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Verpackungsmaschine
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mit einer Versiegelungsstation BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft
eine Verpackungsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Mit einer derartigen Verpackungsmaschine werden normalerweise Packungen
aus Verbundfolien verschweißt. Die Verbundfolie weist eine Trägerschicht mit einer
Erweichungstemperatur und eine Siegelschicht auf, deren Erweichungstemperatur niedriger
liegt als die der Trägerschicht. Die Siegelschicht der beiden miteinander zu versiegelnden
Folien sind auf den einander zugewandten Oberflächen vorgesehen.
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Beim Versiegeln verkleben die beiden Siegelschichten bereits bei einer
Temperatur miteinander, bei der die Trägerschichten noch so ausreichend stabil sind,
daß eine Verletzung derselben vermieden wird. Die auf den einander zugewandten Innenseiten
der Folien liegenden Siegelschichten können mit dem heißen Siegel- bzw. Schweißelement
nicht in direkte BerUhrung gelangen.
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Sollen dagegen zwei Monofolien, die nur aus einer Siegelschicht bestehen,
miteinander versiegelt bzw. verschweißt werden, dann kommt die Siegelschicht direkt
mit dem Siegel-bzw. Schweißelement in Kontakt. Dabei treten insbesondere durch unkontrollierte
BerUhrung zwischen dem heißen Siegel-
bzw. Schweißelement und der
zugewandten Folie Verletzungen derselben auf. Zu diesem Zweck werden solche Monofolien
mit Impulsschweißgeräten verschweißt. Der dabei verwendete Schweißdraht ist zunächst
kalt. Zum Verschweißen wird zunächst ein Druck durch ZusammendrUcken von zwei Schweißbalken
mit dazwischenliegenden Folien aufgebaut. Während dieses einwirkenden Druckes wird
dann der Widerstandsdraht erhitzt und somit impulsartig Wärme zugefUhrt. Nach dem
ZufUhren der Wärme bleibt der Druck so lange aufrechterhalten, bis die Folie wieder
abgekühlt ist. Das ist deshalb erforderlich, weil die Monofolie zum Verschweißen
so stark erhitzt wird, daß sie nicht mehr formstabil bzw. selbsttragend ist und
an der erwärmten Stelle zerreissen kann, wenn die Schweißbalken vor dem Abkühlen
auseinandergenommen werden. Das bedeutet also, daß in der ersten Phase des Druckaufbaues
der Schweißdraht noch kalt sein muß und daß deshalb das bekannte Verschweißen von
Monofolien nicht mit einem dauerbeheizten Schweißwerkzeug möglich ist, Darüber hinaus
lassen sich mit dem Impulsschweißen im wesentlichen nur gerade Schweißnähte erzeugen,
nicht aber die verschiedensten Produkten entsprechenden Konturformen. Ferner ist
die Wartung solcher Impulsschweißgeräte sehr aufwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verpackungsmaschine mit einer Versiegelungsstation
der eingangs beschriebenen Art, die insbesondere auch fUr kompliziertere und verschiedene
Produktpackungen ansetzbar ist, zu schaffen, mit der auch Monofolien versiegelt
bzw, verschweißt werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verpackungsmaschine, die durch
die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gekennzeichnet ist. Dadurch
wird der Vorteil erreicht, daß die Monofolien auch bei einer solchen Verpackungs-
maschine
so miteinander versiegelt bzw. verschweißt werden können, daß die Monofolien nicht
verletzt werden und eine einwandfreie Siegelnaht entsteht.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Verpackungsmaschine mit weggelassener
Seitenwand; Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 11-11 in Fig. 1; Fig. 3 einen
Ausschnitt aus Fig. 2 in einem ersten Betriebszustand; Fig. 4 das Detail in einem
zweiten Betriebszustand und Fig. 5 das in Fig. 3 gezeigte Detail in einem dritten
Betriebszustand.
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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist die Verpackungsmaschine 1 in üblicher
Weise eine Formstation 2 und eine Evakuier- und Versiegelungsstation 3 auf, die
jeweils von einem Maschinenrahmen 4 getragen werden. In bekannter Weise sind nichtgezeigte
Ketten mit Klemmbacken vorgesehen, die eine von einer Vorratsrolle 5 abziehbare
Unterfolie 6 durch die einzelnen Arbeitsstationen und bis zu einer schematisch angedeuteten
Schneidestation transportiert. Zwischen der Formstation 2 und der Evakuier- und
Versiegelungsstation 3 wird das zu verpackende Gut in die in der Formstation 2 gebildete
Form eingefü7lt. Von einer zweiten Vorratsrolle 8 wird eine Oberfolie 9 abgezogen,
die vor der Evakuier- und Versiegelungsstation 3 Uber die Unterfolie gefUhrt wird.
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Wie am besten aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, weist die Evakuier-
und Versiegelungsstation 3 ein Oberteil 10 und ein Unterteil 11 auf. Das Oberteil
bildet in seinem Inneren eine Oberkammer 12, in der ein im weiteren als Schweißplatte
bezeichnetes Siegel- bzw. Schweißelement 13 vorgesehen ist. Dieses ist in bekannter
Weise in die in Fig. 2 gezeigte zurUckgezogene Stellung bzw. in die in Fig. 5 gezeigte
Schweißstellung hin- und herbewegbar. Ferner ist die Schweißplatte über Heizelemente
14 auf eine vorbestimmte Temperatur geregelt dauerbeheizbar. Uber eine mit einem
Seitenkanal 15 verbundene erste Ableitung 16 ist die Oberkammer mit einer Vakuumpumpe
17 verbunden. Das Oberteil 10 ist Uber einen nichtgezeigten Antrieb in Richtung
des Doppelpfeiles 18 relativ zum Unterteil 11 aufwärts in die geöffnete bzw. abwärts
in die in Fig.
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2 gezeigte geschlossene Stellung bewegbar.
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Das Unterteil 11 bildet in seinem Inneren eine Unterkammer 19, die
die zu verschweißende Packung aufnimmt. Sie weist ein die Wandung der Unterkammer
bildendes Einsatzteil 20 auf, welches Uber Elemente 21 und eine Regeleinrichtung
41 auf eine vorwählbare Temperatur regelbar ist. An den dem zu verschweißenden Rand
entsprechenden Stellen ist ein entsprechend geformtes Widerlager 22 in Form einer
elastischen Schweißunterlage vorgesehen. Diese liegt jeweils gegenüber von damit
beim Schweißen zusammenwirkenden Schweißflächen 23 der Schweißplatte 13. Die Widerlager
22 und die damit zusammenwirkenden Schweißflächen 23 haben die Form der zu bildenden
Schweißnaht. Das Unterteil 11 weist auf der Oberfläche seiner Außenwand 24 einen
Dichtgummi 25 auf, der mit der Außenwand 26 des Oberteiles 10 zum Abdichten des
Kammerinneren gegen die Umgebung zusammenwirkt.
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An den seitlichen Außenwänden zwischen Widerlager 22 und
Dichtgummi
25 sowie gewünschtenfalls weiteren Stellen der Vertiefungen der Unterkammer 19 münden
Kanäle 27, die über eine zweite Ableitung 28 mit der Vakuumpumpe 17 verbunden sind.
Das Unterteil 11 ist über einen geeigneten Antrieb in Richtung des Doppelpfeiles
29 nach unten in die geöffnete Stellung bzw. nach oben in die in Fig. 2 gezeigte
geschlossene Stellung relativ zum Oberteil 10 ab- und aufwärtsbewegbar.
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In der ersten Ableitung 16 ist ein erstes Absperrventil 30 vorgesehen,
welches in Abhängigkeit von seinem Ventilzustand den Seitenkanal 15 mit Vakuumpumpe
verbindet oder von diesem abtrennt. Die erste Ableitung 16 ist ferner über ein zweites
Absperrventil 31 mit der Umgebungsluft und über ein drittes Absperrventil 32 mit
einer Druckluftquelle 33 verbindbar.
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In der zweiten Ableitung 28 ist ein viertes Absperrventil 34 vorgesehen,
welches den Kanal 27 mit der Vakuumpumpe 17 verbindet bzw. gegen diesen absperrt.
Ferner ist die zweite Ableitung 28 über ein fünftes Absperrventil 35 mit der Umgebungsluft
verbindbar. Die Ventile 30 bis 35 sind eingangsseitig jeweils mit Ausgängen einer
Steuerung 36 verbunden.
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Die Steuerung ist ferner über einen Ausgang 37 mit dem nichtgezeigten
Antrieb für Oberteil 10 und Unterteil 11 verbunden.
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Ferner ist die Steuerung 36 über einen Ausgang 38 mit einem Ventil
39 verbunden, welches ein Betätigungselement 40 zum Auf- und Abbewegen der Schweißplatte
13 mit einer Druckluftquelle verbindet.
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Ferner ist eine Regeleinrichtung 41 vorgesehen, deren einer Eingang
mit einem die Temperatur des Einsatzteiles 20 messenden Temperaturfühler 42 und
dessen zweiter Eingang mit einem
die Temperatur der Schweißplatte
13 messenden Temperaturfüh-1er 43 verbunden ist. Ein dritter Eingang der Regeleinrichtung
41 ist mit einem Zeitmeßgerät 43 verbunden, welches die Dauer des Kontaktes zwischen
Schweißplatte 13 und Widerlager 22 beim Verschweißen von dazwischenliegenden Folien
mißt.
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Ein erster Ausgang 44 der Regeleinrichtung 41 ist als Stellglied mit
dem Eingang für die Elemente 21 verbunden, und ein zweiter Ausgang 45 ist als Stellglied
mit dem Eingang der Heizelemente 14 verbunden.
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Wie sich am deutlichsten aus Fig. 3 ergibt, weist die Unterfolie 6
an ihren Seiten, und zwar an den Stellen, die über den seitlichen Kanälen 27 zu
liegen kommen, Längsschlitze 47 auf, die dazu dienen, beim Absaugen eine Verbindung
zwischen dem Packungsinneren 48 und dem Kanal 27 herzustellen.
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Die Oberfolie 9 dagegen ist durchgehend ausgebildet und weist keine
Durchbrechung auf. Die seitlichen Ränder von Unterfolie 6 und Oberfolie 9 liegen
zwischen dem Dichtgummi 25 und der Außenwand 26 und werden in geschlossenem Zustand
auf diese Weise zwischen Oberteil 10 und Unterteil 11 eingeklemmt.
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Die Steuerung 36 ist so ausgebildet, daß der Arbeitsablauf wie folgt
gesteuert wird: In einer ersten Stellung sind die Ventile 30 bis 35 geschlossen
und Oberteil 10 und Unterteil 11 sind in der voneinander wegbewegten offenen Stellung,
Unterfolie 6 und Oberfolie 9 mit dem in einer gebildeten Mulde und dem darin befindlichen
Produkt 46 werden so zwischen die Kammern bewegt, daß das Produkt in der in Fig.
2 ersichtlichen Weise in der Unterkammer 19 zu liegen kommt. Im nächsten Schritt
werden Unterkammer und Oberkammer in die in Fig. 2 gezeigte Stellung aufeinander
zubewegt, so daß Unterfolie 6 und Oberfolie 9 seitlich eingeklemmt und das Kammerinnere
hermetisch gegen die Außen-
welt abgeschlossen ist. Jetzt werden
die Absperrventile 30 und 34 geöffnet, so daß in der in Fig. 3 gezeigten Weise das
Innere der Unterkammer 19 und der Packungsinnenraum 48 über die Kanäle 27 und der
Innenraum der Oberkammer 12 über den Kanal 15 evakuiert werden. Im nächsten Schritt
wird das Ventil 30 geschlossen und gleichzeitig das Ventil 32 geöffnet. Dadurch
stellt sich eine Druckdifferenz oberhalb der Oberfolie 9 in der Oberkammer 12 einerseits
zu dem Raum unterhalb der Oberfolie, also dem Packungsinnenraum und dem Innenraum
der Unterkammer andererseits ein, der zur Folge hat, daß die Oberfolie 9 sich eng
an das Produkt 46 bzw. an die Unterfolie anlegt, so daß die Oberfolie straff ist
und nicht etwa locker und gefaltet. Die Druckdifferenz wird über einen Druckdifferenzmesser
49 gemessen, der mit einem Fühler 50 den Druck in der Oberkammer 12 und mit einem
Fühler 51 den Druck in der Unterkammer bzw. in dem damit verbundenen Kanal 27 mißt.
Das Ausgangssignal des Druckdifferenzmessers wird der Steuereinrichtung 36 über
eine entsprechende Leitung zugeführt. Sobald ein vorbestimmter I)ifferenzdruck erreicht
ist, der so groß gewählt ist, daß die Oberfolie 9 ausreichend fest und straff nach
unten auf Unterfolie und Produkt gepreßt wird, wird über den Ausgang 38 das Ventil
39 geöffnet und damit das Betätigungselement 40 zum Nach-unten-Bewegen der Schweißplatte
13 in Betrieb gesetzt. Die Schweißplatte 13 wird aus der in Fig. 3 gezeigten Srllung
in die in Fig. 4 gezeigte Stellung so nach unten bewegt, daß sie Unter- und Oberfolie
6, 9 zwischen dem Widerlager 22 und der Sci-jweißfläche 23 mit leichtem Druck beaufs(:t)lagt.
Durcl die von der Schweißplatte 13 übertragene Wärme erfolgt ein Verschweißer zwischen
den beiden Folien. Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, liegt die Oberfolie
9 nur an der dem Widerlager 22 zugewandten Shweißfl äche- 23 an, so daß ein unkon-
trolliertes
Verschmelzen und Zerstören der Oberfolie durch unkontrolliertes Anlegen der Oberfolie
an Seitenteilen der Schweißplatte 13 vermieden wird.
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Im nächsten Schritt steuert die Steuerung 36 das Ventil 39 und damit
das Betätigungselement 40 in der Weise, daß die Schweißplatte 13 in die in den Fig.
5 und 2 gezeigte zurückgezogene Stellung bewegt wird. Durch das Fortbestehen der
Druckdifferenz wird erreicht, daß auch in dem in Fig. 5 gezeigten Zustand die Packung
mit Unterfolie und Oberfolie noch fest auf dem Widerlager liegenbleibt und nicht
beim Anheben der Schweißplatte 13 hochgerissen bzw. aufgerissen wird. Dieser Effekt
wird in gewissem Maße noch dadurch verstärkt, daß die Schweißplatte eine entsprechende
Beschichtung wie eine Teflon-Beschichtung 52 aufweist.
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Der Unterdruck bleibt noch so lange aufrechterhalten, bis die Monofolie
insbesondere auch über den Kontakt mit der Schweißunterlage soweit abgekühlt ist,
daß sie wieder tragfähig geworden ist. Im nächsten Schritt steuert dann die Steuerung
36 die Absperrventile 32 und 34 in die geschlossene Stellung und die Absperrventile
31 und 35 in die geöffnete Stellung, so daß das Innere der Evakuier- und Versiegelungsstation
3 belüftet wird. Sobald die Belüftung erfolgt ist, steuert die Steuerung 36 über
den Ausgang 37 den Antrieb für Oberteil 10 und Unterteil 11 in der Weise, daß diese
in die geöffnete Stellung auseinanderbewegt werden, so daß die Packung aus der Station
herausbewegt werden kann.
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Die Regeleinrichtung 41 ist so ausgebildet, daß sie die Temperatur
des Einsatzteiles 20 und die der Schweißplatte 13 auf einer voreinstellbaren konstanten
Temperatur hält, wo-
bei die Voreinstellung abhängig ist von der
Material art der zu verschweißenden Folie und der Temperatur der Schweißplatte 13.
Ferner regelt die Regeleinrichtung 41 auch die Temperatur der Schweißplatte 13 auf
eine vorgewählte Temperatur.
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Die Temperatur des Widerlagers 22 und des Einsatzteiles 20 liegt selbstverstandlich
ausreichend niedriger als die der SchweilJplatte ld, damit eine Abkuhlung der Folien
b 9 ertolgen kann.
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Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt das Verschweißen
in einer Evakuier- und Versiegelungsstation 3, bei der nicht nur das Verschweißen
sondern auch ein Evakuieren der Packungen erfolgt. In einer anderen Ausführungsform
wird in der Station 3 lediglich verschweißt, nicht aber evakuiert. In diesem Fall
bleibt das Ventil S geörrnet und die Ventile 30, 31 und 34 geschlossen. Die Vakuumpumpe
17 kann aber auch ganz entfallen. Wichtig ist nur, daß die erste Ableitung 16 mit
der Druckquelle 33 einstellbar verbindbar ist und daß die zweite Ableitung 28 zur
Umgebung führt. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerung 36 so ausgebildet,
daß zuerst Ober- und Unterteil 10, 11 aufeinander zubewegt werden und somit die
Station 3 geschlossen wird. Anschließend wird das Ventil 32 geöffnet, so daß auf
die beiden Folien ein Druck ausgeübt wird und diese in der in Fig. 2 gezeigten Weise
auf die Schweißunterlagen gedrückt werden. Anschließend wird durch Ansteuern des
Ventiles 39 die Schweißp]atte 13 in die in Fig. 4 gezeigte Stellung nach unten bewegt,
und es erfolgt die Wärmeübertragung von der Schweißplatte 13 auf die Folien und
somit das in Fig. 4 ersichtliche Verschmelzen. Im nächsten Schritt bleibt der Druck
aufrechterhalten, und die Schweißplatte 13 wird aus der in Fig. 4 gezeigten Stellung
in die
in Fig. 5 gezeigte Stellung zurückbewegt. Dadurch bleibt
die verschweißte Folie an dem Unterteil 11 anliegen, und die Wärme aus der Folie
wird über das Unterteil so lange abgeleitet, bis die Folie wieder selbsttragend
wird. In einem anschließenden Schritt wird das Ventil 32 geschlossen und das Ventil
31 zur Entlüftung der Kammer geöffnet, so daß die Packung mit den dann stabilen
Formrändern abgehoben und weiterbewegt werden kann.
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Die bei der oben beschriebenen Vorrichtung verwendeten Monofolien
sind an sich bekannt. Beispielsweise handelt es sich dabei um eine sogenannte RMHDPE
(rubber modified high density polyethylene)-Folie.
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