EP2748069B1

EP2748069B1 - Füllmaschine zum abfüllen von produkten in packungsbehälter sowie verfahren hierzu

Info

Publication number: EP2748069B1
Application number: EP12773287.3A
Authority: EP
Inventors: Thomas Boehme; Klaus Baltes
Original assignee: Elopak Systems AG
Current assignee: Elopak Systems AG
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2032-10-05
Also published as: CN103906683A; US20140260119A1; EP2748069A1; US10196163B2; CN103906683B; BR112014008107B1; RU2014118597A; BR112014008107A2; DE102011054327A1; RU2577346C2; WO2013053646A1

Description

Füllmaschinen zur Abfüllung von Produkten, insbesondere flüssiger Lebensmittel, in aus Kartonverbundmaterial bestehende Packungsbehälter sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Aufbau bekannter Füllmaschinen wird beispielsweise auf die EP 0 936 992 B1 und die DE 41 42 167 C2 hingewiesen.
Die üblicherweise quaderförmigen Packungsbehälter werden aufgrund der besseren Transportfähigkeit aus mit Knickkanten versehenen und zu Packungsmänteln zusammengeschweißten Packungszuschnitten erst in der Füllmaschine hergestellt. Jeder flach gefaltete Packungsmantel weist vier durch parallel verlaufende äußere und innere Knickkanten voneinander getrennte Packungswände auf. An den äußeren Knickkanten des flach gefalteten Packungsmantels ist jeweils ein spitzer Innenwinkel zwischen den Packungswänden eingeschlossen. Die inneren Knickkanten des flach gefalteten Packungsmantels sind zwischen den äußeren Knickkanten angeordnet. An den inneren Knickkanten des flach gefalteten Packungsmantels ist jeweils ein stumpfer Innenwinkel zwischen den Packungswänden eingeschlossen. Sofern die Packungswände übereinstimmende Abmessungen aufweisen teilen die inneren Knickkanten die Strecke zwischen den äußeren Knickkanten auf der Mitte.
Der mindestens einen Förderlinie der Füllmaschine werden die flach gefalteten Packungsmäntel aus einem Magazin zugeführt. In dem Magazin sind die Packungsmäntel als Stapel, üblicherweise aufrecht stehend, hintereinander angeordnet. An einer in Richtung der Förderlinie weisenden Entnahmeseite des Magazins liegen zwei der vier Packungswände des jeweils vorderen Packungsmantels frei. Der Stapel wird an seiner Rückseite in Richtung der Entnahmeseite mit einer Kraft, beispielsweise der einer Feder oder eines Linearantriebs, beaufschlagt, um die Packungsmäntel des Stapels zur Entnahmeseite hin zu verschieben.
Eine Entnahme- und Auffaltvorrichtung umfasst einen Greifer zum Erfassen einer der beiden an der Entnahmeseite des Magazins freigegebenen Packungswände, eine Führung für die andere der beiden freigegebenen Packungswände sowie in Bewegungsrichtung hinter der Führung angeordnete Halteelemente zur Aufnahme der äußeren Knickkanten des aufgefalteten Packungsmantels.
Die Entnahme- und Auffaltvorrichtung faltet den zunächst flach gefalteten Packungsmantel zu einem im Querschnitt ein Rechteck bildenden Packungsmantel auf. Der aufgefaltete Packungsmantel wird von einer Transporteinrichtung übernommen. Entlang der Förderlinie der Füllmaschine werden die aus den Packungsmänteln hergestellten Packungsbehälter sterilisiert, befüllt und anschließend verschlossen. Die Herstellung des Packungsbodens erfolgt üblicherweise unmittelbar vor dem Befüllen. Anschließend wird üblicherweise der Packungskopf hergestellt.
Als Transporteinrichtung kommen insbesondere Transporträder oder umlaufende Förderbänder mit taschenförmigen Aufnahmen für die aufgefalteten Packungsmäntel bzw. Packungsbehälter zum Einsatz. Die sich schrittweise drehenden Transporträder weisen mehrere sich radial nach außen erstreckende, parallele Aufnahmen auf. Die Aufnahmen sind üblicherweise als Dorne ausgebildet, auf die die aufgefalteten Packungsmäntel bzw. Packungsbehälter aufgeschoben werden; man spricht dann auch von einem Dornrad. In einer anderen Ausgestaltung eines derartigen Transportrades umfasst jede Aufnahme mehrere Arme bzw. Profile, die an der Außenseite, insbesondere unmittelbar neben den Knickkanten des aufgefalteten Packungsmantels bzw. des Packungsbehälters zur Anlage gelangen. In diesem Fall bilden die Aufnahmen Zellen aus, in die die aufgefalteten Packungsmäntel bzw. Packungsbehälter einschiebbar sind; man spricht dann auch von einem Zellenrad.
Nachfolgend wird eine zum Stand der Technik gehörige Füllmaschine mit Entnahme- und Auffaltvorrichtung der Firma SIG Combibloc GmbH in D-52441 Linnich an Hand der Figuren 1a) - 1d) näher erläutert:
Die flach gefalteten Packungsmäntel (1) sind aufrecht stehend in dem Magazin (2) der Füllmaschine bevorratet. Jeder flach gefaltete Packungsmantel (1) weist vier durch parallel verlaufende äußere Knickkanten (3a, 3b) und innere Knickkanten (4a, 4b) voneinander getrennte Packungswände (5a, 5b, 6a, 6b) auf.
Eine Entnahmeseite (7) des Magazins (2) gibt die beiden nach vorne zeigenden Packungswände (5a, 5b) des jeweils vorderen Packungsmantels (1) frei. Damit die Packungsmäntel (1) an der Entnahmeseite (7) nicht aus dem Magazin herausfallen, sind an der Entnahmeseite (7) Rückhalteelemente (8a, 8b) angeordnet, die sich entlang der äußeren Knickkanten (3a, 3b) des vorderen Packungsmantels (1) erstrecken. Der jeweils vordere Packungsmantel (1) wird nicht in der vollen Breite der beiden Packungswände (5a, 5b) entnommen. Vielmehr wird der Packungsmantel (1) lediglich an einer der beiden freigegebenen Packungswände (5a) des Packungsmantels (1) an der Entnahmeseite (7) des Magazins (2) erfasst (vgl. Figur 1a)). Zum Erfassen der Packungswand (5a) dient ein Sauggreifer (9), der an einem um eine Achse (10) schwenkbar angeordneten Schwenkarm (11) befestigt ist. Durch eine um die senkrechte Achse (10) ausgeführte Schwenkbewegung des Sauggreifers (9) löst sich zunächst die äußere Knickkante (3a) von dem Rückhalteelement (8a), wobei sich bei der weiteren Schwenkbewegung des Sauggreifers (9) um die gegenüberliegende äußere Knickkante (3b), die noch von dem Rückhalteelement (8b) gehalten wird, ein flaches Parallelogramm, wie dies insbesondere aus Figur 1a) erkennbar ist, bildet. Im Laufe der weiteren Schwenkbewegung kommt zunächst die äußere Knickkante (3b) von dem Rückhalteelement (8b) frei. Anschließend wird der Packungsmantel (1) mit der anderen der beiden freigegebenen Packungswände (5b) gleitend entlang einer gekrümmten Führungsfläche (12) eines Führungselementes (13) geführt. Die Führungsfläche (12) bewirkt bei der Bewegung des Packungsmantels (1) entlang des Bewegungswegs (14) eine Vergrößerung der spitzen Innenwinkel (15a, 15b), wobei der Innenwinkel (15a) zwischen den Packungswänden (5b, 6b) und der Innenwinkel (15b) zwischen den Packungswänden (5a, 6a) eingeschlossen sind. In Richtung des Bewegungswegs (14) befindet sich am Ende der gekrümmten Führungsfläche (12) ein Halteelement (16), das in Form einer nutförmigen Vertiefung in das Führungselement (13) eingebracht ist. Das Halteelement (16) dient der Aufnahme der äußeren Knickkante (3b) des aufgefalteten Packungsmantels (1). Ebenfalls in Richtung des Bewegungswegs (14) hinter der Führungsfläche (12) befindet sich ein weiteres, ortsfestes Halteelement (17) in Form einer Halteleiste (17) zur Aufnahme der diametral gegenüberliegenden äußeren Knickkante (3a). Der Abstand und die Ausrichtung der Halteelemente (16, 17) erfolgt derart, dass der von den Halteelementen (16, 17) aufgenommene Packungsmantel im Querschnitt ein Rechteck bildet. Diese Ausrichtung ist zur einwandfreien Übergabe des aufgefalteten Packungsmantels auf die der Entnahme- und Auffaltvorrichtung nachgeordnete Transporteinrichtung, wie insbesondere die eingangs erwähnten Transporträder, erforderlich. Am Ende der gekrümmten Führungsfläche (12) beträgt der zunächst spitze Innenwinkel (15a, 15b) des Packungsmantels kurzzeitig geringfügig mehr als 90°, wie dies aus Figur 3c) erkennbar ist, um ein einwandfreies Einschnappen der Knickkante (3b) in das Haltelement (16) zu gewährleisten.
Die Knickkanten (3a, 3b, 4a, 4b), insbesondere die inneren Knickkanten (4a, 4b) des Packungsmantels (1) verursachen Rückstellmomente, die dem Auffalten des Packungsmantels (1) entgegenwirken. Mit dem Auffalten des zunächst flach gefalteten Packungsmantels (1) zu einem im Querschnitt rechteckigen Packungsmantel nehmen die Rückstellmomente zu. Wie insbesondere aus Figur 1 b) ersichtlich, verläuft die Berührungslinie zwischen der gleitend geführten Packungswand (5b) und der Führungsfläche (12) etwa in der Mitte der Packungswand parallel zu den die Packungswand (5b) begrenzenden Knickkanten (3b, 4a). Aufgrund der mit dem Auffalten entlang des Bewegungswegs (14) zunehmenden Rückstellmomente ergeben sich auch steigende Andruckkräfte zwischen der Packungswand (5b) und der Führungsfläche (12). Die hohe, entlang des Bewegungswegs zunehmende Andruckkraft erfordert eine hohe Saugkraft des Sauggreifers (9), um den Packungsmantel (1) während der Entnahme und der Auffaltbewegung sicher zu halten. Da für Füllmaschinen eine große Durchsatzleistung beim Befüllen der Packungsbehälter gefordert wird, müssen die Entnahme und das Auffalten der Packungsmäntel mit entsprechend hoher Geschwindigkeit erfolgen. Dies führt dazu, dass die Packungsmäntel (1) mit hoher Geschwindigkeit entlang der Führungsfläche (12) in die Halteelemente (16, 17) gezogen werden, was wegen des unvermeidlichen Einschnappens des Packungsmantels in das Halteelement (16) zu einer hohen Geräuschentwicklung führt. Schließlich kommt es sowohl beim Einschnappen des Packungsmantels in das Halteelement (16) als auch während der Auffaltbewegung entlang der Führungsfläche (12) zu relativ hohen Querkräften zwischen den Saugern des Sauggreifers (9) und der Packungswand (5a). Werden dabei die Haltekräfte des Sauggreifers überschritten, kann es zu einem unbeabsichtigten Ablösen des erfassten Packungsmantels und damit zu einer Betriebsstörung der gesamten Füllmaschine kommen. Außerdem können die hohen Andruckkräfte zwischen der geführten Packungswand und der Führung Schleifspuren an der Packungswand verursachen.
Die EP 0 766 621 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Entnehmen eines Packungsmantels aus einem Magazin und zum Auffalten des Packungsmantels zu einem rechteckigen Querschnitt, wobei ein um eine Drehachse schwenkbar angeordneter Greifer eine der beiden freigegebenen Packungswände des flachgefalteten Packungsmantels an der Entnahmeseite des Magazins erfasst. Die Vorrichtung weist darüber hinaus eine um eine Achse schwenkbar angeordnete Führung in Form einer Klappe auf, die mittels eines Antriebs von einer ersten Position in eine zweite Position schwenkbar ist. Des Weiteren weist die Vorrichtung ein ortsfestes Halteelement zur Aufnahme einer der beiden äußeren Knickkanten des noch nicht vollständig aufgefalteten Packungsmantels auf. Die gegenüberliegende Knickkante wird jedoch nicht von einem Halteelement erfasst. Vielmehr liegt die nicht von dem Greifer erfasste Packungswand an der schwenkbaren Klappe bündig an.
Durch Verschwenken der Klappe im Uhrzeigersinn um die Achse wird der Packungsmantel vollständig aufgerichtet, so dass der Querschnitt des Packungsmantels rechteckig ist. Dabei gleitet die an der schwenkbaren Klappe anliegende Packungswand an der Klappe entlang, bis in der Endstellung der schwenkbaren Klappe eine endseitig an der Klappe angeordnete Nase die zweite äußere Knickkante aufnimmt. Der Sauggreifer kann erst nach vollständigem Aufrichten des Packungsmantels zu einem rechteckigen Querschnitt gelöst werden, da andernfalls die Rückstellkräfte des Packungsmantels ein Herausgleiten aus der Vorrichtung bewirken würden. Ein weiterer Nachteil der Vorrichtung besteht darin, dass in der Phase mit den höchsten Rückstellkräften, nämlich beim vollständigen Aufrichten des Packungsmantels, der Packungsmantel bündig an der Klappe anliegt und zu dieser eine Relativbewegung ausführt, wodurch ein höherer Verschleiß und eine Beschädigung der Packungswand resultieren können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Füllmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die zum Entnehmen und Auffalten der Packungsmäntel geringere Haltekräfte benötigt, bei der Betriebsstörungen und Schleifspuren an der geführten Packungswand vermieden werden und die Geräuschentwicklung reduziert wird. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein entsprechendes Verfahren zum Entnehmen und Auffalten von Packungsmänteln aus einem Magazin einer derartigen Füllmaschine vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird bei einer Füllmaschine nach dem Oberbegriff des geltenden Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass

die Führung derart eingerichtet ist, dass sie eine Vergrößerung der Innenwinkel auf einen Betrag von weniger als 90° bewirkt,
mindestens eines der beiden Halteelemente zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung hin- und her beweglich angeordnet ist und
die Haltelemente derart angeordnet sind, dass sie im Anschluss an die Vergrößerung der Innenwinkel durch die Führung die äußeren Knickkanten des noch nicht vollständig aufgefalteten, im Querschnitt ein Parallelogramm bildenden Packungsmantels aufnehmen und durch anschließendes Bewegen mindestens eines der beiden Haltelemente zwischen der Ausgangs- und der Endstellung den Packungsmantel vollständig auffalten, so dass der Querschnitt des Packungsmantels rechteckig ist.

Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Da mit Zunahme des spitzen Innenwinkels die Rückstellkräfte des Packungsmantels ansteigen, lassen sich durch Begrenzung des Betrags des Innenwinkels die Haltekräfte des Greifers wirksam reduzieren. Die Führung ist derart eingerichtet, dass sie eine Vergrößerung der Innenwinkel auf einen Betrag von weniger als 90° bewirkt. Die maximale Vergrößerung des Innenwinkels kann beispielsweise durch den Winkel zwischen einer Führungsfläche der Führung und dem Bewegungsweg des Greifers sowie die Länge der Führungsfläche festgelegt werden.
Der Übergang des Packungsmantels von der Führung in die Halteelemente erfolgt bei gleichen Packungsmänteln mit einer gegenüber dem Stand der Technik reduzierten Rückstellkraft, wodurch die Geräusche beim Einschnappen in die Halteelemente ebenfalls reduziert werden. Die Haltelemente sind derart angeordnet, dass sie im Anschluss an die Vergrößerung der Innenwinkel durch die Führung die äußeren Knickkanten des noch nicht vollständig aufgefalteten, im Querschnitt ein Parallelogramm bildenden Packungsmantels aufnehmen. Die Halteelemente können zu diesem Zweck in Richtung des Bewegungswegs des Greifers hinter der Führung oder einer Führungsfläche der Führung angeordnet sein.
Die Halteelemente zur Aufnahme der äußeren Knickkanten sind vorzugsweise in Bewegungsrichtung des Greifers beim Entnehmen hinter der Führung angeordnet. Eines der Führungselemente kann auch als Bestandteil der Führung am Ende einer Führungsfläche ausgeführt sein. Die Halteelemente sind jedoch nicht an dem Greifer bzw. der nachgeordneten Transporteinrichtung angeordnet, da dies den Arbeitszyklus des Entnehmens und Aufrichtens verlängern würde.
Mit Hilfe des mindestens einem zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung hin und her beweglichen Haltelementes wird anschließend der Innenwinkel auf 90° vergrößert, so dass der Packungsmantel in der Endstellung des Halteelementes bzw. der Halteelemente den gewünschten rechteckigen Querschnitt einnimmt und vollständig aufgefaltet ist.
Die Führung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass zumindest in einem Endbereich der Führung, in dem die Rückstellkräfte bereits stark angestiegen sind, ausschließlich die äußere Knickkante anstelle der Packungswand des Packungsmantels geführt wird. Die Führung und die Packungswand berühren sich daher zumindest in dem Endbereich der Führung nicht, so dass Schleifspuren an der Packungswand durch hohe Andruckkräfte in der Schlussphase der Bewegung entlang der Führung sicher verhindert werden. Die aus den Rückstellmomenten resultierenden Kräfte werden ausschließlich über die geführte Knickkante abgetragen und infolge dessen die Haltekräfte des Greifers weiter reduziert.
Konstruktiv vorteilhaft ist das Haltelement zur Aufnahme der geführten äußeren Knickkante zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung hin- und her beweglich und das Haltelement zur Aufnahme der diametral gegenüberliegenden äußeren Knickkante ortfest angeordnet.
Bevor der Packungsmantel den gewünschten rechteckigen Querschnitt bildet, gelangt die vorlaufende Knickkante des Packungsmantels in das ortsfeste Halteelement, insbesondere eine ortsfeste Halteleiste. Gleichzeitig gelangt die nachlaufende Knickkante des noch ein nicht rechteckiges Parallelogramm bildenden Packungsmantels in den Wirkungsbereich des zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung hin und her beweglichen Halteelementes. Dieses bewegliche Halteelement wird nun von der Ausgangsstellung in die Endstellung bewegt, bis der gewünschte rechteckige Querschnitt des Packungsmantels erreicht ist.
Der erforderliche Bewegungsweg zwischen der Ausgangs- und der Endstellung des Halteelementes bzw. der Halteelemente hängt davon ab, wie weit der Packungsmantel am Ende der Führung bereits aufgefaltet wurde, d.h. um welchen Winkelbetrag die spitzen Innenwinkel an den äußeren Knickkanten des Packungsmantels am Ende der Führung kleiner als 90 Grad sind.
Ein nahezu vollständiges Auffalten des Packungsmantels bevor die Halteelemente zur Wirkung gelangen, bedingt einen kurzen Bewegungsweg zwischen der Ausgangs- und der Endstellung des Halteelementes bzw. der Halteelemente. Ein weniger vollständiges Auffalten des Packungsmantels bevor die Halteelemente zur Wirkung gelangen, bedingt einen längeren Bewegungsweg zwischen der Ausgangs- und der Endstellung des Halteelementes bzw. der Halteelemente. Der längere Bewegungsweg reduziert die Haltekräfte des Greifers und die Geräuschentstehung, wirkt sich jedoch nachteilig auf die Prozessdauer für das Auffalten des Packungsmantels aus, während der kürzere Bewegungsweg die Haltekräfte des Greifers und die Geräuschentwicklung erhöht, jedoch die Prozessdauer verkürzt.
Unter Berücksichtigung des vorstehenden Zusammenhangs bewirkt die Führung insbesondere eine Vergrößerung der spitzen Innenwinkel auf einen Betrag in einem Bereich von 30° - 80°, vorzugsweise in einem Bereich von 45° - 60°.
Nachdem sich das bewegliche Haltelement in der Endstellung befindet bzw. die beiden beweglichen Halteelemente in der Endstellung befinden und der Packungsmantel den gewünschten rechteckigen Querschnitt aufweist, wird dieser vorzugsweise mit einer Hubvorrichtung oder dem Greifer selbst auf eine auf der Förderlinie nachgeordnete Transporteinrichtung übergeben, insbesondere auf den Dorn eines Transportrades aufgeschoben.
Eine weitere Reduktion der Haltekräfte lässt sich dadurch erreichen, dass der Bewegungsweg des Greifers gradlinig ist und rechtwinklig zu der freigegebenen Packungswand des Packungsmantels an der Entnahmeseite des Magazins verläuft, die der Greifer erfasst. Der derart ausgerichtete Bewegungsweg des Greifers reduziert dessen Haltekräfte, insbesondere die Saugkraft des vorzugsweise als Sauggreifer ausgestalteten Greifers. Die geradlinige Führung reduziert zudem die Belastungen auf die Packungsmäntel und den Verschließ der Sauger des Greifers.
Ein kontinuierliches Auffalten des Packungsmantels, bis dieser im Querschnitt ein nicht rechteckiges Parallelogramm bildet, wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Führung eine ebene Führungsfläche zum gleitenden Führen des äußeren Packungskante umfasst und sich der Abstand zwischen der Führungsfläche und dem Bewegungsweg des Greifers von der Entnahmeseite des Magazins in Richtung der Halteelemente zur Aufnahme der äußeren Knickkanten kontinuierlich verringert.
Eine sichere und Material schonende Aufnahme des Packungsmantels an den äußeren Knickkanten wird dadurch erreicht, dass jedes Halteelement zwei winklig zueinander angeordnete Flächen aufweist, die in der Endstellung des bzw. der hin und her beweglichen Halteelemente(s) flächig an den Packungswänden zur Anlage gelangen. Die entsprechenden Haltekräfte werden dann nicht nur in die Knickkanten, sondern auch die angrenzenden Abschnitte der Packungswände eingeleitet.
In konstruktiv vorteilhafter Ausgestaltung ist jedes bewegliche Halteelement insbesondere als Winkelprofil ausgeführt. Als Antrieb für die hin und her bewegliche Halteleiste dient ein Linearsystem umfassend einen Hebel mit Linearführung und Servomotor. In Betracht kommen jedoch auch elektromechanische Linearantriebe.
Sofern die Platzverhältnisse in der Füllmaschine eine besonders kompakte Bauform erfordern, kann in einer Ausgestaltung der Erfindung eines der beiden Haltelemente an der Führung angeordnet sein. Das Haltelement ist insbesondere als integraler Bestandteil der Führung ausgeführt; es kann beispielsweise einstückig mit der Führung als Fräs- oder Gussteil ausgeführt sein.
Wenn mindestens eines der beiden Haltelemente aus der Ausgangstellung in die Endstellung bewegt wird, ist die Führung des Packungsmantels entlang der Führung beendet. Es ist daher auch möglich, das an der Führung angeordnete Haltelement zusammen mit der Führung zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung hin und her beweglich auszuführen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 2: eine schematische perspektivische Teilansicht einer Füllmaschine im Bereich der Entnahme- und Auffaltvorrichtung, während der Entnahme eines flachgefalteten Packungsmantels aus einem Magazin,
Figur 3: die Teilansicht der Füllmaschine nach Figur 2, während der Übergabe des aufgefalteten Packungsmantels an ein entlang der Förderlinie nachgeordnetes Transportrad sowie
Figur 3a: eine Detailansicht eines Mantelschiebers einer Füllmaschine nach Figuren 2 und 3,
Figuren 4 a-d: eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Entnehmen und Auffalten von Packungsmänteln aus einem Magazin einer Füllmaschine nach den Figuren 2 und 3 sowie
Figuren 5 a-e: eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Entnehmen und Auffalten von Packungsmänteln aus einem Magazin eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Füllmaschine.

Soweit die in den Figuren 2 - 5 teilweise dargestellte erfindungsgemäßen Füllmaschinen zur Abfüllung flüssiger Lebensmittel in Packungsbehälter übereinstimmende Bestandteile umfasst, wie die teilweise in Figur 1 dargestellte Füllmaschine nach dem Stand der Technik, werden übereinstimmende Bezugszeichen verwendet. Außerdem wird ergänzend auf die Erläuterungen zu der in Figur 1 dargestellten Füllmaschine ausdrücklich Bezug genommen.
An einem Rahmen (18) der Füllmaschine ist eingangs der Förderlinie das Magazin (2) zur Aufnahme der flach gefalteten Packungsmäntel (1) zur Herstellung der Packungsbehälter angeordnet. Das Magazin (2) umfasst Halteprofile (19a, b), die an den äußeren Knickkanten (3a, b) der Packungsmäntel (1) zur Anlage gelangen. An den Stirnseiten der freien Schenkel der Halteprofile (19a, b) befinden sich die als Vorsprünge ausgebildeten Rückhalteelemente (8a, b). Die Rückhalteelemente (8a, b) hindern den von dem Magazin (2) aufgenommenen, aufrecht stehenden Stapel aus Packungsmänteln (1) daran, an der Entnahmeseite (7) aus dem Magazin (2) herauszufallen.
Die Entnahmeseite (7) des Magazins (2) gibt die beiden vorderen Packungswände (5a, b) der insgesamt vier Packungswände (5a, b, 6a, b) des jeweils vorderen Packungsmantels (1) frei. Die auf der Förderlinie der Füllmaschine dem Magazin (2) nachgeordnete Entnahme- und Auffaltvorrichtung umfasst einen Sauggreifer (9) mit drei pneumatischen Saugern zum Erfassen der an der Entnahmeseite (7) freigegebenen Packungswand (5a). Der Sauggreifer (9) ist an einem Aktor (20) befestigt, der entlang eines geradlinigen Bewegungsweges (21) senkrecht zu der freigegebenen Packungswand (5a) des Packungsmantels (1) verschieblich angeordnet ist. Die Verschiebebewegung wird mit einem Linearsystem bewirkt.
Die Entnahme- und Auffaltvorrichtung weist darüber hinaus eine ebene Führungsfläche (23) als Führung für die äußere Knickkante (3b) der anderen der beiden freigegebenen Packungswände (5b) des Packungsmantels auf. Die ebene Führungsfläche (23) dient der gleitenden Führung der äußeren Knickkante (3b).
In Richtung des Bewegungswegs (21) hinter der ebenen Führungsfläche (23) befindet sich ein ortsfestes Halteelement (17) zur Aufnahme der äußeren Knickkante (3a). Das Halteelement (24) zur Aufnahme der diametral gegenüberliegenden äußeren Knickkante (3b) ist zwischen einer in den Figuren 4a) - c) dargestellten Ausgangsstellung und einer in Figur 4 d) dargestellten Endstellung mittels eines Linearantriebs hin und her beweglich. Sowohl das ortsfeste Halteelement (17), als auch das bewegliche Halteelement (24) sind als Winkelprofil ausgestaltet. Die beiden winklig zueinander angeordneten Flächen des Winkelprofils gelangen in der in Figur 4 d) dargestellten Endstellung an den Packungswänden (5a, 6a bzw. 5b, 6b) zur Anlage.
Wie insbesondere aus den Figuren 4a) - d) erkennbar verringert sich der Abstand der ebenen Führungsfläche (23) und dem Bewegungsweg (21) des Sauggreifers (9) von der Entnahmeseite (7) des Magazins (2) in Richtung der Halteelemente (17, 24) kontinuierlich.
Um den von den Haltelementen (17, 24) vollständig aufgerichteten Packungsmantel (1) an eine der Entnahme- und Auffaltvorrichtung nachgeordnete Transporteinrichtung (22) der Füllmaschine zu übergeben ist ein Mantelschieber (28) vorgesehen, der mittels eines umlaufenden Bandes (30) vertikal auf und ab bewegbar ist.
Die Transporteinrichtung (22) umfasst ein um eine Achse (25) drehbares Transportrad (26) mit vier sich radial nach außen erstreckenden, parallelen Aufnahmen, die jeweils mehrere Profile (27) aufweisen, die an der inneren Knickkante (4a) sowie den Packungswänden (6a, b) zur Anlage gelangen. Die Profile (27) bilden Zellen aus, in die die aufgefalteten Packungsmäntel (1) mit rechteckigem Querschnitt von dem Aktor (20) einschiebbar sind. Die Drehachse (25) des Transportrades (26) verläuft in einer horizontalen Ebene quer zur Förderlinie (21) der Füllmaschine. Das Transportrad (26) wird von einem nicht dargestellten Antrieb schrittweise um jeweils 90 Grad um die Drehachse (25) des Transportrades gedreht. Von dem dargestellten Transportrad (26) werden die aufgefalteten Packungsmäntel an weitere, in den Figuren nicht dargestellte Transporteinrichtungen übergeben, um an den Packungsmänteln (1) Bearbeitungsschritte zur Herstellung des Packungsbehälters durchzuführen.
Das Magazin (2) der teilweise dargestellten Füllmaschine nach Figur 5 stimmt mit dem Magazin (2) der Füllmaschine nach den Figuren 2 bis 4 überein, so dass auf die dortigen Erläuterungen verwiesen wird.
Die Entnahmeseite (7) des Magazins (2) gibt die beiden vorderen Packungswände (5a, b) der insgesamt vier Packungswände (5a, b, 6a, b) des jeweils vorderen Packungsmantels (1) frei. Die auf der Förderlinie der Füllmaschine dem Magazin (2) nachgeordnete Entnahme- und Auffaltvorrichtung umfasst einen Sauggreifer (9) mit drei pneumatischen Saugern zum Erfassen der an der Entnahmeseite (7) freigegebenen Packungswand (5a). Der Sauggreifer (9) ist an einem Aktor (20) befestigt, der entlang eines geradlinigen Bewegungsweges (21) senkrecht zu der freigegebenen Packungswand (5a) des Packungsmantels (1) verschieblich angeordnet ist. Die Verschiebebewegung wird mit einem herkömmlichen Linearantrieb, insbesondere einem pneumatischen Zylinder bewirkt.
Die Entnahme- und Auffaltvorrichtung weist darüber hinaus eine gekrümmte Führungsfläche (23) als Führung für die andere der beiden freigegebenen Packungswände (5b) des Packungsmantels (1) auf. Die gekrümmte Führungsfläche (23) dient der gleitenden Führung zunächst der Packungswand (5b) (vgl. Figur 5 b)) und sodann (vgl. Figur 5 c)) der äußeren Knickkante (3b). Der Übergang auf die Knickkantenführung bewirkt , dass zumindest in einem Endabschnitt der Führungsfläche (23), in dem die durch den Packungsmantel (1) verursachten Rückstellkräfte bereits stark angestiegen sind, ausschließlich die äußere Knickkante (3b) anstelle der Packungswand (5b) des Packungsmantels (1) geführt wird. Die Führungsfläche (23) und die Packungswand (5b) berühren sich daher zumindest in dem Endabschnitt nicht, so dass Schleifspuren an der Packungswand (5b) durch hohe Andruckkräfte in der Schlussphase der Bewegung entlang der Führungsfläche (23) sicher verhindert werden. Zugleich werden die Haltekräfte des Sauggreifers (9) in der kritischen Schlussphase der Auffaltbewegung durch die Führung weiter reduziert.
In Richtung des Bewegungswegs (21) hinter der gekrümmten Führungsfläche (23) befindet sich auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung ein ortsfestes Halteelement (17) zur Aufnahme der äußeren Knickkante (3a) (vgl. Figur 5d)). Das ortsfeste Halteelement (17) ist als Winkelprofil ausgestaltet. Das Halteelement (24) zur Aufnahme der diametral gegenüberliegenden äußeren Knickkante (3b) ist bei dieser Ausführungsform an der Führung selbst angeordnet. Das Haltelement (24) weist zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Flächen auf, die als integraler Bestandteil des Führungselementes (13) gegenüber der ebenfalls an dem Führungselement (13) angeordneten, gekrümmten Führungsfläche (23) zurückspringen.
Das Führungselement (13) umfassend die Führungsfläche (23)und das Haltelement (24) ist aus der in den Figuren 5a) - d) dargestellten Ausgangsstellung und der in Figur 5 e) dargestellten Endstellung mittels eines Linearantriebs hin und her beweglich. Die beiden rechtwinklig zueinander angeordneten Flächen des integrierten Haltelementes (24) gelangen in der in Figur 5 e) dargestellten Endstellung an den Packungswänden (5b, 6b) zur Anlage.
Um den von den Haltelementen (17, 24) vollständig aufgerichteten Packungsmantel (1) an eine der Entnahme- und Auffaltvorrichtung nachgeordnete Transporteinrichtung (22) der Füllmaschine zu übergeben ist auch bei dieser Ausführungsform ein Mantelschieber (28) vorgesehen, der mittels eines umlaufenden Bandes (30) vertikal auf und ab bewegbar ist.
Die Transporteinrichtung (22) ist entsprechend der Darstellung in den Figuren 2 bis 4 aufgebaut, so dass auf die dortigen Ausführungen Bezug genommen wird.
Nachfolgend wird das Verfahren zum Entnehmen und Auffalten der Packungsmäntel (1) aus dem Magazin (2) der Füllmaschine unter Bezugnahme auf die Figuren 2 - 4 näher erläutert:

Zunächst wird das Magazin (2) mit einem Stapel flach gefalteter Packungsmäntel (1) befüllt, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aufrecht stehen. Das Magazin (2) gibt die beiden vorderen Packungswände (5a, b) an der Entnahmeseite (7) des Magazins (2) zum Erfassen durch den Sauggreifer (9) frei. Der Sauggreifer (9) wird von dem Aktor (20) in Richtung der Entnahmeseite (7) in eine vordere Position des Bewegungswegs (21) bewegt und erfasst die freigegebene vordere Packungswand (5a) mit Hilfe der drei Sauger des Sauggreifers (9), indem in den Saugern ein Unterdruck pneumatisch erzeugt wird. Anschließend wird der Sauggreifer (9) aus der vorderen Stellung des Bewegungswegs (21) in Richtung seiner hinteren Position mit Hilfe des Aktors (20) entlang des Bewegungswegs (21) bewegt. Dabei kommt zunächst die äußere Knickkante (3a) von dem Rückhalteelement (8a) frei, während die äußere Knickkante (3b) noch von dem Rückhalteelement (8b) an der Entnahmeseite (7) zurückgehalten wird. Dabei öffnet sich der Packungsmantel parallelogrammartig, wie dies insbesondere auch aus der perspektivischen Darstellung nach Figur 2 sowie Figur 4 a) erkennbar ist. Während der weiteren Bewegung des Packungsmantels (1) entlang des Bewegungswegs (21) mit Hilfe des Sauggreifers (9) kommt auch die äußere Knickkante (3b) von dem Rückhalteelement (8 b) frei und gleitet entlang der ebenen Führungsfläche (23), wodurch eine kontinuierliche Vergrößerung der spitzen Innenwinkel (15a, b) zwischen den Packungswänden (5b, 6b bzw. 5a, 6a) bewirkt wird, bis diese Innenwinkel (15a, b) in dem dargestellten Ausführungsbeispiel am Ende der Führungsfläche (23) etwa 50 ° betragen (vgl. Figur 4 c)).

Zu diesem Zeitpunkt gelangt die geführte äußere Knickkante (3b) in den Wirkungsbereich des beweglichen Halteelementes (24), das sich noch in der Ausgangsstellung befindet (vgl. Figur 4 c)). Die diametral gegenüberliegende äußere Knickkante (3a) wird zu diesem Zeitpunkt in dem ortsfesten Halteelement (17) aufgenommen. Der Querschnitt des von den beiden Halteelementen (24, 17) aufgenommenen Packungsmantels (1) bildet ein nicht rechteckiges Parallelogramm.
Nun wird das bewegliche Halteelement (24) aus der Ausgangsstellung (Figur 4c) in die in Figur 4 d) dargestellte Endstellung bewegt, wobei der Querschnitt des von den Halteelementen (17, 24) aufgenommene Packungsmantels (1) ein Rechteck bildet, sobald das bewegliche Halteelement (24) die Endstellung eingenommen hat (vgl. Figur 4d).
Sobald das bewegliche Halteelement (24) die in Figur 4 d) dargestellte Endstellung eingenommen hat, befinden sich die beiden Halteelemente (17, 24) fluchtend zu einer der durch die Profile (27) gebildeten Aufnahmen des Transportrades (26). Die Sauger des Sauggreifers (9) werden abgeschaltet.

Der aufgerichtete Packungsmantel (1) kann nun mit Hilfe des Mantelschiebers (28), der den Packungsmantel (1) an seiner Unterkante (29) erfasst, auf die Aufnahme geschoben werden. Sobald sich der Packungsmantel (1) in den Profilen (27) der Aufnahme befindet, fährt der Sauggreifer (9) wieder in Richtung auf die Stapelvorderseite, der Entnahmeseite (7) des Magazins (2) zu, um den nächsten Packungsmantel (1) zu erfassen. Währenddessen fährt der Mantelschieber (28) am Band (30) nach unten, um den nächsten aufgerichteten Packungsmantel (1) an seiner Unterkante (29) zu erfassen und auf die Aufnahme aufzuschieben.

Bezugszeichenliste

Nr.	Bezeichnung
1	Packungsmantel
2	Magazin
3 a, b	äußere Knickkanten
4 a, b	innere Knickkanten
5 a, b	Packungswände
6 a, b	Packungswände
7	Entnahmeseite
8	Rückhaltelemente
9	Sauggreifer
10	Achse
11	Schwenkarm
12	Führungsfläche
13	Führungselemente
14	Bewegungsweg
15 a, b	Innenwinkel
16	Halteelement
17	Halteelement
18	Rahmen
19 a, b	Halteprofile
20	Aktor
21	Bewegungsweg
22	Transporteinrichtung
23	ebene Führungsfläche
24	Halteelement (beweglich)
25	Dreh-Achse Transportrad
26	Transportrad
27	Profile
28	Mantelschieber
29	Unterkante
30	Band

Claims

Füllmaschine zum Abfüllen von Produkten in Packungsbehälter umfassend
- ein Magazin zur Aufnahme von flach gefalteten Packungsmänteln (1) zur Herstellung der Packungsbehälter, wobei jeder flach gefaltete Packungsmantel (1) vier durch parallel verlaufende äußere und innere Knickkanten (3a, b, 4a, b) voneinander getrennte Packungswände (5a, b, 6a, b) aufweist und an den äußeren Knickkanten (3a, b) jeweils ein spitzer Innenwinkel (15a, b) zwischen den Packungswänden (5a, 6a bzw. 5b, 6b) eingeschlossen ist,

- eine Entnahmeseite (7) des Magazins (2), die zwei der vier Packungswände (5a, b, 6a, b) des jeweils vorderen Packungsmantels (1) in dem Magazin (2) freigibt,

- einen Greifer (9) zum Erfassen einer (5a) der beiden freigegebenen Packungswände (5a, b) des Packungsmantels (1) an der Entnahmeseite (7) des Magazins (2) und zum Bewegen des Packungsmantels (1) entlang eines Bewegungswegs (21),

- eine Führung (23), die mit der Bewegung des Packungsmantels (1) entlang des Bewegungswegs (21) eine Vergrößerung der Innenwinkel (15a, b) bewirkt, die an den äußeren Knickkanten (3a, b) zwischen den Packungswänden (5a, 6a bzw. 5b, 6b) eingeschlossen sind,

- Haltelemente (17, 24) zur Aufnahme der äußeren Knickkanten (3a, b) des Packungsmantels (1),
dadurch gekennzeichnet, dass

- die Führung (23) derart eingerichtet ist, dass sie eine Vergrößerung der Innenwinkel (15a, b) auf einen Betrag von weniger als 90° bewirkt,

- mindestens eines der beiden Halteelemente (24) zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung hin- und her beweglich angeordnet ist und

- die Haltelemente (17, 24) derart angeordnet sind, dass sie im Anschluss an die Vergrößerung der Innenwinkel (15a, b) durch die Führung (23) die äußeren Knickkanten (3a, 3b) des noch nicht vollständig aufgefalteten, im Querschnitt ein Parallelogramm bildenden Packungsmantels (1) aufnehmen und durch anschließendes Bewegen mindestens eines der beiden Haltelemente (24) zwischen der Ausgangs- und der Endstellung den Packungsmantel (1) vollständig auffalten, so dass der Querschnitt des Packungsmantels (1) rechteckig ist.
Füllmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Haltelemente (24) zur Aufnahme der geführten äußeren Knickkante (3b) zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung hin und her beweglich und das andere Haltelement (17) zur Aufnahme der diametral gegenüberliegenden äußeren Knickkante (3a) ortfest angeordnet ist.
Füllmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausgangsstellung jedes hin- und her beweglichen Halteelementes (24) der Querschnitt des von den Haltelementen (17, 24) aufgenommenen Packungsmantels (1) ein nicht rechteckiges Parallelogramm bildet.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsweg (21) des Greifers (9) geradlinig ist.
Füllmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsweg (21) des Greifers (9) rechtwinklig zu der freigegebenen, von dem Greifer erfassten Packungswand (5a) an der Entnahmeseite (7) des Magazins (2) verläuft.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (9) als Sauggreifer ausgestaltet ist.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung eine Führungsfläche (23) zum zumindest teilweise gleitenden Führen der äußeren Knickkante (3b) umfasst.
Füllmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (23) eben ist und sich der Abstand zwischen der ebenen Führungsfläche (23) und dem Bewegungsweg (21) des Greifers (9) von der Entnahmeseite (7) des Magazins (2) in Richtung der Halteelemente (17, 24) zur Aufnahme der äußeren Knickkanten (3a, b) kontinuierlich verringert.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Haltelement (17, 24) zwei winklig zueinander angeordnete Flächen aufweist, die in der Endstellung jedes hin- und her beweglichen Halteelementes (24) an den Packungswänden (5a, 6a bzw. 6a, 6b) zur Anlage gelangen.
Füllmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Haltelement (17, 24) ein Winkelprofil aufweist.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Haltelemente (24) an der Führung (23) angeordnet ist.
Füllmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Führung angeordnete Haltelement (24) zusammen mit der Führung (23) zwischen der Ausgangs- und der Endstellung hin und her beweglich angeordnet ist.
Verfahren zum Entnehmen und Auffalten von Packungsmänteln (1) aus einem Magazin (2) einer Füllmaschine zum Abfüllen von Produkten in Packungsbehälter umfassend die Verfahrensschritte
- Einbringen von flach gefalteten Packungsmänteln (1) in das Magazin (2), wobei jeder flach gefaltete Packungsmantel (1) vier durch parallel verlaufende äußere und innere Knickkanten (3a, b, 4a, b) voneinander getrennte Packungswände (5a,6a bzw. 5b, 6b) aufweist und an den äußeren Knickkanten (3a, b) jeweils ein spitzer Innenwinkel (15a, b) zwischen den Packungswänden (5a, 6a bzw. 5b, 6b) eingeschlossen ist,

- Freigeben von zwei (5a, b) der vier Packungswände (5a, b, 6a, b) des jeweils vorderen Packungsmantels (1) an einer Entnahmeseite (7) des Magazins (2),

- Erfassen einer (5a) der beiden freigegebenen Packungswände (5a, b) des Packungsmantels an der Entnahmeseite (7) des Magazins (2) und Bewegen des Packungsmantels (1) entlang eines Bewegungswegs (21) mit Hilfe eines Greifers (9),

- Führen des Packungsmantels (1) entlang einer Führung (23), die durch das Bewegen des Packungsmantels (1) entlang des Bewegungswegs (21) eine Vergrößerung der Innenwinkel (15a, b) bewirkt, die zwischen den Packungswänden (5a, 6a bzw. 5b, 6b) an den äußeren Knickkanten (3a, b) eingeschlossen sind,

- Aufnehmen der äußeren Knickkanten (3a, b) des derart aufgefalteten, im Querschnitt ein Parallelogramm bildenden Packungsmantels (1) mit Hilfe von Haltelementen (17, 24),
dadurch gekennzeichnet, dass

- durch das Bewegen des Packungsmantels (1) entlang des Bewegungswegs (21) eine Vergrößerung der spitzen Innenwinkel (15a, b) auf weniger als 90° bewirkt wird,

- anschließend zumindest eine der beiden äußeren Knickkanten (3a, 3b) in einer Ausgangsstellung eines hin- und her beweglichen Halteelementes (24) aufgenommen wird, wobei der Querschnitt des von den Haltelementen (17, 24) aufgenommenen Packungsmantels (1) in der Ausgangsstellung des Haltelementes bzw. der Haltelemente ein nicht rechteckiges Parallelogramm bildet und

- sodann jedes hin- und her bewegliche Halteelement (24) aus der Ausgangsstellung in eine Endstellung bewegt wird, wobei der Querschnitt des von den Haltelementen (17, 24) aufgenommenen Packungsmantels (1) in der Endstellung ein Rechteck bildet.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Packungsmantel (1) entlang eines geradlinigen Bewegungswegs (21) mit Hilfe des Greifers (9) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (9) rechtwinklig zu der an der Entnahmeseite (7) des Magazins (2) freigegebenen und von dem Greifer (9) erfassten Packungswand (5a) des Packungsmantels (1) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, die äußere Knickkante (3b) des Packungsmantels (1) entlang einer ebenen Führungsfläche (23) gleitend geführt wird.