DE2851484A1 - Verfahren zum einfuellen des inhaltes in einen schlauch aus verpackungsmaterial - Google Patents

Description

Dipl. Jv.g. TJonB-JüTsan Müller

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TETRA PAK INTERNATIONAL AB Lund (Schweden)

TP 486-125

Verfahren zum Einfüllen des Inhaltes in einen Schlauch aus Verpackungsmaterial

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u Tetra Pak International AB

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einfüllen des Inhaltes in einen Verpackungsmaterialschlauch, der durch eine Verpackungsmaschine läuft und der nach dem Füllen im Verlauf seiner Abwärtsbewegung durch die Maschine in einzelne Verpackungsbehälter mit Hilfe von Versiegeiungsbacken umgeformt wird, die den Schlauch in sich wiederholenden Zonen, die sich quer über den Schlauch erstrecken, flachpressen und versiegeln.

Die Herstellung von Verpackungsbehältern für flüssige Inhalte, z.B. Milch, erfolgt oft in der Weise, daß eine Verpackungsmaterialbahn in der Maschine in einen Materialschlauch umgeformt wird, der vertikal nach unten durch die Maschine transportiert wird und in den der Inhalt kontinuierlich eingefüllt wird, so daß sein unteres Ende die ganze Zeit mit dem Inhalt bis zu einer vorgegebenen Höhe gefüllt ist. Unter dieser Höhe oder unter diesem Niveau ist die Verpackungsmaschine mit einer Anzahl von Versiegelungsbacken versehen, die in gleichen Abständen das Material zusammenpressen und versiegeln, so daß es in einzelne, vollständig gefüllte Verpackungsbehälter umgeformt wird, die durch die quer über den Schlauch sich erstreckenden Versiegelungszonen getrennt sind. Gewöhnlich werden die Verpackungsbehälter dann durch Schnitte durch die Versiegelungszonen voneinander getrennt und es wird häufig ein weiterer Formprozess ausgeführt, ehe die Verpackungsbehälter vollständig fertig sind.

Die beschriebene Methode zur Herstellung von Verpackungsbehältern ist schnell und hygienisch und hat u.a. den Vorteil,

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daß die Verpackungsbehälter vollständig mit dem gewünschten Inhalt gefüllt werden. Dies ist insofern ein Vorteil, als dadurch vermieden wird, daß der Inhalt nachteilig durch den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre beeinflußt wird. Eine hier besonders empfindliche Substanz ist Bier, und es ist daher seit langem erwünscht, Bier auf diese Weise abzupacken.

Bisher war dies jedoch nicht möglich, weil selbst bei mäßigen Zufuhrmengen von Bier in den Verpackungsmaterialschlauch ein Aufschäumen auftritt, wodurch das Füllen des Verpackungsbehälters unmöglich, mindestens aber äußerst schwierig wird. Dieses Problem ist besonders auch deshalb schwerwiegend, weil die Maschinen zur Herstellung von Bierpackungen aus Wettbewerbsgründen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit haben müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das die Abfüllung von Bier und anderen schäumenden Flüssigkeiten ermöglicht wird, die bisher nicht oder nur schwierig zu handhaben waren.

Bei einem Verpackungsmaterialschlauch, der durch eine Verpackungsmaschine geführt wird und der nach dem Einfüllen der Füllung im Verlaufe seiner Abwärtsbewegung durch die Maschine in einzelne Verpackungsbehälter mit Hilfe von Versiegelungsklauen unterteilt wird, die den Schlauch in Abständen zusammenpressen und versiegeln, in Zonen die sich quer zum Schlauch erstrecken, wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Füllung unter Druck in einen geschlossenen Raum am unteren Ende des Schlauches eingefüllt wird, der auf der einen Seite durch das Verpackungsmaterial begrenzt ist, das durch die Versiegelungsklauen zusammengepreßt wird und auf der anderen Seite durch ein Element, das eng an die Wände des Schlauches anschließt, so daß der Raum während des Betriebs der Verpackungsmaschine vollständig mit dem Inhalt unter

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Druck gefüllt gehalten wird. Auf diese Weise wird die Bildung eines Luftraumes verhindert, wodurch zusammen mit dem Druck wirksam das Aufschäumen verhindert wird und sehr hohe Fließgeschwindigkeiten ermöglicht werden.

Vorzugsweise hat die Füllung in dem Raum einen Druck von 10 bis 100 kPa, vorzugsweise jedoch 20 bis 50 kPa.

Vorteilhafterweise wird die Füllung axial in den Schlauch und in dessen Bewegungsrichtung zugeführt.

Vorteilhafterweise wird die Füllung durch das Element, das eng an den Schlauchwänden anliegt, hindurch zugeführt.

Zweckmäßigerweise liegt der Teil des Materialschlauches, der zwischen dem Element und den Versiegelungsbacken sich befindet, an äußeren Stützelementen an.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung beschrieben, die schematisch eine Verpackungsmaschine zeigt.

Ein Verpackungsmaterialschlauch 1 wird mit seinem Inhalt 2 über ein Füllrohr 3 gefüllt, an dessem unteren Ende ein konischer Abschnitt 4 in einem Versiegelungsring 5 aus einem elastischen Material endigt, der sich in Kontakt mit der Innenseite des Materialschlauches befindet. Die Außenseite des Schlauches 1 wird durch Stützelemente 6 abgestützt, und es werden aus dem Schlauch gefüllte Verpackungsbehälter 7 gebildet mit Hilfe von Formbacken oder Versiegelungsbacken 8, die an ihren äußeren zusammenwirkenden Enden mit heizbaren Stäben 9 versehen sind. Außer den gezeigten Teilen ist die Verpackungsmaschine mit einer großen Anzahl von weiteren Elementen für den Antrieb, die Führung und die Steuerung,

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für die Zufuhr eines Fluids und des Verpackungsmaterials versehen, die jedoch konventionell sind und daher aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt werden.

Während des Betriebs der Maschine wird das Verpackungsmaterial in Bahnform von einer Rolle, die nicht gezeigt ist, zugeführt. Das Verpackungsmaterial ist laminiert und umfaßt gewöhnlich eine Trägerschicht, die auf beiden Seiten mit Schichten aus einem Künststoffmaterial überzogen ist. Die Materialbahn läuft im wesentlichen vertikal nach unten durch die Maschine und sie wird mit Hilfe von Formgeräten sukzessive in rohrförmige Form gebracht, wobei die beiden Längsränder der Bahn übereinander zu liegen kommen, um eine überlappende Verbindung zu bilden, die durch Zusammenschmelzen der Kunststoffschichten der Bahn gebildet wird, so daß ein flüssigkeitsdichter Materialschlauch 1 erzeugt wird.

Nach der vollständigen Umformung in die Schlauchform erreicht der Schlauch 1 den in der Figur gezeigten Bereich der Verpackungsmaschine. Der Schlauch läuft durch den Zwischenraum zwischen dem Abdichtring 5, der am konischen unteren Teil 4 des Füllrohres 3 ausgebildet ist und den Stützelementen 6, die außerhalb desselben angeordnet sind. Der Dichtring 5, der aus einem flexiblen Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten besteht, z.B. Tetrafluoräthylen, ist an seinem unteren Ende mit einer Lippe versehen, die sich in Kontakt mit der Innenseite des MaterialSchlauches befindet, während die Außenseite des Schlauches an Stützelementen 6 anliegt i Wenn die Füllung unter Druck eingefüllt wird, wird der Abdichtring gegen die Innenfläche des Materialschlauches angedrückt, wodurch sich eine gute, zufriedenstellende Abdichtwirkung ergibt.

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Wenn der Schlauch 1 seine Bewegung nach unten durch die Maschine fortsetzt, wird der geschlossene Raum 11 kontinuierlich mit der Füllung 2 unter Druck gefüllt, wobei die Füllung von einer geeigneten Quelle unter steuerbarem Druck zugeführt wird, z.B. einem Vorratsbehälter, der unter einem gegebenen Druck gehalten wird. Für Bier wird vorzugsweise ein Druck von 20 bis 25 kPa benutzt, jedoch abhängig von der Art der Füllung kann der Druck zwischen etwa 10 bis 100 kPa variieren. Um diesen Druck aushalten zu können, ist es wesentlich, daß der Teil des Schlauches 1, der mit dem Inhalt gefüllt ist, ständig an der Außenseite abgestützt ist, und dies erfojjjt mit Hilfe der Stützelemente 6, gegen welche der gefüllte Schlauch 1 anliegen . oder anstoßen kann während seiner gesamten Bewegung vom unteren Ende des Füllrohres 3, bis die Formeinrichtung in Form der Versiegelungsbacken 8 die Stützfunktion übernimmt.

Die Zufuhr der Füllung unter Druck ermöglicht es nicht nur, daß der geschlossene Raum 11, der auf der einen Seite durch den mittels der Versiegelungsbacken flachgepreßten Schlauch begrenzt ist und auf der anderen Seite durch das dichte Schließelement, d.h. durch den konischen Teil des Füllrohres 4 und die Dichtung 5, vollständig mit dem Inhalt gefüllt wird und gefüllt gehalten wird und ein Aufschäumen verhindert wird, sondern sie trägt auch dazu bei, daß der Materialschlauch bei seiner kontinuierlichen Abwärtsbewegung durch die Verpackungsmaschine in gutem Kontakt mit den Oberflächen der Form- und Versiegelungseinrichtung 8 gehalten wird, so daß Verpackungsbehälter der gewünschten Form und des gewünschten Volumens erhalten werden.

Wenn der Materialschlauch 1 weiter nach unten durch die Maschine transportiert wird, wird die Abstützfunktion der Elemente 6 von den zusammenwirkenden Versiegefcmgsbacken 8

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übernommen, wobei insbesondere zwei Teile der Backen miteinander zusammenwirken, die während der Abwärtsbewegung, wie durch die Pfeile 10 angedeutet, sukzessive einen Querbereich des Materialschlauches 1 umfassen und zusammenpressen, während der nachfolgende Raum, der die Form und das Volumen des Verpackungsbehälters bestimmt, sukzessive durch den Schlauch unter dem Einfluß der Füllung ausgefüllt wird. Während der Abwärtsbewegung bewegen sich die Versiegelungsbacken progressiv näher aufeinander zu, bis sie zusammenwirken, wozu sie mit heizbaren Stäben 9 versehen sind, wobei die Füllung in einem quer über den Schlauch sich erstreckenden Bereich hinausgedrückt wird, worauf der Materialschlauch flachgepreßt wird, so daß die gegenüberliegenden Seiten des Schlauches in Kontakt miteinander gelangen. Die heizbaren Stäbe 9 werden mit Energie versorgt, so daß das Verpackungsmaterial erwärmt und die thermoplastischen Schichten auf der Innenseite des Materialschlauches miteinander verbunden werden, da sie gleichzeitig auf Erweichungstemperatur erhitzt und mit Hilfe der Backen 8 gegeneinander gepreßt werden. Durch wiederholge Querversiegelungen des Materialschlauches werden Verpackungsbehälter 7 zwischen den einzelnen Versiegelungen gebildet, die vollständig gefüllt sind und deren Form durch die Formgebungs- und Versiegelungsbacken bestimmt ist. Danach werden die Verpackungsbehälter 7 voneinander getrennt durch Schnitte, die durch die versiegelten Querbereiche geführt werden, worauf langgestreckte kissenförmige Verpackungsbehälter 7 erhalten werden, die entweder fertig sind oder einer weiteren Formung unterzogen werden, so daß z.B. im wesentlichen quaderförmige Behälter erhalten werden.

Der Aufbau der Stützelemente 6 und der Verbindungen zum unteren Ende des Füllrohres und zu den Versiegelungsklauen kann variiert werden, abhängig vom Druck der Füllung und der Art des

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laminierten Materials. Das heißt, ein dünnes laminiertes Material beispielsweise, das nur Schichten aus elastischem Kunststoff umfaßt, erfordert eine mehr umfassendere Abstützung, um zu verhindern, daß der Materialschlauch sich erweitert und reißt, während ein stärkeres Verpackungsmaterial, das z.B. Schichten aus Papier und Aluminiumfolie enthält, frei über kurze Strecken laufen kann, ohne daß irgendwelche Beschädigungen auftreten.

Der Druck der Füllung kann, wie oben erwähnt, als Funktion der Art der Füllungen verlieren, und obwohl etwa 20 bis 50 kPa sich für Bier oder andere lufthaltige bzw. kohlensäurehaltige Getränke eignen, kann es für andere Stoffe, die besonders zum Aufschäumen neigen, zweckmäßig sein, diesen Druck bis herauf auf etwa 100 kPa zu steigern. Die Temperatur des Füllmaterials beeinflußt ebenfalls die Neigung zum Aufschäumen in der Weise, daß diese Neigung mit reduzierter Temperatur schwächer wird, was bedeutet, daß Füllmaterialien mit einer starken Neigung zum Aufschäumen leichter zu handhaben sind, wenn sie auf eine niedrigere Temperatur herab gekühlt werden. Dieses Verhalten ist jedoch bekannt in der Brauereiindustrie und braucht daher nicht weiter beschrieben zu werden. Schließlich kann der Druck abhängig von der Füllrate bzw. Füllgeschwindigkeit variiert werden, d.h. der zweckmäßige Druck kann für jeden Fall experimentell geeignet eingestellt werden.

Wenn die Füllmaterialien in Vorratsbehältern gelagert werden, kann es erforderlich sein, bei bestimmten Stoffen mit hohem Kohlendioxxdgehalt, einen Druck von 150 bis 250 kPa aufrechtzuerhalten, um zu verhindern, daß das Kohlendioxid sich in gasförmige Form umwandelt. Bei einer Abfüllung aus Behältern mit solchem Druck muß eine Druckreduzierung vorgenommen werden, ehe das Füllmaterial in den Verpackungsschlauch

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eingefüllt wird, da sonst der letztere beschädigt werden könnte. Um einen unnötigen Austritt von Kohlendioxid zu verhindern, sollte diese Reduzierung so spät wie möglich während des Füllvorganges erfolgen, und es wurde festgestellt, daß es besonders zweckmäßig ist, die Reduzierung gleichzeitig mit dem Austreten der Füllung aus dem Füllrohr 3 und dem Einströmen in den geschlossenen Raum 11 vorzunehmen. Die Druckreduzierung wird zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Druckreduzierventiles durchgeführt, das von außen steuerbar und am unteren Ende des Füllrohres 3 angeordnet ist, wobei mit Hilfe dieses Ventils der Druck der Füllung auf den gewünschten Wert von vorzugsweise 20 bis 50 kPa reduziert wird. Indem die Druckreduzierung in einer späten Stufe, gesehen in Strömungsrichtung, vorgenommen wird, wird der Vorteil erhalten, daß der Inhalt einen hohen Druck während des Hauptteiles des Betriebs hat, während die Füllung praktisch unmittelbar nach der Druckreduzierung in die einzelnen Verpackungsbehälter eingefüllt und von diesen umschlossen wird, vorzugsweise innerhalb etwa 0,2 bis 1,0 Sekunden, so daß das Kohlendioxid praktisch nicht genügend Zeit hat, in merklicher Menge auszutreten.

Neben der Zufuhr unter Druck und der Tatsache, daß der geschlossene Raum 11 vollständig voll gehalten wird während des gesamten Betriebsablaufes, wird dem Aufschäumeffekt auch dadurch begegnet, daß die Füllung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit axial in den Schlauch und in dessen Bewegungsrichtung zugeführt wird, was zu einer gleichmäßigen Strömung, praktisch ohne Turbulenzen beiträgt.

Verpackungsbehälter für Flüssigkeiten werden somit oft aus einem Schlauch aus einem flexiblen Verpackungsmaterial hergestellt, das mit der Flüssigkeit gefüllt wird und danach

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versiegelt und in separate, gefüllte Behälter getrennt wird. Für das Abpacken von kohlensäurehaltigen Getränken und dergleichen war dies jedoch nicht möglich, da diese Flüssigkeiten beim Einfüllen in den Schlauch aufschäumen.

Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß vermieden, da die einzufüllende Flüssigkeit während des Einfüllens und ihres Weges zum unteren Ende des Schlauches unter Druck gehalten wird, wobei ein geschlossener und mit Flüssigkeit vollständig gefüllter Raum gebildet wird, der durch den Schlauch selbst und durch ein Element, durch das die Flüssigkeit zugeführt wird, begrenzt wird.

Sämtliche angegebenen Drücke sind auf den Atmosphärendruck bezogen, d.h. überatmosphärxsche Drücke. ( 1 kPa = 1 Kilopascal)

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Claims (5)

285H8A Tetra Pak International AB TP 486-125 Patentansprüche

1. j Verfahren zum Füllen eines Füllgutes in einen Verpackungsmaterialschlauch, der nach dem Füllen im Lauf seiner Abwärtsbewegung durch eine Verpackungsmaschine in einzelne Verpackungsbehälter mit Hilfe von Versiegelungsbacken umgeformt wird, die den Schlauch in Abständen in querverlaufenden Zonen zusammenpressen und versiegeln, dadurch gekennzeichnet , daß das Füllgut unter Druck in einen geschlossenen Raum am unteren Ende des Schlauches eingefüllt wird, daß dieser Raum einerseits durch den Verpackungsmaterialschlauch begrenzt ist, der durch die Versiegelungsbacken zusammengepreßt ist und andererseits durch ein eng an den Wänden des Schlauches anliegendes Element, so daß der Raum während des Betriebs der Verpackungsmaschine vollständig mit dem Füllgut unter Druck gefüllt gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgut in diesem Raum unter einem Druck von 10 bis 100 kPa, vorzugsweise etwa 20 bis 50 kPa eingefüllt und gehalten wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Füllgut axial in den Schlauch und in dessen Bewegungsrichtung eingefüllt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Füllgut durch das Element (4) hindurch eingefüllt wird, das dicht an den Wänden des Schlauches anliegt.

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5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Teil des Verpackungsmaterialschlauches, der zwischen diesem Element und den Versiegelungsbacken liegt, an äußeren Abstützelementen anliegt.

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