DE102018111041A1

DE102018111041A1 - Verfahren und Formeinheit zum Formen von Folienformteilen

Info

Publication number: DE102018111041A1
Application number: DE102018111041.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Sdahl
Original assignee: Stampac GmbH
Current assignee: Stampac GmbH
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-06-19

Abstract

Die Erfindung betrifft unter anderem ein Verfahren zum Formen von Folienformteilen einer Folienverpackung von Lebensmittelprodukten, insbesondere von Schokoladenhohlkörpern, mittels einer Formeinheit (12, 112), die eine Auflagefläche (92) für eine zu verformende Folie, wenigstens einen Stempel (30, 130) mit einer formgebenden Außenkontur (62, 162), sowie wenigstens eine Matrize (32, 132) mit einer Innenausnehmung (56, 156) umfasst, die eine mit der Außenkontur (62, 162) des wenigstens einen Stempels (30, 130) im wesentlichen korrespondierende Innenkontur aufweist. In einem ersten Formschritt werden der wenigstens eine Stempel (30, 130) und die wenigstens eine Matrize (32, 132) zum Formen der Folie relativ zueinander bewegt, wobei einer erster Mindestabstand zwischen der Stempelaußenkontur (62, 162) und der Matrizeninnenkontur im zueinander bewegten Zustand größer ist als die Dicke der zu verformenden Folie, und dass in wenigstens einem weiteren Formschritt der wenigstens eine oder ein zweiter Stempel (30, 130) und die wenigstens eine oder eine zweite Matrize (32, 132) zum Formen des vorgeformten Folienabschnitts weiter zusammengebracht werden, wobei ein zweiter Mindestabstand zwischen der Stempelaußenkontur (62, 162) und der Matrizeninnenkontur im zusammengebrachten Zustand geringer ist als der erste Mindestabstand.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Formeinheit zum Formen von Folienformteilen einer Folienverpackung von Lebensmittelprodukten, insbesondere von Schokoladenhohlkörpern, mittels einer Formeinheit, die eine Auflagefläche für eine zu verformende Folien, wenigstens einen Stempel mit einer formgebenden Außenkontur, sowie wenigstens eine Matrize mit einer Innenausnehmung umfasst.
Allgemein ist das Umformen von dünnen Folien (mit oder ohne Beschichtung), beispielsweise aus Aluminium, Papier oder Kunststoff mit einer Dicke von beispielsweise 8µm bis ca. 40 µm kein Tiefziehvorgang, wie er beispielsweise aus der Blechumformung im Automobilbau bekannt ist. Stattdessen handelt es sich dabei um einen Faltvorgang, bei dem die Folie durch einen Stempel in eine Matrize gedrückt wird. Dabei wird sie verfaltet und bildet so ihre endgültige Form. Es finden folglich nur geringfügige Fließvorgänge bis ca. 10% statt, jedoch keine Fließvorgänge, wie sie beispielsweise aus der Blechumformung bekannt sind.
Aus dem Stand der Technik, insbesondere der Druckschrift DE 24 20 680 A1 , ist ein Verfahren zum Herstellen von becherartigen Behältern aus dünnem Metallband bekannt, bei dem mittels einer entsprechenden Vorrichtung ein Behälter mit einem vom Boden über die Seitenwand zum Behälterrand ansteigendem Widerstandsmoment erzeugt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass im Bereich der Seitenwände des Behälters eine nach oben zunehmende Faltprägung vorgesehen wird.
Der Formvorgang und der Schneidvorgang werden mit der gleichen Vorrichtung bewirkt, die neben einer Matrize am Werkzeugunterteil und einem Stempel am Werkzeugoberteil auch ein Schneidmesser am Werkzeugoberteil und einen elastisch gelagerten Schneidring am Werkzeugunterteil aufweist. Zuerst wird in einem einzigen Arbeitshub das gewünschte Folienstück aus dem Metallband ausgeschnitten und dann umgeformt. Der Stempel ist mehrstufig mit einem Patrizenvorlaufstempel und einem Stauchring ausgebildet. Die Matrizenhohlform, in die der Stempel zur Verformung des Metallbandes eintaucht, ist ebenfalls mit einer gestuften Ausnehmung versehen. Bei dieser geht ein erster konischer Ausnehmungsbereich, der mit seiner Innenkontur der Außenkontur des Patrizenvorlaufstempels entspricht, mit einer Stufe in einen zweiten ringförmigen Ausnehmungsbereich über, der mit seiner Innenkontur der Außenkontur des Stauchrings entspricht.
In der Druckschrift WO2017/144664 A1 ist ebenfalls eine Stempelvorrichtung mit zwei nebeneinander angeordneten Formeinheiten und Beschneideeinheiten zum Beschneiden der geformten Folienhalbschalen beschrieben. Bei dieser Lösung wird, wie auch bei der DE 24 20 680 A1 , in einem einzigen Arbeitshub geschnitten und umgeformt, allerdings in umgekehrter Reihenfolge. Hierzu ist der Stempel elastisch an dem Werkzeugoberteil angebracht, während die Schnittvorrichtung starr mit diesem verbunden ist.
Schließlich beschreibt die EP 2 765 081 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Folienverpackung für Lebensmittelprodukte gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1.
Während des Umformvorgangs können zwischen den Formwerkzeugen so hohe Kräfte auftreten, dass die umzuformende Folie reißen kann. Damit dies nicht geschieht, werden in der Praxis ausreichend dicke Folien gewählt, um den Ausschuss in der Produktion gering zu halten. In der Konsequenz steigen die Materialkosten. Zudem sind zum Umformen dickerer Folien höhere Umformkräfte erforderlich, was sich negativ auf die Standzeiten der Maschinen auswirken kann. Weiterhin müssen die Maschinen von vornherein eine höhere Stabilität aufweisen, um höhere Kräfte aufbringen zu können, was zudem die Maschinenkosten in die Höhe treibt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, bestehende Lösungen weiter zu verbessern, um insbesondere noch dünnere Folien umformen zu können, ohne dass diese einreißen. Hierdurch können gegenüber bestehenden Lösungen Material und damit Kosten eingespart werden.
Erfindungsgemäß schlägt die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt hierzu ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.
Demgemäß werden in einem ersten Formschritt der wenigstens eine Stempel und die wenigstens eine Matrize zum Formen der Folie relativ zueinander bewegt, wobei der erste Mindestabstand zwischen der Stempelaußenkontur und der Matrizeninnenkontur im zueinanderbewegten Zustand größer ist als die Dicke der zu verformenden Folie, und in wenigstens einem weiteren Formschritt werden der wenigstens eine oder ein zweiter Stempel und die wenigstens eine oder eine zweite Matrize zum Formen des vorgeformten Folienabschnitts weiter zusammengebracht, wobei der zweite Mindestabstand zwischen der Stempelaußenkontur und der Matrizeninnenkontur kleiner ist als der erste Mindestabstand.
Der erste Mindestabstand kann je nach Umformeigenschaften und Reibungseigenschaften des umzuformenden Materials gewählt sein und beispielsweise die doppelte Dicke der zu verformende Folie betragen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zu verformende Folie, sei sie nun vorgeschnitten oder nicht, in einem mehrstufigen Verfahren, d.h. in mehreren, also wenigstens zwei, Arbeitshüben, verformt. Bei dem ersten Schritt, bei dem der wesentliche Teil der Umformung vorgenommen wird, wird durch den vorgesehenen Mindestabstand zwischen Stempel und Matrize die Reibung zwischen der Folie und den umformenden Werkzeugteilen signifikant reduziert. Demgemäß kann das Risiko des Einreißens der Folie bei diesem Arbeitsschritt nennenswert verringert werden. In wenigstens einem weiteren Schritt wird die vorgeformte Folie dann nachgeformt bzw. in die gewünschte Endform gebracht. Dabei werden die Formwerkzeuge in üblicher Weise relativ zueinander bewegt, d.h. es kann nur der Stempel relativ zu der Matrize, die Matrize relativ zu dem Stempel oder beide Werkzeugteile zueinander bewegt werden.
Dadurch dass die Folie bereits wesentlich vorgeformt ist, muss in dem weiteren Schritt nur noch eine geringe Umformung bzw. Faltung vorgenommen werden, so dass die hierbei üblicherweise auftretenden Reibungskräfte kein hohes Risiko eines Einreißens der Folie mit sich bringen.
Grundsätzlich ist es selbstverständlich auch denkbar, mehr als zwei Formschritte, d.h. beispielsweise drei oder vier Formschritte, durchzuführen. Allerdings erfordern mehrere Formschritte eine längere Bearbeitungszeit, was sich wiederum negativ auf die Produktionskosten und die Produktionsmenge auswirken kann. Zudem ist der zusätzliche Vorteil gegenüber einem Verfahren mit zwei Formschritten möglicherweise nicht mehr so groß, dass dies einen nennenswerten Benefit gegenüber den längeren Bearbeitungszeiten mit sich bringt.
Wenn von Formschritten bzw. Arbeitshüben die Rede ist, bedeutet dies nicht, dass zwischen dem ersten und dem weiteren Formschritt die Formwerkzeuge in ihre Ausgangsposition zurückverbracht werden müssen. Stattdessen können die verwendeten Formwerkzeuge des ersten Formschrittes nach kurzer Unterbrechung bzw. Innehalten in ihrer Position mit einem ersten Mindestabstand zueinander von dieser Position aus in ihre zweite Position mit einem zweiten geringeren Mindestabstand zueinander verbracht werden. Nur im Falle eines denkbaren Wechsels der verwendeten Formwerkzeuge kann eine Rückstellung in die Ausgangsposition erforderlich sein.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird durchgängig der Begriff Folienverpackung verwendet. Die Folie kann dabei aus Kunststoffmaterialien, wie beispielsweise PVC, metallischen Materialien, wie beispielsweise Aluminium, oder aus Verbundwerkstoffen bestehen. Die Folie muss zudem im Ausgangszustand, d.h. bei Raumtemperatur, nicht flexibel sein, sondern kann eine gewisse Steifigkeit aufweisen, und zur besseren Bearbeitung kontinuierlich oder einmalig erwärmt werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass in dem ersten Formschritt ein erster Stempel verwendet wird und in dem zweiten Formschritt ein zweiter Stempel, wobei der erste Stempel und der zweite Stempel im Wesentlichen die gleiche Außenkontur aufweisen, jedoch der erste Stempel um einen vorgegebenen Faktor kleiner ist als der zweite Stempel.
Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass in dem ersten Formschritt eine erste Matrize verwendet wird und in dem zweiten Formschritt eine zweite Matrize, wobei die erste Matrize und die zweite Matrize im Wesentlichen die gleiche Außenkontur aufweisen, jedoch die erste Matrize um einen vorgegebenen Faktor größer ist als die zweite Matrize.
Es ist also denkbar, dass in dem Verfahren unterschiedliche Stempel mit ein und derselben Matrize verwendet werden, oder dass in dem Verfahren unterschiedliche Matrizen mit ein und demselben Stempel verwendet werden, oder dass in dem Verfahren mehrere unterschiedliche Matrizen-Stempel-Paare verwendet werden.
Zudem kann vorgesehen sein, dass die Formeinheit ferner einen Niederhalter aufweist, wobei der Niederhalter bei dem ersten Formschritt einen Mindestabstand zu der Auflagefläche der Formeinheit aufweist, der größer ist als die Dicke des zu verformenden Folienzuschnitts, und wobei der Niederhalter bei einem weiteren Formschritt in Anlage zu einem den vorgeformten Folienabschnitt umgebenden Flanschabschnitt der Folie gebracht wird, so dass dieser Flanschabschnitt der Folie zwischen dem Niederhalter und der Auflagefläche der Formeinheit kraftschlüssig gehalten wird.
Der Niederhalter übernimmt dabei in dem weiteren, insbesondere dem letzten, Formschritt die übliche Funktion eines Niederhalters, nämlich die Fixierung der zu verformenden Folie in einem Randbereich, der nicht durch Stempel und Matrize der Formeinheit umgeformt werden soll. In dem ersten Formschritt indes kann dadurch, dass der Niederhalter auf Distanz zu der Auflagefläche und damit auch zu der zu verformenden Folie gehalten wird, wiederum die beim Umformen der Folie auftretende Reibung zwischen der Folie und den Werkzeugteilen weiter verringert werden.
Dabei kann der Niederhalter während des ersten Formschrittes beispielsweise in einem Mindestabstand zu der Auflagefläche gehalten werden, die ein Vielfaches der Dicke der zu verformenden Folie aufweist, beispielsweise zweimal, dreimal oder fünfmal die Dicke der zu verformenden Folie. Auch hier kann der Mindestabstand in Abhängigkeit von den Umformeigenschaften und Reibungseigenschaften des umzuformenden Materials gewählt sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung kann auch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 zu einer Verminderung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beitragen.
Um den Niederhalter auf einfache Weise in einem vorgegebenen Abstand zu der Auflagefläche und damit zu der zu verformenden Folie zu halten, können Distanzstücke oder Distanzvorsprünge oder dergleichen vorgesehen sein, die in dem ersten Formschritt zwischen dem Niederhalter und der Auflagefläche der Formeinheit angeordnet sind. Beispielsweise können axiale (bezogen auf die axiale Hubbewegung der Werkzeugteile der Formeinheit) Distanzvorsprünge an dem Niederhalter oder an der Auflagefläche angeordnet sein und sich in dem ersten Formschritt an der Auflagefläche oder dem Niederhalter abstützen. Weiterhin kann die Auflagefläche oder der Niederhalter jeweils Ausnehmungen aufweisen, in die die Distanzvorsprünge in einem weiteren Formschritt einzutauchen vermögen. Hierzu kann in einem weiteren Formschritt der Niederhalter relativ zu der Auflagefläche verschoben oder verdreht werden. Die Distanzvorsprünge können in der verschobenen oder verdrehten Stellung in die korrespondieren Ausnehmung in der Weise eingreifen, so dass die gewünschte Anlage des Niederhalters erreicht werden kann.
Im Falle von mehr als zwei Formschritten können bei den Zwischenschritten zwischen dem ersten und dem letzten Formschritt auch Zwischenpositionen des Niederhalter erreicht werden, beispielsweise durch mehrere radial versetzte Ausnehmungen unterschiedlicher Eintauchtiefe, wobei je nach relativer Verdrehung des Niederhalters zur Auflagefläche, die Distanzvorsprünge in unterschiedlich tiefe Ausnehmungen einzugreifen vermögen.
Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass wenigstens eine Matrize und/oder wenigstens ein Stempel zumindest abschnittsweise einen elastischen Einsatz aufweist bzw. aufweisen.
Insbesondere dann, wenn der Stempel einen Bereich bzw. eine Region aufweist, die eine schwer zu formende Geometrie enthält, wie beispielsweise kleine Vorsprünge, Ecken und/oder Kanten, besteht ein hohes Risiko, dass eine (vergleichsweise dünne) Folie in diesen Bereichen reißen könnte. Dies ist darauf zurückzuführen, dass üblicherweise der Stempel zuerst mit solchen vorstehenden Konturen in Kontakt mit der Folie kommt und durch die vorstehende Kontur eine lokal begrenzte hohe Druckbeaufschlagung der Folie erfolgt. Gerade in solchen Bereichen erfährt die Folie beim Umformen die höchste Krafteinwirkung, insbesondere Dehnung. Typische Beispiele für solche schwer zu formenden Geometrien sind beispielsweise die Gesichter von Figuren, die eine Vielzahl von teilweise ausgeprägten Konturübergängen beinhalten.
Dadurch, dass ein entsprechender elastischer Einsatz in einem solchen Bereich vorgesehen wird, wird der auf die Folie in diesem Bereich einwirkende Druck verringert und damit das Risiko eines Einreißens der Folie vermindert.
Eine denkbare Ausgestaltung eines solchen Einsatzes kann beispielsweise einen Einsatz aus einem elastischen Kunststoff bzw. Elastomer umfassen. Insbesondere eine Ausgestaltung mit Schaumstoff, beispielsweise Moosgummi, Gummi oder mit Silikon ist denkbar.
Weiterhin ist es denkbar, dass der elastische Einsatz gegenüber der restlichen Formkontur des Stempels und/oder der Matrize geringfügig vorsteht, so dass sichergestellt ist, dass der Einsatz als erstes in Anlage mit der umzuformenden Folie und dem entsprechenden formenden Gegenstück gelangt. Auf diese Weise kann insbesondere bei einer Verwendung eines Einsatzes aus einem Elastomer oder Silikon neben dem Effekt einer verringerten Härte und damit Druckbelastung auch eine deutliche Reibungserhöhung (erhöhte Haftreibung) in diesem Bereich erzielt werden. Durch die erhöhte Reibung wird verhindert, dass die Folie gerade in diesem Bereich mit den schwer zu formenden Geometrien übermäßig gedehnt wird. Auch dies führt dazu, dass das Risiko für ein Einreißen der Folie in diesem Bereich vermindert wird.
Der Einsatz kann weiterhin insbesondere austauschbar an dem Stempel und/oder der Matrize angebracht sein. Durch die Austauschbarkeit wird gewährleistet, dass auch im Falle von Verschleiß, insbesondere aufgrund von Versprödung im Falle von einem verwendeten Elastomer oder Silikon, die Formeinheit durch einen einfachen Austausch schnell wieder instandgesetzt werden kann.
Dabei kann der elastische Einsatz beispielsweise formschlüssig an der Matrize oder dem Stempel angebracht sein. Hierbei können Haltestrukturen am Einsatz oder an der Aufnahme vorgesehen sein, die ein formschlüssiges Hintergreifen einer korrespondierenden Haltestruktur an der Aufnahme oder Einsatz ermöglichen. Denkbare Ausgestaltungsvarianten umfassen beispielsweise eine noppenförmige oder pilznoppenförmige Struktur an dem Einsatz und korrespondierende Ausnehmungen an dem Stempel bzw. der Matrize.
Auch kann der Einsatz, insbesondere bei der Verwendung eines Elastomers oder Silikons als Material, in eine entsprechende Ausnehmung eingepresst werden und kraftschlüssig (infolge der erhöhten Reibung an den anliegenden Bereichen des Stempels oder der Matrize) darin gehalten sein.
Daneben betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Formeinheit zum Formen von Folienformteilen einer Folienverpackung von Lebensmittelprodukten, insbesondere von Schokoladenhohlkörpern, mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Formen von Folienformteilen einer Folienverpackung von Lebensmittelprodukten gemäß Anspruch 13.
Dadurch, dass bei dem Formverfahren sowohl der Stempel in Richtung der Matrize als auch die Matrize in Richtung des Stempels bewegt werden und die Matrize derart in Richtung des Stempels bewegt wird, dass die Matrize bereits vor Erreichen eines unteren Umkehrpunkts des Stempels mit der Folie in Kontakt kommt, wird bereits zu einem früheren Zeitpunkt als üblich, nämlich vor dem Erreichen des unteren Umkehrpunkts, eine Verformung der Folie erreicht, wodurch sich wesentlich geringere Niederhaltekräfte ergeben und eine einfachere Ausführung des gesamten Werkzeugs ermöglicht wird. Unter anderen kann dadurch der Folienträger mit einer sehr einfachen, die zu verpackende Figur beschreibenden zweidimensionalen Kontur statt einer dreidimensionalen Kontur für jeden Folienträger ausgeführt werden, was aufgrund der Tatsache, dass der Folienträger mehrfach in der Formeinheit eingesetzt wird, zu einer erheblichen Kosteneinsparung führt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass aufgrund der geringeren Niederhaltekräfte und der sich dadurch ergebenden verringerten Belastung der Folie Beschädigungen derselben wesentlich reduziert bzw. ausgeschlossen werden können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrens kann vorgesehen sein, dass, nachdem die Matrize mit der Folie in Kontakt gekommen ist, der Stempel und die Matrize in derselben Richtung bewegt werden, wobei die Folie zwischen dem Stempel und der Matrize fixiert wird. Dadurch können besonders kritische Bereiche der Folie zuverlässig geformt werden. Des Weiteren besteht bei diesem Verfahren die Möglichkeit, den Stempel so zu steuern, dass er nach dem Eintauchen in den Folienträger mit der Matrize wieder zurück bewegt wird, um eine Vorformung der Folie durch die Matrize zu unterstützen.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem auch eine Verpackungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Eine solche umfasst: eine Schneideinheit zum Zuschneiden der Folienhalbzeuge, eine Formeinheit zum Formen der Folienhalbzeuge und eine Schließeinheit zum Verbinden der Folienhalbzeuge zu einem abgeschlossenen Gehäuse für das aufgenommene Lebensmittelprodukt. Darüber hinaus umfasst die Verpackungsvorrichtung eine Fördereinheit zum Fördern der zu bearbeitenden Folienhalbzeuge der Folienverpackung zwischen den einzelnen Bearbeitungseinheiten der Verpackungsvorrichtung.
Weiterhin kann eine solche Verpackungsvorrichtung eine Anzahl von Bearbeitungseinheiten zur Bearbeitung der Folienhalbzeuge der Folienverpackung aufweisen, die als Werkzeugsysteme mit mindestens drei Werkzeugteilen ausgebildet sind, nämlich mit mindestens einem Werkzeugmittelteil sowie einem Werkzeugunterteil (beispielsweise einer Matrize) und einem Werkzeugoberteil (beispielsweise einem Stempel), die im Betrieb zusammen zu wirken vermögen.
Weiterhin kann bei einer solchen Verpackungsvorrichtung die Fördereinheit das Werkzeugmittelteil in Form eines Folienträgers zur Aufnahmen und Förderung von wenigstens einem zu bearbeitenden Folienhalbzeug der Folienverpackung zwischen den einzelnen Bearbeitungseinheiten der Verpackungsvorrichtung nutzen. Zudem kann vorgesehen sein, dass das Werkzeugmittelteil mit jeweils wenigstens einem weiteren Werkzeugteil (d.h. dem Werkzeugunterteil oder dem Werkzeugoberteil) des Werkzeugsystems zusammenzuwirken vermag, wobei das weitere Werkzeugteil jeweils ein Werkzeugteil einer der Bearbeitungseinheiten ist, die der Bearbeitung des Folienhalbzeugs von der Aufnahme auf dem Werkzeugmittelteil bis zu seiner Fertigstellung als Folienverpackung dienen. Hierzu weist das Werkzeugmittelteil wenigstens eine Schnittstelle auf, mittels derer es mit wenigstens einem Werkzeugteil jeder dieser Bearbeitungseinheiten kompatibel ist.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht somit darin, dass das Werkzeugunterteil und das Werkzeugoberteil jeweils einer Bearbeitungseinheit zuzuordnen sind, beispielsweise Werkzeugteile einer Schneideinheit, einer Fügeeinheit oder einer Formeinheit bilden, während das Werkzeugmittelteil all diese Bearbeitungseinheiten mit einem aufgenommenen Folienhalbzeug durchläuft und damit ein Umsetzen der Folienhalbzeuge zwischen den einzelnen Bearbeitungseinheiten mit zusätzlichen Transportvorrichtungen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, unnötig macht.
Dadurch, dass das Werkzeugmittelteil mit wenigstens einem Werkzeugteil jeder dieser Bearbeitungseinheiten kompatibel ist, kann es alle diese Bearbeitungseinheiten zur Bearbeitung des Folienhalbzeugs von der Aufnahme auf dem Werkzeugmittelteil bis zu der Fertigstellung als Folienverpackung durchlaufen, ohne dass ein zusätzliches Umsetzen notwendig wird. Zugleich kann das Werkzeugmittelteil selbst Funktionsträger sein und mit einem der Werkzeugteile zur Bearbeitung des Folienhalbzeugs zusammenwirken.
Die Bearbeitungseinheiten der Verpackungsvorrichtung, die im Sinne dieser Ausgestaltungsvariante unmittelbar zur Bearbeitung der Folienhalbzeuge der Folienverpackung dienen, können allesamt als Werkzeugsystem mit wenigstens einem Werkzeugunterteil und einem Werkzeugoberteil, die der Bearbeitungseinheit zugeordnet sind, sowie einem Werkzeugmittelteil, das zur Bearbeitung des aufgenommenen Folienhalbzeugs in die Bearbeitungseinheit verbracht und im Anschluss daran aus dieser hinaus gefördert werden kann, aufgebaut sein. Dabei können die Folienträger der Fördereinheit, die dem Werkzeugmittelteil des Werkzeugsystems entsprechen, mit jeder der Bearbeitungseinheiten kompatibel sein.
Sofern weitere Bearbeitungseinheiten vorgesehen sind, die nicht der unmittelbaren Bearbeitung der Folienhalbzeuge dienen, beispielsweise eine Beladeeinheit zum selektiven Bestücken der geformten Folienformteile oder eine Klappeinheit zum selektiven Umklappen der nicht bestückten Folienformteile auf jeweils ein bestücktes Folienformteil, so können die Folienträger insoweit kompatibel mit diesen Bearbeitungseinheiten sein, dass der Folienträger diese Bearbeitungseinheiten durchlaufen kann und das darin aufgenommene Folienhalbzeug entsprechend bearbeitet werden kann.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jeweils zwei benachbarte Folienträger über einen Klappmechanismus miteinander verbunden sind, und derjenige Folienträger, der jeweils ein unbestücktes Folienformteil trägt, in einer Klappeinheit umgeklappt wird, um dieses unbestückte Folienformteil auf das bestückte Folienformteil zu klappen, und im Nachgang wieder zurückgeklappt wird. Auch kann vorgesehen sein, dass jeder zweite Folienträger mit einer wie auch immer gearteten Markierung versehen ist, die angibt, dass dieser Folienträger bestückt oder nicht bestückt werden soll. Auf diese Weise kann insbesondere eine robotergestützte Bestückung, beispielsweise mit Hilfe eines Deltaroboters, sinnvoll unterstützt werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Fördereinheit als kontinuierliche Fördereinheit ausgebildet ist und insbesondere ein umlaufendes Förderband, eine umlaufende Förderkette oder eine rotierende Förderplatte umfasst. Hierdurch wird eine kontinuierliche Förderung der Folienträger zwischen den Bearbeitungsbereichen und damit eine verbesserte Taktzeit erreicht, was neben dem Vorteil eines geringeren Ausschusses insbesondere einen höheren Output ermöglicht.
Allgemein gesprochen weist die Fördereinheit somit ein umlaufendes Trägersystem für die Folienträger und damit die darin aufgenommenen Folienhalbzeuge auf. Die Folienträger können dabei auf unterschiedlichste Weise an dem zugehörigen kontinuierlich umlaufenden Trägersystem befestigt sein. Beispielsweise ist es denkbar, bei paarweise über einen Klappmechanismus verbundenen Folienträgern nur denjenigen Folienträger zu befestigen, der in der Beladeeinheit mit einem Lebensmittelprodukt bestückt wird und somit von der Klappeinheit nicht umgeklappt wird.
Das Trägersystem kann weiterhin aus unterschiedlichsten Materialien hergestellt sein. So ist es beispielsweise denkbar, ein Förderband oder eine Förderkette aus Kunststoff vorzusehen. Auch kann die Wahl von Metallketten oder-bändern sinnvoll sein. Im Falle einer rotierenden Förderplatte kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Folienträger nur in einem äußeren umlaufenden Bereich ringförmig angeordnet sind und die restliche Förderplatte zur Gewichtseinsparung mit Ausnehmungen versehen ist. Auch hier können selbstverständlich unterschiedlichste Materialien zum Einsatz kommen.
Um den klappbaren Folienträger in seiner Ausgangsstellung, d.h. in einer Stellung, in der er mit einem Folienstück beladen werden kann, an dem Trägersystem zu sichern, kann eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindungsart vorgesehen sein. So ist es beispielsweise denkbar, über eine lösbare Rastverbindung einen lösbaren Formschluss bereitzustellen, der in der Klappeinheit durch entsprechenden Krafteinsatz gelöst und nach dem Umklappen beim Zurückklappen wieder hergestellt werden kann. Alternativ ist es auch denkbar, eine Magnetverbindung oder Klettverbindung als kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Folienträger und dem zugehörigen Trägersystem der Fördereinheit vorzusehen, die wiederum einfach lösbar ist und zugleich den Folienträger in seiner Ausgangsposition sichert.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Werkzeugteil des Werkzeugsystems, insbesondere das Werkzeugunterteil und/oder das Werkzeugoberteil, in wenigstens einer Richtung quer zur Bearbeitungsrichtung schwimmend gelagert ist.
Bedingt durch das mehrteilige Werkzeugsystem ist es notwendig, in den einzelnen Bearbeitungseinheiten die Werkzeugteile für eine saubere und sichere Bearbeitung sehr genau zusammen zu führen. Um eine leichte Fehlpositionierung der Werkzeugteile zueinander auszugleichen, kann eine schwimmende Lagerung bei einem oder mehreren der Werkzeugteile des Werkzeugsystems vorgesehen sein. Insbesondere kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Werkzeugmittelteil das führende System darstellt, d.h. die Referenz, und dass das Werkzeugunterteil und das Werkzeugoberteil sich an dem Werkzeugmittelteil ausrichten. Bei dieser Ausführungsform kann die schwimmende Lagerung an dem Werkzeugunterteil und/oder dem Werkzeugoberteil vorgesehen sein.
Diese kann beispielsweise mit Hilfe von einer Adapterplatte erreicht werden, die mit dem Werkzeugunterteil bzw. dem Werkzeugoberteil derart verbunden ist, dass sie eine Relativbewegung quer zur Bearbeitungsrichtung des Werkzeugs zulässt. Die Bearbeitungsrichtung bezeichnet dabei die Richtung, in welche die Werkzeugteile, d.h. insbesondere die zusammenwirkenden Werkzeugteile des Werkzeugsystems bei einem Bearbeitungsschritt bewegt werden, um eine Bearbeitung des Folienhalbzeugs zu ermöglichen. Im Falle einer Formeinheit oder einer Schneideinheit kann dies insbesondere eine Hubbewegung sein.
Um ein Zusammenführen der Werkzeugteile des Werkzeugsystems während eines Bearbeitungsschrittes zu erleichtern, kann ferner vorgesehen sein, dass wenigstens ein Werkzeugteil, insbesondere das Werkzeugunterteil und/oder das Werkzeugoberteil, Fügeschrägen aufweist, bzw. aufweisen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass alternativ oder zusätzlich zu den Fügeschrägen, Führungshilfen, beispielsweise in Form von einer vorspringenden Struktur an einem der Werkzeugteile, die in eine korrespondierende Aufnahmestruktur an einem anderen der Werkzeugteile einzutauchen vermag, vorgesehen sind, um eine zuverlässige Ausrichtung der Werkzeugteile während eines Bearbeitungsschrittes sicherzustellen.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Variante kann vorgesehen sein, dass das Werkzeugunterteil und/oder das Werkzeugoberteil einer Bearbeitungseinheit zumindest abschnittsweise entlang der Förderrichtung des Werkzeugmittelteils hin und her bewegbar sind. Auch diese Maßnahme dient insbesondere dazu, einen kontinuierlichen Betrieb einer solchen Verpackungsvorrichtung zu ermöglichen, die als Bearbeitungseinheiten Werkzeugsysteme gemäß der Erfindung nutzt. So erfolgen die Bearbeitungsschritte Formen, Schneiden und Fügen in der Regel innerhalb eines gewissen Zeitfensters, innerhalb dessen eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeugmittelteil und den Werkzeugunter- und -oberteilen nachteilig wäre. Somit muss zumindest für die Zeitdauer des jeweiligen Bearbeitungsschritts das Werkzeugmittelteil relativ zu dem Werkzeugunterteil und Werkzeugoberteil der Bearbeitungseinheit stillstehen.
Im Stand der Technik wird ein diskontinuierlicher Betrieb vorgeschlagen, bei dem beispielsweise der Takttisch ( WO 2017/144664 A1 ) während des jeweiligen Bearbeitungsschrittes stillsteht. In der Folge richtet sich der Stillstand des Takttisches auch nach der längsten Bearbeitungszeit, wodurch ein zusätzlicher Zeitverlust entsteht.
Gemäß dieser Weiterbildung kann durch die Bewegbarkeit der Werkzeugteile einer Bearbeitungseinheit entlang der Förderrichtung des Werkzeugmitteilteils (zumindest über eine vorgegebene Streckenlänge) ein kontinuierlicher Betrieb ohne unerwünschte Stillstandszeiten erreicht werden.
Der Antrieb des Werkzeugmittelteils kann dabei beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 20m/min bis zu 30m/min laufen. Selbstverständlich sind jedoch auch Vorrichtungen denkbar, bei denen der Antrieb mit einer höheren Geschwindigkeit als 30m/min oder mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als 20m/min läuft.
Je nach Bearbeitungszeit in einer Bearbeitungseinheit kann an der Geschwindigkeit, mit der der Antrieb des Werkzeugmittelteils läuft, auch die zurücklegbare Streckenlänge für das jeweils mitzubewegende Werkzeugteil der Bearbeitungseinheit, d.h. das Werkzeugunterteil und/oder das Werkzeugoberteil, bemessen werden. Die Rückförderung der in Förderrichtung des Werkzeugmittelteils mit diesem bzw. diesen während des Bearbeitungsvorgangs mitbewegten Werkzeugteil(en) der Bearbeitungseinheit kann dabei mittels eines separaten Antriebs oder beispielsweise über eine Rückstelleinrichtung erfolgen, die insbesondere einen elastischen Mechanismus zur Rückführung nutzt. Denkbar hierfür sind beispielsweise Spiralfedern oder dergleichen.
Gemäß einer Weiterbildung kann sowohl für das Werkzeugsystem als auch die Verpackungsvorrichtung vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Schnittstelle des Werkzeugmittelteils bzw. Folienträgers einen Aufnahmebereich umfasst, und dass wenigstens ein Werkzeugteil einer der Bearbeitungseinheiten der Verpackungsvorrichtung fallweise in dem Aufnahmebereich des Werkzeugmittelteils bzw. Folienträgers aufgenommen sein kann, wobei insbesondere der Aufnahmebereich des Werkzeugmittelteils bzw. Folienträgers eine Innenkontur aufweist, die mit einer entsprechenden Außenkontur des jeweiligen Werkzeugteils der jeweiligen Bearbeitungseinheit korrespondiert.
Die vorgesehene wenigstens eine Schnittstelle dient dazu, die Kompatibilität des Werkzeugmittelteils bzw. Folienträgers mit Werkzeugteilen der Bearbeitungseinheiten zu ermöglichen. Dabei kann die Schnittstelle unter anderem einen Aufnahmebereich umfassen, in dem fallweise, d h. dann, wenn das Werkzeugmittelteil bzw. der Folienträger im Bereich einer bestimmten Bearbeitungseinheit angelangt ist, ein Werkzeugteil der zugehörigen Bearbeitungseinheit in dem Aufnahmebereich zumindest teilweise aufgenommen wird. So kann beispielsweise eine Matrize in einen solchen Aufnahmebereich ein- und ausgefahren werden, um mit einem Stempel der Formeinheit zusammenzuwirken.
Um eine definierte und sichere Aufnahme zu gewährleisten, kann eine Abstimmung der Innenkontur des Aufnahmebereichs auf die entsprechende Außenkontur des jeweiligen Werkzeugteils vorgesehen sein. Auf diese Weise kann auch sichergestellt werden, dass nur in einer gewünschten Position der Werkzeugteile zueinander bzw. des Folienträgers zu den Werkzeugteilen einer Bearbeitungseinheit eine Bearbeitung erfolgen kann. Hierdurch kann eine Fehlstellung zu einer Unterbrechung des Bearbeitungsprozesses führen, ohne dass hierfür erst Ausschuss produziert und detektiert werden muss.
Zusätzlich können selbstverständlich auch weitere Schnittstellen in unterschiedlicher Ausprägung vorgesehen sein, die an unterschiedliche Werkzeugteile der unterschiedlichen Bearbeitungseinheiten angepasst sind.
Bei einer spezifischen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Werkzeugmittelteil bzw. der Folienträger im Wesentlichen plattenförmig mit einer im Wesentlichen zentralen Durchgangsöffnung als Aufnahmebereich ausgebildet ist, wobei insbesondere im Bereich der zentralen Durchgangsöffnung ein umlaufender Formbereich mit einer Phase von etwa 45 Winkelgrad vorgesehen sein kann, der in die Durchgangsöffnung mündet.
Die plattenförmige Ausbildung eines Werkzeugmittelteils bzw. Folienträgers ermöglicht die Bereitstellung eines ebenen Auflageabschnittes an einer der Stirnseiten des plattenförmigen Aufbaus, auf den ein Folienzuschnitt abgelegt werden kann. Weiterhin kann eine bezogen auf den Auflageabschnitt im Wesentlichen zentrale Durchgangsöffnung dazu dienen, dass Bearbeitungswerkzeugteile einer Bearbeitungseinheit, z. B. ein Stempel und eine Matrize von beiden Seiten des Folienzuschnitts (z.B. durch die zentrale Durchgangsöffnung des plattenförmigen Aufbaus hindurch) direkt oder indirekt auf den Folienzuschnitt einwirken können, um diesen zu bearbeiten. Dabei kann in der zentralen Durchgangsöffnung beispielsweise nur ein Werkzeugteil aufgenommen sein. Alternativ können während des Bearbeitungsschrittes auch beide Werkzeugteile, d.h. Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil gemeinsam darin zumindest abschnittsweise aufgenommen sein.
Eine denkbare Weiterbildung kann darin bestehen, dass zusätzlich im Bereich der zentralen Durchgangsöffnung ein Formbereich in der Art einer Fase von etwa 45 Winkelgrad vorgesehen sein kann, der in die Durchgangsöffnung mündet. Selbstverständlich kann auch eine in ihrer Neigung davon abweichende Fase sinnvoll sein; so kann beispielsweise eine umlaufende Fase von etwa 30 Winkelgrad, 60 Winkelgrad oder irgendeiner Gradzahl dazwischen, kleiner als 30 Winkelgrad oder größer als 60 Winkelgrad vorgesehen sein. Der Formbereich mit einer solchen Fase erleichtert zum einen in der Art einer Fügeschräge das Zusammenführen der Werkzeugteile des Werkzeugsystems und kann zum anderen in Kombination mit beispielsweise einem entsprechenden Formstempel dazu benutzt werden, das Folienhalbzeug in diesem Bereich anzulegen bzw. umzuknicken. So kann beispielsweise, wie im Nachgang näher erläutert wird, ein sich in den Fügeebenen der beiden Folienformteile bildender Rand je nach Wahl der Verpackungsgeometrie optisch störend wirken. Um diesen Effekt zu verringern kann in einem gesonderten Bearbeitungsschritt, beispielsweise nach dem Fügen der Formteile und einem abschließenden Zuschnitt der verbleibende Rand in einem Randanlegeverfahren angelegt werden. Hierzu kann in einfacher Weise ein entsprechender umlaufender Formbereich vorgesehen sein, der beispielsweise in die Durchgangsöffnung mündet. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass ein solcher Formbereich mit einem vorgegebenen Abstand zu der Durchgangsöffnung an dem Werkzeugmittelteil bzw. Folienträger vorgesehen ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Schnittstelle des Werkzeugmittelteils bzw. Folienträgers eine umlaufende Schneidnut und/oder wenigstens zwei Spannausnehmungen aufweist. Der Vorteil einer entsprechenden Schneidnut besteht darin, dass diese mit einem korrespondierenden Schneidmesser einer Schneideinheit derart zusammenwirken kann, dass ein sauberer Randabschnitt vor oder nach Fügen der Folienhalbzeuge erfolgen kann.
Mit Hilfe von wenigstens zwei Spannausnehmungen indes ist es möglich, eine besonders einfache und sichere Fixierung eines Folienzuschnitts bzw. eines Folienhalbzeugs auf den Folienträgern bzw. Werkzeugmittelteilen zu ermöglichen. So ist bekannt, dass das geringe Gewicht eines Folienzuschnitts in Verbindung mit der im Verhältnis großen Fläche einer Verpackungsfolie diese besonders anfällig für ein Verrutschen beim Transport macht. Bekannte Verfahren nutzen daher beispielsweise Unterdruck, um die Folienzuschnitte über Vakuumförderbänder oder dergleichen zu transportieren. Diese Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass sie ein umfangreiches, zusätzliches Maschinenequipment erfordern, wodurch wiederum Komplexität und Kosten erhöht werden.
Im Unterschied hierzu wird vorgeschlagen, dass der Folienzuschnitt in einem anderweitig nicht genutzten Abschnitt, d.h. nicht im Bereich des Formabschnitts, der später das Lebensmittelprodukt aufnehmen soll, während des Transports mit dem Werkzeugmittelteil bzw. Folienträger verstemmt wird. Hierzu weist die weitere Schnittstelle des Werkzeugmittelteils bzw. Folienträgers wenigstens zwei Spannausnehmungen auf, in die korrespondiere Formstempel einfahren können. Die zwischen dem Formstempel und der zugehörigen Spannausnehmung auf dem Werkzeugmittelteil bzw. Folienträger aufliegende Folie wird auf diese Weise in die zugehörige Spannausnehmung eingedrückt und verstemmt den Folienzuschnitt mit dem Werkzeugmittelteil. Hierdurch entsteht ein Formschluss, bei dem die beiden Verbindungspartner Folie und Spannausnehmung ineinandergreifen und ein Lösen verhindern.
Die Spannausnehmungen können insbesondere zu der Folienebene angestellt sein, d.h. ihre Längserstreckung ist hierzu in einem Winkel von 30 bis 60 Winkelgrad geneigt, so dass es zu einem Umgreifen der Folie mit dem Werkzeugmittelteil kommt. In einer besonders einfachen Ausführungsform werden die Spannausnehmungen durch Bohrungen mit kreisförmigen Querschnitt gebildet, deren Längsachse optimaler Weise in einem Winkel von 30 Grad bis 60 Grad zur Folienebene geneigt ist. Dabei können die Spannausnehmungen bzw. deren Längsachsen insbesondere einen Winkel von etwa 60 bis 120 Winkelgrad Grad zwischen sich einschließen. Alternative Ausgestaltungsvarianten, beispielsweise eine oder mehrere Spannausnehmungen mit einem Querschnitt mit einer komplexeren Kontur und einem Formstempel mit einer entsprechenden Gegenkontur sind selbstverständlich ebenso denkbar wie Spannausnehmung, die in einem abweichenden Winkel zur Folienebene angestellt sind.
Eine alternative oder zusätzliche Lösung kann darin bestehen, dass die Verpackungsvorrichtung ferner eine Sicherungsanordnung zur Fixierung der Folienhalbzeuge der Folienverpackung während des Transports zwischen den Bearbeitungseinheiten aufweist, wobei die Sicherungsanordnung oberhalb der Fördereinheit angeordnet ist, um die Folienhalbzeuge der Folienverpackung zwischen sich und den Folienträgern der Fördereinheit sichernd zu klemmen. Die Sicherungsanordnung kann unterschiedliche Bauteile zum Klemmen umfassen, beispielsweise dünne Bleche oder Riemenbänder, die oberhalb der Folienträger der Fördereinheit mit der Geschwindigkeit der Fördereinheit laufen, um eine Reibung zwischen Folienhalbzeug und der Sicherungsanordnung zu vermeiden. Im Bereich der Bearbeitungseinheiten ist eine Sicherung der Folienhalbzeuge nicht erforderlich, weshalb die Sicherungsanordnung im Bereich der Bearbeitungseinheiten unterbrochen sein kann
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Schnittstelle des Werkzeugmittelteils bzw. Folienträgers einen separat ausgebildeten Funktionsring aufweist, der insbesondere den umlaufenden Formbereich und/oder die umlaufende Schneidnut und/oder die Spannausnehmungen aufweisen kann. Es ist weiterhin auch denkbar, dass der Funktionsring zusätzlich zu einem als zentrale Durchgangsöffnung ausgebildeten Aufnahmebereich vorgesehen ist. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass der Funktionsring im Wesentlichen konzentrisch zu der zentralen Durchgangsöffnung angeordnet ist. Es ist auch denkbar, dass der Funktionsring in seiner Innenkontur an die Außenkontur der Durchgangsöffnung angepasst ist.
Durch das Vorsehen eines separat ausgebildeten Funktionsrings ist es möglich, das Werkzeugmittelteil bzw. Folienträger einfach und schnell an unterschiedliche Gegebenheiten der Verpackungsvorrichtung anzupassen und im Falle einer lösbaren Anbringung an dem Werkzeugmittelteil bzw. Folienträger auch einfach umzurüsten. Weiterhin können durch eine entsprechende Materialwahl des Funktionsrings diesem weitere Funktionen zugeordnet werden, beispielsweise eine Verringerung oder Erhöhung der Reibung, Anpassung der benötigten Steifigkeit oder Elastizität und dergleichen.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann zudem vorgesehen sein, dass die Verpackungsvorrichtung ferner wenigstens ein Formstempel mit einer entsprechenden Formkontur aufweist, die mit einer Formkontur des umlaufenden Formbereichs oder mit einer Formkontur der Spannausnehmungen korrespondiert, so dass der wenigstens eine Formstempel zumindest abschnittsweise in den umlaufenden Formbereich oder in eine der Spannausnehmungen einzutauchen vermag.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Fördereinheit einer Verpackungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Antriebssystem mit einer Sensorik zur Feststellung der Position der angetriebenen Folienträger und/oder zur Feststellung des zurückgelegten Weges der angetriebenen Folienträger aufweist. Dies stellt eine zweite Maßnahme dar, um zu ermöglichen, dass die einzelnen Werkzeugteile während der Bearbeitungsschritte genau zusammengeführt werden können. Mit Hilfe einer entsprechenden Sensorik ist eine möglichst genaue Vorpositionierung der Werkzeugteile zueinander möglich.
Insbesondere dann, wenn die Fördereinheit ferner eine Antriebseinheit zum Hin- und Herbewegen wenigstens eines Werkzeugteils einer Bearbeitungseinheit zumindest abschnittsweise entlang der Förderrichtung des Folienträgers aufweist, kann mit Hilfe dieser Antriebseinheit das entsprechende angetriebene Werkzeugteil einer Bearbeitungseinheit anhand der Positionsdaten, die von der Sensorik bereitgestellt werden, mit hoher Positionsgenauigkeit zu dem angetriebenen Folienträger ausgerichtet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie aus den Unteransprüchen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Lebensmittelprodukte beschränkt, sondern kann auch bei Verpackungsvorrichtungen zur Verpackung von Produkten aller Art zur Anwendung kommen.
Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Die Figuren zeigen mehrere Merkmale der Erfindung in Kombination miteinander. Selbstverständlich vermag der Fachmann diese jedoch auch losgelöst voneinander zu betrachten und gegebenenfalls zu weiteren sinnvollen Unterkombinationen zu kombinieren, ohne dass er hierfür erfinderisch tätig werden müsste.
Es zeigen schematisch:

1A, 1 B eine Verpackungsvorrichtung mit erfindungsgemäßer Formeinheit in stark schematisierter Seitendarstellung und Draufsicht in unterschiedlichen Ausführungsformen;
2A ein beispielhaftes Werkzeugsystem der Verpackungsvorrichtung gemäß 1A und 1B zum Vercrimpen und zur Transportsicherung eines Folienhalbzeugs auf einem Folienträger;
2B eine Detailansicht des Details B gemäß 2A oder 2C;
2C eine Variante des Werkzeugsystems gemäß 2A;
3 eine isometrische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Werkzeugsystems der Verpackungsvorrichtung gemäß 1A und 1B;
4 eine Schnittdarstellung des Werkzeugsystems gemäß 3;
5A, 5B das Zusammenspiel von Werkzeugunterteil und Werkzeugoberteil eines Werkzeugsystems gemäß den 3 und 4 beim Formvorgang;
6A, 6B eine Seitenansicht und eine Schnittansicht des Werkzeugsystems gemäß den 5A und 5B;
7A eine Schnittansicht eines weiteren beispielhaften Werkzeugsystems der Verpackungsvorrichtung gemäß 1A und 1B in geschnittener Darstellung;
7B eine Detailansicht des Details B gemäß 7A oder 7C;
7C eine alternative Ausgestaltungsvariante des Werkzeugsystems gemäß 7A;
8A eine isometrische Darstellung eines weiteren beispielhaften Werkzeugsystems der Verpackungsvorrichtung zur Illustration der schwimmenden Lagerung eines der Werkzeugteile des Werkzeugsystems;
8B eine Draufsicht auf das Werkzeugsystem gemäß 8A;
8C eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie C-C gemäß 8B;
8D eine Detailansicht eines Details D der 8C;
9A eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Werkzeugsystems der Verpackungsvorrichtung gemäß 1A und 1B zum Anlegen eines Randabschnitts der Verpackung;
9B eine Detailansicht des Details B gemäß 9A oder 9C;
9C eine alternative Ausgestaltungsvariante des Werkzeugsystems gemäß 9A; und
10A,10B eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Formeinheit bei einem ersten Formschritt (10A) und bei einem weiteren abschließenden Formschritt (10B).
11A, 11B, 11C mehrere Schritte bei einem weiteren Verfahren zum Formen von Folienformteilen der Folienverpackung.

Die 1A und 1B zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Verpackungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Formeinheit in Seitendarstellung und Draufsicht. Dabei zeigt die 1B eine alternative Ausgestaltungsvariante der Verpackungsvorrichtung gemäß 1A, weshalb gleiche Merkmale mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, diesen jedoch die Ziffer „1“ vorangestellt ist.
In einem in Förderrichtung R_F ersten Bereich A (in der 1 rechts dargestellt), dem sogenannten Abrollbereich A, wird eine bandförmige Folie F von einem Foliencoil F_C abgerollt.
Als Folienmaterial kann beispielsweise eine Alufolie, eine Alufolie, die beispielsweise mit einer Siegelschicht kaschiert ist, formbares Papier, das ggf. ebenfalls mit einer Siegelsicht kaschiert ist, oder Kunststofffolie verwendet werden. Dabei muss die Folie nicht bei Raumtemperatur flexibel sein, sondern kann die dargestellte Flexibilität auch erst in höheren Temperaturbereichen aufweisen. In diesem Fall kann bereits im Abrollbereich A oder in einem sich in Förderrichtung R_F daran anschließenden Bereich B, vorliegend als Beruhigungsbereich B bezeichnet, thermisch durch Heizelemente oder dergleichen auf die Folie eingewirkt werden. Alternativ ist es selbstverständlich ebenfalls denkbar Kunststoffplatten oder dergleichen zur Materialförderung anstelle eines Foliencoils zu verwenden. Diese können gleichermaßen in dem ersten Bereich A oder dem sich in Förderrichtung R_F daran anschließenden Bereich B thermisch erwärmt und dadurch umformbar gemacht werden.
In der dargestellten Ausführungsform wird das Foliencoil auf einen Dorn geschoben. Dieser ist insbesondere einseitig gelagert, so dass ein Schnellwechsel bei Folienende erfolgen kann. Das Foliencoil wird gegen einen Anschlag geschoben. Die Rolle kann durch einen zweiten Klemmring fixiert werden. Nach dem Abrollen einer Folienschlaufe (im Abrollbereich A der 1 gezeigt) wird die Folie F in die Verpackungsvorrichtung 10 eingeführt. Dies ist notwendig, um die Folie spannungslos zu halten, da sie sonst reißen könnte. Die Schlaufengröße bzw. das Durchhängen der Folie F im Abrollbereich A kann beispielsweise über einen Sensor ermittelt werden.
Im Einlaufbereich der Verpackungsvorrichtung 10, d.h. im Beruhigungsbereich B, soll sich die Folie F im Geradeauslauf beruhigen. Hierzu wird sie über eine vorbestimmte Länge seitlich geführt, so dass leichte Schrägstellungen beim Folieneinlauf korrigiert werden können.
Gegebenenfalls kann ein Druckmarkensensor am Ende des Beruhigungsbereichs B vorgesehen sein, der die Position der durchlaufenden Folie erkennt. In Abhängigkeit der Position kann die Folie dann beschleunigt oder gebremst werden. Dies geschieht in der gezeigten Ausführungsform mit Hilfe von zwei Folienwalzen (im Beruhigungsbereich B der 1 auf der linken Seite schematisch dargestellt), zwischen denen die Folie F hindurchläuft. Die Fördergeschwindigkeit der Folie F im Bereich dieser Folienwalzen kann als Referenzgeschwindigkeit an eine nachfolgende Fördereinheit 18 der Verpackungsvorrichtung 10 weitergegeben werden.
Alternativ kann die Folie auch über Fixierbänder bzw. Riemenbänder 186, 188 gebremst oder beschleunigt werden, die beispielsweise oberhalb der Fördereinheit 18 laufen können (vgl. auch 1B).
Anschließend wird die Folie F über die Fördereinheit 18 durch die Verpackungsvorrichtung 10 gefördert. Dabei durchläuft die Folie F zusammen mit der Fördereinheit 18 die nachfolgend genannten Einheiten: Formeinheit 12, Einheit zum Bestücken und Umklappen 14, sowie Schließeinheit 16.
Die Fördereinheit 18 umfasst eine Anzahl von Folienträgern 20, die über ein umlaufendes Fördersystem, beispielsweise ein Förderband, eine Förderkette oder auch eine rotierende Förderplatte kontinuierlich durch die Verpackungsvorrichtung 10 gefördert werden. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Förderkette 22 vorgesehen, an der die Folienträger 20 angebracht sind.
Wie in der 1 im Bereich der Einheit zum Bestücken und Klappen 14 gezeigt ist, können jeweils zwei benachbarte Folienträger 20 paarweise über ein Klappgelenk 20a miteinander verbunden sein. In diesem Fall reicht es aus, dass der beispielsweise vorlaufende Folienträger 20 fest mit dem umlaufenden Fördersystem, d.h. beispielsweise der Förderkette 22, verbunden ist, während der jeweils nachlaufende Folienträger 20, der über das Klappgelenk 20a auf den vorlaufenden Folienträger 20 umgeklappt werden kann (angedeutet durch die beiden Klapppfeile K), lösbar an dieser angebracht sein kann. Auf diese Weise wird ein gewünschtes Umklappen eines der Folienträger, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird, ermöglicht.
Um die Folie F bzw. die Folienhalbzeuge F_H , welche auf den jeweiligen Folienträgern 20 befestigt sind, während des Transports zu fixieren, gibt es mehrere Möglichkeiten. So ist es möglich, diese beispielsweise über ein erzeugtes Vakuum zu fixieren. Dabei weisen die einzelnen Folienträger beispielsweise Saugbohrungen auf, über die die Folie angesaugt werden kann. Das Vakuum kann über ein unter dem Folienträger montiertes Vakuumgebläse oder dergleichen erzeugt werden (nicht dargestellt).
Alternativ oder zusätzlich können die Folienstücke in der Formeinheit 12 durch Schneiden und/oder Formen in die Folienträger 20 verprägt werden, d.h. formschlüssig mit diesem verbunden werden. Auf diese Lösung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C näher Bezug genommen.
Alternativ oder zusätzlich besteht eine weitere Möglichkeit darin, Führungen (vgl. 1B) oberhalb der Folie bzw. der Folienhalbzeuge und außerhalb des Bearbeitungsbereichs der Werkzeuge anzubringen. Die Führungen können beispielsweise dünne Blechen oder Riemenbänder 186, 188 umfassen, die fest am Maschinenrahmen montiert sind. Die Riemenbänder 186, 188 laufen insbesondere mit derselben Geschwindigkeit, wie die Folienträger 20.
Unter diesen Führungen und oberhalb der Folienträger läuft die Folie. In den jeweiligen Bearbeitungseinheiten ist die Führung entsprechend ausgespart, so dass sie nicht mit den Bearbeitungswerkzeugen kollidieren können.
In der in 1B gezeigten Darstellung läuft die Folie F zwischen den jeweiligen Riemenbändern 186, 188 und der Fördereinheit 118 und wird durch die Riemenbänder derart gegen die Folienträger 120 gedrückt, dass sie nicht während des Transports verrutschen oder wegfliegen kann. Sobald die Folienhalbzeuge F_H dann im Bereich 14 mit Produkten bestückt und gemeinsam zu einer Folienverpackung zusammengeklappt bzw. gefügt sind, ist eine gesonderte Führung nicht mehr unbedingt erforderlich. Die geformte Verpackung wird schwerkraftbedingt (infolge des aufgenommenen Produkts) sicher an dem Folienträger gehalten.
In der Formeinheit 12, auf die unter Bezugnahme auf die 3 bis 6B und 10A, 10B ferner ausführlich Bezug genommen wird, wird die im Wesentlichen ebene Folie F segmentiert, d.h. von der Folienbahn wird ein Stück Folie abgeschnitten. Dies wird mit Hilfe eines Segmentschneidmessers 34 erreicht, das sich in einer Hubbewegung Z relativ zu dem Folienträger 20 zu bewegen vermag. Das abgeschnittene Stück Folie bzw. Folienhalbzeug F_H liegt auf dem sich kontinuierlich bewegenden Folienträger 20 auf und fährt in den Bearbeitungsbereich des Formwerkzeugs, dass sich aus einem Formstempel 30 und einer korrespondierenden Matrize 32 zusammensetzt. Um die Faltenbildung beim Formvorgang zu reduzieren, kann zusätzlich ein Niederhalter vorgesehen sein (vorliegend nicht dargestellt), der die Folie F zwischen sich und der Auflagefläche des Folienträgers 20 klemmt.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Formvorgang durchgeführt wird, bevor die Folie segmentiert wird. In diesem Fall dient hierzu nicht das dem Formstempel 30 in Förderrichtung R_F vorgeschaltete Segmentmesser 34a, sondern ein diesem nachgeschaltetes Schneidmesser 34b. Im Nachgang zu dem Formvorgang kann die vorgeformte Folie, ob segmentiert oder nicht, auch endgeschnitten werden, d.h., dass mit Hilfe eines schematisch dargestellten Endschneidmessers 36 das vorgeformte Folienhalbzeug F_H mit der gewünschten Endkontur aus der Folie ausgeschnitten wird. Bei der unter Bezugnahme auf die 7A bis 7C beschriebenen Variante mit einer Schneideinheit erfolgt der Schritt des Endschneidens jedoch im Bereich der Schließeinheit 16, d.h. nach dem Bestücken und Klappen der Formhalbzeuge. Grundsätzlich ist es auch denkbar, den Schritt des Segmentschneidens als letzten Bearbeitungsschritt, d.h. nach dem Formen und Endschneiden durchzuführen.
Wird der Schritt Endschneiden im Bereich der Formeinheit 12 durchgeführt, so kann das Endschneiden im selben Hub, d.h. mit derselben Hubbewegung Z durchgeführt werden, in der auch die Formung durchgeführt wurde.
Wie in der 1 ebenfalls deutlich zu erkennen, sind die Bearbeitungswerkzeuge der Formeinheit 12, d.h. sowohl die Kombination aus Formstempel 30 und Matrize 32, als auch die Schneidmesser 34 und 36 nicht nur in Hubrichtung Z, sondern auch in Richtung X bewegbar gehalten, d.h. sie können sich mit dem kontinuierlich bewegten Folienträger 20 in Richtung der Förderrichtung R_F mitbewegen. Zur Ermöglichung einer solchen Bewegung kann insbesondere ein Antrieb vorgesehen sein, der in der beispielhaften Darstellung der 1 mit dem Bezugszeichen 24 versehen ist und eine Bewegung in Richtung X ermöglicht. Hierzu kann wie beispielsweise in der 2 schematisiert dargestellt, der Antrieb 24 über Kraftangriffspunkte 26 und 28 mit Schlitten der jeweiligen Bearbeitungswerkzeuge verbunden.
Alternativ oder zusätzlich kann insbesondere die Rückstellung der Bearbeitungswerkzeuge auch mittels einer elastischen Rückstelleinheit (nicht dargestellt) erfolgen.
Die Einheit zum Bestücken und Klappen 14 ist in der dargestellten Ausführungsform der 1 nur angedeutet dargestellt. Die vorgeformten Folienhalbzeuge F_H können nach dem Formen mit Lebensmittelprodukten oder Produkten aller Art manuell oder automatisch in diesem Bereich 14 selektiv bestückt werden, d.h. dass jedes zweite Folienhalbzeug F_H bei der dargestellten Ausführungsform bestückt wird. In einem weiteren Schritt werden dann jeweils die unbestückten Folienhalbzeuge mittels des klappbaren Folienträgers 20 auf die bestückten Folienhalbzeuge umgeklappt, wobei das aufgenommene Produkt selbst zur Zentrierung des umgeklappten Folienhalbzeugs F_H dient und die nunmehr entleerten Folienträger können dann in einem weiteren Rückklappschritt wieder auf das Fördersystem zurückgeklappt werden. Auf diese Weise werden die beiden Folienhalbzeuge F_H zusammengeführt und bilden ein gemeinsames Gehäuse für das darin aufgenommene Produkt (vgl. z.B. auch 7A).
In der sich in Förderrichtung R_F anschließenden Bearbeitungseinheit, der Schließeinheit 16, werden die beiden Folienhalbzeuge miteinander verbunden. Das Verschließen der vormontierten Verpackung in Form der beiden Folienhalbzeuge, d.h. das Miteinanderverbinden bzw. Fügen, kann sowohl mechanisch als auch thermisch erfolgen. Auch eine Kombination dieser beiden Verfahren ist denkbar. Bezüglich des mechanischen Verschließens wird u. a. auf ein Verfahren gemäß der Druckschrift AT 221906 B verwiesen. Bezüglich eines thermischen Verfahrens wird beispielsweise auf die Druckschrift DE 1 211 913 B verwiesen. Ein kombiniertes Verfahren ist beispielsweise aus der Druckschrift US 2012/0204412 A1 im Zusammenhang mit dem Fügen von Metallbauteilen im Automobilbau bekannt.
In der gezeigten Ausführungsform der 1A ist beispielhaft eine Schließform 38 als Werkzeugoberteil mit einem Gegenhalter 40 als Werkzeugunterteil gezeigt.
In einem sich Förderrichtung R_F anschließenden Entnahmebereich E können die fertig verpackten Produkte schließlich entnommen werden. Auch hier sind unterschiedliche Lösungsansätze denkbar, beispielsweise können sie beim Umlaufen der Folienträger auf eine Rutsche oder dergleichen fallen. Alternativ können sie selbstverständlich auch manuell oder automatisiert entnommen werden.
Die 2A und 2C zeigen zwei Varianten für ein Werkzeugsystem zum Vercrimpen bzw. Verstemmen und damit Fixieren eines Folienhalbzeugs F_H auf einem Folienträger 20. Demgemäß sind die gleichen Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch ist in der zweiten Ausführungsform diesen die Ziffer „1“ vorangestellt.
In der dargestellten Ausführungsform der 2A und 2B ist ein dreiteiliges Werkzeugsystem 42 mit einem Werkzeugoberteil 64, einem Werkzeugunterteil 70 und einem Folienträger 20 gezeigt, wobei der Folienträger 20 das Werkzeugmittelteil bildet. In der dargestellten Ausführungsform wird die Auflagefläche des Folienträgers 20 durch einen Funktionsring 48 gebildet, der mit unterschiedlichen Funktionsabschnitten belegt sein kann. Einer dieser Funktionsabschnitte ist in der geneigten Ausnehmung 48a zu erkennen, in die ein Formstempel 46 des Werkzeugoberteils 64 einzutauchen vermag. Ein umlaufender Folienflansch F_F liegt im Bereich der Ausnehmung 48 zumindest teilweise auf. Wird nun der Formstempel 46 in die Ausnehmung 48a mit seiner Formspitze 44 eingeführt, so wird der teilweise aufliegende Folienflansch F_F von diesem in die Ausnehmung 48a eingeführt, was zu einem Verstemmen des Folienflanschs F_F führt. Dadurch, dass die Ausnehmung 48a in einem Winkel β (vgl. 2B) zu der Folienauflageebene geneigt ist und dass diese Verformung des Folienflanschs F_F auf zwei gegenüberliegenden Seiten des umlaufenden Flanschs F_F vorgenommen wird, wird eine sichere formschlüssige Fixierung des Folienhalbzeugs F_H auf dem Folienträger 20 erreicht.
Die Ausführungsform der 2C unterscheidet sich nur dahingehend von der 2A, dass das Werkzeugunterteil 170 auf andere Weise in dem Werkzeugmittelteil, d.h. dem Folienträger 120 aufgenommen ist. Hierdurch soll insbesondere aufgezeigt werden, dass diese spezifische Lösung zum Vercrimpen oder Verstemmen des Folienhalbzeugs an dem Folienträger zur besseren Fixierung losgelöst von der spezifischen Ausgestaltung des Folienträgers und des Werkzeugmittelteils 170 zu sehen ist. Dieser Aspekt der Erfindung ist selbstverständlich auch losgelöst von den restlichen Aspekten der Erfindung, insbesondere von der Ausgestaltung des Werkzeugsystems, der Anordnung zum Formen mit einem Niederhalter und dem spezifischen Formverfahren, denkbar und kann dementsprechend auch in anders ausgebildeten Vorrichtungen oder im Zusammenhang mit einem einstufigen Formverfahren zur Anwendung kommen.
In der 3 und den nachfolgenden 4 bis 6b sowie in den 10A und 10B ist die erfindungsgemäße Formeinheit 12 der Verpackungsvorrichtung 10 detaillierter gezeigt. Diese ist ebenfalls als dreiteiliges Werkzeugsystem mit einem Werkzeugoberteil in Form des Formstempels 30, mit einem Werkzeugunterteil in Form der Matrize 32 und einem Werkzeugmittelteil in Form eines Folienträgers 20 ausgebildet. Auf dem Folienträger 20 liegt eine Folie F auf, die mit Hilfe des Formstempels 30 und der zugehörigen Matrize 32 umgeformt werden soll. In der 3 ist ebenfalls deutlich zu erkennen, dass der Folienträger 20 eine zentrale Durchgangsöffnung 50 aufweist, die einen Aufnahmebereich für das Werkzeugunterteil, d.h. die Matrize 32 bildet. Um eine orientierte Aufnahme zu ermöglichen, sind ferner Orientierungsaufnahmen 52 vorgesehen, in die korrespondierende Vorsprünge 54 an der Matrize 32 aufgenommen werden und gegen ein Verdrehen der Matrize relativ zum Folienträger gesichert werden können.
In den 5A bis 6B wurde auf die Darstellung des Folienträgers 20 zur Vereinfachung der Darstellung verzichtet. In der 4 ist zu erkennen, dass die Matrize 32 an ihrer formenden Oberseite eine Formausnehmung 56 aufweist, deren Innenkontur im Wesentlichen an eine formgebende Außenkontur 62 angepasst ist. An ihrer nicht formenden Unterseite ist sie zudem mit einer Halteraufnahme 58 zur Verbindung mit einem die notwendige Hubbewegung Z (vgl. 1) einleitenden Halter versehen.
In den 10A und 10B ist zudem das erfindungsgemäße Formverfahren gezeigt. In einem ersten Schritt (vgl. 10A) werden der Stempel 30 und die Matrize 32 zum Formen der Folie zueinander bewegt werden, d.h. der Stempel 30 wird insbesondere bis zu einem bestimmten Grad in die Matrize 32 eingefahren, wobei der Mindestabstand zwischen der Stempelaußenkontur 62 und der Matrizeninnenkontur 56 im zueinanderbewegten Zustand größer ist als die Dicke der zu verformenden Folie. In der gezeigten Darstellung erkennt man, dass die Folie bereits zu einem Folienhalbzeug F_H vorgeformt ist, wobei ein Folienflansch F_F , der den vorgeformten Bereich des Folienhalbzeugs F_H innerhalb der Matrize 32 radial umgibt, an der Unterseite eines Niederhalters 90 anliegt.
Anders als im Stand der Technik üblich, weist der Niederhalter 90 bei dem ersten Formschritt einen Mindestabstand zu der Auflagefläche 92 der Formeinheit 12 auf, so dass der Folienflansch F_F nicht zwischen der Auflagefläche 92 und der Anlagefläche des Niederhalters 90 geklemmt ist. Dies hat, wie auch der Mindestabstand zwischen der Stempelaußenkontur 62 und der Matrizeninnenkontur 56 im zueinanderbewegten Zustand, eine verminderte Reibung und damit verminderte Belastung der Folie zur Folge, wodurch das Risiko eines Einreißens der Folie auch bei Verwendung einer vergleichsweise dünnen Folie vermindert werden kann.
Erst in einem weiteren Formschritt (in der gezeigten Darstellung einem abschließenden zweiten Formschritt) werden der Niederhalter 90 und der Stempel 30 in die übliche Formposition gebracht, in der der Abstand zu den jeweiligen Anlage- bzw. Formpartner, d.h. der Auflagefläche 92 bzw. der Formausnehmung 56, geringer ist als der Mindestabstand im ersten Formschritt, beispielsweise im Wesentlichen der Foliendicke der zu verformenden Folie entspricht.
In der gezeigten Ausführungsform ist der Niederhalter 90 mittels eines elastischen Federsystems 94 verlagerbar gehalten und kann beispielsweise mittels nicht dargestellter Abstandshalter (Distanzstücke, Distanzvorsprünge oder dergleichen) in dem gewünschten Abstand zur Auflagefläche 92 gehalten werden.
In der gezeigten Ausführungsform wird für den zweistufigen Formvorgang ein und dasselbe Stempel-Matrizen-Paar verwendet. Es ist jedoch erfindungsgemäß ebenfalls denkbar, mehrere Matrizen oder Stempel oder mehrere unterschiedliche Matrizen-Stempel-Paare mit unterschiedlichen Abmessungen zu verwenden, um den gewünschten Effekt des Vorformens in Schritt 10A und des Endformens in Schritt 10B zu erzielen.
In den 5A bis 6B ist ein weiteres Detail der vorliegenden Erfindung gezeigt. So verfügt in der dargestellten Ausführungsform die Matrize 32 bzw. 132 über einen elastischen Einsatz 60 bzw. 160, der für eine verbesserte Umformung von insbesondere solchen Formbereichen (critical area CA) dienen soll, die starke Konturübergänge aufweisen.
Auch dieser Aspekt der Erfindung ist, wie das mehrstufige Formverfahren oder das Vorsehen eines Niederhalters, der in einem ersten Formschritt nicht in Anlage mit dem Folienflansch F_F gebracht wird, auch im Zusammenhang mit solchen Werkzeugsystemen denkbar, die nicht dreiteilig ausgebildet sind und bei denen insbesondere nicht der Folienträger 20 ein Teil des Werkzeugsystems bildet, weshalb den Merkmalen in den 5A und 5B die gleichen Referenzzeichen wie in den übrigen Figuren gegeben wurden, diesen jedoch die Ziffer „1“ vorangestellt wurde.
In den 7A bis 7C ist eine weitere beispielhafte Ausführung eines Werkzeugsystems der Verpackungsvorrichtung gezeigt. Dieses betrifft das Endschneiden des Folienhalbzeugs F_H mit Hilfe eines Schneidmessers 66 mit einer umlaufenden Schneidkontur. Das Schneidmesser 66 ist an dem Werkzeugoberteil 64 angebracht und wird mit einer Hubbewegung in Richtung Z auf das Werkzeugmittelteil in Form des Folienträgers 20 bewegt. Der Folienträger 20 weist in der dargestellten Ausführungsform einen zusätzlichen Funktionsring 48, der auf dem Folienträger 20 aufliegt und die Auflagefläche für die Folienhalbzeuge bzw. deren umlaufende Folienflansche F_F bildet. An dem Funktionsring 48 ist als Funktionsabschnitt eine umlaufende Schneidnut 82 vorgesehen, in die das Scheidmesser 66 einzutauchen vermag. Grundsätzlich ist es auch denkbar, die Schneidnut 82 unmittelbar an dem Folienträger 20 auszubilden.
Weiter ist ein Niederhalter 68 gezeigt, der die aneinander anliegenden Folienflansche F_F der aufeinander aufliegenden Folienhalbzeuge F_H gegen den Funktionsring 48 zu spannen vermag. Hierzu ist der Niederhalter 68 in bekannter Weise federnd am Werkzeugoberteil 64 gelagert, und zwar so, dass er in spannende Anlage an die Folienflansche F_F gelangt, ehe das Schneidmesser 66 in die Schneidnut 82 einzutauchen vermag.
Die Ausführungsform der 7C unterscheidet sich nur dahingehend von der der 7A, dass das Werkzeugunterteil 170 unmittelbar an dem Folienträger 120 aufgenommen ist. Demgemäß wurde den Merkmalen in den 7A und 7C die gleichen Referenzzeichen gegeben, diesen jedoch in 7C die Ziffer „1“ vorangestellt. Der in Zusammenhang mit den 7A bis 7C beschriebene Aspekt ist selbstverständlich auch im Zusammenhang mit solchen Werkzeugsystemen denkbar ist, die nicht dreiteilig ausgebildet sind und bei denen insbesondere nicht der Folienträger ein Teil des Werkzeugsystems bildet. Dieser Aspekt der Erfindung ist selbstverständlich auch losgelöst von den restlichen Aspekten der Erfindung, insbesondere von der Anordnung zum Formen mit einem Niederhalter und dem spezifischen Formverfahren, denkbar und kann dementsprechend auch in anders ausgebildeten Vorrichtungen oder im Zusammenhang mit einem einstufigen Formverfahren zur Anwendung kommen.
Wie in der 7B, einer Detaildarstellung des Details B gemäß 7A oder 7C besser zu erkennen ist, liegen der Flanschabschnitt F_F des oberen Folienhalbzeugs F_H und der Flanschabschnitt F_F des unteren Flanschhalbzeugs F_H beim Bearbeitungsschritt des Endschneidens eben aufeinander auf und können auf diese Weise in einem gemeinsamen Bearbeitungsschritt endgeschnitten werden. Dies hat zum einen den Vorteil, dass nicht zwei Folienhalbzeuge endgeschnitten werden müssen. Zum anderen wird dadurch jedoch auch erreicht, dass der Vorgang des Endschneidens erst dann stattfindet, wenn das aufzunehmende Produkt bereits in die Folienverpackung aufgenommen und von dieser schützend umschlossen wird. Insbesondere im Zusammenhang mit Lebensmittelprodukten ist dies deswegen von Vorteil, da ein Einhausen von Folienstückchen, die beim Schneideprozess auftreten können, sicher unterbunden werden kann.
Der Schritt des Endschneidens kann dabei vor dem mechanischen und/oder thermischen Verbinden der Folienhalbzeuge F_H erfolgen oder danach. Insbesondere kann bei einem rein mechanischen Verbinden der Folienhalbzeuge, beispielsweise durch Bördeln oder Falzen, das Endschneiden sinnvollerweise vor dem Verbinden erfolgen, während bei einem thermischen Verbinden, beispielsweise durch Siegeln, das Endschneiden sowohl vor als auch nach dem Verbinden erfolgen kann.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Siegeln vor dem Falzen bzw. Bördeln durchgeführt wird. Außerdem kann vorgesehen sein, dass nur auf einer Seite eine Siegelschicht aufgebracht wird.
Die 8A bis 8D zeigen beispielhaft, wie eine schwimmende Lagerung zumindest eines der Werkzeugteile eines Werkzeugsystems ausgeführt sein kann, die eine bessere Ausrichtung der Werkzeugteile während eines Bearbeitungsschritts ermöglicht. So ist in der 8A beispielhaft ein Werkzeugsystem mit einem Werkzeugoberteil 64 und einem Werkzeugunterteil 70 gezeigt. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde auf die Darstellung des Werkzeugmittelteils vorliegend verzichtet.
Das Werkzeugoberteil 64 ist mit einer die Bearbeitungsbewegung einleitenden Schubstange 84 über eine Adapterplatte 72 verbunden. Dabei sind die Schubstange 84 und die Adapterplatte 72 fest miteinander verbunden, beispielsweise einteilig ausgebildet, verschweißt oder sonst wie fest miteinander gefügt. Das Werkzeugoberteil 64 indes ist mittels vier Bolzen 74 an der Adapterplatte 72 angebracht. Dabei ist zwischen den jeweiligen Bolzen 74 und der zugehörigen Aufnahme der Adapterplatte 72 ein Spiel von beispielsweise 0,5 mm vorgesehen, das einen entsprechenden Toleranzausgleich bei Positionierfehlern zwischen dem Werkzeugoberteil 64 und dem Werkzeugunterteil 70 ermöglicht. Dies ist insbesondere auf der Detaildarstellung der 8D zu entnehmen. Dabei ermöglicht die schwimmende Lagerung einen Toleranzausgleich. in mehrere Richtungen quer zur Bearbeitungsbewegung, vorliegend in einer Ebene senkrecht zur Bearbeitungsrichtung.
Sollen mögliche Positionierfehler oder Toleranzen bei einem dreiteiligen Werkzeugsystem ausgeglichen werden, insbesondere bei einem solchen, bei dem das Werkzeugmittelteil durch ein Folienträger 20 gebildet ist, so können sowohl das Werkzeugoberteil als auch das Werkzeugunterteil mit einer entsprechenden schwimmenden Lagerung versehen sein. Weiterhin kann es auch sinnvoll sein Fügeschrägen vorzusehen, die ein leichteres Zusammenführen und Positionieren der einzelnen Werkzeugteile relativ zueinander ermöglichen. Weitere Maßnahmen, wie Führungsvorsprünge, die entsprechende Ausnehmungen an jeweils einem anderen der Werkzeugteile einzutauchen vermögen, um eine gesicherte Positionierung während des Bearbeitungsvorgangs sicherzustellen, sind selbstverständlich ebenfalls denkbar.
Die 9A bis 9C zeigen schließlich eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines dreiteiligen Werkzeugsystems der Verpackungsvorrichtung. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich dabei um eine Anlegevorrichtung 76, mittels derer ein abstehender Rand der bereits gefügten Verpackung in Form der Folienhalbzeuge F_H um einen vorgegebenen Winkel angelegt werden kann, um die Handhabung der gefügten Verpackung zu vereinfachen. Hierzu ist an dem Werkzeugunterteil 70 oder dem Folienträger 20 oder einem zugehörigen Funktionsring 48 ein umlaufender Formbereich 80 bzw. 180 vorgesehen, in den ein korrespondierender Formstempel 78 bzw. 178 einzutauchen vermag, um den abstehenden Rand der Folienhalbzeuge F_H entsprechend anzulegen. Hierzu ist ein Neigungswinkel von α am Formstempel 78 und entsprechenden Formbereich 80 vorgesehen.
Die 9A und 9C zeigen zwei Varianten für ein erfindungsgemäßes Werkzeugsystem zum Anlegen. Demgemäß sind die gleichen Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch ist in der zweiten Ausführungsform diesen die Ziffer „1“ vorangestellt.
Die Ausführungsform der 9C unterscheidet sich nur dahingehend von der 9A, dass das Werkzeugunterteil 170 auf andere Weise in dem Werkzeugmittelteil, d.h. dem Folienträger 120 aufgenommen ist. Hierdurch soll insbesondere aufgezeigt werden, dass diese spezifische Lösung zum Anlegen des Folienrandes losgelöst von der spezifischen Ausgestaltung des Folienträgers 120 und des Werkzeugmittelteils 170 zu sehen ist. Dieser Aspekt der Erfindung ist selbstverständlich auch losgelöst von den restlichen Aspekten der Erfindung, insbesondere von der Ausgestaltung des Werkzeugsystems, der Anordnung zum Formen mit einem Niederhalter und dem spezifischen Formverfahren, denkbar und kann dementsprechend auch in anders ausgebildeten Vorrichtungen oder im Zusammenhang mit einem einstufigen Formverfahren zur Anwendung kommen.
Die Anlegevorrichtung 76 zum Anlegen des abstehenden Randes kann so ausgeführt sein, dass der abstehende Rand nicht komplett angelegt wird, sondern dass ein Randabschnitt stehen bleibt. Dadurch wäre die Anliegekontur der Verpackung nicht kreisrund, sondern an der Stelle, an der der Rand nicht angelegt werden soll, offen. Mit anderen Worten, bei einer dadurch geschaffenen Aufreißhilfe ist der Anlegerand bzw. die Anlegeform unterbrochen und der Rand bzw. die Aufreißhilfe steht nach außen ab. Auf diese Weise ergibt sich eine bedienerfreundliche Aufreißhilfe, die so vom verpackten Produkt absteht, dass ein Benutzer sie gut greifen kann. Die Anlegevorrichtung 76 kann auch außerhalb der Maschine angeordnet sein, von wo sie mittels geeigneter Einrichtungen, insbesondere Handhabungseinrichtungen, wie zum Beispiel Mehrachsenrobotern, Linearzuführeinrichtungen oder ähnliches, an die gewünschte Stelle gebracht werden können. Die Anlegevorrichtung 76 kann außerdem so gestaltet sein, dass sie sich auf unterschiedliche Konturen der Verpackung einstellen bzw. auf unterschiedliche Konturen der Verpackung eingestellt werden kann. Dies kann zum Beispiel mittels geeigneter federnder bzw. nachgiebiger Elemente erreicht werden, die sich unterschiedlichen Konturen anpassen können.
In den 11A, 11 B und 11C ist ein weiteres Verfahren zum Formen von Folienformteilen der Folienverpackung aus der Folie F dargestellt. Das hierzu eingesetzte Werkzeugsystem kann dem bereits oben beschriebenen entsprechen. Daher sind die den Merkmalen aus 1A entsprechenden Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen, denen jedoch die Ziffer „2“ vorangestellt ist.
Bei dem in den 11A, 11B und 11C dargestellten Verfahren werden in einem ersten Formschritt der wenigstens eine Stempel 230 und die wenigstens eine Matrize 232 zum Formen der Folie F relativ zueinander bewegt werden, wobei sowohl der Stempel 230 in Richtung der Matrize 232 als auch die Matrize 232 in Richtung des Stempels 230 bewegt werden. Mit anderen Worten, der Stempel 230 und die Matrize 232 werden aufeinander zu bewegt. Dabei sind der Stempel 230 und die Matrize 232 vollkommen unabhängig voneinander beweglich, wozu geeignete Antriebe eingesetzt werden können. Der Folienträger 220 bleibt dagegen ortsfest.
Des Weiteren kann die Matrize 232 derart in Richtung des Stempels 230 bewegt werden, dass die Matrize bereits vor Erreichen eines unteren Umkehrpunkts des Stempels 230 mit der Folie F in Kontakt kommt. Sobald die Matrize 232 in Kontakt mit der Folie F ist, fängt diese an sich zu verformen, sodass sie durch den Kontakt mit der Matrize 232 vorgeformt wird. Des Weiteren wird auf diese Weise die Folie F nach oben gedrückt, was zu einer weiteren Verringerung der erforderlichen, von einem Niederhalter 290 ausgeübten Niederhaltekräfte führt.
In diesem Zusammenhang kann außerdem der Stempel 230 so gesteuert werden, dass er nach dem Eintauchen in den Folienträger 220 wieder zurück bewegt wird, um die beschriebene Vorformung der Folie F durch die Matrize 232 zu unterstützen. Dadurch ergibt sich zusätzlich die Möglichkeit, komplexere Formen der Folienverpackung zu realisieren, da die Folie F von zwei Seiten umgeformt werden kann. Das Zurückfahren des Stempels 230 eröffnet es dem Folienmaterial außerdem, sich in Richtung der Matrize 232 zu bewegen, um die beschriebene Verformung durch die Matrize 232 zu erleichtern. Die beschriebene Bewegung des Stempels 230 nach oben kann auch durch die Matrize 232 ausgelöst bzw. unterstützt werden, wenn die auf die Matrize 232 wirkende Kraft höher ist als die auf den Stempel 230 wirkende Kraft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2420680 A1 [0003, 0005]
WO 2017/144664 A1 [0005, 0055]
EP 2765081 A1 [0006]
AT 221906 B [0101]
DE 1211913 B [0101]
US 2012/0204412 A1 [0101]

Claims

Verfahren zum Formen von Folienformteilen einer Folienverpackung von Lebensmittelprodukten, insbesondere von Schokoladenhohlkörpern, mittels einer Formeinheit (12, 112), die eine Auflagefläche (92) für eine zu verformende Folie, wenigstens einen Stempel (30, 130) mit einer formgebenden Außenkontur (62, 162), sowie wenigstens eine Matrize (32, 132) mit einer Innenausnehmung (56, 156) umfasst, die eine mit der Außenkontur (62, 162) des wenigstens einen Stempels (30, 130) im wesentlichen korrespondierende Innenkontur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Formschritt der wenigstens eine Stempel (30, 130) und die wenigstens eine Matrize (32, 132) zum Formen der Folie relativ zueinander bewegt werden, wobei ein erster Mindestabstand in dem ersten Formschritt zwischen der Stempelaußenkontur (62, 162) und der Matrizeninnenkontur im zueinanderbewegten Zustand größer ist als die Dicke der zu verformenden Folie, und dass in wenigstens einem weiteren Formschritt der wenigstens eine oder ein zweiter Stempel (30, 130) und die wenigstens eine oder eine zweite Matrize (32, 132) zum Formen des vorgeformten Folienabschnitts weiter zusammengebracht werden, wobei ein zweiter Mindestabstand in dem weiteren Formschritt zwischen der Stempelaußenkontur (62, 162) und der Matrizeninnenkontur im zusammengebrachten Zustand geringer ist als der erste Mindestabstand.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Formschritt ein erster Stempel verwendet wird und in dem zweiten Formschritt ein zweiter Stempel, wobei der erste Stempel und der zweite Stempel im Wesentlichen die gleiche Außenkontur aufweisen, jedoch der erste Stempel um einen vorgegebenen Faktor kleiner ist als der zweite Stempel.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Formschritt eine erste Matrize verwendet wird und in dem zweiten Formschritt eine zweite Matrize, wobei die erste Matrize und die zweite Matrize im Wesentlichen die gleiche Außenkontur aufweisen, jedoch die erste Matrize um einen vorgegebenen Faktor größer ist als die zweite Matrize.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formeinheit (12, 112) ferner einen Niederhalter (90) aufweist, wobei der Niederhalter (90) bei dem ersten Formschritt einen Mindestabstand zu der Auflagefläche (92) der Formeinheit (12) aufweist, der größer ist als die Dicke der zu verformenden Folie, und wobei der Niederhalter (90) bei einem weiteren Formschritt in Anlage zu einem den vorgeformten Folienabschnitt umgebenden Flanschabschnitt (F_F) der Folie gebracht wird, so dass dieser Flanschabschnitt (F_F) der Folie zwischen dem Niederhalter (90) und der Auflagefläche (92) der Formeinheit (12, 112) kraftschlüssig gehalten wird.
Verfahren zum Formen von Folienformteilen einer Folienverpackung von Lebensmittelprodukten, insbesondere von Schokoladenhohlkörpern, mittels einer Formeinheit (12, 112), die eine Auflagefläche (92) für eine zu verformende Folie, wenigstens einen Stempel (30, 130) mit einer formgebenden Außenkontur (62, 162), wenigstens eine Matrize (32, 132) mit einer Innenausnehmung (56, 156) umfasst, die eine mit der Außenkontur (62, 162) des wenigstens einen Stempels (30, 130) im wesentlichen korrespondierende Innenkontur aufweist, sowie einen Niederhalter (90) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (90) bei einem ersten Formschritt einen Mindestabstand zu der Auflagefläche (92) der Formeinheit (12) aufweist, der größer ist als die Dicke der zu verformenden Folie, und wobei der Niederhalter (90) bei einem weiteren Formschritt in Anlage zu einem den vorgeformten Folienabschnitt umgebenden Flanschabschnitt (F_F) der Folie gebracht wird, so dass dieser Flanschabschnitt (F_F) der Folie zwischen dem Niederhalter (90) und der Auflagefläche (92) der Formeinheit (12, 112) kraftschlüssig gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formeinheit Distanzstücke oder Distanzvorsprünge oder dergleichen umfasst, die den Niederhalter in einem ersten Formschritt in der gewünschten Distanz zu der Auflagefläche der Formeinheit halten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Matrize (32) und/oder wenigstens ein Stempel (30) zumindest abschnittsweise einen elastischen Einsatz (60) aufweist.
Formeinheit (12, 112) zum Formen von Folienformteilen einer Folienverpackung von Lebensmittelprodukten, insbesondere von Schokoladenhohlkörpern, die wenigstens zwei Folienformteile umfasst, wobei die Formeinheit (12, 112) aufweist: wenigstens einen Stempel (30, 130) mit einer formgebenden Außenkontur (62, 162) und wenigstens eine Matrize (32, 132) mit einer Innenausnehmung (56, 156), die eine korrespondierende Innenkontur aufweist dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (30, 130) und/oder die Matrize (32, 132) zumindest abschnittsweise einen elastischen Einsatz (60, 160) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder Formeinheit (12, 112) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Einsatz (60, 160) einen Einsatz aus einem elastischen Kunststoff bzw. einem Elastomer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 9 oder Formeinheit (12, 112) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Einsatz (60, 160) gegenüber der restlichen Formkontur des Stempels, an dem er aufgenommen ist, und/oder gegenüber der restlichen Formkontur der Matrize (32, 132), an der er aufgenommen ist, geringfügig vorsteht.
Verfahren nach Anspruch 7, 9 oder 10 oder Formeinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Einsatz (60, 160) austauschbar an dem Stempel (30, 130) oder der Matrize (32, 132) angebracht ist.
Verfahren oder Formeinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Einsatz formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Stempel oder der Matrize angebracht ist.
Verfahren zum Formen von Folienformteilen einer Folienverpackung von Lebensmittelprodukten, insbesondere von Schokoladenhohlkörpern, mittels einer Formeinheit (12, 112), die eine Auflagefläche (92) für eine zu verformende Folie (F), wenigstens einen Stempel (230) mit einer formgebenden Außenkontur (62, 162), sowie wenigstens eine Matrize (232) mit einer Innenausnehmung (56, 156) umfasst, die eine mit der Außenkontur (62, 162) des wenigstens einen Stempels (230) im wesentlichen korrespondierende Innenkontur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Formschritt der wenigstens eine Stempel (230) und die wenigstens eine Matrize (232) zum Formen der Folie (F) relativ zueinander bewegt werden, wobei sowohl der Stempel (230) in Richtung der Matrize (232) als auch die Matrize (232) in Richtung des Stempels (230) bewegt werden, und wobei die Matrize (232) derart in Richtung des Stempels (230) bewegt wird, dass die Matrize (232) bereits vor Erreichen eines unteren Umkehrpunkts des Stempels (230) mit der Folie (F) in Kontakt kommt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem die Matrize (232) mit der Folie (F) in Kontakt gekommen ist, der Stempel (230) und die Matrize (232) in derselben Richtung bewegt werden, wobei die Folie (F) zwischen dem Stempel (230) und der Matrize (232) fixiert wird.
Verpackungsvorrichtung (10; 110) zur Verpackung von Lebensmittelprodukten, insbesondere von Schokoladenhohlkörpern, mittels einer Folienverpackung, die wenigstens zwei Folienformteile umfasst, wobei die Verpackungsvorrichtung eine Anzahl von Bearbeitungseinheiten zur Bearbeitung der Folienhalbzeuge (F_H) der Folienverpackung aufweist, nämlich: eine Schneideinheit zum Zuschneiden der Folienhalbzeuge (F_H), eine Formeinheit (12, 112) zum Formen der Folienhalbzeuge (F_H), und eine Schließeinheit (16, 116) zum Verbinden der Folienhalbzeuge zu einem abgeschlossenen Gehäuse für das aufgenommene Lebensmittelprodukt; sowie eine Fördereinheit (18, 118) zum Fördern der zu bearbeitenden Folienhalbzeuge (F_H) der Folienverpackung zwischen den einzelnen Bearbeitungseinheiten der Verpackungsvorrichtung (10, 110), dadurch gekennzeichnet, dass die Verpackungsvorrichtung eine Formeinheit mit den Merkmalen der Ansprüche 8 bis 12 aufweist und/oder ein Verfahren zum Formen der Folienformteile mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 7 oder 9 bis 14 nutzt.