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Beschreibung
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Verfahren und Vorrichtung zum Füllen eines flexiblen Behälters Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Füllen
eines flexiblen Behälters innerhalb eines relativ starren Kartons und insbesondere
auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei welchen der Behälter vollständig ausgedehnt
und einheitlich in Bezug auf die Form an das Innere des Kartons während des Füllens
angepaßt wird, wobei ein Einschluß von Behälterteilen verhindert wird.
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Flexible Beutel bzw. Behälter aus thermoplastischem Material, z.B.
Polyäthylen, sind gut geeignet, flüssige Materialen wie Milch, Wasser, Fruchtsäfte,
Wein, Chemikalien Ketchup, Tomatenpasten und dergleichen aufzunehmen. Normalerweise
wird der Beutel zur Lagerungin einen Karton aus Pappe, Holz oder einem anderen relativ
starren Material eingebracht. Der Beutel ist mit einer Tülle bzw. einem Ausguß versehen,
durch welchen der Inhalt ausgegeben werden kann. Um den Ausguß geschlossen und den
Inhalt frei
von Verunreinigungen bis zu dem Zeitpunkt, zu welchem
die Ausgabe des Inhalts gewünscht wird, zu halten, ist das äußere Ende des Ausgusses
mit einem Deckel oder einem Zapfen ausgerüstet.
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Relativ kleine Beutel mit einer Kapazität von ungefähr 1 bis 5 Gallonen
können ohne weiteres außerhalb der Kartons gefüllt und dann in diese eingeführt
werden. In einem solchen Fall ist der Beutel vor dem Einführen in den Karton vollständig
gefüllt und ausgedehnt, so daß keine Teile des Beutels im Karton eingeschlossen
werden.
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Aus wirtschaftlichen Gründen beim Verpacken und Handhaben ist es in
bestimmten Fällen vorteilhaft, ein größeres Volumen einer Ware in einem einzigen
relativ großen Behälter, z.B. von der Größenordnung von 50 bis 300 Gallonen zu verpacken.
Ein Beutel solcher Größe wird am besten innerhalb seines Tragekartons gefüllt, da
der Beutel sonst zu groß, schwer und unhandhabbar ist, um in den Karton nach dem
Füllen eingeführt zu werden. Es ist außerdem ziemlich schwierig, einen gefüllten
großen Beutel innerhalb eines Kartons körperlich zu handhaben, um eine vollständige
Ausdehnung des Beutels zu bewirken, insbesondere, wenn man berücksichtigt, daß das
Gewicht eines gefüllten 300-Gallonen Beutels in der Größenordnung von 1134 kg liegt.
Der Karton ist normalerweise eine Kiste mit rechteckförmiger Gestalt. Wenn ein großer
Beutel in dem Karton gefüllt wird, werden Teile des Beutels gefaltet, gekräuselt
oder eingeschlossen, insbesondere in den Seiten oder Ecken der Kiste mit dem Ergebnis,
daß der Beutel nicht ordnungsgemäß mit der beabsichtigten Menge an flüssigem Material
gefüllt wird. Ein Einschluß verhindert, daß der Beutel vollständig ausgedehnt wird,
um seine vorgesehene Kapazität zu erreichen. Gelegentlich erfolgt sogar ein Zerreißen
des Beutels.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Füllen eines flexiblen Behälters relativ großen Volumens innerhalb
eines relativ starren Kartons zu schaffen, wobei der Behälter vollständig ausgedehnt
und an das Innere des Kartons angepaßt wird, um einen Einschluß von Behälterteilen
zu verhindern und ein vollständiges Füllen des Behälters mit der beabsichtigten
Menge an flüssigem Material sicherzustellen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen zum
Füllen eines flexiblen Behälters innerhalb eines relativ starren Kartons, wobei
der Behälter eine Öffnung aufweist und im leeren und zusammengefallenen Zustand
innerhalb des Kartons aufgehängt oder drapiert ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Teil des flexiblen Behälters
nahe dem Boden des Kartons 3ngeschlossen, der Inhalt unter Druck in den Behälter
durch die Öffnung eingeführt, um den eingeschlossenen Teil des Behälters zu füllen,
der eingeschlossene bzw. begrenzte Teil des Behälters unter Druck während des Füllens
gehalten, um den Inhalt in den gesamten eingeschlossenen Teil des Behälters zu erstrecken
und den Behälter an das Innere des Kartons anzupassen, und der Umfang des so eingeschlossenen
Behälters fortschreitend erhöht, bis der gesamte Behälter gefüllt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
der flexible Behälter in den Karton eingeführt, so daß der mittlere Teil des Behälters
auf dem Boden des Kartons liegt und die Randbereiche längs der Seitenwände des Kartons
drapiert werden. Eine Mitnehmerplatte mit einem Zwischenraum relativ zu den Seitenwänden
des Kartons wird dann in den Karton über den mittleren Teil des flexiblen Behälters
eingeführt, um diesen Teil des Behälters einzuschließen bzw. zu begrenzen. Wenn
dann der eingeschlossene Teil des Behälters mit Inhalt
gefüllt
wird, steht die Mitnehmerplatte nachgiebig und unter Druck mit dem eingeschlossenen
Teil des Behälters in Eingriff, um eine Ausdehnung dieses Behälterteils während
des Füllens zu bewirken, bis dieser eingeschlossene Teil vollständig durch diesen
Inhalt ausgedehnt und mit diesem Inhalt gefüllt ist und in die Ecken und Enden des
Kartonteils gezwungen ist, in welchem er ruht. Bei Fortsetzung des Füllens wird
eine Relativbewegung zwischen der Druckplatte und dem Karton in einer Richtung und
mit einer Geschwindigkeit aufgebracht, um aufeinanderfolgende Teile des Behälters
in dem Karton dem Füllen auszusetzen, während der Behälter einem im wesentlichen
konstanten Druck ausgesetzt ist, bis der gesamte Behälter ordnungsgemäß mit der
beabsichtigten Menge an flüssigem Inhalt gefüllt und an das Innere des Kartons angepaßt
ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform, insbesondere für sehr große
flexible Behälter, die in Kisten oder Kartons eingeführt werden sollen, welche ungeführ
91 bis 122 cm tief sind,wird der flexible Behälter auf der Mitnehmerplatte befestigt
und die Randbereiche werden über die Oberseite der Platte oder anderer Näherungsstützen
drapiert oder gehängt. Anschließend wird die Platte mit dem daraufliegenden Behälter
in den Karton eingeführt, wodurch verhindert wird, daß eine Bedienungsperson in
die Kiste oder den Karton bzw. aus der Kiste oder dem Karton kriechen muß.
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Bei jeder der obigen Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung kann die Relativbewegung zwischen dem Karton und der Mitnehmerplatte durch
Bewegung der Platte relativ zum Karton oder des Kartons relativ zur Platte bewirkt
werden. In jedem Falle wird die Relativbewegung vorzugsweise als Funktion des Füllvorgangs
gesteuert, um den Druck auf den Behälter im wesentlichen konstant zu halten. Dies
kann durch Abfühlen entweder des Gewichtes oder des Druckes, vorzugsweise des Druckes,
des
Behälterinhalts erreicht werden.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können relativ große Behälter,
welche zu groß, schwer und unhandhabbar sind, um in einen Karton nach dem Füllvorgang
eingeführt zu werden, ohne weiteres innerhalb des Kartons gefüllt und bezüglich
ihrer Form an das Innere des Kartons angepaßt werden, um ein Einschließen oder Umfalten
von Behälterteilen zu verhindern. Demzufolge können Ersparnisse, die bisher bei
relativ kleinen Beutel im Karton"-Verpackungen erzielt worden sind, auch auf Verpackungen
größeren Volumens ausgedehnt werden.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders zum Füllen flexibler
Behälter innerhalb von relativ starren Kartons geeignet, wie oben beschrieben ist,
und weist eine Fülleinrichtung zum Einführen des Inhalts unter Druck in den Behälter
durch dessen Öffnung und eine Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Drucks auf
den Behälter während des Füllens auf, um den Inhalt über den gesamten Behälter auszudehnen
und den Behälter in Bezug auf seine Form an das Innere des Kartons anzupassen.
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Die Vorrichtung weist insbesondere eine Druckplatte auf, welche in
den Karton erstreckbar ist, um mit dem Behälter in Eingriff zu kommen und einen
Druck auf diesen auszuüben, wenn dieser sich während des Füllens ausdehnt.
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Es ist eine Einrichtung vorgesehen zur Erzeugung einer relativen Bewegung
zwischen der Druckplatte und dem Karton, um die Platte und die Bodenwand voneinander
weg mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, welche eine Ausdehnung des Behälters in
dem Karton während des Füllens ermöglicht, während zur gleichen Zeit der Behälter
unter Druck gehalten wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform überwacht eine
Abfühleinrichtung den Druck des Inhalts in dem
Behälter. Darüber
hinaus ist eine Einrichtung vorgesehen zur Steuerung der Relativbewegung der Platte
und des Kartons gemäß dem überwachten Druck, um den Inhalt einem im wesentlichen
konstanten Druck auszusetzen.
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Der Behälter weist eine Tülle bzw. einen Ausguß auf, der mit der Öffnung
in Verbindung steht, über welche der Inhalt in den Behälter eingeführt und aus dem
Behälter ausgegeben wird. Die Fülleinrichtung zum Einführen des Inhalts durch den
Ausguß und ein zugeordneter Ausgußhalter zum Halten des Ausgusses gegen eine Relativbeweg
in Bezug zur Fülleinrichtung während des Füllens sind auf der Druckplatte gelagert,
um sich mit dieser zu bewegen.
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Die Druckplatte hat eine im allgemeinen ebene Unterseite, welche im
wesentlichen parallel zur Bodenwand des Kartons ausgerichtet ist und derart dimensioniert
ist, daß zwischen seinem Umfang und den Seitenwänden des Kartons ein Zwischenraum
definiert ist. Im anfänglichen leeren zusammengefallenen Zustand des Behälters wird
der Ausguß auf der Unterseite der Druckplatte durch den Ausgußhalter gehalten, steht
der mittlere Teil des Behälters in Eingriff mit dem Boden der Platte und erstrecken
sich die äußeren Ränder des Behälters nach oben durch den Zwischenraum und über
die Oberseite der Platte, so daß während des Füllens die äußeren Ränder des Behälters
über die Platte und durch den Zwischenraum gleiten. Hierdurch werden Wandbereiche
des Behälters während des Füllens ausgedehnt und sind keinem Einschluß innerhalb
des Kartons ausgesetzt.
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Der Behälter wird einheitlich gefüllt und paßt sich in Bezug auf seine
Form an das Innere des Kartons an.
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Bei einer Ausführungsform ist der Karton ortsfest und weist die Einrichtung
zur Erzeugung der Relativbewegung eine Einrichtung zum Bewegen der Druckplatte nach
oben und weg von der Bodenwand des Kartons auf. Bei einer anderen Ausführungsform
ist die Platte ortsfest und bewegt die Bewegungseinrichtung den Karton relativ zur
Platte.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung schafft daher eine geeignete und
praktische Einrichtung zum Füllen eines flexiblen Behälters innerhalb des Inneren
eines relativ starren Kartons, wobei der Behälter in Bezug auf seine Form an das
Innere des Kartons in einer Weise angepaßt wird, welche einen Einschluß der Seitenwandbereiche
des Behälters verhindert und ein vollständiges und ungehindertes Füllen des Behälters
ermöglicht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen: Fig.l eine Seitenansicht, teilweise
geschnitten, einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung
zum Füllen eines flexiblen Behälters innerhalb eines starren Kartons, wobei die
Füllung eines Behälters innerhalb eines Kartons illustriert ist, Fig.2 einen Teilquerschnitt
längs im wesentlichen der Linie 2-2 der Fig.1, der eine Randansicht einer Druckplatte
zur Aufrechterhaltung eines Drucks auf den Inhalt in den Behälter während des Füllens
und eines auf der Platte gelagerten Meßfühlers zur Überwachung des Druckes des Inhalts
zeigt, Fig.3 eine Teildraufsicht längs im wesentlichen der Linie 3-3 der Fig.1,
in welcher ein Ausgußhalter zum Halten des Behälterausgusses und ein Verschließermechanismus
zur Entfernung eines Deckels von dem Ausguß und zur Wiederaufbringung des Deckels
auf den Ausguß illustriert ist, Fig.4 eine Teilschnittansicht längs im wesentlichen
der Linie 4-4 der Fig.3, in welcher zusätzliche Merkmale des Ausgußhalters und des
Verschließermechanismus ge-
zeigt sind, und Fig.5 bis 7 aufeinanderfolgende
Stufen der Vorrichtung bei Füllung des Behälters innerhalb des Kartons gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum wirksamen und geeigneten Füllen von flexiblen Behältern, z.B. flexiblen Beuteln
aus einem thermoplastischen Material wie z.B. Polyäthylen oder dergleichen, wobei
die Beutel innerhalb von Kartons aus einem relativ starren Material wie z.B. Pappe,
Holz oder dergleichen gehalten sind, welche eine Lagerung für die Beutel beim Füllvorgang
schaffen. Durch die besondere Methode des Füllens der Beutel können Beutel mit relativ
großer Kapazität in der Größenordnung von 50 bis 300 Gallonen, welche sonst zu schwer,
unhandhabbar und zerbrechtlich wären, um nach dem Füllvorgang in einen Karton eingeführt
zu werden, vollständig gefüllt werden, während sie innerhalb des Kartons angeordnet
sind, ohne daß ein Einschließen von Beutelteilen auftritt, wenn dieser gefüllt wird.
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Jeder Beutel hat einen mit diesem um eine Öffnung verbundenen Ausguß
und das offene Ende des Ausgusses ist normalerweise durch einen trennbaren Deckel
verschlossen.
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Der Deckel kann anfangs auf dem Ausguß vor dem Füllen des Beutels
befestigt sein oder kann anschließend nach dem Füllen auf den Ausguß aufgebracht
werden. In der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform wird
angenommen, daß der Deckel vor dem Füllen auf den Ausguß aufgebracht worden ist.
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In der Praxis werden ein leerer Beutel und ein Karton an einer Füllstation
der Vorrichtung positioniert, an welcher eine Einrichtung zum Füllen des Beutels
durch diesen Ausguß vorgesehen ist, während der Beutel in dem Karton ist, wobei
der Beutel gleichzeitig in Bezug auf seine Form an das Innere des Kartons angepaßt
wird, um ein Einschließen von Beutelteilen zu verhindern. Die Einrichtung zum Füllen
weist eine Einrichtung zum Halten des Beutelausgusses, eine Einrichtung zum Trennen
des Deckels vom Ausguß zur Öffnung des Ausgusses, eine Einrichtung zum Füllen des
Beutels mit Inhalt durch den geöffneten Ausguß und eine Einrichtung zum Wiederaufbringen
des Deckels auf den Ausguß auf. Um den Beutel in Bezug auf seine Form an das Innere
des Kartons anzupassen und um ein Einschließen von Beutelteilen während des Füllens
zu verhindern, sind Einrichtungen vorgesehen, um den Beutel unter Druck zu halten
oder um den Beutel einem Druck während des Einführens des Inhalts auszusetzen, wobei
der Inhalt über den gesamten Beutel ausgebreitet wird, um diesen in Bezug auf seine
Form einheitlich an den Karton anzupassen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind darüber hinaus Einrichtungen
vorgesehen zur Erzeugung eines Vakuums durch die Fülleinrichtung, so daß, falls
erforderlich, irgendwelche Gase oder Atmosphäre aus dem Beutel vor und/ oder nach
dem Füllen des Beutels entfernt werden können und/oder zum Einführen von inertem
oder sterilem Gas in den Ausguß nach dem Füllen, so daß der Inhalt in sauberem Zustand
frei von Verunreinigungen gehalten wird.
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Es erfolgt nun eine Beschreibung der Figuren. Die Füllvorrichtung
des Behälters, siehe insbesondere Fig.1 und 2, ist besonders geeignet zum Füllen
eines relativ grossen flexiblen Behälters, wie z.B. eines flexiblen Beutels 20 aus
thermoplastischem Material, während dieser innerhalb eines relativ starren Kartons
22 positioniert oder gehalten ist. Der Karton sorgt für eine Lagerung bzw.
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einen Halt für den gefüllten Beutel und kann aus Ersparnisgründen
aus Pappe, Holz oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Der gezeigte Karton
hat eine rechtwinklige Konfiguration, kann jedoch ohne weiteres irgendeine andere
Konfiguration wie z.B. eine zylindrische im Fall eines Fasses aufweisen. Eine einstückige
oder trennbare Palette 24 am unteren Ende des Kartons erleichtert dessen Handhabung.
Jeder Beutel hat eine Tülle oder einen Ausguß 26, der um eine Öffnung dicht mit
dem Beutel verbunden ist. Die Ausgüsse sind mit ringförmigen Rippen 28 ausgebildet,
welche ringförmige Ausparungen zwischen sich begrenzen. Wie am besten in Fig.4 gezeigt,
ist ein trennbarer Deckel 30 auf dem Ausguß vorgesehen, um dessen sonst offenes
äußeres Ende zu verschließen. Wie oben angeführt worden ist und wie Sicht verständlich
ist, können die Deckel auf die Ausgüsse sowohl vor als auch nach dem Füllvorgang
aufgebracht werden.
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Bei einem repräsentativen Beispiel ist der flexible Behälter 20 anfangs
ein großer abgeflachter rechtwinkliger Beutel, der aus gegenüberliegenden Seitenwänden,
die an allen vier Rändern abgeschlossen sind, besteht mit einem Ausguß, der im allgemeinen
mittig in Bezug auf eine seiner Wände angeordnet ist, und mit einer Kapazität von
300 Gallonen. Die Kiste oder der Karton 22 für solch einen Beutel kann Abmessungen
inder Größenordnung von 111,8 x 121,9 x 106,7 cm haben und ist geeignet, vom Beutel
und dessen Inhalt ausgefüllt zu werden, wenn der Beutel voll ist. Solch ein Karton
weist vorzugsweise schnell trennbare BodenSeiten- und Kopfwände aus Sperrholz auf,
so daß gefüllte Kartons dreifach übereinander gestapelt werden können für einen
wirtschaftlichen Versand mit Hilfe der Eisenbahn oder von Lastfahrzeugen. Der Karton
kann dann zu einer flachen Paneelform zusammengeklappt werden für eine kompakte
und wirtschaftliche Rückführung zur Füllanlage und zu seiner Wiederbenutzung. Solch
eine Versandart ist besonders wünschenswert zwischen Industrie-
anlagen
von voluminösen Lebensmitteln und Benützern dieser Lebensmittel und/oder Verbraucherverpackungsanlagen
z.B.
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für solche Produkte wie Tomatenpasten und Ketchup. Andere Verwendungen
für diese oder andere " "Beutel-im-Karton"-Verpackungen sind für den Verpackungs-
und Versandfachmann ohne weiteres erkennbar.
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Die Vorrichtung, wie in Fig.1 und 2 gezeigt, weist eine Einrichtung
32 zur Unterstützung und zum vertikalen Transport des Beutels 20 und des Kartons
22 und eine Einrichtung 34 zum Füllen des Beutels auf, während dieser in dem Karton
ist. Die Unterstützungs- bzw. Trageeinrichtung 32 kann aus einer scherenartigen
Hebevorrichtung mit einer Plattform 36 bestehen, die mit einem unteren Rahmen 38
durch ein paar von Schenkeln 40 und 42 verbunden ist. Um die Plattform in vertikaler
Richtung zu bewegen, ist ein Zylinder 44 zwischen dem Rahmen und jedem der Schenkel
42 angeordnet. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Plattform mit Hilfe
eines Schneckengetriebes anhebbar sein oder die Einrichtung 32 kann irgendeine geeignete
Hebevorrichtung aufweisen, welche betätigt werden kann, um den Karton 22 in einer
gesteuerten Art und Weise anzuheben und zu senken.
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Die Fülleinrichtung 34 weist einen Ausgußhalter 46, einen Füllkopf
oder ein Ansatzrohr 48 und einen Verschließeraufbau 50 auf. Das Ansatzrohr 48 erstreckt
sich nach unten von einer Steuereinheit 52 aus, die oberhalb der Hebeeinrichtung
auf einem Paar von Stützen 54 gelagert ist. Der Ausgußhalter und der Verschließeraufbau
sind auf einem umgekehrt U-förmigen Rahmen 56 gelagert, der unterhalb der Steuereinheit
52 durch ein Paar von Stangen 58 unterstützt ist. An den unteren Enden des Rahmens
56 ist eine Druckplatte 60 befestigt, welche eine Öffnung 62 mit einer Größe aufweist,
um einen Ausguß 26 aufnehmen zu können, und welche sich im allgemeinen parallel
zur Plattform 36 erstreckt. Der Karton 22 ist um die Platte 60 herum
anhebbar
zur Aufnahme der Platte durch das offene obere Ende und die Platte weist eine Größe
auf, um zwischen ihrem äußeren Umfang oder ihren äußeren Kanten und den Seitenwänden
des Kartons einen Zwischenraum 64 zu bestimmen.
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Wenn die Kiste oder der Karton 22 bei Verwendung in seiner untersten
Position ist, wird ein Beutel oder ein Behälter auf der Platte 60 angebracht und
dieser zugeordnet, indem der Ausguß 26 nach oben durch die Öffnung 62 geführt wird,
wonach der Ausguß durch den Ausgußhalter 46 ergriffen und in seiner Position gehalten
wird.Der Beutel wird dann relativ glatt über die Unterseite der Platte erstreckt
und seine äußeren Ränder oder seine Randbereiche werden auf die Oberseite der Platte
umgefaltet oder werden in anderer geeigneter Weise über geeignete Stützen gehängt
oder drapiert Anschließend wird der Zylinder 44 betätigt, um den Karton 22 in Umgebungsbeziehung
zur Platte und dem Beutel anzuheben, bis der Boden des Kartons an den Beutel und
den Boden der Platte 60, wie in Fig.5 gezeigt ist, angrenzt. Der Beutel ist daher
anfangs so positioniert, daß nur ein Teil des Beutels zwischen der Platte und dem
Boden des Kartons eingeschlossen ist, wobei sich seine Randbereiche durch den Zwischenraum
64 und über die Oberseite der Platte erstrecken. In diesem Zustand ist die Platte
positioniert, um gegen den Beutel während des Füllens zu drücken, und zwar in einer
Weise, um ein einheitliches Füllen des Beutels und eine Anpassusng des Beutels an
das Innere des Kartons, wie beschrieben, zu gewährleisten.
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In dem oben beschriebenen Zustand, in welchem sich der Ausguß durch
die Öffnung 62 in der Platte erstreckt, ist der Ausguß positioniert, um vom Ausgußhalter
46 erfaßt und gehalten zu werden. Wie in den Fig.3 und 4 gezeigt ist, kann der Ausgußhalter
46 z.B. eine im allgemeinen flache Platte mit einer Seitenöffnung 66 zu einem Ende
hin aufweisen, welche so geformt ist, um einen Ausguß innerhalb
des
Bereiches zwischen einem Paar von Wulsten oder Flanschen auf dem äußeren Umfang
des Ausgusses aufzunehmen und dicht zu umgeben. Das entgegengesetzte Ende des Halters
ist an einer Achse 68 befestigt, welche sich nach oben innerhalb einer Muffe 70
durch den Rahmen 56 erstreckt. Die Achse ist innerhalb der Muffe in Lagern 72 drehbar.
Ein Gabelgelenk 74 ist um das obere Ende der Achse angeordnet. Auf dem Rahmen 56
ist ein Zylinder 76 zum Hin- und Herbewegen der Achse befestigt, wobei die Kolbenstange
mit dem Gabelgelenk verbunden ist. Der Zylinder ist mit der Steuereinheit 52zwecksBetätigung
verbunden, wobei, wenn der Zylinder betätigt wird, um die Kolbenstange zurückzuziehen,
der Ausgußhalter gedreht wird, um den Ausguß 26 innerhalb der Öffnung in der Platte
-60 aufzunehmen und zu halten. Um den Ausguß freizugeben, wird der Zylinder betätigt,
um seine Kolbenstange auszufahren, wodurch der Ausgußhalter weg und ausser Eingriff
mit dem Ausguß gedreht wird, wonach der Ausguß frei ist, sich durch Schwerkraft
von der Platte wegzubewegen.
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Wenn der Ausguß durch den Ausgußhalter gehalten wird und der Beutel
und der Karton in ihren in Fig.5 gezeigten relativen Positionen sind, kann der Verschließeraufbau
50 betätigt werden, um den Deckel vom Ausguß zu entfernen, wodurch ein Füllen des
Beutels ermöglicht wird, und um nach Beendigung des Füllens den Deckel wieder auf
dem Ausguß anzuordnen. Bei einer alternativen Ausführungsform, bei welcher der Ausguß
anfangs nicht mit einem Dekkel versehen ist, verschlie6t der Verschließeraufbau
lediglich den Ausguß nach dem Füllen. Der Verschließeraufbau kann z.B. eine obere
Platte 78 und ein Paar von Dekkelgreifbacken 80 (in Fig.4 ist nur einer gezeigt)
aufweisen, die drehbar auf der Unterseite der Platte 78 durch Befestigungselemente
82 gelagert sind. Es sind Einrichtungen, wie z.B. eine Feder (nicht gezeigt), vorgesehen,
um die Backen zusammenzuhalten in Richtung auf
eine normalerweise
geschlossene Position. Die Backen sind jeweils mit einer Seitenöffnung 83 versehen,
welche zusammen einen Durchlaß durch die Backen zur Aufnahme eines Kopfteils 84
des Deckels 30 begrenzen. Die Anordnung ist derart, daß , wenn die Backen geöffnet
und um den Kopf eines Deckels positioniert und dann geschlossen werden, der Kopf
durch die Backen ergriffen wird. Eine Aufwärtsbewegung des Verschließeraufbaus zieht
dann den Deckel vom Ausgußab,umdessen äußeres Ende zu öffnen. Um das freie Ende
der Backen zu unterstützen, wenn der Deckel vom Ausguß abgezogen wird, erstreckt
sich ein L-förmiger Bügel 86, der an der Platte 78 befestigt ist, unter die freien
Enden der Backen, wenn diese in ihrer geschlossenen Position sind.
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Der Verschließeraufbau 50 kann betätigt werden, um die Backen 80 zum
Ergreifen und Freigeben der Deckel zu schließen und zu öffnen, um den Aufbau anzuheben
oder zu senken, um die Ausgüsse zu öffnen und zu verschließen, und um den Aufbau
zu einer Position zu drehen, die von dem unverschlossenen Ausguß entfernt ist, um
einen Weg zwischen dem Füllansatzrohr 48 und dem Ausguß freizugeben. Der Mechanismus
zur Durchführung dieser Funktionen umfaßt eine Achse 88 mit einer langgestrecken
Nockenscheibe 90 an ihrem unteren Ende. Die Achse ist an ihrem oberen Ende mit dem
Kolben eines Zylinders 92 für eine vertikale Bewegung verbunden. Der Zylinder wird
durch die Steuereinheit 52 betätigt und ist am oberen Ende eines Ständers 94 befestigt,
der von dem Rahmen 56 getragen wird. Die Nockenscheibe 90 ist innerhalb einer Öffnung
positioniert, diekwischen zugekehrten Seiten von Nockenstößeln auf den jeweiligen
Backen 80 ausgebildet ist, derart, daß nach Drehung der Achse 88 die Nockenscheibe
auf die Nockenstößel wirkt , um die Backen zu öffnen und zu schließen. Zwischen
der Nockenscheibe und dem Zylinder 92 erstreckt sich die Achse durch den Rahmen
56 und ein unteres Ende des Ständers 94 innerhalb
einer inneren
Muffe 96 und einer äußeren Muffe 98. Die innere Muffe ist an ihrem untersten Ende
innerhalb eines Durchgangs durch die Verschließerplatte 78 befestigt, und die Achse
88 ist innerhalb dieser Muffe in einem Paar von Lagern 100 drehbar. Die äußere Muffe
98 ist um ihren Umfang innerhalb von Durchgängen befestigt, die durch den Rahmen
56 und den Ständer 94 ausgebildet sind. Die innere Muffe 96 ist in einem Paar von
Lagern 102 innerhalb der äußeren Muffe sowohl vertikal hin- und herbewegbar wie
auch drehbar. Die Verschließerbacken können daher durch Drehung der Achse 88 geöffnet
und geschlossen werden und der gesamte Verschließeraufbau kann durch entsprechende
Bewegung der inneren Muffe 96 innerhalb der äußeren Muffe 98 angehoben und gesenkt
und/oder gedreht werden.
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In Fig.4 ist der Verschließeraufbau, d.h. die Verschliesserplatte
78 und die Backen 80, in seiner abgesenkten Position in ausgezogenen Linien und
in seiner angehobenen Position in gestrichelten Linien gezeigt. Die untere Position
wird durch Eingriff eines Gabelgelenks 104, befestigt um das obere Ende der inneren
Muffe 96, mit einer Lippe auf dem oberen Lager 102 bestimmt. Wenn der Verschließeraufbau
in vertikale Ausrichtung mit einem von dem Ausgußhalter gehaltenen Ausguß gedreht
ist, kann der Verschließeraufbau abgesenkt werden, bis die Backen horizontal mit
dem Deckel im Ausguß ausgerichtet sind, woraufhin die Backen durch die Nockenscheibe
betätigt werden können, um den Deckelkopf zu ergreifen.
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Anschließend kann der Deckel vom Ausguß entfernt werden durch Betätigung
des Zylinders 92, um den Verschließeraufbau anzuheben. Die obere Position des Verschließeraufbaus,
gezeigt in gestrichelten Linien, wird durch Eingriff der Platte 78 mit einer Lippe
auf dem oberen Lager 100 bestimmt und hat eine ausreichende Höhe über dem unverschlossenen
Ausguß, so daß der Boden des Deckels das obere Ende des Ausgusses freigibt, wodurch
der
Verschließeraufbau ohne Wechselwirkung zwischen Deckel und
Ausguß gedreht werden kann.
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Die Einrichtung zum Drehen der Achse 88 innerhalb der Muffe 96 zum
Öffnen und Schließen der Backen des Verschließeraufbaus und zum Drehen der Muffe
96 zur Drehung des gesamten Verschließeraufbaus weist ein Paar von Zylindern 106
und 108 auf, die an einer Seitenwand des Ständers 94 befestigt und durch die Steuereinheit
52 betätigbar sind. Der Zylinder 106, welcher die Achse 98 dreht, hat einen Schiebestein
110, der auf der Kolbenstange gelagert ist, wobei das äußere Ende der Kolbenstange
verschiebbar innerhalb einer Führung 112 gelagert ist. Ein Gabelgelenk 114, das
um das obere Ende der Achse 88 befestigt ist, hat einen aufrechten Stab 116, welcher
sich in eine geschlitzte Öffnung in dem Schiebestein 110 erstreckt.Eine Betätigung
des Zylinders 106 zur Hin- und Herbewegung des Schiebesteins dreht daher die Achse
88 und demzufolge die Nockenscheibe 90, um die Backen des Verscheßeraufbaus zu öffnen
und zu schließen. Der Zylinder 108, welcher den Verschließeraufbau dreht, hat einen
auf der Kolbenstange gelagerten Schiebestein 118, dessen äußeres Ende verschiebbar
innerhalb einer Führung 120 gelagert ist. Ein aufrechter Stab 122 auf dem Gabelgelenk
104 erstreckt sich in eine geschlitzte Öffnung in dem Schiebestein 118, wodurch
eine Betätigung des Zylinders 108 zum Hin- und Herbewegen des Schiebesteins der
inneren Muffe 96 und daher der Platte 78 des Verschließeraufbaus eine Drehbewegung
erteilt.
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Beim Betrieb zum öffnen und Verschließen des Ausgusses wird der Verschließeraufbau
anfangs über dem Ausguß mit den Backen in einer offenen Position gehalten. Dies
wird erreicht durch Zurückziehen des Kolbens des Zylinders 92, um den Versch1ießufbau
in seiner angehobenen Position zu halten, durch Zurückziehen des Kolbens des Zylinders
108, um den Aufbau in eine Position über dem
Ausguß zu drehen,
und durch Ausfahren des Kolbens des Zylinders 106, um die Nockenscheibe 90 zur Öffnung
der VerscNießerbacken zu drehen. Während der Ausguß von dem Ausgußhalter gehalten
wird, wird der Kolben des Zylinders 92 ausgefahren,um den Verschließeraufbau auf
den Kopf 84 des Ausgußdeckels 30 abzusenken. Der Kolben des Zylinders 106 wird zurückgezogen,
um die Verschließerbacken um den Kopf des Deckels zum Ergreifen des Deckels zu schließen.
Der Zylinder 92 hebt dann den Verschließeraufbau an, um den Deckel aus dem Ausguß
zu ziehen und zu einer Position oberhalb des Ausgusses anzuheben. Anschließend wird
der Kolben des Zylinders 108 zur Drehung des Verschließeraufbaus zu einer Position
ausgefahren, die vom Ausguß entfernt angeordnet ist, um für das Füllansatzrohr einen
Weg zum Ausguß freizugeben. Es wird angemerkt, daß während der Zeit, in welcher
der Kolben des Zylinders 108 ausgefahren ist, um den Verschließeraufbau zu drehen,
der Kolben des Zylinders 106 gleichzeitig weiter zurückgezogen wird, um eine Relativbewegung
zwischen dem Verschließeraufbau und der Nockenscheibe zu verhindern, so daß die
Backen geschlossen bleiben.
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Um den Deckel wieder auf dem Ausguß anzuordnen, wird der oben beschriebene
Vorgang umgekehrt. Insbesondere wird der Kolben des Zylinders 108 zurückgezogen,
während der Kolben des Zylinders 106 gleichzeitig ausgefahren wird, um den Verschließeraufbau
zu drehen, so daß der Deckel über dem Ausguß positioniert wird, während die Verschließerbacken
geschlossen bleiben. Der Zylinder 92 senkt dann den Verschließeraufbau ab, um den
Deckel wieden in den Ausguß einzuführen, wonach der Kolben des Zylinders 106 weiter
ausgefahren wird, um die Backen zu öffnen und den Deckel freizugeben. Der Zylinder
92 hebt dann den Verschließeraufbau zu seiner Position über dem Ausgußhalter an,
um das öffnen und das Schließen des Ausgusses eines nachfolgenden Beutels vorzubereiten.
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Der Beutel wird durch die freiliegende Öffnung im Ausguß gefüllt.
Die Einrichtung zum Füllen des Beutels besteht aus dem Ansatzrohr 48, welches mit
der Steuereinheit 52 verbunden ist. Um eine Verbindung zwischen dem Ansatzrohr und
dem Ausguß herzustellen, wodurch das Produkt in den Behälter über den Ausguß eingeführt
werden kann, kann eine Einrichtung, z.B. ein Zylinder (nicht gezeigt) innerhalb
der Steuereinheit vorgesehen sein zum vertikalen Anheben und Ab senken des Ansatzrohres
in Bezug auf die Platte 60 und zum flüssigkeitsmäßigen und wahlweisen Verbinden
des Ansatzrohres mit einer Produktversorgungsquelle unter Druck. In diesem Falle
ist außer während des Füllens des Beutels das Ansatzrohr in einer angehobenen Position
gehalten mit seinem unteren Ende oberhalb des obersten Teils des Verschließeraufbaus
50. Nachdem der Ausguß geöffnet und der Verschließeraufbau in die vom Ausguß entfernte
Position bewegt worden ist, wird das Ansatzrohr 48 abgesenkt in dichtem Eingriff
mit dem Ausguß um dessen Öffnung herum. Falls erwünscht, kann zunächst über das
Ansatzrohr ein Vakuum erzeugt werden, um aus dem Beutel irgendwelche Gase oder Atmosphärenluft
abzuziehen. Anschließend wird ein Produktstrom über das Ansatzrohr und den Ausguß
in den Beutel eingeführt. Nachdem der Beutel gefüllt ist, kann, falls erwünscht,
wiederum ein Vakuum über das Ansatzrohr und/oder ein Strom inerten oder sterilen
Gases durch das Ansatzrohr in den Beutel eingeführt werden, um die Integrität und/oder
Sterilität des verpackten Produktes zu gewährleisten. Anschließend wird das Ansatzrohr
in seine obere Position zurückgezogen und der Ausguß wieder mit einem Deckel versehen,
um den Beutel zu verschließen und dessen Inhalt gegen Verschmutzung zu schützen.
Es wird angemerkt, daß die besondere Anordnung zur Schaffung einer Verbindung zwischen
dem Ansatzrohr und dem Ausguß nur beispielhaft ist und daß für den Durchschnittsfachmann
andere Anordnungen offensichtlich sind.
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Eine geeignete Form des Füllkopfes, der die oben beschriebenen funktionellen
Operationen erfüllt, ist in der US-PS 3.926.229 beschrieben. Falls erwünscht, können
der Ausgußhalter, der Verschließeraufbau und das Abgabeende des Füllkopfes innerhalb
einer mit sterilem Gas gefüllten Kammer für ein aseptisches Verpacken von Lebensmitteln
oder anderen Produktion enthalten sein, wie dies innerhalb einer Kammer 123, begrenzt
durch den Rahmen 56 und die Druckplatte 60,vorgesehen sein kann. In solcher Umgebung
kann der Deckel in der sterilen Kammer entfernt und wieder aufgebracht werden und
kann das Innere des Ausgusses ausschließlich steriler Atmosphäre und dem Produkt
ausgesetzt werden.
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Die Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung zum Füllen eines
großen Plastikbeutels innerhalb eines Kartons ist in aufeinanderfolgenden Operationsstufen
in den Figuren 5 bis 7 illustriert. Unter Bezugnahme auf diese Figuren sowie auf
Fig.1 wird ein leerer flexibler Beutel 20 zunächst auf dem Ausgußhalter 46 und der
Druckplatte 60 montiert und diesen zugeordnet in der im vorhergehenden beschriebenen
und teilweise in Fig.5 illustrierten Weise. Auf die Plattform 36 wird ein Karton
oder eine Kiste 22 plaziert und der Zylinder 44 wird dann betätigt, um die Plattform
und den Karton nach oben und um die Druckplatte 60 und den Beutel 20 herum anzuheben.
Wie vorher angemerkt worden ist, erstrecken sich die Randbereiche des leeren Beutels
nach oben durch den Zwischenraum 6t und über die Oberseite der Platte, wie dies
im wesentlichen in Fig.5 gezeigt ist. Aufeinanderfolgende Operationsstufen werden
dann durch die Steuereinheit 52 gestartet. Diese Einheit ist nicht im einzelnen
gezeigt, da ihre Komponenten konventionell und allgemein bekannt sind und ohne weiteres
von Fachmännern zur Durchführung der beschriebenen Funktionen ausgewählt werden
können. Die Einheit 52 bewirkt nach Erregung ein Absenken
des Verschließeraufbaus
in Einspanneingriff mit dem Ausgußdeckel, hebt den Verschließeraufbau an zur Entfernung
des Deckels vom Ausguß, dreht den Aufbau zur Positionierung des Verschließeraufbaus
entfernt vom Ausguß und senkt das Ansatzrohr in dichten Eingriff innerhalb des Ausgusses
ab. Anschließend wird flüssiger Inhalt unter vorbestimmtem Druck durch das Ansatzrohr
und den Ausguß in den Beutel eingeführt.
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Wenn sich der Teil des zwischen der Platte 60 und dem Boden des Kartons
eingeschlossenen Beutels mit dem Produkt zu füllen beginnt, dehnt sich dieser aus.
Wenn dies geschieht, steht die Druckplatte 60 mit dem Beutel in Eingriff und übt
auf diesen Druck aus, um einer vertikalen Ausdehnung des Beutels Widerstand entgegenzusetzen.
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Dies bewirkt, daß das Produkt in die äußersten Teile des Beutels fließt
und gezwungen wird, einschließlich solcher Teile, die sich durch den Zwischenraum
64 und über die Oberseite der Platte erstrecken. Demzufolge wird der Beutel einheitlich
horizontal nach außen ausgedehnt und das Produkt wird den vier Ecken des Kartonbodens
zugeführt ohne Falten, Kräuseln oder Einschließen der Boden- oder Randbereiche des
Beutels.
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Um eine vertikale Ausdehnung des Beutels und eine Ausfüllung innerhalb
der Kiste oder des Kartons zu ermöglichen, während zur gleichen Zeit ein kontinuierlicher
und im wesentlichen konstanter Druck auf den Beutel aufrechterhalten wird, um zu
gewährleisten, daß dieser sich einheitlich füllt und in Bezug auf seine Form an
das Innere des Kartons angepaßt wird, wird eine Relativbewegung zwischen der Platte
60 und dem Karton 22 in einer Richtung und mit einer Geschwindigkeit erzeugt, um
eine Ausdehnung des Beutels zu ermöglichen, während der Beutel unter einem im wesentlichen
konstanten Druck gehalten wird, der ausreicht, um das Produkt zu zwingen, den Beutel
einheitlich und glatt an den Karton und dessen
vier Ecken anzupassen.
Bei der besonderen offenbarten Ausführungsform wird dies durch einen Meßfühler 124
auf der Druckplatte 60 erzielt, welcher den Druck des Inhalts in dem Behälter erfaßt
und entsprechende Signale für die Steuereinheit 52 erzeugt. Die Steuereinheit spricht
auf die Signale an, um den Zylinder 44 zu betätigen, wodurch die Plattform 36 und
demzufolge der Karton weg von der Platte mit einer Geschwindigkeit oder in kleinen
Bewegungsinkrementen abgesenkt wird, wobei der Druck des Inhalts auf einem im wesentlichen
vorgewählten Wert gehalten und doch eine Ausdehnung des Beutels innerhalb des Kartons
bei Füllung des Beutels möglich ist, wodurch der Beutel und das in ihm enthaltene
Produkt sich einheitlich innerhalb des Kartons ausdehnenund bezüglich ihrer Form
an das Innere des Kartons anpassen.
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Fig.1 und 6 illustrieren die Konfiguration des Beutels, wenn dieser
ungefähr halb gefüllt ist. Wie gezeigt, bewirkt der beschränkende Druck der Platte
60, daß die entfernten oder Randteile des Beutels einschließlich solcher oberhalb
der Platte sich ausdehnen und füllen,wenn das Produkt in den Beutel eingeführt wird.
Mit der fortgesetzten Ausdehnung des Beutels und der Relativbewegung zwischen der
Druckplatte und dem Karton bewegen sich die über der Platte angeordneten Teile des
Beutels durch den Zwischenraum 64 zwischen der Platte und dem Karton zu Positionen
unterhalb der Platte, wo sie glatt gegen die Innenwände des Kartons anliegen, bis,
wie in Fig.7 gezeigt, der Beutel vollständig gefüllt ist.
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Nach Füllung des Beutels unterbricht die Steuereinheit 52 die Zufuhr
des flüssigen Materials, hebt das Ansatzrohr 48 von dem Ausguß ab und betätigt den
Verschließeraufbau 50, um den Deckel wieder in den Ausguß einzuführen. Bei der alternativen
Ausführungsform, in welcher der Ausguß anfangs nicht mit einem Deckel versehen ist,
wird ein von dem Verschließeraufbau gehaltener Deckel
in diesem
Zeitpunkt in den Ausguß eingeführt, um den Beutel zu verschließen. Falls erwünscht,
kann ein Strom von sterilem oder inerten Gas in den Ausguß geblasen werden, bevor
das Ansatzrohr entfernt und der Deckel aufgebracht wird, aus Zwecken, wie sie z.B.
in der US-PS 3.926.229 beschrieben sind. Der Verschießeraufbau wird dann weg von
dem verschlossenen Ausguß bewegt und der Ausgußhalter wird außer Halteeingriff mit
dem Ausguß gedreht. Anschließend wird der Zylinder 44 betätigt, um den Karton weg
von der Platte abzusenken, so daß der gefüllte Karton von der Plattform 36 entfernt
und ein neuer Karton auf der Plattform zur Vorbereitung seiner Füllung, wie beschrieben,
positioniert werden kann. Ein trennbarer Deckel bzw. Abdeckplatte kann dann auf
die gefüllte Kiste aufgebracht werden, um diese für den Versand fertigzustellen.
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Es wird angemerkt, daß, obwohl bei dem offenbarten Ausführungsbeispiel
die Relativbewegung zwischen der Druckplatte 60 und dem Karton 22 durch Absenken
des Kartons bewirkt wird, es im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist, irgendeine
andere Einrichtung zur Bewirkung einer solchen Relativbewegung vorteilhaft zu verwenden.
So kann z.B. die Plattform 36 eine ortsfeste Plattform sein und die Fülleinrichtung
34 einschließlich der Druckplatte 60 könnte vertikal bewegbar sein, derart, daß
die Platte in den Karton vor dem Füllvorgang abgesenkt wird und dann aus dem Karton
während des Füllvorgangs mit einer Geschwindigkeit angehoben wird, welche eine Ausdehnung
des Beutels erlaubt, während der Inhalb im Beutel unter einem im wesentlichen konstanten
Druck bleibt. Anstelle einer Ausführungsform, bei welcher entweder die Fülleinrichtung
oder der Karton gesondert bewegbar sind, kann ins Auge gefaßt werden, daß sowohl
die Fülleinrichtung wie auch der Karton gleichzeitig bewegbar sind. Hierbei ist
lediglich in jedem Fall erforderlich, daß irgendwelche Einrichtungen vorgesehen
sind zur Bewirkung einer Relativbewegung zwischen der Platte und dem Karton.
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Gemäß anderen Ausführungsformen zur Erleichterung der Handhabung der
Kartons können Einrichtungen zur Beförderung von leeren Kartons zu der Fülleinrichtung
34-und zur Entfernung gefüllter Kartons von der Fülleinrichtung 34 vorgesehen sein.
Wenn z.B. nur die Fülleinrichtung vertikal bewegbar ist, würde eine einzige, intermittierend
betätigte Transporteinrichtung, die unter der Fülleinrichtung hindurchläuft, ausreichen.
Wenn der Karton 22 angehoben wird, würden zwei getrennte Transportvorrichtungenvorgesehen
werden, eine zum Tragen der leeren Kartons zur Plattform 36 und eine andere zum
Tragen der gefüllten Kartons von der Plattform weg.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine einzigartige Vorrichtung und
ein einzigartiges Verfahren zum Füllen von "Beutel-im-Karton"-Verpackungen. Die
Vorrichtung kann automatisch gesteuert werden zum wirksamen, schnellen und wirtschaftlichen
Füllen der Beutel mit minimaler Beaufsichtigung. Durch Verwendung der Druckplatte
kann der Inhalt der Beutel während des Füllens unter Druck gehalten werden. Relativ
große Beutel können innerhalb der Kartons gefüllt und in ihrer Form an das Innere
des Kartons angepaßt werden, ohne daß ein Abbinden, Einschließen oder Umfalten von
Beutelteilen erfolgt.