EP3831726B1

EP3831726B1 - Verpackungsmaschine und verfahren mit umfaltfunktion

Info

Publication number: EP3831726B1
Application number: EP20210074.9A
Authority: EP
Inventors: Lars Ickert
Original assignee: Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Current assignee: Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2023-08-30
Anticipated expiration: 2040-11-26
Also published as: DE102019219062A1; ES2960760T3; EP3831726A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verpackungsmaschine gemäß dem Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 11.
Schalenverschließmaschinen, im Folgenden auch Traysealer genannt, werden immer häufiger dafür eingesetzt, aus papierfaserbasierten Materialien Verpackungen herzustellen. Insbesondere für die Bereitstellung und das Bearbeiten, vor allem für das Formen und Versiegeln, von Kartontrays ergeben sich neue Anforderungen an die Traysealer-Technik.
Eine besondere Herausforderung besteht darin, an Kartontrays einen daran im halbfertigen Zustand ausgebildeten, nahezu aufrecht stehenden Kartonrand für einen Siegvorgang umzulegen, damit daran eine Deckelfolie angesiegelt werden kann. Insbesondere problematisch kann es sein, dass der im Wesentlichen aufrecht stehende Kartonrand von einer herkömmlichen Siegelplatte, die von oben her kommend mit beinahe senkrechter Krafteinwirkung auf diesen drückt, zerquetscht werden kann.
Die EP 2 783 990 A1 offenbart eine Schalenverschließmaschine sowie ein Verfahren, um Schalen, die mehrere zueinander geneigte Siegelebenen aufweisen, mit einer Deckelfolie zu verschließen.
EP 1 747 995 A1 offenbart eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum gasdichten Verpacken von Gegenständen mit einem sich eng an die Gegenstände anlegenden Folienmaterial. Zum Zuschneiden des Folienmaterials wird das Folienmaterial zwischen einen Schneidrahmen und einer darunter positionierten Distanzplatte eingespannt, um das Folienmaterial einem darüber positionierten Schneidmesser gespannt vorzuhalten.
DE 102 37 933 A1 offenbart ein Verfahren und eine Verpackungsmaschine zum Verpacken eines in einer Schale befindlichen Produktes. Die Verpackungsmaschine weist eine Siegelstation mit einem Schalenträger auf, der einen Rahmen umfasst, welcher von einem Unterwerkzeug so gegen ein Oberwerkzeug der Siegelstation gedrückt werden kann, dass das Innere der Siegelstation hermetisch nach außen abgeschlossen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verpackungsmaschine sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, womit sich mittels einfacher konstruktiver technischer Mittel an einer vorzugsweise papierfaserbasierten, bereitgestellten Verpackungsschale ein Schalenrand für einen Siegelvorgang ausrichten lässt, um daran eine Deckelfolie besser ansiegeln zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst mittels einer Verpackungsmaschine mit den technischen Merkmalen des Anspruchs 1. Weiter wird diese Aufgabe gelöst mittels eines Verfahrens mit den technischen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 11.
Die erfindungsgemäße Verpackungsmaschine weist eine Siegelstation auf, die ein Werkzeugunterteil und ein Werkzeugoberteil umfasst. Das Werkzeugunterteil verfügt über eine Schalenaufnahme und das Werkzeugoberteil umfasst mindestens eine Siegeleinrichtung, die ein Siegelelement aufweist, das dazu konfiguriert ist, eine Deckelfolie auf einen Schalenrand einer in der Schalenaufnahme bereitgestellten Verpackungsschale aufzusiegeln. Ferner weist die Siegeleinrichtung ein Haltelement auf, dass mindestens einen Durchgang für ein Schneidelement zum Zuschneiden der Deckelfolie vorsieht.
Erfindungsgemäß weist das Halteelement entlang einer Innenkontur des Durchbruchs mehrere Vorsprünge zum Umbiegen eines zum Ausbilden des Schalenrands vorgesehenen Randbereichs der Verpackungsschale auf. Damit kann das Halteelement als Niederhalter zum Umlegen des Schalenrands in Richtung zur Horizontalen fungieren, woran sich die Deckelfolie besser ansiegeln lässt.
Demzufolge kann vermieden werden, dass der Randbereich, insbesondere, wenn dieser steil nach oben vorsteht, durch das beim Siegelvorgang eingesetzte Siegelelement zerquetscht wird, da eine senkrechte Krafteinwirkung vom Siegelelement auf den Randbereich verhindert wird. In anderen Worten kann das Halteelement dem Siegelelement derart vorauseilen, um den Schalenrand umzubiegen, dass im Anschluss daran das Siegelelement auf einen flach vorliegenden Schalenrand die Deckelfolie unter geringer Krafteinwirkung andrücken kann.
Unter anderem verhindert die Erfindung, dass die Deckelfolie zu früh an der Verpackungsschale anhaftet, d.h. bereits zu einem Zeitpunkt am Randbereich anklebt, bevor dieser umgebogen ist. Aufgrund einer gesonderten Bauweise des Halteelements und des Siegelelements können das Umbiegen des Schalenrands sowie das Ansiegeln der Deckelfolie am umgebogenen Schalenrand in zeitlicher Abfolge nacheinander durchgeführt werden, sodass ein unerwünschtes Anhaften, sprich Vorsiegeln der Deckelfolie an der Verpackungsschale vermieden werden kann.
Die an der erfindungsgemäßen Verpackungsmaschine eingesetzte Siegeleinrichtung bildet eine multifunktionale Werkzeugbaugruppe aus, wobei das daran vorgesehene Halteelement den Schalenrand aus einer steilen Ausrichtung heraus für den Siegelvorgang umlegen kann und das davon gesondert ausgebildete Siegelelement zum Ansiegeln der Deckelfolie am dann zur Horizontalen flacher ausgerichteten Schalenrand vorgesehen ist. Das Halteelement und das Siegelelement können dabei in einem gemeinsamen Arbeitstakt Ihre jeweiligen Funktionen nacheinander ausüben, wodurch sie insbesondere für einen zeitoptimierten Herstellungsprozess geeignet sind. Des Weiteren weist die Siegeleinrichtung, einschließlich des daran gelagerten Haltelements sowie des daran gelagerten Siegelelements, eine kompakte Bauweise auf.
Insbesondere vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Verpackungsmaschine beim Zuschneiden sowie Versiegeln empfindlicher Deckelfolien, da die Deckelfolie bis zur Durchführung des Siegelvorgangs thermisch weitestgehend unbelastet bleibt und erst mit dem niedergedrückten Schalenrand in Kontakt gerät, worauf sie sich dann optimal ansiegeln lässt.
Vorteilhaft ist es, wenn die Vorsprünge dazu konfiguriert sind, den zum Ausbilden des Schalenrands vorgesehenen Randbereich der in der Schalenaufnahme vorgehaltenen Verpackungsschale aus einer ersten Ausrichtung heraus in eine zweite Ausrichtung mit einer im Vergleich zu ersten Ausrichtung reduzierten Neigung relativ zu einer horizontalen Lagerebene zu verformen, um den Schalenrand für den Siegelvorgang mit reduzierter Neigung relativ zu einer Siegelfläche des Siegelements auszurichten. In der zweiten Ausrichtung kann der Schalenrand an seiner Knickstelle mit der Horizontalen einen Winkel von kleiner als 60°, insbesondere kleiner als 45° einschließen.
Insbesondere können die Vorsprünge dazu ausgebildet sein, den Randbereich der bereitgestellten Verpackungsschale in die zweite Ausrichtung zu biegen, bevor die Deckelfolie am Schalenrand, d.h. am umgebogenen Randbereich der Verpackungsschale, in Kontakt gerät. Indem die Vorsprünge zunächst den Randbereich umbiegen, bevor daran die Deckelfolie kontaktiert, kann ein Vorsiegeln, sprich unerwünschtes Anhaften der Deckfolie an der Verpackungsschale, vermieden werden, was zu qualitativ besseren Verpackungsergebnissen führt.
Eine Variante sieht vor, dass das Schneidelement ein Messer mit einer zur Innenkontur des Durchgangs in horizontaler Projektionsebene korrespondierenden Geometrie ist. Insbesondere kann das Messer in horizontaler Projektionsebene entsprechend der Innenkontur des Durchgangs abwechselnd sowohl äußere Messerabschnitte als auch nach innen gerichtete Messerabschnitte aufweisen.
Vorzugsweise bildet das Siegelelement mehrere Siegelstege aus, die beim Siegelvorgang entlang der Innenkontur des Durchgangs zumindest teilweise in zwischen den Vorsprüngen freigelassenen Ausnehmungen einfahrbar sind, um am Schalenrand eine entsprechend der Anzahl der Vorsprünge mehrfach unterbrochene Siegelnaht herzustellen. Eine derartig lediglich abschnittsweise hergestellte Siegelnaht ist insbesondere zum Verschließen von Kartontrays mit darin aufgenommenen Obst oder Gemüse zweckmäßig.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
In horizontaler Projektionsebene betrachtet, können die Vorsprünge sowie das daran anliegende Messer derart verlaufen, dass sie in die unterbrochenen Abschnitte der herzustellenden Siegelnaht hineinragen, sodass die dadurch zugeschnittene und angesiegelte Deckelfolie auf dem Schalenrand eine gewellte Umrandung vorsieht.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die jeweiligen entlang der Innenkontur des Durchgangs ausgebildeten Vorsprüngen eine Schräge aufweisen, mittels welcher der zum Ausbilden des Schalenrands vorgesehene Randbereich der innerhalb der Schalenaufnahme vorgehaltenen Verpackungsschale nach außen, in Richtung zur horizontalen Lagerebene hin umlegbar ist. Aufgrund der Schräge können die jeweiligen Vorsprünge ausgezeichnet in die ihnen zugewandte Verpackungsschale eintauchen, um den Schalenrand ohne große Krafteinwirkung nach außen hin zur horizontalen Lagerebene umzuformen. In anderen Worten treffen die Schräge und der Randbereich derart aufeinander, dass der Randbereich sanft, wegen reduzierter Krafteinwirkung, entlang der Schräge nach außen hin abdriftet, um in Richtung zur Horizontalen umgelegt zu werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die jeweiligen Schrägen in vertikaler Projektionsebene relativ zur Horizontalen eine Neigung zwischen 10° und 60°, insbesondere zwischen 15° und 45° aufweisen. An den Schrägen der Vorsprünge kann der in ursprünglicher Ausrichtung, meist im Wesentlichen senkrecht an der Verpackungsschale vorstehende Randbereich derart zum Umlegen des Schalenrands in Eingriff geraten, dass auf ihn lediglich geringe Knickkräfte einwirken. Damit kann ein Zerquetschen des Randbereichs wirksam vermieden werden. Weiterhin lässt sich durch das sanfte Umlegen des Randbereichs ein besonders sauberer Knick am Übergang zu den Seitenwänden der Verpackungsschale herstellen.
Erfindungsgemäß ist das Halteelement in Form eines Rahmens ausgebildet. Das Halteelement kann damit besonders gut in Leichtbauweise hergestellt sein. Dadurch, dass das Halteelement in Rahmenform vorliegt, können sowohl das Schneidelement als auch das Siegelelement in kompakter Bauweise innerhalb des Rahmens hindurchgeführt werden, um die Deckelfolie zuzuschneiden und zu versiegeln. Außerdem ermöglichen die innerhalb des Rahmens hindurchführbaren Werkzeuge ein präzises Zuschneiden und Ansiegeln der Deckelfolie.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Halteelement aus einem wärmeisolierenden Material hergestellt ist, insbesondere aus einem wärmeisolierenden Kunststoff. Damit ist es möglich, weitestgehend eine Wärmeübertragung vom in der Nähe gelagerten Siegelelement auf das Haltelement zu unterbinden. Dies hat den Vorteil, dass die am Halteelement bereichsweise aufsitzende Deckelfolie während des Umlegens des Randbereichs der Verpackungsschale nicht unerwünscht erhitzt, und, nachdem sie zugeschnitten wurde, beim in Kontakt geraten mit dem umgelegten Schalenrand zu früh anhaftet, bevor dieser in eine gewünschte Endausrichtung gebracht ist. Ist das Halteelement aus Kunststoff hergestellt, lässt sich das Gesamtgewicht der Siegeleinrichtung reduzieren und das Halteelement ist kostengünstig herstellbar. Insbesondere lässt sich damit die Wärmeübertragung auf die zu verpackenden Produkte, beispielsweise Obst oder Gemüse, verstärkt eindämmen. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Halteelement aus Aluminium oder Stahl hergestellt ist. Vorzugsweise nimmt das Haltelement die Temperatur des wassergekühlten geschlossenen Werkzeugoberteils an.
Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass das Schneidelement an die Bewegung des Siegelelements gekoppelt oder mittels eines eigenen Antriebs verstellbar gelagert ist, um die Deckelfolie zuzuschneiden. Besonders die gekoppelte Antriebsausführung bietet eine zweckdienliche, kostenoptimierte Lösung. Die gesonderte, d.h. entkoppelte Antriebsvariante könnte von Vorteil sein, um das Zuschneiden der Deckelfolie in zeitlicher Hinsicht vor einem Absenken des Siegelelements zum Ansiegeln der zugeschnittenen Deckelfolie durchzuführen, wodurch sich zur Vermeidung eines Vorheizens der Deckelfolie das Annähern des Siegelelements an die Deckelfolie hinauszögern lässt.
Vorzugsweise ist die Verpackungsmaschine in Form eines Traysealers zum Verschließen von papierfaserbasierten Verpackungsschalen ausgebildet. Für einen flexiblen Einsatz kann die am Traysealer eingesetzte Siegeleinrichtung als Wechselbausatz vorliegen, sodass am Traysealer zur Herstellung verschiedener Verpackungsformate ohne großen Aufwand ein Umrüstvorgang möglich ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Befestigen einer Deckelfolie an einen Schalenrand einer innerhalb einer Siegelstation in einer Schalenaufnahme bereitgestellten Verpackungsschale, beispielsweise eines Kartontrays. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Halteelement, das mindestens einen Durchgang für ein Schneidelement zum Zuschneiden der Deckelfolie aufweist, mittels daran entlang einer Innenkontur des Durchgangs ausgebildeter Vorsprünge für einen Siegelvorgang einen zum Ausbilden des Schalenrands vorgesehenen Randbereich der Verpackungsschale umbiegt.
Das Knicken des Schalenrands sowie das Ansiegeln der Deckelfolie daran werden in verfahrenstechnisch, insbesondere in voneinander getrennten, aufeinanderfolgenden Schritten mittels der Siegeleinrichtung durchgeführt, womit sich vor allem beim Versiegeln von Kartontrays daran präzise ein Schalenrand ausbilden und sich ein unerwünschtes Anhaften der Deckelfolie, zu einem Zeitpunkt bei dem der Schalenrand noch nicht ausgerichtet ist, vermeiden lässt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann das Halteelement an der Siegeleinrichtung als vorauseilendes Werkzeug relativ zum Siegelelement arbeiten, um zunächst den Schalenrand in die flachgehaltene Ausrichtung umzubiegen, bevor im Anschluss daran die Deckelfolie am Schalenrand angesiegelt wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können die am Halteelement ausgebildeten Vorsprünge am gegebenenfalls nahezu senkrecht ausgerichteten Randbereich der Verpackungsschale in Eingriff gelangen und diesen zum Ausbilden des Schalenrands umlegen, bevor das Siegelelement mit der Deckelfolie und/oder mit dem Randbereich in Kontakt gerät. Die Vorsprünge ermöglichen es, dass das Umlegen des Randbereichs zeitlich dem Ansiegeln der Deckelfolie zumindest zeitweise vorrausgehend, vorzugsweise in vollkommen getrennten Arbeitsschritten nacheinander, stattfindet.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können wegen deren getrennter Bau- und Arbeitsweise das Halteelement als Kaltformwerkzeug zum Umbiegen des Schalenrands und das Siegelelement als Heißsiegelwerkzeug zum Ansiegeln der Deckelfolie am Schalenrand hervorragend zusammenarbeiten, ohne dass Verpackungsmaterialien beschädigt oder die darin aufgenommenen Produkte, beispielsweise Obst oder Gemüse, durch den Verpackungsprozess beeinflusst werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Vorsprünge den zum Ausbilden des Schalenrands vorgesehenen Randbereich der in der Schalenaufnahme vorgehaltenen Verpackungsschale aus einer ersten Ausrichtung heraus in eine zweite Ausrichtung mit einer im Vergleich zur ersten Ausrichtung reduzierten Neigung relativ zu einer horizontalen Lagerebene umbiegen, um den Schalenrand für den Siegelvorgang mit reduzierter Neigung relativ zu einer Siegelfläche eines Siegelelements auszurichten. Das Andrücken der Deckelfolie mittels des Siegelelements ist dadurch auf den vorgefertigten Schalenrand mit reduzierter Krafteinwirkung möglich, was zu einer besseren Siegelqualität führt.
Insbesondere kann das Umlegen des Randbereichs in die zweite Ausrichtung ohne einen Eingriff des Siegelelements, d.h. ausschließlich unter Anwendung des Halteelements, insbesondere der daran ausgebildeten Vorsprünge, geschehen. Ein unerwünschtes Vorsiegeln der Deckelfolie an der Verpackungsschale kann damit verhindert werden. Das Siegelelement kann dafür genutzt werden, um den Schalenrand aus der zweiten Ausrichtung heraus vollends umzulegen, beispielsweise in eine horizontale Ausrichtung zu drücken.
Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass die Vorsprünge zumindest teilweise in einen ihnen zugewandten offenen Bereich der Verpackungsschale eintauchen, wodurch der zum Ausbilden des Schalenrands vorgesehene Randbereich der innerhalb der Schalenaufnahme aufgenommenen Verpackungsschale entlang einer am jeweiligen Vorsprung ausgebildeten Schräge nach außen, in Richtung zur horizontalen Lagerebene hin umgelegt wird. Das Eintauchen der Vorsprünge in den ihnen zugewandten offenen Bereich der Verpackungsschale, das erstmalige Anstoßen des Randbereichs an den jeweiligen Schrägen, sowie das durch weiteres Absenken des Halteelements resultierende seitwärts gerichtete Abdriften des Randbereichs entlang der Schrägen, um den Randbereich weiter nach unten zur Horizontalen hin umzulegen, erfolgt mit geringer Krafteinwirkung auf den Randbereich, selbst wenn dieser ursprünglich beinahe senkrecht geformt ist.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass mehrere Siegelstege beim Siegelvorgang zumindest teilweise in zwischen den Vorsprüngen frei gelassene Ausnehmungen, d.h. Einbuchtungen entlang der Innenkontur des Durchgangs, einfahren, um am Schalenrand eine entsprechend Anzahl der Vorsprünge mehrfach unterbrochene Siegelnaht herzustellen. In horizontaler Projektionsebene können sich die am Siegelelement ausgebildeten Siegelstege mit den am Halteelement ausgebildeten Vorsprüngen abwechseln, wodurch eine Siegelnaht mit Unterbrechungen am Schalenrand hergestellt wird, die beispielsweise zum Verpacken von Obst und Gemüse zweckgemäß ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren genauer erläutert. Es zeigen

Fig. 1: eine Verpackungsmaschine, die in Form eines Traysealers vorliegt,
Fig. 2A: eine schematische Darstellung einer Siegeleinrichtung,
Fig. 2B: eine perspektivische Darstellung der in Figur 2A gezeigten Siegeleinrichtung,
Fig. 2C: eine weitere perspektivische Darstellung der in Figur 2A gezeigten Siegeleinrichtung,
Fig. 3: eine Schnittdarstellung in horizontaler Projektionsebene der Siegeleinrichtung,
Fig. 4: ein hergestelltes Verpackungsprodukt mit unterbrochener Siegelnaht, und
Fig. 5A bis 5F: die Arbeitsweise der Siegeleinrichtung in schematischer Darstellung.

Gleiche Komponenten sind in den Figuren durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine Verpackungsmaschine 1. Die Verpackungsmaschine 1 ist in Form eines Traysealers 2 ausgebildet. Der Traysealer 2 umfasst ein Maschinengestell 3 und ein Zuführband 4, das eingangsseitig am Maschinengestell 3 angeordnet und das dazu konfiguriert ist, Verpackungsschalen 5 für eine am Traysealer 2 vorgesehene Siegelstation 6 bereitzustellen. Der Siegelstation 6 ist in Figur 1 ein Greifer 7 zugeordnet, der dazu ausgebildet ist, Verpackungsschalen 5 vom Zuführband 4 aufzunehmen und in die Siegelstation 6 zu transportieren. Die Verpackungsschalen 5 liegen hier als Kartontrays vor.
Durch einen in der Siegelstation 6 durchgeführten Siegelvorgang S kann eine Stoffbahn 8, beispielsweise eine Deckelfolie, innerhalb der Siegelstation 6 mit darin aufgenommenen Verpackungsschalen 5 zumindest teilweise versiegelt werden. Die Stoffbahn 8 wird mittels einer Abwickelvorrichtung 9 der Siegelstation 6 zugeführt.
Zur Aufnahme der Verpackungsschalen 5 innerhalb der Siegelstation 6 ist eine Schalenaufnahme 10 vorgesehen. Die Schalenaufnahme 10 gehört zu einem Werkzeugunterteil 11 der Siegelstation 6. Ferner verfügt die Siegelstation 6 über ein Werkzeugoberteil 12, das zusammen mit dem Werkzeugunterteil 11 zusammenführbar gelagert ist, um dazwischen für den Siegelvorgang S eine vorzugsweise hermetisch abgedichtete Siegelkammer 40 (siehe Figur 5C) einzuschließen.
Im Anschluss an einen innerhalb der Siegelstation 6 durchgeführten Siegelvorgang S können die dann versiegelten Verpackungsschalen 5 mittels des Greifers 7 aus der Schalenaufnahme 5 heraus auf ein in Produktionsrichtung R nachgelagertes Abführband 13 transportiert werden. Zum Steuern des in Figur 1 gezeigten Traysealers 2 ist an einem Maschinenaufbau 14 ein Steuermodul 15 befestigt, womit ein Bediener den Herstellungsprozess am Traysealer 2 steuern kann.
Figur 2A zeigt in schematischer Seitenansicht eine Siegeleinrichtung 16. Die Siegeleinrichtung 16 umfasst ein Siegelelement 17 sowie ein darunter positioniertes Halteelement 18. Um das Siegelelement 16 herum ist ein Schneidelement 19 angeordnet. Ferner zeigt Figur 2A, dass das Halteelement 18 mehrere Vorsprünge 20 aufweist.
Figur 2B zeigt die Siegeleinrichtung 16 aus Figur 2A in einer anderen Perspektive. Figur 2B veranschaulicht, dass das Halteelement 18 in Form eines Rahmens 21 vorliegt. Die Vorsprünge 20 des Halteelements 18 ragen bereichsweise in einen am Rahmen 21 ausgebildeten Durchgang 22 hinein. Der Durchgang 22 weist eine Innenkontur 23 auf, die es ermöglicht, dass sowohl das Siegelelement 17 als auch das Schneidelement 19 zunächst für ein Zuschneiden der Deckelfolie 8 und anschließend für ein Ansiegeln der Deckelfolie 8 an der Verpackungsschale 5 durch den Durchgang 22 hindurchbewegt werden können.
Figur 2B zeigt weiter, dass die Vorsprünge 20 jeweils eine Schräge 24 aufweisen. Das Halteelement 18, insbesondere dessen Vorsprünge 20, einschließlich der jeweiligen daran ausgebildeten Schrägen 24, kann zum Verformen der Verpackungsschale 5 eingesetzt werden. Dies wird weiter unten noch detailliert in Zusammenhang mit den Figuren 5A bis 5F beschrieben.
Figur 2B zeigt, dass in radialer Richtung, in einer Reihenfolge von innen nach außen, das Siegelelement 17, das Schneidelement 19 und das Halteelement 18 zumindest bereichsweise ineinandergreifend ausgebildet sind, was einen kompakten Aufbau der Siegeleinrichtung 16 begünstigt. Diese ineinandergreifende Geometrie der jeweiligen an der Siegeleinrichtung 16 eingesetzten Werkzeuge wird in Figur 2C weiter veranschaulicht.
Figur 2C zeigt die Siegeleinrichtung 16 in einer Perspektive von unten. Entlang der Innenkontur 23 des Rahmens 21 wechseln sich mehrere Vorsprünge 20 mit dazwischenliegenden Ausnehmungen 25, die in Form von Einbuchtungen am Rahmen 21 ausgebildet sind, ab. Das Siegelelement 17 bildet mehrere nach unten vorstehende Siegelstege 26 aus. Ferner zeigt Figur 2C, dass das Schneidelement 19 als endloses Messer 27 vorliegt. Das Messer 27 hat im Wesentlichen eine korrespondierende Erstreckung hinsichtlich der Innenkontur 23 des als Rahmen 21 ausgebildeten Halteelements 18.
In Figur 2C ist erkennbar, dass die jeweiligen Siegelstege 26 sowie in radialer Blickrichtung daran angrenzende Abschnitte des Messers 27 den jeweiligen Ausnehmungen 25 des Rahmens 21 zugeordnet sind. Dadurch ist es möglich, an der Verpackungsschale 5 eine unterbrochene Siegelnaht 29 (siehe Fig. 4) herzustellen.
Die Figuren 2A bis 2C zeigen auch, dass das Siegelelement 17 im Wesentlichen eine Rahmenform 28 aufweist. Insbesondere verdeutlichen aber die Figuren 2A bis 2C, dass die Siegeleinrichtung 16 in kompakter Bauweise gleich mehrere Werkzeuge, nämlich das Siegelelement 17, das Halteelement 18 sowie das Schneidelement 19 in radialer Erstreckung dicht nebeneinanderliegend sowie ineinandergreifend, ausbildet.
Figur 3 zeigt eine horizontale Schnittdarstellung der Siegeleinrichtung 23. In den jeweiligen Ausnehmungen 25 des Halteelements 18 sind die Siegelstege 26 des Siegelelements 17 angeordnet. Die an einem weiter in Figur 3 zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Siegeleinrichtung 23 dargestellten Schalenrand 30 der Verpackungsschale 5 lediglich bereichsweise andrückenden Siegelstege 26 erzeugen die unterbrochene Siegelnaht 29 am Schalenrand 30 der Verpackungsschale 5 (siehe auch Fig. 4).
Weiter zeigt Figur 3, dass das Messer 27 entlang der Innenkontur 23 des Rahmens 21 anliegend, d.h. eng angrenzend, ggf. jedoch kontaktfrei, verläuft. Die Vorsprünge 20 sowie daran angrenzende Abschnitte des Messers 27 erstrecken sich zwischen den jeweiligen in den Ausnehmungen 25 eingetauchten Siegelstegen 26. Vorzugsweise wird das Siegelelement 17, einschließlich der Siegelstege 28, sowie das Messer 27 aneinandergekoppelt in den Durchgang 22 des Halteelements 18 hinein und aus diesem herausbewegt, um die Deckelfolie 8 zuzuschneiden und abschnittsweise am Schalenrand 30 der Verpackungsschale 5 anzusiegeln. In Vorarbeit dazu wird mittels der Vorsprünge 20, insbesondere mittels der daran ausgebildeten Schrägen 24, das Umbiegen des Schalenrands 30 an der Verpackungsschale 5 durchgeführt.
Figur 4 zeigt in Draufsicht eine schematische Verpackungsgeometrie, wie sie anhand der Siegeleinrichtung 16 aus Figur 3 herstellbar ist.
Am Schalenrand 30 ist die unterbrochene Siegelnaht 29 hergestellt, die sich mittels der am Siegelelement 17 ausgebildeten Siegelstege 26 herstellen lässt. Figur 4 zeigt damit, dass die Deckelfolie 8 lediglich bereichsweise am Schalenrand 30 der Verpackungsschale 5 heißversiegelt anhaftet. Eine derartige Verpackungsgeometrie eignet sich beispielsweise zum Verpacken von Obst und Gemüse, insbesondere dann, wenn die Verpackungsschale 5 aus einem papierfaserbasierten Material hergestellt ist.
In Figur 4 ist auch zu sehen, dass eine Umrandung 31 der Deckelfolie 8 eine Wellenform aufweist, was auf die Geometrie des Messers 27 aus Figur 3 zurückführbar ist.
Die Figuren 5A bis 5F zeigen in schematischer Abfolge die Arbeitsweise der Siegelstation 6 beim Formen des Schalenrands 30, beim Zuschneiden der Deckelfolie 8 sowie beim Ansiegeln der zugeschnittenen Deckelfolie 8 an den umgebogenen Schalenrand 30.
In den Figuren 5A bis 5F weist die Schalenaufnahme 10 einen Boden 50 auf, wobei die Verpackungsschale 5 mit einem daran ausgebildeten Verpackungsboden auf dem Boden 50 aufsitzt.
In der Figur 5A ist die Siegelstation 6 in einem geöffneten Zustand 32. Die Verpackungsschale 5 ist innerhalb der Schalenaufnahme 10 des Werkzeugunterteils 11 positioniert. An der Verpackungsschale 5 ist ein Randbereich 33 ausgebildet, welcher steil, nahezu senkrecht nach oben ausgerichtet ist. In Figur 5A ist die Deckelfolie 8 oberhalb des Halteelements 18 positioniert. Das Siegelelement 17 sowie das Schneidelement 19 befinden sich oberhalb der Deckelfolie 8.
An der Schalenaufnahme 10 ist benachbart zu dem Randbereich 33 der Verpackungsschale 5 eine Biegekante 34 ausgebildet. An der Biegekante 34 kann der ursprünglich fast senkrecht ausgerichtete Randbereich 33 umgelegt werden, was in der folgenden Figur 5B genauer erläutert wird.
Figur 5B zeigt nun das Werkzeugoberteil 12, einschließlich der darin gelagerten Siegeleinrichtung 16, in einer weiter nach unten verlagerten Position. Die Vorsprünge 20 tauchen in einen offenen Bereich 38 der Verpackungsschale 5 ein, wodurch sie den Randbereich 33 der Verpackungsschale 5 ergreifen und nach außen, zur horizontalen Lagerebene L hin umbiegen. Die Biegekante 34 unterstützt den Biegevorgang und gewährleistet insbesondere, dass der Randbereich 33 einwandfrei in Richtung zu der horizontalen Lagerebene L hin umgebogen werden kann, sprich ein geradliniger Knick entsteht.
Figur 5C zeigt die Siegelstation 6 in einem geschlossenen Zustand 35. Im Vergleich zur Figur 5A, in welcher der Randbereich 33 der Verpackungsschale 5 noch in einer ersten Ausrichtung 36 vorlag, ist nun in Figur 5C der Randbereich 33 derartig mittels der Vorsprünge 20 umgebogen, dass er in einer zweiten Ausrichtung 37 vorliegt, in welcher er mit einer reduzierten Neigung α relativ zur horizontalen Lagerebene L vorliegt. In der zweiten Ausrichtung 37 liegt der Randbereich 33 nun als halbfertiger, bereits ziemlich flach umgelegter Schalenrand 30 vor, sodass der Siegelvorgang S besser möglich ist.
Figur 5D zeigt das Zuschneiden der Deckelfolie 8. Das Schneidelement 19 ist nun aus seiner in Figur 5C gezeigten Position weiter nach unten verstellt, wodurch es in die gespannte Deckelfolie 8 eintaucht und diese durchtrennt.
Figur 5E zeigt nun wie der bereits umgelegte Randbereich 33 aus seiner zweiten Ausrichtung 37 heraus weiter nach unten umgebogen wird, was durch das Siegelelement 17 geschieht. In Figur 5E ist das Siegelelement 17 in einer weiter nach unten verlagerten Position im Vergleich zur Figur 5D gezeigt, wodurch es mittels der daran ausgebildeten Siegelstege 26 von oben auf den Schalenrand 30, d.h. den in der zweiten Ausrichtung 37 vorliegenden Randbereich 33, drückt. Ein weiteres Absenken des Siegelelements 17 bewirkt, dass der Schalenrand 30 auf die Biegekante 34 niedergedrückt wird, was Figur 5F zeigt.
Figur 5F zeigt das Ansiegeln der zugeschnittenen Deckelfolie 8 am Schalenrand 30 mittels der auf die Schalenaufnahme 10 drückenden Siegelstege 26. Die Siegelstege 26 haben dafür den in seiner zweiten Ausrichtung 37, an den Schrägen 28 anliegenden Randbereich 33 weiter nach unten gedrückt, bis der Schalenrand 30 zum Aufliegen auf der Biegekante 34 kommt.
Der in seiner ersten Ausrichtung 36 in Figur 5A gezeigte, nahezu senkrecht nach oben stehende Randbereich 33 der Verpackungsschale 5 wird mittels des Halteelements 18 in die gemäß Figur 5C gezeigte zweite Ausrichtung 37 umgelegt, damit das im Anschluss von oben kommende, abgesenkte Siegelelement 17 nicht mehr mit senkrechter Krafteinwirkung auf den Randbereich 33 drückt, sondern diesen aus Figur 5E heraus, wegen dessen flacher Ausrichtung, sanfter nach unten biegt.
Die im Vorangehenden beschriebenen Figuren verdeutlichen demzufolge, dass das Halteelement 18 dafür konfiguriert ist, den ursprünglich ungebogenen Randbereich 33 der Verpackungsschale 5 vorab des Siegelvorgangs S so umzulegen, damit dieser in einer relativ zur horizontalen Lagerebene L flachen, zweiten Ausrichtung 37 für den Siegelvorgang S vorliegt, sodass das von oben kommende Siegelelement 17 mit geringer Krafteinwirkung zur Vermeidung einer Schalenrandquetschung diesen weiter niederdrücken kann. Das erfindungsgemäße Prinzip ermöglicht es auch, dass aufgrund des dem Siegelvorgang S vorgeschalteten Biegevorgangs mittels des Halteelements 18 vermieden werden kann, dass ein Vorsiegeln der Deckelfolie 8 an der Verpackungsschale 5 stattfindet.

Claims

Verpackungsmaschine (1) mit einer Siegelstation (6), die ein Werkzeugunterteil (11) mit mindestens einer Schalenaufnahme (10) und ein Werkzeugoberteil (12) mit mindestens einer Siegeleinrichtung (16) umfasst, wobei die Siegeleinrichtung (16) ein Siegelelement (17), das dazu konfiguriert ist, eine Deckelfolie (8) auf einen Schalenrand (30) einer in der Schalenaufnahme (10) bereitgestellten Verpackungsschale (5) aufzusiegeln, sowie ein Halteelement (18) aufweist, wobei das Halteelement (18) in Form eines Rahmens (21) ausgebildet ist, und wobei das Halteelement (18) mindestens einen Durchgang (22) für ein Schneidelement (19) zum Zuschneiden der Deckelfolie (8) vorsieht, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (18) entlang einer Innenkontur (23) des Durchgangs (22) mehrere Vorsprünge (20) zum Umbiegen eines zum Ausbilden des Schalenrands (30) vorgesehenen Randbereichs (33) der Verpackungsschale (5) aufweist.
Verpackungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (20) dazu konfiguriert sind, den zum Ausbilden des Schalenrands (30) vorgesehenen Randbereich (33) der in der Schalenaufnahme (10) vorgehaltenen Verpackungsschale (5) aus einer ersten Ausrichtung (36) heraus in eine zweite Ausrichtung (37) mit einer im Vergleich zur ersten Ausrichtung (36) reduzierten Neigung (α) relativ zu einer horizontalen Lagerebene (L) zu verformen, um den Schalenrand (30) für den Siegelvorgang (S) mit reduzierter Neigung (α) relativ zu einer Siegelfläche des Siegelelements (17) auszurichten.
Verpackungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidelement (19) ein Messer (27) mit einer zur Innenkontur (23) des Durchgangs (22) in horizontaler Projektionsebene korrespondierenden Geometrie ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siegelelement (17) mehrere Siegelstege (26) aufweist, die beim Siegelvorgang (S) zumindest teilweise in zwischen den Vorsprüngen (20) freigelassenen Ausnehmungen (25) entlang der Innenkontur (23) des Durchgangs (22) einfahrbar sind, um am Schalenrand (30) eine entsprechend der Anzahl der Vorsprünge (20) mehrfach unterbrochene Siegelnaht (29) herzustellen.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen entlang der Innenkontur (23) des Durchgangs (22) ausgebildeten Vorsprünge (20) eine Schräge (24) aufweisen, mittels welcher der zum Ausbilden des Schalenrands (30) vorgesehene Randbereich (33) der innerhalb der Schalenaufnahme (10) vorgehaltenen Verpackungsschale (5) nach außen, in Richtung zur horizontalen Lagerebene (L) hin umlegbar ist.
Verpackungsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Schrägen (24) in vertikaler Projektionsebene relativ zur Horizontalen eine Neigung zwischen 10° und 60°, insbesondere zwischen 15° und 45°, aufweisen.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (18) aus einem wärmeisolierenden Material hergestellt ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidelement (19) an die Bewegung des Siegelelements (17) gekoppelt oder mittels eines eigenen Antriebs verstellbar gelagert ist, um die Deckelfolie (8) zuzuschneiden.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpackungsmaschine (1) in Form eines Traysealer (2) zum Verschlie-ßen von papierfaserbasierten Verpackungsschalen (5) ausgebildet ist.
Verpackungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siegelelement (17) und das Schneidelement (19) als austauschbarer Wechselbausatz vorliegen.
Verfahren zum Befestigen einer Deckelfolie (8) an einem Schalenrand (30) einer innerhalb einer Siegelstation (6) in einer Schalenaufnahme (10) bereitgestellten Verpackungsschale (5), dadurch gekennzeichnet, dass ein Halteelement (18), das in Form eines Rahmens (21) ausgebildet ist und das mindestens einen Durchgang (22) für ein Schneidelement (19) zum Zuschneiden der Deckelfolie (8) aufweist, mittels daran entlang einer Innenkontur (23) des Durchgangs (22) ausgebildeter Vorsprünge (20) für einen Siegelvorgang (S) einen zum Ausbilden des Schalenrands (30) vorgesehenen Randbereich (33) der Verpackungsschale (5) umbiegt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (20) den zum Ausbilden des Schalenrands (30) vorgesehenen Randbereich (33) der in der Schalenaufnahme (10) vorgehaltenen Verpackungsschale (5) aus einer ersten Ausrichtung (36) heraus in eine zweite Ausrichtung (37) mit einer im Vergleich zur ersten Ausrichtung (36) reduzierten Neigung (α) relativ zu einer horizontalen Lagerebene (L) umbiegen, um den Schalenrand (30) für den Siegelvorgang (S) mit reduzierter Neigung (α) relativ zu einer Siegelfläche eines Siegelelements (17) auszurichten.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (20) zumindest teilweise in einen ihnen zugewandten offenen Bereich (38) der Verpackungsschale (5) eintauchen, wodurch der zum Ausbilden des Schalenrands (30) vorgesehene Randbereich (33) der innerhalb der Schalenaufnahme (10) aufgenommenen Verpackungsschale (5) entlang einer am jeweiligen Vorsprung (20) ausbildeten Schräge (24) nach außen, in Richtung zur horizontalen Lagerebene (L) hin umgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Siegelstege (26) beim Siegelvorgang (S) zumindest teilweise in zwischen den Vorsprüngen (20) freigelassene Ausnehmungen (25) entlang der Innenkontur (23) des Durchgangs (22) einfahren, um am Schalenrand (30) eine entsprechend der Anzahl der Vorsprünge (20) mehrfach unterbrochene Siegelnaht (29) herzustellen.