DE60006480T2

DE60006480T2 - Mehrstufige Einheit zum Bearbeiten einer Verpackungsmaterialbahn in einer Verpackungsmachine für Nahrungsmittel

Info

Publication number: DE60006480T2
Application number: DE60006480T
Authority: DE
Inventors: Per Gustafsson
Original assignee: TETRA LAVAL HOLDINGS and FINANCE PULLY SA; Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: TETRA LAVAL HOLDINGS and FINANCE PULLY SA; Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: DK1110867T3; SE9904728D0; CN1306934A; BR0005948B1; SE9904728L; JP2001199601A; DE60006480D1; HK1039100B; CN1174897C; MXPA00010868A; EP1110867B1; PT1110867E; SE521876C2; EP1110867A1; ES2209755T3; ATE254065T1; US6386851B1; HK1039100A1; JP4838416B2; BR0005948A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige Einheit zum Bearbeiten einer Verpackungsmaterialbahn in einer Verpackungsmaschine für Nahrungsmittel.
Viele fließfähige Nahrungsmittel wie Fruchtsaft, pasteurisierte Milch oder H-Milch (mit ultrahoher Temperatur behandelte Milch), Wein, Tomatensoße usw. werden in Packungen aus sterilisiertem Verpackungsmaterial verkauft.
Ein typisches Beispiel für eine solche Packung ist der parallelepipede Verpackungsbehälter für flüssige oder fließfähige Nahrungsmittel, der unter dem Namen Tetra Brik Aseptic (eingetragene Marke) bekannt ist, der durch Falten und Versiegeln einer laminierten Verpackungsmaterialbahn hergestellt wird. Das laminierte Verpackungsmaterial besteht aus Schichten von fasrigem Material, z.B. Papier, die auf beiden Seiten mit Thermoplastmaterial beschichtet sind, z.B. Polyethylen. Bei aseptischen Packungen weist die Seite des Verpackungsmaterials, die in Kontakt mit dem Nahrungsmittel in der Packung ist, auch eine Schicht aus einem Sperrmaterial, z.B. eine Alu miniumschicht, auf, die ihrerseits mit einer Schicht aus Ther moplastmaterial beschichtet ist,
Wie bekannt ist, werden solche Packungen in vollautomatischen Verpackungsmaschinen hergestellt, in denen ein kontinuierlicher Schlauch aus der Verpackungsmaterialbahn hergestellt wird.
Insbesondere wird die Verpackungsmaterialbahn sterilisiert und dann einer Formeinheit zugestellt, wo sie der Länge nach gefaltet und versiegelt wird, um einen Schlauch herzustellen. Der Schlauch wird dann mit dem sterilisierten oder sterlisationsbehandelten Nahrungsmittel gefüllt und wird von einem Backenpaar versiegelt und dann an gleichmäßig beabstandeten, querverlaufenden Bändern geschnitten, um kissenförmige Packungen herzustellen, die dann mechanisch gefaltet werden, um die fertigen, beispielsweise parallelepipeden Packungen herzustellen.
Vor der Formeinheit kann das Bahnenmaterial durch eine mehrstufige Bearbeitungseinheit transportiert werden, in der aufeinanderfolgende Zusatzarbeitsschritte ausgeführt werden, wie z.B. in WO 98/18608 offenbart, die dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht. Wenn z.B. Packungen hergestellt werden sollen, die mit Öffnungsvorrichtungen wie Schraubkappen, Scharnierkappen oder Ziehlaschen versehen sind, können die erwähnten Zusatzarbeitsschritte einen Stanzvorgang zum Bereitstellen von Öffnungen an ausgewählten Positionen der Bahn und das Anbringen von Öffnungsvorrichtungen auf den Öffnungen einschließen. Öffnungsvorrichtungen können durch Spritzgießen der Öffnungsvorrichtungen direkt auf die Öffnungen angebracht werden, wie z.B. in WO 98/18609 beschrieben; alternativ können die Öffnungsvorrichtungen auf die Verpackungsmaterialbahn ge klebt oder durch Thermoschweißen angebracht werden.
Bei den bekannten Maschinen wird das Bahnenmaterial schrittweise durch die mehrstufige Bearbeitungseinheit vorgeschoben durch ein Indexierungssystem, das Vorschubwalzen einschließt, die von einem Servomotor angetrieben werden, der in Reaktion auf ein Positionssignal gesteuert wird, das von optischen Sensor ausgegeben wird, der einen Positionsindex auf der Bahn ermittelt, normalerweise ein gedrucktes Muster wie einen Strichcode, der entlang der Bahn in einem vorbestimmten Abstand wiederholt wird.
Insbesondere bei mehrstufigen Bearbeitungseinheiten, die eine Stanzstation und eine Spritzgießstation zum direkten Spritzgießen von Öffnungsvorrichtungen einschließen, ist äußerste Positionsgenauigkeit des Bahnenmaterials in der Spritzgießstation erforderlich, um eine korrekte Positionierung des Bahnabschnitts, der die gestanzte Öffnung im Spritzgießhohlraum zum Spritzgießen der Öffnungsvorrichtung umgibt, sicher zu stellen, und dadurch einen genauen Fluss des eingespritzten Thermoplastmaterial in den Spritzgusshohlraum, um die Kante der Öffnungen an beiden Seiten der Bahn gut zu versiegeln.
Es besteht deshalb auf diesem Gebiet Bedarf an einer weiteren Verbesserung der Indexierungsgenauigkeit.
US-A-4782987 offenbart eine Einheit zum Vorschieben einer vorgestanzten Verpackungsmaterialbahn zu einer Bearbeitungsvorrichtung, in der vorgestanzte Bahnenöffnungen ermittelt werden, um das schrittweise Vorschieben der Bahn zur Bearbeitungseinheit zu steuern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Indexieren einer Verpackungsmaterialbahn in einer mehrstufigen Bearbeitungseinheit einer Verpackungsmaschine bereit zu stel-len, das eine hervorragende Positionierungsgenauigkeit in jeder Stufe der Einheit sicherstellt.
Dieses Ziel wird durch eine mehrstufige Einheit zum Bearbeiten einer Verpackungsmaterialbahn in einer Nahrungsmittelverpackungsmaschine wie in Anspruch 1 beansprucht erreicht.
Im Nachfolgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit Hilfe eines nicht einschränkenden Beispiels und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen schematischen Seitenaufriss einer mehrstufigen Bearbeitungseinheit, die mit einem erfindungsgemäßen Indexierungssystem versehen ist; und
2 eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Details aus 1.
Die Bezugsnummer 1 bezeichnet insgesamt eine mehrstufige Bearbeitungseinheit, die Teil einer Verpackungsmaschine (nicht dargestellt) ist, in der aus einer Verpackungsmaterialbahn 2 ein kontinuierlicher Schlauch hergestellt wird. Die Bahn 2 wird durch die Einheit 1 entlang einem Weg P geführt und ist mit einem sich wiederholenden gedruckten Muster oder Design versehen, das praktischerweise einen Strichcode C (2) beinhaltet.
Die Einheit 1 beinhaltet eine Stanzstation 3, die in der Praxis eine Mehrzahl von Stanzwerkzeugen 3a, 3b, 3c aufweist, die von einander entlang einem ersten vertikalen Abschnitt P1 von Weg P beabstandet sind. In der Stanzstation 3 wird die Verpackungsmaterialbahn 2 gestanzt, um gleich beabstandete Öffnungen oder Löcher 4 (2) herzustellen, z.B. kreisförmige Öffnungen, in einem Abstand, der der Länge des Verpackungsmaterials, die verwendet wird, um eine Packung herzustellen, entspricht.
Einheit 1 beinhaltet weiterhin eine Spritzgießstation 5, die ihrerseits eine Anzahl von Spritzgießwerkzeugen 5a, 5b, 5c aufweist, die der Anzahl der Stanzwerkzeuge 3a, 3b, 3c entspricht; in der Spritzgießstation 5, die sich hinter der Stanzstation 3 entlang einem horizontalen Abschnitt P2 von Weg P befindet, werden Öffnungsvorrichtungen 6 aus Kunststoffmaterial an den Öffnungen 4 auf die Bahn 2 spritzgegossen. Eine Mehrzahl, z.B. 3, Spritzgießwerkzeuge 5a, 5b, 5c werden "parallel" verwendet, um es der Bahn 2 zu ermöglichen, an der Spritzgießstation 5 für einen ausreichend langen Zeitraum zu stoppen, um das Spritzgießen auszuführen und die Aushärtung des Kunststoffmaterials zu erreichen und trotzdem eine hohe Produktionsrate zu erhalten.
Die Referenznummer 7 bezeichnet insgesamt ein Indexierungssystem zum schrittweisen Vorschieben der Bahn 2 entlang der Einheit 1.
Das Indexierungssystem 7 beinhaltet ein Paar Vorschubwalzen 8, 9, die mit gegenüberliegenden Seiten der Bahn 2 zusammenwirken und von einem ersten Servomotor 10 angetrieben werden. Insbesondere treibt Servomotor 10 die Walze 8 mit Hilfe einer ersten synchronen Übertragungsvorrichtung 11, z.B. einer Zahnriemenübertragung, an; Walze 9 ist beispielsweise durch Gezähne mit der Walze 8 beweglich verbunden. Die Vorschubwalzen 8, 9 befinden sich entlang der Bahn P vor den Stanzstationen 3.
Der Servomotor 10 wird, um die Bahn zu indexieren, von einer Steuereinheit 14 gesteuert, die ein erstes Eingangssignal S1 von einer optischen Leseeinheit 15 erhält, die sich der Nähe der ersten Stanzstation 3 befindet.
Das Indexierungssystem 7 beinhaltet auch ein Paar Ausstoßwalzen 16, 17, die sich entlang der Bahn P hinter den Stationen 3 befinden. Die Ausstoßwalzen 16, 17 wirken mit gegenüberliegenden Seiten der Bahn 2 zusammen und werden von einem zweiten Servomotor 18 angetrieben; der Servomotor 18 treibt die Walze 16 mit Hilfe einer zweiten synchronen Übertragungsvorrichtung 19, z.B. einer Zahnriemenübertragung an; Walze 17 ist beispielsweise durch Gezähne mit Walze 16 beweglich verbunden. Der Servomotor 18 wird von der Steuereinheit 14 gesteuert, die ein zweites Eingangssignal S2 von einem optischen Sensor 20 erhält, der sich in der Nähe der Spritzgießstation 5 befindet, d.h. unmittelbar vor dem ersten Spritzgießwerkzeug 5a; der Sensor 20 ermittelt die Position der in der Stanzstation 3 hergestellten Öffnungen 4, und der Servomotor 18 wird von der Steuereinheit 14 gemäß der Ablesung von Sensor 20 gestoppt, um die Öffnungen 4 in den entsprechenden Spritzgießhohlräumen der Spritzgießstationen 5 präzise zu positionieren.
Deshalb wird die Bahn 2 gemäß der vorliegenden Erfindung unabhängig indexiert sowohl an einer ersten Station, wie der Stanzstation 3, in Reaktion auf die Position eines ersten Indexierungscodes auf der Bahn, d.h. des vorgedruckten Strichcodes C, als auch an einer zweiten Station, wie der Spritzgießstation 5, in Reaktion auf die Position eines zweiten In dexierungscodes, z.B. der Öffnungen 4, die auf der Bahn 2 an der ersten Station 3 hergestellt wurden.
Als Ergebnis des unabhängigen Indexierens von Bahn 2 an den Vorschubwalzen 8, 9 und den Ausstoßwalzen 16, 17 können Differenzen zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Bahn 2 existieren; diese Differenzen werden von einer Spannungsvorrichtung 21, die sich zwischen der Stanzstation 3 und der Spritzgießstation 5 entlang Weg P befindet und in 2 schematisch dargestellt wird, aufgenommen.
Die Spannungsvorrichtung 21 beinhaltet einen festen Stützrahmen 22 und eine Zugwalze 23, die von der Bahn 2 in einem Auflaufwinkel von 180° kontaktiert wird, um eine Umkehrung der Vorschubrichtung in Richtung zu einer Spannrolle 24 (1) zu erreichen, von der ab Abschnitt P2 von Weg 2 beginnt.
Die Zugwalze 22 ist drehbar um eine Achse A gelagert, die senkrecht zu den Abschnitten P1 und P2 von Weg P ist, und von einem Schaft (nicht dargestellt) definiert wird, der steif mit entsprechenden Endgleitstücken 25 verbunden ist, die entlang entsprechender Seitenführungsstangen 26, die am Rahmen 22, befestigt sind, gleiten können. Entsprechende Federn 27, die mit den Führungsstangen 26 koaxial sind, drücken die Gleitelemente 25 in die Vorschubrichtung, um eine vorbestimmte, im Wesentlichen konstante Spannung von Bahn 2 herzustellen.
Differenzen beim Bahnvorschub an den Vorschubwalzen 8, 9 und den Ausstoßwalzen 16, 17 durch die unabhängige Indexierung der Bahn 2 werden von der "schwimmenden" Bewegung der Zugrolle 23 der Spannungsvorrichtung 21 entlang der Führungsstangen 26 aufgenommen.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich.
Eine unabhängige Indexierung an einer ersten und an einer zweiten Bearbeitungsstation einer mehrstufigen Bearbeitungseinheit, wobei das Indexieren an der zweiten Station gemäß dem Ergebnis des ersten Bearbeitungsschritts ausgeführt wird, ermöglicht es insbesondere, dass die Bahnposition an jeder Station sehr genau gesteuert werden kann, und die beiden Bearbeitungsschritte können mit einer hohen relativen Positionsgenauigkeit ausgeführt werden; dies ist insbesondere wichtig, wenn der in der zweiten Station ausgeführte Arbeitsschritt ein Direktspritzgießen von Öffnungsvorrichtungen auf Bahnöffnungen ist, da eine präzise Positionierung der Bahnöffnungen in den Formhohlräumen und damit eine optimale Versiegelung und aseptische Qualität erreicht werden kann.
Es können natürlich Änderungen an der hier beschriebenen Einheit 1 vorgenommen werden, ohne dass diese vom Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, abweichen.
Insbesondere können die in jeder Station ausgeführten Bearbeitungsschritte andere sein; insbesondere kann der zweite Arbeitsschritt im Anbringen einer Ziehlasche bestehen. Weiterhin kann die Spannungsvorrichtung 21 eine andere Struktur haben, z.B. kann die Zugwalze 23 statt von den Gleitelementen 25 von Schwenkarmen mit gefederten Scharnieren gestützt werden.

Claims

Mehrstufige Einheit (1) zum Bearbeiten einer Verpackungsmaterialbahn (2) in einer Maschine zum Verpacken von Nahrungsmitteln, wobei die Einheit (1) wenigstens eine erste Bearbeitungsstation (3), an der ein erster Bearbeitungsschritt an der Verpackungsmaterialbahn (2) ausgeführt wird, und eine zweite Bearbeitungsstation (5), an der ein zweiter Bearbeitungsschritt an der Verpackungsmaterialbahn (2) ausgeführt wird, einschließt, und ein System (7) zum Indexieren der Verpackungsmaterialbahn (2), aufweisend Bahnvorschubmittel (8, 9, 10; 16, 17, 18) zum schrittweisen Vorschieben der Verpackungsmaterialbahn (2) durch die mehrstufige Bearbeitungseinheit (1), Sensormittel (15, 20) zum Lesen von Indexcodemitteln (C, 4) auf der Verpackungsmaterialbahn (2) und eine Steuereinheit (14) zum Steuern der Bahnvorschubmittel (8, 9, 10; 16, 17, 18) in Reaktion auf Eingangssignale (S1, S2), die von den Sensormittel (15, 20) erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnvorschubmittel (8, 9, 10; 16, 17, 18) eine erste Vorschubvorrichtung (8, 9, 10) zum schrittweisen Vorschieben der Verpackungsmaterialbahn (2) durch die erste Bearbeitungsstation (3) und eine zweite Vorschubvorrichtung (16, 17, 18) zum schrittweisen Vorschieben der Verpackungsmaterialbahn durch die zweite Bearbeitungsstation (5) aufweisen, wobei die Sensormittel (15, 20) einen ersten Sensor (15) aufweisen, der einen ersten Indexcode (G) auf der Verpackungsmaterialbahn ermittelt und ein erstes Eingangssignal (S1) erzeugt, wobei der erste Sensor (15) in der Nähe der ersten Bearbeitungsstation (3) angeordnet ist, und einen zweiten Sensor (20), der einen zweiten Indexcode (4), der auf der Verpackungsmaterialbahn (2) an der ersten Bearbeitungsstation (3) hergestellt wurde, ermittelt und ein zweites Eingangssignal (S2) generiert, wobei der zweite Sensor (20) in der Nähe der zweiten Bearbeitungsstation (5) angeordnet ist, wobei die erste Vorschubvorrichtung (8, 9, 10) und die zweite Vorschubvorrichtung (16, 17, 18) von der Steuereinheit (14) unabhängig gesteuert werden, jeweils in Reaktion auf das erste Eingangssignal (S1) und das zweite Eingangssignal (S2); wobei die Einheit (1) eine Bahnspannvorrichtung (21) aufweist, die sich zwischen der ersten Vorschubvorrichtung (8, 9, 10) und der zweiten Vorschubvorrichtung (16, 17, 18) befindet und zwischen der ersten Bearbeitungsstation (3) und der zweiten Bearbeitungsstation (5), wobei die Bahrspannvorrichtung (21) eine Zugwalze (23) beinhaltet, die mit der Verpackungsmaterialbahn (2) zusammenwirkt, und elastische Stützmittel (25, 26) für die Zugwalze (23), die die Spannung der Verpackungsmaterialbahn (2) ausgleichen, was es der Zugwalze ermöglicht (23), sich in Reaktion auf die unterschiedlichen Vorschübe der ersten Vorschubvorrichtung (8, 9, 10) und der zweiten Vorschubvorrichtung (16, 17, 18) zu bewegen.
Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der erste Indexcode ein vorgedruckter Code (C) ist, der entlang der Verpackungsmaterialbahn (2) wiederholt wird.
Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgedruckte Code ein Strichcode ist.
Einheit nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bearbeitungsstation (3) eine Stanzstation (3) zum Herstellen von Öffnungen (4) auf der Verpackungsmaterialbahn (2) ist.
Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Indexcode von den Öffnungen (4) definiert wird.
Einheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bearbeitungsstation eine Spritzgießstation ist zum Spritzgießen von Öffnungsvorrichtungen (6) auf die Öffnungen 4.