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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Thermoformer, bei dem mindestens ein Werkzeug mit einem Mittel in eine abgesenkte und in eine angehobene Stellung verschiebbar ist, wobei das Werkzeug als Antrieb mindestens einen Elektrolinearantrieb aufweist.
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Heutzutage werden Lebensmittel oftmals in Kunststoffverpackungen verpackt, um diese haltbar zu machen. Dafür verwendete Thermoformern sind beispielsweise aus der
EP 0 819 608 A1 oder der
DD 267 008 A1 bekannt.
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Das Herstellen und Befüllen der Verpackungen geschieht in der Regel mit einem semikontinuierlichen arbeitenden Thermoformer, bei dem die Verpackungsmulde zunächst aus einer Folie tiefgezogen, sodann mit dem zu verpackenden Gut befüllt und anschließend mit einer Deckelfolie versiegelt wird. Die so hergestellten Verpackungen werden in einem letzten Schnitt auseinandergeschnitten. Bei der Herstellung der Verpackung müssen Werkzeuge, beispielsweise wird die Tiefziehform, das Siegel- und/oder Schneidwerkzeug vertikal bewegt werden, wobei insbesondere beim Siegeln und Schneiden ganz erhebliche Kräfte auftreten. Der Antrieb der oben genannten Werkzeuge erfolgte in der Vergangenheit in der Regel mit Pneumatikzylindern, weil diese einfach und günstig zu handhaben sind.
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Da die Lebensmittel- aber auch die Medizintechnikindustrie immer höhere Hygienestandards bei Thermoformern und bei der die Thermoformer umgebende Atmosphäre fordert, haben sich pneumatisch angetriebene Zylinder als unvorteilhaft erwiesen, weil zum einen die den Pneumatikzylinder betreibende Druckluft insgesamt nicht keimfrei ist und zum anderen durch Schmierstoffe verunreinigt sein kann. Thermoformern mit einem Elektrolinearantrieb sind aus der
EP 07 64 584 A2 , der
DE 196 30 420 A1 sowie der
DE 103 27 092 A1 bekannt.
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Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Thermoformer zur Verfügung zu stellen, mit den höheren Leistungen erzielbar sind.
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Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Thermoformer gemäß Patentanspruch 1.
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Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass dieser Thermoformer wesentlich höheren hygienischen Standards genügt. Der Thermoformer ist energetisch günstiger und geräuschärmer zu betreiben als Thermoformer gemäß dem Stand der Technik. Der erfindungsgemäße Thermoformer ist einfach und kostengünstig herzustellen.
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Erfindungsgemäß weist der Thermoformer als Antriebe für die darin vorhandenen Werkzeuge einen Elektrolinearantrieb auf. Ein Elektrolinearantrieb im Sinne der Erfindung ist ein Antrieb, bei dem die elektrische Energie in eine Linearbewegung eines Kolbens oder dergleichen umgesetzt wird. Vorzugsweise ist der Elektrolinearantrieb ein Elektrozylinder, besonders bevorzugt ein Zylinder mit einer Spindel, die mit einer Mutter zusammenwirkt. Vorzugsweise besteht eine gewisse Vorspannung zwischen Mutter und Spindel, so dass die Spindel bzw. die Mutter immer an einer bestimmten Flanke des Gewindes anliegen. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein besonders geringes Spiel auf.
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Der Elektrolinearzylinder kann jedes beliebige Getriebe antreiben, beispielsweise ein Kurbel-, Kurven- oder Gelenkgetriebe sowie eine Kombination aus diesen Getriebearten. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermoformers treibt der Elektrolinearantrieb ein Kniehebelsystem an, dass wiederum die Auf- und Abbewegung der jeweiligen Werkzeuge bewirkt.
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Ein Werkzeug im Sinne der Erfindung ist jedes Werkzeug, das zur Herstellung einer Verpackung dient und das auf- und abbewegt werden muss. Beispielsweise ist das Werkzeug eine Tiefziehform, ein Siegelwerkzeug und/oder ein Schneidwerkzeug. Das Werkzeug kann sich unter- oder oberhalb der Folienbahn, aus der die Verpackungsmulde hergestellt wird, befinden.
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Erfindungsgemäß ist der Elektrolinearantrieb und/oder das Mittel, das zwischen dem Elektrolinearantrieb und dem Werkzeug angeordnet ist, mit einem Geber versehen, der die Position des Antriebes bzw. Mittels an einen Computer übermittelt, der die Bewegung des Werkzeuges basierend auf dessen Position regelt. Diese Regelung erlaubt nicht nur das Werkzeug zwischen zwei Endpunkten zu verschieben, sondern die angehobene bzw. abgesenkte Stellung beliebig einstellen zu können. Des weiteren ermöglicht dieser Antrieb, dass die Geschwindigkeit des Linearantriebes zwischen den beiden Stellungen gezielt veränderbar ist.
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Bei einem Thermoformer im Sinne der Erfindung wird die Verpackungsmulde durch Tiefziehen hergestellt und dann befüllt und mit einer Deckelfolie versiegelt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der 1 und 2 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft.
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1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Thermoformers.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kniehebelsystems in angehobener Position.
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1 zeigt den erfindungsgemäßen Thermoformer in schematischer Darstellung. Eine Folie 1 wird von einer Rolle abgerollt und durchläuft zunächst eine Tiefziehstation 2, die aus einem Oberwerkzeug 3 und einem Unterwerkzeug 4 besteht. Das Unterwerkzeug 4 ist auf einer Platte 5 montiert, die, wie durch den Pfeil angedeutet, angehoben und abgesenkt werden kann. In der Tiefziehstation 2 wird die Folie 1 zu einer Verpackungsmulde 6 verformt.
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Danach werden die Verpackungsmulden 6 mit einem Verpackungsgut befüllt und in der folgenden Siegelstation 10 werden die Verpackungsmulden mit einer Deckelfolie versiegelt. Auch die Siegelstation 10 besteht aus einem Oberwerkzeug 12 und einem Unterwerkzeug 11, wobei auch bei der Siegelstation das Unterwerkzeug 11 angehoben und abgesenkt werden kann.
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Abschließend werden die Verpackungen in der Schneidstation 7 auseinandergeschnitten. Auch die Schneidstation 7 besteht aus einem Oberwerkzeug 8 und einem Unterwerkzeug 9, wobei auch bei der Schneidstation das Unterwerkzeug 9 angehoben und abgesenkt werden kann.
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Die Tiefziehstation 2, die Siegelstation 10 und die Schneidstation 7 werden im Folgenden auch als Arbeitsstationen 2, 10, 7 bezeichnet. Die Arbeitsstationen weisen jeweils Werkzeuge auf, die – bisher auch als Oberwerkzeuge 3, 8, 12 bezeichnet -stationär oder anhebbar vorgesehen sind und die im Folgenden als Stationärteile 3, 8, 12 bezeichnet werden. Die Arbeitsstationen 2, 10, 7 können insbesondere an einer oder mehreren nicht dargestellten, im wesentlichen horizontal verlaufenden Schienen (im Folgenden auch als Montageschienen 15 bezeichnet) mittels sogenannter Aufhängepunkte befestigt sein, die an den Arbeitsstationen 2, 10, 7 angebracht sind. An den Schienen können die Arbeitsstationen insbesondere horizontal verschiebbar vorgesehen sein. Die Arbeitsstationen weisen jeweils Werkzeuge auf, die – bisher auch als Unterwerkzeuge 4, 9, 11 bezeichnet – heb- bzw. senkbar sind und die im Folgenden als Hubteile 4, 9, 11 bezeichnet werden. Es ist zwar zweckmäßig, jedoch erfindungsgemäß nicht zwingend notwendig, dass die Hubteile 4, 9, 11 an einer Arbeitsstation unterhalb der Stationärteile 3, 8, 12 angeordnet sind. Ebenso ist es zweckmäßig, jedoch erfindungsgemäß nicht notwendig, dass die Stationärteile 3, 8, 12 an einer Arbeitsstation oberhalb der Hubteile 4, 9, 11 angeordnet sind. Die Hubteile werden gegenüber den Stationärteilen erfindungsgemäß mittels eines Mittels 50 gehoben bzw. gesenkt. Die Mittel 50 werden im Folgenden auch als Hubtisch bezeichnet.
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Der Hubtisch 50 weist eine Platte 5 auf, auf der die Hubteile 4, 9, 11 montierbar sind. Die Platte 5 ist mit zwei Führungsbuchsen 61 versehen, die Führungsstangen 51 aufnehmen. Weitere Trägerstangen 52 tragen eine Befestigungsvorrichtung 53 für das in den 2 nicht dargestellte Stationärteil 3, 8, 12. Der Hubtisch 50 ist erfindungsgemäß insbesondere derart vorgesehen, dass er mittels mehrerer Aufhängepunkte 54, beispielsweise vier Aufhängepunkte 54, in der horizontal verlaufenden, in 2 nicht dargestellten Montageschiene 15 horizontal verschieblich eingesetzt werden kann. Die Befestigungsvorrichtung 53 und damit das Stationärteil 3, 8, 12 kann in einer bevorzugten Ausführungsform des Hubtisches 50 gegenüber den Aufhängepunkten 54 vertikal verschiebbar vorgesehen sein. Eine solche vertikale Verschiebung bzw. Bewegung des Stationärteils 3, 8, 12 ist beispielsweise mittels eines Hubaktuators 55 vorgesehen, der insbesondere als Elektromotor, beispielsweise mittels Spindeltrieb, oder dergleichen vorgesehen ist.
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Die Trägerstangen 52 können erfindungsgemäß ebenfalls – zusätzlich zu ihrer Funktion als Trägerstangen 52 – eine Funktion als Führungsstangen für die Platte 5 bzw. das Hubteil 4, 9, 11 ausüben. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, auf zusätzliche Führungsstangen 51 zu verzichten und die Trägerstangen 52 als Führungsstangen 51 zu verwenden. Auf ihrer unteren Seite weist die Platte 5 Lager 62 auf, in denen obere Enden 63a von Stangen 63 um Achsen schwenkbar gelagert sind. Die Stangen 63 sind an ihrem unteren Ende 63b drehbar über Ausleger 64 mit einer ersten Hubwelle 65a bzw. mit einer zweiten Hubwelle 65b verbunden, wobei die Hubwelle ihrerseits in Jochs 66 drehbar gelagert ist. Die Jochs 66 sind fest mit den Trägerstangen 52 verbunden. Die Jochs 66 können jedoch auch axial verschieblich und auf einem Federelement gelagert sein, um Foliendickenschwankungen auszugleichen und um zu vermeiden, dass der Thermoformer bei einem zu großen Aufwärtshub beschädigt wird. Die Federkraft ist bei dieser Ausführungsform etwas größer als die gewünschte Siegel- oder Schneidkraft. Die Ausleger 64 und die Stangen 63 bilden Kniehebelsysteme, die eine rotative Bewegung der Hubwellen 65a, 65b in eine translatorische bzw. lineare Bewegung der Platte 5 und damit der Hubteile 4, 9, 11 relativ zum in 2 nicht dargestellten Stationärteil umwandeln. Hierbei ist das erste Kniehebelsystem an der ersten Hubwelle 65a und das zweite Kniehebelsystem an der zweiten Hubwelle 65b angebracht. Hierbei kann das erste Kniehebelsystem durchaus eine Mehrzahl von Kniehebeln, die an der ersten Hubwelle 65a vorgesehen sind, umfassen. Ebenso kann das zweite Kniehebelsystem durch aus eine Mehrzahl von Kniehebeln, die an der zweiten Hubwellen 65b vorgesehen sind, umfassen. Im Beispiel der 2 sind an beiden Hubwellen 65a, 65b jeweils zwei Kniehebel vorgesehen. Die erste und zweite Hubwelle 65a, 65b wird mittels eines einen ersten Angriffspunkt und einen zweiten Angriffspunkt aufweisenden Elektrozylinders 68 (Firma Parker Hannifin GmbH Deutschland), bewegt. Hierzu ist ein erster Hebel 67a an der ersten Hubwelle 65a und zweiter Hebel 67b an der zweiten Hubwelle 65b vorgesehen. Der erste Angriffspunkt ist an dem der ersten Hubwelle 65a abgewandten Ende des ersten Hebels 67a vorgesehen und der zweite Angriffspunkt ist an dem der zweiten Hubwelle 65b abgewandten Ende des zweiten Hebels 67b vorgesehen. Im in der 2 dargestellten ausgefahrenen Zustand der Hubeinrichtung 50 ist das Hubteil 4, 9, 11 und die Platte 5 auf seiner/ihrer höchsten Position, weil die Ausleger 64 und die Träger 63 jeweils im wesentlichen linear hintereinander angeordnet sind. In dieser Situation ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Elektrozylinder 68 vollständig eingezogen, d.h. die Angriffspunkte weisen den kleinsten Abstand auf. Zu einer Absenkung der Platte 5 und damit des Hubteils 4, 9, 11 kommt es, wenn durch ein Ausfahren des Elektrozylinders 68 eine Drehung der Hubwellen 65a, 65b mit einhergehendem Einknicken der Kniehebelsysteme bewirkt wird. Diese Bewegung ist in 2 mittels der Pfeile 69 angedeutet. Erfindungsgemäß wird diese Bewegung gleichmäßig für beide Hubwellen 67a, 67b bzw. für beide Kniehebelsysteme durchgeführt, so dass es zu keinem Verkanten der Platte 5 kommt. Hierzu sind erfindungsgemäß Ausgleichsmittel an der Hubeinrichtung 50 vorgesehen. Eine erste Möglichkeit solcher Ausgleichsmittel besteht darin, die Führungsbuchsen 61 vorzusehen. Je länger die Führungsbuchsen 61 vorgesehen sind, desto besser ist die Führung des Hubteils 4, 9, 11 in den Führungsstangen 51 und damit dessen Absicherung gegen Verkanten. Eine weitere Möglichkeit solcher Ausgleichmittel besteht darin, eine synchronisierte und gegenläufige Bewegung der Hubwellen 65a, 65b dadurch zu gewährleisten, dass beispielsweise eine Gliederkette, ein Zahnriemen, eine Zahnradanordnung, ein – insbesondere auf den Hubwellen 65a, 65b mehrfach aufgewickelter – Draht oder eine Kombination solcher Mittel zwischen den Hubwellen 65a, 65b vorgesehen ist. Ausgleichsmittel, die direkt an den Hubwellen eine synchronisierte – d.h. bei gleichen wirksamen Auslegerlängen an beiden Kniehebelsystemen insbesondere eine gleichmäßige und gegenläufige – Bewegung der Hubwellen 65a, 65b mittels Zahnräder, Ketten oder dergleichen bewirken, werden im Folgenden auch als direkte Ausgleichsmittel bezeichnet. Im Bereich des Jochs 66 zwischen den Hubwellen 65a, 65b ist ein Draht derart gekreuzt mit den Hubwellen 65a, 65b verbunden, insbesondere mittels einer oder mehrerer Umdrehungen aufgewickelt, vorgesehen, dass sich der Draht bei einer gegenläufigen, d.h. mit unterschiedlichem Drehsinn vorgenommenen, rotativen Bewegung der Hubwellen 65a, 65b von der einen Hubwelle oben abwickelt und gleichzeitig auf die andere Hubwelle unten aufwickelt oder umgekehrt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Kraftwirkung des Elektrozylinders 68 direkt und in gleichmäßiger Weise auf beide Kniehebelsysteme übertragen wird. Beispielsweise größere Reibungswiderstände des einen Systems werden durch die Ausgleichsmittel ausgeglichen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Bewegung der Hubeinrichtung lediglich einen Freiheitsgrad aufweist und dass die Höhe der Platte 5 in eineindeutiger Weise durch den Ausfahrzustand bzw. Einfahrzustand des Elektrozylinders 68 festgelegt ist. Ausgleichsmittel, die indirekt eine synchronisierte Bewegung der Hubwellen bewirken, wie beispielsweise verlängerte Führungsbuchsen 61, werden im Folgenden auch als indirekte Ausgleichsmittel bezeichnet. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, direkte und indirekte Ausgleichsmittel sowohl kumulativ als auch alternativ einzusetzen. Dabei ist darauf zu achten, dass die Ausgleichsmittel möglichst keinen Schlupf aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass in den Ausgleichsmitteln Federmittel integriert vorgesehen sind. Der Draht ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mit einem Spannmittel bzw. einem Federmittel, beispielsweise einer entlang ihrer Achse linear dehnbaren Spiralfeder, versehen wobei der Draht gekreuzt zwischen den Hubwellen 65a, 65b vorgesehen und das Federmittel den Draht spannt. Im angegebenen Beispiel ist das Federmittel beispielsweise derart vorgesehen, dass ein möglicherweise vorliegender Schlupf des als Draht vorgesehenen Ausgleichsmittels unterbunden wird. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Draht mit einem Spannmittel bzw. einem Federmittel versehen, welches derart an dem Draht bzw. an den Hubwellen 65a, 65b vorgesehen ist, dass es bei einer Anhebung der Platte 5 zu einer Auslenkung des Federmittels kommt. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, eine Kette oder einen Zahnriemen gekreuzt zwischen den Hubwellen 65a, 65b vorzusehen. In diesem Fall kann mit besonders einfachen Mitteln eine gegenläufige Drehbewegung der Hubwellen 65a, 65b bewirkt werden.
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Der Fachmann erkennt, dass der Elektrolinearantrieb alleine eingesetzt werden kann, um die jeweiligen Werkzeuge in eine angehobene bzw. abgesenkte Position zu bringen. Des Weiteren erkennt der Fachmann, dass der Elektrolinearantrieb mit jedem dem Fachmann geläufigen Getriebe, beispielsweise einem Kurbel-, Kurven- oder Gelenkgetriebe sowie einer Kombination dieser Getriebearten, zusammenwirken kann, dass eine Linearbewegung in eine Auf- und Abbewegung umsetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Folie
- 2, 7, 10
- Arbeitsstationen
- 3, 8, 12
- Stationärteil/Oberwerkzeug
- 4, 9, 11
- Hubteil/Unterwerkzeug
- 5
- Platte
- 6
- Verpackungsmulde
- 15
- Montageschiene
- 50
- Hubeinrichtung/Hubtisch
- 51
- Führungsstangen
- 52
- Trägerstangen
- 53
- Befestigungsvorrichtung
- 54
- Aufhängepunkt
- 55
- Hubaktuator
- 61
- Führungsbuchsen
- 62
- Lager
- 63
- Stangen
- 63a/63b
- obere/untere Enden von Stangen
- 64
- Ausleger
- 65a/65b
- erste/zweite Hubwelle
- 66
- Joch
- 67a/67b
- erster/zweiter Hebel
- 68
- Elektrozylinder
- 69
- Pfeil
