DE10233662B4 - Abfüllanlage für ein Produkt aus viskosem Material - Google Patents

Abstract

Abfüllanlage für ein Produkt aus viskosem Material, insbesondere einer chemotechnischen Zubereitung, das aus einer Portionierungseinrichtung (10, 11) in Strangform ausgetragen und mittels einer Einrichtung zum Durchtrennen des Produktstrangs (12) endportioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrennungseinrichtung einen Laser umfasst, dessen Strahl (15) quer zur Produktaustragrichtung gerichtet ist und den Produktstrang (12) zur Endportionierung durchsetzt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Abfüllanlage für ein Produkt aus viskosem Material, insbesondere einer chemotechnischen Zubereitung, das aus einer Portionierungseinrichtung in Strangform ausgetragen und mittels einer Einrichtung zum Durchtrennen des Produktstrangs endportioniert wird.
• Der Begriff chemotechnische Zubereitung umfasst vorliegend jedes insbesondere chemotechnisch hergestellte viskose Produkt, das in flüssiger Form mit Hilfe einer Füllmaschine aus einer Portionierungseinrichtung in Gestalt eines Strangs ausgetragen wird. Zur Endportionierung wird dieser Produktstrang mittels einer speziellen Einrichtung durchschnitten bzw. durchtrennt. Insbesondere befasst sich die vorliegende Erfindung mit der Durchtrenneinrichtung der in Rede stehenden Anlage, die bislang in unterschiedlicher Weise realisiert war, wie im folgenden näher ausgeführt.
• Unabhängig von dem verwendeten Abfüllprinzip für die fließfähige Zubereitung, wobei hierfür beispielsweise Kolbendosierung, Membrantechnik, druckabhängige, zeitgeregelte Dosierung für eine vorgegebene Druckkammercharakteristik, induktive Durchflussmessung, Gewichtsdosierung in einen Vorlagebehälter auf Wägezählen und dergleichen in Betracht kommen, ist eine Trennung des Abfüllguts (vorliegend auch als viskoses Material bezeichnet) zwischen einer Füllmechanik (vorliegend auch als Portionierungseinrichtung bezeichnet) und einem Abfüllbehälter erforderlich. Diese Durchtrennung des Abfüllguts erfolgte bislang beispielsweise mit Hilfe eines zylindrischen Füllrohrs, an dessen Ausgang ein Ventilsitz vorgesehen ist.
• Dieses Füllrohr wird über einen Stößel als Gegenstück entweder in Ausfließrichtung oder umgekehrt am Ende eines Dosiervorgangs abgedichtet, wodurch Trennung des Abfüllguts erzielt wird. Eine alternative Trenntechnik ist in Gestalt des Drehschiebeprinzips bekannt, demnach ein rotierendes Ventilküken die Dosierstrecke verschließt und umgekehrt. Zur Trennung des Füllguts eignet sich auch die Adhäsion/Kohäsion zwischen Füllrohr und Produkt, wodurch eine Trennung nach Ende des Dosierhubs nicht erforderlich ist. Dieses bekannte Prinzip kann unterstützt sein durch luft-/inertgasunterstützes Freiblasen. Alternativ kann die Schwerkraft genützt werden, um eine reproduzierbare Entleerung des Füllrohrs zu erzielen.
• Als Durchtrenneinrichtung für die in Rede stehende Abfülleinrichtung kommen außerdem rotierende Rundmesser oder spezielle Schneidprofile in Betracht, die quer zur Füllgut-Fließrichtung bewegt werden.
• Unabhängig von den vorstehend genannten Trennprinzipien ist für den Durchtrennvorgang wesentlich, dass er reproduzierbar ist, dass das Trennen nachtropffrei erfolgt, dass kein Produktfaden erzeugt wird, dass die Schnittstellen sauber in das Füllrohr bzw. den Abfüllbehälter zurückhebern, um die angestrebte Randvollbefüllung zu gewährleisten.
• Zumindest für kleine Abfülltakte und niedrig viskoses Material können diese Bedingungen durch nahezu sämtliche vorstehend genannten Durchtrennungseinrichtungen erfüllt werden. Problematisch ist, wenn größere Taktzeiten erforderlich sind und/oder das abzufüllende Material höhere Viskosität aufweist. Insbesondere im Fall von höher viskosem Material kann die Erzeugung von Produktfäden durch die bisherigen Durchtrenneinrichtungen nicht gewährleistet werden.
• Eine Abfüllanlage der eingangs genannten Art ist aus der DE 92 08 679 U1 bzw. aus der DE 92 17 784 U1 bekannt. Diese bekannten Abfüllanlagen sehen jeweils zum Durchtrennen des Produktstrangs mechanische Einrichtungen vor, die zwischen der Portionierungseinrichtung in Gestalt eines Abfüllrohrs und einem Abfüllbehältnis angeordnet ist.
• Aus der WO 94/13451 A1 ist es bekannt, erkaltete und zusammenhängende Hotmelt-Verpackungen mittels Laser zu trennen.
• Aus der DE 39 04 287 A1 ist eine Vorrichtung zum Schneiden von Flüssigkeit enthaltenden Stoffen mittels eines Lasers bekannt.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abfüllanlage der eingangs genannte Art zu schaffen, die auch im Falle von kritischem Material eine saubere Endportionierung, insbesondere frei von Produktfäden gewährleistet und die außerdem eine höhere Taktrate zulässt, als dies bislang aufgrund der Durchtrenneinrichtung möglich war.
• Außerdem soll eine Möglichkeit zur Verwendung der Abfüllanlage angegeben werden.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Im Gegensatz zu bisherigen Durchtrenneinrichtungen für die in Rede stehende Abfüllanlage schlägt die Erfindung die Verwendung eines Laserstrahls zum Durchtrennen des Produktstrangs vor. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Verwendung eines Laserstrahls für den angestrebten Zweck nickt nur sämtliche eingangs genannten Anforderungen an die Durchtrenneinrichtung der Abfüllanlage erfüllt, einschließlich einer Produktfadenfreien Produktion, sondern dass die erfindungsgemäß kontaktfreiarbeitende Durchtrenneinrichtung auf Grundlage eines Lasers auch wesentlich höhere Taktraten erlaubt als bisherige Durchtrenneinrichtungen.
• Diese spezielle Leistungsfähigkeit der Durchtrenneinrichtung der erfindungsgemäßen Abfüllanlage ist deshalb überraschend, weil bislang in Fachkreisen das Vorurteil bestanden hat, dass zum Durchtrennen von viskosem Produktmaterial, insbesondere eines Produktstrangs einer chemotechnischen Zubereitung ein Laser mit hierfür geeigneter relativ hoher Energiedichte nicht eingesetzt werden kann, weil mit einem Verkohlen des Materials zu rechnen ist. Ein derartiges Verkohlen konnte jedoch im vorliegenden Fall nicht festgestellt werden, insbe sondere nicht im Zusammenhang mit dem Abfüllen von Klebstoff-Zubereitungen. Eine bewiesene Erklärung hierfür liegt noch nicht vor. Es wird jedoch angenommen, dass diesem Verhalten der Laserdurchtrenneinrichtung zugrunde liegt, dass aufgrund des Wassergehalts des Produkts um den den Produktstrang durchsetzenden Laserstrahl herum eine Verdampfung der Flüssigphase (die primär neben Wasser auch dampfdruckabhängig Anteile der übrigen Inhaltsstoffe der Zubereitung enthalten kann) erfolgt, die mit einer Temperaturbegrenzung verbunden ist. Mit anderen Worten bildet sich beim Durchtrennen des Produktstrangs mittels des Laserstrahls um den Laserstrahl eine Art Wasserdampfpolster, das zu einer Temperaturbegrenzung beim Laserdurchtrennen derart beiträgt, dass die Inhaltsstoffe der Zubereitung ausreichend derart vor Wärme geschützt sind, dass Verkohlen nicht stattfindet.
• Folgende Vorteile sind zugunsten der erfindungsgemäßen Laser-Durchtrenneinrichtung zu nennen: aufgrund der energiereichen Laserstrahlung kann die Kontaktzeit mit dem Produktstrang verringert werden. Die Durchtrenntemperatur ist durch den vorstehend genannten Effekt des Wasserdampfpolsters soweit reduziert, dass die chemische Zusammensetzung der Zubereitung durch den Laserstrahl nicht beeinträchtigt wird. Durch den kontaktfreien Laserschneidvorgang entfällt mechanischer Verschleiß durch den Abtrennvorgang. Das erfindungsgemäße Laserschneiden gewährleistet außerdem verbesserte Hygiene, verbunden mit geringerem Reinigungsaufwand und resultierend in einer Verbesserung des Wirkungsgrads. Als besonders vorteilhaft hat sich die erfindungsgemäße Laserdurchtrenneinrichtung im Zusammenhang mit mittelviskosen chemotechnischen Zubereitung mit der Neigung zum Fadenziehen erwiesen, da Fadenziehen vollständig verhindert wird. Aufgrund der genannten Vorteile eignet sich die erfindungsgemäße Laserdurchtrenneinrichtung insbesondere für sogenannte schwer abfüllbare Füllgüter.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Durchtrennen des Produktstrangs durch eine Relativbewegung zwischen Lasterstrahl und Produktstrang von der einen zur anderen Seite des Produktstrangs, der im übrigen eine beliebige Querschnittsform aufweisen kann. Diese Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Produktstrang sieht gemäß einer Ausführungsform einen ortsfesten Laserstrahl vor, der kontinuierlich ausgestrahlt wird, wobei in diesem Fall der Produktstrang durch den Laserstrahl bewegt wird. Alternativ hierzu kann der Laserstrahl quer durch den Produktstrang bewegt werden. Gemäß noch einer weiteren Alternative kann der Laserstrahl zum Durchtrennen des Produktstrangs diskontinuierlich auf diesen gerichtet werden, so dass gewährleistet ist, dass der Laserstrahl den Produktstrang jeweils nur dann trifft, wenn der Strang durchtrennt werden soll.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energiedichte des Laserstrahls und seine Kontaktzeit mit dem Produktstrahl derart auf Material und Stärke des Produktstrangs abgestimmt sind, dass der Strang ohne Fadenziehen und/oder ohne Nachtropfen und/oder mit sauberen Schnittstellen durchtrennt wird.
• Als Laser kommt grundsätzlich jeder Laser in Betracht, der die benötigte Energiedichte bereitstellt. Ein bevorzugter Laser für die erfindungsgemäße Abfüllanlage ist ein CO₂-Laser.
• Eine vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Abfüllanlage ist in den Ansprüchen 8 bis 11 angegeben. Demnach kommt die erfindungsgemäße Abfüllanlage vorteilhaft zum Einsatz beim Portionieren von Klebstoff in Behälter, wobei der Klebstoff zur Endpositionportionierung in flüssiger Form in den Behälter ausgetragen wird. Die erfindungsgemäße Abfüllanlage eignet sich gleichermaßen zur Verwendung mit Klebstoff, der eine wasserdünne/leichtfließende bis mittelviskose Zubereitung ist, sowie für Klebstoff, der eine schwerfließende, gelartige Zubereitung halbfester Konsistenz ist.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abfüllanlage im Bereich deren Laser-Durchtrenneinrichtung.
• Die Abfüllanlage umfasst einen Dosierbehälter 10, an dessen Boden sich ein Füllrohr 11 anschließt, das mit dem Dosierraum 10 in Verbindung steht und typischerweise einen Durchmesser zwischen 3 und 50 mm aufweist. Durch nicht näher erläuterte Kolbenwirkung wird das auszutragende Produkt, insbesondere eine chemotechnische Zubereitung aus dem Dosierbehälter 10 in das Füllrohr 11 überführt, wie durch einen Pfeil verdeutlicht und im Verlauf des weiteren Kolbenhubs aus dem Füllrohr als Produktstrang 12 ausgetragen. Nach dem Austritt aus dem Füllrohr 11 bleibt das Profil des Produktstrangs 12 nicht rund entsprechend dem runden Querschnitt des Füllrohrs, sondern verändert sich unter anderem in Abhängigkeit vom Abstand zum zu befüllenden Objekt, vorliegend einem zylindrischen Produkt-Aufnahmebehälter 13, der koaxial zum Füllrohr 11 in dessen Verlängerung unterhalb von dem Rohr zu liegen kommt. Der Abstand zwischen dem unteren Ende des Füllrohrs 11 und dem oberen Ende des Behälters 13 beträgt typischerweise zwischen 1 und 50 mm.
• Um den Produktstrang 12 bestimmungsgemäß mit den vorstehend genannten Anforderungen in Querrichtung zu durchtrennen, ist eine Durchtrenneinrichtung in Gestalt eines im einzelnen nicht gezeigten Lasers vorgesehen, aus welchem mit Hilfe eines Auskoppelspiegels 14 ein Laserstrahl ausgekoppelt und quer durch den Produktstrang gerichtet wird. Nachdem der Laserstrahl l5 den Produktstrang 12 durchsetzt hat, trifft er auf einen Spiegel 16, der den Laserstrahl um einen vorbestimmten Winkel umlenkt (Laserstrahlabschnitt 15'). Nach dem Umlenken trifft der Laserstrahl (Laserstrahlabschnitt 15') auf eine Strahlenfalle 17, in der die Laserenergie mithilfe von die Strahlenfalle 17 durchsetzenden Kühlwasser abgeführt und gegebenenfalls als Wärmeenergie genutzt wird.
• Erfindungsgemäß ist die Energiedichte des Laserstrahls 15 sowie seine Kontaktzeit mit dem Produktstrang 12 derart auf Material und Stärke des Produktstrangs 12 abgestimmt, dass dieser ohne Faden 10 oder Nachtropfen und mit sauberen Schnittstellen durchtrennt wird, so dass das Produktmaterial nach dem Durchtrennen sauber in den Behälter 13 zurückhebert, so dass dieser problemlos randvoll befüllt werden kann.
• Bevorzugt unterliegen Laserstrahl 15 und Produktstrang 12 zur Durchtrennung desselben mit einer Schneidbewegung einer Relativbewegung, die z.B. bereitgestellt wird durch eine Bewegung von Dosierbehälter 10 und Füllrohr 11 entlang einer Kreisbahn, auf der eine Vielzahl von Anordnungen aus Dosierbehälter und Füllrohr bewegt werden.

Claims (10)

1. Abfüllanlage für ein Produkt aus viskosem Material, insbesondere einer chemotechnischen Zubereitung, das aus einer Portionierungseinrichtung (10, 11) in Strangform ausgetragen und mittels einer Einrichtung zum Durchtrennen des Produktstrangs (12) endportioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrennungseinrichtung einen Laser umfasst, dessen Strahl (15) quer zur Produktaustragrichtung gerichtet ist und den Produktstrang (12) zur Endportionierung durchsetzt.
2. Abfüllanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bewegen von Laserstrahl (15) und Produktstrang (12) relativ zueinander, um diesen von einer Seite zur gegenüberliegenden Seite zu durchtrennen.
3. Abfüllanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (15) ortsfest und kontinuierlich ausgestrahlt wird, und dass der Produktstrang (12) quer durch den Laserstrahl (15) bewegt wird.
4. Abfüllanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (15) zum Durchtrennen des Produktstrangs (12) diskontinuierlich auf diesen gerichtet ist.
5. Abfüllanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiedichte des Laserstrahls (15) und seine Kontaktzeit mit dem Produktstrang (12) derart auf Material und Stärke des Produktstrangs (12) abgestimmt sind, dass dieser ohne Fadenziehen und/oder ohne Nachtropfen und/oder mit sauberen Schnittstellen durchtrennt wird.
6. Abfüllanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der den Laserstrahl (15) erzeugende Laser ein CO₂-Laser ist.
7. Verwendung der Abfüllanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Portionieren von Klebstoff in Behälter (13).
8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff in flüssiger Form in den Behälter (13) ausgetragen wird.
9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff eine wasserdünne/leichtfließende bis mittelviskose Zubereitung ist.
10. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff eine schwerfließende, gelartige Zubereitung halbfester Konsistenz ist.