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Diese
Erfindung betrifft ein verbessertes System zum kontinuierlichen
Verarbeiten von Kaugummigrundstoffen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Typischerweise
weist eine Kaugummizusammensetzung einen wasserlöslichen Quellanteil, einen
wasserunlöslichen
Kaugummigrundstoffanteil und typischerweise wasserunlösliche Aromastoffe auf.
Der unlösliche
Gummigrundstoff weist im Allgemeinen Elastomere, Elastomerlösungsmittel,
Weichmacher, Wachse, Emulgatoren und anorganische Füllstoffe
auf. Der wasserlösliche
Anteil wird mit einem Anteil des Aromastoffs über eine Zeitdauer während des
Kauens abgegeben. Der Kaugummigrundstoffanteil wird während der
gesamten Zeit, die das Produkt gekaut wird, im Mund behalten.
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Kaugummigrundstoffe,
sowie das Kaugummiprodukt selbst, werden typischerweise durch ein Verfahren
vom Chargentyp hergestellt, obwohl kontinuierliche Extruder ebenfalls
verwendet werden können.
Im Chargenverfahren werden typischerweise Sigma-Flügelchargen-Mischer
verwendet. Die Chargenverarbeitung ist jedoch tendenziell arbeitsintensiv und
stellt Kaugummis von unterschiedlicher Konsistenz her.
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Sobald
der Gummigrundstoff gebildet ist, werden der geschmolzenen Masse
Emulgatoren wie Lecithin, Weichmacher wie Glycerin oder Wesson-Öl, Maissirup
und Quellmittel wie Zucker oder Zuckeralkohole zugesetzt. Später werden
Aromen wie Aromaöle und/oder
sprühgetrocknete
Aromen und Süßstoffe
zugesetzt, während
das Mischen fortgesetzt wird, bis eine homogene Masse erreicht ist.
Die Kaugummimasse wird dann abgekühlt und später gewalzt, geschnitten und
zum Endprodukt eingehüllt.
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Die
Verwendung von kontinuierlichen Extrudern zum Herstellen von Kaugummigrundstoffen
und dem Kaugummiendprodukt wurde zum Vereinfachen und zum Reduzieren
der erforderlichen Herstellungszeit des Kaugummigrundstoffs und
der Kaugummiprodukte entwickelt. Kontinuierliche Extrusionsverfahren
reduzieren auch die Kosten der Endprodukte und stellen Kaugummigrundstoffe
und Gummiendprodukte von einheitlicherer und gleichmäßigerer Qualität her.
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Die
Verwendung von kontinuierlichen Extrudern zum Herstellen eines Kaugummiendprodukts sind
in US-Patent Nr. 5,135,760 von Degady et al., US-Patent Nr. 5,045,325
von Lesko et al. und US-Patent Nr. 4,555,407 von Kramer et al. dargestellt.
Die Verwendung von kontinuierlichen Extrudern zum Herstellen von
Kaugummigrundstoffen sind z.B. in US-Patent Nr. 5,419,919 und 5,486,366,
beide von Song et al., offenbart.
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Die
in diesen Patenten offenbarten kontinuierlichen Gummigrundstoff-
und Kaugummiverfahren verwenden typischerweise eine kontinuierliche
Extrusionsmaschine wie einen Doppelschneckenextruder. Diese Extruder
können
je nach den Erfordernissen und Zwecken des beteiligten Systems miteinander drehend,
gegenläufig
drehend, ineinander greifend oder tangential sein. Diese Extruder
weisen typischerweise mehrere verschiedene Zufuhreinlässe auf,
wo die Inhaltsstoffe zugesetzt werden. Die verlängerten Schraubenmechanismen
im Inneren der Extruderzylinder sind mit verschiedenen Elementtypen
ausgestattet. Kontinuierliche Extrusionsmaschinen, die zur Herstellung
eines Kaugummigrundstoffs oder eines Kaugummiendprodukts oder von
beiden verwendet werden können,
schließen
Extruder von Japan Steel Works, Leistriztz, Werner & Pfleiderer Corp.,
WLS, Buss Mfg. Co., Togum und Baker Perkins ein.
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Werden
Gummigrundstoffe entweder durch das Verfahren vom Chargentyp oder
unter Verwendung einer kontinuierlichen Extrusionsmaschine hergestellt,
wird die geschmolzene Gummigrundmasse typischerweise in beschichtete
oder ausgekleidete Pfannen entleert, die dann zum Abkühlen zur
Seite gelegt werden. Sobald sie abgekühlt sind, werden die Gummigrundstoffbrammen
oder -blöcke
zur Seite gelegt oder zur späteren
Verwendung in verschiedenen Kaugummiherstellungsverfahren in Behälter gepackt.
Es ist wohl bekannt, dass ein Gummigrundstoffprodukt für verschiedene
Gummiendprodukte je nach Endzusammensetzung des Kaugummis verwendet
werden kann.
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Zum
Handhaben der Gummigrundstoffprodukte verwendete Verfahren, enthaltend
die Schritte der Entleerung des Grundstoffs in Pfannen, Transportieren
der Pfannen zu einer Kühlstation,
Abkühlen des
heißen
Gummigrundstoffmaterials in den Pfannen und die Verarbeitung der
abgekühlten
Gummigrundstoffbrammen, sind zeitaufwendig und arbeitsintensiv.
Typischerweise kann es mehrere Stunden dauern, bis das Gummigrundstoffprodukt
für die
anschließende
Handhabung und Verarbeitung ausreichend abgekühlt ist.
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FR 2502989 offenbart ein
Gerät und
ein Verfahren zum Abkühlen
und Verarbeiten eines Stricks oder Strangs aus extrudiertem Gummimaterial,
in welchem das Material direkt in und durch eine einzelne Kühltrommel
geleitet wird.
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US 4068004 offenbart ein
System und ein Verfahren zum Abkühlen
von Gummigrundstoffmaterial, in welchem der Gummigrundstoff in selbst-ablösende Polycarbonatschalen
abgesetzt wird und durch Kühlluft,
die in Kontakt mit dem Gummigrundstoff und der Schale gebracht wird,
abgekühlt
wird.
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EP 0729706 offenbart ein
Endlosfördersystem
zum Bewegen von Kaugummimaterial enthaltenden Schalen zwischen zwei
Punkten und zum Zurückbringen
der leeren Schalen.
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FR 1352643 offenbart ein
Verfahren und ein Gerät
zum Abkühlen
von Bonbons, in welchem die Bonbons auf einem Förderband angeordnet werden, das
in einer Spirale an einem ersten Kühlturm aufsteigt und anschließend ebenfalls
in einer Spirale an einem benachbarten Kühlturm absteigt.
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Es
ist die allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren und System zur Herstellung, Abkühlung und Verarbeitung von
Gummigrundstoffprodukten bereitzustellen. Es ist auch eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, verbesserte Geräte und Verfahren zum Abkühlen eines
Gummigrundstoffprodukts bereitzustellen, um eine verbesserte Endverarbeitung
zu erleichtern.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlgerät zum kontinuierlichen
Kühlen
von Kaugummigrundstoffen bereitzustellen und sie automatisch von
einer Stufe zur anderen kontinuierlich zu handhaben.
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Diese
und andere Aufgaben, Nutzen und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfüllt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein wie in Anspruch 1 definiertes
Verfahren zum Herstellen von Kaugummigrundstoffmaterialien bereitgestellt.
Ferner sind bevorzugte Merkmale dieses Aspekts der Erfindung in
den Ansprüchen
2 bis 10, die von Anspruch 1 abhängig
sind, dargelegt.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein wie in Anspruch 11 definiertes
System zur Herstellung von Kaugummigrundstoffmaterialien bereitgestellt.
Ferner sind bevorzugte Merkmale dieses Aspekts der Erfindung in
den Ansprüchen
12 bis 19, die von Anspruch 11 abhängig sind, dargelegt.
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Andere
Nutzen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich, wenn sie
gemäß den begleitenden
Zeichnungen und beigefügten Ansprüchen betrachtet
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen automatischen Handhabungs- und
Abkühlsystems;
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1A stellt
eine alternative Ausführungsform
eines Bereichs des in 1 dargestellten Systems dar;
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2 ist
eine schematische Draufsichtaufrissansicht eines erfindungsgemäßen automatischen
Handhabungs- und Kühlsystems;
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3 ist
ein Fließdiagramm
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung; und
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4 ist
ein schematisches Diagramm eines Pfannenauskleidungsmechanismus.
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Beste Ausführungsform(en)
zum Durchführen
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist besonders zur Verarbeitung von für Kaugummiendprodukte
verwendete Kaugummigrundstoffe geeignet. Im Allgemeinen stellt die
vorliegende Erfindung ein Gerät,
ein Verfahren und ein System zum Handhaben, Kühlen und weiteren Verarbeiten
des geschmolzenen Gummigrundstoffprodukts bereit, um ihre Verwendung
für ein
Kaugummiendprodukt zu erleichtern. In dieser Hinsicht ist es klar,
dass die vorliegende Erfindung zum Handhaben, Kühlen und weiteren Verarbeiten von
Gummigrundstoffprodukten verwendet werden kann, egal ob die Gummigrundstoffe
durch ein kontinuierliches Extrusionsverfahren, ein herkömmliches Verfahren
vom Chargentyp oder in einer beliebigen herkömmlichen Weise hergestellt
werden.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Erfindung zum Herstellen des
Kaugummigrundstoffs mit einem kontinuierlichen Verfahren vom Extrusionstyp
verwendet. Insbesondere zur Verwendung mit einem kontinuierlichen Gummigrundstoffverfahren
erleichtert die vorliegende Erfindung die Handhabung, das Kühlen und
die weitere Verarbeitung des Gummigrundstoffs, da er sofort aus
dem Extruder extrudiert wird.
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Schematische
Darstellungen eines erfindungsgemäßen Systems sind in den 1 und 2 dargestellt,
wobei 1 eine allgemeine Seitenaufrissansicht und 2 eine
Draufsichtaufrissansicht ist. 1A stellt
eine alternative Ausführungsform
eines Bereichs des Systems dar. 3 ist ein
Fließdiagramm,
das die Schlüsselschritte
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung bildlich darstellt, und 4 stellt
ein Pfannenauskleidungssystem dar. In den Zeichnungen wird das System
im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
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Ein
kontinuierlicher Extruder 12 wird zum Herstellen eines
Gummigrundstoffprodukts 14 verwendet, der kurz in einem
Sammelbehälter 16 gelagert
wird. Das flüssige
Gummigrundstoffprodukt wird durch die Pumpe 20 durch die
Leitung 18 in den Zwischenbehälter 22 gepumpt. Das
Material wird dann durch die Pumpe 26 durch die Leitung 24 zu
einer allgemein mit dem Bezugszeichen 28 bezeichneten Pfannenfüllstation
gepumpt. Das Gummigrundstoffmaterial 14 wird in ausgekleideten
oder beschichteten Pfannen 30 auf einer Plattform 32 angeordnet.
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Es
ist bei herkömmlichen
Gummigrundstoffverarbeitungen üblich,
die Pfanne mit einem Pulvermaterial wie Talkum zu beschichten oder
die Pfanne mit einem Plastikmaterial auszukleiden, um zu verhindern,
dass das klebrige geschmolzene Gummigrundstoffmaterial an den Pfannen
anhaftet und somit die Entfernung hemmt oder verhindert, sobald sich
das Material verfestigt hat. Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die Pfannen mit Stücken aus
Plastikmaterial ausgekleidet, und stärker bevorzugt werden die Plastikauskleidungen
durch einen Fördermechanismus 140 zugeführt und
durch einen Industrieroboter automatisch in die Pfannen eingesetzt.
Dies wird nachstehend mit Bezug auf 4 detaillierter
erörtert.
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Einzelne
Pfannen mit Gummigrundstoffmaterial 30 werden durch einen
Industrieroboter 40, entweder einzeln oder paarweise, automatisch
aufgenommen und an den Anfang des Fördermechanismus 42 bewegt,
der die Pfanne in und durch ein Spiralkühlgerät 44 transportiert.
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Diesbezüglich und
wie in 2 besser dargestellt, weist der Roboter 40 einen
Arbeitsbereich 46 auf, der es seinem Dreharm 48 ermöglicht,
die Pfannen 30 von der Plattform 32 an Station „B" aufzunehmen und
sie zum Förderband 42 an
Station „C" zu bewegen. Der
Arm 48 weist an einem Ende einen Greifermechanismus 50 auf,
der es dem Roboter ermöglicht,
einen oder mehrere Pfannen 30 manuell zu greifen und aufzunehmen.
Wie in 1 dargestellt, befindet sich der Roboter 40 im
Aufnahmeverfahren von Pfanne 30' an Station „B". Die Position des Roboterarms ist ebenfalls
in gestrichelten Linien durch die Bezugszeichen 48' und 50' in einer Position
zum Absetzen der Pfanne 30' auf
dem Förderbandmechanismus 42 an
Station „C" dargestellt.
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Auch
sind erfindungsgemäß leere
Pfannen innerhalb des Arbeitsbereichs 46 des Roboters 40 vorgesehen.
Leere Pfannen 52 sind an Station „A" in 2 dargestellt
und auf einem Tischelement 54 angeordnet. Somit wird bei
Verwendung der Roboter 40 gesteuert, um leere Pfannen 52 an
Station „A" von Plattform 54 aufzunehmen,
sie an Station „B" auf dem Tisch oder
der Plattform 32 in Position zu bewegen, wo die Pfannen
mit Gummigrundstoffmaterial 14 gefüllt werden, und die Pfannen
dann zu Station „C" zu bewegen, wo sie
auf dem Förderband 42 zum
Eintritt in den Spiralkühlmechanismus 44 angeordnet werden.
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Wie
vorstehend angegeben, ist es auch klar, dass, obwohl ein kontinuierlicher
Extruder 12 in den Zeichnungen zum Herstellen des Kaugummigrundstoffs 14 dargestellt
ist, der Kaugummigrundstoff durch ein herkömmliches Verfahren vom Chargentyp hergestellt
werden kann. Mit einem Verfahren vom Chargentyp könnte das
geschmolzene Gummigrundstoffmaterial in den Zwischenbehälter 22 gegossen und
dann zum Kühlen
durch die Pumpe 26 in getrennte Pfannen 30 gepumpt
werden.
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Erfindungsgemäß wird vorzugsweise
ein Paar an Spiralkühlern 44 und 46 verwendet.
Wie dargestellt, weisen die Kühler
spiralförmige
Fördermechanismen 45 bzw. 47 auf,
die die Pfannen 30 des Gummigrundstoffmaterials durch die
Türme 44 und 46 transportieren,
während
der flüssige
Gummigrundstoff gekühlt
wird.
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Spiralbandkühltürme dieses
Typs sind von T.J. White Co. erhältlich.
Typischerweise sind diese Geräte 20 bis 30 Fuß breit
und mehrere Etagen hoch. Die Temperatur im Inneren der Spiralkühler 44 und 46 wird
vorzugsweise auf einer Höhe
von etwa 30°F bis
60°F gehalten,
um das Material 14 schnell zu kühlen. Die beiden Spiralförderbänder 44 und 46 sind
zueinander benachbart angeordnet, so dass die Gummigrundstoffmaterialien
aufwärts
in die erste Förderanlage
auf dem Spiralförderband 54 weiterlaufen können und
zu dem oberen Teil der zweiten Förderanlage
(an Punkt „D") transportiert werden
und dann abwärts
in der zweiten Spiralförderanlage 47 weiterlaufen
können,
wo sie zur weiteren Handhabung am Ende des Fördermechanismus 60 austreten
können. Dies
ist als Station „E" in den Zeichnungen
dargestellt.
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Treten
die Pfannen 30 aus dem Spiralkühler 46 aus, liegt
das Gummigrundstoffmaterial in festem Zustand vor. Die Zeit für eine Pfanne 30 an
flüssigem Gummigrundstoffmaterial,
um durch die Spiralkühler 44 und 46 zu
laufen und folglich vom Punkt „C" zu Punkt „E" weiter zu laufen,
beträgt
etwa 1 bis 4 Stunden.
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Tritt
das gekühlte
Gummigrundstoffmaterial aus der Spiralförderanlage 46 an Station „E" aus, wird es durch
einen zweiten Industrieroboter 70 automatisch gehandhabt.
Der Roboter 70 weist einen Arbeitsbogen oder -bereich 72 auf.
Der Roboter 70 weist an einem Ende ein sich drehendes Armelement 74 und
einen manuellen Haken oder Greifmechanismus 76 auf.
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Bevorzugte
Roboter zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung sind von einer
Anzahl an Quellen, wie Fanuc, erhältlich. Erfindungsgemäß ist es
auch möglich,
einen Roboter zum Durchführen
der Vorgänge
von beiden Robotern 40 und 70 bereitzustellen.
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Der
Roboter 70 nimmt eine oder zwei Pfannen 30 mit
gekühltem
und verfestigtem Gummigrundstoffmaterial auf und bewegt sie in den
Bereitstellungsbereich „A", wo sie auf die
Plattform oder den Tisch 54 angeordnet werden. Saugnäpfe (nicht
dargestellt) am Ende des Arms 74 heften sich an die verfestigten „Blöcke" aus Gummigrundstoffmaterial
und heben sie aus den Pfannen. Der Roboter 70 bewegt dann
die Blöcke 79 zum
Bereitstellungsbereich „F", wo sie auf Paletten 80 angeordnet
werden, die auf dem Fördermechanismus 82 angeordnet
sind. (Die leeren Pfannen auf der Plattform 54 werden dann durch
den Roboter 40 zum Bereitstellungsbereich „B" bewegt, wo sie wieder
verwendet werden).
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Die
Paletten 80 werden in Position bewegt. Ein Palettenbereitstellungsmechanismus 84 führt die Paletten
dem Fördermechanismus 82 zu.
Sobald die Paletten 80 mit einer Anzahl an Blöcken 79 des
gekühlten
Gummigrundstoffmaterials gefüllt
sind, werden sie entlang des Fördermechanismus 82 auf
einen zweiten Palettenförder-
und Bereitstellungsmechanismus 86 geleitet. Sobald die
gesamten Paletten das Ende 88 des Förder- und Handhabungsgerätemechanismus 86 erreichen,
werden sie zur weiteren Verarbeitung durch einen Hoch-Tief-Mechanismus 90 oder
dergleichen aufgenommen, wo sie zum Lagern oder weiteren Verarbeiten
zu einem Kaugummiendprodukt entnommen werden.
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Eine
alternative Ausführungsform
zum Handhaben einzelner Blöcke 79 aus
gekühltem Gummigrundstoffmaterial
ist in 1A dargestellt. In dieser Ausführungsform
werden die Blöcke
aus gekühltem
Gummigrundstoffmaterial durch den Roboter 70 einfach auf
einem Förderband 100 angeordnet, wo
sie anschließend
gehandhabt und einzeln zur weiteren Verwendung entfernt werden.
Diesbezüglich
könnten
die gekühlten
Gummigrundstoffblöcke sofort
zu einem Kaugummiverarbeitungsendbereich gebracht und in einem Mischer
vom Chargentyp abgesetzt oder erneut erwärmt und geschmolzen und in einem
kontinuierlichen Kaugummiverfahren verwendet werden.
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Im
Allgemeinen enthält
das erfindungsgemäße Verfahren
ein Gummigrundstoffherstellungssystem oder -gerät (entweder einen kontinuierlichen
Extruder oder einen Mischer vom Chargentyp), einen Pfannenfüllbereich,
einen oder mehrere Industrieroboter, einen oder mehrere Kühltürme zum
Kühlen und
Härten
des flüssige
Gummigrundstoffmaterials und einen Handhabungs- und Lagerendbereich.
Einer der Industrieroboter wird dazu verwendet, die Pfannen mit
heißem
Gummigrundstoffmaterial zum Eingang des ersten Spiralturms zu bewegen,
und der zweite Industrieroboter wird dazu verwendet, um die gekühlten Pfannen
mit Gummigrundstoffmaterial vom Ausgang der Spiralförderanlage
zum Bereitstellungsendbereich zu befördern. Am Bereitstellungsendbereich
sind die Pfannen mit gekühltem
Gummigrundstoffmaterial verfügbar,
um auf verschiedene Weisen verarbeitet zu werden, wie einzeln auf
einem Förderband
angeordnet oder auf Paletten zur anschließenden Handhabung durch Fahrzeuge
oder andere Maschinenanlagen geladen zu werden.
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Das
in 3 dargestellte Fließdiagramm legt die Schlüsselmerkmale
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dar. Das Gummigrundstoffmaterial wird zuerst extrudiert 110 und
zu einem Zwischenbehälter
(22) befördert 112.
Die Pfannen (30), die vorzugsweise durch einen Industrieroboter auf
einer Ladeplattform (32) angeordnet 114 werden und
mit einer Folie aus Plastikmaterial ausgekleidet 116 sind,
werden mit dem flüssi gen
Gummigrundstoffmaterial gefüllt 118.
Die gefüllten
Pfannen werden durch den Roboter im Kühlmechanismus angeordnet 120,
und man lässt
sie abkühlen 122.
Die aus dem Kühlmechanismus
austretenden Pfannen mit dem verfestigten Gummigrundstoffmaterial
werden durch einen Industrieroboter entnommen 124. Der Roboter
trennt 126 dann die Blöcke
aus gehärtetem Gummigrundstoffmaterial
von den Pfannen und stapelt 128 die Blöcke auf einer Palette, welche
vorher in eine passende Position 130 bewegt wurde. Die
gefüllten
Paletten werden dann gelagert 132, so dass das Gummigrundstoffmaterial
leicht bei der Herstellung eines Gummiendprodukts verwendet werden kann.
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4 zeigt
einen Zuführungsmechanismus 140 zum
Zuführen
von Plastikmaterialfolien zur Auskleidung der leeren Pfannen. Die
Plastikauskleidungsmaterialien sind in zwei Materialwalzen 142 und 144 bereitgestellt,
die auf den Wellen 143 bzw. 145 angeordnet sind.
Das Material 142 und 144 wird einem Schneidemechanismus 146 zugeführt, der das
gewalzte Material in einzelne Folien 142' und 144' schneidet. Werden die leeren Pfannen 30 auf der
Plattform oder dem Tisch 32 angeordnet, werden die Plastikfolien 142' und 144' darüber angeordnet. Diesbezüglich können die
Folien manuell oder durch den Roboter 40 von den Materialwalzen
abgezogen werden. Sobald die Materialfolien über den Pfannen angeordnet
sind, werden die Pfannen mit dem Gummigrundstoffmaterial gefüllt. Das
Gewicht des Materials bewirkt, dass die Auskleidungen die Form der Pfannen
annehmen.