EP3049333B1

EP3049333B1 - Vorrichtung zum herstellen einer verbundverpackung

Info

Publication number: EP3049333B1
Application number: EP14771262.4A
Authority: EP
Inventors: Jürgen RICHTER; Martin Berger
Original assignee: SIG Technology AG
Current assignee: SIG Combibloc Services AG
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2034-09-16
Also published as: CN105579349B; CN105579349A; DE102013015638A1; WO2015040026A1; EP3049333A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen von einer mit einem inkompressiblen fluiden Füllgut gefüllten und aus einem zylinderartigen Mantel gebildeten Verbundverpackung, wobei die Vorrichtung in einem getakteten Betrieb betreibbar ist und mehrere nacheinander angeordnete Bearbeitungsstationen umfasst, wovon eine Bearbeitungsstation eine Anpresseinrichtung aufweist, mittels der die beim Verschließen entstandenen Falzüberstände gegen die Bodenfläche der Packung anpressbar sind, wobei die Anpresseinrichtung im Wesentlichen senkrecht gegen die Bodenfläche bewegbar angeordnet ist.
Eine solche gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der EP 0 819 602 A2 bekannt.
Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer derartigen Vorrichtung zum Verpacken von Nahrungsmitteln, insbesondere von aseptisch abgefüllten Nahrungsmitteln.
Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Verbundpackungen sind aus der Patentliteratur und der Praxis in zahlreichen Varianten seit den 30er Jahren des vorigen Jahrhunderts in Europa bekannt. Unter Verbundpackungen werden Packungen aus einem Packstoff verstanden, der aus mehreren vollflächig, beispielsweise durch Coextrusion, miteinander verbundenen Materialien, etwa Karton und Kunststoff, besteht. Von einer vollflächigen Verbindung spricht man bei derartigen Verbunden beziehungsweise Laminaten auch dann, wenn beispielsweise eines der Verbundmaterialien bereits vor dem Verbinden eine Aussparung, beispielsweise eine Ausstanzung im späteren Öffnungsbereich, aufweist.
Die Verbundpackungen dienen dann Nahrungsmitteln als Transport- und oder Schutzverpackung, wobei die Nahrungsmittel im Allgemeinen flüssige oder pastöse Zustände aufweisen. Beispielsweise kann es sich hier um Getränke, Suppen, Joghurt Pudding, Saucen oder dergleichen handeln.
Zur Herstellung von Verbundverpackung haben sich zwei grundsätzliche Verfahren etabliert:
Bei einem ersten Verfahren werden aus von einer Rolle abgezogenem Bahnmaterial Schläuche in axialer Richtung um einen Fülldorn gebildet, die im kontinuierlichen Betrieb befüllt und zu kissenartigen Behältnissen verschlossen werden. Diese kissenartigen Behältnisse werden dann vereinzelt und in weiteren Schritten zu kompakten Gebilden, insbesondere quaderförmigen Kartons, umgeformt. Bei diesem Umformungsprozess werden auch die im vorgenannten Schritt entstehenden Falzüberstände, die der Fachmann häufig auch als "Ohren" bezeichnet, an die Packungsaußenseite angelegt und mit dieser verbunden, das heißt im Allgemeinen verschweißt oder verklebt. Dies geschieht entweder in einem laufenden Prozess, wobei die Verbindung durch einen Wälzprozess vollzogen wird, oder in einem getakteten Verfahren, wobei die umzuformende Verpackung in einer Station angehalten und durch ein Presswerkzeug mit gegen die gefüllte Packung wirksam werdenden Druck beaufschlagt wird. Dabei ist es üblich, dass die "Ohren" auf der späteren Packungsbodenseite nach innen gefaltet werden, also einen Teil der vorgesehenen Standfläche der Packung ausbilden.
Bei einem zweiten Verfahren werden aus dem ebenfalls zunächst als Bahnmaterial vorliegenden Laminat in einem weit vor der Fülleinrichtung vorgelagerten Prozessschritt zunächst einzelne Zuschnitte erzeugt und aus diesen durch Siegelung einer Längsnaht zylinderartige Packungsmäntel aus einzelnen Zuschnitten hergestellt. Diese Mäntel können dann in einer Füllvorrichtung bereits zu einem relativ stabilen und nur noch zur Fülldüse hin offenen Behälter umgeformt werden. Auch bei diesem Typ einer Verbundverpackung und dessen Herstellungsverfahren ist es üblich, dass die "Ohren" auf der späteren Packungsbodenseite nach innen gefaltet werden, also einen Teil der vorgesehenen Standfläche der Packung ausbilden. Hierbei soll die Packung jedoch möglichst nur auf den vier Kanten der Bodenfläche stehen, so dass die Ohren im Inneren des von der Packung umhüllten Parallelepipeds angeordnet sein müssen.
Da die vorgefertigte Packung bei der Ausbildung Ihres Bodens im Allgemeinen noch nicht befüllt ist, können hier zwei formgebende Werkzeuge gegeneinander arbeiten. Somit herrschen definierte und insbesondere vom rasch änderbaren Verhalten eines Packungsinhaltes unabhängige Betriebsbedingungen.
Das zweitgenannte Verfahren ist zwar aufwendiger als das erste Verfahren, ist aber in besonderem Maße geeignet, hochwertige und stabile Verbundverpackungen zu erzeugen, und wird deshalb beinahe ausschließlich für die Herstellung von Verbundverpackungen herangezogen, an die besonders hohe Anforderungen gestellt werden.
Solche Verpackungen fasst der Fachmann unter dem Begriff "aseptische" Verpackungen zusammen, die vor allem dem langen Schutz hochwertiger Nahrungsmittel dienen. Zudem bieten sich derartige, meist quaderförmig ausgebildete Verpackungen auch zur Aufnahme von großen Füllvolumina von 1,5 Litern oder sogar über 2 Litern an.
Es kann jedoch aus ästhetischen und/oder funktionalen Gründen gewünscht sein, Verpackungen herzustellen, die nicht entlang ihrer gesamten Höhe eine konstante Querschnittsfläche aufweisen, also nicht durchgehend quaderförmig sind. Dies ermöglicht zunächst eine ansprechende Form der Verpackung, da die Packung eine verbesserte Haptik aufweisen kann oder der Übergang von der großen Querschnittsfläche des Packungskorpus, insbesondere des Packungsbodens, zu der kleineren Querschnittsfläche der Packungsöffnung, insbesondere eines mit dem Packungskorpus verbundenen Ausgießelements, gleichmäßig erfolgen kann. Die gleichmäßige Abnahme der Querschnittsfläche hat zudem die technische Wirkung, dass die einen (flüssigen) Inhalt enthaltene Packung restlos entleert werden kann, ohne sie absolut senkrecht mit dem Ausgießelement nach unten halten zu müssen. Der obere Bereich der Verpackung kann insoweit die Funktion eines Trichters ausführen. Ein ausgezeichnetes Ausgießverhalten ergibt sich dann, wenn der obere Bereich in Form eines Pyramidenstumpfes ausgebildet ist, auf dessen Deckfläche das Ausgießelement angeordnet ist.
Die Herstellung derartiger Verbundverpackungen stellt jedoch besondere Anforderungen an die Maschinen, auf denen die Verpackungen hergestellt werden. Zudem sind die Verfahrensschritte gegenüber Verfahren zur Herstellung quaderförmiger Verpackungen anzupassen. Insbesondere muss der als Pyramidenstumpf ausgebildete obere Bereich der Verpackung vor dem Befüllen ausgebildet sein, was eine Befüllung über die den späteren Packungsboden ausbildende Seite der Verpackung notwendig macht.
Mit anderen Worten wird die Verpackung "auf dem Kopf stehend" durch den Füllbereich der Vorrichtung zur Herstellung einer Verpackung geführt. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbundverpackung sind aus der WO 2012/062565 A1 bekannt.
Bei der Herstellung des Packungsbodens dieser, durch ihre äußere Formgebung und ihre Handhabbarkeit als besonders wertig anzusprechenden, Verpackung muss also auf den eingangs beschriebenen Vorteil definierter Arbeitsparameter verzichtet und der Boden bei seiner Ausbildung gegen den bereits verfüllten Packungsinhalt gefaltet und gepresst werden.
Aus der EP 0 819 602 B1 ist eine Faltklappenverbindungsvorrichtung zur Herstellung einer Verbundverpackung bekannt, die jedoch aus von einer Rolle abgezogenem Bahnmaterial über einem Abfülldorn in einem kontinuierlichen Prozess erzeugt ist. Die offenbarte Faltklappenverbindungsvorrichtung bearbeitet innerhalb einer einzigen Pressstation drei Packungsseiten, so dass bereits aus diesem Grund eine Lastverteilung auf die zu erzeugenden Verbindungsstellen eher zufällig bleibt und beispielsweise von der relativen Lage der zu bearbeitenden Verbundpackung innerhalb des Transporteurs abhängig ist. Lokale Überbelastungen in den Pressbereichen sind dabei zu erwarten.
Bei Vorrichtungen gemäß Stand der Technik besteht also aus den im Folgenden aufgezeigten Zusammenhängen eine hohe Gefahr, wenigstens eine der flächig miteinander verbundenen Laminatschichten so weit zu verletzen oder zu beschädigen, dass die Schutzwirkung der Verbundverpackung in wenigstens einer Eigenschaft geschwächt oder im schlimmsten Fall sogar unwirksam wird:
Das Laminat einer Verbundverpackung ist in der Regel heute im Wesentlichen durch eine Trägerschicht gebildet, etwa durch einen Karton mit einem Flächengewicht von etwa 120 g/m² bis etwa 350 g/m², der an seiner Außenseite in der Regel mit einer Polymerschicht - in der Regel aus Polyethylen (PE) - versiegelt ist, die den Karton beispielsweise vor einer Durchfeuchtung von außen schützt, aber auch als schmelzbare Siegelschicht an den zu erzeugenden Verbindungsstellen, insbesondere den Bereichen in denen die Falzüberstände mit der Außenseite des Packungskorpus verbunden werden, dienen kann.
Wenn die Verbundverpackung in der aseptischen Fülltechnik verwendet werden soll, ist die Trägerschicht auf ihrer Innenseite mit einer Barriere-Schicht (meist einer Al-Folie) versehen, wobei zwischen Trägerschicht und Barriere-Schicht eine Haftschicht angeordnet ist, um den notwendigen Halt zu vermitteln. Ganz innen ist dann wieder eine Polymerschicht vorgesehen. Zu derartigen Aufbauten sind zahlreiche Varianten aus dem Stand der Technik bekannt, wobei Anzahl, eingesetztes Material und Materialstärke von Laminattyp zu Laminattyp stark variieren können. In jedem Fall gilt aber, dass auf Grund der unterschiedlichen Eigenschaften der das Laminat bildenden Materialien und deren vorliegenden Schichtstärken die einzelnen Schichten unterschiedlich auf mechanische Belastungen reagieren. Zudem entwickeln auch die Verbindungen unter den einzelnen Schichten, entsprechend der bei der Herstellung des Laminats und dessen Weiterverarbeitung eingestellten Prozessparameter, unterschiedliche Eigenschaften.
Wird nun Druck auf die fertig zu stellende und bereits mit einem inkompressiblen fluiden Füllgut gefüllten Verbundpackung ausgeübt, entstehen an mehreren Bereichen des Packungskörpers Verwölbungen, die Zug- und Druck, aber auch Biegespannungen an den Laminatschichten hervorrufen.
Zudem arbeiten moderne Füllmaschinen heute mit Taktzeiten von etwa 0,7 Sekunden bis etwa 1,2 Sekunden, sodass eine einzige Vorrichtung zur Herstellung einer Verbundverpackung, die im Allgemeinen einen Teil einer Füllmaschine darstellt oder mit dieser verbunden ist und beispielsweise 6 parallel angeordnete Produktionsstränge beherbergt, mehrere tausend Verbundverpackungen pro Stunde fertig stellen kann.
Aus diesem Grund muss auch der Anpressvorgang unter einer sehr hohen Geschwindigkeit vollzogen werden. Da der Verbindungsvorgang, also das Verkleben oder Verschweißen der zu verbindenden Bereiche stets eine Funktion aus Druck und Einwirkzeit ist, bleibt bei einer auf Grund der zu erzielenden hohen Taktzeiten notwendigerweise zu reduzierenden Einwirkzeit nur eine Erhöhung des Anpressdrucks.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine sichere und stabile Verbindung der einen Teilbereich des Packungsbodens bildenden Falzüberstände mit dem Packungsboden zu gewährleisten und eine Beschädigung auch einzelner Laminatschichten der Verbundverpackung zuverlässig zu verhindern.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass die Anpresseinrichtung wenigstens eine Dämpfungseinrichtung oder wenigstens ein Dämpfungselement umfasst.
Auf diese Weise ist es in besonders schonender und prozesssicherer Art möglich, eine dauerhafte, sichere und stabile Verbindung der einen Teilbereich des Packungsbodens bildenden Falzüberstände mit dem Packungsboden zu gewährleisten. Zudem kann sichergestellt werden, dass die Packung beim Verschließvorgang und insbesondere beim Anpressen der Falzüberstände an die Bodenfläche des Packungskorpus nicht beschädigt wird.
Überraschender Weise hat sich nämlich gezeigt, dass unter sonst gleichen Bedingungen eine stärkere beziehungsweise belastbarere Klebe- oder Schweißverbindung erzeugt werden kann, wenn die Anpresseinrichtung eine Dämpfungseinrichtung oder ein Dämpfungselement umfasst. Dieser Effekt wird darauf zurückgeführt, dass sich dadurch im Pressvorgang ein Gleichgewichtszustand im Pressbereich ausbildet und die tatsächliche Kontaktzeit verlängert wird. Zum einen werden plötzliche Knickvorgänge vermieden, während die Packung gegen ihren Füllinhalt eingedrückt wird, zum anderen wird ein "Aufspringen" der Packung wirksam verhindert, weil die Packungsoberfläche während des gesamten oder wenigstens nahezu des gesamten Pressvorgangs am Anpresselement anliegt und diesem bei seiner Rückwärtsbewegung auch folgen kann, sodass die Packung sich quasi geführt wieder in ihre vorgesehene Form entspannt. Eine solche Bewegung belastet die noch frische Klebe- oder Schweißverbindung kaum, so dass sie vollständig wirksam werden kann und nach dem Abkühlen, das heißt nach Verlassen der Pressstation, keine Vorschädigungen aufweist.
Die Erfindung hat nun erkannt, dass mit zunehmender Anpressgeschwindigkeit die Probleme überproportional wachsen. Zum einen wurde erkannt, dass eine Schweiß- oder Klebeverbindung zweier Kunststoffschichten oder einer Kunststoff und einer Faserstoffschicht, insbesondere einer Kartonschicht, eine gewisse Reifezeit aufweisen, dass bedeutet nicht unmittelbar nach ihrem Inkontakttreten ihre volle Belastbarkeit aufweisen. Vielmehr wird die volle Belastbarkeit einer solchen Verbindung erst nach dem vollständigen Abkühlen, also einige Zehntelsekunden nach Verlassen der Anpressstation erreicht.
Zum anderen kommt es zu erheblichen Rückstellkräften in der Packung, die in erster Linie von der Packungsform sowie dem Inhalt und der Stärke des Laminats der Verbundverpackung abhängen. Die Kräfte kommen in einem üblichen Pressvorgang zur freien Wirkung an den betroffenen Laminatschichten und den von ihnen eingebundenen Klebe- oder Schweißstellen.
Im Zusammenhang mit der einem Laminat eigenen und weiter oben bereits beschriebenen Inhomogenität seiner einzelnen Schichteigenschaften und der Tatsache, dass wenigstens ein Teil der oben beschrieben Schichten unter Belastung ein viskoelastisches Verhalten ausbildet und das Laminat im Falle eines Heißkleb- /oder Schweißverfahrens zudem einem Temperaturgefälle ausgesetzt ist, ist die Gefahr, Beschädigungen wenigstens einzelner Schichtbereiche hervorzurufen, besonders hoch, was durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wirksam verhindert werden kann.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Anpresseinrichtung eine Antriebseinrichtung und ein Anpresselement aufweist. Auf diese Weise kann die Anpresseinrichtung bestimmungsgemäß betrieben und gezielt angesteuert werden. Durch das Vorsehen eines Anpresselements kann auf die besonderen Anforderungen der jeweiligen zu erzeugenden Verbundpackung eingegangen werden. Dabei ist es von ganz besonderem Vorteil, wenn das Anpresselement austauschbar ist und insbesondere, wenn es sich ohne Werkzeugaufwand, also beispielsweise mittels einer Klemmverbindung oder einer Schnellwechseleinrichtung wechseln lässt.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Dämpfungseinrichtung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Anpresselement angeordnet ist. So kann die Dämpfungseinrichtung relativ direkt auf die sich im tatsächlichen Pressspalt einstellenden Bedingungen reagieren. Bei dieser Konstruktion ergeben sich wenige Bauteile, so dass auch besonders platzsparend gebaut werden kann. Bildet die Dämpfungseinrichtung eine separate Baueinheit, bieten sich ein breiteres Eigenschaftsspektrum und eine verbesserte Wartbarkeit an.
Eine andere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Dämpfungselement zwischen der Antriebseinrichtung und dem Anpresselement angeordnet oder Bestandteil des Anpresselementes ist. Auch hier ist ein relativ direktes Reagieren auf die sich im Pressspalt einstellenden Bedingungen möglich. Ist das Anpresselement Bestandteil des Andruckelements, ist sogar ein unmittelbares Reagieren möglich. Zwar haben Dämpfungselemente nicht so einen hohen Wirkungsgrad wie Dämpfungseinrichtungen, sie bauen aber sehr klein und sind zudem in vielerlei Hinsicht sehr unempfindlich und wartungsarm. Schließlich sind sie leicht austauschbar und preiswert.
Insbesondere für die Erzeugung von Verbundverpackungen mit hoher Kantenlänge und/oder großen Füllvolumina ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung einen Fluiddämpfer aufweist. Tests haben ergeben, dass Fluiddämpfer ein Dämpfungsverhalten aufweisen, das den Anforderungen solcher Verbundverpackungen besonders gut gerecht wird.
Dabei kann es von Vorteil sein, wenn der Fluiddämpfer als hydraulischer Dämpfer ausgebildet ist. Derartige Dämpfungseinrichtungen erzielen sehr hohe Wirkungsgrade und können hohe Kräfte aufnehmen. In jedem Fall ist es von großem Vorteil, wenn die Dämpfungseinrichtung eine Drossel umfasst. Dies macht eine Dämpfungseinrichtung besonders wirkungsvoll. Zudem läßt sich das Dämpfungsverhalten über die Gestaltung der Drossel sehr exakt einstellen. Von großem Vorteil kann es deswegen sein, wenn die Drossel einen Verstellbereich aufweist.
In anderen Fällen kann es dagegen von Vorteil sein, wenn der Fluiddämpfer als pneumatischer Dämpfer ausgebildet ist. Pneumatische Dämpfungseinrichtungen arbeiten besonders schnell und sind frei von einer Gefahr einer Verschmutzung der erzeugten Verbundverpackungen durch mögliche Leckagen, was in der lebensmittelverarbeitenden Industrie von höchster Bedeutung ist. Außerdem reicht das von ihnen zu bewerkstelligende Energiespektrum bei weitem zur Bearbeitung beziehungsweise Erzeugung von Verbundverpackungen aus.
In der Praxis arbeitet man bei einem Füllvolumen von etwa einem Liter und einem Packungsquerschnitt von etwa 45 cm² bis 50 cm² häufig mit Anpressdrücken zwischen 80 Newton und 130 Newton, wobei dieser Wert durch das Vorsehen einer Dämpfungseinrichtung überraschenderweise sogar reduziert werden kann. Tests haben ergeben, dass dann Anpressdrücke im Bereich von etwa 45 Newton ausreichend sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Dämpfungseinrichtung eine Feder auf. Wenngleich sich auch gezeigt hat, dass eine Feder alleine kaum mehr Einfluss auf die Kontakt-aufrechterhaltung im Pressspalt hat, hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass die bereits weiter oben beschriebene, durch das erfindungsgemäße Vorsehen einer Dämpfungseinrichtung oder ein Dämpfungselement ermöglichte Kontaktaufrechterhaltung im Pressspalt durch das Vorsehen einer zusätzlichen Feder noch einmal verbessert werden kann.
Das Anpresselement kann dabei bevorzugt auch mehrteilig ausgebildet sein. Auf diese Weise lässt sich eine besonders gute Abstimmung der Wirkflächen des Anpresselements an die jeweilige Form der Falzüberstände (Ohren) erreichen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die mit den Falzüberständen und/oder der Bodenfläche der auszubildenden Verbundverpackung in Wirkverbindung tretende/n Wirkfläche/n des Anpresselements sphärisch gewölbt ausgebildet ist/sind. Dieses kann zwei Hauptachsen besitzen, um die es gewölbt ist. Es ist von großem Vorteil, wenn die Wölbung um wenigstens eine der beiden Hauptachsen einem Radius entspricht. Dadurch lassen sich sehr gleichmäßige Kräfteverteilungen erzielen, sodass die sich ausbildende Verbundverpackung sehr schonend bearbeitbar ist. In vielen Fällen ist es deshalb sogar besonders vorteilhaft, wenn sich die Wölbungen um beide Hauptachsen als Radien darstellen. Bei Packungsquerschnitten, insbesondere Packungsbodenquerschnitten, die nicht einem langgezogenen Rechteck sondern eher einer quadratischen Form entsprechen, ist es zudem vorteilhaft, wenn die Radien etwa gleich groß sind, die Wirkfläche also eine Teilfläche einer Kugeloberfläche darstellt.
Auf diese Weise wird die Kontaktaufrechterhaltung im unmittelbaren Pressspalt besonders gut unterstützt, so dass besonders haltbare Verbindungen erzeugbar sind. Zudem wird durch die gewölbte Form eine lokale Überstreckung einzelner Laminatschichten beziehungsweise einzelner Laminatbereiche deutlich vermindert, da eine geeignete Lastverteilung unterstützt und insbesondere auch die Gefahr von lokalen Ausknickungen des Packungskorpus erheblich reduziert wird.
In anderen Fällen kann es sinnvoll sein, wenn das Größenverhältnis der sich um die Hauptachsen des sphärischen Anpresselements ausbildenden Radien dem Verhältnis der Kantenlängen der die Querschnittsfläche der Verbundverpackung bildenden Packungsseiten wieder spiegelt. Bevorzugt entspricht der Radius etwa 80 % bis 99,5 % und besonders bevorzugt zwischen 92 % und 98 % einer Diagonalen der zu bearbeitenden Packungsquerschnittsfläche.
Somit kann eine größtmögliche Lastverteilung umgesetzt werden, ohne Gefahr zu laufen, die Packungsränder beziehungsweise die Seitenkanten des Packungskorpus zu beschädigen.
Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist das Anpresselement geteilt ausgeführt. Auf diese Weise ist es möglich, jeden der Teile des Anpresselementes einzeln mit Druck zu beaufschlagen. Dabei ist es besonders praktisch, wenn das Anpresselement zweigeteilt ist, auch wenn eine höherzahlige Teilung denkbar ist. Dann ist es auch günstig, wenn die Teilung des Anpresselementes mittig und in Maschinenlaufrichtung durch das Anpresselement verläuft. Auch wenn es nicht zwingend notwendig ist, ergibt sich eine besonders packungsschonende Gestaltung, wenn die getrennten Teile des Anpresselementes einen gemeinsamen (virtuellen) Scheitelpunkt aufweisen, der in der Trennebene liegt.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jedes der Teile des Anpresselementes einen separaten Antrieb aufweist, beispielsweise durch eine eigene Kolbenstange eines Fluidzylinders mit Druck beaufschlagbar ist, wobei es insbesondere von Vorteil ist, wenn die Fluidzylinder über eine gemeinsame Druckleitung bespeist werden. So kann sichergestellt werden, dass auf alle Teile des Antriebselementes der gleiche Druck wirkt, die Antriebselemente aber bis zur Einstellung eines Druckgleichgewichts mit einer individuellen Tiefe in die Verbundverpackung eindringen können. Auf diese Weise kann seitenspezifischen Widerstandskräften der Packung, wie sie beispielsweise durch die gestalterische Anordnung einer einseitigen Packungslängsnaht hervorgerufen sein kann, Rechnung getragen werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausbildung der Erfindung umfasst die Anpresseinrichtung eine Einstelleinrichtung, mittels der die Teile des Anpresselementes relativ zueinander ausrichtbar sind. Hier ist es von besonderem Vorteil, wenn die Teile des Anpresselementes in Maschinenrichtung zu einander positionierbar sind. Dann kann ein Teil des Anpresselements zentrisch und ein anderes Teil des Anpresselementes exzentrisch zu der in Maschinenquerrichtung verlaufenden Hauptachse des Anpresselements angeordnet sein. Überraschender Weise lässt sich mit derartigen Anordnungen eine besonders symmetrische Ausrichtung der Spitzen der so genannten Ohren zueinander erreichen, was den optischen Eindruck der Verbundverpackung steigert, aber auch die Standfestigkeit der Verbundverpackung erhöht, wenn die Ohren einen Teil der vorgesehenen Bodenfläche der Verbundpackung darstellen.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die geometrische Form der Wirkflächen des Anpresselements der Form der anzupressenden Falzüberstände entspricht. Auf diese Weise können die Presskräfte in idealer Art und Weise auf die Falzkanten übertragen werden. Dadurch wird eine unnötige Erhöhung der Anpresskraft vermieden, wodurch die einzelnen Schichten nicht unnötig gestresst werden.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Anpresselement thermisch isoliert ausgebildet. Somit wird ein unnötiger und möglicherweise auch unkontrollierbarer Wärmeeintrag in die Pressstellen vermieden. Dies hilft auch, die äußerliche Ansprechbarkeit der Verbundverpackung zu erhalten. Es ist sogar möglich, das Anpresselement zu kühlen, um eine Überhitzung zu vermeiden.
Eine andere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Reibbeiwert der Wirkflächen des Anpresselements kleiner oder gleich 0,35, bevorzugt kleiner oder gleich 0,2 und besonders bevorzugt kleiner gleich 0,15 ist. Unter dem Reibbeiwert soll im Sinne der vorliegenden Schrift immer der kleinere Wert eines Wertebereichs verstanden werden, wenn der Reibbeiwert als mittlerer Reibbeiwert im Trockenlauf auf Stahl angegeben ist (vgl. dazu beispielsweise Licharz Gleitlagerkatalog, 2013). Der hier maßgebliche Reibbeiwert stellt also entgegen der üblicher Weise im Zusammenhang mit der Betrachtung von Stoß- oder Pressvorgängen maßgeblichen Haftreibbeiwerte einen Gleitreibbeiwert dar, weil davon ausgegangen wird, dass sich die Verbundverpackung im Pressprozess entlang der vorzugsweise durch das Anpresselement gebildeten Wirkfläche gleitend bewegen soll.
Auf diese Weise wird die Prozesssicherheit des Pressvorgangs erheblich erhöht, wodurch teure Produktionsstillstände vermieden werden können. Außerdem wird die Oberfläche der Verbundverpackung geschont, was abermals hilft, die äußerliche Ansprechbarkeit der Verbundverpackung zu erhalten.
Die zuvor beschriebene Vorrichtung kann in allen dargestellten Ausgestaltungen besonders gut zum Verpacken von Nahrungsmitteln, insbesondere von aseptisch abgefüllten Nahrungsmitteln eingesetzt werden. Bei den Nahrungsmitteln kann es sich beispielsweise um Getränke, Suppen, Jogurt Pudding, Saucen oder der Gleichen handeln.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1:: eine Vorrichtung zur Herstellung einer erfindungsgemäß verschlossenen Packung in einer Gesamtdarstellung,
Fig. 2:: die schrittweise dargestellte Formung des Packungsbodens in der Verschließeinrichtung im Bereich II aus Fig. 1, jeweils in Drauf-und Seitenansicht,
Fig. 3:: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Anpresselements in teilgeschnittener Seitenansicht entlang der Linie III-III aus Fig. 1,
Fig. 4a bis 4c:: beispielhafte Ausführungen verschiedener Anpresselemente und
Fig. 5a und 5b:: beispielhafte Ausführungen verschiedener Dämpfungseinrichtungen bzw. Dämpfungselemente.

In dem in Fig. 1 gezeigten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Gesamtdarstellung gezeigt. Die Vorrichtung weist ein Dornrad 1 und eine Füllmaschine 2 auf. Das in Fig. 1 gezeigte Dornrad 1 weist neun Dorne 3 auf und dreht sich im Betrieb zyklisch, also schrittweise, in Pfeilrichtung gegen den Uhrzeigersinn. Die Füllmaschine 2 weist eine Förderanlage 4 mit Zellen 5 auf, die sich im Uhrzeigersinn bewegt. Die Art der gezeigten Förderanlage 4 wird oft als Zellenkette bezeichnet.
Der dargestellte Füllmaschinentyp ist hier beispielhaft für eine aseptische Füllmaschine 2 zu sehen. Mit ihr werden flüssige oder pastöse Nahrungsmittel in Verbundverpackungen P' abgefüllt. Als flüssige oder pastöse Nahrungsmittel gelten im Sinne der vorliegenden Schrift auch diejenigen Nahrungsmittel, die feste Bestandteile beinhalten, etwa Suppen oder Getränke mit darin enthaltenen, meist schwebenden festen Bestandteilen, wie etwa Gemüsestücke oder Cerealien.
Im Giebelbereich fertig verschlossene Verpackungen P' werden nach Formung des Packungsgiebels auf dem Dornrad 1 an die Zellen 5 der Förderanlage 4 übergeben. Dabei wird im Falle der dargestellten Füllmaschine 2 der nicht näher bezeichnete Packungsmantel auf einen Dorn 3 des Dornrades 1 geschoben und im späteren Kopfbereich der Packung zu einem Pyramidenstumpf umgeformt, auf dessen Deckseite ein wiederverschließbares Öffnungselement angebracht wird. Dabei werden die Verpackungen P' in Pfeilrichtung mit ihrem Giebelbereich voran unmittelbar von den Dornen 3 des Dornrads 1 in die Zellen 5 geschoben, so dass ihr geöffneter Bodenbereich nach außen zeigt, wie aus Fig. 1 in der fluchtenden Übergabestellung von Dorn 3 und Zelle 5 gezeigt ist.
Die Zelle 5 der als Zellenkette ausgebildeten Förderanlage 4 ist nach unten offen, verjüngt sich im unteren Bereich aber, sodass eine Abstützung der Verpackung P' auf die Mantelflächen des Packungskorpus verteilt wird. Bevorzugt weist die Zelle 5 in ihrem unteren Bereich auch ein Negativ zu der pyramidenstumpfartigen Form des Kopfbereichs der im dargestellten Ausführungsbeispiel herzustellenden Verbundpackung auf. Die Zelle 5 kann aber auch nach unten geschlossen sein oder in geeigneter anderer Weise eine Klemmwirkung auf den Packungskorpus ausüben.
Die Füllmaschine 2 weist eine Spüleinrichtung 6, eine Befülleinrichtung 7 und eine Verschließeinrichtung 8 auf. Zudem umfasst die Befüllanlage zwei Kontrolleinrichtungen 9.
Zunächst werden dann die im Bodenbereich offenen Verpackungen P' an der ersten Kontrolleinrichtung 9 vorbei geführt, wobei die korrekte Position der Verpackungen P' in den Zellen 5 der Förderanlage 4 überprüft wird. Dies kann beispielsweise durch (nicht dargestellte) optische Sensoren erfolgen. Anschließend werden die Verpackungen 1' im Bereich der Spüleinrichtung 6 aseptisch gespült, um die Innenseite der Verpackungen P' für die anschließende Befüllung zu sterilisieren. Danach werden die im Giebelbereich verschlossenen Verpackungen P' im Bereich der Befülleinrichtung 7 durch ihren offenen Bodenbereich mit dem gewünschten Produkt befüllt.
Das Verschließen und Versiegeln des Bodenbereichs der zuvor gefüllten Verpackungen P' erfolgt im Bereich der Verschließeinrichtung 8 und ist in Fig. 2 näher dargestellt. Dort ist in Schritt A, eine bereits befüllte, jedoch noch nicht verschlossene Verpackung P' dargestellt. Danach erfolgt im Schritt B dann die Siegelung einer Quernaht, also der Bodennaht 10, welche im nächsten Schritt C seitlich umgelegt wird. Dabei entstehen zwangsläufig an jedem Ende Falzüberstände 11, auch als Packungsohren' bezeichnet. Diese Ohren 11 werden anschließend, wie weiter unten näher beschrieben, nach innen umgebogen (Schritt D), nachdem der gesamte Bodenbereich durch Heißluft erhitzt worden ist. Abschließend werden die Packungsohren 11 mittels einer erfindungsgemäßen Anpresseinrichtung 12 durch ein den Packungsboden nach innen einwölbendes Anpresselement 13 im Bereich des kuppelartig konkaven Packungsbodens versiegelt (Schritt E), wie weiter unten anhand der Fig. 3 näher beschrieben wird.
Die befüllten und verschlossenen Verpackungen P' werden auch als Packungen P bezeichnet und durch eine zweite Kontrolleinrichtung 9 befördert, wobei der ordnungsgemäße Zustand des Bodenbereichs der Packungen P kontrolliert wird. Auch dies kann durch optische Sensoren erfolgen. Abschließend werden die Packungen 24 im rechten Endbereich der Förderanlage 4 den Zellen 5 entnommen, bevor die entleerten Zellen 5 in Richtung des Dornrads 1 zurückbewegt werden.
Die in Fig. 3 dargestellte Anpresseinrichtung 12 umfasst im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel einen als Antrieb dienenden pneumatischen Zylinder und ein Anpresselement 13, welches mit einer Platte 14 am (nicht näher bezeichneten) Antrieb befestigt ist. Wie im Schritt D von Fig. 2 gezeigt, werden die Packungsohren 11 mittels seitlich der Zellenkette angeordneten Schiebern 15 zum Packungsboden hin umgebogen (eingefaltet). Dazu dienen zwei sich gegenläufig bewegende Faltelemente 16, deren Endstellung durch jeweils ein gegen die Seitenwand der Packung P stoßende Anschlagelemente 17 begrenzt wird, so dass die beiden Packungsohren 11 so weit umgeschlagen werden, dass sie - nach einer entsprechenden Erhitzung mittels Heißluft - von dem hinunterfahrenden Anpresselement 13 erfasst und auf den Packungsboden angedrückt und mit ihm versiegelt werden können.
Das sphärisch gewölbt ausgebildete Anpresselement 13 ist dabei, wie in den Figuren 4a und 4b gezeigt, mittig verjüngt (13') oder schmetterlingsförmig (13") ausgebildet und vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt, der wärmeisolierende Eigenschaften besitzt.
In der Darstellung in Fig. 4c ist das Anpresselement zweiteilig ausgeführt, wobei die beiden Wirkflächen 13"' jeweils einzeln für sich durch die von einem sphärischen Polygon eingeschlossenen Fläche gebildet sind. Im dargestellten Beispiel sind die beiden Teile des Anpresselementes so zueinander ausgerichtet, dass der Scheitelpunkt eines gemeinsamen Radius sich im Raum zwischen ihnen befindet. Um den sich beispielsweise aus packungsgestalterischen Gesichtspunkten ableitenden unterschiedlichen Eigenschaften der beiden aus dem Falzüberstand gebildeten und mit der Bodenseite des Packungskorpus zu verbindenden Falztrapezen besonders gut gerecht werden zu können, weist die Ausführungsform nach Fig. 4c unterschiedliche Einstelleinrichtungen auf, mittels der die Teile des Anpresselements zu einander in allen drei Raumachsen x, y und z positionierbar und ausrichtbar sind.
Darüber hinaus ist ein als Antrieb dienender Pneumatik-Zylinder auch als Dämpfungseinrichtung ausgeführt und bevorzugt geteilt ausgeführt, so dass jedes der beiden Teile 13'" des Anpresselementes über einen eigenen Pneumatik-Zylinder ansteuerbar ist. Dabei verfügen die beiden Pneumatik-Zylinder bevorzugt wenigstens über eine gemeinsame Druckleitung und in praxisgerechter Weise auch über eine gemeinsame Auslassleitung. Durch die Ansteuerung über getrennte Zylinder ist zudem die Eindringtiefe der beiden Anpresselemente unabhängig voneinander und stellt sich bei einem Kräftegleichgewicht ein, wobei beide Zylinder durch eine gemeinsame Druckleitung versorgt werden, also mit gleichem Druck beaufschlagt werden. Zudem sind beide Zylinder im Wesentlichen baugleich.
Um einen störungsfreien Betrieb sicher zu stellen und um den der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegenden Gedanken einer besonders schonenden Behandlung der zu erzeugenden Verbundpackung noch weiter zu unterstützen, weist das geteilte oder ungeteilte Anpresselement 13 eine Wirkfläche mit einem besonders niedrigen Reibbeiwert von unter 0,12 auf und ist dazu beispielsweise komplett aus einem PEEK-Derivat hergestellt oder mit einer geeigneten Siegel- oder Lackschicht, beispielsweise aus Teflon behandelt.
Die Figuren 5a und 5b geben schließlich noch beispielhafte Ausführungen von Dämpfungseinrichtungen 18 und 18' wieder, wobei die Ausführungsform nach Fig. 5a unterhalb einer mit einem (nicht dargestellten) Antrieb Schubstange 19 einen Fluidzylinder 20 aufweist, der zur Erhöhung der Dämpfungswirkung im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Drossel 21 aufweist. Um aber auch eine rasche Bewegung des Kolbens, beziehungsweise des mit ihm verbundenen Anpresselements zulassen zu können ist die Drossel 21 umgehbar. Zweckmäßigerweise wird die Drossel 21 auch nur im oder um den unmittelbaren Pressvorgang wirksam. Dazu ist eine entsprechende Steuereinrichtung vorzusehen, welche ebenfalls nicht dargestellt ist. Umfasst der Zylinder einen Sensor, beispielsweise einen Kraftsensor, kann der Schaltvorgang für die Drossel 21 geregelt vollzogen werden, was erhebliche Prozessvorteile bringt. Es kann aber auch ein Druckventil zur Umgehung der Drossel 21 vorgesehen sein. Der Auslösepunkt des Ventils kann einstellbar oder sogar im Betrieb änderbar vorgesehen sein.
Die Dämpfungseinrichtung nach Fig. 5b verzichtet auf einen Fluidzylinder und ist als ein aus einem elastischen Material bestehendes Dämpfungselement 18' ausgebildet, welches unmittelbar oberhalb des Anpresselements 13 angeordnet ist. Nicht dargestellt ist, dass auch das Anpresselement selbst als Dämpfungselement ausgeführt sein kann.

Claims

Vorrichtung zum Verschließen von einer mit einem inkompressiblen fluiden Füllgut gefüllten und aus einem zylinderartigen Mantel gebildeten Verbundpackung (P), wobei die Vorrichtung in einem getakteten Betrieb betreibbar ist und mehrere nacheinander angeordnete Bearbeitungsstationen (1, 6, 7, 8, 9) umfasst, wovon eine Bearbeitungsstation (8) eine Anpresseinrichtung (12) aufweist, mittels der die beim Verschließen entstandenen Falzüberstände (11) gegen die Bodenfläche der Packung (P) anpressbar sind, wobei die Anpresseinrichtung (12) im Wesentlichen senkrecht gegen die Bodenfläche bewegbar angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anpresseinrichtung (12) wenigstens eine Dämpfungseinrichtung (18, 18') oder wenigstens ein Dämpfungselement (18") aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anpresseinrichtung (12) eine Antriebseinrichtung und ein Anpresselement (13) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dämpfungseinrichtung (18, 18') zwischen der Antriebseinrichtung und dem Anpresselement (13) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dämpfungselement (18") zwischen der Antriebseinrichtung und dem Anpresselement (13) angeordnet oder Bestandteil des Anpresselementes ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dämpfungseinrichtung (18) einen Fluiddämpfer aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Fluiddämpfer als hydraulischer Dämpfer (20) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
Dämpfungseinrichtung eine Drossel (21) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Fluiddämpfer als pneumatischer Dämpfer ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dämpfungseinrichtung eine Feder (22) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mit den Falzüberständen (11) und/oder der Bodenfläche der auszubildenden Verbundpackung (P) in Wirkverbindung tretende/n Wirkfläche/n des Anpresselements (13) sphärisch gewölbt ausgebildet ist/sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Anpresselement (13) mehrteilig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Teile (13"', 13"') des Anpresselements (13) austauschbar ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes der Teile des Anpresselementes durch einen separaten Antrieb getrennt beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anpresseinrichtung eine Einstelleinrichtung umfasst, mittels der die Teile des Anpresselements relativ zueinander ausrichtbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die geometrische Form der Wirkflächen des Anpresselements (13, 13', 13", 13'") der Form der anzupressenden Falzüberstände (11) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wirkflächen des Anpresselements thermisch isoliert ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Reibbeiwert der Wirkflächen des Anpresselements kleiner oder gleich 0,35, bevorzugt kleiner oder gleich 0,2 und besonders bevorzugt kleiner gleich 0,15 ist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zum Verpacken von Nahrungsmitteln, insbesondere von aseptisch abgefüllten Nahrungsmitteln.