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Verfahren und Vorrichtung zum Verschließen von Beuteln Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Versiegeln oder
Verschweißen der Öffnung von Beuteln aus schrumpffähigem thermoplastischem Material,
insbesondere von evakuierten Beuteln.
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Beutel aus Schrumpffolie zur Vakuumverpackung, insbesondere von Nahrungsmitteln
wie Geflügel, Schinken u. dgl. sind bekannt. Bei den üblichen Verfahren werden die
Lebensmittel, wie z. B. Puter, in Beutel aus Schrumpffolie gelegt, die Beutel durch
ihre Öffnung evakuiert und dann durch Zusammendrehen oder Abbinden mit einem Band
oder einer Klammer möglichst luftdicht verschlossen, um eine dichte Vakuumverpackung
zu erhalten. Anschließend werden die Beutel durch kurzes Erhitzen der gesamten Packung
zu einer dicht anliegenden «zweiten Haut» auf das Produkt geschrumpft. Das Verschließen
der Beutel ohne eine Klammer nur durch Zusammendrehen der Öffnung ist oft unbefriedigend,
da sich die Verschlüsse insbesondere beim Heißschrumpfen der Packung leicht wieder
aufdrehen.
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Durch die Verwendung von Klammern, Bändern oder Klebemitteln zum Verschließen
der Beutel werden jedoch beim Verpacken unerwünschte zusätzliche Kosten verursacht,
da zusätzliche Arbeitskraft, Rohstoffe und Geräte erforderlich sind. Ein wesentlicher
Nachteil liegt vor allem darin, daß diese Verschlüsse selbst bei zusätzlicher Anwendung
von Klammern nicht zuverlässig vakuumdicht sind.
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Es wurden deshalb Versuche unternommen, die bekannten Heißsiegelverfahren
zum Verschließen der evakuierten Beutel aus thermoplastischer Schrumpffolie einzusetzen.
So ist vorgeschlagen worden, die Beutel mit einer Klammer zu verschließen und den
nach außen überstehenden Beutelrand heiß zu versiegeln. Es ist ferner ein Verfahren
bekannt, bei welchem die Beutel im Bereich der Klammer selbst heiß versiegelt werden,
um die Dichtigkeit des Verschlusses zu garantieren. Diese Verfahren führen zwar
zu einem befriedigenden Ergebnis, doch sind sie aus den obenerwähnten Gründen sehr
aufwendig und kostspielig.
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Die bisherigen Versuche, die Verwendung von Klammern beim Verschließen
von Beuteln aus Heißschrumpffolie überflüssig zu machen, sind unbefne digend verlaufen.
Der Grund=hierfür ist darin zu sehen, daß versucht wurde, die beim Verschließen
eines Beutels mit einer Klammer auftretenden Vorgänge unter Weglassen der Klammer
genau so wie bisher auszuführen. So wird bei einem bekannten Verfahren beispielsweise
die zusammengefaßte Stelle des Beutels erhitzt und gleichzeitig zusammengepreßt.
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Dabei behindern sich jedoch die gleichzeitig zur Einwirkung kommenden
Teile der Verschlußvorrichtung gegenseitig. Die Folge ist, daß die so hergestellten
klammerfreien Verschlüsse nicht zuverlässig sind und insbesondere beim Heißschrumpfen
der Packung leicht aufbrechen. Auch führt die zum Siegeln erforderliche Hitze zu
einem Schrumpfen der Folie an der Siegelstelle und im umliegenden Bereich, wodurch
sich die Siegelnaht wieder aufzieht. Außerdem erzeugt diese Schrumpfung mechanische
Spannungen in der über das Produkt gezogenen Folie, wodurch der Beutel gelegentlich
reißt und häufig dünne Stellen erhält, welche während der anschließenden Schrumpfung
oder während der anschließenden Lagerung reißen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Verwendung
von Klammern einwandfrei dichte, fest zusammenhaltende Abschlüsse zu erzielen, die
auch beim nachträglichen Schrumpfen nicht gelöst oder gelockert werden. Insbesondere
sollen die Verschlüsse auch dann zuverlässig dicht sein, wenn der Beutel vor dem
Verschließen noch evakuiert wird.
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Das Verfahren zum Verschließen von Beuteln aus schrumpffähigem thermoplastischem
Kunststoff, die nach dem Füllen und Verschließen geschrumpft wer-
den,
bei welchem die Wandung zwischen Beutelöffnung und Packungsinhalt eng zusammengefaßt
und an dieser Stelle unter Einwirkung von Wärme und Druck versiegelt wird, ist gemäß
der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß während des Erhitzens die zusammengefaßte
Stelle druckfrei oder mit geringem Druck behalten wird, so daß der zusammengefaßte
erhitzte Folienteil schrumpfen und sich zu einem vergrößerten Querschnitt verdicken
kann, worauf der erhitzte verdickte Teil zum Verspiegeln zu einer um mindestens
10 K>/o geringeren Dicke zusammengepreßt und gekühlt wird. Erfindungsgemäß wird
ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zusammengefaßte Öffnung
eines evakuierten Beutels aus thermoplastischer Schrumpffolie an einer zwischen
dem verpackten Produkt und der Saugdüse liegenden Stelle eingeklemmt, der in der
Klemmvorrichtung dem Produkt gegenüberliegende zusammengefaßte Beutelteil zu einer
kompakten Masse auf eine Temperatur erhitzt, bei der die thermoplastische Folie
teilweise schmilzt. Während des Erhitzens wird wenig oder kein Druck auf die erhitzte
Stelle ausgeübt.
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Wenn überhaupt Druck angewandt wird, so ist er nicht größer als der
Druck unter dem der zusammengefaßte erhitzte Folienteil schrumpfen und sich zu einem
vergrößerten Querschnitt verdicken kann. Anschließend wird der erhitzte verdickte
Teil zu geringerer Dicke zusammengepreßt und gleichzeitig gekühlt. Während dieses
Schrittes ist der Druck so groß, daß die Dicke der heißen, geschmolzenen oder teilweise
geschmolzenen Folie mindestens um 10 0/o verringert wird, und dieser Druck wird
so lange aufrechterhalten, bis die erhitzte Stelle mindestens auf die Verfestigungstemperatur
der Folie abgekühlt ist.
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Die Verringerung der Dicke liegt vorzugsweise bei 20 bis 30 °/o. Dann
kann die Einklemmung zwischen dem Produkt und dem so versiegelten Teil gelöst werden.
Die an der Siegelstelle überstehende Folie kann gegebenenfalls abgschnitten werden,
wobei das Abschneiden auch zwischen dem Einklemmen und dem Erhitzen erfolgen kann;
es ist jedoch nicht erforderlich, wenn es für das Aussehen der fertigen Packung
keine Rolle spielt. Das Zusammenfassen der Beutelöffnung kann gegebenenfalls auch
durch Zusammendrehen erfolgen, jedoch bringt dieses bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
keine Vorteile und wird vor allem aus wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise nicht
durchgeführt. Die Zweistufigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens beseitigt die
Nachteile der bislang bekannten Methoden. Ohne Verwendung von Klammern werden einwandfrei
dichte, fest zusammenhaltende Verschlüsse erhalten, welche auch beim anschließenden
Schrumpfvorgang nicht gelöst oder gelockert werden. Die Folie weist im Bereich der
Siegelstelle keine Spannungen auf und ist durch die im ersten Verfahrensschritt
erfolgende Verdickung mechanisch besonders widerstandsfähig.
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Dies wird dadurch erreicht, daß während des Erhitzens praktisch keine
Kräfte auf die Folie wirken und keine Behinderung vorhanden ist, und daß der erforderliche
Siegeldruck erst nach dem Erhitzen in einem zweiten Schritt ausgeübt wird.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Zeichnungen beschrieben
werden. Obgleich der Deutlichkeit halber fast die ganze Vorrichtung und ihre Funktion
beschrieben und gezeigt werden, soll
sich der-Patentschutz-nur auf die in den Ansprüchen
gekennzeichnete Erfindung erstrecken. Es zeigt Fig. 1 eine teilweise geschnittene
Rückansicht, d,h, die der Bedienungsseite gegenüberliegende Seite der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,-Fig. 2 eine Seifenansic'nt- - der Vorrichtung längs der Linie 2-2 aus
F i g. 1, Fig.3 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Darstellung einer in der
Vorrichtung verwendeten einziehbaren Saugdüse, Fig 4 perspektivische Darstellung
einer erfindungsgemäß versiegelten Vakuumpackung, Fig.5 eine vergrößerte perspektivische
Darstellung einer in der Vorrichtung verwendeten Klemmvorrichtung.
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Die fertige Packung hat nach dem Beschneiden und dem Schrumpfen der
Folie über dem verpackten Produkt ein sehr ansprechendes Aussehen. Sie besteht aus
einem dicht am Produkt anliegenden Beutel 10 und einem nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren heiß versiegelten flossenartigen Verschluß 11 (s. F i g. 4). Die Versiegelung
ist völlig luftdicht; Versuche haben gezeigt, daß der luftdichte Abschluß länger
hält als bei den nach bekannten Verfahren erzielten Verschlüssen.
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Die in Flug. 1 bis 3 und 5 gezeigte Vorrichtung ist besonders für
das Verpacken von Geflügel, speziell von Putern oder anderen großen Geflügelarten,
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet.
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Die Vorrichtung besteht aus einem wie üblich zusammengebauten Rahmengestell
aus zwei oberen horizontalen Trägern 20, zwei unteren horizontalen Trägern 21 und
jeweils zwei senkrechten Stützen 22 und 23 an den beiden Enden der horizontalen
Träger.
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Die Stabilität des Gestells wird durch weitere horizontale, vertikale
und/oder diagonale Querverstrebungen erhöht, wie z. B. horizontale Querträger 24
und 25 (Fig. 2). Zur Fortbewegung kann das Gestell noch auf Rollen 26 oder ähnliche
Vorrichtungen gesetzt sein.
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Senkrecht auf den oberen rückwärtigen horizontalen Trägern 20 sind
Gestellaufsätze 27 und 28 angebracht, die aus horizontalen Trägerin 29 bzw. 30,
je zwei vertikalen Stützen 31 untd 32 und einer geeigneten Zahl von Verstrebungen
33, von denen nur eine gezeigt ist, bestehen. Wahlweise kann die Vorrichtung, wie
gezeigt, noch zwei gegenläufige Ziehwalzen 34 und 35 besitzen, die zweckmäßig zwischen
den beiden oberen Gestellaufsätzen angebracht sind.
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Wie gezeigt, befindet sich auf dem Gestellaufsatz 27 noch ein Bedienungspult
36 bekannter Bau- und Arbeitsweise.
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An den Enden der oberen horizontalen Träger 20 sind je zwei Lager
37 bzw. 38 angebracht, in denen die Enden von horizontalen, drehbaren Wellen 39
bzw. 40 gelagert sind: Am End'e jeder Welle sind Kettenzahnräder 41 und 42 befestigt,
auf denen zwei parallele endlose Ketten 43 laufen. Die Welle 40 wird durch eine
geeignete Vorrichtung, z. B. durch einen Kettenantrieb 44, angetrieben, wodurch
die Ketten 43 kontinuierlich über die Zahnräder 42 bewegt werden und über die Zahnräder
41 auf der sich frei drehenden Welle 39 laufen.
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Die Vorrichtung besitzt ein endloses, stabiles, horizontales Förderband
48, das durch Verbindung der Ketten 43 mit mehreren, dicht nebeneinander liegenden
Latten 49 gebildet ist. An den Außenseiten der Ketten sind unter den Latten mehrere
Rädchen 100
angebracht, die zumindest auf der oberen Laufbahn des
Förderbandes auf nicht gezeigten Schienen laufen, um das Förderband weitgehend flach
zu halten.
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Auf der Innenkante des Förderbandes sind in bestimmte Abständen mehrere
Klemmvorrichtungen 50 angebracht, die, wie Fig. 5 zeigt, aus einem Hauptteil oder
Stativ 51, einem Amboß oder einer unteren Backe 52 und einer oberen Backe 53 bestehen.
Die untere Backe ist vorn und hinten mit Schrauben 54 od. dgl. am Stativ befestigt.
Zwischen den Schrauben ruht die untere Backe auf einer Reihe von Druckfedern (nicht
gezeigt), deren Enden in entsprechenden in die Unterseite der Backe und die Oberseite
des Stativs gebohrten Vertiefungen (nicht gezeigt) gehalten werden. Die Oberseite
der unteren Backe hat über ihre ganze Länge eine Längsrille 55 mit halbrundem Querschnitt.
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Die obere Backe hat eine um ihren ganzen Umfang verlaufende Rille,
in der ein Ring 56 aus Gummi oder anderem elastischen Material liegt, der beim Schließen
der Klemmvorrichtung in die Rille der unteren Backe gepreßt wird. Am rückwärtigen
Ende der oberen Backe sind an beiden Seiten Schenkel 57 befestigt, die in entsprechenden
Schlitzen im Rücken des Stativs 51 gleiten. Am Stativrücken 51 und der oberen Backe
53 ist an entsprechenden Beschlägen eine Zugfeder 58 befestigt, durch die die obere
Backe bis zum dichten Schließen senkrecht auf die untere Backe gezogen wird. Am
unteren Ende der Schenkel 57 ist eine Mitnehmerrolle59, die von einer ganz durch
eine Öffnung 65 in der rückwärtigen Stativmitte reichende Vorrichtung gehalten wird
und bei ihrer Aufwärtsbewegung auf einer ansteigenden, schematisch dargestellten
Mitnehmerfrhrung 60 die Backen öffnet. Durch Führungsrollen 61, 62, 63 und 64, die
auf oder in Führungen über dem Hauptteil der oberen Förderbandbahn laufen, werden
die Klemmvorrichtungen beim Durchlaufen dieses Teiles der Anlage in senkrechter
Lage gehalten. Weiterhin haben die Klemmvorrichtungen L-förmige Platten 66 und 67,
von denen eine direkt an der oberen Backe und die andere am Stativ der Klemmvorrichtung
so angebracht ist, daß jeweils der eine Schenkel der Platte in gleicher Ebene mit
der Oberseite der unteren Backe bzw. der Unterseite der oberen Backe nach außen
ragt. Diese Platten bestehen zweckmäßig aus V2A-Stahl.
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Die Vorrichtung besitzt, wie Fig. 1 und 2 zeigt, weiterhin Heizstäbe
79 und 80 und Kühlstäbe 81 und 82, zwischen denen sich jeweils ein Spalt befindet.
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Die Heizstäbe sind an eine geeignete, z. B. elektrische Heizquelle
(nicht gezeigt) angeschlossen, während durch die Kühlstäbe eine Kühlflüssigkeit,
z. B. kaltes Wasser oder verflüssigte halogenierte Kohlenwasserstoffe, strömt. Der
Spalt zwischen den Küblstäben wird vom Anfang (links in Fig. 1) bis zum Ende enger.
Die Ziehwalzen 34 und 35 können gegebenenfalls durch Schrägen an der Einführungsseite
der Kühlstäbe ersetzt werden. Die Heizstäbe können aus einer einzigen fortlaufenden
Einheit oder aber aus einzelnen Abschnitten bestehen, was eine etwas bessere Temperaturkontrolle
erlaubt.
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Weiterhin ist die Anlage mit Laufschienen 68 und 69 versehen, auf
denen eine Saugvorrichtung 70 befestigt ist. Diese besteht aus einer geeigneten
Stützplatte 71, einer Bodenplatte 72 und einem Luftzylinder 73 und ist an einer
auf den Führungsschienen 68 und 69 bewegbaren Führungsplatte 74 befestigt
Der Zylinder
73 ist mit Druckluftleitungen 75 und 76 verbunden, während am Kolbenende des Luftzylinders
eine dreiteilige, ausschiebbare Saugdüse angebracht ist.
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Die in F i g. 3 in vollkommen ausgeschobener Stellung gezeigte Saugdüse
besteht aus drei einzelnen Rohren 83, 84 und 85. Das äußere Rohr 85 ist feststehend;
das mittlere Rohr 84 gleitet auf dem inneren Rohr aus der voll eingezogenen Stellung
bis zum Aufeinandertreffen eines Anschlagstiftes 86 und eines Begrenzungsstiftes
87; das innere Rohr 83 ist durch einen Stift 89 od. dgl. mit dem Ende der durch
den Luftzylinder 73 bewegten Kolbenstange 88 verbunden. Der Stift ragt durch Schlitze
90 an jeder Seite des mittleren Rohres hervor. Bei Bewegung der Kolbenstange wird
das innere Rohr bis zum Anschlag des Stiftes 89 am Ende der Schlitze 90 nach außen
gestoßen, dann werden das innere und mittlere Rohr zusammen bis zum Aufeinandertreffen
der Anschlagstifte 86 und 87 weiter nach außen bewegt. Die Teleskopbewegung wird
durcir Einziehen der Kolbenstange beendet. Durch alle drei Rohre wird ein Vakuum
von einer gemeinsamen, mit einer Vakuumanlage verbundenen Öffnung 91 angelegt.
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Bei Betrieb der Anlage wird die Saugvorrichtung auf den Laufstangen
oder -schienen 68 und 69 bis zum äußersten linken Ende (F i g. 1) ausgefahren.
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Die Öffnung eines beispielsweise einen Puter enthaltenden Beutels
wird über das äußere Ende des Rohres 85 gezogen und fest um dieses geklemmt. Die
Düse ist hierbei voll ausgeschoben. Das Rohr 83 reicht in den inneren Hohlraum des
Puters und evakuiert diesen, während die äußeren Rohre 84 und 85 den Raum um den
Puter und den übrigen Beutel entlüften.
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Am Anfang der oberen Bahn des Förderbandes, auf dem der Beutel mit
dem Puter jetzt ruht, beginnt eine offene Klemmvorrichtung zu laufen, trifft auf
die Saugvorrichtung und Schiebt diese auf den Laufschienen weiter, wobei das innere
und das mittlere Rohr der Saugdüse langsam eingezogen werden. Die Bewegung des Mitnehmers
an der oberen Backe ist dann beendet, wodurch die Klemmvorrichtung zwischen dem
verpackten Gut und dem Saugrohr 85, in das die anderen Rohre eingezogen sind, dicht
um den zusammengefaßten Beutelteil schließt. Durch das Einklemmen des Beutels zwischen
Produkt und Siegelbereich wird es vermieden, daß durch die auf der weichen heißen
Folie im Siegelbereich entstehenden Druckunterschiede Löcher gebildet werden und
daß die das Produkt umgebende Folie mechanische Spannungen auf diesen weichen Folienteil
ausübt.
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Die zusammengefaßte Folie wird zwischen den Platten 66 und 67 der
Klemmvorrichtung gehalten.
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Bei der gemeinsamen Weiterbewegung des Förderbandes und der geschlossenen
Klemmvorrichtung auf der oberen Förderbahn gelangen Edie die zusammengefaßte Folie
haltenden Platten in den Spalt zwischen den Heizstäben. Die Platten haben dabei
mehrere Aufgaben. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, während des Erhitzens und Kühlens
die Hitze schnell in den Siegelbereich und wieder fortzuleiten, den zusammengefaßten
Folienteil in einer bestimmten Lage zu halten und die heiße Folie vor einer direkten
Berührung mit den Heizstäben, an denen sie normalerweise haften würde, zu schützen.
Eine zweite, auch sehr wünschenswerte und zweckmäßige Aufgabe besteht darin, geeignete
Kennzeichnungen, wie beispielsweise
Handelsnamen, Schutzmarken,
tSberwachungsnummern usw. in die Siegelstelle einzuprägen. Während die zusammengefaßte,
von den Platten in der Klemmvorrichtung gehaltene Folie durch die Heizstäbe läuft,
wird sie bis zum teilweisen Schmelzen erhitzt. Der hierbei herrschende Druck ist
nur so groß, daß die Wärme gut in den Siegelbereich geleitet wird. Bei diesem leichten
Druck wird das Schrumpfen und die daraus folgende Querschnittszunahme der Folie
im Siegelbereich während und unmittelbar nach dem Erhitzen ermöglicht bzw. nicht
behindert.
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Die heiße Siegelstelle wird dann durch die Ziehwalzen (wie dargestellt)
oder vorzugsweise durch Schrägen an der Einführung zu den Kühlstäben zusammengepreßt.
Der Spalt zwischen den Kühlstäben wird nach dem Ende der Anlage zu allmählich enger,
wodurch die Siegelstelle nach und nach zu einer um mindestens 10°/o geringeren Dicke
als nach Verlassen der Heizvorrichtung zusammengepreßt wird. Gleichzeitig wird die
Siegelstelleis zur Verfestigungstemperatur des Folienmaterials, im allgemeinen auf
etwa 380 C oder darunter, gekühlt.
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Nach Verlassen der Kühlstäbe wird die obere Backe durch den Nocken
oder Mitnehmer nach oben geöffnet, und der fertige Beutel wird für die letzte Hitzebehandlung
tauf ein anderes Förderband gebracht. Wie schon erwähnt, kann die an der Versiegelung
überstehende Folie entweder direkt vor dem Erhitzen oder nach dem Kühlen und vor
dem Entfernen aus der Klemmvorrichtung abgeschnitten werden. Vorzugsweise wird die
überstehende Folie zwischen dem Einklemmen und dem Erhitzen, z.B. durch Abschneidemesser
101 (F i g. 1), abgeschnitten, um zu vermeiden, daß die Folie an dieser Stelle von
der Saugvorrichtung abgezogen werden muß.