DE60223519T2

DE60223519T2 - Vorrichtung und verfahren um flexible verpackungen fortlaufend zu erstellen, verschweissen und füllen

Info

Publication number: DE60223519T2
Application number: DE60223519T
Authority: DE
Inventors: James J. Sugar Land WANG
Original assignee: Coca Cola Co
Current assignee: Coca Cola Co
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2022-02-21
Also published as: EP1381539B1; TW519529B; EP1381539A1; US20020112447A1; DE60223519D1; WO2002068267A1; ATE378257T1; ES2292749T3; US6779318B2; CN1503750A; JP2004523435A; CN100453408C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum kontinuierlichen Bilden, Versiegeln und Befüllen von flexiblen Verpackungen mit Materialien, um einen schnellen Durchsatz von Verpackungen am Ausgang eines Fördersystems zu erzielen. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zum kontinuierlichen Bilden, Versiegeln und Befüllen von flexiblen Verpackungen mit heißen pasteurisierten oder sterilen Getränken in einer aseptischen oder ultrareinen Umgebung und Nachbehandeln der Verpackung, die aus der sterilen Umgebung herauskommt, in einer reinen Umgebung auf dem Wege zu einer Kastenverpackungseinrichtung oder einer anderen sekundären Verpackung-bildendenden Vorrichtung.
Bisher sind das Bilden, Versiegeln und Befüllen von flexiblen Verpackungen und insbesondere aseptischen Verpackungen von verschiedenen Techniken und Vorrichtungen ausgeführt worden. Aber aufgrund der Beschaffenheit der zu befüllenden und zu bildenden Verpackungen und der aseptischen Umgebungserfordernisse haben herkömmliche Systeme keinen ausreichend schnellen Durchsatz aufgewiesen, um die gewünschten Wirkungsgrade im Fließband zu erzielen.
Vorzugsweise ist es wünschenswert, 80 bis 85% Wirkungsgrad des Fließbands zu erzielen, aber bisher sind solche Wirkungsgrade nicht erzielbar gewesen. Demgemäß gibt es einen Bedarf im Stand der Technik an einem System und einem Verfahren zum kontinuierlichen Bilden, Versiegeln und Befüllen von flexiblen Verpackungen bei erhöhten Geschwindigkeitsraten im Vergleich mit früheren Techniken und Systemen.
Demgemäß ist es ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und System zum kontinuierlichen Bilden, Versiegeln und Befüllen von flexiblen Verpackungen bei hohen Wirkungsgraden und Durchsatzgeschwindigkeiten bereitzustellen.
Es ist ein anderes Ziel von mindestens den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen, das die flexiblen Verpackungen kontinuierlich aus einem Endlosband von flexiblem Material bildet, das von einem Rollenvorrat zugeführt wird, wobei die Verpackungen, die gebildet werden, Boden- und Oberseitenzwickel aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Endlosbahn von Material in kontinuierlicher Bewegung kontinuierlich gebildet und mit Flüssigkeit befüllt, ohne dass die Verpackungen durch verschiedene Betriebsstationen des Fördersystems angehalten oder intermittierend bewegt werden.
Die US 5,181,365 A und die US 2,565,444 A offenbaren Maschinen und Ver fahren zum Bilden von Verpackungen gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8.
Von einem ersten Aspekt aus betrachtet, liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum kontinuierlichen Bilden, Versiegeln und Befüllen von flexiblen Verpackungen mit Materialien, umfassend die Schritte:

a) Einspeisen einer Endlosbahn von Kunststoffbogenmaterial in eine Verpackung-bildende Einheit;
b) Ausgeben einer Endlosbahn von Verpackungen, die eine Reihe von aneinander angrenzenden geformten Verpackungen umfasst, aus der Bildungseinheit, wobei die geformten Verpackungen einen geschlossenen Boden, zwei offene Seiten und eine offene Oberseite, die eine Füllöffnung begrenzt, aufweisen;
c) Versiegeln der offenen Seiten, während die Bahn von Verpackungen kontinuierlich durch eine Seitennaht-bildende Einheit zugeführt wird;
d) Befüllen der Verpackungen mit Flüssigkeit durch die offenen Oberseiten, während die Bahn von Verpackungen kontinuierlich durch eine Befüllungseinheit zugeführt wird;
e) Versiegeln der offenen Oberseite der jeweiligen Verpackungen, während die Bahn von Verpackungen kontinuierlich durch eine Oberseitenversiegelungseinheit zugeführt wird; und
f) Trennen der jeweiligen gefüllten und versiegelten Verpackungen von der Bahn, um einzelne Verpackungen davon zu bilden, gekennzeichnet durch die Schritte: Aufrechterhalten einer sterilen Umgebung während der Schritte (b) bis (e), und Aufrechterhalten einer reinen aber nicht sterilen Umgebung während Schritt (f).

Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ein Schritt eines Sterilisierens der Bahn zwischen den vorhergehenden Schritten a) und b) ausgeführt werden, wenn die Verpackungen, die zu befüllen sind, sterilisiert werden sollen.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die Schritte a) bis e), die oben beschrieben sind, vorzugsweise in einer aseptischen oder ultrareinen Umgebung ausgeführt. Aber das Trennen der jeweiligen gefüllten und versiegelten Verpackungen von der Bahn, um einzelne Verpackungen davon zu bilden; Sichern eines Trinkstrohhalms an jeder Verpackung auf der Bahn, und Bilden von sekundären Verpackungen werden bloß in einer reinen, statt einer aseptischen oder sterilen Umgebung ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein System, das verschiedene Einrichtungen und Einheiten in Kombination zur Ausführung der obigen aufgezählten Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfasst.
Andere Variationen bei der vorliegenden Erfindung können umfassen: einen Schritt zum Anbringen einer Tülle an die Füllöffnung der Verpackungen; Befüllen der Verpackungen mit säurearmen Getränken oder Nahrungsmitteln, wie z. B. Milchprodukten, säurereicheren Getränken, wie z. B. Zitrussäften; teilchenförmigem Material, einschließlich Zitrusfruchtfleisch oder Fruchtteilchen; und eine Verwendung von Folien-Kunststoff- und Kunststoff-Kunststoff-Laminaten für das Bahnmaterial.
Ein weiteres Gebiet einer Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung, die nachstehend gegeben wird, ersichtlich. Jedoch versteht es sich von selbst, dass die ausführliche Beschreibung und spezifischen Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anzeigen, bloß als Veranschaulichung gegeben werden, da verschiedene Änderungen und Modifikationen im Bereich der Erfindung Fachleuten aus dieser detaillierten Beschreibung ersichtlich werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun bloß als Beispiel und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Systems und eines Verfahrens zum Befüllen von flexiblen Verpackungen in einer aseptischen Umgebung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das weitere Einzelheiten des Bildungs-, Befüllungs- und Versiegelungssystems von 1 darstellt;
3 ist eine Perspektivansicht, die eine mögliche Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens des Systems von 1 darstellt;
4 ist eine schematische Veranschaulichung eines Bildungsteils der flexiblen Verpackungen des Systems von 1, wobei die Einzelheit eines Bildens von Oberseiten- und Bodenzwickelstrukturen für die flexiblen Verpackungen dargestellt sind; und
5 ist eine Perspektivansicht, die eine Drehbefüllungs-Revolver- und -Düsenanordnung zum Befüllen von flexiblen Verpackungen darstellt, die in einer Endlosbahn gebildet sind, gemäß den Aspekten der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 1 ist dort ein vollständiges System zum Befüllen und Versiegeln von flexiblen Verpackungen in einer aseptischen oder ultrareinen Umgebung gefolgt von einer reinen Umgebung zur Nachbehandlung der Verpackungen und sekundären Verpacken veranschaulicht.
Eine Quelle von pasteurisiertem Saft oder anderen Getränken 10 wird bereitgestellt, um Flüssigkeit zu einer Kaltbefüllungs-Drehbefülleinrichtung 14 zu liefern, die in einer aseptischen Umhüllung 12 angeordnet ist. Eine durch eine aseptische Endlosbahn gespeiste Beutel-bildende Maschine 16 bildet Verpackungen in der Bahn in aneinander angrenzenden Positionen mit einer Rate von etwa 600 ppm für 200 ml-Verpackungen und 300 ppm für 330 ml-Verpackungen. Die Beutel-bildende Maschine 16 umfasst einen Zwickelbildungsmechanismus, der nachstehend zu beschreiben ist, sowie einen Seitenversiegelungsmechanismus 8 und einen Oberseitenversiegelungsmechanismus 18.
Außerhalb der aseptischen oder ultrareinen Umgebung, aber in einer reinen Umgebung, ist ein Strohhalmanbringgerät 20, ein Produkt-Ausstanz- und -Codedatierungsgerät 22 und ein Hochgeschwindigkeits-Beschickungs-Kastenaufricht-, -Verpack- und -Verschließmechanismus 30 am Ausgang zum System vorgesehen. Ein Produkttransportfördersystem 24 ist zwischen dem Ausgang der eine aseptische Bahn bildendenden Maschine 16 und dem sekundären Verpackungsgerät 30 vorgesehen und ein solches Fördersystem kann Verpackungsgewichtüberwachungsdetektoren und Stoßschutzeinrichtungen 28 umfassen, um für einen gleichmäßigen kontinuierlichen Durchsatz von geformten und gefüllten Verpackungen zu sorgen.
2 offenbart mehr Einzelheiten der Verpackungbildungs- und Sterilisationsmechanismen zur Verwendung im System von 1, und gleiche Bezugszeichen darin beziehen sich auf gleiche Teile der jeweiligen Figuren. Das Bogenmaterial, aus dem die Bahn W gebildet ist, kann auf einer Verpackung-Rollenvorratszufuhreinrichtung 6 bereitgestellt werden. Die Bahn W schreitet dann durch einen Sterilisationsmechanismus 7 fort, der vorzugsweise das Bahnmaterial mit Wasserstoffperoxid, Ultraviolettstrahlung und Wärme behandelt. Die Bahn W kommt aus einer Sterilisationseinrichtung 7 heraus und bewegt sich durch eine Beutelseitenversiegelungsrevolvereinrichtung 8, die Seitennähte der Beutel P bildet, was in größerer Einzelheit nachstehend mit Bezug auf 5 zu veranschaulichen ist. Die Bahn W läuft um eine Leerlaufrolle 9 zum Perimeter einer Beutelkaltbefüllmaschine 11, die auch in den 3 und 5 vollständiger wiedergegeben ist. Gefüllte Beutel auf der Bahn W, die aus der Befülleinrichtung 11 herauskommen, laufen weiter durch eine kontinuierliche Ultraschalloberseitenversiegelungseinrichtung 18, die die Oberseitenöffnung der befüllten Verpackungen versiegelt. An diesem Punkt laufen die Verpackungen von der aseptischen oder ultrareinen Umgebung zu einer bloß reinen Umgebung, weil die Verpackungen mit steriler Flüssigkeit oder anderen Materialien darin hermetisch versiegelt worden sind. Nach Herauskommen aus der Versiegelungseinrichtung 18 läuft die Bahn W durch eine Strohhalmanbringeinrichtung 20, die einen Strohhalm an jeder Verpackung sichern kann. Die Bahn W läuft dann durch eine Werkzeug 22-Durchstoß- oder Stanzeinrichtung, und die versiegelten Verpackungen werden in einzelne Verpackungen zur Verarbeitung durch sekundäres Verpacken 30 separiert, das Kästen, Mehrstückpackungen und so weiter mit Geschwindigkeiten von etwa 720 ppm bilden kann.
3 ist eine Perspektivansicht, die eine Ausführungsform der physischen Form und inneren Verbindung der Bauteile des Systems von 2 darstellt. Wie in 3 wiedergegeben, wird das Rollenvorratsmaterial 6 auf einer Spule bereitgestellt, die das Bahn W-Bogenmaterial in und durch eine Sterilisationseinrichtung, eine Zwickelbildungseinrichtung, eine Seiten versiegelungsrevolvereinrichtung 8 und eine Drehbefüllungsrevolvereinrichtung 11 zuführt; und durch einen Förderer und eine Strohhalmanbringeinrichtung und die Ausstanzrevolvereinrichtung 22, die vorstehend beschrieben ist, ausgegeben werden. Verschiedene physische Formen der Bauteile des Systems in 3 können verwendet werden, ohne dass man vom Bereich der vorliegenden Erfindung abweicht.
Mit Bezug auf 4 ist dort eine Ausführungsform eines Zwickelbildungsmechanismus zum Bilden von Oberseiten- und Bodenzwickel der flexiblen Verpackungen P gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Bahn W wird durch eine Metallpflugeinrichtung 13, die einen trichterförmigen Kanal mit einem Ausgangsschlitz umfasst, der durch ein Paar von Platten 15 begrenzt ist, zugeführt. Ein Bodenzwickel BG kommt aus dem Schlitz heraus und läuft mit der Bahn W in eine Station zum Bilden eines Oberseitenzwickels TG der Verpackung P ein. Der Oberseitenzwickelbildungsmechanismus umfasst eine Oberseitenzwickelfaltplatte 16, die einen Oberseitenzwickel TG in der Bahn W bildet. Die Verpackungen P mit darin gebildeten Zwickeln werden dann zum Seitennaht-bildenden Mechanismus 8 von 2 transportiert.
Die Verpackung P gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Bodenzwickel BG, einen Oberseitenzwickel TG, eine Füllöffnung FO und einen Taillienteil PW, der ein bequemes Greifen und Handhaben der Verpackungen durch einen Verbraucher erleichtert. Wie in 5 veranschaulicht, wird Flüssigkeit durch Düsen 11A der Drehbefülleinrichtung 11 in die Öffnungen FO eingeleitet. Pfeile A zeigen die Einführung der Düsen 11A in die Öffnungen FO an, und Pfeile B zeigen die Entfernung dieser Düsen aus den Öffnungen an, nachdem ein Befühlen beendet ist. Mit anderen Worten erlaubt die Drehbefülleinrichtung das schnelle und kontinuierliche Befüllen der Verpackungen P durch die Oberseitenöffnungen FO, ohne dass die Verpackungen während des Befüllbetriebs angehalten oder intermittierend bewegt werden.
Die Verpackungen P können aus Kunststoff, Laminaten von Kunststoff, flexiblen Folienlaminaten, Kombinationen von Folie und Kunststoff oder beliebigen anderen geeigneten flexiblen Materialien gebildet sein.
Nachdem die Erfindung so beschrieben ist, ist es ersichtlich, dass dieselbe auf viele Weisen variiert werden kann. Solche Variationen sollen nicht als eine Abweichung vom Bereich der Erfindung betrachtet werden, und alle solche Modifikationen, wie sie für einen Fachmann ersichtlich sein würden, sollen im Umfang der folgenden Ansprüche eingeschlossen sein.

Claims

Verfahren zum kontinuierlichen Bilden, Versiegeln und Befüllen von flexiblen Verpackungen mit Materialien, umfassend die Schritte: a) Einspeisen einer Endlosbahn von Kunststoffbogenmaterial (6) in eine Verpackung-bildende Einheit (16); b) Ausgeben einer Endlosbahn von Verpackungen (W), die eine Reihe von aneinander angrenzenden geformten Verpackungen umfasst, aus der Bildungseinheit, wobei die geformten Verpackungen einen geschlossenen Boden, zwei offene Seiten und eine offene Oberseite, die eine Füllöffnung begrenzt, aufweisen; c) Versiegeln der offenen Seiten, während die Bahn von Verpackungen kontinuierlich durch eine Seitennaht-bildende Einheit (8) zugeführt wird; d) Befüllen der Verpackungen mit Flüssigkeit durch die offenen Oberseiten, während die Bahn von Verpackungen kontinuierlich durch eine Befüllungseinheit (11) zugeführt wird; e) Versiegeln der offenen Oberseite der jeweiligen Verpackungen, während die Bahn von Verpackungen kontinuierlich durch eine Oberseitenversiegelungseinheit (18) zugeführt wird; und f) Trennen der jeweiligen gefüllten und versiegelten Verpackungen von der Bahn, um einzelne Verpackungen davon zu bilden, gekennzeichnet durch die Schritte: Aufrechterhalten einer sterilen Umgebung während der Schritte (b) bis (e), und Aufrechterhalten einer reinen aber nicht sterilen Umgebung während Schritt (f).
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt: Sterilisieren der Bahn zwischen den Schritten a) und b).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend den Schritt: Sichern eines Trinkstrohhalms an jeder Verpackung auf der Bahn zwischen den Schritten e) und f).
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Bildungseinheit (16) das Kunststoffbogenmaterial entlang einer Längsachse kontinuierlich faltet, um einen Längszwickel (BG) zu bilden, der den Verpackungsboden bildet.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Bildungseinheit (16) dann kontinuierlich eine Oberseitenzwickelstruktur (TG) für jede Verpackung bildet.
Verfahren nach Anspruch 3, weiter umfassend den Schritt: Aufrechterhalten einer reinen aber nicht sterilen Umgebung während des Sicherns eines Trinkstrohhalms.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem der Verpackungsausstoß für 200 ml-Beutel etwa 660 Verpackungen pro Minute beträgt.
System zum kontinuierlichen Bilden, Versiegeln und Befüllen einer flexiblen Verpackung mit Flüssigkeit, umfassend: a) eine Einrichtung zur Einspeisung einer Endlosbahn von Kunststoffbogenmaterial (6) in eine Verpackung-bildende Einheit (16); b) eine Einrichtung zur Ausgabe einer Endlosbahn von Verpackungen (W), die eine Reihe von aneinander angrenzenden geformten Verpackungen umfasst, aus der Bildungseinheit, wobei die geformten Verpackungen einen geschlossenen Boden, zwei offene Seiten und eine offene Oberseite, die eine Füllöffnung begrenzt, aufweisen; c) eine Einrichtung zum Versiegeln der offenen Seiten, während die Bahn von Verpackungen kontinuierlich durch eine Seitennaht-bildende Einheit (8) zugeführt wird; d) eine Einrichtung zum Befüllen der Verpackungen mit Flüssigkeit durch die offenen Oberseiten, während die Bahn von Verpackungen kontinuierlich durch eine Befüllungseinheit (11) zugeführt wird; e) eine Einrichtung zum Versiegeln der offenen Oberseite der jeweiligen Verpackungen, während die Bahn von Verpackungen kontinuierlich durch eine Oberseitenversiegelungseinheit (18) zugeführt wird; und f) eine Einrichtung (22) zum Trennen der jeweiligen gefüllten und versiegelten Verpackungen von der Bahn, um einzelne Verpackungen davon zu bilden, gekennzeichnet durch: eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer sterilen Umgebung um die Einrichtungen b) bis e); und eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer reinen, aber nicht sterilen Umgebung um Einrichtung f).
System nach Anspruch 8, weiter umfassend: eine Einrichtung (7) zur Sterilisierung der Bahn zwischen Funktionen, die durch die Einrichtungen a) und b) ausgeführt werden.
System nach Anspruch 8 oder 9, weiter umfassend: eine Einrichtung (20) zum Sichern eines Trinkstrohhalms an jeder Verpackung auf der Bahn zwischen Funktionen, die durch die Einrichtungen e) und f) ausgeführt werden.
System nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei dem die Bildungseinheit (16) das Kunststoffbogenmaterial (6) entlang einer Längsachse kontinuierlich faltet, um einen Längszwickel (BG) zu bilden, der den Verpackungsboden bildet.
System nach Anspruch 11, bei dem die Bildungseinheit (16) dann kontinuierlich eine Oberseitenzwickelstruktur (TG) für jede Verpackung bildet.
System nach Anspruch 10, weiter umfassend: eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer reinen, aber nicht sterilen Umgebung um die Einrichtung zum Sichern eines Trinkstrohhalms (20).
System nach Anspruch 8, bei dem der Verpackungsausstoß für 200 ml-Beutel etwa 660 Verpackungen pro Minute beträgt.