DE10350633A1

DE10350633A1 - Beheizungssystem für eine Verpackungsmaschinenstraße

Info

Publication number: DE10350633A1
Application number: DE10350633A
Authority: DE
Inventors: Hans Günter DONGES
Original assignee: CFS Germany GmbH
Current assignee: GEA CFS Germany GmbH
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2004-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beheizungssystem für eine Verpackungsmaschinenstraße, in der Verpackungsmulden durch Tiefziehen einer vorzugsweise geschäumten Folie erzeugt werden, wobei die erste Oberfläche der Folie von einem Heizmittel und die zweite Oberfläche der Folie von einer Infrarot-Heizung erwärmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beheizungssystem für eine Verpackungsmaschinenstraße, in der Verpackungsmulden durch Tiefziehen einer Folie hergestellt werden.
Derartige Verpackungsstraßen sind in einer Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist eine solche Verpackungsmaschinenstraße in der DE 102 14 344.7 beschrieben. Diese Patentanmeldung wird hiermit als Referenz eingeführt und gilt somit als Teil der Offenbarung.
Bei diesen Verpackungsmaschinenstraßen ist es üblich, die von einem Vorrat durch die gesamte Maschinenstraße durchlaufende Folie zu erwärmen, anschließend tiefzuziehen, abzukühlen und schließlich zu befüllen. Das Erwärmen der Folie erfolgt dabei üblicherweise mittels einer Heizplatte, die ihrerseits über Heizpatronen aufgeheizt wird. In der DE 102 52 019.4 wird darüber hinaus die Beheizung der Heizplatten mittels in der Platte angeordneten Leiterplatten beschrieben. Diese Patentanmeldung wird hiermit ebenfalls als Referenz eingeführt und gilt somit ebenso als Teil der Offenbarung.
Es war daher die Aufgabe der Erfindung, ein Beheizungssystem für eine Verpackungsmaschinenstraße zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Beheizungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der Erfindung ist ein Beheizungssystem geschaffen worden, das auf der einen Seite der Folie ein Heizmittel und auf der anderen Seite der Folie eine Strahlerheizung, vorzugsweise Infrarot-Heizung, vorsieht. Hierdurch wird ein Beheizungssystem geschaffen, welches einfach zu handhaben ist und ein gewünschtes Wärmeprofil der beheizten Folie gewährleistet. Insbesondere die Folienmitte wird bei Verwendung des erfindungsgemäßen Beheizungssystems besonders schnell erwärmt. Die Folie wird zudem so erwärmt, dass bei dem anschließenden Tiefziehvorgang die Gefahr von Materialungenauigkeiten oder Rissen weitgehend minimiert ist. Das erfindungsgemäße Beheizungssystem erlaubt die Einstellung einer besonders hohen Taktzahl bei der Herstellung von tiefgezogenen Verpackungsmulden und ist energetisch günstig, da keine erhöhten Temperaturen im Randbereich der Folie eingestellt werden müssen, um die gewünschte Temperatur im Bereich der Mitte der Folie zu erzielen.
Die in der Verpackungsmaschinenstraße verarbeiteten Folien sind dem Fachmann bekannt. Die Folien haben gemeinsam, dass sie tiefziehfähig sind und vorzugsweise für die Verpackung von Lebensmitteln zugelassen sind. Zudem müssen die erzeugten Verpackungen eine ausreichende Stabilität aufweisen und in der Regel flüssigkeits- und gasdicht sein. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Verpackungen jedoch aus einer aufgeschäumten Folie, vorzugsweise Polyolefinfolie, bei der eine besonders hohe Stabilität der Verpackungen ohne zusätzlichen Materialverbrauch und damit ein höheres Gewicht der Verpackung erzielt wird. Ganz besonders bevorzugt ist die Folie eine Mehrschichtfolie, die zumindest aus einer geschäumten und einer ungeschäumten Schicht besteht, wobei die geschäumte Schicht vorzugsweise mit der Strahlerheizung und die ungeschäumte Schicht vorzugsweise mit dem Heizmittel erwärmt wird.
Als Heizmittel dient jedes dem Fachmann geläufige Heizmittel, durch welches Energie vorzugsweise durch Kontakt mit dem Heizmittel in ein zu heizendes Medium eingetragen wird. Vorzugsweise ist das Heizmittel eine Heizplatte.
Eine Strahlerheizung-Heizung im Sinne der Erfindung ist jede dem Fachmann geläufige Heizung, bei der die Wärmeübertraung auf Strahlung basiert. Vorzugsweise ist die Strahlerheizung eine Infrarotheizung. Als Infrarotheizung kommt jede dem Fachmann geläufige Vorrichtung in Frage, die in der Lage ist, ein vorbestimmtes Maß an elektromagnetischer Strahlung im Bereich der infraroten Wellenlängen zu emittieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Infrarot-Heizung eine Reihe, vorzugsweise 4 bis 8 parallel angeordneter Emitter für Infrarot-Strahlen auf. Dieser Emitter bestehen in einer überaus bevorzugten Ausgestaltung im wesentlichen aus einer keramischen Masse. Vorzugsweise handelt es sich bei der Infrarotheizung um eine sogenannte direkte Infrarotheizung.
Die einzelnen Emitter arbeiten dabei mit einer Leistung zwischen 200 und 1500 W, wodurch die Infrarot-Heizung bei einer vorzugsweisen Anordnung von 4 bis 8 Emittern im Bereich von 0,8 bis 12 kW leistet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung emittiert die erfindungsgemäße Infrarot-Heizung eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 1 bis 100 μm. In einer überaus bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt die emittierte Strahlung eine Wellenlänge im Bereich von 2 bis 10 um. So wird eine für die Erwärmung von Kunststofffolien besonders günstige Wellenlänge erzeugt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Heizmittel, vorzugsweise die Heizplatte, oberhalb der Folie und die Infrarot-Heizung unterhalb der Folie angeordnet. Somit wird in besonders einfacher Weise erreicht, dass die Infrarot-Heizung vor allem diejenigen Bereiche der Folie erwärmt, die während des Tiefziehens eine besonders große Verformung erfahren. Die oben genannte Anordnung eignet sich auch insbesondere zur Beheizung von Mehrschichtfolien, wobei die obere, dem Heizmittel zugewandte Schicht ungeschäumt und die untere, dem Strahler zugewandte Schicht geschäumt ist. Besonders bevorzugt sind beide Folien aus Polyolefin, am meisten bevorzugt aus Polypropylen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Folie und der Strahlerheizung, vorzugsweise der Infrarot-Heizung, eine Glasplatte angeordnet, die sich vorzugsweise über die gesamte Breite der Folie erstreckt. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise der Strahler geschützt werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Glasplatte zwischen der Folie und der unterhalb der Folie angeordneten Strahlerheizung angeordnet. So wird mit besonders einfachen Mitteln verhindert, dass bei Zerbrechen der Glasplatte Splitter auf die Folie und damit in die Verpackung gelangen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Strahlerheiung, vorzugsweise der Infrarot-Heizung, und der Folie eine Schablone angeordnet. Hierdurch kann in besonders vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass die Folie nicht in Kontakt mit der Glasplatte kommt und nur bestimmte Bereiche der Folie, beispielsweise allein die Bereiche, aus denen Verpackungen tiefgezogen werden oder aber allein die Randbereiche der Verpackungen, die beim Tiefziehvorgang besonders große Umformungen erleiden, durch die Infrarot-Heizung erwärmt werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist diese Schablone kühlbar, so dass eine übermäßige Erhitzung der Schablone und etwaige Beschädigungen der Folie durch Kontakt mit der Schablone sicher unterbunden werden können. In einer überaus vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schablone überdies austauschbar angeordnet, so dass ein Umrüsten der Anlage auf sich verändernde Parameter jederzeit und ohne großen Aufwand ermöglicht wird. Die Schablone kann auch dazu eingesetzt werden den Abstand der Folie zu dem Heizmittel, vorzugsweise der Heizplatte zu vermindern und/oder gegen das Heizmittel zu drücken. Mit der Schablone können beispielsweise auch unterschiedliche Dicken von Folie ausgeglichen werden, ohne dass die Strahlerheizung und/oder das Heizmittel vertikal verschieblich sei müssen. Bei einer dünneren Folie wird eine dickere Schablone eingesetzt und umgekehrt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erfindungsgemäße Beheizungssystem in Laufrichtung der Folie durch die Verpackungsmaschinenstraße direkt vor der Tiefziehstation angeordnet. Hierdurch wird vermieden, dass nach dem Aufheizen der Folie eine signifikante Temperatursenkung vor dem Umformvorgang auftreten kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zwischen der Folie und dem Heizmittel eine möglichst große Kontaktfläche eingestellt, um einen optimalen Wärmeübergang zu gewährleisten. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird diese Kontaktfläche durch ein zwischen der Heizplatte und der Folie erzeugtes Vakuum hergestellt, so dass die Folie durch den Umgebungsdruck an die Heizplatte gepresst wird. Die Folie wird dadurch an das Heizmittel gepresst und behält über den gesamten Aufheizvorgang ihre vorgegebene flache Form. Hierdurch wird vermieden, dass sich durch den Wärmeeintrag die Oberfläche der Folie wellt oder ähnliche Verwertungen aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Folie und der Strahlerheizung, vorzugsweise der Infrarot-Heizung, ein Abstand von 80 – 100 mm.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Tiefziehstation, in der eine Strahlerheizung vorzugsweise oberhalb der Folie angeordnet ist. Vorzugsweise erfolgt das Tiefziehen der Folie durch Vakuum. Die erfindungsgemäße Tiefziehstation findet insbesondere Anwendung in einer taktweise arbeitenden Verpackungsmaschine, wobei während eines Taktes die Folie in der Tiefziehstation sowohl erwärmt als auch verformt, vorzugsweise tiefgezogen wird.
Die erfindungsgemäße Tiefziehstation eignet sich insbesondere zur Verformung von dünnen Folien. Bei der erfindungsgemäßen Tiefziehstation kann auf eine in Laufrichtung der Folie vorgelagerte Beheizung der Folie verzichtet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verpackungsmaschinenstraße mit dem oben beschriebenen Beheizungssystem vorgeschlagen, welche zusätzlich eine Befüllstation und eine Vorrichtung zum Beaufschlagen der tiefgezogenen Verpackungsmulden mit einem gasförmigen oder flüchtigen Stoff, der bei Atmosphärendruck einen Siede- oder Sublimationspunkt < 10°C und eine Temperatur < 3°C aufweist. Beispielsweise ist dieser Stoff Inertgas wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid oder deren Mischung, jeweils flüssig oder gasförmig, oder Sauerstoff und dergleichen.
Die tiefgezogenen Verpackungen werden dabei mit dem Stoff beaufschlagt, um eine Abkühlung zu erzielen, bei der der Stoff, sofern er flüssig oder fest ist, gasförmig wird und um die Verpackungen vorzugsweise noch vor der Befüllung zu inertisieren oder einen Gasaustausch innerhalb der Verpackung vorzunehmen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn Substanzen wie Kohlendioxid oder Stickstoff in seiner flüssigen Form verwendet werden, die dann gasförmig werden und vorzugsweise teilweise gasförmig innerhalb der Verpackungsmulde verbleiben.
Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass ein Gasaustausch in der Verpackung leichter und vollständiger möglich ist, weil sich nach dem Befüllen der Verpackung mit einem Verpackungsgut auch ausgetauschtes Gas unterhalb des Verpackungsgutes befindet und dass die Verpackungen zumindest teilweise sterilisiert werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren näher erläutert. Diese Figuren sind jedoch lediglich beispielhafte Darstellungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und schränken den Erfindungsgedanken in keiner Weise ein.
1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer Verpackungsmaschinenstraße mit dem erfindungsgemäßen Beheizungssystem,
2 zeigt eine Frontansicht auf das erfindungsgemäße Beheizungssystem in einem Schnitt entlang der Linie A-A aus 1,
3 zeigt eine Draufsicht auf die Verpackungsmaschinenstraße aus 1.
In 1 wird ein geschnittene Seitenansicht eines Teils einer Verpackungsmaschinenstraße 2, bestehend aus einem Beheizungssystem 1, einer Formstation 10 und einer Vorrichtung 14 zum Baufschlagen der Verpackungsmulden 13 mit Kohlendioxid dargestellt. Das Beheizungssystem 1 besteht aus einer über der ersten Oberfläche 4 der Folie 3 angeordneten Heizplatte 5 und einer unterhalb der zweiten Oberfläche 6 der Folie 3 angeordneten Infrarot-Heizung 7. In der Heizplatte 5 ist eine Vielzahl gleich beabstandeter Heizpatronen 12 angeordnet. Die Infrarot-Heizung 7 weist ihrerseits eine Vielzahl von Infrarot-Emittern 15 auf, die mit gleichen Abständen parallel zur Folie 3 angeordnet sind. Zwischen der Folie 3 und der Infrarot-Heizung 7 ist darüber hinaus eine Glasplatte 8 angeordnet, die eine durch Kühlrohre 22 gekühlte Schablone 9 trägt.
In 2 wird eine entlang der Linie A-A aus 1 geschnittene Fontansicht einer Infrarot-Heizung 7 des erfindungsgemäßen Beheizungssystems (nicht gezeigt) dargestellt. Das Beheizungssystem 1 ist in einem Maschinenrahmen 16 angeordnet und umfasst eine unterhalb der Folie (nicht gezeigt) angeordnete Glasplatte 8 und eine unterhalb der Glasplatte 8 angeordnete Schablone 9. Die Schablone 9 wird durch Kühlrohre 22 auf eine Temperatur abgekühlt, die eine übermäßig starke Aufheizung der Schablone verhindert. Die Infrarot-Heizung 7 weist parallel zueinander liegende Infrarot-Emittern 15 auf, die in einem zur Folie (nicht gezeigt) hin offenen Gehäuse 17 angeordnet sind.
In 3 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Verpackungsmaschinenstraße 2 dargestellt. Auf der Glasplatte 8 liegt eine Schablone 9, die sechs Öffnungen 19 aufweist, die im wesentlichen die Form der in der Formstation 10 tiefzuziehenden Verpackungsmulden 13 besitzen. Der übrige Bereich der Schablone 9 ist für die Infrarot-Strahlung im wesentlichen undurchlässig. Der Fachmann versteht, dass die Schablone 9 sowohl eine zur Infrarot-Heizung hin reflektierende Oberfläche aufweisen als auch aus einem Material gefertigt sein kann, welches eine definierte Strahlungsmenge durch die die Öffnungen 19 umgebenden Bereiche hindurchlässt. In Laufrichtung 11 der durch gestrichelte Linien angedeuteten Folie 3 hinter der Formstation 10 ist eine Vorrichtung 14 zur Beaufschlagung der Verpackungsmulden 13 mit gekühlten Gas angeordnet. Das Gas wird über Zufuhrmittel 20 zu jeder Verpackungsmulde 13 geleitet. Das Gas verlässt die Zufuhrmittel 20 vorzugsweise über Schlitzdüsen 21. Der Fachmann versteht, dass die Verpackungsmaschinenstraße 2 taktweise sechs Folienbereiche erwärmt, anschließend in die Formstation 20 befördert und zeitgleich mit dem Tiefziehen von sechs Verpackungsmulden 13 sechs weitere Folienbereiche für den nachfolgenden Tiefziehvorgang erwärmt. Analog werden die tiefgezogenen Verpackungsmulden 13 taktweise zur Vorrichtung 14 befördert.

1: Beheizungssystem
2: Verpackungsmaschinenstraße
3: Folie
4: erste Oberfläche
5: Heizplatte
6: zweite Oberfläche
7: Infrarot-Heizung
8: Glasplatte
9: Schablone
10: Formstation
11: Laufrichtung der Folie
12: Heizpatronen
13: Verpackungsmulden
14: Vorrichtung zur Beaufschlagung mit CO₂
15: Infrarot-Emitter
16: Maschinenrahmen
17: Gehäuse
19: Öffnungen
20: Zufuhrmittel
21: Schlitzdüsen
22: Kühlrohre

Claims

Beheizungssystem (1) für die in einer Verpackungsmaschinenstraße (2) zur Herstellung von Verpackungsmulden verarbeitete Folie (3) mit einem vorzugsweise die erste Oberfläche (4) der Folie (3) beheizenden Heizmittel (5) und einer vorzugsweise die zweite Oberfläche (6) der Folie (3) beheizenden Strahler-, vorzugsweise Infrarot-Heizung (7).
Beheizungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmittel (5) oberhalb der Folie (3) und die Strahler-, vorzugsweise Infrarot-Heizung (7) unterhalb der Folie (3) angeordnet ist.
Beheizungssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Strahler-, vorzugsweise Infrarot-Heizung (7) und der Folie (3) eine Glasplatte (8) angeordnet ist.
Beheizungssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Strahler-, vorzugsweise Infrarot-Heizung (7) und der Folie (3) eine vorzugsweise kühlbare Schablone (9) angeordnet ist.
Beheizungssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (9) austauschbar angeordnet ist.
Beheizungssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in Laufrichtung (11) der Folie (3) direkt vor der Formstation (10) einer Verpackungsmaschinenstraße (2) angeordnet ist.
Beheizungssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Vakuum die Kontaktfläche zwischen dem Heizmittel (5) und der Folie (3) vergrößerbar ist.
Beheizungssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wahl der Dicke der Schablone der Abstand zwischen der Strahler-, vorzugsweise Infrarot-Heizung (7) und der Folie (3) veränderbar, vorzugsweise reduzierbar, ist.
Beheizungssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahler-Heizung eine Infrarot-Heizung (7) ist, die eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 1 und 100 μm, vorzugsweise 2 – 10 μm, emittiert.
Beheizungssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmittel eine Heizplatte ist, die über innenliegende Heizpatronen (12) und/oder Leiterplatten aufheizbar ist.
Beheizungssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) eine geschäumte Folie, vorzugsweise eine Mehrschichtfolie mit einer geschäumten Schicht ist.
Verpackungsmaschinenstraße (2) mit einem Beheizungssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, einer Formstation (10), einer Vorrichtung (14) zum Beaufschlagen der tiefgezogenen Verpackungsmulden (13) mit einem Stoff, der bei Atmosphärendruck einen Siede oder Sublimationspunkt < 10°C und eine Temperatur < 3°C aufweist sowie einer Befüllstation.
Verpackungsmaschinenstraße (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass die Vorrichtung (14) zwischen der Formstation (10) und der Befüllstation angeordnet ist.
Tiefziehstation, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Strahler-, vorzugsweise eine Infrarot-Heizung aufweist.
Tiefziehstation, dadurch gekennzeichnet, dass sie Teil einer taktweise arbeitenden Verpackungsmaschine ist und dass während eines Taktes eine Verpackungsfolie sowohl aufgeheizt als auch verformt, vorzugsweise tiefgezogen wird.