DE4401031C1 - Vorrichtung zum Herstellen und Befüllen von Schlauchbeutelpackungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen und Befüllen von Schlauchbeutelpackungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Schlauchbeutelpackungen dienen in vielfältiger Weise u. a. der Umhüllung flüssiger und pastöser Massen während des Transports und der Lagerung. In vielen Fällen reagiert das Füllgut mit Komponenten der Umgebungsluft, z. B. der Luftfeuchtigkeit, so daß die Forderung nach luftfreier Befüllung der Schlauchbeutelpackungen besteht. Dazu ist es erforderlich, daß während des Füllvorgangs das Füllrohr ständig die Oberfläche des Füllgutes berührt und der Füllgutstrom nicht unterbrochen wird. Andererseits führt ein wechselndes Niveau am Füllrohr, insbesondere bei rasch reagierenden und klebenden Füllmassen, zur Verschmutzung des Füllrohrs und damit zu unerwünschten Produktionsunterbrechungen. Erwünscht ist also die sogenannte volumensynchrone Niveaubefüllung.

Schlauchbeutelpackungen werden vorzugsweise aus einer flachliegenden Folienbahn zu einem Folienschlauch geformt, gefüllt und verschlossen. Die Folienbahn kann eine Mono- oder Verbundfolie sein, je nach den Anforderungen, die das Füllgut oder die Transport- und Verarbeitungsbedingungen stellen. Die überlappenden Längsränder der Folie werden miteinander verbunden, meist verschweißt.

Es haben sich weitgehend Verfahren zur Herstellung von Schlauchbeutelpackungen durchgesetzt, bei denen taktweise die Folie an den Längsrändern verschweißt, der entstandene Endlosschlauch luftfrei befüllt und danach durch eine feststehende Verschließeinrichtung verschlossen und abgetrennt wird.

Es besteht grundsätzlich die Möglichkeit, den Schweißvorgang kontinuierlich und den Verschlußvorgang durch mitlaufende (fliegende) Verschließeinrichtungen durchzuführen.

Bei der Abfüllvorrichtung nach der DE 28 48 706 A1 wird der Folienschlauch fortlaufend in Längsrichtung transportiert und dabei das Füllgut mittels einer Pumpe kontinuierlich gefördert und eingefüllt. Das Füllrohr ist dabei feststehend angeordnet, während die Einrichtungen für das Zusammenraffen des Folienschlauchs am Ende des Schlauchbeutels, das Verschließen und das Abtrennen in der aktiven Phase synchron mit dem Schlauchmantel mitlaufen (fliegende Anordnung). Sie müssen also eine ständige Hin- und Herbewegung ausführen; dies erfordert hohen konstruktiven Aufwand und die ständige Abstimmung der Foliengeschwindigkeit mit dem Produktstrom.

Bei "Kesselmischung", d. h. bei diskontinuierlichem Vormischen, und ebenso beim "Kesselpressen", dem diskontinuierlichen Auspressen der Füllmasse bzw. des Füllguts, ergibt sich gegen Ende des Auspressens ein Anstieg des Fließwiderstands. Daher muß der Folienabzug ständig in der Geschwindigkeit an den Volumenaustrag angepaßt werden. Die Anforderungen an die Synchronisierung von Folienabzug und Volumenbefüllung sind dabei erheblich.

Weiterhin ist in DE 31 21 101 C1 ein Verfahren zum Herstellen von Schlauchverpackungen mit beliebigem Querschnitt beschrieben. Hierbei erfolgt die Formgebung dadurch, daß die pralle Packung mittels Zugbacken gepreßt und das zusätzliche Hüllenmaterial dabei durch die Verdrängerscheren hindurchgezogen wird. Dies hat eine starke Belastung des Mantels zur Folge.

Aus DE 90 11 155 U1 ist eine Schlauchbeutel-Abfüllmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei der aus einer Flachbahnfolie ein offener Schlauch geformt und taktweise durch eine Balkenschweißvorrichtung in Längsrichtung verschweißt wird. Beim Befüllen des Schlauchs mittels einer Dosierpumpe wird er ausschließlich durch den Druck des eingefüllten Materials weitertransportiert und danach durch Backen erfaßt, die zum Verschließen und Abtrennen der Schlauchbeutel von einem Druckmittelzylinder weitergeschoben werden. Die bekannte Schlauchbeutel-Abfüllmaschine weist den Nachteil auf, daß zur Überwindung der Reibungswiderstände im gerade befüllten Schlauchbeutel ein beachtlicher Druck aufgebaut wird. Der Druckaufbau setzt eine ausreichende Abdichtung zwischen dem Füllrohr und dem Folienmantel voraus, so daß stets auftretende Durchmessertoleranzen des Folienmantels und der Wechsel zu anderen Schlauchbeuteldurchmessern Schwierigkeiten bereiten.

In DE 40 20 391 A1 eine Vorrichtung zur Herstellung von Schlauchbeutelpackungen beschrieben, bei der der Folienvorschub synchron mit der Befüllung abläuft und die luftfreie Befüllung der Packung durch den volumensynchronen Rückzug des Füllrohres erfolgt. Auch diese Bauweise ist in der Konstruktion aufwendig. Bedingt durch die ständige Hin- und Herbewegung des Antriebszylinders der Dosierung wird die Gesamtanlage bei höheren Taktzahlen unruhig und ist damit in der Abfülleistung beschränkt.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Herstellung gefüllter Verpackung nach der DE-OS 21 29 626 ist die darin verarbeitete Folienbahn klebstoffbeschichtet und wird nach dem Einlegen eines Artikels durch Druck an den Längs- und Querrändern verschlossen. Die Transportbewegung der Folienbahn ist von der Längsbewegung eines druckmittelbetätigten Antriebskolbens abgeleitet.

Schließlich ist in der DE 24 37 123 A1 eine Vakuumverpackungsmaschine zur Herstellung versiegelter Packungen beschrieben, bei der die Tiefziehfolie annähernd kontinuierlich durch umlaufende Ketten vorgeschoben wird. Die zueinander synchronen Kettenbewegungen sind von der hin- und hergehenden Bewegung eines druckmittelbetätigten Kolbens in der Weise abgeleitet, daß eine mit dem Kolben verbundene doppelseitige Zahnstange mit gegenläufig angetriebenen Zahnrädern kämmt und diese Zahnräder mit antiparallel wirkenden Freiläufen auf Kettenräder wirken, so daß sie wechselweise die Ketten in nur einer Richtung antreiben.

Beide letztgenannten Vorrichtungen betreffen jedoch keine Vorrichtungen zum Herstellen und Befüllen von Schlauchbeutelpackungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen und taktweisen Befüllen von Schlauchbeutelpackungen mit viskosem Füllgut anzugeben, mit dem eine volumensynchrone Befüllung erreicht werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen und Befüllen von Schlauchbeutelpackungen mit Füllgut, bestehend aus einer Zuführeinrichtung für das Füllgut, deren Auslaß mit einem Füllrohr verbunden ist, einem das Ende des Füllrohrs umschließenden Formatrohr zur Aufnahme eines Folienschlauchs, und mit einer Transporteinrichtung zum Transport des Folienschlauchs über das Formatrohr, ist im einzelnen gekennzeichnet durch ein Getriebe zur Ableitung der Transportbewegung des Folienschlauchs von der Längsbewegung eines Antriebskolbens, welcher mit dem Dosierkolben einer Dosiereinrichtung fest verbunden ist und wobei das Übersetzungsverhältnis des Getriebes umgekehrt proportional zu dem Quotienten aus der Fläche des Dosierkolbens und der Querschnittsfläche der fertigen Schlauchbeutelpackung ist. Dabei kann das Füllrohr mit dem Formatrohr ein Teil bilden, d. h. das Füllrohr kann auch gleichzeitig als Formatrohr dienen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß sich die Transportstrecke des Folienschlauchs zum Herstellen und Befüllen einer Schlauchbeutelpackung in einfacher Weise aus dem Hub des Antriebskolbens ergibt. Teuere Antriebsmotore mit aufwendiger Steuerung und Folienlängenmessung sind dabei entbehrlich.

Weiter ergibt sich dadurch der Vorteil, daß sich die erwünschte Synchronisierung zwischen der Transportstrecke des Folienschlauchs und der Füllmenge selbsttätig einstellt und sich damit in verblüffend einfacher Weise die Füllgutmenge an den Endquerschnitt des fertigen Schlauchbeutels, beispielsweise an einen quadratischen Querschnitt, anpassen und die gewünschte volumensynchrone Niveaubefüllung erreichen läßt.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt das Getriebe eine mit der Kolbenstange des Antriebskolbens verbundene Zahnstange, ein mit der Zahnstange kämmendes Zahnrad, das mit einem gleichachsig laufenden Kettenrad über ein Drehrichtungsgesperre (Freilauf) verbunden ist, und eine das Kettenrad auf einem Teil seines Umfangs umschlingende und auf zusätzlichen Rollen geführte endlose Antriebskette zum Antrieb der Transporteinrichtung.

Diese Ausgestaltung ermöglicht in einfacher Weise die Umsetzung der sich wiederholenden Kolbenbewegung in eine fortschreitende Bewegung aller am Transport des Folienschlauchs beteiligten Bauelemente und erlaubt darüber hinaus leicht die Anpassung an die baulichen Gegebenheiten der jeweiligen Vorrichtung. Zur Ableitung der Transportbewegung des Folienschlauchs von der Längsbewegung des Antriebskolbens kann auch ein hydraulisches oder pneumatisches Antriebssystem oder eine Kombination dieser Systeme verwendet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung mit wenigstens einem mit der Antriebskette in Wirkverbindung stehenden Zusatzantrieb versehen, dessen Bewegungsrichtung der Bewegungsrichtung der Antriebskette gleichsinnig überlagert ist.

Diese Maßnahme der Anordnung wenigstens eines Zwischenvorschubs erlaubt die Schaffung des Freiraums für das Verschließen mit dem Vorteil, daß der Verschluß sowohl unter Masse (luftfreie Befüllung) als auch in einer weitgehend produktfreien Zone erfolgen kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der wenigstens eine Zusatzantrieb ein durch Druckmittel betätigtes, ein Richtungsgesperre enthaltendes und von der Antriebskette auf einem Teil seines Umfangs umschlungenes Kettenrad auf. Dadurch läßt sich in einfacher Weise die Taktung des wenigstens einen Zusatzantriebs mit der Hubbewegung synchronisieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Gleiche Bauteile mit gleicher Funktion sind in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen von Schlauchbeutelverpackungen mit pumpfähigem Füllgut und

Fig. 2 das Abfüllschema der Vorrichtung nach Fig. 1.

Die Dosiereinrichtung 1 nach Fig. 1 weist einen Dosierzylinder 2 mit einer Querschnittsfläche "A" auf, in dem sich ein schwimmender Kolben 3 mit gleicher Querschnittsfläche, angetrieben vom Füllgut und einer Druckmitteleinrichtung 5, befindet. Der Dosierzylinder 2 ist mit einem Dreiwegeschieber 6 verbunden, der das Füllgut während des Füllvorgangs von einer (nicht dargestellten) Auspreßvorrichtung zum Dosierzylinder 2, und während des Dosierhubs des Kolbens 3 vom Dosierzylinder 2 zu einem Füllrohr 8 leitet. Das Füllrohr 8 ist auf einem Teil seiner Länge konzentrisch von einem Formatrohr 9 mit dem größeren Durchmesser "B" umschlossen, auf dem der Folienschlauch 10 zur Herstellung der Schlauchbeutel gleitet. Im Ausführungsbeispiel ist das Füllrohr 8 getrennt vom Formatrohr 9, es kann jedoch auch gleichzeitig Formatrohr sein.

Der Folienschlauch 10 entsteht in bekannter Weise dadurch, daß eine Folien-Flachbahn 11 von einer Vorratsrolle 12 abgezogen und über eine Formschulter 30 zu einem Schlauch geformt wird, dessen Längsränder taktweise während des Verschließvorgangs entsprechend dem Folienvorschub durch ein Balkenschweißgerät zu einem geschlossenen Schlauch verschweißt werden.

Mit der Kolbenstange 4 ist über einen Auslegerarm 13 eine parallel zur Kolbenstange 4 geführte Zahnstange 14 fest verbunden. Die Zahnstange 14 kämmt mit einem ortsfest angeordneten Zahnrad 15, das gleichachsig mit einem Kettenrad 16 über einen Freilauf verbunden ist. In der Ebene des Kettenrades 16 ist eine Antriebskette 17 ausgelegt, die von einer Reihe von Umlenkrollen 18, 19, 20 geführt und von einer Spannrolle 21 unter Vorspannung gehalten ist. Die Antriebskette 17 treibt eine weitere Anzahl von Kettenrädern an, deren Funktion nachfolgend beschrieben wird.

Die beiden Kettenräder 22, 23 sind von der Antriebskette 17 gegenläufig umschlungen, so daß ihr Drehsinn bei einer Kettenbewegung ebenfalls gegenläufig ist. Jedes der beiden Kettenräder 22, 23 ist mit einer Antriebsrolle 24, 25 drehfest verbunden. Die Antriebsrollen 24, 25 formen mit im Abstand angeordneten Umlenkrollen 26, 27 Schlaufen für Folienabzugsbänder 28, 29. Beide Folienabzugsbänder 28, 29 liegen mit jeweils einem Trum unter Vorspannung auf dem Formatrohr 9 unter Zwischenlage des Folienschlauchs 10 an. Freilaufgesperre in den Radsätzen 15, 16; 31, 32 lassen immer nur die Bewegung der Folienabzugsbänder 28, 29 und damit des Folienschlauchs 10 in Vorwärtsrichtung zu.

Von der Antriebskette 17 ist noch ein weiteres Kettenrad 30 umschlungen, das mit einem Zahnrad 32 über eine nicht dargestellte Richtungsgesperre verbunden ist. Das Zahnrad 32 kämmt mit einer Zahnstange 34 in der Weise, daß bei der Bewegung der Zahnstange 34 das Kettenrad 32 eine Drehbewegung in Richtung der Antriebskette 17 ausführt. Die Zahnstange 34 ist mit einem Kolben einer Druckmitteleinrichtung verbunden und dient der Erzeugung einer Zusatz-Vorschubbewegung, wie weiter unten noch näher beschrieben wird.

Wie bereits erwähnt, wird allgemein bei der Befüllung von Schlauchbeuteln mit stark klebenden und rasch aushärtenden Produkten eine volumensynchrone Befüllung angestrebt, um eine luftfreie Befüllung zu gewährleisten und eine Verschmutzung am Füllrohr zu vermeiden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dazu das Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen dem Weg des Kolbens 3 und damit der Zahnstange 14 und dem Umfangsweg der Antriebsrollen 24, 25 so gewählt, daß es dem umgekehrten Verhältnis der Querschnitte "A" und "B" entspricht. Mit anderen Worten: Das von der Dosiereinrichtung 1 geförderte Produktvolumen entspricht dem Volumen des Folienschlauchs 10 auf der ungestörten Länge.

Die befüllten Schlauchbeutelpackungen werden, wie üblich, im Takt der Befüllung verschlossen und voneinander getrennt. Die dazu notwendigen Einrichtungen sind an sich bekannt und für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig. Sie sind daher in der Zeichnung nur schematisch dargestellt und werden nachfolgend auch nur insoweit beschrieben, wie es für die Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung zweckmäßig erscheint.

Beim Verschließen der befüllten Schlauchbeutelpackungen wird der Folienschlauch durch von beiden Seiten angreifende Rafferbleche zusammengerafft und dabei das im Schließbereich befindliche Füllgut verdrängt. Mittels einer Doppelclip-Verschließeinrichtung wird die gerade befüllte Schlauchbeutelpackung am Ende und die neu zu befüllende am Anfang verschlossen. Zwischen den beiden gesetzten Clip-Verschlüssen werden dann die Schlauchbeutelpackungen voneinander getrennt.

Durch das Zusammenraffen des Folienmantels verjüngt sich die Schlauchbeutelpackung am Anfang und am Ende, so daß dort je Einheitslänge des Folienschlauchs weniger Volumen eingebracht werden kann. Wegen der Forderung nach luftfreier Befüllung ist es nicht möglich, diesen Unterschied im Fassungsvermögen auszumitteln. Zum Ausgleich dieses Übervolumens ist daher bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Zusatzvorschubeinrichtung 30, 32, 34 vorgesehen. Auch hier dient eine Freilaufsperre im Radsatz dazu, die Bewegung des Kettenrades 32 und damit der Antriebskette 17 immer nur in jeweils der Vorwärtsrichtung zuzulassen. So sorgt beispielsweise die Beaufschlagung des Kolbens zum Antrieb der Zahnstange 34 mit Druck zum Ende des Füllvorgangs dafür, daß der von der Kolbenstange 4 während des Füllvorgangs bewegten Antriebskette 17 eine Zusatzbewegung in gleicher Richtung erteilt wird. Mit der dadurch hervorgerufenen Zusatzbewegung des Folienschlauchs wird der erforderliche Freiraum für die Produktverdrängung im Schließbereich gewonnen.

Zur Anpassung an unterschiedliche Schlauchbeutel- und Produkteigenschaften ist der wirksame Hub der Zusatzvorschub-Einrichtung individuell einstellbar.

In der Getriebekette kann ein Radsatz vorgesehen sein, z. B. der Radsatz 15, 16, dessen Räder leicht auswechselbar sind und die Anpassung des Gesamtübersetzungsverhältnisses durch einfachen Austausch der Räder oder des Radsatzes ermöglichen.

Das Herstell- und Abfüllschema der Vorrichtung nach der Erfindung ist in Fig. 2 vereinfacht dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 2c zwei Bewegungsphasen, während die Fig. 2a, 2b, 2d und 2e jeweils eine Bewegungsphase zeigen. Der Folienschlauch 10 entsteht in bekannter Weise wieder dadurch, daß die Folien-Flachbahn 11 von der Vorratsrolle 12 abgezogen und über eine Formschulter 40 zu einem Schlauch geformt wird, dessen Längsränder taktweise in den Pausen des Füllvorgangs entsprechend dem Folienvorschub durch ein Balkenschweißgerät 41 zu einem geschlossenen Schlauch verschweißt werden. Der Folienvorschub erfolgt bei der Darstellung gemäß Fig. 2 mit Abzugsrollen 42, 43, die in gleicher Weise wie die Folienabzugsbänder 28, 29 (Fig. 1) angetrieben werden. Eine mit Rafferblechen 44 gekoppelte Verschließeinrichtung (Clipstation) 45 verdrängt das Füllgut 46 aus dem Folienschlauch 10 und verschließt ihn beidseits der Schneideeinrichtung 47, die die befüllten und an beiden Enden verschlossenen Schlauchbeutel 48 von dem Folienschlauch 10 abtrennt.

Fig. 2b zeigt den Beginn des Füllvorgangs, nachdem die Spitze des Folienschlauchs in der vorher beschriebenen Weise durch die Verschließeinrichtung (Clipstation) 45 verschlossen worden ist. Entsprechend dem Füllfortschritt erfolgt in der dargestellten Arbeitsphase der Antrieb der Abzugsrollen 42, 43 beidseits des Formatrohrs 9 abhängig vom Arbeitsweg des Kolbens 3 im Dosierzylinder 2. Nach Abschluß der Füllung greift die Zusatzvorschubeinrichtung 30, 32, 34 (Fig. 1) in den Antrieb des Folienabzugs ein und schafft gemäß Fig. 2c über den Freihub eine Zone 49 der Minderbefüllung zwischen zwei Schlauchbeutel-Volumina, in die anschließend (Fig. 2d) die Rafferbleche 44 eintauchen und beim Raffen des Folienschlauchs 10 das Füllgut 46 verdrängen. Fig. 2e zeigt den Abschluß dieses Vorgangs, der vom Verschlußvorgang entsprechend Fig. 2a gefolgt wird. Damit ist ein Befüll- und Verschlußzyklus beendet.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Herstellen und Befüllen von Schlauchbeutelpackungen mit Füllgut, bestehend aus einer Zuführeinrichtung (2, 3, 6) für das Füllgut, deren Auslaß mit einem Füllrohr (8) verbunden ist, einem das Ende des Füllrohrs (8) umschließenden Formatrohr (9) zur Aufnahme eines Folienschlauchs (10), und mit einer Transporteinrichtung (24 bis 29; 42, 43) zum Transport des Folienschlauchs (10) über das Formatrohr (9), gekennzeichnet durch ein Getriebe (13 bis 23) zur Ableitung der Transportbewegung des Folienschlauchs (10) von der Längsbewegung eines Antriebskolbens (5), welcher mit dem Dosierkolben (3) einer Dosiereinrichtung (1) fest verbunden ist und wobei das Übersetzungsverhältnis des Getriebes (13 bis 23) umgekehrt proportional zu dem Quotienten aus der Fläche des Dosierkolbens (3) und der Querschnittsfläche der fertigen Schlauchbeutelpackung ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe eine mit der Kolbenstange (4) des Antriebskolbens (5) verbundene Zahnstange (14), ein mit der Zahnstange (14) kämmendes Zahnrad (15), das mit einem gleichachsig laufenden Kettenrad (16) über ein Drehrichtungsgesperre (Freilauf) verbunden ist, und eine das Kettenrad (16) auf einem Teil seines Umfangs umschlingende und auf zusätzlichen Rollen (18 bis 23, 31) geführte endlose Antriebskette (17) zum Antrieb der Transporteinrichtung (24 bis 29) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch wenigstens einen mit der Antriebskette (17) in Wirkverbindung stehenden Zusatzantrieb (30, 32, 34), dessen Bewegungsrichtung der Bewegungsrichtung der Antriebskette (17) gleichsinnig überlagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Zusatzantrieb (30, 32, 34) ein durch Druckmittel betätigtes, ein Drehrichtungsgesperre (Freilauf) enthaltendes und von der Antriebskette (17) auf einem Teil seines Umfangs umschlungenes Kettenrad (30) aufweist.