante Winkelgeschwindigkeit positiv auf die Lebensdauer der Maschine aus, während ein Betrieb mit wechselnder Winkelgeschwindigkeit oder gar ein intermittierender Betrieb die Lebensdauer üblicherweise verkürzt.
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Eine weitere Ausbildung des Verfahrens sieht vor, dass sich das Transportband mit einer Geschwindigkeit bewegt, die stets größer als Null ist. Wie bereits zuvor für die Winkelgeschwindigkeit der Übergabeeinheit ausgeführt wurde, soll auch das Transportband zu keiner Zeit angehalten werden. Eine zyklische Variation der Geschwindigkeit, beispielsweise eine Schwankung um einen Mittelwert, ist jedoch möglich. Um die Synchronisation zwischen Übergabeeinheit und Transportband sicherzustellen, muss sich der Verlauf der Geschwindigkeit auch hier bei jedem Packungsmantel in gleicher Weise wiederholen. Das Transportband kann sich auch mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegen. Sowohl der Betrag als auch die Richtung der Geschwindigkeit des Transportbands können konstant sein. Vorzugsweise entspricht die Geschwindigkeit des Transportbands etwa der Bahngeschwindigkeit, mit der die Saugelemente entlang der Kreisbahn geführt werden. Bei einer zyklischen Variation der Winkelgeschwindigkeit der Übergabeeinheit und der Geschwindigkeit des Transportbands sollte diese Entsprechung jedenfalls für die Durchschnittsgeschwindigkeiten und insbesondere für die Geschwindigkeiten im Moment der Übergabe der Packungsmäntel eingehalten werden. Auf diese Weise kann ein synchroner Lauf zwischen Übergabeeinheit und Transportband erreicht werden und sichergestellt werden, dass die von den Saugelementen angesaugten Packungsmäntel und die ihnen zugeordneten Zellen taktgenau zusammengeführt werden. Das Auffalten der Packungsmäntel gelingt gleichwohl, da die vordere Kante des Packungsmantels einen größeren radialen Abstand von der Drehachse der Übergabeeinheit aufweist als die Saugelemente und daher auch eine höhere Bahngeschwindigkeit als die Saugelemente und die Zellen aufweist.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Packungsmäntel in der Einrichtung durch einen beweglich gelagerten Finger vereinzelt werden, der sich mit einem Hub im Bereich zwischen 1 cm und 4 cm bewegt. Der Hub in Richtung der Packungsmäntel entspricht der Strecke, um die der abgestapelte Packungsmantel vorgeschoben wird. Durch eine Variation des Hubs kann die Angriffsposition der Saugelemente an den Packungsmänteln verändert werden.
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Nach einer Ausbildung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Saugelemente im Winkelbereich von 350° < φ < 10° einen Unterdruck aufbauen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Saugelemente im Winkelbereich von etwa φ = 0° einen Unterdruck aufbauen. Der Drehwinkel φ beginnt im Bereich des Magazins bei 0° und steigt im weiteren Verlauf der Drehung der Übergabeeinheit an. Der Unterdruck kann also bereits bis zu 10° vor Erreichen des Magazins aufgebaut werden. Im Bereich des minimalen Abstands zwischen Saugelementen und Transportband beträgt der Drehwinkel vorzugsweise etwa 180°. Je nach Anordnung von Magazin und Transportband kann der Drehwinkel im Bereich des Transportbands jedoch auch andere Werte aufweisen und beispielsweise im Bereich zwischen φ = 120° und φ = 270° liegen. Der Unterdruck soll vorzugsweise bereits kurz vor dem Erreichen des Magazins aufgebaut werden, indem Luft abgesaugt wird.
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Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Saugelemente im Winkelbereich von 125° < φ < 145° den Unterdruck wieder abbauen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Saugelemente im Winkelbereich von etwa φ = 135° den Unterdruck wieder abbauen. Der Unterdruck soll abgebaut werden, um den Packungsmantel loszulassen. Dies erfolgt beispielsweise durch eine Beendigung des Saugvorgangs. Der Unterdruck sollte abgebaut werden, nachdem der Packungsmantel Kontakt zur Zelle hat, jedoch bevor die Saugelemente ihren minimalen Abstand zum Transportband erreicht haben. Bei einer Anordnung des Transportbands im Bereich von φ = 180° sollte der Unterdruck daher im Bereich zwischen 125° (also 55° vor Erreichen des minimalen Abstandes zum Transportband) und 145° (also 35° vor Erreichen des minimalen Abstandes zum Transportband) wieder abgebaut werden. Bei einer Anordnung des Transportbands, die von der 180°-Stellung abweicht, ergibt sich auch für das Abbauen des Unterdrucks ein in entsprechender Weise abweichender Drehwinkelbereich.
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Schließlich wird vorgeschlagen, dass die Saugelemente die Packungsmäntel in einem Abstand entfernt von ihrer Mitte ansaugen, der im Bereich zwischen 0 cm und 6 cm, insbesondere zwischen 1 cm und 3 cm liegt. Der Abstand zur Mitte kann im Bereich zwischen 10% und 40% der Breite der Packungsmäntel liegen. Durch die außermittige Ansaugung der Packungsmäntel steht die vordere Kante des Packungsmantels deutlich weiter von dem Saugelement ab als die hintere Kante. Dies erleichtert ein ausreichend tiefes Einführen der Packungsmäntel in die Zellen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1A einen aus dem Stand der Technik bekannten Zuschnitt zum Falten eines Packungsmantels,
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1B einen aus dem Stand der Technik bekannten Packungsmantel, der aus dem in 1A gezeigten Zuschnitt gebildet ist, im flach gefalteten Zustand,
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1C den Packungsmantel aus 1B im aufgefalteten Zustand,
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2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Auffalten von Packungsmänteln in einer Draufsicht, und
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3 eine aus dem Stand der Technik bekannte Anlage zum Befüllen von Packungen mit Lebensmitteln.
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In 1A ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Zuschnitt 1 dargestellt, aus dem ein Packungsmantel gebildet werden kann. Der Zuschnitt 1 kann mehrere Lagen unterschiedlicher Materialien umfassen, beispielsweise Papier, Pappe, Kunststoff oder Metall, insbesondere Aluminium. Der Zuschnitt 1 weist mehrere Faltlinien 2 auf, die das Falten des Zuschnitts 1 erleichtern sollen und den Zuschnitt 1 in mehrere Flächen aufteilen. Der Zuschnitt 1 kann in eine erste Seitenfläche 3, eine zweite Seitenfläche 4, eine vordere Fläche 5, eine hintere Fläche 6, eine Siegelfläche 7, vier Bodenflächen 8 und vier Giebelflächen 9 unterteilt werden. Aus dem Zuschnitt 1 kann ein Packungsmantel gebildet werden, indem der Zuschnitt 1 derart gefaltet wird, dass die Siegelfläche 7 mit der vorderen Fläche 5 verbunden, insbesondere verschweißt werden kann.
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1B zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Packungsmantel 10 im flach gefalteten Zustand. Die bereits im Zusammenhang mit 1A beschriebenen Merkmale sind in 1B mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Der Packungsmantel 10 ist aus dem in 1A gezeigten Zuschnitt 1 gebildet. Hierzu wurde der Zuschnitt 1 derart gefaltet, dass die Siegelfläche 7 und die vordere Fläche 5 überlappend angeordnet sind, so dass die beiden Flächen miteinander flächig verschweißt werden können. Als Ergebnis entsteht eine Längsnaht 11. In 1B ist der Packungsmantel 10 in einem flach zusammengefalteten Zustand dargestellt. In diesem Zustand liegt eine Seitenfläche 4 (in 1B verdeckt) unter der vorderen Fläche 5 während die andere Seitenfläche 3 auf der hinteren Fläche 6 (in 1B verdeckt) liegt. In dem flach zusammengefalteten Zustand können mehrere Packungsmäntel 10 besonders platzsparend gestapelt werden. Daher werden die Packungsmäntel 10 häufig an dem Ort der Herstellung gestapelt und stapelweise zu dem Ort der Befüllung transportiert. Erst dort werden die Packungsmäntel abgestapelt und aufgefaltet, um mit Inhalten, beispielsweise mit Lebensmitteln, befüllt werden zu können.
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In 1C ist der Packungsmantel 10 aus 1B im aufgefalteten Zustand dargestellt. Auch hier sind die bereits im Zusammenhang mit 1A oder 1B beschriebenen Merkmale mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Unter dem aufgefalteten Zustand wird eine Konfiguration verstanden, bei der sich zwischen den beiden jeweils benachbarten Flächen 3, 4, 5, 6 ein Winkel von etwa 90° ausbildet, so dass der Packungsmantel 10 – je nach der Farm dieser Flächen – einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist. Dem entsprechend sind die gegenüberliegenen Seitenflächen 3, 4 parallel zueinander angeordnet. Das Gleiche gilt für die vordere Fläche 5 und die hintere Fläche 6.
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Die verwendeten, Packungsmäntel 10 können unterschiedliche Dimensionen („Formate”) aufweisen. Die Breite der Seitenflächen 3, 4 kann im Bereich zwischen 30 mm und 80 mm liegen. Die Breite der vorderen Fläche 5 und der hinteren Fläche 6 kann im Bereich zwischen 40 mm und 120 mm liegen. Flach gefaltete Packungsmäntel 10 haben daher eine Breite im Bereich zwischen 70 mm (30 mm + 40 mm) und 200 mm (80 mm + 120 mm). Die Höhe der Seitenflächen 3, 4 und der vorderen und hinteren Fläche 5, 6 kann schließlich im Bereich zwischen 50 mm und 250 mm liegen. Beispielhaft ergeben sich für eine befüllte und verschlossene Packung mit 80 ml Füllvolumen Außenmaße von 47 mm × 32,5 mm × 55 mm. Für eine Packung mit 2000 ml Füllvolumen ergeben sich dementsprechend Außenmaße von 114 mm × 74 mm × 245 mm.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 12 zum Auffalten von Packungsmänteln 10 in einer Draufsicht. Die Vorrichtung 12 umfasst eine Einrichtung 13 zum Bereitstellen, insbesondere zum Vereinzeln von flachen Packungsmänteln 10, eine Übergabeeinheit 14 sowie ein Transportband 15.
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Die Einrichtung 13, die auch als „Magazin” bezeichnet wird, hat ein Gehäuse 16 mit einem Schacht 17, in den ein Stapel flacher Packungsmäntel 10 eingelegt werden kann. Der Schacht 17 weist eine Mittelebene 18 auf, die mittig durch die in den Schacht 17 eingelegten Packungsmäntel 10 verläuft. Die Mittelebene 18 kann, wie in 2 gezeigt, senkrecht zum Transportband 15 ausgerichtet sein. Alternativ kann die Mittelebene 18 auch gegenüber dieser Senkrechten geneigt sein. Die Einrichtung 13 weist zudem mehrere in einer Reihe hintereinander angeordnete Finger 19 auf, die jeweils einen Vorsprung 20 aufweisen. Die Höhe des Vorsprungs 20 entspricht in etwa der Höhe eines flach zusammengefalteten Packungsmantels 10. Zum Abstapeln der Packungsmäntel 10 vollziehen die Finger 19 eine zyklische Bewegung, deren Hub 21 in 2 mit einem Pfeil gekennzeichnet ist. Durch die Hin- und Herbewegung der Finger 19 wird erreicht, dass die Finger 19 mit ihrem Vorsprung 20 pro Bewegungszyklus jeweils einen Packungsmantel 10 durch eine Öffnung 22 aus der Einrichtung 13 herausschieben um dort von der Übergabeeinheit 14 übernommen werden zu können. Die übrigen Packungsmäntel 10 werden durch eine in Richtung der Finger 19 gerichtete Kraft F stetig nachgeschoben, so dass eine fortlaufende Abstapelung und Vereinzelung der Packungsmäntel 10 sichergestellt ist.
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Die Übergabeeinheit 14 umfasst eine Trommel 23, an der mehrere Saugelemente 24 befestigt sind. Die in 2 dargestellte und insoweit bevorzugte Trommel 23 hat eine zylindrische Form und somit eine kreisförmige Querschnittsfläche. Die vier Reihen von Saugelementen 24 sind auf einer Kreisbahn 25 mit einem konstanten Abstand 26 bzw. Radius angeordnet, wobei die Kreisbahn 25 durch die Mittelpunkte der Saugelemente 24 verläuft. Die Saugelemente 24 sind in ihrer Position fixiert, so dass alle Saugelemente 24 stets denselben, unveränderlichen Abstand zu einer Drehachse 27 aufweisen, um die sich die Trommel 23 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω und um einen Drehwinkel φ dreht. Die Einrichtung 13 und die Übergabeeinheit 14 sind derart angeordnet, dass zwischen der Drehachse 27 der Übergabeeinheit 14 und der Mittelebene 18 der Einrichtung 13 ein Versatz 28 entsteht. Durch den Hub 21 der Finger 19 sowie durch den Versatz 28 wird erreicht, dass die Saugelemente 24 die Packungsmäntel 10 nicht in ihrer Mitte, sondern in ihrem Randbereich ansaugen.
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Die Saugelemente 24 können über (in 2 nicht dargestellte) Leitungen mit einem Unterdruck beaufschlagt werden, um die Packungsmäntel 10 im Bereich der Einrichtung 13 (etwa bei einem Drehwinkel von φ = 0°) anzusaugen und im weiteren Verlauf der Drehung der Trommel 23 an das Transportband 15 zu übergeben (etwa bei einem Drehwinkel von φ = 180°). Die Saugelemente 24 sind vorzugsweise leicht geneigt, so dass die Ränder der Saugelemente 24 in einer Ebene 29 liegen, die gegenüber einer Tangentialebene 30 der Kreisbahn 25 um einen Winkel α geneigt ist. Auf diese Weise sind die Saugelemente 24 leicht in Richtung der Drehrichtung der Trommel 23 geneigt und können die Packungsmäntel 10 besser ansaugen.
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Das Transportband 15 verläuft in dem in 2 dargestellten Abschnitt gerade und weist eine Geschwindigkeit v auf. Bei dem Transportband 15 kann es sich beispielsweise um einen Riemen oder um eine Kette handeln. An dem Transportband 15 sind mehrere Zellen 31 befestigt, die zur Aufnahme der Packungsmäntel 10 dienen. Die Zellen 31 umfassen eine Rückwand 32 und zwei Seitenwände 33. Die Rückwand 32 verläuft parallel zum Transportband 15 und ist mit diesem verbunden. Die beiden Seitenwände 33 stehen senkrecht von der Rückwand 32 ab; sie sind daher parallel zueinander angeordnet. Die Rückwand 32 und die beiden Seitenwände 33 sind aus Metall hergestellt und weisen keine Gelenke oder dergleichen auf, so dass es sich insoweit um eine starre Zelle 31 handelt. Die Zellen 31 weisen zwei Federelemente 34 auf, wobei bevorzugt an jeder Seitenwand 33 ein Federelement 34 angeordnet ist. Die Federelemente 34 sind aus einem elastischen Material, beispielsweise einem Federstahl oder einem flexiblen Kunststoff hergestellt und haben ein abstehendes Ende 35, das hakenförmig ausgebildet ist. Durch die Hakenform können die Federelemente 34 die Packungsmäntel 10 in den Zellen 31 festhalten bzw. festklemmen.
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Die Zellen 31 sind in einem konstanten Abstand 36 zueinander angeordnet, der auch als „Stich” bezeichnet wird. Dieser Abstand 36 entspricht etwa der Länge eines Kreisbogensegmentes, welches entlang der Kreisbahn 25 zwischen zwei benachbarten Saugelementen 24 verläuft; bei vier Saugelementen 24 entspricht der Abstand 36 also etwa einem Viertel des Umfangs der Kreisbahn 25. Die Übergabeeinheit 14 ist gegenüber dem Transportband 15 derart angeordnet, dass zwischen der Kreisbahn 25 der Saugelemente 24 und der Rückwand 32 der Zellen 31 ein Mindestabstand 37 entsteht, der etwas geringer ist als die Länge der Seitenwände 33 der Zellen 31, so dass die Saugelemente 24 im Bereich zwischen den beiden Seitenwänden 33 der Zelle um eine Tiefe 37' in die Zellen „eintauchen”. Eine Kollision kann verhindert werden, indem in den Seitenwänden 33 der Zellen 31 und in den Federelementen 34 Ausnehmungen vorgesehen sind, durch die die Saugelemente 24 geführt werden können.
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Das Auffalten der Packungsmäntel 10 erfolgt durch die folgenden Schritte: Zunächst wird ein Packungsmantel 10 durch den Vorsprung 20 des Fingers 19 durch die Öffnung 22 aus der Zuführeinrichtung 13 herausgeschoben. Dort wird der Packungsmantel 10 von einem Saugelement 24 der Übergabeeinheit 14 angesaugt und entlang der Kreisbahn 25 weitergeführt. Nach etwa einer drittel Umdrehung der Trommel 23 (Drehwinkel von φ = 120°) nähert sich der Packungsmantel 10 dem Transportband 15 und seiner ihm zugeordneten Zelle 31. Die Übergabeeinheit 14 und das Transportband 15 sind relativ zueinander derart angeordnet, dass eine in Drehrichtung gesehen vorne liegende Kante 38 des Packungsmantels 10 zuerst an die Zelle 31 stößt. Als Anschlag für die Kante 38 dient genau genommen eine Ecke zwischen der Rückwand 32 und einer der Seitenwände 33 der Zelle 31. Sobald die Kante 38 des Packungsmantels 10 die Zelle 31 berührt, werden – abgesehen von Fliehkräften – nur an zwei Orten Kräfte in den Packungsmantel 10 eingeleitet: erstens im Bereich des Saugelements 24, das den Packungsmantel 10 führt, und zweitens an der vorderen Kante 38 des Packungsmantels 10. Diese beiden Orte weisen einen Abstand 39 zueinander auf. Durch eine bestimmte Anordnung der Übergabeeinheit 14 relativ zum Transportband 15 sowie durch bestimmte Bewegungsgeschwindigkeiten und Bewegungsrichtungen von Übergabeeinheit 14 und Transportband 15 wird erreicht, dass sich der Abstand 39 während des Einführens des Packungsmantels 10 in die Zelle 31 kontinuierlich verringert. Auf diese Weise werden zwei gegenseitig ausgerichtete Kräfte 40, 41 in den Packungsmantel 10 eingeleitet, die dazu führen, dass der Packungsmantel 10 aufgefaltet wird. Das Auffalten der Packungsmäntel 10 erfolgt also ausschließlich durch die Einwirkung der Saugelemente 24 und der Zelle 31 auf den Packungsmantel 10; separate Vorrichtungen zum Auffalten sind hingegen nicht erforderlich.
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Für die beschriebe Art der Auffaltung ist eine präzise und hinreichend tiefe Einführung der Packungsmäntel 10 in die Zellen 31 erforderlich. Dies gelingt trotz der einfachen Rotationsbewegung der Trommel 23 vor allem aufgrund der Tatsache, dass die Saugelemente 24 die Packungsmäntel 10 nicht in der Mitte, sondern in einem Abstand 42 entfernt von ihrer Mitte ansaugen. Dieser Abstand 42 entspricht etwa der Summe aus dem Hub 21 und dem Versatz 28 und kann beispielsweise im Bereich zwischen 0 cm und 6 cm und insbesondere zwischen 1 cm und 3 cm liegen. In Relation zur Breite der Packungsmäntel 10 kann der Abstand 42 zur Mitte im Bereich zwischen 10% und 40% der Breite der Packungsmäntel 10 liegen.
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In
3 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Anlage
43 zum Befüllen von Packungen mit Lebensmitteln dargestellt (
EP 0 112 605 A2 ). Die einzelnen Stationen der Anlage
43 sind in
3 nur schematisch dargestellt, da
3 lediglich dazu dienen soll, ein mögliches Einsatzgebiet einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
12 zum Auffalten von Packungsmänteln
10 zu verdeutlichen. Die (in
3 nicht dargestellten) Packungsmäntel
10 werden durch eine Station
44 aufgefaltet und an die Zellen
31 des Transportbands
15 übergeben. Die Station
44 kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
12 ersetzt werden. Die Anlage
43 umfasst einen ersten Rundläufer
45, in dem die Giebelflächen
9 der Packungsmäntel
10 vorgefaltet werden. Anschließend durchlaufen die Packungsmäntel
10 eine Station
46, in der die Bodenflächen
8 der Packungsmäntel
10 vorgefaltet werden. Nach der Vorfaltung werden die Bodenflächen
8 der Packungsmäntel
10 in einer Station
47 zusammengefaltet und versiegelt. Anschließend wird das Transportband
15 um einen zweiten Rundläufer
48 geführt, in dem die an der Unterseite verschlossenen Packungsmäntel mit Lebensmitteln befüllt werden. In einer weiteren Station
49 werden die Giebelflächen
9 der Packungsmäntel
10 zusammengefaltet und versiegelt. Abschließend werden die nunmehr befüllten und verschlossenen Packungsmäntel
10 in einer weiteren Station
50 aus den Zellen
31 des Transportbands
15 herausgenommen und wieder aus der Anlage
43 ausgeschleust.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zuschnitt
- 2
- Faltlinie
- 3, 4
- Seitenflächen
- 5
- vordere Fläche
- 6
- hintere Fläche
- 7
- Siegelfläche
- 8
- Bodenfläche
- 9
- Giebelfläche
- 10
- Packungsmantel
- 11
- Längsnaht
- 12
- Vorrichtung zum Auffalten von Packungsmänteln
- 13
- Einrichtung zum Bereitstellen von Packungsmänteln
- 14
- Übergabeeinheit
- 15
- Transportband
- 16
- Gehäuse
- 17
- Schacht
- 18
- Mittelebene
- 19
- Finger
- 20
- Vorsprung
- 21
- Hub
- 22
- Öffnung
- 23
- Trommel
- 24
- Saugelement
- 25
- Kreisbahn
- 26
- Abstand
- 27
- Drehachse
- 28
- Versatz
- 29
- Ebene
- 30
- Tangentialebene
- 31
- Zelle
- 32
- Rückwand
- 33
- Seitenwand
- 34
- Federelement
- 35
- Ende des Federelements
- 36
- Abstand der Zellen
- 37
- Mindestabstand
- 37'
- Tiefe
- 38
- Kante des Packungsmantels
- 39
- Abstand
- 40, 41
- Kräfte
- 42
- Abstand
- 43
- Anlage
- 44
- Station (Auffaltung)
- 45
- Rundläufer (Vorfaltung Giebelflächen)
- 46
- Station (Vorfaltung Bodenflächen)
- 47
- Station (Bodenversiegelung)
- 48
- Rundläufer (Befüllung)
- 49
- Station (Giebelversiegelung)
- 50
- Station (Ausschleusung)
- F
- Kraft
- ω
- Winkelgeschwindigkeit der Übergabeeinheit
- φ
- Drehwinkel der Übergabeeinheit
- v
- Geschwindigkeit des Transportbandes
- α
- Neigungswinkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0112605 A2 [0004, 0004, 0048]
- WO 96/23655 A1 [0005]
- US 3060654 [0007, 0008]
