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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten und/oder Füllen von Verpackungen, insbesondere Kartonverbundverpackungen, in einer Bearbeitungsmaschine und/oder Füllmaschine, bei dem Verpackungsrohlinge in einer Übernahmestation taktweise nacheinander an die die Übernahmestation passierenden Dorne eines sich taktweise drehenden Dornrads übergeben werden.
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Vorrichtungen und Verfahren zum Füllen von Verpackungen mit Produkten, insbesondere in Form von Lebensmitteln, und/oder zum Bearbeiten der zu füllenden Verpackungen bzw. der gefüllten Packungen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Dabei erfolgt das Füllen der Verpackungen mit, vorzugsweise fließfähigen, Lebensmitteln und das Bearbeiten der Verpackungen beispielsweise in einer sterilen oder aseptischen Umgebung einer Füllmaschine. Da die Lebensmittel nach dem Füllen der Verpackungen lange haltbar sein sollen, ist eine möglichst keimfreie Abfüllung wünschenswert. Hierzu weisen die Füllmaschinen beispielsweise Sterilisationsräume bzw. Aseptikkammern auf, in denen die Verpackungen sterilisiert und anschließend unter möglichst sterilen Bedingungen gefüllt sowie verschlossen werden.
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Als Verpackungen werden dabei insbesondere solche verwendet, die an einer Oberseite offen sind, um eine Öffnung zum Befüllen bereitzustellen. Die Verpackungen sind beispielsweise Kartonverbundverpackungen, die aus einem Laminat umfassend eine Kartonschicht und äußeren, insbesondere thermoplastischen, Kunststoffschichten, etwa aus Polyethylen (PE), gebildet sind. Der Karton verleiht den Verpackungen eine ausreichende Stabilität, damit die Packungen, die sich aus der Verpackung und dem darin abgefüllten Produkt zusammensetzen, einfach gehandhabt und beispielsweise gestapelt werden können. Die Kunststoffschichten schützen den Karton vor Feuchtigkeit und die Lebensmittel vor der Aufnahme von unerwünschten Stoffen aus der Verpackung. Zusätzlich können noch weitere Schichten, wie etwa eine Aluminiumschicht, vorgesehen sein, die eine Diffusion von Sauerstoff und anderen Gasen durch die Verpackung verhindern.
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Die Verpackungen können, vorzugsweise in der Füllmaschine, aus einem Packungsvorläufer gefertigt werden. Als Verpackungsvorläufer können beispielsweise Packstoffzuschnitte verwendet werden, die bedarfsweise vorkonfektioniert sein können, und zwar beispielsweise durch Siegeln von Längskanten zu einem Verpackungsrohling. Entsprechende Verpackungsrohlinge werden typischerweise auf Dornen eines sogenannten Dornrades aufgezogen, wobei ein gegenüber den Dornen vorstehender Bereich der Verpackungsrohlinge gegen die Stirnseite des Dorns gefaltet und dort gesiegelt wird, um einen Verpackungsboden oder Verpackungskopf zu bilden. Alternativ kann das für die Verpackungsvorläufer verwendete Verpackungsmaterial quasi unendlich von einer Rolle abgewickelt werden. Im Falle eines Packstoffzuschnitts, wird dieser an Biegelinien gefaltet, um zunächst einen Verpackungsmantel und einen Verpackungsboden zu bilden. Durch Siegeln sich überlappender Abschnitte des Packstoffs werden der Verpackungsmantel und der Verpackungsboden geschlossen. Der Kopf der Verpackung bleibt zunächst noch offen. Bedarfsweise kann auch zunächst der Verpackungskopf verschlossen und die Verpackung durch den, vorzugsweise nach oben weisenden, noch offenen Boden befüllt werden. Ob die geschlossene Packung anschließend zur Lagerung, zum Transport und/oder zum Verkauf gedreht wird oder nicht, also wo bei der fertigen Packung oben und unten ist, kann dann grundsätzlich dahinstehen.
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Anschließend werden die Verpackungen in eine Sterilisationszone der Füllmaschine eingeschleust. Dies erfolgt meist, indem die Verpackungen nacheinander an die Verpackungen aufnehmende Zellträger einer Transporteinrichtung übergeben werden. Die Transporteinrichtung, die typischerweise als Zellenkette ausgebildet ist, sorgt dann dafür, dass die Verpackungen mit definierter Geschwindigkeit in definiertem Abstand zueinander durch die Sterilisationszone der Füllmaschine transportiert werden.
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In der Sterilisationszone werden die Verpackungen bedarfsweise vorgewärmt. Dazu werden die Verpackungen in wenigstens einer Bearbeitungsstation mit heißer Sterilluft angeblasen. Anschließend werden die inneren Oberflächen der Verpackungen und wenigstens der Kopfbereich der äußeren Oberfläche der Verpackungen in wenigstens einer Bearbeitungsstation mit einem Sterilisationsmittel, wie etwa Wasserstoffperoxid, beaufschlagt und dabei sterilisiert. Anschließend kann in wenigstens einer Bearbeitungsstation eine Trocknung der sterilisierten Verpackungen mit Sterilluft erfolgen. Die sterilisierten Verpackungen werden in die Füll- und Siegelzone übergeben und dort vorzugsweise in wenigstens einer Bearbeitungsstation mit einem Lebensmittel befüllt. Das Lebensmittel ist dabei insbesondere fließfähig. In einer Vielzahl von Fällen handelt es sich bei dem Lebensmittel um Getränke. Anschließend wird die befüllte Verpackung noch in wenigstens einer Bearbeitungsstation verschlossen, wodurch die Packung als solche gebildet wird. Die verschlossene Packung wird sodann über die Transporteinrichtung aus der Füll- und Siegelzone transportiert und anschließend aus den entsprechenden Zellen der Zellträger der Transporteinrichtung entnommen.
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In einigen Füllmaschinen werden die Verpackungen von der Transporteinrichtung in einer geraden Linie durch die Füllmaschine transportiert. Entsprechende Füllmaschinen werden auch als Langläufer bezeichnet. In anderen Füllmaschinen, den sogenannten Rundläufern, beschreiben die Verpackungen eine mehr oder weniger bogenförmige Bewegung, die ein oder mehr Kreisbogenabschnitte umfassen kann.
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Die einseitig offenen, von dem Dornrad an die Zellen der Transporteinrichtung in Form einer Zellenkette übergebenen Verpackungen werden allesamt im Takt der getaktet angetriebenen Zellen der Transporteinrichtung durch die Aseptikkammer bewegt. Dabei kann vorgesehen sein, dass jeweils in einem Takt eine bestimmte Bearbeitung der Verpackung und/oder das Füllen erfolgt. Es kann aber auch vorgesehen sein, das eine bestimmte Bearbeitung, wie etwa das Sterilisieren, oder das Füllen auf mehrere Takte aufgeteilt wird. Da die Transporteinrichtung für einen Transport der einseitig offenen Packungen mit einem konstanten Takt sorgt, müssen dann zwei oder mehr Bearbeitungsstationen für die Bearbeitung und/oder zwei oder mehr Füllstationen für das Füllen hintereinander vorgesehen werden.
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So kann beispielsweise erreicht werden, dass das Sterilisieren in zwei aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstationen erfolgt, wobei die einseitig offenen Verpackungen in jeder der beiden Bearbeitungsstationen mit Wasserstoffperoxid oder einem anderen Sterilisierungsmittel ausgespült werden, und zwar in einem Takt in der ersten Bearbeitungsstation zum Sterilisieren und in einem weiteren Takt in der zweiten Bearbeitungsstation zum Sterilisieren. Auf diese Weise wird insgesamt eine längere Einwirkzeit für das Sterilisierungsmittel ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann eine einseitig offene Verpackung auch in einem Takt in einer ersten Füllstation teilweise mit dem abzufüllenden Produkt gefüllt werden, um in einer weiteren, nachfolgenden Füllstation in einem weiteren Takt ebenfalls teilweise gefüllt zu werden. Durch das zweifache teilweise Füllen der Verpackungen wird die gewünschte Füllmenge in zwei Füllschritten erreicht, was Schaumbildung verringern und ein Überschäumen beim Füllen verhindern kann.
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Entsprechende Füllmaschinen haben sich bewährt, ziehen jedoch einen höheren apparativen Aufwand für die Dopplung einzelner Bearbeitungsstationen und/oder Füllstationen sowie einen größeren Platzbedarf für die Füllmaschine nach sich. Mithin wird im Einzelnen abzuwägen sein, ob Bearbeitungsstationen und/oder Füllstationen mehrfach vorgesehen oder die Taktzeiten verlangsamt werden. Letzteres hat den Effekt, dass die Verpackungen für einen längeren Zeitraum unter einer jeden Bearbeitungsstation stillstehen, um ausreichende Bearbeitung und/oder Füllzeiten bereitstellen zu können. Verlängerte Taktzeiten verringern jedoch den maximal zu erreichenden Durchsatz an bearbeiteten und/oder gefüllten Verpackungen.
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Bei den beschriebenen Füllmaschinen sind zudem oftmals die Taktzeiten hinsichtlich bestimmter Bearbeitungsschritte fest vorgegeben. Das kann sogar die Zeit für das Abbremsen, die Zeit für eine bestimmte Tätigkeit während des Bearbeitens, etwa der Einwirkdauer des Sterilisierungsmittels oder der Siegeldauer zum Verschließen der Verpackungen, und die Zeit für ein Beschleunigen umfassen. Die Gründe hierfür können gleichwohl unterschiedlich sein. Beispielsweise kann so sichergestellt werden, dass ein optimales Füllergebnis und/oder Bearbeitungsergebnis erzielt, beispielsweise eine lokale Überhitzung ebenso verhindert wird wie ein unzureichendes Sterilisieren oder Verschließen. In vielen Fällen wird dies aber auch durch genehmigungsrechtliche oder zulassungsrelevante Vorgaben festgelegt, die vom Abfüller nicht ohne Weiteres geändert werden dürfen. Daraus folgt, dass auch der Durchsatz einer solchen Füllmaschine nicht ohne Weiteres reduziert werden kann. Dies ist in vielen Fällen aber wünschenswert, um zwischen nachfolgenden Abfüllvorgängen oder abzufüllenden Chargen keine Totzeiten zu erzeugen bzw. die Füllmaschine herunterfahren und später wieder anfahren zu müssen.
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Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannten und zuvor näher beschriebene Verfahren derart auszugestalten und weiterzuentwickeln, dass der apparative Aufwand bei hohem Durchsatz verringert und/oder ein flexiblerer Betrieb ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe ist gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zum Bearbeiten und/oder Füllen von Verpackungen, insbesondere Kartonverbundverpackungen, in einer Bearbeitungsmaschine und/oder Füllmaschine,
- - bei dem Verpackungsrohlinge in einer Übernahmestation taktweise nacheinander an die die Übernahmestation passierenden Dorne eines sich taktweise drehenden Dornrads übergeben werden,
- - bei dem regelmäßig nach der Übernahme einer bestimmten Anzahl von Verpackungsrohrlingen in der Übernahmestation an die die Übernahmestation passierenden Dorne an eine weitere bestimmte Anzahl von nachfolgend die Übernahmestation passierenden Dorne kein Verpackungsrohling in der Übernahmestation übergeben wird,
- - bei dem in wenigstens einer Formstation die in der Übernahmestation an das Dornrad übergebenen Verpackungsrohlinge taktweise auf einem Dorn des Dornrads bearbeitet werden,
- - bei dem nach dem Passieren der wenigstens einen Formstation in einer Übergabestation an alle die Übergabestation passierenden Zellen einer Transporteinrichtung taktweise nacheinander einseitig offene Verpackungen von dem Dornrad übergeben werden und
- - bei dem die an die Zellen übergebenen, einseitig offenen Verpackungen in den Zellen der Transporteinrichtung wenigstens einer Bearbeitungsstation zum Bearbeiten und/oder wenigstens einer Füllstation zum Füllen zugeführt werden.
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Erfindungsgemäß ist also die Übergabe von Verpackungsrohlingen in einer Übernahmestation an Dornen eines Dornrads vorgesehen, wie dies prinzipiell bereits bekannt ist. Das Dornrad und damit die Dorne drehen sich taktweise weiter. Die die Übernahmestation passierenden Dorne erhalten in der Übernahmestation Verpackungsrohlinge, die dann mit den entsprechenden Dornen in wenigstens eine Formstation weitertransportiert werden. In der wenigstens einen Formstation kann beispielsweise der Boden der Verpackungsrohlinge verschlossen oder ein hierfür vorbereitender Schritt wie das Vorfalten und/oder das Aufheizen des Verpackungsrohlings durchgeführt werden. Allerdings werden nicht an alle die Übernahmestation passierenden Dorne ein Verpackungsrohling übergeben. Nach der Übernahme einer bestimmten Anzahl von Verpackungsrohrlingen nacheinander in der Übernahmestation durch die Dorne des Dornrads werden regelmäßig an wenigstens einen weiteren nachfolgenden Dorn kein Verpackungsrohling in der Übernahmestation übergeben. Es wird also immer eine vorgegebene Anzahl von Verpackungsrohlingen nacheinander an die Dorne übergeben, wonach dann eine ebenfalls vorgegebene aber bedarfsweise andere Anzahl an Dornen die Übernahmeposition passiert ohne, dass diese Verpackungsrohlinge übernehmen. Dann nimmt wieder die vorgegebene Anzahl an Dornen nacheinander Verpackungsrohlinge auf, bevor erneut die entsprechende Anzahl an Dornen die Übernahmestation passiert, ohne dass diese Verpackungsrohlinge aufnehmen würde.
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Dies alles erfolgt zudem vorzugsweise während einer konstanten Taktung des Dornrads.
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Mithin sind die Bearbeitungsschritte der Verpackungsrohlinge auf dem Dornrad unabhängig von der Beschickung des Dornrads mit Verpackungsrohlingen. Vorzugsweise ist jeder Verpackungsrohling dieselbe Zeit auf dem Dornrad und dieselbe Zeit in der wenigstens einen Formstation. Für das Formen und insbesondere das Verschließen eines Endes eines Verpackungsrohlings in wenigstens einer Formstation steht daher immer dieselbe Zeit zur Verfügung, weshalb sichergestellt werden kann, dass die Verpackungsrohlinge zuverlässig geformt werden. Wieviel Verpackungsrohlinge dabei nacheinander an das Dornrad übergeben werden und wie viele Dorne danach keine Verpackungsrohlinge übernehmen, spielt dabei keine nennenswerte Rolle.
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Nach dem Passieren der wenigstens einen Formstation werden die in der Übernahmestation übernommenen Verpackungsrohlinge in einer Übergabestation an die Übergabestation nacheinander passierende Zellen einer Transporteinrichtung übergeben. Obwohl die Übergabestation teilweise von Dornen ohne Verpackungsrohling passiert werden, werden dennoch alle Zellen mit einseitig offenen Verpackungen von den Dornen des Dornrads versorgt. Dies bedeutet, dass alle Zellen, die die Übergabestation nacheinander passieren, in der Übergabestation jeweils eine einseitig geschlossene Verpackung übergeben bekommen. So wird im Normalfall verhindert, dass Zellen der Transporteinrichtung ohne einseitig offene Verpackungen durch den sich anschließenden Anlagenteil zu wenigstens einer Bearbeitungsstation und/oder Füllstation bewegt werden. Im Falle von Betriebsstörungen oder dergleichen kann es selbstverständlich vorkommen, dass an einzelne Zellen keine einseitig offene Verpackung übergeben wird. Da das Dornrad taktweise angetrieben ist, erfolgt auch die Übergabe der einseitig offenen Verpackungen von dem Dornrad an die Zellen der Transporteinrichtung taktweise.
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Die an die Zellen übergebenen, einseitig offenen Verpackungen werden dann in den Zellen der Transporteinrichtung nacheinander wenigstens einer Bearbeitungsstation zum Bearbeiten und/oder wenigstens einer Füllstation zum Füllen zugeführt. Leere Zellen, also Zellen ohne einseitig offene Verpackungen, werden im bestimmungsgemäßen Betrieb allerdings nicht zur Bearbeitungsstation und/oder Füllstation transportiert. Es kann also zwischen einzelnen Zellen eine größere Lücke bestehen als zwischen anderen Zellen, wobei im Bereich der Lücken die wenigstens eine Bearbeitung und/oder das wenigstens eine Füllen ausgesetzt werden kann. Da die Übergabe von dem Dornrad an die Zellen in definierter Weise erfolgt, ist bekannt, wenn in der wenigstens einen Bearbeitungsstation und/oder Füllstation eine Verpackung zum Bearbeiten und/oder Füllen vorgesehen ist und wann nicht.
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So kann letztlich ein geringerer Durchsatz erzeugt werden, ohne den Betrieb, also beispielsweise das Bearbeiten und/oder Füllen grundsätzlich zu verändern. Es fallen lediglich einzelne Bearbeitungsschritte und/oder Füllschritte weg, ohne dass dies einen nennenswerten Einfluss auf die stattfindenden Bearbeitungsschritte und/oder Füllschritte haben muss. So lässt sich die Flexibilität beim Betrieb der entsprechenden Anlage bzw. Maschine erhöhen, um so bedarfsweise einen Anlagenstillstand zu vermeiden. Es kann also beispielsweise ein quasi kontinuierlicher Betrieb aufrechterhalten werden, ohne die Produktion herunter- und wieder anfahren zu müssen und/oder ohne zusätzliche Reinigungszyklen aufgrund einer unterbrochenen Produktion erforderlich werden zu lassen.
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Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die an die Zellen übergebenen, einseitig offenen Verpackungen in den Zellen der Transporteinrichtung taktweise in wenigstens einer Bearbeitungsstation zum Bearbeiten und/oder in wenigstens einer Füllstation zum Füllen angehalten. Mithin ergibt sich ein wenigstens abschnittsweise getakteter Betrieb. In diesem Fall kommen die Vorteile der Erfindung in besonderem Maße zum Zuge. Es können dann nämlich beispielsweise dieselben Taktzeiten eingehalten werden, und zwar unabhängig von der Beschickung des Dornrads. Dies ist beispielsweise möglich, wenn immer auf jeden Dorn nacheinander ein Verpackungsrohling aufgezogen und die entsprechende einseitig offene Verpackung in der Übergabestation an eine Zelle weitergegeben wird. Dies ist aber auch möglich, wenn in regelmäßigen Abständen ein Dorn oder mehrere Dorne keinen Verpackungsrohling übernimmt. Es werden dann letztlich Leerstellen erzeugt die nicht zu einem Bearbeiten und/oder Füllen einer Verpackung führen. So kann nicht nur mit minimalem Aufwand eine Verringerung des Durchsatzes erreicht werden, sondern es kann zudem der Umfang, in dem der Durchsatz verringert werden soll, auch auf besonders einfache Weise eingestellt bzw. vorgegeben werden. Es muss lediglich vorgegeben werden, dass mehr Dorne nacheinander keinen Verpackungsrohling übernehmen und/oder dass öfter Dorne keinen Verpackungsrohling übernehmen.
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Wenn dies ohne Weiteres möglich ist und/oder zu einer Verbesserung einer Bearbeitung und/oder des Füllens führt, kann es zudem zweckmäßig sein, dass die Bearbeitungsdauer und/oder die Fülldauer, insbesondere die Dauer eines Takts beim Bearbeiten und/oder Füllen, in der wenigstens einen Bearbeitungsstation und/oder der wenigstens einen Füllstation länger ist als die Dauer eines Takts des Dornrads. Da nicht alle Dorne eine einseitig offene Verpackung an eine Zelle weitergeben, entstehen Lücken in der Reihe der aufeinanderfolgenden Zellen und Verpackungen. Diese Lücke entspricht zudem einer bestimmten Zeitdauer, die zusätzlich für das Bearbeiten und/oder Füllen der übrigen Verpackungen zur Verfügung steht. Fehlt in der Lücke eine einzige Verpackung, so steht letztlich bedarfsweise die Zeit eines Takts zusätzlich für das Bearbeiten und/oder Füllen zur Verfügung. Sind es mehr als eine Verpackung, ist die zusätzlich zur Verfügung stehende Zeit entsprechend größer. Erst wenn die jeweilige zusätzliche Zeit überschritten wird, besteht ohne weitere Maßnahmen die Gefahr, dass die nachfolgenden Verpackungen bzw. Zellen auf die vorangegangenen Verpackungen bzw. Zellen auflaufen, es mithin zu einer unerwünschten Kollision kommt. Es kann also durch gezieltes Auslassen der Übernahme bestimmter Verpackungsrohlinge mehr Zeit für die Bearbeitung in wenigstens bestimmten Bearbeitungsstationen und/oder mehr Zeit für das Füllen in wenigstens bestimmten Füllstationen bereitgestellt werden. Beispielweise kann es zum Füllen größerer Volumen oder stärker zur Schaumbildung neigenden Produkten zweckmäßig sein, das Füllen langsamer durchzuführen und/oder über einen längeren Zeitraum auszudehnen und/oder mehr Zeit für das Zerfallen des Schaums bereitzustellen. In entsprechenden Fällen kann dann darauf verzichtet werden, einzelnen Dornen einen Verpackungsrohling zu übergeben, um die entsprechend benötigte zusätzliche Zeit für das Bearbeiten und/oder Füllen bereitzustellen.
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Damit eine Gruppe von gleichförmig beabstandeten Verpackungen auf eine vorhergehende Gruppe gleichförmig beabstandeter Verpackungen aufschließen und damit eine größere zwischen den Gruppen von gleichförmig beabstandeten Verpackungen ursprünglich vorhandene Lücke schließen zu können, bietet es sich an, wenn zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stationen ebenfalls ein Abstand vorgesehen ist, der länger als die Schrittweite der Verpackungen in einem Takt ist. Der Abstand ist vorzugsweise vor der Station vorgesehen, bei der eine längere Taktzeit angewendet wird, als bei der vorhergehenden Station. Sollte die erste Station langsamer erfolgen als der Takt des Dornrads kann der Abstand zwischen dieser ersten Bearbeitungssation und dem Dornrad vorgesehen sein. Durch den Abstand wird erreicht, dass die wegen der abschnittsweise längeren Taktzeit wartenden Verpackungen keine Bearbeitungsstation und/oder Füllstation blockieren. Infolge des Abstands ist die vorhergehende Bearbeitungsstation und/oder Füllstation für die nachfolgende Gruppe von Verpackungen zugänglich, auch wenn im Bereich des Abstands noch Verpackungen auf den wenigstens einen verlangsamten Verfahrensschritt warten, bei dem es sich um einen Bearbeitungsschritt und/oder einen Füllschritt handeln kann.
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In dem vorstehenden Zusammenhang ist es besonders zweckmäßig, wenn der entsprechende Abstand zwischen den zwei Stationen wenigstens im Wesentlichen dem Abstand zwischen der letzten in der Übergabestation übergebenen Verpackung einer bestimmten Anzahl von an die Zellen übergebenen Verpackungen und den ersten in der Übergabestation übergeben Verpackungen einer darauffolgenden bestimmten Anzahl von an die Zellen übergebenen Verpackungen nach dem Passieren der Übergabeeinrichtung von einer bestimmten Anzahl von nicht mit Verpackungsrohlingen versehenen Dornen des Dornrads entspricht. Anders ausgedrückt ergibt sich infolge des wenigstens einen Dornrads, das regelmäßig in der Übergabestation keine Verpackung an eine Zelle übergibt, nach der Übergabestation entlang der Transporteinrichtung eine Lücke zwischen zwei Verpackungen bzw. Zellen, deren Länge abhängig von der Anzahl an Dornen ist, die hintereinander in der Übergabestation keine Verpackung an eine Zelle übergeben. Bedarfsweise errechnet sich die Länge der zusätzlichen Lücke aus der Schreitweise der von der Transporteinrichtung transportierten Zellen pro Takt multipliziert mit der Anzahl an Dornen, die in der Übergabestation keine Verpackung an eine Zelle übergeben.
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Die erfindungsgemäßen Vorteile kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn die in der Übernahmestation an das Dornrad übergebenen Verpackungsrohlinge in wenigstens einer Formstation taktweise auf einem Dorn des Dornrads gefaltet, erhitzt, gesiegelt und/oder einseitig verschlossen werden. Dann hat es auf diese Tätigkeiten nämlich keinen Einfluss, in welcher Abfolge Verpackungsrohlinge von dem Dornrad übernommen und nicht übernommen werden. Die entsprechenden Bearbeitungsschritte auf dem Dornrad können dann immer in einer optimalen Weise durchgeführt werden, was beispielsweise die Regelung vereinfacht aber auch dafür sorgt, dass die Packungsrohlinge zuverlässig einseitig verschlossen werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist das beschriebene Verfahren dann besonders geeignet, wenn die an die Zellen übergebenen, einseitig offenen Verpackungen in den Zellen der Transporteinrichtung taktweise in wenigstens einer Bearbeitungsstation zum Aufheizen, Sterilisieren, Trocknen und/oder Schließen angehalten werden. Das Aufheizen, Sterilisieren, Trocknen und/oder Schließen der Verpackungen muss nämlich bedarfsweise genau in einer vorgegebenen Weise und in genau vorgegebenen Zeiten erfolgen, um gute Bearbeitungsergebnisse zu erzielen und/oder um genehmigungsrechtliche oder zulassungstechnische Vorgaben zu erfüllen. Diese Vorgaben können dann nämlich durchweg eingehalten werden, auch wenn sich die Art und Weise, wann in der Übernahmestation Verpackungsrohlinge übernommen werden, ändert. Es kann letztlich gezielt wenigstens eine Bearbeitungsstation und/oder Füllstation herausgegriffen werden, für die die Taktzeit variiert wird, ohne die Taktzeiten wenigstens einer anderen Bearbeitungsstation und/oder Füllstation zwingend zu beeinflussen.
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Besonders zweckmäßig ist es im Übrigen, regelmäßig nach der Übernahme von einem, zwei, drei, vier oder fünf Verpackungsrohrlingen in der Übernahmestation an die die Übernahmestation passierenden Dorne an ein, zwei, drei, vier oder fünf nachfolgend die Übernahmestation passierenden Dorne keinen Verpackungsrohling in der Übernahmestation zu übergeben. Dann können verhältnismäßig kleine Gruppen von Verpackungen gleichartig entlang der wenigstens einen Bearbeitungsstation und/oder Füllstation transportiert werden, wobei jedoch trotzdem in verhältnismäßig kurzen Intervallen größere Lücken in der Abfolge der in der Übergabestation übergebenen Verpackungen vorgesehen werden können, um bestimmte Taktzeiten unterschiedlich und/oder abweichend voneinander einstellen zu können. So kann letztlich bedarfsweise ein quasikontinuierlicher Betrieb erreicht werden.
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Regelungstechnisch und funktional ist es gerade für eine verbesserte Flexibilität bevorzugt, wenn die Dauer wenigstens eines Takts beim Bearbeiten und/oder Füllen in der wenigstens einen Bearbeitungsstation und/oder der wenigstens einen Füllstation die Dauer eines Takts wenigstens im Wesentlichen um das Doppelte, das Dreifache, das Vierfache oder Fünffache die Dauer des Takts des Dornrads übersteigt. An diese Taktzeitenvergrößerung kann dann die Anzahl an Dornen angepasst werden, die in der Übernahmestellung keine Verpackungsrohlinge übernehmen, und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl an Verpackungsrohlingen, die zuvor hintereinander von den Dornen in der Übernahmestation übernommen worden sind. So kann die anfängliche Lücke zwischen bestimmten Verpackungen nach der Übergabestation im weiteren Verlauf jeweils wieder geschlossen werden, um den Durchsatz nicht unnötig zu verringern.
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Das beschriebene Verfahren kann zudem apparativ einfach und zugleich zuverlässig durchgeführt werden, wenn die Verpackungsrohlinge an ein Dornrad mit vier, fünf oder sechs Dornen übergeben werden. Entsprechende Dornräder haben sich bewährt und stellen eine kompakte Bauweise der Anlage sicher.
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Die aufeinanderfolgenden Zellen der Transporteinrichtung werden vorzugsweise wenigstens abschnittsweise und/oder zeitweise von der Transporteinrichtung einzeln oder wenigstens gruppenweise unabhängig von anderen aufeinanderfolgenden Zellen oder wenigstens Gruppen von aufeinanderfolgenden Zellen transportiert. Dies erlaubt zu gleichen Zeitpunkten unterschiedliche Taktzeiten hinsichtlich der Gruppen von aufeinanderfolgenden Zellen oder wenigstens Gruppen von aufeinanderfolgenden Zellen, da die Zellen nicht in einem festen Abstand zueinander gehalten sind. So ist es bedarfsweise zudem möglich, dass einzelne aufeinanderfolgende Zellen oder wenigstens Gruppen von aufeinanderfolgenden Zellen unabhängig von anderen Zellen lokal zwischenzeitlich beschleunigt oder abgebremst werden, um bestimmte Bearbeitungszeiten und/oder Füllzeiten ohne eine gegenseitige Behinderung der Zellen untereinander realisieren zu können.
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Wenn die aufeinanderfolgenden Zellen untereinander ausschließlich über wenigstens eine Führung der Transporteinrichtung und nicht direkt untereinander verbunden sind, können die einzelnen Zellen sehr individuell und bedarfsweise unabhängig von anderen Zellen transportiert werden. Die Zellen folgen infolge der Transporteinrichtung derselben Transportbahn. Allerdings können sich die Geschwindigkeitsprofile bestimmter Zellen zu bestimmten Zeiten voneinander unterscheiden. So kann beispielsweise abschnittsweise der Abstand zweier Zellen anwachsen und/oder abnehmen. Dem steht nicht entgegen dass bedarfsweise jede Zelle in derselben Weise und mit demselben Geschwindigkeitsprofil bewegt wird. Da sich die Zellen aber zu einer bestimmten Zeit an unterschiedlichen Ort befinden, können die Geschwindigkeitsprofile sich zu diesem Zeitpunkt dennoch unterscheiden. Bei der Anwendung entsprechender Geschwindigkeitsprofile kann es in besonderem Maße zweckmäßig sein, wenn die Zellen nicht oder nur bedingt getaktet bewegt werden.
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Alternativ oder zusätzlich können die einseitig offenen Verpackungen in aufeinanderfolgenden Zellen von unterschiedlichen Zellträgern getragen und transportiert werden. So ist es auf einfache Weise möglich, quer zur Transportrichtung der Zellen mehrere Zellen parallel mit einem einzigen Zellträger und bedarfsweise mit einer einzigen Transporteinrichtung zu transportieren. Dabei sind die aufeinanderfolgenden Zellträger wiederum bedarfsweise untereinander unverbunden, wenn etwa die Bewegungsprofile der Zellträger wenigstens abschnittsweise unabhängig voneinander sein sollen. Anders ausgedrückt kann es zweckmäßig sein, wenn die Zellträger untereinander nicht direkt, sondern indirekt über die Transporteinrichtung verbunden sind und ebenso transportiert werden.
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Ein sehr präzises und bedarfsweise auch individuelles Transportieren der Zellen kann erreicht werden, die aufeinanderfolgenden Zellen und/oder die aufeinanderfolgenden Zellträger wenigstens abschnittsweise von wenigstens einem Linearantrieb und/oder wenigstens einem Riemenantrieb der Transporteinrichtung transportiert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Zellen bzw. die Verpackungen abgebremst und beschleunigt werden müssen, sei es für einen getakteten Betrieb oder zum Abfahren bestimmter Geschwindigkeitsprofile.
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Vorliegend ist das Verfahren insbesondere für eine Bearbeitungslinie beschrieben worden, in der Verpackungen in einer Reihe, wenn auch nicht zwingend geradlinig, transportiert werden. Das Verfahren ist aber nicht auf solche Anwendungen beschränkt. Das Verfahren ist vielmehr auch auf Anlagen, etwa Füllmaschinen mit mehreren parallelen Bearbeitungslinien anwendbar. Dann werden vorzugsweise mehrere parallele Reihen von Verpackungen auf die beschriebene Weise gehandhabt und transportiert. Alternativ oder zusätzlich wird es bevorzugt sein, wenn jede Bearbeitungslinie ein separates Dornrad und/oder separate Bearbeitungsstationen und/oder Füllstationen aufweist. Nichtsdestotrotz können die Dornräder, Bearbeitungsstationen und/oder Füllstationen gleichförmig betrieben werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 eine ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführende Füllmaschine in einer schematischen Seitenansicht,
- 2 eine Verpackung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer perspektivischen Ansicht und
- 3A-C Verfahrensschritte eines weiteren erfindungsgemäße Verfahrens in einer schematischen Darstellung.
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In der 1 ist eine Füllmaschine 1 zum Bearbeiten und Füllen von Verpackungen 2 in Form von Kartonverbundverpackungen, insbesondere mit fließfähigen Lebensmitteln umfassend eine Formvorrichtung 3 zum Formen von Packungen 2 dargestellt. Die dargestellte und insoweit bevorzugte Vorrichtung 1 weist eine Reihe von parallelen Bearbeitungslinien, insbesondere vier oder sechs Bearbeitungslinien, auf, von denen in der 1 jedoch lediglich eine Bearbeitungslinie dargestellt ist. Jeder Bearbeitungslinie ist ein Bündel 4 von Verpackungsrohlingen 5 in Form von Packstoffzuschnitten zugeordnet, deren Längsränder aneinander gesiegelt sind und so Verpackungsmäntel bilden, die zusammengefaltet vorgehalten werden. Durch eine Zuführeinrichtung 6 werden die Verpackungsrohlinge 5 aufgefaltet, wobei bedarfsweise noch eine Applikationseinrichtung, zum Applizieren von nicht dargestellten Ausgießelementen an die Verpackungsrohlinge 5 vorgesehen sein kann.
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Die Formvorrichtung 3 zum Formen der Packung 2 weist ein Dornrad 7 auf, das im dargestellten und insoweit bevorzugten Fall sechs Dorne 8 umfasst und sich zyklisch, also schrittweise, gegen den Uhrzeigersinn dreht. In der ersten Dornradstellung 1 befindet sich der zugehörige Dorn in der Übernahmestation 9 und es wird ein Verpackungsrohling 5 auf den Dorn 8 geschoben. Anschließend wird das Dornrad 7 in der nächsten Dornradstellung II in eine erste Formstation 10 weitergedreht, in der der gegenüber dem Dorn 8 vorstehende Endbereich des Verpackungsrohlings 5 über eine Heizeinheit 11 mit Heißluft erwärmt wird. In der nächsten Dornradstellung III wird der erwärmte Endbereich des Verpackungsrohlings 5 in der zweiten Formstation 12 durch eine Presse 13 vorgefaltet und in der nachfolgenden Dornradstellung IV bzw. der nachfolgenden Formstation 14 in der gefalteten Position durch eine nicht näher bezeichnete Siegeleinrichtung dicht verschlossen, insbesondere zu einem Boden, gesiegelt. Es wird auf diese Weise eine einseitig verschlossene Verpackung 2 erhalten, die in der nachfolgenden Dornradstellung V in einer Übergabestation 15 vom Dorn 8 entnommen und an eine Zelle 16 einer bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Vorrichtung 1 im Kreis geführten endlosen Transporteinrichtung 14 übergeben wird. In der nächsten Dornradstellung VI ist dem Dorn 9 keine Formstation zugeordnet. Die Anzahl von Dornradstellungen bzw. Dornen und die dort vorgesehenen Bearbeitungsschritte können bedarfsweise von der Darstellung gemäß 1 und der zugehörigen Beschreibung abweichen.
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Die Verpackungen 2 werden mit dem offenen Ende nach oben weisend in den jeweiligen Zellen 13 durch eine bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Füllmaschine 1 seitlich und nach unten geschlossene Aseptikkammer 18 transportiert, die eine Sterilisationszone 19 und eine Füll- und Siegelzone 20 umfasst, durch die die Verpackungen 2 in der durch die Pfeile symbolisierten Transportrichtung von links nach rechts transportiert werden. Der Transport der Verpackungen 2 muss nicht geradlinig erfolgen, sondern kann auch in wenigstens einem Bogen oder gar im Kreis erfolgen.
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Der Aseptikkammer 18 wird Sterilluft über entsprechende Sterilluftanschlüsse 21 zugeführt. Die Verpackungen 2 werden in einer ersten Bearbeitungsstation 22 durch eine Vorwärmeinrichtung nacheinander durch Anblasen mit heißer Sterilluft vorgewärmt. Anschließend werden die Verpackungen 2 in einer weiteren Bearbeitungsstation 23 mittels eines Sterilisierungsmittels, vorzugsweise mittels Wasserstoffperoxid, sterilisiert, woraufhin die Verpackungen 2 durch Beaufschlagen mit Sterilluft über eine Trocknungseinrichtung in einer dritten Bearbeitungsstation 24 getrocknet und nach dem Übergang von der Sterilisationszone 19 in die Füll- und Siegelzone 20 in einer Füllposition unterhalb eines Füllauslaufs 25 in eine Füllstation 26 gebracht werden. Dort werden die Verpackungen 2 nacheinander mit Lebensmitteln gefüllt. Die gefüllten Verpackungen 2 werden sodann mit einer Verschließeinrichtung 27 in einer letzten Bearbeitungsstation 28 durch Falten des oberen Bereichs der Verpackung 2 und Siegeln unter Bilden einer Packung verschlossen. Die verschlossenen Verpackungen 2 werden anschließend aus den Zellen 16 der Transporteinrichtung 17 entnommen. Die nun leeren Zellen 16 werden mit der Transporteinrichtung 17 weiter in Richtung des Dornrads 7 bewegt, um dort weitere Verpackungen 2 aufzunehmen.
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Vorliegend werden stets vier Verpackungsrohlinge 5 in der Übernahmestation 9 nacheinander von den Dornen 8 des Dornrads 7 übernommen, das sich in einem konstanten Takt taktweise weiterdreht. Nachdem die vier Verpackungsrohlinge 5 übernommen worden sind, passiert ein Dorn 8 des Dornrads 7 die Übernahmestation 9 ohne jedoch einen Verpackungsrohling 5 zu übernehmen. Mithin werden in der Übergabestation 15 auch vier einseitig offene Verpackungen 2 nacheinander an Zellen 16 der Transporteinrichtung 17 übernommen. Wenn der Dorn 8 ohne Verpackung 2 die Übergabestation 15 passiert, wird dementsprechend keine Verpackung 2 an eine Zelle 16 übergeben. Zudem wird aber mit der Transporteinrichtung 17 auch keine Zelle 16 weiter in die Aseptikkammer 18 transportiert. Dies erfolgt erst, wenn die nächste Verpackung 2 in der Übergabestation 15 an eine Zelle 16 übergeben wird. Mithin werden von der Übergabestation 15 immer Gruppen von vier Verpackungen 2 nacheinander in die Aseptikkammer 18 transportiert. Zwischen diesen Gruppen von Verpackungen 2 besteht dabei eine Lücke, die etwa um die Schrittweise einer Zelle 16 in einem Takt größer ist als die Lücke zwischen den Zellen 16 bzw. Verpackungen 2 der Gruppe von Verpackungen 2 untereinander. Anders ausgedrückt folgt nach vier Verpackungen 2 eine Leerstelle um einen Takt, in dem keine Verpackung 2 transportiert wird. Dabei wird erfasst oder vorgegeben, wo sich die entsprechenden Leerstellen in der Füllmaschine 1 befinden und wie diese Leerstellen durch die Füllmaschine 1 wandern. So kann bedarfsweise eine Bearbeitungsstation 22,23,24,28 und/oder Füllstation 26 das Bearbeiten und/oder Füllen unterbrechen, wenn sich keine Verpackung 2 in der Bearbeitungsstation 22,23,24,28 und/oder der Füllstation 26 befindet. Das entsprechende Verfahren kann beispielsweise dazu dienen, weniger Durchsatz zu erzeugen, ohne dafür zwischenzeitlich die Füllmaschine 1 herunterfahren und später wieder anfahren zu müssen. Wie sehr der Durchsatz gedrosselt wird, lässt sich bedarfsweise durch Variation der Anzahl an nacheinander in einer Reihe auf die die Übernahmestation 9 passierenden Dorne 8 übergebenen Verpackungsrohlinge 5 und/oder die Anzahl der die Übernahmestation 9 nachfolgend passierenden Dorne 8, die keinen Verpackungsrohling übernehmen, einstellen.
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In der 2 ist ein Verpackungsrohling 5 dargestellt, wie er beispielsweise in der zuvor beschriebenen Füllmaschine 1 erhitzt und sodann einseitig geschlossen wird. Bei den Verpackungen 2 handelt es sich insbesondere um Kartonverbundverpackungen aus einem entsprechenden Packstoff 30 in Form eines Laminats bzw. Packstofflaminats, mit wenigstens einer Kartonschicht, bedarfsweise wenigstens einer Barriereschicht, etwa bestehend aus Aluminium, Polyamid und/oder einem Ethylen-Vinylalkohol, und äußeren Schichten aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyethylen (PE). Die Längsränder 31 des aus dem Packstoff 30 gebildeten Packstoffzuschnitts sind bereits miteinander gesiegelt worden. Das bedeutet, dass die Längsränder des Packstoffzuschnitts überlappend aufeinandergelegt und in dieser Position miteinander verschweißt worden sind. An den beiden offenen Enden 32,33 des Verpackungsmantels 6 sind ein Bodenbildungsbereich 34 zur Bildung des Bodens und ein Giebelbildungsbereich 35 zur Bildung des Giebels der Packung vorgesehen. Dazu werden die entsprechenden Bereiche an den dafür vorgesehenen Faltlinien 36 zusammengefaltet.
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In den 3A-C ist ein Verfahrensablauf dargestellt, der prinzipiell mit der in 1 schematisch dargestellten Füllmaschine 1 durchgeführt werden kann. Dieser Verfahrensablauf kann dazu dienen, den Durchsatz zu senken, um stärker schäumende Produkte abzufüllen oder größere Volumen pro Verpackung 2 abzufüllen. Im Fall von stärker schäumenden Produkten kann ein Überschäumen durch ein langsameres Füllen oder längere Stillstandzeiten zwischen dem Ende des Füllens und dem erneuten Beschleunigen der Verpackung 2 zum Abtransport aus der Füllstation 26 verhindert werden. Wenn ein größeres Volumen abgefüllt werden soll, etwa weil nach einer Umstellung größere Verpackungen 2 zur Füllstation 26 transportiert werden, benötigt dies eine längere Füllzeit, und zwar insbesondere bei schäumenden Produkten. Unabhängig von dem vorgenannten Grund wird der gewünschte Effekt erreicht, wenn die Dauer des Takts in der Füllstation 26 verlängert wird. Wenn aber nicht auch die Takte des Dornrads 7 und/oder die Takte in den vorhergehenden Bearbeitungsstationen 22,23,24,28 verlangsamt werden sollen, muss in regelmäßigen Abständen kein Verpackungsrohling 5 an einen Dorn 8 des Dornrads 7 übergeben werden, um die längere Taktzeit in der Füllstation 26 zu kompensieren.
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Beim dargestellten Verfahren werden von den Dornen 8 des Dornrads 7 immer drei Verpackungsrohlinge 5 der Reihe nach übernommen. Dann werden an zwei darauffolgende Dornen 8 in der Übernahmestation 9 kein Verpackungsrohling 5 übernommen, bevor wiederrum nacheinander drei Verpackungsrohlinge 5 von Dornen 8 in der Übernahmestation 9 übernommen werden. Dies führt dazu, dass nach der Übergabe der einseitig offenen Verpackungen 2 an die Zellen 16 der Transporteinrichtung 17 eine Lücke 40 zwischen den Gruppen von drei Verpackungen 2 bzw. Zellen 16 entsteht, die etwa zwei Takte bzw. den Schrittweiten zweiter Takte entspricht. Dadurch, dass der Takt vor der Füllstation 16 kürzer, insbesondere gleich dem Takt des Dornrads 7, und in der Füllstation 26 und danach langsamer ist, ist zwischen der Bearbeitungsstation 24 zum Trocknen der Verpackungen 2 und der Füllstation 26 ein Abstand 41 vorgesehen, der wenigstens etwa der Lücke 40 zwischen den Gruppen von Verpackungen 2 nach der Übergabe an die Transporteinrichtung 17 in der Übergabestation 15 entspricht.
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Die in Reihe vor der Füllstation 26 wartenden Verpackungen 2 und Zellen 16 werden wegen des langsameren Takts beim Füllen langsamer weitertransportiert als die Verpackungen 2 der nächsten Gruppe von Verpackungen 2 herantransportiert werden, da die Taktzeiten dieser Verpackungen 2 kürzer ist. Die ursprüngliche Lücke 40 zwischen den Gruppen von Verpackungen 2 und der Abstand 41 zwischen der Bearbeitungsstation 24 unmittelbar vor der Füllstation 26 ist nun so ausgelegt, dass wenn die letzte Verpackung 2 einer Gruppe von Verpackungen 2 gefüllt wird oder gefüllt worden ist, die nachfolgende Gruppe von Verpackungen 2 zu der vorrangehenden Gruppe von Verpackungen 2, von der sich die letzte Verpackung 2 noch in der Füllstation 26 befindet, schrittweise aufgeschlossen hat.
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Bei dem dargestellten Verfahren werden auch die nach dem Füllen folgenden Takte, insbesondere der Takt der Bearbeitungsstation 28 zum Verschließen der Verpackung 2 zur Bildung einer Packung, ebenso verlangsamt wie der Takt in der Füllstation 26, da dies zulässig ist und das Schließen der Verpackungen 2 nicht beeinträchtigt. Es wäre aber auch denkbar, diese Takte wiederum schneller, insbesondere mit denselben Taktzeiten wie das Dornrad 7, durchzuführen. Auch muss nicht vorgesehen sein, dass die Gruppen von Verpackungen 2 vor der langsameren Bearbeitungsstation 22,23,24,28 und/oder Füllstation 26 vollständig auf die vorhergehende Gruppe von Verpackungen 2 aufschließen. Ebenso ist es möglich, dass wenigstens in einer der Bearbeitungsstationen 22,24,26,28 ein Takt vorgesehen wird, der langsamer als der Takt des Dornrads 7 ist. Ebenso ist es möglich, wenn dies für wenigstens eine der Bearbeitungsstationen 22,23,24,28 und wenigstens eine Füllstation 26 gilt. Nach dem zuvor beschriebenen Verfahrensprinzip kann die Füllmaschine 1 als grundsätzlich sehr flexibel betrieben und zweckmäßig an unterschiedliche Anforderungsprofile angepasst werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn in der Füllmaschine 1 zwischen bestimmten Stationen, also wenigstens einer Bearbeitungsstation 22,23,24,28 und/oder einer Füllstation 26 ein ausreichender Abstand 41 vorgesehen ist, um bedarfsweise eine entsprechend große Lücke 40 zwischen aufeinanderfolgenden Gruppen von Verpackungen 2 schließen zu können.
