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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verpacken von Gegenständen,
bei dem aus einer Folie eine Mulde geformt, der zu verpackende Gegenstand in die
Mulde eingebracht, über die Mulde eine Abdeckung gebracht, der Druck im Innenraum
der Mulde und in dem die Mulde auf ihrer Unterseite umgebenden Außenraum abgesenkt
und die Mulde mit der Abdeckung durch Verschweißen bzw. Versiegeln verschlossen
wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Ein derartiges Verfahren wird insbesondere für die Verpackung von
Gegenständen wie beispielsweise Lebensmitteln verwendet, deren Haltbarkeit durch
Evakuierung verlängert werden kann. Dabei wird üblicherweise sowohl der Innenraum
als auch der Außenraum der Mulde gleichzeitig bis zum Erreichen des für die Haltbarkeit
erforderlichen Endvakuums evakuiert. Dieses Endvakuum ist mit einem Absolutdruck
von ca. 5 bis 10 mbar relativ hoch. Sollen nun durch dieses Verfahren Produkte wie
beispielsweise Käse verpackt werden, die fein verteilt oder in Blasen Gase enthalten,
so kann diese Evakuierung zu einer Expansion führen. Ebenso kann eine Expansion
bei der Evakuierung bei wasserhaltigen Produkten wie beispielsweise Wurstwaren besonders
bei erhöhter Temperatur der Produkte wegen des Verdampfens des Wassers bei absinkendem
Druck auftreten. In beiden Fällen kann die Expansion zur Zerstörung der inneren
Struktur des Produktes oder zum Platzen und Aufreißen des Produktes führen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren bzw.
eine verbesserte Vorrichtung zum Verpacken zu schaffen. Insbesondere soll die Expansion
des zu verpackenden Gegenstandes verhindert bzw. vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen
Art gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mulde bei Erreichen
eines ersten vorgegebenen Druckwertes im Außenraum mit einer Druckdifferenz zwischen
dem Druck im Innenraum und dem Druck im Außenraum, deren Anstiegsgeschwindigkeit
höher ist als die Geschwindigkeit der Druckabsenkung im Innen- und Außenraum, derart
beaufschlagt wird, daß die Mulde unter Einwirkung der Druckdifferenz an den Gegenstand
angedrückt wird. Gemäß einer alternativen Lösung ist das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen eines ersten vorgegebenen Druckwertes
im Außenraum der Druck im Außenraum auf einen zweiten vorgegebenen Druckwert angehoben
wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine
Einrichtung zum Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen der Oberkammer und der Unterkammer
vorgesehen ist und daß die Steuerung derart ausgebildet ist, daß sie bei Erreichen
des ersten vorgegebenen Druckwertes in der Unterkammer die Einrichtung betätigt.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung im Zusammenhang mit den
Figuren. Von den Figuren zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Verpackungsmaschine
zur Anwendung der Erfindung; Fig. 2 ein Schemabild einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Schnitt entlang der Linie II-II in
Fig. 1;
Fig. 3 ein Schemabild einer zweiten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Schnitt entlang der Linie II-II in Fig.
1; und Fig. 4 ein Diagramm des erfindungsgemäßen Druckverlaufes im Innenraum (gestrichelt)
und im Außenraum (durchgezogene Linie).
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In Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vakuum-Verpackungsmaschine
1 mit einer Formstation 2, einer Füllstation 3 und einer Evakuier- und Versiegelstation
4 schematisch dargestellt. Eine Materialbahn 5 wird von einer Vorratsrolle 6 abgezogen
und nacheinander durch die Formstation 2, die Füllstation 3 und die Evakuier- und
Versiegelstation 4 bewegt. In der Formstation 2 werden in der Materialbahn Mulden
7 zur Aufnahme von Gegenständen geformt, in die in der Füllstation 3 das zu verpackende
Gut eingebracht wird. In der Evakuier- und Versiegelstation 4 wird eine zweite Materialbahn
8 als Abdeckung über die Mulden geführt und zum Bilden einer geschlossenen Packung
mit diesen verschweißt bzw. versiegelt.
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In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Evakuier- und Versiegelstation 4 senkrecht zur Vorschubrichtung der Materialbahn
5 mit den dazugehörigen Schalt- und Steuerelementen gezeigt. Die Evakuier- und Versiegelstation
4 weist ein Oberwerkzeug 9 und ein Unterwerkzeug 10 auf. Auf der dem Unterwerkzeug
10 zugewandten Seite besitzt das Oberwerkzeug 9 eine eine Ausnehmung bildende Oberkammer
11, in der eine beheizte Siegelplatte 12 mit einem Heizelement 13 angeordnet ist.
Das
Unterwerkzeug 10 ist als ein zum Oberwerkzeug 9 hin offener
Behälter ausgebildet, dessen Seitenwände 14, 15, 16 eine Unterkammer 17 umschließen.
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Zwischen Oberwerkzeug 9 und Unterwerkzeug 10 ist zu beiden Seiten
eine Transportvorrichtung 18, 19 angeordnet, die die Materialbahn 5 mit der Mulde
7 und einem in die Mulde 7 eingebrachten Gegenstand 20 seitlich ergreift und in
die Evakuier- und Versiegelstation 4 bewegt. Zum Einfahren der Mulde 7 in die Evakuier-
und Versiegelstation 4 ist das Unterwerkzeug 10 in Richtung des Doppelpfeiles 21
auf- und abbewegbar. Über die Mulde 7 ist die zweite Materialbahn 8 als Abdeckung
gebracht, die etwa der Breite der Siegelplatte 12 entspricht und etwas schmaler
ist als die Oberkammer 11, so daß zwischen den Rändern der zweiten Materialbahn
8 bzw. der Siegelplatte 12 und den Seitenwänden des Oberwerkzeuges 9 ein Abstand
gebildet ist.
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Die Oberkammer 11 ist über eine erste Verbindungsleitung 22 und die
Unterkammer 17 über eine zweite Verbindungsleitung 23 mit einer Vakuumpumpe 24 verbindbar.
Jede der Verbindungsleitungen 22, 23 weist ein Absperrventil 25, 26 und jeweils
in den Bereichen 27, 28 der Verbindungsleitungen 22, 23 zwischen den Kammern 11,
17 und den Absperrventilen 25, 26 eine durch Belüftungsventile 29, 30 absperrbare
Abzweigung 31, 32 zur Atmosphäre auf. Die Ventile 25, 26 und 29, 30 sind jeweils
als Magnetventile ausgebildet und mit Ausgängen 33, 34; 35, 36 einer Steuerung 37
verbunden. Ferner ist im Bereich 27 und an die Unterkammer 17 angeschlossen jeweils
ein als Kontaktvakuummeter ausgebildetes Manometer 38, 39 vorgesehen, dessen Ausgänge
mit Eingängen 40, 41 der Steuerung 37 verbunden sind. Das Manometer 38 besitzt mindestens
einen
und das Manometer 39 mindestens zwei einstellbare Schaltpunkte, die in einer später
zu beschreibenden Weise eingestellt sind.
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Zum Herstellen einer Packung wird die Mulde 7 mit dem zu verpackenden
Gut bzw. Gegenstand 20 gefüllt, das Unterwerkzeug 10 abgesenkt und die Mulde 7 mit
dem Gegenstand 20 mittels der Transportvorrichtung 18, 19 unter das Oberwerkzeug
9 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung bewegt. Anschließend fährt das Unterwerkzeug
10 nach oben und die Mulde 7 tritt in die Unterkammer 17 ein. Gleichzeitig mit der
Mulde 7 wird in die Evakuier- und Versiegelstation 1 die zweite Materialbahn 8 eingeführt
und begrenzt zusammen mit der Mulde 7 einen Innenraum 42, der den Gegenstand 20
enthält.
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Der Innenraum 42 steht mit der Oberkammer 11 durch die Abstände zwischen
den Seitenwänden des Oberwerkzeuges 9 und den Seitenrändern der zweiten Materialbahn
8 bzw. der Siegelplatte 12 in Verbindung, während der zwischen dem Unterwerkzeug
10 und der Mulde 7 vorliegende Außenraum 43, der die Mulde 7 auf ihrer Außenseite
umgibt, von der Oberkammer 11 und dem Innenraum 42 durch die Materialbahn 5 bzw.
die Mulde 7 dicht getrennt ist.
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Nun erfolgt der Evakuierungsvorgang, wobei der Druckverlauf in Fig.
4 schematisch dargestellt ist. Nach dem Schliessen der Evakuier- und Versiegelstation
4 schließt die Steuerung 37 zum Zeitpunkt t0 die Belüftungsventile 29, 30 und öffnet
die Absperrventile 25, 26. Durch die Vakuumpumpe 24 wird über die erste Verbindungsleitung
22 die Oberkammer 11 und der mit ihr verbundene Innenraum 42 und Uber die zweite
Verbindungsleitung 23 der Außenraum 43 evakuiert.
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Durch die Verbindung von erster und zweiter Verbindungsleitung erfolgt
dabei die Druckabsenkung, wie in Fig. 4 dargestellt ist, in gleichem Maße.
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Der erste Schaltpunkt des Manometers 39 ist auf einen Druck P1 eingestellt,
der vorzugsweise in der Größenordnung von 200 bis 800 mbar und gemäß einer besonders
bevorzugten Ausführungsform bei etwa 500 mbar liegt. Erreicht der Druck im Innenraum
42 und im Außenraum 43 zum Zeiptunkt t1 diesen ersten vorgegebenen Druckwert, dann
liefert das Manometer 39 ein Signal an die Steuerung 37 und die Steuerung 37 schließt
das Absperrventil 26 und öffnet das Belüftungsventil 30. Dadurch erfolgt ein rascher
Druckanstieg im Außenraum 43 bis zu einem zweiten vorgegebenen Druckwert p2, auf
den der zweite Schaltpunkt des Manometers 39 eingestellt ist und dieses ein zweites
Signal an die Steuerung 37 abgibt, die daraufhin das Belüftungsventil 30 wieder
schließt, so daß der Druck im Außenraum etwa konstant bleibt. Währenddessen bleibt
das Absperrventil 25 geöffnet und das Belüftungsventil 29 geschlossen, so daß der
Innenraum 42 ständig weiter evakuiert wird, bis zum Zeitpunkt t3 ein erforderlicher
Enddruck von in der Größenordnung von etwa 5 bis 10 mbar erreicht ist, auf den der
Schaltpunkt des Manometers 38 eingestellt ist. Bei Erhalt des entsprechenden Signales
vom Manometer 38 schließt die Steuerung 37 das Absperrventil 25. Anschließend werdendie
beiden Materialbahnen 5, 8 miteinander versiegelt und die Evakuier- und Versiegelstation
4 kann wieder belüftet werden.
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Durch das Belüften des Außenraumes 43 ab dem Zeitpunkt t1 entsteht
ein Differenzdruck ? zwischen Innenraum 42 und
Außenraum 43, der
die Mulde 7 zum Gegenstand 20 und beide nach oben gegen die zweite Materialbahn
8 bzw. die Siegelplatte 12 drückt. Dadurch wird zwischen Materialbahn 7 und Produkt
20, Produkt 20 und Materialbahn 8 und zwischen Materialbahn 5 und Materialbahn 8
vorhandene Luft aus der Mulde 7 in die Oberkammer 11 gepreßt. Ferner bewirkt die
durch den Differenzdruck dip auf das Produkt ausgeübte Kraft, daß der Gegenstand
20 gestützt bzw. zusammengepreßt wird und so eine Expansion des Gegenstandes 20
verhindert bzw.
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vermieden wird. Der Differenzdruck Ap wird dazu durch Wahl des ersten
vorgegebenen Druckwertes p1 und des zweiten vorgegebenen Druckwertes p2 so gewählt,
daß entsprechend des zu verpackenden Gegenstandes 20 ein zulässiges Expansionsmaß
nicht überschritten wird. Schließlich wird dadurch, daß ab dem Zeitpunkt t1 der
Außenraum 43 nicht mehr weiter evakuiert wird, der Vorteil erreicht, daß die Evakuierung
auf das erforderliche Endvakuum schneller erfolgen kann, da nur noch der Innenraum
42 und die Oberkammer 11 evakuiert werden müssen.
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Um das Verbleiben von Lufteinschlüssen oder Luft inseln zwischen Mulde
7 und Gegenstand 20 bzw. Gegenstand 20 und Materialbahn 8 zu vermeiden, muß der
Differenzdruck zum Zeitpunkt t1 beim ersten vorgewählten Druckwert p1 möglichst
schlagartig gebildet werden bzw. die Druckanstiegsgeschwindigkeit beim Lüften des
Außenraumes 43 möglichst hoch, also die Zeitspanne at möglichst klein gewählt werden.
Praktisch wird ein Wert von t von in der Größenordnung zwischen 100 und 200 msec
als günstig angesehen, so daß der Druckanstieg zwischen dem ersten und dem zweiten
vorgewählten Druckwert in einer Zeit erfolgt, die unter einem Zehntel
der
fur die Evakuierung erforderlichen Zeit liegt. Zu diesem Zweck werden die Leitungsquerschnitte
in der zweiten Verbindungsleitung 23 zwischen der Unterkammer und dem Belüftungsventil
30 möglichst groß gewählt und für das Belüftungsventil 30 wird ein Absperrventil
gewählt, das eine schnelle Öffnung erlaubt, beispielsweise ein Klappen- oder Schieberventil.
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In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
bei der der geforderte schnelle Anstieg der Druckdifferenz praktisch leichter realisierbar
ist. Dazu ist die Unterkammer 17 über eine Leitung 44 mit einem Pufferspeicher 45
verbunden und in der Leitung 44 ist ein von der Steuerung 37 betätigbares Absperrventil
46 vorgesehen. Über ein weiteres Absperrventil 47 ist der Pufferspeicher 45 mit
einer Druckquelle 48 verbunden. Ferner ist am Pufferspeicher 45 ein Manometer 49
vorgesehen, das bei Erreichen eines vorgegebenen Druckes im Pufferspeicher 45 ein
Signal an die Steuerung 37 abgibt.
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Bei dieser Ausführungsform wird vor jedem aufeinanderfolgenden Beaufschlagen
der Mulde 7 mit der Druckdifferenz der Druck im Pufferspeicher 45 auf einen vorgewählten
Wert dadurch gebracht, daß das Absperrventil 47 so lange geöffnet wird, bis der
vorgewählte Wert vom Manometer 49 erfaßt und an die Steuerung 37 gemeldet wird.
Der Druckanstieg zum Zeitpunkt t1 wird daraufhin nicht durch Öffnen des Belüftungsventiles
30, sondern durch Öffnen des Absperrventiles 46 erreicht. Danach steigt durch den
sofortigen Druckausgleich zwischen Pufferspeicher 45 und Außenraum 43 der Druck
im Außenraum 43 nahezu sprunghaft an. Dieser Druckanstieg und der zweite vorgegebene
Druckwert p2 wird durch
die Wahl der Größe des Pufferspeichers
45 und des Druckes im Pufferspeicher 45 beeinflußt. Der Druckausgleich kann um so
schneller erfolgen, je höher der Druck im Pufferspeicher 45 gewählt wird. Dann muß
jedoch auch das Pufferspeichervolumen zum Erreichen des zweiten vorgegebenen Druckwertes
um so geringer gewählt werden. Vorzugsweise wird das Pufferspeichervolumen kleiner
als das Volumen der Unterkammer 17 und gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform
etwa so groß wie das Volumen des Außenraumes 43, also des Unterkammervolumens minus
des Volumens des Gegenstandes bzw. Produktes 20, gewählt. Der voreingestellte Ausgangsdruck
im Pufferspeicher 45 vor dem Druckausgleich kann praktisch zwischen etwa 0,5 und
3 bar Absolutdruck, vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 bar, gewählt werden. Um einen
möglichst schnellen Druckausgleich zu erreichen, ist der Pufferspeicher 45 möglichst
nahe an der Unterkammer 17 angebracht und vorzugsweise über das Ventil 46 direkt
an diese angeflanscht bzw. nur durch ein den Verschiebeweg des Unterwerkzeuges 10
erlaubendes kurzes flexibles Leitungsstück von dieser getrennt.
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Damit ist es auch möglich, durch Vorwahl eines entsprechend verschiedenen
Ausgangsdruckes im Pufferspeicher 45 diesen für verschiedene Größen der Unterkammer
bzw. des Produktvolumens zu verwenden. Bei entsprechend größerem Volumen des Außenraumes
43 wird der Druck im Pufferspeicher 45 entsprechend höher gewählt und umgekehrt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt also den Vorteil, daß die in
der zu bildenden Packung enthaltene Luft herausgepreßt bzw. mechanisch verdrängt
wird und das Produkt in der Mulde so gestützt wird, daß abhängig vom gewählten
Differenzdruck
keine oder nur eine geringe Expansion der Gasblasen oder durch Verdampfen auftreten
kann. Der Differenzdruck kann dabei entweder durch Absenken des Drucks in der Oberkammer
oder durch Anheben des Drucks in der Unterkammer gebildet werden. Wesentlich ist
jedoch, daß der Differenzdruck ziemlich schnell und praktisch "schlagartig" in Form
eines "Drucksprungs" gebildet wird. Dadurch wird zunächst erreicht, daß der Einschluß
von Luft im Behälter, insbesondere zwischen dem Produkt und der Mulde, der bei einem
langsamen Bilden des Differenzdruckes beispielsweise dadurch, daß lediglich das
Absperrventil 26 abgesperrt und nicht gleichzeitig belüftet würde, auftreten würde,
vermieden wird. Es wird dadurch jedoch auch kurzzeitig ein Differenzdruck des Muldeninnenraums
gegenüber der Oberkammer erreicht, der die in der Mulde noch verbliebene Luft in
die Oberkammer drückt und damit die Evakuierung des Muldeninnenraumes beschleunigt.
Schließlich muß nur eine geringere Luftmenge evakuiert werden, was zum anderen den
Einsatz kleinerer Vakuumpumpen mit der entsprechenden Einsparung von Energie oder
ein entsprechend schnelleres Evakuieren erlaubt. Dies ist insbesondere deshalb von
Bedeutung, weil im Regelfall bei der Vakuumverpackung die Leistung der Vakuumpumpe
den einschrändenden Faktor in der Leistungsfähigkeit der Verpackungsmaschine darstellt.