DE60027139T2

DE60027139T2 - Siegelbacke und leitschiene in einer siegelvorrichtung

Info

Publication number: DE60027139T2
Application number: DE60027139T
Authority: DE
Inventors: Martin Martell; Roland Palmqvist; Ebi Shokri; Maurizio Mazzetto
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2020-01-27
Also published as: BR0007903A; CN1346323A; HUP0105398A3; ID30035A; WO2000044625A1; AU2837100A; SE9900347D0; KR20010101898A; SE520532C2; SE9900347L; UA73494C2; RU2243136C2; ATE322427T1; US6725634B1; KR100855432B1; EP1156966B1; HUP0105398A2; JP2002535211A; ES2259999T3; EP1156966A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gegenschiene und einen Preßstempel zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Heißsiegeln eines laminierten Verpackungsmaterials zum Verpacken eines flüssigen oder schüttfähigen Produkts.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Heißsiegeln und eine Versiegelungs-/Schneidvorrichtung mit Gegenbacke und Preßstempel, sowie eine Verpackungsmaschine, die eine solche Versiegelungsvorrichtung mit Gegenschiene und Preßstempel gemäß der Erfindung umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Heutige Verfahren zum Verpacken von Nahrungsmitteln (mit dem Begriff „Nahrungsmittel" sind alle Arten fester und flüssiger Nahrungsmittel gemeint, wie beispielsweise Säfte, Milch und andere Getränke sowie Pasten, Suppen, Gelees und Käse) gehören oft zum Typ „Formen-Füllen-Versiegeln" und können ausgeführt werden, indem ein kontinuierlich fortbewegtes bahnförmiges Verpackungsmaterial aus biegsamem Laminat in einen kontinuierlich sich fortbewegenden Schlauch geformt wird, wobei der Schlauch kontinuierlich mit dem gewünschten, zu verpackenden Nahrungsmittelprodukt befüllt und versiegelt wird und schließlich versiegelte Verpackungen vom Schlauch abgeschnitten werden. Ein Beispiel für ein solches Formen eines Schlauches aus einer kontinuierlichen Bahn aus Verpackungsmaterial und die weitere Bildung eines Verpackungsbehälters ist in 1a schematisch dargestellt.
Die Verpackungsverfahren sind oft kontinuierliche Hochgeschwindigkeitsverfahren, wobei das Verpackungsmaterial in Form einer Bahn kontinuierlich durch eine Maschine zugeführt und dann sterilisiert wird, indem es beispielsweise ein schnell wirkendes flüssiges oder Gasphasen-Sterilisierungsmedium durchläuft, zur erforderlichen Schlauchform geformt und gesiegelt wird, um mit dem zu verpackenden Nahrungsmittel befüllt und abschließend quergesiegelt zu werden.
Das kontinuierliche, bahnförmige Verpackungsmaterial wird mit einer Maschine zur Herstellung von Verpackungsmaterial hergestellt und auf eine Rolle gegeben. Das Verpackungsmaterial hat oft eine laminierte Struktur mit einer Kernschicht aus Papier oder Karton, einer äußeren Heißsiegelungsschicht aus thermoplastischem Polymer (wie beispielsweise Polyethylen) auf jeder Seite der Kernschicht und, falls erforderlich, eine zwischen der Papierkernschicht und dem Film eingefügte Aluminiumfolien-Gassperrschicht. Alternativ kann anstelle der Aluminiumfolie eine Gassperrschicht aus Kunststoff oder anorganischem Material, wie beispielsweise Polyamid, Polyethylenvinylalkohol (EVOH) oder Siliziumoxid, verwendet werden.
Die Rolle mit dem Verpackungsmaterial ist in der Verpackungsmaschine angeordnet, wo sie abgerollt und innerhalb der Verpackungsmaschine geführt wird, wobei an verschiedenen Positionen in der Maschine angeordnete Antriebsmechanismen verwendet werden. Die Verpackungsmaterialbahn wird zu einem Schlauch geformt und in der Verpackungsmaschine längs gesiegelt. Während der Schlauch innerhalb der Verpackungsmaschine nach unten befördert wird, wird das flüssige oder schüttfähige Nahrungsmittel von oben zugeführt, um das Innere des schlauchförmigen Verpackungsmaterials zu füllen. Anschließend wird der Schlauch aus Verpackungsmaterial von beiden Seiten seitlich abgedrückt und in vorgegebenen Abständen in Längsrichtung versiegelt, um verbundene, befüllte und versiegelte Verpackungsbehälter zu bilden. Anschließend werden die versiegelten Verpackungsbehälter von dem Schlauch mittels Schnitten zwischen die quer verlaufenden versiegelten Abschnitte abgetrennt. Die so getrennten Verpackungsbehälter werden in eine vorgegebene gewünschte Form gebracht, zum Beispiel durch Falten und Biegen entlang zuvor in dem Verpackungsmaterial gebildeter Faltlinien, und werden, falls erforderlich, abschließend versiegelt, um diese Form beizubehalten.
Das Versiegeln des schlauchförmigen Verpackungsmaterials in Längs- oder Querrichtung erfolgt dadurch, dass die äußeren Flächen des Verpackungsmaterials, die aus heißgesiegeltem Thermoplast bestehen, aneinander gesiegelt werden. Dies kann durch eine bekannte Heißsiegeltechnik geschehen, wie beispielsweise Induktionsheißsiegelung, Hochfrequenz- (RF) oder Mikrowellenheißsiegelung, Konvektionsheißsiegelung oder Ultraschallvibrationssiegelung. Eine heute sehr gängige Heißsiegeltechnik für quer verlaufende Heißsiegelungen bei sterilen Verpackungen ist die Induktionsheißsiegelung, wobei die Aluminiumfolie in dem Verpackungslaminat mit einem Induktor zusammenwirkt, um Wärme zu erzeugen. Die thermoplastischen Flächen sind mittels Wärmefusion durch gleichzeitiges Aufbringen von Erregerstrom und Druck aneinander gebunden.
Alternativ kann es sich um Verpackungsverfahren handeln, bei denen Verpackungen aus vorgeschnittenen Verpackungsmaterialzuschnitten gebildet werden. Ein Beispiel für das Prinzip eines solchen Verpackungsverfahrens ist in 1b dargestellt.
Vorgeschnittene Zuschnitte aus Verpackungsmaterial können einer Verpackungsmaschine zugeführt, gefaltet und längs gesiegelt werden, am Boden gefalzt und versiegelt, um offene Packungshüllen bereitzustellen. Diese Hüllen werden befüllt und anschließend oben versiegelt, so dass gefüllte Packungen (11'') bereitgestellt werden.
Herkömmliche Verpackungsmaschinen verwenden folglich eine Heißsiegelvorrichtung, um das Verpackungsmaterial zu siegeln. Die Siegelungsvorrichtung ist normalerweise mit so genannten Gegenbacken und Heißsiegelungsbacken versehen, die entgegengesetzt zueinander angeordnet sind und arbeiten.
Ein Beispiel für eine solche Heißsiegelvorrichtung ist in 4 schematisch dargestellt, während ein Querschnitt durch eine typische Gegenbacke und eine Heißsiegelungsbacke in 5 schematisch dargestellt ist.
Herkömmlicherweise ist zum Querheißsiegeln jede Gegenbacke mit einem Paar Gegenschienen ausgestattet, während jede Heißsiegelungsbacke mit einem Siegelungsblock ausgestattet ist. Jede Gegenschiene und der gegenüberliegende zugewandte Siegelungsblock sind dazu in der Lage, eine quer verlaufende Heißsiegelung über das Verpackungsmaterial zu erzielen. Ein Schneider kann in dem zwischen den beiden Gegenschienen angeordneten Hohlraum angeordnet sein. Jede Schneidschiene ist mit einem Gegenelement, einem so genannten „Preßstempel" oder „Presskissen", ausgestattet, das sich entlang der Gegenschiene erstreckt, während der Siegelungsblock beim Induktionssiegeln mit einer Induktionsspule ausgestattet ist, die gegenüber dem Preßstempel angeordnet ist. Am häufigsten werden beim Verpacken in kontinuierliches schlauchförmiges Verpackungsmaterial Versiegelungs- und Schneidvorgänge im selben Teil des Verpackungsvorgangs ausgeführt; in solchen Fällen wird die Gegenschiene als „Schneidschiene" bezeichnet. Es ist jedoch durchaus möglich, die Versiegelungs- und die Schneidvorgänge voneinander zu trennen, z. B. indem der befüllte und versiegelte Schlauch anschließend in einer separaten Schneideinheit abgeschnitten wird.
Die 2 und 3 zeigen schematisch eine Seitenansicht einer herkömmlichen Gegenschiene und eines Siegelungsblocks zur Induktionssiegelung, die auf gegenüberliegenden Seiten des heißzusiegelnden Verpackungsmaterials angeordnet sind, bevor und nachdem die Versiegelung ausgeführt wurde.
Zum Quer-Induktionssiegeln von beispielsweise schlauchförmigem Verpackungsmaterial 11, können, wie in den 2 und 3 gezeigt, die Verpackungsmaterialwände 12, 13 eines Schlauchs oder einer Hülle in einer Versiegelungszone S einander zugewandt sein. Jede der Verpackungsmaterialwände 12, 13 besteht normalerweise aus einer Laminatstruktur aus einer Papierbasisschicht 14, und einer Filmschicht 16 aus beispielsweise Polyethylen, die sich auf der Innenseite der Aluminiumfolienschicht 15 befindet. Obgleich nicht speziell dargestellt, ist die Außenseite der Papierbasisschicht 14 auch mit einer Schicht aus Kunststoffmaterial wie Polyethylen überzogen. Die Polyethylenabschnitte 16 der beiden Verpackungsmaterialien 12, 13 sind mittels Wärmeverschmelzung aneinander gebunden.
Bei einem anderen Heißsiegelungsverfahren wie dem Hochfrequenz (RF)-Siegeln oder dem Wärmekonvektionssiegeln wird zur Erzeugung von Wärme eine Aluminiumfolienschicht nicht benötigt.
Die Gegenschiene 21 besteht normalerweise aus Stahl und erfüllt die Anforderungen an Ebenheit und Parallelität. Abhängig von u.a. den Anforderungen an Siegelungsqualität, Art des Verpackungsmaterials, Größe der Packung und Art des zu verpackenden Produkts können die Form und die mechanischen Eigenschaften des Preßstempels 22 variiert werden, um den Gegebenheiten am besten gerecht zu werden. Bei qualitativ hochwertigen Versiegelungen, wie dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, beispielsweise zur sterilen oder langfristigen Lagerung, der so genannten „verlängerten Haltbarkeit" der Verpackung, muss der Preßstempel einen gewissen Grad an Biegsamkeit und Kompressibilität zur Steuerung des Flusses des erhitzen Thermoplasts von der Schicht 16 in die Versiegelungszone S aufweisen. Bei Verpackungen mit weniger strengen Anforderungen an die Versiegelungsqualität kann der Preßstempel aus einem haltbaren Hartmetallmaterial bestehen, ebenso wie die Gegenschiene.
Die Induktionsspule 23 verläuft entlang des Siegelungsblocks 24 und ist normalerweise mit einem Vorsprung 25 ausgestattet, der sich in Richtung auf die Gegenbacken erstreckt. Ein Kühlmitteldurchlass 26 verläuft durch die Induktionsspule 23, um die Temperatur der Induktionsspule 23, infolge des durch den Kühlmitteldurchlass 26 fließenden Kühlmittels, zu regeln.
In den Anfangsstufen des in 2 gezeigten Versiegelungsvorgangs wird das Verpackungsmaterial 11 zwischen dem Versiegelungsblock 24 und der Gegenschiene 21 mit dem Preßstempel 22 angeordnet, woraufhin die Gegenbacke und die Heißsiegelungsbacke bewegt werden, so dass sie sich einander annähern. Anschließend werden die Gegenbacke und die Heißsiegelungsbacke weiter aufeinander zu bewegt, und der Versiegelungsabschnitt des Verpackungsmaterials 11 wird stark gepresst und mit der Induktionsspule 23 und dem Gegenelement 22 deformiert. Eine Hochfrequenzspannung wird mit einem Leistungsgerät (nicht gezeigt) angelegt, um die Aluminiumfolie 15 dazu zu bringen, Wärme mittels Erregerstrom zu erzeugen. Als Folge werden, wie in 3 gezeigt, die paarigen Polyethylenabschnitte 16 des Verpackungsmaterials, die einander zugewandt sind und zwischen den paarigen Aluminiumfolien 15 eingedrückt sind, erwärmt und die Polyethylenabschnitte 16 in der Versiegelungszone S geschmolzen. Demzufolge wird das schlauchförmige Verpackungsmaterial 11 durch Wärmefusion aneinander gebunden.
Wie in 3 gezeigt, wird das komprimierbare Gegenelement 22 während der Versiegelungsstufe deformiert. Entspannt sich der durch den Versiegelungsblock und die Gegenschiene ausgeübte Druck, nimmt das Gegenelement seine ursprüngliche Gestalt wieder an und ist für den nächsten Versiegelungs- und Kompressionsvorgang bereit. Derartige komprimierbare Gegenelemente bestehen herkömmlicherweise aus Kunststoffmaterial mit passenden mechanischen und chemischen Eigenschaften. Heute wird zu diesem Zweck am häufigsten ein quervernetztes Polyurethan (PUR) verwendet. Die gewünschte Form und Gestaltung des Pressstempels wird üblicherweise aus einem quervernetzten Polyurethanmaterial ausgeschnitten. Der Preßstempel aus quervernetztem PUR ist in der Schneidschiene aus rostfreiem, chemisch beständigem Edelstahl durch Einfügen in eine Nut 27, die sich entlang der Gegenschiene 21 erstreckt, befestigt. Die Ausgestaltung, Härte und Komprimierbarkeit des Preßstempels sind für die Qualität der Versiegelung von großer Bedeutung und können in Abhängigkeit von den verschiedenen oben aufgelisteten Faktoren, d.h. erforderlicher Versiegelungsqualität, Art des Verpackungsmaterials, Packungsgröße und einzufüllendem Produkt, variieren. Verschiedene Formen und Härte-/Komprimierbarkeitseigenschaften des Preßstempels beeinflussen den Fluss des Thermoplasts in der Versiegelungszone S während der Wärmeverschmelzung unterschiedlich. Des Weiteren sind dies wichtige Faktoren, die Einfluss auf die Art und Weise haben, wie das in den Schlauch gefüllte Produkt weg von der Versiegelungszone S abgedrückt wird. Somit haben sich unterschiedliche Formen bei unterschiedliche Kombinationen aus Packungsgrößen und abzufüllender Produkte als optimal erwiesen.
Des Weiteren sollte das im Preßstempel verwendete Kunststoffmaterial beständig gegenüber Chemikalien sein (zum Beispiel alkalischen Reinigungsmitteln, Milchsäure und anderen Substanzen in zahlreichen Füllprodukten und gegenüber Sterilisierungsmitteln, wie beispielsweise Wasserstoffperoxid (H₂O₂)).
Obgleich die bekannte Gegenschiene und der Preßstempel recht adäquat funktionieren, gibt es doch eine Anzahl Nachteile. Der Hauptnachteil dieser bekannten Konstruktion besteht darin, dass der Preßstempel aus einem gegenüber der Schneidschiene und dem Versiegelungsblock recht weichen Material besteht und nach einiger Zeit abgenutzt ist und folglich in regelmäßigen Abständen gegen einen neuen ausgetauscht werden muss. Jedes Mal, wenn der Preßstempel ausgetauscht wird, muss die Verpackungsmaschine komplett angehalten werden. Zuerst muss die Gegenschiene von der Gegenbacke entfernt werden, an die sie während des Betriebs befestigt ist. Dann muss der alte Preßstempel, der in der Nut in der Gegenschiene befestigt ist, entfernt werden. Nachdem der alte Preßstempel entfernt worden ist, muss ein neuer frischer Preßstempel in die enge Nut der Gegenschiene eingeführt werden, und anschließend muss die Gegenschiene an der Gegenbacke befestigt werden und die Maschine wieder angefahren werden. Sowohl die Nut als auch der Preßstempel haben üblicherweise einen asymmetrischen Querschnitt, wobei es wichtig ist, dass der Preßstempel vorsichtig in der Nut befestigt und gesichert wird, und dass er in der richtigen Position eingeführt wird, d.h. in die richtige Richtung ausgerichtet. Die Schritte des Auswechselns des Preßstempels nehmen einige Zeit in Anspruch, da der Preßstempel ziemlich fest in der Nut sitzen soll, und der Preßstempel deshalb einen etwas größeren Querschnitt als die Nut aufweist. Demzufolge muss zum Hinausziehen bzw. Hineindrücken des Preßstempels Kraft aufgewendet werden. Dies geschieht manuell, da es ein ziemlich schwieriger Vorgang ist. Die Zeit, für die die Maschine vollständig angehalten werden muss, kann bis zu 10 Minuten betragen, einschließlich der Auslauf- und Anlaufzeit, während derer die Maschine von/auf normale Betriebsgeschwindigkeit eingestellt wird, wobei, je nach Art der Verpackungsmaschine, während dieser Zeit mindestens 600–1300 Packungen bei normaler Betriebsgeschwindigkeit hätten hergestellt werden können. Unter Zeitdruck kann der Preßstempel leicht in die falsche Richtung in die Nut eingeführt werden, was, falls dies nicht rechtzeitig erkannt wird, dazu führt, dass die Versiegelungsqualität deutlich abnimmt und die Maschine ein zweites Mal vollständig angehalten werden muss, und somit zu deutlichen zusätzlichen Verlusten bei der tatsächlichen Herstellungszeit führt.
Darüberhinaus ist es manchmal verlockend, beim Entfernen des Preßstempels von der Gegenschiene ein spitzes Werkzeug wie beispielsweise einen Schraubenzieher zu benutzen, um den Preßstempel zu fassen zu bekommen und ihn hinaus zu ziehen. Dies kann unter unglücklichen Umständen auch die Gegenschiene beschädigen. Da jedoch eine neue Gegenschiene aus Stahl ziemlich teuer ist, ist dies ganz und gar nicht erwünscht.
Bei der bekannten Konstruktion einer Gegenschiene und eines Preßstempels besteht ein weiterer Nachteil darin, dass die beiden Teile der Baugruppe, d.h. die Gegenschiene und der Preßstempel, aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die deutlich unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Kunststoffe haben normalerweise Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von etwa 100 bis etwa 200·10^5– mK^–1, während die Koeffizienten von Metallen im Bereich von etwa 6 bis etwa 10·10^–5 mK^–1 variieren. Wenn die Heißsiegelung erfolgt und der Preßstempel erwärmt wird, dehnt er sich viel mehr und viel schneller als die Gegenschiene bei gleicher Temperatur aus. Demzufolge benötigt der Preßstempel etwas Raum um sich herum, um sich in der Nut ausdehnen zu können. Er muss sich ebenfalls bewegen können und gegen die Innenseite der Nut gleiten. Folglich ist die Form des Preßstempels aus vielerlei Hinsicht kritisch, nämlich erstens im Hinblick auf die Ausdrück- und Druckeigenschaften in der Versiegelungszone und zweitens im Hinblick auf die Möglichkeit der sicheren Befestigung innerhalb der Nut im kalten Zustand, sowie auf die Wärmeausdehnung des Preßstempels innerhalb der Nut im warmen Zustand. Dies macht die mit einem Preßstempel versehene Nut zu einer sehr komplexen Baugruppe, und zwar sowohl im Hinblick auf die Herstellung als auch den Aufbau.
Es besteht Bedarf an einer Baugruppe aus Gegenschiene und Preßstempel, die für die Nachteile, Probleme und Schwierigkeiten, die mit einer herkömmlichen Gegenschienenbaugruppe verbunden sind, nicht anfällig ist. Es wäre insbesondere wünschenswert, eine Kombination aus Gegenschiene und Preßstempel bereit zu stellen, die genauso gut wie herkömmliche funktioniert, jedoch die weiteren Vorteile des leichten und schnellen Austauschens in der Versiegelungsvorrichtung und Verpackungsmaschine hat, vorzugsweise bei niedrigerem oder zumindest gleichem Kostenniveau.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine mit einem Preßstempel ausgestattete Gegenschiene anzugeben, die die oben genannten Probleme löst oder reduziert.
Demnach ist es Aufgabe der Erfindung, eine mit einem Preßstempel ausgestattete Gegenschiene anzugeben, die eine raschere Durchführung des Auswechselvorgangs des Preßstempels ermöglicht und die die Dauer der Produktionsunterbrechung verkürzt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine mit einem Preßstempel versehene Gegenschiene anzugeben, die den Vorgang des Pressstempelauswechselns vereinfacht und die es leichter macht, dies ohne Fehler durchzuführen.
Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, eine mit einem Preßstempel ausgestattete Gegenschiene anzugeben, die leicht herzustellen ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine mit einem Preßstempel ausgestatte Gegenschiene anzugeben, die das Problem löst, die Gegenschiene und den Preßstempel während des Vorgangs des Pressstempelaustausches zusammenzubauen.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kostengünstige Kombination aus Gegenschiene und Preßstempel anzugeben, die sowohl im Hinblick auf Produktion als auch Wartung, d.h. beim Auswechseln des Preßstempels, gut funktioniert.
Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Heißsiegelvorrichtung mit einer einen erfindungsgemäßen Preßstempel enthaltenen Gegenschiene anzugeben, sowie eine Verpackungsmaschine mit einer solchen Versiegelungsvorrichtung.
Die US-A-3753829 beschreibt eine Haushaltsversiegelungsvorrichtung, die durch direkte Erwärmung eines thermoplastischen Films mittels eines Metalldrahts funktioniert. Ein haltbarer Kunststoffstreifen, der auf dem Kunststoffdeckel der Vorrichtung befestigt ist, dient als Gegenelement zum erwärmten Metalldraht. Die Vorrichtung ist auf das Versiegeln von dünnen Kunststofffilmen für Plastiktüten ausgerichtet.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Gegenschiene und den Preßstempel, wie in Anspruch 1 beschrieben, gelöst. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass die Gegenschiene aus Polyamid-11 (PA-11) oder Polyamid-12 (PA-12) besteht und der Preßstempel aus Polyurethan (PUR) einer Etherart oder aus einem Polyetherblockamid (PEBA) besteht.
Dadurch dass sowohl die Gegenschiene als auch der Preßstempel aus einem Kunststoffmaterial bestehen, wird eine weniger komplexe Konstruktion erreicht, und die zweiteilige Baugruppe kann gleichzeitig so zusammengefasst werden, dass sie nur noch aus einem einzigen Teil besteht. Die Produktivitäts- und Kostenvorteile sind beträchtlich, da die erfindungsgemäße Versiegelungsvorrichtung mit Hochgeschwindigkeit arbeitet und jede Reduzierung der Dauer einer Produktionsunterbrechung zu deutlich höherer Effizienz führt.
Die mit einem erfindungsgemäßen Preßstempel ausgestattete Gegenschiene eignet sich somit zum Gebrauch in einer Versiegelungsvorrichtung zum Querheißsiegeln eines Schlauchs aus laminiertem Verpackungsmaterial, der eine Kernschicht und äußere heißsiegelbare Schichten umfasst und mit einem flüssigen oder schüttfähigen Produkt befüllt ist, wobei eine solche Versiegelungsvorrichtung wenigstens eine Siegelbacke und wenigstens eine Gegenbacke hat, die einander zugewandt und in Vorschub- und Rückzugsrichtung bewegbar sind, um die versiegelte Packung quer zu siegeln, wobei die Gegenbacke in der Heißsiegelvorrichtung enthalten sein kann, indem sie an der Gegenbacke befestigt und der Preßstempel entlang der Gegenschiene angeordnet ist.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden des Weiteren mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 2–3 versehen.
Aus praktischen Gründen, um die Gegenschiene und den Preßstempel nicht zu oft austauschen zu müssen, ist der Kunststoff ein technischer Kunststoff mit hoher Beständigkeit gegenüber Chemikalien bei Temperaturen im Bereich von etwa 10°C bis zu etwa 90°C, noch bevorzugter von etwa 5°C bis zu etwa 100°C und am bevorzugsten von etwa 0°C bis zu etwa 110°C.
Die Kunststoffe, die in dem Gegenschienenteil von Gegenschiene und Preßstempel gemäß der Erfindung verwendet werden, sind beständig gegenüber alkalischen und säurehaltigen Flüssigkeiten und Lösungen mit einem pH-Wert im Bereich von etwa 2 bis etwa 12, wie zum Beispiels Reinigungs- und Sterilisierungsmittel, die normalerweise zum Reinigen von Nahrungsmittelverpackungsmaschinen verwendet werden. Vorteilhafterweise ist der verwendete Kunststoff auch beständig gegenüber Hydrolyse, wenn er heißem Wasser und wässrigen Lösungen ausgesetzt ist. Außerdem enthalten Reinigungsmittel oft aliphatische oder aromatische Lösungsmittel, was einigen Kunststoffmaterialien schadet. Der verwendete Kunststoff ist auch vorteilhafterweise beständig gegenüber Öl und Fett in Schmierstoffen, die bei der Wartung der Maschinen verwendet werden können. Mit „beständig" ist gemeint, dass bei Benutzung die gewünschten mechanischen Eigenschaften für einen ausreichenden Zeitraum beibehalten werden.
Gemäß der Erfindung werden unter den technischen Kunststoffen Polyamide ausgewählt.
Gemäß der Erfindung besteht die Gegenschiene aus einem Polyamid, ausgewählt aus Polyamid-11 (PA-11) oder Polyamid-12 (PA-12). Die in der Gegenschiene verwendeten Kunststoffe sind beständig gegenüber heißem Wasser, säurehaltigen und alkalischen Lösungen sowie gegenüber Alkohol, aromatischen und aliphatischen Lösungsmitteln und Ölen. Des Weiteren absorbieren sie nur einen geringen Anteil an Wasser, im Allgemeinen weniger als etwa 1,0%, vorzugsweise weniger als 0,5%. Darüberhinaus eignen sie sich zur und haben die richtigen Fließeigenschaften und mechanischen Eigenschaften für die Herstellung von Formteilen, wie eine Gegenschiene, beispielsweise durch Spritzgießen. Bei der Auswahl des Kunststoffes für die Gegenschiene ist es auch wichtig, dass er eine hohe Maßbeständigkeit hat und dass Maßtoleranzen eingehalten werden können. Die Gegenschiene sollte vorzugsweise eine Ebenheit von weniger als 0,3 mm, bevorzugter von weniger als 0,2 mm und eine Parallelität von weniger als 0,1 mm aufweisen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Kunststoffmaterial in der Gegenschiene mit bis zu 50 Gew.-%, bevorzugter bis zu 40 Gew.-% eines Verstärkungszusatzes, beispielsweise Glasfasern, Glasskugeln und Eisenpulver, vermengt werden, um die Abmessungen in den erforderlichen Toleranzgrenzen zu halten. Dies kann sowohl vom Standpunkt der Maßbeständigkeit als auch vom Standpunkt der mechanischen Eigenschaften von Vorteil sein. Ist jedoch die Menge an Verstärkungszusätzen zu hoch, kann die Schlagfestigkeit des Kunststoffmaterials nachteilig beeinflusst werden.
Der Preßstempel gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus thermoplastischem Polymer (TPE) mit einer Kompressibilität von wenigstens 20 % bei einer Shore A-Härte von etwa 70, sowie einer hohen Beständigkeit gegenüber Chemikalien und gegenüber Temperaturen von etwa 10°C bis etwa 90°C, vorzugsweise von etwa 0°C bis etwa 110°C. Insbesondere besteht der Preßstempel aus thermoplastischem Elastomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen (PUR) und Polyetherblockamiden (Blockcopoylmeren) (PEBA). Die Polyurethane bestehen aus einer Polyetherart. PUR und PEBA wurden ausgewählt, weil sie härter sind und eine höhere Abriebfestigkeit und eine angemessenere Kompressibilität bzw. Verdichtbarkeit im Hinblick auf einen pressbaren Preßstempel haben.
Die Kompressibilität eines elastomeren Materials hängt im Allgemeinen von dessen Härte ab, und ein PUR thermoplastisches elastomeres Material hat im Allgemeinen eine Kompressibilität in der Größenordnung von etwa 24% beispielsweise bei einer Shore A-Härte von 70, während ein PEBA eine Kompressibilität in der Größenordnung von etwa 36% bei gleicher Härte hat.
Die Gegenschiene besteht aus Polyamid-11 (PA-11) oder aus Polyamid-12 (PA-12) und der Preßstempel aus. einem Polyurethan (PUR) einer Etherart oder aus einem Polyetherblockamidcopolymer, weil diese Kunststoffkombinationen, zusätzlich zu guten mechanischen Eigenschaften und chemischer Beständigkeit sowie Temperaturbeständigkeit, auch zu einer guten Bindung und Haftung zwischen den Kontaktflächen der Kunststoffe an der Schnittstelle zwischen der Gegenschiene und dem Preßstempel beitragen.
Diese speziellen Kunststoffe werden verwendet, weil sie eine unmittelbare Bindung zulassen, wenn die beiden Materialien zwecks Verschmelzung nacheinander doppelspritzgegossen werden. Die Reibung aus der hohen Geschwindigkeit der eingespritzten Kunststoffe erzeugt Wärme an der Schnittstelle zwischen den Flächen der Gegenschiene und des Preßstempels, die aneinander befestigt werden müssen, was zur Schmelzverbindung zwischen den Flächen führt.
Vorzugsweise werden die Gegenschiene und der Preßstempel mittels eines Zweispritzgussvorgangs hergestellt. Mittels eines so genannten Zweispritzgusses oder Doppelspritzgusses können der Preßstempel und die Gegenschiene in einem Arbeitsgang hergestellt werden, so dass das ganze Stück aus Kunststoffmaterial besteht.
Ein weiterer Vorteil, der sich dadurch ergibt, dass die Gegenschiene und der Preßstempel beide aus Kunststoffmaterial bestehen, ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient so angepasst werden kann, dass er fast gleich ist, und die Schwierigkeiten bei der Kombination von Metall- und Kunststoffmaterialien vermieden werden können. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Metallen und Kunststoff sind sehr unterschiedlich, d.h. sie reichen von 100 bis 200 (10^–5 mK^–1) für Kunststoffmaterialien und von 6 bis 10 (10^–5 mK^–1) für Metalle. Das Kunststoffmaterial schwillt mehr an und dehnt sich mehr aus als das Metall und folgt den Temperaturveränderungen langsamer als das Metall. Somit darf keine Oberflächenbindung zwischen einer Gegenschiene aus Metall und einem Preßstempel aus Kunststoff bestehen. Der Preßstempel aus Kunststoff muss innerhalb der Nut der Gegenschiene aus Metall gleiten können. Dieser Punkt macht, unter anderen zu berücksichtigenden Punkten, die Form des Preßstempels im Vergleich zur Nut so kritisch. Passt man für die Gegenschiene und den Preßstempel Kunststoffe mit denselben Wärmeausdehnungseigenschaften aneinander an, werden diese Schwierigkeiten verringert oder sogar beseitigt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung, ist eine wie in Anspruch 4 definierte Siegelungsvorrichtung vorgesehen.
Als eine bevorzugte Ausführungsform einer Versiegelungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist des Weiteren eine wie in Anspruch 5 definierte Versiegelungs-/Schneidvorrichtung vorgesehen.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine Verpackungsmaschine zum Verpacken eines flüssigen oder schüttfähigen Produkts, wie in Anspruch 6 definiert, vorgesehen.
Die Gegenschiene und der Preßstempel können getrennt spritzgegossen werden und anschließend mittels eines Klebstoffes oder durch Wärmeverschmelzung aneinander befestigt werden, abhängig von der Kombination des Kunststoffmaterials und den passenden Klebstoffen, die für jedes Kunststoffmaterial erhältlich sind.
Am vorteilhaftesten werden jedoch die Gegenschiene und der Preßstempel nacheinander aus den Kunststoffmaterialien in einem Zweispritzgussvorgang spritzgegossen und somit durch Schmelzfusion aneinander befestigt, was eine schnelle, kostengünstige und zuverlässige Herstellung solcher Baugruppen aus mit Preßstempeln versehener Gegenschienen in Massenfertigung erlaubt.
Detaillierte Beschreibung
Weitere Vorteile und vorteilhafte kennzeichnende Merkmale in der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich.
Obwohl die Erfindung weiter unten unter besonderer Bezugnahme auf eine Ausgestaltung einer Gegenschiene und einem Preßstempel und eine Vorrichtung beschrieben wird, sollte jedoch bedacht werden, dass, im weitesten Schutzumfang, die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich auf die praktische Anwendung beschränkt ist, sondern beispielhaft als eine Möglichkeit aus vielen anderen denkbaren Anordnungen ausgewählt wurde, um die Erfindung, wie sie in den angehängten Patentansprüchen beschrieben ist, auszuführen. Insbesondere sind verschiedene Formen und Ausgestaltungen der verschiedenen Teile im Rahmen der Erfindung denkbar.
In den Zeichnungen zeigen:
1a eine schematische Darstellung des herkömmlichen Vorgangs zur Bildung eines Schlauchs aus einer kontinuierlichen Bahn aus Verpackungsmaterial und die weitere Bildung eines Verpackungsbehälters, umfassend die Schritte des Quersiegelns, in dem die Versiegelungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird,
1b eine schematische Darstellung des herkömmlichen Vorgangs zur Bildung von Packungen aus vorgeschnittenen Zuschnitten aus Verpackungsmaterial,
2 eine schematische Darstellung eines seitlichen Querschnitts eines Teils der herkömmlichen Versiegelungsvorrichtung, d.h. eine Gegenschiene mit einem Preßstempel, der dem Versiegelungsblock auf der gegenüberliegenden Seite des Verpackungsmaterials zugewandt ist, in einem Anfangsstadium des Vorgangs des Schaffens einer Querversiegelung,
3 eine schematische Darstellung derselben herkömmlichen Gegenschiene- und Pressstempelanordnung wie in 2, in einem Endstadium des Versiegelungsvorgangs,
4 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Beispiels einer Versiegelungs- und Schneidvorrichtung der vorliegenden Erfindung während des Gebrauchs,
5 einen seitlichen Querschnitt eines Beispiels einer Gegenbacke, an der ein Paar Gegenschienen befestigt ist, sowie einen mit Induktionsspulen ausgestatteten Versiegelungsblock,
6a und 6b schematisch Querschnittsseitenansichten von Beispielen einer Gegenschiene und einem Preßstempel gemäß der Erfindung, und
7a und 7b schematisch zwei bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung, durch die die Gegenschiene und der Preßstempel gemäß der Erfindung hergestellt werden, mittels eines Zweispritzgussvorgangs.
Unter Bezugnahme auf 1a wird ein bahnförmiges Verpackungsmaterial 10, bestehend aus einem biegsamen Laminat, als Rolle 1 in die Verpackungsmaschine eingesetzt, wo sie ausgerollt wird und innerhalb der Verpackungsmaschine geführt wird, indem Antriebsmechanismen (nicht gesondert gezeigt), die an mehreren Positionen in der Maschine angeordnet sind, verwendet werden. Ein gängiges Verpackungsmaterial 10 kann, im Falle von Induktionsheißsiegelung durch Laminieren von beispielsweise einer Polyethylenschicht, einer Aluminiumfolienschicht, einer Papierbasisschicht und einer Polyethylenschicht in dieser Reihenfolge von innen nach außen gebildet werden. Das Verpackungsmaterial 10 wird mithilfe einer Führung 2 geführt, längs mit einer Versiegelungsvorrichtung (nicht gesondert dargestellt) gesiegelt und in ein schlauchförmiges Verpackungsmaterial 11 geformt. Während das schlauchförmige Verpackungsmaterial 11 innerhalb der Verpackungsmaschine nach unten befördert wird, wird das flüssige oder schüttfähige Produkt von oben durch einen Füllrohr 3 zugeführt, um das Innere des schlauchförmigen Verpackungsmaterials zu füllen. Dann wird das Verpackungsmaterial von beiden Seiten mit einer Gegenbacke und einer Heißsiegelungsbacke (nicht gesondert gezeigt) quer abgedrückt, so dass das schlauchförmige Verpackungsmaterial in Querrichtung an vorgegebenen Abständen versiegelt wird, um miteinander verbundene, gefüllte und versiegelte kissenförmige Verpackungsbehälter zu bilden. Dann werden die versiegelten Verpackungsbehälter, als einzelne kissenförmige Primärbehälter 11', von dem Schlauch abgetrennt, indem zwischen die quer verlaufenden versiegelten Abschnitte geschnitten wird.
Unter Bezugnahme auf 1b werden vorgeschnittene Zuschnitte des Verpackungsmaterials (10') in die Verpackungsmaschine befördert, gefaltet und längs gesiegelt (4), um Dorne (5) gefaltet und am Boden versiegelt (6), um offene Packungshüllen (10'') bereit zu stellen. Die Hüllen werden gefüllt (7) und anschließend (8) oben versiegelt, somit werden gefüllte Packungen (11'') bereitgestellt.
Unter Bezugnahme auf 4 wird ein längs gesiegeltes, schlauchförmiges Verpackungsmaterial 11 kontinuierlich nach unten befördert und mit zwei Versiegelungs- und Schneideinheiten 44, 45 an vorgegebenen Abständen abgedrückt, so dass gegenüber liegende Abschnitte der Kunststoffschicht zusammen gebracht und in Längsrichtung versiegelt werden, um eine bandförmige Versiegelungszone S zu bilden. Die Versiegelungszone S wird dann auseinander geschnitten, um einen Primärbehälter 11' zu bilden, der eine vorgegebene Menge an flüssigem Nahrungsmittel 12 enthält. Zu diesem Zweck sind die Versiegelungs-/Schneideinheiten 44, 45 jeweils mit Gegen-/Schneidbacken 44a, 45a und Heißsiegelungsbacken 44b, 45b ausgestattet.
Um die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Versiegelungsvorrichtung zu erhöhen, sind zwei Sätze der Versiegelungs-/Schneideinheiten 44, 45 mit einer identischen Struktur vorgesehen und werden im Wechsel betrieben, wobei ihre Verarbeitungstakte um einen Halbzyklus zueinander versetzt sind.
Am vorderen Ende jeder Schneidbacke 44a, 45a befindet sich ein Schneidstab 48. Ein Versiegelungsblock oder Induktionsisolator 49 ist am vorderen Ende jeder der Heißsiegelungsbacken 44b, 45b vorgesehen. Die Schneidbacken 44a, 45a und die Heißsiegelungsbacken 44b, 45b werden in Richtung auf das Verpackungsmaterial mit den Schneidstäben 48 und dem Versiegelungsblock 49 bewegt, um das Verpackungsmaterial 11 von beiden Seiten abzudrücken und somit die sich gegenüberliegenden Kunststoffflächen des Verpackungsmaterials miteinander in Kontakt zu bringen, indem die Backen gegeneinander gedrückt werden, so dass die Flächen in Querrichtung aneinander gesiegelt werden.
In der Mitte jeder der Schneidbacken 44a, 45a ist ein seitlich angeordneter flach geformter Schneider 31, der nach Bedarf vorgeschoben oder zurückgezogen werden kann. Der Schneider 31 dient im vorgeschobenen Zustand dazu, in die Mitte oder in den Zwischenabschnitt der Versiegelungszone S zu schneiden. Um die erforderliche Bewegung des Schneiders 31 zwischen den vorge schobenen und zurückgezogenen Positionen zu bewirken, ist ein Zylinder 32 am hinteren Ende des Schneiders 31 vorgesehen. Der Schneider 31 kann vorgeschoben oder zurückgezogen werden, indem Arbeitsmittel dem Zylinder 32 zugeführt werden oder aus ihm abgegeben werden.
Paarweise angeordnete Klappen oder Formplatten 31a, 31b sind ebenfalls auf jeder Seite des schlauchförmigen Verpackungsmaterials vorgesehen und so gestaltet, dass sie zur frei schwingenden Bewegung gegenüber den Schneidbacken 44a, 45a und den Heißsiegelungsbacken 44b, 45b geeignet sind. Die Klappen 31a, 31b umgeben, führen und bringen das Verpackungsmaterial 11 in die gewünschte Form, beispielsweise in eine im Wesentlichen rechteckige Form. Das Volumen der Packungen kann dadurch kontrolliert werden, dass die Klappen kurz vor dem Versiegeln so zusammengedrückt werden, dass jede Packung dasselbe vorgegebene Volumen erhält.
Die Siegelungs-Schneideinheit 44 befindet sich, wie in 4 gezeigt, in der Siegelungs-Schneid-Startposition, wo die Schneidbacke 44a und die Heißsiegelungsbacke 44b in Richtung auf das Verpackungsmaterial 11 bewegt werden, um es von beiden Seiten abzudrücken und um die gegenüberliegenden Flächen des Verpackungsmaterials 11 miteinander in Kontakt zu bringen. Wenn sich die Versiegelungs-Schneideinheit 44 nach unten bewegt, während sie das Verpackungsmaterial 11 abdrückt und hält, wird die Versiegelungszone S gebunden und geformt.
Die Versiegelungs-Schneideinheit 45, wie in 4 gezeigt, befindet sich in der Versiegelungs-Schneidendstellung, wo der Schneider 31 der Versiegelungs-Schneideinheit sich in Richtung auf die Versiegelungszone S bewegt, um die Mitte oder den Zwi schenabschnitt der Versiegelungszone S zu schneiden und den Primärbehälter 11' vom Verpackungsmaterial 11 zu trennen. Sobald die Mitte der Versiegelungszone S geschnitten ist, werden die Schneidbacken 45a und die Heißsiegelungsbacken 45b der Versiegelungs-Schneideinheit 45 zurückgezogen, gedreht und nach oben in die Versiegelungs-Schneidstartposition gehoben. Wenn die Versiegelungs-Schneideinheit 45 sich in die Versiegelungs-Schneidstartposition bewegt und die Schneidbacke 45a und die Heißsiegelungsbacke 45b sich in Richtung auf die Versiegelungszone S bewegen, bewegt sich der Schneider 31 der Versiegelungs-Schneideinheit 44 entlang der Versiegelungszone S, um einen Schnitt in der Mitte oder am Zwischenabschnitt der Versiegelungszone S durchzuführen, wodurch der Primärbehälter 11' vom Verpackungsmaterial 11 getrennt wird.
Obwohl nicht speziell dargestellt, sind die Versiegelungs-Schneideinheiten 44, 45 mit einem Zylindermechanismen ausgestattet, der dazu dient, die Schneidbacken 44a (oder 45a) und die Heißsiegelungsbacke 44b (45b) zusammenzuziehen, um die erforderliche Andrückkraft zum Zeitpunkt des Versiegelns auszuüben. Die Andrückkraft zwischen der Schneidbacke und der Heißsiegelungsbacke wird innerhalb eines kurzen Zeitraums weggenommen und die Versiegelungs-Schneideinheiten 44, 45 erreichen die Versiegelungs-Schneidendposition.
Es ist eine Vorrichtung denkbar, die der in 4 dargestellten ähnlich ist, jedoch den Schneider und den Schneidvorgang nicht umfasst. Die Backe und Schiene würden jedoch die gleiche oder eine ähnliche Gestalt haben und eine entgegenarbeitende Funktion ausüben, und somit jeweils eine „Gegenbacke„ und eine „Gegenschiene" sein.
5 zeigt verschiedene der mit dem Schneidstab 48 und dem Versiegelungsblock 49 verbundenen Merkmale. Ein Induktor stellt ein Paar paralleler Spulen 51, 52 bereit, die in dem Versiegelungsblock 49 eingebettet sind, so dass ein Teil jeder der Spulen 51, 52 auf der Abschlussfläche des Versiegelungsblocks 49 freiliegt. Die Spulen 51, 52 sind mit einer Stromquelle über ein Verbindungsteil verbunden.
Eine Nut 58 ist in dem Versiegelungsblock 49 ausgebildet und befindet sich zwischen den beiden Spulen 51, 52. Diese Nut 58 erstreckt sich entlang des Versiegelungsblocks 49 und ist dazu ausgelegt, das vordere Ende des Schneiders 31 aufzunehmen, wenn er vorgeschoben wird.
Die Spulen 51, 52 sind entsprechend geformt und haben einen erhöhten Abschnitt 51', 52', der einen ersten Andrückabschnitt bildet. Die erhöhten Abschnitte 51', 52' erstrecken sich in Richtung auf den Schneidstab 48 und sind in Längsrichtung der Induktionsspulen 51, 52 angeordnet.
Der Schneidstab 48 ist mit paarigen Schneidschienen 53, 54 ausgestattet. Der Schneider 31 kann sich innerhalb einer Spalte 55 zwischen den Schneidschienen 53, 54 bewegen.
Jede der Schneidschienen 53, 54 ist mit einem Gegenelement oder einem so genannten Preßstempel 56, 57, der sich entlang der Schneidschienen erstreckt, ausgestattet. Jedes Gegenelement 56, 57 ist in einer Nut in der entsprechenden Schneidschiene befestigt. Die Versiegelungszone S des schlauchförmigen Verpackungsmaterials 11 wird fest mit den Gegenelementen 56, 57 gepresst. Aus diesem Grund bestehen die Gegenelemente 56, 57 aus einem Gummimaterial mit einem bestimmten Grad an Komprimierbarkeit. Außerdem hat jedes der Gegenelemente 56, 57 einen Vorderfläche, die dem Versiegelungsblock 49 zugewandt ist. Wie in 5 gezeigt, ist die Vorderfläche jedes der Gegenelemente flach oder eben.
Der Siegelungsblock 49 ist mit einem Stromkreis oder einer Vorrichtung zur Leistungsaufwendung verbunden, so dass eine Hochfrequenzspannung, die von dem Stromkreis erzeugt wird, an den Induktor angelegt wird. Wenn die Hochfrequenzspannung an den Versiegelungsblock 49 angelegt wird, wird ein entsprechend der Hochfrequenzspannung wechselndes elektrisches Feld zwischen dem Siegelungsblock 49 und der Aluminiumfolie in dem Verpackungsmaterial erzeugt. Dies resultiert in der Erzeugung eines Wirbelstroms in der Aluminiumfolie, die durch Wirbelstromverlust Wärme erzeugt.
Bei einer Versiegelungsvorrichtung, die, wie oben erwähnt, den Schneidvorgang nicht umfasst, ist eine Ausgestaltung möglich, bei der eine größere Gegenschiene mit zwei Preßstempeln ausgestattet ist, um das gleiche Paar Versiegelungszone S herzustellen. Die Gegenschienen 53, 54 in 5 können dann als nur ein Gegenschienenteil hergestellt werden, wodurch der Schneiderspalt 55 entlang der gepunkteten Linie in der Figur entfernt wird, und zwei parallelen Nuten zum Einführen der Preßstempel 56, 57 haben.
Unter Bezugnahme auf die 9 und 5 können die Gegenschiene und der Preßstempel gemäß der Erfindung zum Querheißsiegeln angeordnet sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es jedoch alternativ denkbar, eine Versiegelungsvorrichtung und Verpackungsmaschine zum Längsheißsiegeln entlang eines Schlauchs oder einer Hülle des Verpackungsmaterials anzupas sen, wobei die Gegenschiene und der Preßstempel der Erfindung verwendet werden.
Die Ausgestaltung sowie die Härte- und Biegsamkeitseigenschaften des Preßstempels spielen eine wichtige Rolle bei der sich ergebenden Qualität der Querversiegelungen einer Packung. Weitere wichtige Faktoren für die sich ergebende Versiegelungsqualität sind außerdem die relativen Bewegungen, wenn die Heißsiegelungsbacke und die Gegen-/Schneidbacke beim Versiegelungsvorgang zusammengepresst werden, d.h. die Siegelungsbackenpress- und Kupplungsbewegungen der Backen. Wie oben erklärt, können der Umfang und die Fließrichtung des Kunststoffes durch Einstellung dieser Parameter optimiert werden. Insbesondere beim sterilen Verpacken sollte der Thermoplast in der Versiegelungszone warmverschweißt bzw. wärmegeschmolzen werden, er sollte jedoch nicht aus der Versiegelungszone in das abgefüllte Produkt hinein entweichen können. Wenn der Kunststoff entweichen kann, bilden sich aufgrund des Harzausflusses Kunststoffklumpen außerhalb der Versiegelungszone S, und die Bindefestigkeit in der Versiegelungszone kann unerwünschterweise aufgrund der niedrigeren Menge an Kunststoff, die zur Wärmeverschmelzung innerhalb der Versiegelungszone beiträgt, abnehmen.
Darüberhinaus sollte das abgefüllte Produkt sanft von der Versiegelungszone und von dem Bereich zwischen den beiden parallelen Versiegelungszonen weggedrückt werden. Beim sterilen Verpacken ist es insbesondere wichtig, dass kein Füllprodukt in dem Bereich zwischen den beiden benachbarten Versiegelungszonen übrig bleibt, entlang derer die Packungen vom Schlauch abgeschnitten werden. Ein in dem Verpackungsmaterial verbleibendes Nahrungsmittel, das sich von der Schneidkante der Packung erstreckt, würde das Wachstum von Pilzen und Bakterien begünstigen und hygienische Probleme bei der anschließenden Handhabung und Verteilung während des Transports und in den Geschäften bereiten. Darüberhinaus würde das Auslaufen und Durchsickern des überflüssigen Nahrungsmittels in und um die Versiegelungseinheit der Verpackungsmaschine zusätzliche Reinigungs- und Sterilisierungsvorgänge beim Verpackungsverfahren erforderlich machen.
Bei den Querversiegelungen der Packungen werden deshalb immer zwei gleichzeitig durchgeführt – die obere Versiegelung einer ersten Packung und die Bodenversiegelung einer zweiten Packung in dem längs angeordneten befüllten Schlauch.
Entsprechend sind zwei parallele Spulen vorhanden, von denen jede einen Grat hat, um eine Falte auf der Seite der Querversiegelung zu bilden und zum Wegdrücken des verpackten Nahrungsmittels von der linienförmigen Versiegelungszone. Die beiden mit Graten versehenen Induktionsspulen sind auf der Heizbacke angeordnet, während eine entsprechende Gegenschiene oder Gegenschienen mit Preßstempeln, um dem Druck von der Heizbacke entgegenwirken zu können, auf der Gegenbacke angeordnet sind. Die Gegenbacke und die Heizbacke werden bei jedem Versiegelungsvorgang mit dem Verpackungslaminat dazwischen mit einem solchen Druck zusammengepresst, dass es zur Wärmeverschmelzung kommt. Die Heizbacke erwärmt die Versiegelungszone, wodurch der Heißsiegelkunststoff quer über die Berührungsflächen des Verpackungslaminats verschmolzen wird. Anschliessend wird der Induktor rapide abgekühlt, damit der Kunststoff in seinem geschmolzenen Zustand bleibt und ein Messer vorgeschoben werden kann, um die untere Packung entlang des Bereichs zwischen den beiden parallelen Versiegelungszonen abzuschneiden.
Obwohl die Erfindung insbesondere in Bezug auf Induktionsheißsiegelung beschrieben wird, kann die mit einem Preßstempel gemäß der vorliegenden Erfindung versehene Gegenschiene auch bei anderen Heißsiegelungstechnologien eingesetzt werden, wie beispielsweise bei der Heißsiegelung durch Hochfrequenzradiowellen (RF) oder durch Wärmekonvektionssiegelung. Im Allgemeinen wird eine Versiegelung von geringerer Qualität durch Wärmekonvektionssiegelung erreicht, was somit nicht für steriles Verpacken und für Versiegelungsvorgänge, die einer hohen Versiegelungsqualität bedürfen, in Betracht gezogen würde. Bei Versiegelungen mittels Wärmekonvektion besteht die Gegen-/Schneidschiene meistens aus Metall. Bei Wärmekonvektionsversiegelungen kann jedoch die Siegelungsqualität noch verbessert werden, indem bei einigen Anwendungen ein Preßstempel aus Kunststoffmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Auch bei RF-Versiegelungen und ähnlichem kann der Versiegelungsblock gegen ein Teil zur Bereitstellung von Hochfrequenzstrahlung ausgetauscht werden, während die Gegenschiene und Stempelteile im Wesentlichen die gleichen sind wie beim Induktionsversiegeln.
Wie in den 6a und 6b gezeigt, wird eine Gegenschiene 61 aus einem der technischen oder der Hochleistungskunststoffe hergestellt, die sowohl die erforderliche chemische Beständigkeit als auch die Temperaturbeständigkeit haben. Die Gegenschiene ist insbesondere aus PA-11 oder PA-12 hergestellt.
Der Preßstempel ist aus einem TPE hergestellt, der die erforderlichen mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaf ten hat, genauer gesagt ein PUR oder eine Polyetherblockamid TPE.
Verschiedene Querschnittskonfigurationen der Gegenschiene und des Preßstempels sind innerhalb des Schutzrahmens der Erfindung denkbar. Die Form der Gegenschiene und des Preßstempels kann somit im Verhältnis zueinander von Fall zu Fall optimiert werden und zwar im Hinblick auf unterschiedliche Packungsgrößen, Füllprodukte und Verpackungsmaterialien. Die 6a und 6b zeigen zwei Beispiele möglicher Konfigurationen der Schneidschiene und des Preßstempels gemäß der Erfindung.
Die 7a und 7b beschreiben jeweils schematisch ein Zweispritzgussverfahren.
Der Kunststoff zur Herstellung der Gegenschiene, d.h. PA-11 oder PA-12 wird geschmolzen und durch eine Spritzeinheit 71 über einen ersten Spritzeinlass 72 einer ersten Gussform 73 zugeführt, die aus zwei Formhälften 73a, 73b zum Formen der Gegenschiene A besteht. Beim Einspritzen des Kunststoffs in die Gussform 73 und dem anschließenden Abkühlen und Aushärten des geschmolzenen Kunststoffs werden die Formhälften zusammen in eine geschlossene Stellung gebracht, d.h. die Formhälfte 73a wurde in der Zeichnung nach vorne rechts bewegt, in Richtung auf die Einspritzeinheit und die Formhälfte 73b. Der eingespritzte Kunststoff härtet zu einer Gegenschiene A aus, die an der Formhälfte 73a befestigt ist. Der Abschnitt 77, auf dem die Formhälfte 73a gesichert ist, dreht sich eine Stufe in Richtung auf eine kommende zweite Einspritzeinheit 74, Einspritzeinlass 75 und Gussform 76. Der TPE Kunststoff zur Herstellung des Preßstempels, d.h. PUR oder Polyetherblockamid, wird in ähnlicher Weise geschmolzen und durch die Ein spritzeinheit 74 zugeführt und in die Gussform 76 eingespritzt, während die Formhälften 76a und 76b in der geschlossenen Stellung zusammengeführt werden. Die Gegenschiene A ist nun mit einem spritzgegossenen Preßstempel versehen und darin befestigt, was zu einem zweiformgepressten Teil B führt. Den zweispritzgegossenen Teil B lässt man aushärten und entfernt ihn schließlich von der Zweispritzgussvorrichtung 70. Da die Gussformen 73 und 75 rotieren können und somit zwischen den beiden Einspritzeinheiten 71 und 74 umschalten können, können die Formschritte sehr schnell hintereinander ausgeführt werden, so dass die beiden Kunststoffe der Gegenschiene und des Preßstempels an die Schnittstelle zwischen ihnen durch Wärmefusion binden können.
Ist eine Gegenschiene mit zwei Preßstempeln ausgestattet, wird ein weiterer Zweieinspritzschritt zum Einspritzen des zweiten Preßstempels in die zweite Nut der Gegenschiene hinzugefügt.
Dementsprechend stellt die oben beschriebene Erfindung eine Gegenschiene und einen Preßstempel bereit, der sich zur Benutzung in einer Versiegelungsvorrichtung zum Heißsiegeln eines laminierten Verpackungsmaterials während des Vorgangs des Verpackens von einem flüssigen oder schüttfähigen Produkt eignet, wobei die Versiegelungsvorrichtung wenigstens eine Siegelungsbacke und wenigstens eine Gegenbacke hat, die zum Versiegeln einer Packung einander zugewandt und in Vorschub- und Rückzugsrichtung zum Versiegeln einer Verpackung bewegbar sind, wobei die Gegenschiene und der Preßstempel eine einfache und kostengünstige Art darstellen, sowohl die Dauer der durch Wartung und Austauschen der abgenutzten Preßstempel entstehenden Produktionsunterbrechungen im Verpackungsablauf zu reduzieren als auch das Fehlerrisiko zu verringern, das aufgrund einer komplexen Konfiguration der Gegenschiene und des Preßstempels auftritt.
Des Weiteren ist ein Verfahren zur Herstellung der Gegenschiene und des Preßstempels der Erfindung beschrieben, was eine kostengünstige und zuverlässige Herstellung der oben beschriebenen Bauteile der mit Preßstempeln ausgestatteten Gegenschienen in Massenfertigung erlaubt.

Claims

Gegenschiene (61; 53, 54) und wenigstens ein Preßstempel (62; 56, 57) zur Verwendung in einer Vorrichtung (40; 50) zum Heißsiegeln eines laminierten Verpackungsmaterials (11), das eine Kernschicht und äußere heißsiegelbare Schichten umfasst, zum Verpacken eines flüssigen oder schüttfähigen Produkts (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenschiene aus Polyamid-11 (PA-11) oder Polyamid-12 (PA-12) besteht und der Preßstempel aus Polyurethan (PUR) einer Etherart oder aus einem Polyetherblockamid (PEBA) besteht.
Gegenschiene (61) und Preßstempel (62) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gegenschiene aus Polyamid und bis zu etwa 50 Gew.-% eines Verstärkungszusatzes zusammensetzt, der vorzugsweise aus der aus Glasfasern, Glaskugeln und Eisenpulver bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
Gegenschiene (61) und Preßstempel (62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenschiene und der Preßstempel mittels eines gemeinsamen Spritzgussvorgangs hergestellt werden.
Vorrichtung (40; 50) zum Heißsiegeln eines laminierten Verpackungsmaterials (11) mit einer Kernschicht und äußeren heißsiegelbaren Schichten zum Verpacken eines flüssigen oder schüttfähigen Produkts (12), aufweisend eine Siegelbacke (44b, 45b) und eine Gegenbacke (44a, 45a), die einander zugewandt und in Vorschub- und Rückzugsrichtung bewegbar sind, um das Verpackungsmaterial zu versiegeln, wobei die Gegenbacke wenigstens eine Gegenschiene (61; 53, 54) und wenigstens einen Preßstempel (62; 56, 57), der entlang jeder Gegenschiene angeordnet ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenschiene und der Preßstempel wie in jedem der vorhergehenden Ansprüche definiert ist.
Versiegelungs-/Schneidvorrichtung (40; 50) mit einer Gegenbacke (44a, 45a; 48) und einer Heißsiegelungsbacke (44b, 45b; 49), die einander zugewandt und in Vorschub- und Rückzugsrichtung bewegbar sind, um die gegenüberliegenden Abschnitte eines Verpackungsmaterials (11), das aus einer Kernschicht und äußeren heißsiegelbaren Schichten besteht, zu versiegeln und zu schneiden, wobei die Vorrichtung umfasst: a) ein Paar Gegenschienen (53, 54; 61), die in der Gegenbacke (44a, 45a) angeordnet sind; b) einen Schneider (31), der in einem zwischen den Gegenschienen gebildeten Zwischenraum angeordnet ist, um sich in Vorschub- und Rückzugsrichtung bewegen zu können, und der das Verpackungsmaterial beim Vorschieben an den gegenüberliegenden Abschnitten abschneidet; c) Preßstempel (56, 57; 62), die entlang der jeweiligen Gegenschienen (53, 54) angeordnet sind; und d) ein Paar Heizkörper (51, 52), die in der Heißsiegelungsbacke (49) angeordnet sind, um die gegenüberliegenden Abschnitte des Verpackungsmaterials (11) im Zusammenspiel mit den Preßstempel abzudrücken und zu versiegeln, und die dazwischen eine Nut (58) bilden, um die Spitze des Schneiders (31) aufzunehmen, wenn der Schneider vorwärts bewegt wird, wobei die Gegenschienen (53, 54; 61) aus Polyamid-11 (PA-11) oder Polyamid-12 (PA-12) bestehen und die Preßstempel (56, 57; 62) aus einem Polyurethan (PUR) einer Etherart oder aus einem Polyetherblockamid (PEBA) bestehen.
Verpackungsmaschine zum Verpacken eines flüssigen oder schüttfähigen Produkts, die zumindest Mittel zum Formen von Verpackungen aus einem laminierten Verpackungsmaterial, Mittel zum Befüllen der Verpackungen mit dem Produkt und Mittel zum Versiegeln der Verpackungen enthält, und die die Versiegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5 enthält.