DE3784870T2

DE3784870T2 - Apparat zur herstellung eines schlauchs aus verbundfolie fuer aseptische maschinen zum herstellen, fuellen und schweissen mit hoher kapazitaet.

Info

Publication number: DE3784870T2
Application number: DE8787117734T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Storm; Donald G Worden
Original assignee: International Paper Co
Current assignee: International Paper Co
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1987-12-01
Publication date: 1993-07-15
Anticipated expiration: 2007-12-02
Also published as: KR880007326A; DK661587A; NO304145B1; EP0271760A2; CA1277581C; KR960007651B1; ATE86933T1; DE3784870D1; NO875255L; JP2542228B2; US4731980A; DK661587D0; EP0271760A3; DK169839B1; ES2039413T3; JPS63205222A; NO875255D0; EP0271760B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zur Manipulation einer Materialbahn zu einem verschweißten Schlauch mit hohen Geschwindigkeitsraten, insbesondere auf einen verbesserten Apparat zum Manipulieren einer kontinuierlich fortschreitenden Verbundfolienmaterialbahn zur Ausbildung eines Schlauches, der mit einem Produkt gefüllt werden kann und transversal zu aseptischen Packungen verschweißt wird.

Hintergrund der Erfindung

Aseptische Packungen beziehen sich auf verschweißte Behälter, die eine im wesentlichen gleichförmige vorbestimmte Produktmenge enthalten, die gemäß kommerziellen aseptischen Verpackungsstandards hergestellt ist. Kommerzielle aseptische Verpackung beinhaltet die Einleitung eines sterilen Produkts in einen sterilen Behälter und die darauffolgende hermetische Verschweißung des Behälters in einer Umgebung, die im wesentlichen frei von Mikroorganismen ist, die imstande sind, in einem lagerfähigen Produkt bei Temperaturen zu wachsen, bei denen das fertige Produkt wahrscheinlich während des Vertriebs und der Lagerung vor dem Verbrauch gelagert wird. Hermetisch abgedichtete bzw. verschweißte Behälter minimieren den Übergang jedweden Gases oder Fluids durch die Behälterverpackung, so daß im wesentlichen keine biologische Übertragung vorliegt. Vorzugsweise ist die Packung auch im wesentlichen frei von Luft, die, falls in signifikanten Mengen vorhanden, unerwünschtes mikrobielles Wachstum fordern könnte, oder sogar bei Fehlen mikrobiellen Wachstums den Geschmack oder die Farbe eines Produkts nachteiling beeinflussen könnte. Typische Produkte sind fließfähige Materialien, insbesondere flüssige Getränke wie pasteurisierte Milch, Fruchtsäfte und dergleichen.
Die sterilen Behälter umfassen üblicherweise ein laminiertes Bahnverpackungsmaterial, das vorzugsweise zumindest eine Lage eines stromführenden Materials wie eine Aluminiumfolie, eine erste äußere Lage aus thermoplastischem Material, die das Packungsinnere in Kontakt mit dem Produkt darstellt, und eine zweite äußere Materiallage zum Kontakt mit der Umgebung aufweist. Das laminierte Material, hier auch als "Verbundfolienbahn" bezeichnet, ist typischerweise fest genug, um in einer einigermaßen starren fertigen Konfiguration aufrecht zu stehen, in der das Produkt für den Vertrieb und die Lagerung enthalten ist, und umfaßt eine konventionelle strukturelle Pappkartonlage. Eine Produktbeschriftung kann auf die Pappkartonlage oder die äußere thermoplastische Lage gedruckt werden. Im Hinblick auf die unten erläuterte Erfindung ist die meist bevorzugt zu verwendende Verbundfolienbahn ein Laminat der Folge einer Lage eines Polyethylens geringer Dichte, eines Ganzpapierzeugs, Surlyn , einer Aluminiumfolie, Surlyn und eines linearen Polyethylens geringer Dichte. Die Lage oder Schicht des Polyethylens geringer Dichte könnte auch aus Polyethylen hoher Dichte bestehen, und die Lage des linearen Polyethylens geringer Dichte könnte auch aus Polyethylen geringer Dichte bestehen.
Das das Packungsinnere bildende thermoplastische Material muß imstande sein, zur Ausbildung hermetischer Schweißnähte verschweißt zu werden. Typischerweise werden einander gegenüberliegende thermoplastische Lagen auf eine Schmelztemperatur erwärmt, so daß sie zusammenschmelzen. Die thermoplastischen und metallischen Folienlagen wirken so zusammen, daß sie die hermetische Barriere für die aseptische Verpackung liefern. Die metallische Folienlage liefert eine Barriere gegen Licht und Sauerstoff. Die äußere Lage ist im allgemeinen ein thermoplastisches Material, das erwärmbar ist, so daß das Überschußmaterial, das während der abschließenden Formgebung oder ziegelartigen Umformung der Packungen entsteht, gegen die Packungsseitenwände abgeflacht oder angeheftet werden kann, um eine ästhetisch ansprechende Verpackung herzustellen. Derartige Verbundfolien-Laminate können beabstandete Zugriffseinrichtungen umfassen, um dem Benutzer zu ermöglichen, das Produkt aus der fertigen Packung einfach herauszuholen.
Verschiedene Verfahren und Maschinen zum Ausbilden aseptischer und nicht aseptischer Packungen oder Kartons aus Ganzpapierzeug und Verbundfolienbahnmaterialien sind bekannt. Diese Verfahren und Maschinen fallen im allgemeinen in zwei Kategorien, eine mit Zuschnitteileinspeisung und eine mit Bahneinspeisung.
In den Maschinen mit Zuschnitteileinspeisung wird die Bahnzuführ zunächst separat in geschnittene und gekerbte Zuschnitteile umgeformt. Die Zuschnitteile werden dann in den Formungsabschnitt der Maschine, jeweils eines nach dem anderen, eingespeist und zu Behältern aufgebaut. Eine kommerzielle aseptische Maschine mit Zuschnitteileinspeisung ist das Combiblock Modell Nr. CF 606A.
In den Bahneinspeisungsmaschinen wird die Bahn direkt von einer Rolle eines flachen Bahnmaterials abgenommen, gekerbt (wenn nicht bereits vorgekerbt) und der Maschine zugeführt. Die Maschine faltet denn die Bahn um eine Formungseinrichtung, beispielsweise einen quadratischen oder röhrenartigen Formgebungsdorn, eine kreisförmige Drahtführungseinrichtung oder eine Folge von Führungsrollen und stationären Führungseinrichtungen, um eine sich in Längsrichtung erstreckende Säule zu bilden. Die Längskanten werden dann zur Ausbildung eines Schlauches zusammengeschweißt. Der Schlauch wird dann mit einem Produkt gefüllt und abgeklemmt, verschweißt und transversal durchtrennt, um Packungen auszubilden, die in eine Quaderform umgeformt werden können.
Der Bahnvorschub kann kontinuierlich sein, um die Bahn allmählich zu den verschweißten Packungen zu manipulieren, oder intermittierend, um jeden Formgebungs- und Verschweißvorgang durchzuführen, während die Bahn entweder stationär ist oder während die Bahn sich zwischen den Stationen bewegt. Die Verschweißschritte beinhalten typischerweise die thermische Verschweißung thermoplastischen Materials aufeinander, um eine hermetische Schweißnaht zu bilden. Die thermische Verschweißung wird beispielsweise unter Verwendung von Strahlungswärme und einer Einrichtung zum Zusammendrücken der erwärmten Materialien, gegenüberliegende erwärmte Kontaktteile wie Nichromdrähte oder durch Induktionsheizspulen (für Bahnen mit einer leitenden Lage, die darin integriert ist oder aufgebracht ist) bewerkstelligt. Eine kommerzielle aseptische Maschine mit automatischer kontinuierlicher Einspeisung ist das Tetra-Pak Modell AB 9. Andere bekannte aseptische Maschinen umfassen die aseptische Verpackungsmaschine Modell SA mit Bahneinspeisung der International Paper Company.
Das primäre Problem bei den zuvor erwähnten Formgebungs-, Füll- und Schweißmaschinen besteht darin, daß sie bezüglich der Maschinengeschwindigkeit und Bahnsteuerung eingeschränkt sind, die erforderlich sind, um aseptische Verpackungen mit einer höheren Geschwindigkeitsrate als der gegenwärtig erzielbaren in einer ökonomisch effizienten Weise kontinuierlich oder intermittierend herzustellen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung in Maschinen mit Bahneinspeisung und ist ausgelegt, eine Produktionsrate aufzuweisen, die wesentlich höher als die gegenwärtig bekannter Maschinen ist.
Die vorliegende Erfindung geht aus von der GB-A- 2 162 460, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 gewürdigt ist und einen Apparat zur transversalen Verschweißung von Packungen offenbart, welcher aufweist eine Einrichtung zum Vorrücken der Verbundfolienbahn, einen Rahmen, eine Bahnführungseinrichtung zum Biegen der Verbundfolienbahn, wobei die Bahnführungseinrichtung sich so entlang einer Länge erstreckt, daß die Bahn sich biegt, wenn die Längskanten der Bahn allmählich in einer übereinanderliegenden und gegenüberliegenden Beziehung dicht zusammengebracht werden, wenn die Bahn entlang der Bahnführungseinrichtung vorgerückt wird, ein Paar erster Rollen, die unter einem Abstand auf dem Rahmen angebracht sind, wobei eine erste Rolle auf jeder Seite des Pfades der gebogenen Verbundfolienbahn angeordnet ist, ein Paar zweiter Rollen, die unter einem Abstand angeordnet sind und dazu ausgelegt sind, die übereinandergelegten und sich gegenüberliegenden Längskanten der Bahn entgegenzunehmen und sie zusammenzudrücken, und eine Einrichtung zum Erwärmen der Kanten.
Bahneinspeisungsmaschinen mit intermittierendem und kontinuierlichem Vorschub sind durch die Rate eingeschränkt, mit der die Bahn vorgerückt werden kann und zu einem in Längsrichtung vorrückenden Schlauch umgeformt werden kann und dann verschweißt und transversal zu Packungen aufgetrennt werden kann.
Es ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und einen verbesserten Apparat zur Umformung einer flachen Bahn eines Verbundfolienmaterials mit hohen Geschwindigkeitsraten zu einem in Längsrichtung vorrückenden Schlauch anzugeben. Es ist auch ein Gegenstand, ein derartiges Verfahren und einen derartigen Apparat zur Schlauchbildung unter aseptischen Bedingungen anzugeben.
Es ist ein weiterer Gegenstand, die Bahn in eine im wesentlichen dreieckige Konfiguration bei der Vorbereitung zur Ausbildung eines Schlauches zu manipulieren, um die Verpackungsbildung zu erleichtern. Es ist auch ein Gegenstand, eine Formgebungsrolle an der Basis der dreieckigen Konfiguration vorzusehen, um die Anzahl von Faltlinien zu reduzieren, die in der fertigen rechtwinkligen Packung vorhanden sind, und um die Ausrichtung der Kanten, die zusammenzuschweißen sind, zu unterstützen.

Zusammenfassung der Erfindung

Um die Probleme und Einschränkungen der traditionellen Formgebungs-, Füll- und Schweißmaschinen zu überwinden, sieht die vorliegende Erfindung einen verbesserten Apparat zur Manipulation einer kontinuierlich vorrückenden Verbundfolienmaterialbahn zu einem pastetenförmigen oder dreieckigen Querschnitt mit gegenüberliegenden Kanten vor, die ausgerichtet sind, sowie zur Längsverschweißung der Kanten zu einem Schlauch unter Verwendung einer stationären longitudinalen Schweißinduktionsspule und einer Zufuhr elektromagnetischer Energie, um die Kanten der Verbundfolienbahn induktiv zu erwärmen, die zur Ausbildung der Längsverschweißung zusammengedrückt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Verbundfolienbahnkanten, die zusammenzuschweißen sind, durch Bahnführungsrollen und Flansche manipuliert, so daß sie in dichter Annäherung oder in Berührungskontakt überlappen, wobei bevorzugtthermoplastische Lage auf thermoplastische Lage angeordnet wird, wobei eine thermoplastische Lage an die stromführende Lage der Verbundfolie angrenzt und die produktkontaktierende thermoplastische Lage das Schlauchinnere bildet. Der zu verschweißende Bereich wird dann einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt, das eine ausreichende Energie aufweisen muß, um einen Strom in der stromführenden Lage oder Schicht der Verbundfolie zu induzieren. Die induzierten Ströme, die gleichförmig oder nicht gleichförmig sein können- müssen eine Gesamtdichte und Verweilzeit in der stromführenden Schicht aufweisen, die ausreichen, um die Lage einer Widerstandserwärmung zu unterziehen und hierdurch die aneinandergrenzenden, benachbarten oder kontaktierenden einander gegenüberliegenden thermoplastischen Lagen konduktiv zu schmelzen. Die geschmolzenen thermoplastischen Materialien werden dann vorzugsweise durch Anwendung einer physikalischen Kraft zusammengeschmolzen - mechanisch, magnetisch oder eine Kombination hiervon - und man läßt sie zur Ausbildung einer hermetischen Schweißnaht abkühlen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein thermoplastisches Haftmittel zwischen die Lagen, die zusemmenzuschweißen sind, gebracht werden, und die in der stromführenden Lage erzeugte Wärme dazu verwendet werden, das Haftmittel zur Zusammenschweißung der Lagen zu aktivieren.
Die longitudinale Schweißinduktionsspule ist vorzugsweise eine längliche Spule, die um die Bahnkanten gefaltet ist, die zwischen den stromführenden Flächen der Spule geführt werden. Diese Konfiguration sieht ein konzentriertes elektromagnetisches Feld im Innern der länglichen stromführenden Leiter vor, die sich in der Länge oder Höhe der längiichen Schweißspule erstrecken, und induziert Ströme in der Verbundfolie, die Wärme zum Schmelzen der -thermoplastischen Lage der Verbundfolie erzeugen. Das elektromagnetische Feld kann auch entgegengesetzte magnetische Kräfte auf den einander gegenüberliegenden stromführenden Schichten der Verbundfolie erzeugen, wobei diese Kräfte anziehend sind, um die Lagen zusammenzudrücken.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Längsschweißnaht jeweils segmentweise ausgeführt, während die Bahn fortschreitend vorgeschoben wird. Ein Steuersystem kann dazu verwendet werden, die longitudinale Schweißspule oder Längsschweißsoule intermittierend für eine Zeitdauer zu erregen, die ausreicht, um eine Bahnlänge zur Ausbildung eines Schlauchabschnitts zu schmelzen. Die Zeitperioden der Aberregung sind so bestimmt, daß das Steuersystem wiederum die longitudinale Schweißspule erregen kann, bevor das hintere Ende des vorhergehenden geschmolzenen Schlauchsegments über den effektiven Bereich des erregten elektromagnetischen Feldes zur Schmelzung einer weiteren Bahnlänge zu einem Schlauch hinausgeht, so daß aneinandergrenzende Längen überlappen. Auf diese Weise sind die Länge der Schweißspule, die Erregungszeitperiode und die Periode zwischen den Erregungen, die Bahnvorschubrate und die effektive Intensität des elektromagnetischen Feldes miteinander verknüpft und müssen so eingestellt werden, daß die Gesamtexpositionszeit, in der die vorrückende Bahn dem effektiven elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, das Zusammenschweißen des thermoplastischen Materials über die gesamte Bahnlänge ermöglicht. Das Steuersystem kann auch weitere Induktionsspulen steuern, wobei dieser Vorgang keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
Die vorliegende Erfindung kann für Maschinen angepaßt werden, die intermittierend eine kontinuierliche Bahn vorrücken, indem die Vertikalschweißspule erregt wird, während die Bahn wie oben vorgeschoben wird, oder während die Bahn stationär ist. In diesem Ausführungsbeispiel muß die Vorschublänge geringer als eine Vertikalschweißsegmentlänge sein, um sicherzustellen, daß aneinandergrenzende Segmente überlappen. Die vorliegende Erfindung kann auch für kontinuierliche Erregung der longitudinalen Schweißspule für einen Betrieb mit kontinuierlichem Vorschub ausgelegt werden.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Hochfrequenzströme von einem einzigen HF-Generator verwendet. Ein Hochfrequenzstrom gestattet den Einsatz einer dünnen stromführenden Lage im Verbundfolienmaterial, da der im Leiter fließende Strom in einem relativ dünnen Querschnittsbereich an der Leiteroberfläche gemäß dem allgemein bekannten Eindringtiefenphänomen konzentriert wird. Folglich können dünne Leiter benutzt werden, so daß der in der Verbundfolie induzierte Strom schnell durch die gesamte Folienlage der Verbundfolie hindurchgeht und die Lage über Widerstandserwärmung gleichmäßig erwärmt, woraus eine kürzere Verschweißzeit resultiert als die, die notwendig sein würde, um einen Leiter, der Überschußmaterial aufweist, zu erwärmen. Darüber hinaus könnten dünne longitudinale Schweißspulen eingesetzt werden, die die Ausrüstung weniger massiv und leichter zu kühlen gestalten.
Der HF-Generator und die Schaltungssteuereinrichtung fahren fort, die geeignete Leistung abzugeben, um die Längsschweißnähte segmentartig oder kontinuierlich abhängig von der Bahn, der Spulenauslegung, der Geschwindigkeitsrate der Bahn und der Leistungskapazität des eingesetzten HF-Generators herzustellen. Die Steuerschaltung kann so ausgelegt sein, daß sie die Leistung alternierend an die Longitudinalschweißspule und eine Induktionsspule abgibt, die dazu ausgelegt ist, den gebildeten Schlauch transversal zu verschweißen.
Eine typische Formgebungs-, Füll- und Schweißmaschine, die in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, kann eine Rolle eines kontinuierlichen Bahnvorrats umfassen, eine Bahnkerbeinrichtung, ein Sterilisationsmedium, z.B. Wasserstoffperoxid, und eine Einrichtung, die das Sterilisationsmedium für die Zeit und bei der Temperatur auf die Bahn anwendet, die erforderlich sind, um die Bahn zu sterilisieren, falls eine aseptische Verpackung gewünscht wird; den Schlauchformungsabschnitt der vorliegenden Erfindung zum Manipulieren der Bahn zu einem dreieckigen Schlauch, wobei die Längskanten ausgerichtet sind und einander gegenüberliegen, einschließlich einer vertikalen Induktionsspule zum Verschweißen der Längskanten, und eine Quelle steriler Luft, um die Sterilität des Schlauchformungsabschnitts aufrechtzuerhalten; Füllschläuche zum Einleiten eines Produkts in den Schlauch beim Vorrücken des Schlauches mit kontrollierter Rate; einen oder mehrere Schweiß mechanismen, die auf einer Einrichtung angebracht sind, die dazu ausgelegt ist, den Schlauch transversal und sequentiell abzuklemmen, um die gewünschte Produktmenge einzuhüllen, wobei jeder Schweißmechanismus eine transversale Induktionsspule zum Verschweißen des abgeklemmten Schlauches bei Erregung aufweist; eine Trenneinrichtung, die in jedem Schweißmechanismus angebracht ist, um die transversale Schweißnaht zu durchtrannen, um die verschweißte Packung vom Schlauch abzutrennen; einen Induktionsgenerator, vorzugsweise einen Hochfrequenzinduktionsgenerator, und eine Kopplungseinrichtung, die elektromagnetische Energie zur Erregung der Vertikal- und Transversalspulen liefert; eine konventionelle Antriebseinrichtung zum Steuern des Bahnvorschubs und der Geschwindigkeit der Schweißmechanismen und anderer Formgebungsapparate; und einen Mikroprozessor zum Steuern der Maschinenoperation gemäß eines vorbestimmten Satzes an Betriebsbedingungen.
Es versteht sich, daß, während die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit der Erzeugung eines Schlauches zum Einsatz bei der Herstellung von aseptischen Viertelliterpackungen erläutert wird, ein Fachmann den Apparat in anderen Bereichen einsetzen könnte, die das Ausbilden länglicher Schläuche für Packungen unterschiedlicher Abmessungen, nicht aseptischer Packungen oder Packungen, die gekühlt gehalten werden müssen, sowie Maschinen mit intermittierendem Vorschub einer kontinuierlichen Bahn umfassen, jedoch nicht hierauf beschränkt sind. Aus diesem Grunde sind die vorhergehende und folgende Beschreibung als illustrativ und nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

FIG. 1 ist eine perspektivische Aufrißansicht einer aseptischen Packungsformgebungs-, Füll- und Schweißmaschlne, die dazu ausgelegt ist, die vorliegende Erfindung zu verwenden.
FIG. 2 ist eine Ansicht von oben auf ein Verbundfolienbahnmaterial entsprechend einer Packung nach dem Kerben zum Einsatz gemäß der vorliegenden Erfindung.
FIG. 3 ist eine Querschnittsansicht des Kerbabschnitts der Maschine aus FIG. 1.
FIG. 4 ist eine Schnittansicht von oben des produktgefüllten Schlauches der Maschine aus FIG. 1.
FIG. 5 ist eine perspektivische Aufrißansicht des Bahnaltabschnitts der Maschine aus FIG. 1.
FIG. 5A ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang einer Linie 5A-5A.
FIG. 5B ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang Linie 5B-5B.
FIG. 5C ist eine Querschnittsansicht der Fig. 5 entlang Linie 5C-5C.
FIG. 5D ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang Linie 5D-5D.
FIG. 5E ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang Linie 5E-5E.
FIG. 5F ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang Linie 5F-5F.
FIG. 5G ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang Linie 5G-5G.
FIG. 6 ist eine vordere Ausschnittsansicht der produktgefüllten und sterilen Luftschläuche und des Produktpegelineßfühlers gemäß der vorliegenden Erfindung.
FIG. 7 ist eine rückwärtige Ausschnittansicht des Bahnfalt- und Vertikalschweißabschnitts der Maschine aus FIG. 1.
FIG. 8 ist eine seitliche Ansicht des unteren Führungsabschnitts des Maschinenfalt- und Vertikalschweißabschnitts aus FIG. 7.
FIG. 9 ist eine seitliche Ausschnittansicht aus FIG. 7 entlang Linie 9-9.
FIG. 10 ist eine vordere Ansicht der FIG. 8 entlang Linie 10-10.
FIG. 11 ist eine seitliche Ausschnittansicht der FIG. 7 entlang Linie 11-11.
FIG. 12 ist eine obere Ausschnittansicht der FIG. 9 entlang Linde 12-12.
FIG. 13 ist eine obere Ausschnittansicht der FIG. 9 entlang Linie 13-13.
FIG. 14 ist eine obere Ausschnittansicht der FIG. 9 entlang Linie 14-14.
FIG. 15 ist eine seitliche Ausschnittansicht der FIG. 15 entlang Linie 15-15.
FIG. 16 ist eine vordere Ausschnittansicht der FIG. 11 entlang Linie 16-16.
FIG. 17 ist eine hintere Ausschnittansicht der FIG. 10 entlang Linie 17-17.
FIG. 18 ist eine obere Ausschnittansicht der FIG. 7 entlang Linie 18-18.
FIG. 19, 20 und 21 sind jeweils Schnittansichten der Vertikalinduktionsspule von oben, von der Seite und von hinten relativ zu den Ansichten der FIG. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
FIG. 19a ist eine perspektivische Aufrißansicht der Vertikalschweißinduktionsspule der FIG. 19.
FIG. 22 ist eine perspektivische Ausschnitts- Teilansicht des oberen Endes der Vertikalschweißinduktionsspule der FIG. 20.
FIG. 23 ist eine perspektivische Aufrißansicht des Abstandsteils der FIG. 20 entlang Linie 23-23.
FIG. 24 ist eine perspektivische Aufrißansicht des voreilenden Abstandsstücks entlang Linie 24-24 der FIG. 20.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Wie in den FIG. 1, 5 und 7 dargestellt ist, ist ein illustratives Ausführungsbeispiel dieser Erfindung nützlich in Verbindung mit der Formgebungs-, Füll-, Schweiß- und Quaderumformungsmaschine 10, die ein mikroprozessorgesteuerter Apparat sein kann, der fertiggestellte Verbundfolienpackungen 31 herstellt, die mit einem Produkt 32 gefüllt sind, indem eine Verbundfolienbahn 20 in die Maschine 10 über einen Kerbbereich 51 geführt wird, die gekerbte Bahn 20 in einen Bereich 100 geführt wird, gereinigt und vorzugsweise vorsterilisiert wird, um die Bahn 20 zu sterilisieren, die Bahn 20 zu einem Verbundfolienschlauch 22 umgeformt wird, indem die
Bahnkanten 24 und 26 (FIG. 2) in einem Vertikalschweißbereich 130 zusammengeschweißt werden, der Schlauch 22 mit Produkt 32 über einen Füllschlauch 400 gefüllt wird, ohne daß Luft in den produktgefüllten Schlauch eingeleitet wird, und wobei der gefüllte Schlauch 22 zu einer Packungsformeinrichtung 200 geleitet wird. Die Packungsformeinrichtung 200 ist dazu ausgelegt, den Schlauch 22 transversal abzuklemmen, zu verschweißen und in diskrete vorgeformte Packungen (nicht dargestellt) aufzutrennen, die dann mittels eines (nicht dargestellten) Packungsbearbeitungsgeräts in fertige Behälter 31 umgeformt werden, und kann einen oder mehrere Schweißmechanismen verwenden, um diese Vorgänge auszuführen. Die Maschine 10 kann intermittierend oder vorzugsweise kontinuierlich in einer gesteuerten Weise betrieben werden, wie dies Fachleuten auf dem in Frage stehenden Gebiet bekannt ist.
Die Bahn kann konventionell eingekerbt werden, beispielsweise unter Verwendung zusammenwirkender Kerbrollen, wenn sie vom Vorrat abgenommen wird oder bevor sie zu einem Bahnvorrat aufgerollt wird. Vergleiche FIG. 2 und 3. Die Kerbung liefert positive Kerblinien P und negative Kerblinien N, so daß die Bahn dazu vorbereitet ist, in einer bestimmten Richtung an bestimmten Stellen auf der Grundlage des Kerbmusters gefaltet zu werden, und kann konsistenterweise zu einem gewünschten fertiggestellten Quader gefaltet werden.
Für die aseptische Verpackung kann die Bahn konventionellerweise gereinigt werden und dann in einem Sterilisationsbereich 100 sterilisiert werden und zumindest so lange in einer sterilen Umgebung gehalten werden, bis die produktenthaltende Packung vollständig gemäß bekannter Verfahren, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind, transversal verschweißt worden ist. Sterile Luft wird in das Innere des Schlauches 22 geblasen, um die aseptische Sterilität des produktgefüllten Schlauches aufrechtzuerhalten, nachdem die Bahn sterilisiert wurde und bevor der Schlauch gefüllt und transversal verschweißt wird.
Vorzugsweise wird die Längsschweißnaht hergestellt, indem die flache Bahn 20 manipuliert, gebogen oder gekrümmt wird, wenn sie entlang einer Führungsvorrichtung fortschreitet, so daß die Kanten in Längsrichtung ausgerichtet werden und die deren thermoplastischen Lagen der gegenüberliegenden Bahnkanten zusammengeschweißt werden. Ein wärmeaktiviertes Haftmittel, das zwischen zwei einander gegenüberliegende Bahnstücke plaziert wird, könnte anstelle einer induktiven Erwärmung der äußeren thermoplastischen Lage verwendet werden.
Gemäß den FIG. 1, 4, 5 und 5A bis 5G wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Bahn 20 aus dem Sterilisationsabschnitt über eine Führungsrolle 110 herausgezogen und über eine Bahnführungsplatte 64 mit Flanschen 74, so daß Bahnkanten 24 und 26 durch die seitlichen Flansche der Führung 64 eingegrenzt werden. Die Flansche liegen unter einem Winkel zur Platte 64, wobei sie sich in dieselbe Richtung erstrecken. Der Winkel muß ausreichend sein, um die Kante der Bahn 20 zu fangen und zurückzuhalten, beispielsweise unter einem spitzen Winkel oder rechten Winkeln. Die Flansche 74 sind so ausgelegt, daß sie, wenn sie sich entlang der Platte 64 ausdehnen, dichter zusammengebracht werden, um der Bahn 20 eine Krümmung zu verleihen. Vorzugsweise sind die Flansche in Längsrichtung relativ zueinander winklig angeordnet, um eine V-Form auszubilden.
Die Bahn 20 wird mit der Platte 64 derart in Kontakt gebracht, daß, wenn die Bahnkanten entlang der Platte vorrücken, die Flansche 74 dichter aneinander geraten und die Konhavität des Inneren der Bahn 20 allmählich vergrößern, bis sie sich überbiegt, wobei die Bahnkanten 24 und 26 ausgerichtet werden und übereinandergelegt werden (FIG. 4), wobei die gebogene Bahn im endgültigen Gleichgewichtszustand eine pastetenförmige oder dreieckige Querschnittskonfiguration aufweist. Die Querschnittskonfiguration wird teilweise durch die Kerblinien in der Bahn und die Rollen und Formen vorgegeben, die zur Manipulation der Bahn in den Schlauch 22 verwendet werden.
Die dreieckige Konfiguration liefert die Ausbildung einer Seite der Packungswand, beispielsweise des Teils, der in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die obere Wandung bilden wird, ohne daß große Kraftaufwendigen nötig sind, die erforderlich sind, um die vier Kartonseiten auf einmal auf einem rechtwinkligen Dorn aus zuformen oder die röhrenartige Säule in eine rechtwinklige Form umzusetzen. Sie vermeidet auch das Vorliegen einiger Schweißnähte oder Faltlinien in der Bahn, die sich nachteilig auf die kommerzielle Annehmbarkeit der fertiggestellten Packung auswirken. Darüber hinaus reduziert die dreieckige Konfiguration in wünschenswerter Weise die Anzahl von Oberflächen, die gesteuert werden müssen, um die Bahn schnell vorzuschieben und die Ausrichtung der Bahnkanten zu steuern, wenn die Bahn in Längsrichtung verschweißt wird.
Ein Luftmesser 97, das einen Strom steriler Luft aus einer Leitung 98 emittiert, ist an der Bahn 20 etwa an der Stelle, bei der diese den Sterilisationsabschnitt 199 verläßt, ausgerichtet, um jedwedes Reststerilisationsmedium zu verdampfen. Das Luftmesser 97 sieht auch ein Luftloch 72 vor, um sterile Luft in die sterile Kammer zu leiten, um die Aufrechterhaltung eines positiven Drucks steriler Luft zu unterstützen.
Gemäß den FIG. 7 bis 18 umfaßt der Schlauchformungsabschnitt 130 einen Satz zusammenwirkender Rollen und Führungsteile, die auf Teilrahmen 131 und 132 angebracht sind, die auf einem Rahmen 11 der Maschine 10 angebracht sind. Der Teilrahmen 131 ist, schwenkbar am Teilrahmen 132 an einem Pfeiler 133 befestigt, so daß er geöffnet werden kann (in gestrichelten Linien gezeigt, vgl. FIG. 12, 13), um die Bahn 20 manuell in der korrekt gefalteten Orientierung zuzuführen, für die Wartung oder andere Maschinen- oder Bahneinsteilungen, und geschlossen werden kann (gezeigt durch die durchgezogenen Linien) für den Maschinenbetrieb. Ein Handgriff 134, der in FIG. 13 und 15 gezeigt ist, wird dazu benutzt, den Teilrahmen 131 relativ zum Teilrahmen 132 in üblicher federbelasteter Weise zu schließen. Vorzugsweise ist der Handgriff 134 schwenkbar am Teilrahmen 132 an einem Pfeiler 135 befestigt und über eine Stange 136 am Teilrahmen 131 befestigt, die fest an einem Vorsprung 137 auf dem Handgriff 134 befestigt ist und in einem Vorsprung 138 gleitfähig angebracht ist, welcher am Teilrahmen 131 angebracht ist. Eine Feder 139 ist um die Stange 136 zwischen den Vorsprüngen 137 und 138 angebracht. Einstellmuttern 140 können die wirksame Länge der Stange 136 ändern, indem sie sie durch den Vorsprung 138 vorrücken, und hierdurch die durch die Feder 139 ausgeübte Spannung einstellen. Die Vorsprünge 137 und 138 sind schwenkbar im Handgriff 134 und Teilrahmen 131 derart gehaltert, daß die Stelle der Drehpunkte 135, 133, 138 und 137 jeweils derart ist, daß die Feder 139 den Teilrahmen 131 in einer Stellung, der geöffneten oder geschlossenen Stellung, abhängig davon hält, auf welcher Seite des Vorsprungs 138 der Vorsprung 137 physisch relativ zum Pfeiler 135 liegt, entweder weg vom Schlauch 22 oder zum Schlauch 22 hin im äußersten Bewegungsbereich.
Die entsprechend gepaarten Elemente, die auf jedem der Teilrahmen 131 und 132 angebracht sind, die im wesentlichen eine gleiche Struktur und Funktionsweise aufweisen und einander gegenüberliegend angeordnet sind, sind entsprechend dem Teilrahmen 132 mit dem Zusatz "a" oder entsprechend dem Teilrahmen 131 mit dem Zusatz "b" angezeigt, es sei denn, es wird anders spezifiziert. Zum Zwecke der Erleichterung der Erklärung kann nur ein Element erläutert werden, wobei jedoch die Erläuterung auch auf das gegenüberliegende Element zutrifft.
Gemäß FIG. 12 kontaktiert die dreieckig geformte Bahn, nachdem sieh aus den Führungsflanschen 74 austritt, Führungsrollen 142a und 142b, die zueinander winklig angeordnet sind und vom Teilrahmen 132 nach unten abgewinkelt sind, um die Bahnseitenwände 44 und 45 (vgl. FIG. 2) flach und gegeneinander zu drücken, wodurch die Bahn 20 um Kerblinien 62 und 63 zu einem im wesentlichen dreieckigen Schlauch 22 gefaltet wird. Die Führungsrollen 142a und 142b können durch konventionelle Gimbalverbindungen (nicht dargestellt), die eine Einstellung der Winkelorientierung der Rollen innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs vorsehen, mit dem Rahmen 32 verbunden werden.
Einander gegenüberliegende Klemm- oder Quetschrollen 143 drücken die Bahnkanten 24 und 26, die übereinandergelegt und in Ausrichtung gebracht sind, unter Druck zusammen, um die Steuerung des Bahnvorschubs in eine Spule 120 zu unterstützen. Die Kante 24 ist der Bahnabschnitt außerhalb der Kerblinie 66 und die Kante 26 ist der Bahnabschnitt außerhalb der Kerblinie 66a (vgl. FIG. 2). Gemäß den FIG. 7 und 18 sind die Rollen 143 an einem Pfeiler 141 drehbar und ausgerichtet am Ende eines Jochs 142 angebracht und üben eine ausreichende Kraft aus, um die Kanten in Längsausrichtung zusammenzudrücken und zu zusammenzuzwingen.
Die Rollen 143 sind gekippt, d.h. unter einem Winkel von etwa 10 bis 150 zur Bahn fixiert, um dazu beizutragen, eine Kraftkomponente senkrecht zur Längsbahnkante vorzusehen, wenn die Rollen bei vorrückender Bahn sich drehen, um gerade den Kantenbereich der Bahn in Ausrichtung in Verbindung mit einer Nut 122 der Spule 120 zu bringen, um eine gerade und gleichförmige Längsschweißnaht sicherzustellen. Der Kippwinkel um den Pfeiler 141 kann so eingestellt werden, daß eine optimale Ausrichtung sichergestellt ist.
Den Rollen 143 zugeordnet ist eine freilaufende Druckrolle 169, die so orientiert ist, daß sie den Schlauch 22 transversal kontaktiert. Die Rolle 169 weist vorzugsweise dieselbe Breite wie die Wand 39a eines fertiggestellten Quaders 31 auf und ist schwenkbar in einem Träger 168 so angebracht, daß sie den Bereich der Bahn 20 zwischen den Kerblinien 62 und 63 kontaktiert, um das Falten der Kerblinien 62 und 63 und die dreieckige Umbildung zu unterstützen, woraus die Oberseite des Quaders 31 entsteht, wenn die Vertikal- oder Längsschweißnaht fertiggestellt ist.
Die ausgerichteten Bahnkanten 24, 26 werden durch die Spule 120 geführt, die erregt wird, um die Kanten zu erwärmen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Schweißnaht durch die Magnetkräfte gebildet, die von der Spule 120 erzeugt werden, um die erwärmten Längsbahnkanten zusammenzudrücken. In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Spule nur die Bahnkanten erwärmen, so daß die Schweißnaht durch die Klemmrollen oder Quetschrollen gebildet wird, die die erwärmten Bahnkanten zusammenpressen. Arme 153 und 154 sind im wesentlichen starre Teile, die die Longitudinalschweißspule 120 unter einem geeigneten Abstand vom Teilrahmen 132 fixieren und verhindern, daß die Spule 120 sich relativ zum Rahmen 11 bewegt. Auf diese Weise wird jede Tendenz der Spule 120, ihre Orientierung infolge des erzeugten elektromagnetischen Feldes, wenn die Spule 120 erregt wird, oder infolge von Schwingungen, wenn die Maschine 10 arbeitet, zu ändern, minimiert.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel erzeugen die Ströme, die in den einander gegenüberliegenden Verbundfolienbahnkanten durch die Spule 120 induziert werden, auch jeweilige sekundäre elektromagnetische Kräfte einer Größe, die auf die induzierte Stromdichteverteilung in der Kante bezogen ist. Die Kräfte, die von entgegengesetzter Polarität sind, ziehen einander an. Auf diese Weise werden die Bahnkanten 24 und 26 in der Nut 122, die dem magnetischen Feld ausgesetzt ist, das durch die Spule 120 erzeugt wird, einander anziehen und aneinander haften, wenn das thermoplastische Material erweicht und schmilzt, wobei sie zusammenschmelzen. Die Schweißnaht kann auch durch Klemmrollen 144a und 144b geführt werden, während die thermoplastischen Lagen der Bahn 20 noch heiß sind, so daß die einander gegenüberliegenden thermoplastischen Lagen mechanisch und gründlich zusammengeschmolzen werden, um eine homogene hermetische Schweißnaht zu bilden. Die Rollen 144 sind an den Enden von Armen 163 angebracht und werden unter Spannung mit einer Kraft zusammengedrückt, die ausreicht, die erwärmten Bahnkanten zusammenzudrücken.
Vorzugsweise wird die Längsschweißnaht auf einem Teil gemacht, der die Bodenwandung der Packung bildet, und zwar sowohl aus ästhetischen Gründen als auch aus Verpackungsgründen, die nicht Teil dieser Erfindung bilden.
Nachdem der Schlauch 22 in Längsrichtung verschweißt worden ist, wird er vorgerückt und zwischen angetriebenen Riemenscheiben 145a und 145b und Leitrollen 146a und 146b geführt. Gemäß den FIG. 7, 9, 10, 11, 14, 16 und 17 sind die Antriebsscheiben 145a und 145b im wesentlichen parallel angeordnet und weisen Riemen 206a und 206b auf, die auf ihnen laufen, um die Seiten des dreieckigen Schlauches 22 reibschlüssig zu kontaktieren, um den Schlauch 22 in eine mehr rechtwinklige Form zu zwingen, wie in FIG. 14 gezeigt ist. Die Leitrollen 146a und 146b sind unterhalb der angesteuerten Scheiben 145a bzw. 145b angeordnet, weisen jedoch einen geringeren Radius auf und sind versetzt, um dafür zu sorgen, daß die Riemen 206a und 20b einen größeren Umhüllungsgrad um die Scheiben 145a und 145b aufweisen.
Die angetriebenen Scheiben 145a und 145b werden durch einen Riemen 170 angetrieben, der eine Scheibe 171, die der Scheibe 145a zugeordnet ist, eine Scheibe 172, die der Scheibe 145b zugeordnet ist, eine Aufwickelscheibe 173 und eine Antriebsscheibe 174 miteinander verbindet, die an einer Welle 189 angebracht ist. Die Scheibe 173 ist auf einer Welle 173' (FIG. 16) angebracht und am Teilrahmen 175 durch eine Anordnung von Gewindebolzen und Mutter befestigt. Die Zugscheibe 173 sorgt dafür, daß der Riemen 170 unter einer geeigneten Spannung gehalten wird und in Reibschluß mit den Scheiben 171, 172 und 174. Die Scheibe 172 ist so verbunden, daß sie die Scheibe 145b mittels einer Welle 178b antreibt, die Universalgelenke 179b und 180b an jedem Ende aufweist, wobei das Universalgelenk 180b mit einer Welle 181b verbunden ist, die einen Stift 182b aufweist, der dazu ausgelegt ist, in eine Aufnahmekammer 183b hinein und aus dieser herauszugleiten (welche einen Längsschlitz 184b aufweist), die wiederum in einem Lagergehäuse 185b mit Achszapfenlagerung, das am Teilrahmen 131 befestigt ist, endet. Die Scheibe 171 ist in ähnlicher Weise mit der Antriebsscheibe 145a verbunden. Der Riemen 170 ist dazu ausgelegt, auf den Antriebsscheiben 145a und 145b in entgegengesetzten Drehungen zu laufen, um so den Schlauch im wesentlichen gleichförmig vorzuschieben. Die Anordnung mit Stift und Schlitz ermöglicht die Bewegung des Teilrahmens 175 relativ zum Teilrahmen 131, beispielsweise um die Antriebsscheiben 145 mit dem Schlauch 22 korrekt auszurichten, die Leistungsabgabe der (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung an die Antriebsscheibe 174 einzustellen oder die Maschine 10 auf unterschiedlich dimensionierte Packungen anzupassen.
Die Antriebsscheibe 174 ist mit der Antriebseinrichtung der Maschine 10 über die Welle 189 über eine Serie von Synchronriemen, Getrieben und Riemenscheiben verschiedener konventioneller Konfigurationen verbunden.
Gemäß den FIG. 7, 8, 9 und 10 wird der Schlauch 22, nachdem er an den Formgebungsscheiben 145a und 145b vorbeigeführt ist, zwischen den Riemen 206a und 206b durch einander gegenüberliegende Führungsplatten 147a und 147b vorgeschoben, die unterhalb der Scheibe 145a bzw. 145b angeordnet sind. Die Führungsplatten 147 erstrecken sich nach unten und nach innen und sind unter einem Abstand angeordnet, um die Steuerung des Produktvolumens 32 innerhalb des Schlauchs 22 zu unterstützen und den Schlauch 22 entlang einer im wesentlichen vertikalen Achse zu halten, und zwar ungeachtet der darauffolgenden Packungsformgebungsvorgänge, die den Schlauch 22 aus der vertikalen Ausrichtung heraus bewegen. Die Rollen 194a und 194b sind drehbar auf Wellen 204a und 204b angebracht. Die Bahnriemen 206a und 206b (FIG. 10, 17) sind so über jeweilige Scheiben 145 und 146 und Rollen 194 gepaßt, daß sie den Schlauch 22 unter Reibschluß kontaktieren und ihn vorschieben, wenn die Bahnriemen 206 durch die Scheibe 145 angetrieben werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Rollen 194 eine ballige Oberfläche auf und die Enden der Wellen 204 können so geschlitzt sein, daß sie die Achse der Welle 204 in einer Position bezüglich der Horizontalen geändert oder fixiert werden kann, um den Bahnriemen entlang seines gewünschten Pfades laufend zu halten. Auf diese Weise kann die Achse der Welle 204 eingestellt werden, um den Kräften entgegenzuwirken, die lateral am Schlauch 22 ziehen, wenn dieser vorgerückt wird, und um die gegenüberliegenden Riemen 206a und 206b vertikal auf der Spur laufend zu halten. Die Platten 147a und 147b können um die Breite der Packung derart beabstandet sein, daß die Masse des Produkts 32 dazu führt, daß der Schlauch 22 sich ausdehnt und volumenmäßig auf etwa die geeignete Packungsdicke zunimmt, und sind vorzugsweise so verjüngt, daß eine Schlitzöffnung von etwa einem Achtel inch (etwa 3 mm) gebildet wird, um die Schlauchdimensionen vor der transversalen Abklemmung und Verschweißung zu steuern.
Gemäß den FIG. 1, 4 und 6 wird eine kontinuierliche Strömung steriler Luft unter einem größeren Druck als dem Umgebungsdruck durch eine Leitung 150 gedrückt, um das Innere des Schlauchs 22 und die sterilisierte Bahn zu spülen. Die sterile Luft hält die Sterilität des Schlauchs 22 und der gefalteten Bahn 20 aufrecht, bis sie die sterile Kammer 100 verläßt und bevor sie zu einem Schlauch geformt, gefüllt und transversal verschweißt ist. Indem ein über Umgebungsdruck liegender Luftdruck vorgesehen wird, minimiert die positive sterile Luftströmung die Wahrscheinlichkeit einer Kontamination der sterilisierten Bahn durch die äußere Umgebung. Die Leitung 150 muß weit genug über dem Produkt 32 enden, damit sie nicht mit der Detektion des Füllpegels interferiert, jedoch auch nicht zu weit zur Vermeidung eines kontinuierlichen Austausches steriler Luft am Produktpegel der Füllung.
Gemäß den FIG. 1, 5 und 6 wird das Produkt 32 mittels eines Füllschlauches oder Füllrohres 400 in den sich kontinuierlich bildenden Schlauch 22 eingeleitet. Ein Produktpegeldetektor 410 zur Bestimmung des Produktpegels im Schlauch ist ebenfalls in den Schlauch 22 eingeführt, um den Pegel des Produkts 32 im Schlauch zu detektieren, während der Schlauch vorgerückt und zu Packungen 30 umgeformt wird. Das Füllrohr oder der Füllschlauch soll gut unterhalb des Produktpegels enden, so daß keine Luftblasen in das Produkt 32 innerhalb des Schlauchs 22 durch abfallendes Produkt, Bewegung oder eine Wirbelwirkung eingeleitet werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Produktpegeldetektor 410 ein konventioneller Kapazitätsmeßfühler sein, der einer Impedanzänderung ansprechend auf den proportionalen Anteil des Meßfühlers unterliegt, welcher Anteil in das Produkt 32 eintaucht. Diese Impedanz kann mittels eines Mikroprozessors so korreliert werden, daß die augenblickliche Produktpegellage angezeigt wird, und dazu verwendet werden, die Füllrate, wie weiter unten erläutert, einzustellen.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist stets genug Produkt im Schlauch für mehrere Packungen. Der augenblickliche Produktpegel wird durch den Detektor 410 detektiert, wobei der Pegel auch durch einen konventionellen Mikroprozessor dazu verwendet wird, um den Produktpegel mit einem vorab eingestellten Überströmungs-Abschaltpegel, Unterströmungs-Abschaltpegel und Arbeitsproduktbereich innerhalb der Abschaltpegelgrenzen zu vergleichen. Die Füllrate kann mittels eines Mikroprozessors beispielsweise unter Verwendung- eines Drosselventils gesteuert werden, um den Produktpegel innerhalb des Arbeitsbereichs zu halten, wobei die Pumpwirkung des Produktpegels innerhalb des Arbeitsbereichs, wenn die Packungen gebildet werden und am Ende des vorrückenden Schlauches 22 durchtrennt werden, beachtet wird.
Gemäß den FIG. 19 bis 24 umfaßt die Longitudinalschweißinduktionsspule 120 eine mehrschleifige Spule, wobei die Hälfte der Schleifen oder Windungen auf entgegengesetzten Seiten eines Längskanals oder einer Nut 122 gleich beabstandet sind, die sich entlang der länglichen seitlichen Schleifenabschnitte der Spule 120 und zwischen diesen erstreckt (vgl. FIG. 19a). Die gefaltete Schleifenkonfiguration erhöht die Intensität des abgestrahlten Feldes und verteilt das von der Spule 120 bei Induktionserregung abgestrahlte elektromagnetische Feld gleichmäßiger, als dies eine flache Spule tun würde. Das gleichförmig verteilte Magnetfeld liefert einen gleichförmig verteilten induzierten Strom, entlang und über die stromführenden Lagen der Verbundfolienbahnkanten 24 und 26 hinweg, wenn diese durch die U-förmige Nut 122 vorrücken, und sieht eine moderate gleichmäßige Erwärmung der einander gegenüberliegenden thermoplastischen Lagen vor und bei Kühlung eine im wesentlichen konsistente hermetische Längsschweißnaht. Die Nut 122 ist dazu ausgelegt, die Bahnkanten 24 und 26 aufzunehmen und sie, während sie zum Erwärmen und Zusammenschmelzen bei Aktivierung der Spule 120 hindurchgeleitet werden, ausgerichtet zu halten. Die Bahneintrittstelle kann eine Abschrägung von zum Beispiel 60º aufweisen, um das Einfädeln der Bahn 20 in die Nut zu erleichtern (vgl. FIG. 22). Die Schleifen der Längsschweißspule 120 umfaßt eine leitende Röhrenleitung 656 und eine Massemittenanzapfung 656a, die in einem nichtleitenden starren Gehäuse 658, beispielsweise Epoxid, einem G-10 Epoxidglasfasermaterial, Kunststoff oder dergleichen, befestigt sein kann. Die Röhrenleitung 656 ist vorzugsweise eine hohle Kupferröhrenleitung, die dazu ausgelegt ist, ein Kühlmedium wie durch sie hindurchströmendes Wasser zu enthalten. Die Massemittenanzapfung 656a ist elektrisch mit dem Leiter 656 an einer Stelle 657 verbunden, um während des Betriebs einen Stromüberschlag über die Bahn zu verhindern. Abstandsstücke 655a und 655b, die in den FIG. 23 und 24 gezeigt sind, können dazu verwendet werden, die Spulen- und Leiterzuleitungen beabstandet und ausgerichtet im Gehäuse 658 und der Spule 120 zu haltern.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Längsschweißnaht durch intermittierende Erregung der Längsschweißinduktionsspule 120 ausgeführt und wird die Bodenschweißnaht der Packung über die Packungsbreite. Die Länge der Spule 120 ist angenähert gleich oder größer als eine abgeflachte Packungsbreite, so daß die Länge des Schlauches 22 in Längsrichtung entsprechend zumindest der Bodenschweißnaht durch das elektromagnetische Feld geführt wird, das durch die Spule 120 erzeugt wird, während die Spule 120 erregt ist. Die Rate der Bahngeschwindigkeit und die Zeitperiode, während der die Spule erregt ist und ein elektromagnetisches Feld abstrahlt, können so koordiniert werden, daß die einander gegenüberliegenden thermoplastischen Lagen effektiv schmelzen und als kontinuierliche Schweißnaht, vorzugsweise in überlappenden Segmenten ausgeführt, hermetisch zusammenschmelzen.
Der erfindungsgemäße Vorgang der Längsverschweißung kann durch einen (nicht dargestellten) Hochfrequenzgenerator leistungsmäßig angesteuert werden, der einen vorselektierten Energiepegel zur Ausbildung der Vertikalschweißnaht von beispielsweise 3 bis 6 kW bei etwa 650 kHz erzeugt. Der HF-Generator ist elektrisch mit der Longitudinal schweißinduktionsspule 120 über die Leiter 656 verbunden und wahlweise mit einer transversalen Induktionsspule über einen Kopplungsmechanismus 652, der nicht Teil dieser Erfindung ist.
Die Leistung des HF-Generators kann mittels einer Steuerschaltung auf die Longitudinalschweißinduktions spule 120 geschaltet werden, in der ein Strom induziert wird, der wiederum einen Strom in den gegenüberliegenden Kanten 24 und 26 der Verbundfolienbahn 20 im U-förmigen Abschnitt 122 der Spule 120 über eine vorbestimmte Zeitperiode induziert. Diese Zeitperiode kann teilweise von der Geschwindigkeit der Verbundfolienbahn 20/des Schlauches 22 abhängen, die durch die Spule 120 geführt werden. der Zeit, in der der Kopplungsmechanismus 652 aktiviert ist, den physikalischen Eigenschaften der Bahn 20, der Induktionsspulenkonfiguration und anderen Produktionsparametern.
Gemäß der FIG. 13 verbindet der Kopplungsmechanismus 652 die Schweißspule 120 mit dem HF-Generator. Der Kopplungsmechanismus 652 umfaßt das Gehäuse 653, aus einem Isolationsmaterial, vorzugsweise aus Plastik hergestellt, und kann eine Abkopplungseinrichtung enthalten, um die Spule 120 selektiv an den Generator 650 anzukoppeln und von diesem abzukoppeln. Kühlfluidanschlüsse 1656a und 1656b sind vorgesehen, um ein Kühlfluid in der Röhrenleitung durch die Spule 120 zu zirkulieren. Die Röhrenleitung ist elektrisch an den Anschlüssen angeschlossen, um eine vollständige elektrische Schaltung zu erhalten.
Wenn der Schlauch 22 in den Apparat 200 vorrückt, wird er durch einen Schweißmechanismus nach dem anderen transversal abgeklemmt, um im wesentlichen dasselbe Produktvolumen und dieselbe Bahnmenge zwischen den Schweißmechanismen für jede Packung zu fixieren, und wird dann im transversal abgeklemmten Bereich verschweißt. Der verschweißte Schlauch wird dann im verschweißten Bereich zur Ausbildung von Packungen mittels einer Trenneinrichtung durchtrennt, die vorzugsweise im Schweißmechanismus angebracht ist oder an einer anderen Stelle an der Maschine 10 liegt. Die abgetrennten Packungen können dann mittels eines weiteren Apparats, der nicht einen Teil dieser Erfindung bildet, zu fertigen Behältnissen 31 verarbeitet werden.

Claims

1. Apparat (10) zur Herstellung eines Schlauchs (22) aus einer Endlosbahn (20) aus Verbundfolienmaterial, der mit einem Produkt (32) gefüllt werden kann und transversal abgeklemmt, verschweißt und in Packungen (31) aufgetrennt werden kann, welcher Apparat aufweist:

eine Einrichtung (110) zum Vorrücken der Verbundfolienbahn;

einen Rahmen (11, 131, 132);

eine Bahnführungseinrichtung (64, 74) zum Biegen der Verbundfolienbahn, wobei die Bahnführungseinrichtung sich so entlang einer Länge erstreckt, daß die Bahn sich biegt, wenn die Längskanten (24, 26) der Bahn allmählich in einer übereinanderliegenden und gegenüberliegenden Beziehung dicht zusammengebracht werden, wenn die Bahn entlang der Bahnführungseinrichtung vorgerückt wird;

ein Paar erster Rollen (142a, 142b), die unter einem Abstand auf dem Rahmen (131, 132) angebracht sind, wobei eine erste Rolle auf jeder Seite des Pfades der gebogenen Verbundfolienbahn angeordnet ist;

ein Paar zweiter Rollen (143), die unter einem Abstand angeordnet sind und dazu ausgelegt sind, die übereinandergelegten und sich gegenüberliegenden Längskanten der Bahn entgegenzunehmen und sie zusammenzudrücken; und

eine Einrichtung (120) zum Erwärmen der einander gegenüberliegenden Bahnlängskanten, so daß diese zusammenschmelzen, um eine homogene Längsverschweißung auszubilden,

dadurch gekennzeichnet, daß

die ersten Rollen (142a, 142b) auf dem Rahmen winklig zueinander und so vom Rahmen nach unten angebracht sind, daß sie die gebogene Verbundfolienbahn kontaktieren, um die Abschnitte der Bahn angrenzend an die gegenüberliegenden Längskanten abzuflachen, wenn die Bahn vorrückt;

Nuteinrichtungen (122) vorgesehen sind, um die Längskanten der Bahn entgegenzunehmen und auszurichten, wobei diese Einrichtungen nahe der Längskanten der Bahn angeordnet sind, wenn die Bahn vorrückt;

die zweiten Rollen (143) parallele Rotationsachsen aufweisen, die unter einem solchen Winkel zur Längskante der Bahn liegen, so daß sie auf die Bahnkanten eine Kraftkomponente senkrecht zur Vorrückrichtung der Bahn ausüben, um die Kanten in die Nuteinrichtungen (122) zu zwingen und in eine Ausrichtung in Längsrichtung; und

daß eine dritte Rolle (169) im Rahmen angebracht ist und dazu angeordnet ist, den Bahnabschnitt zwischen den beiden abgeflachten Bahnbereichen zu kontaktieren, um die Bahnkanten in die Nuteinrichtungen zu zwingen, die Bahnkanten in Längsrichtung auszurichten, um so der Bahn eine im wesentlichen dreieckige Querschnittskonfiguration zu verleihen.

2. Apparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß er ferner aufweist:

ein Paar vierter Rollen (144a, 144b), die unter einem Abstand angeordnet sind und dazu ausgelegt sind, die erwärmten übereinandergelegten und kontaktierenden Längskanten (24, 26) entgegenzunehmen und sie weiter zusammenzudrücken, um eine homogene Längsverschweißung zu bilden.

3. Apparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Nuteinrichtungen (122) und die Einrichtung zum Erwärmen (120) der Verbundfolienbahn ferner aufweisen:

eine längliche Induktionsspule (120), die sich über eine Länge erstreckt, in fester Beziehung (153, 154) zum Rahmen (11, 132) angebracht ist, elektrisch mit einer Quelle (650) elektromagnetischer Energie verbunden ist (652, 656) und in dichtem Abstand zu den Bahnkanten angeordnet ist, so daß ein von der Induktionsspule erzeugtes elektromagnetisches Feld einen Strom in den Verbundfolienbahnlängskanten induzieren wird und so diese Kanten nahe der Spule erwärmen wird; und

ein Nutmaterial, das dazu ausgelegt ist, die vorrückenden Bahnkanten zur Ausrichtung der Bahnkanten (24, 26) entgegenzunehmen, wobei die Nut (122) u-förmig ist und zwischen der Bahn und der Spule angeordnet ist, und wobei das Material durch das von der Spule erzeugte elektromagnetische Feld nicht nachteilig beeinträchtigt wird.

4. Apparat nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die längliche Induktionsspule (120) um die Bahnkanten, die zwischen den stromführenden Flächen der Spule vorbeibewegt werden, gefaltet ist, um eine magnetische Kraft zu liefern, die die übereinandergelegten und einander gegenüberliegenden Bahnlängskanten zusammendrückt, wenn ein Strom im Verbundfolienmaterial induziert wird, um die erwärmten Kanten zur Ausbildung einer Verschweißung zusammenzubringen.

5. Apparat nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Bahnführungseinrichtung ferner aufweist:

eine fünfte Rolle (110), die die Richtung für das Vorrücken der Verbundfolienbahn vorgibt;

eine Platte (64), die ein oberes Ende, ein unteres Ende und zwei Flansche (74) aufweist, die sich vom oberen Ende zum unteren Ende an den Kanten der Platte unter einem spitzen oder rechten Winkel zur Platte erstrecken, wobei die Plattenkanten so ausgelegt sind, daß der Abstand zwischen den Flanschen vom oberen Ende zum unteren Ende geringer wird, wobei die Flansche so winkelig sind, daß sie die Bahn von der fünften Rolle (110) empfangen und die Längskanten der Bahn so steuern, wenn die Bahn vorrückt, daß die Bahn so gebogen wird, daß die Längskanten an der Basis der Platte in eine übereinandergelegte und gegenüberliegende Beziehung gebracht werden.