EP4281378A1 - Verfahren und anlage zum automatischen verpacken von zerkleinertem silicium - Google Patents

Verfahren und anlage zum automatischen verpacken von zerkleinertem silicium

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EP4281378A1
EP4281378A1 EP21839395.7A EP21839395A EP4281378A1 EP 4281378 A1 EP4281378 A1 EP 4281378A1 EP 21839395 A EP21839395 A EP 21839395A EP 4281378 A1 EP4281378 A1 EP 4281378A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inner bag
bag
opening
outer bag
fold
Prior art date
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Pending
Application number
EP21839395.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Lazarus
Julian Garagnon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wacker Chemie AG
Original Assignee
Wacker Chemie AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Chemie AG filed Critical Wacker Chemie AG
Publication of EP4281378A1 publication Critical patent/EP4281378A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B65B65/003—Packaging lines, e.g. general layout
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    • B65B43/00—Forming, feeding, opening or setting-up containers or receptacles in association with packaging
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    • B65B43/54—Means for supporting containers or receptacles during the filling operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65B51/10—Applying or generating heat or pressure or combinations thereof
    • B65B51/14—Applying or generating heat or pressure or combinations thereof by reciprocating or oscillating members
    • B65B51/146—Closing bags
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65B7/00—Closing containers or receptacles after filling
    • B65B7/02—Closing containers or receptacles deformed by, or taking-up shape, of, contents, e.g. bags, sacks
    • B65B7/06—Closing containers or receptacles deformed by, or taking-up shape, of, contents, e.g. bags, sacks by collapsing mouth portion, e.g. to form a single flap
    • B65B7/08—Closing containers or receptacles deformed by, or taking-up shape, of, contents, e.g. bags, sacks by collapsing mouth portion, e.g. to form a single flap and folding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65B2220/00—Specific aspects of the packaging operation
    • B65B2220/16—Packaging contents into primary and secondary packaging
    • B65B2220/20—Packaging contents into primary and secondary packaging the primary packaging being bags, the secondary packaging being further bags, the primary bags being either finished or formed concurrently with the secondary bags

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for the automatic packaging of crushed silicon.
  • Polycrystalline silicon (polysilicon) is usually produced by the Siemens process (bronze vapor deposition process). Polysilicon is the starting material in the production of single-crystal silicon, e.g. B. can be produced by means of the Czochralski process. Furthermore, polysilicon is required for the production of multicrystalline silicon, for example using the ingot casting method. For both processes, the polysilicon, which is in the form of a rod according to the Siemens process, has to be comminuted into fragments.
  • the comminuted silicon should be packaged with little contamination for transport.
  • the packaging is usually in flat foil bags or double foil bags made of plastic, which are sealed after filling.
  • the bags are arranged in various quantities in outer packaging, mostly cardboard boxes. These can then be stacked on standard pallets and placed in containers.
  • Shredded polysilicon is generally a sharp-edged, non-free-flowing bulk material, with individual fragments weighing up to 750 g depending on the size of the fragments. At of the packaging, particular care must be taken to ensure that the plastic bag is not punctured when it is filled. Double foil pouches can reduce the risk of punctures.
  • the sealing of the plastic bags can be another source of contamination.
  • the plastic bag is at least partially evacuated prior to sealing to ensure a more compact bag size.
  • a suction lance is usually inserted into the bag, the air is sucked out and the bag is welded immediately after the suction lance has been pulled out. Since in general any material that is brought into the bag from the outside can contain impurities, welding using a suction lance represents a potential source of contamination.
  • the packaging of silicon is usually at least partially automated. Usually, sub-steps of the packaging process are still carried out manually, since full automation does not seem economically viable given the high cleanliness requirements.
  • WO 2016/188893 A1 describes a method for packaging polysilicon, the comminuted polysilicon to be packaged being provided in a process shell in which a cleaning step has also been carried out beforehand.
  • the process tray and the plastic bag are attached to a filling unit, with the rotation of the filling unit causing the polysilicon to slide into the plastic bag.
  • EP 3 199 472 A1 describes the filling of a stand-up foil pouch made of polyethylene (PE) with polysilicon, the pouch being provided in a frame. The frame is designed to prevent the bag from bulging during filling.
  • PE polyethylene
  • the bag is transferred to an outer bag made of PE, with the chemical properties of the PE of both bags being matched to one another in such a way that they can slide against one another as much as possible.
  • the disadvantage here is that the stand-up pouch bulges out when it is transferred into the outer pouch and the dimensions of the outer pouch are therefore much larger than those of the stand-up pouch.
  • EP 2 030 905 A2 describes a first stand-up pouch made of plastic for filling with polysilicon.
  • This first stand-up pouch is unfolded from a film tube in such a way that a rectangular base with a fold is formed.
  • the first stand-up pouch is inserted into a larger, second stand-up pouch of the same type, with the fold of the first stand-up pouch being rotated through 90° and lying against the fold of the second stand-up pouch.
  • a method for the automatic packaging of comminuted silicon comprising the steps a) providing an inner bag in a first mold container, b) spreading open an opening of the inner bag and positioning the opening over a rim of a first hopper of a filling unit, c) filling the inner bag with crushed silicon, the crushed silicon being poured through the hopper into reaches the inner bag, d) welding of the inner bag in a welding unit, the opening of the inner bag being folded together by folding in two opposite sides of the inner bag in such a way that two inner bag edges formed by folding are parallel and form a fold with a channel, and a vacuum sealer placed on the fold from the outside sucks air out of the inner bag through the channel and seals the inner bag, e) transferring the inner bag into an outer bag, with the outer bag being provided in a second mold container, an opening of the outer bag being spread open and the inner bag is transferred into the outer bag and f) sealing the outer bag.
  • the inner bag and/or the outer bag is preferably a stand-up bag.
  • Stand-up pouches are generally distinguished by the fact that they are stable before and/or after filling.
  • Inner bags and/or outer bags preferably have a rectangular, in particular square, base.
  • the two side lengths of the rectangular standing or base area of the outer bag are each 3 to 35%, preferably 4 to 30%, particularly preferably 5 to 20%, longer than the two side lengths of the rectangular base of the inner bag.
  • a stand-up inner bag intended for a silicon weight of 5 kg, when filled, can have a length 1 in a range from 10 to 20 cm, a width b in a range from 10 to 20 cm and a height h in a range from 10 to 50 cm. 1 and b correspond to the side lengths of the base of the bag.
  • a typical 5 kg stand-up inner bag can have a square base with a side length 1, b of 15 cm.
  • An associated typical stand-up outer bag can have a square base with a side length 1, b of 17 cm. This means that the footprint of the outer bag is 27% larger.
  • the inner bag and/or the outer bag preferably consist of a plastic film.
  • the plastic can be PE (e.g. LDPE (low density), LLDPE (linear low density), HDPE (high density)), polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA) or polypropylene (PP).
  • the inner bag and outer bag are particularly preferably made of LDPE. Furthermore, it can be a two-layer or multi-layer composite film.
  • the thickness of the plastic film or composite film is usually in a range from 10 to 600 ⁇ m, preferably from 50 to 450 ⁇ m, particularly preferably from 100 to 330 ⁇ m.
  • Inner bags and outer bags can differ in terms of the thickness of the film. If necessary, it can be preferred that the outer bag is made of a more durable material than the inner bag.
  • the inner bag and/or the outer bag are preferred before they are made available in the first or second mold container automatically preformed directly from a high-purity tubular film, half-tubular film or a gusseted tube. To do this, a piece of film of the appropriate length is cut off and welded at one end, forming the bottom of the bag. The bag can then be opened with vacuum grippers, shaped by an immersing forming tube and then transferred to the forming container.
  • the first and / or the second mold container preferably have the same footprint as the inner or the outer pouch. If necessary, the base area of the mold container is up to 10% larger than the base area of the corresponding bag in order to make it easier to prepare the bag.
  • the height of the first mold container preferably corresponds at least to the fill height of the inner bag. In this way it can be ensured that this is not deformed during filling. The same preferably applies to the second mold container.
  • the mold containers are preferably made of an antistatic material, in particular a plastic, e.g. B. Polypropylene . Manufacturing from a metal such as aluminum is also possible. If necessary, they can have a silicon coating in order to avoid contamination.
  • the first mold container is preferably located on a conveyor device or is connected to one.
  • the conveyor can be z. B. be a conveyor belt, a rail system or a robotic arm.
  • the shaped container can be moved between the packaging stations (eg filling unit, sealing unit) by the conveying device.
  • the opening of the inner bag is preferably positioned over the rim of the first filling funnel of the filling unit by means of a conveyor device. However, it can also be provided be that the filling unit is moved up to the opening of the inner bag.
  • the brim preferably dips into the opening of the inner bag without contact.
  • a typical immersion depth can be 1 to 5 cm.
  • the distance between the brim and the inner bag is preferably 0.5 to 10 mm, more preferably 1 to 5 mm.
  • the opening is preferably spread open to allow the brim to dip into the opening by means of spreading fingers which dip into the inner bag.
  • the spreading fingers can be part of the filling unit. However, it can also be a separate device for spreading, which can be moved with the transport container. In particular, there are four spreading fingers that span a rectangular opening.
  • the inner bag may even be preferable for the inner bag to be shaped before it is opened open. This is preferably done during preparation, e.g. by inserting some kind of mandrel or bag-forming tube into the bag.
  • the shaping includes pulling the inner bag apart by means of suction grippers.
  • the suction grippers can be suction strips or suction cups that are attached from the outside.
  • the advantage of this variant is the reduced risk of contamination.
  • the inner bag can be filled according to the method according to WO 2016/188893 A1. The silicon provided in a process bowl and crushed slips into the inner bag as a result of the rotation of the filling unit.
  • the inner bag is preferably filled with silicon fragments of a fragment size class.
  • it is broken polysilicon, ie comminuted polysilicon.
  • the inner bag can also be filled with silicon fragments from more than one fragment size class.
  • broken silicon in broken size classes 0 to 4 is filled.
  • the fragment size classes 0 to 4 are defined based on the grain size of the fragments, the grain size being defined as the longest distance between two points on the surface of a silicon fragment.
  • the fraction size classes summarize fractions with grain size ranges as follows.
  • the silicon fragments can be classified using mesh screens, with the edge length of the square meshes corresponding to the upper limit of a BG.
  • a BG comprises at least 90 wt. -% of fragments within the stated size range.
  • the shaped container with the filled inner bag is moved to a sealing unit for sealing.
  • FIG. 1 An inner bag with fold and channel folded for the welding is shown in FIG.
  • four forming fingers can dip into the opening, with the opening possibly having been pulled open or stretched beforehand using suction grippers.
  • the inner bag edges lying parallel and opposite one another are preferably formed by two molding strips. These moldings can move uniformly towards each other from outside the bag. In doing so, they can fold in the two opposite sides of the inner bag and the opposite edges of the inner bag and thus the channel train . The vacuum welder can then be moved up to the fold created in this way.
  • the vacuum welder preferably comprises two mold blocks, each containing a heated welding wire, which can be coated with a non-metallic material such as polytetrafluoroethylene.
  • the two mold blocks are each placed on one side of the fold. Sealing lips, which enclose the mold jaws with the welding wire, preferably form a vacuum chamber after they have been put on, so that the air can be sucked out through the channel.
  • the fold with the mold jaws can also be brought into a vacuum chamber for suction.
  • a piece of the fold is cut off before the welding. This can be done with an automatic cutting device that can be part of the welding unit. In this way, the application of a vacuum can be simplified. Furthermore, the pack size and the weight can be reduced. In principle, the separation can also take place after the welding.
  • the channel preferably has a width of 1 to 15 mm, particularly preferably 1.5 to 10 mm, in particular 2 to 5 mm.
  • the width of the channel is preferably 0.5 to 5%, in particular 1 to 3%, of the longer side length forming the base area of the inner bag.
  • the outer bag was preferably already provided in the second mold container during the welding of the inner bag.
  • the second mold container is also preferably located on a conveyor device, reference can be made to the description of the first mold container.
  • the second mold container is preferably positioned below the sealing unit.
  • the inner bag can then be removed from the first mold container with a gripper and transferred to the outer bag.
  • the inner bag can also be held with a gripper while the first mold container is moved down and then sideways.
  • the transfer can be realized by lowering the inner bag into the outer bag or by raising the outer bag.
  • the open opening of the outer bag can be moved over a rim of a second filling funnel.
  • the second filling funnel generally acts more as a kind of frame through which the inner bag can be lowered into the outer bag. In this way it can be prevented that a bulging inner bag gets caught on the spread opening of the outer bag.
  • the inner bag in order to transfer the inner bag into the outer bag, the inner bag is surrounded by a transport sleeve to preserve its shape (to prevent bulging).
  • the transport sleeve preferably has the same inside dimensions as the first mold container.
  • the shipping sleeve can be described as a bottomless first mold container.
  • the transport sleeve is preferably positioned above the latter, so that the inside dimensions of the first mold container and that of the transport sleeve are essentially congruent.
  • the inner bag can then be moved (raised) into the transport sleeve by means of a gripping farm. Both together can then be moved over the open opening of the outer bag or, if necessary, over the second filling funnel, and the inner bag is lowered.
  • the transport sleeve with the inner bag, optionally the second filling funnel and the second mold container with the outer bag are particularly preferably located one above the other in a vertical line.
  • the transport tube By using the transport tube, it is possible to precisely match the dimensions of the inner and outer bags. So far, the size of the outer bag has been chosen so that a deformed (bulging) inner bag can slide in without resistance. This tolerance is no longer necessary, which leads to a significant saving in material.
  • the upwardly standing fold z of the inner bag is preferably folded over.
  • the fold is particularly preferably clamped between the inner bag and the outer bag. This can e.g. B. carried out by means of an automatically shiftable lance.
  • the outer bag is preferably welded in the same way as the inner bag.
  • another welding unit can be provided in order to increase the throughput.
  • a further step g) is followed by transferring the welded outer bag into a transport container.
  • the transport container is preferably a carton in which preferably six of the welded outer bags can be placed side by side.
  • the weight of crushed silicon is in particular 5 kg (5 kg bag).
  • the entire fully automated packaging process is preferably monitored with cameras so that manual controls can be dispensed with.
  • a further aspect of the invention relates to a system for the automatic packaging of comminuted silicon, in particular for carrying out the method described.
  • the system comprises the following components: at least one first mold container for an inner bag, at least one second mold container for an outer bag, at least one conveyor device for moving the two mold containers, at least one device for spreading open an opening in the inner bag and an opening in the outer bag, at least one filling unit for filling the inner bag with crushed silicon, at least one sealing unit for sealing the inner bag and optionally the outer bag, comprising means for folding the opening in such a way that a fold is formed with a channel; and a vacuum welder, which is placed from the outside on the inner bag or optionally on the outer bag, at least one gripping frame for moving the inner bag, optionally at least one further sealing unit for sealing the outer bag.
  • the system also includes a transport sleeve with which the inner bag can be surrounded to preserve its shape.
  • the system in particular the welding unit, includes a cutting device for at least partially separating the fold.
  • the fold can be the fold of the inner and outer bag.
  • the means for folding in the opening can in particular be the moldings described for folding in.
  • Fig. 1 shows an inner bag in a mold container.
  • 2A,B show an inner bag with the opening spread open.
  • Fig. 3 shows the inner bag with filling funnel.
  • Fig. 4A,B,C show the folding of the inner bag.
  • Fig. 5A,B show the sealing of the inner bag.
  • FIG. 6 shows a welded inner bag.
  • FIG. 7A,B show the use of a transport sleeve.
  • Reference List 10 stand inner bags
  • FIG. 1 shows a stand-up inner bag 10 made from LDPE, which has an opening 12 and is arranged in a first molded container 20 made from polypropylene (method step a)).
  • the stand-up inner bag 10 has a square footprint that corresponds to the inner base area 22 of the first mold container 20, which is also square.
  • the stand-up inner bag 10 was made from a gusseted tubular film immediately prior to the start of the process. Due to the folding of the starting material, the opposite bag sides 14A, 14B each have a slight crease.
  • FIG. 2A shows the stand-up inner bag 10, with four spreading fingers 30 entering its opening 12 in order to open it up.
  • the spreading fingers 30 belong to the filling unit 12, which is not shown for reasons of clarity.
  • the spread on opening 12 after the breakup! uring the spreading fingers 30 is shown in Figure 2B (step b)).
  • FIG. 3 shows the free-standing inner bag 10 with its opening 12 spread open by the spreading fingers 30, into which a rim 33 of a filling funnel 32 dips without touching the free-standing inner bag 10 (method step b)).
  • the filling funnel 32 like the spreading fingers 30, is part of the filling unit, which is not shown.
  • FIG. 4A shows the stand-up inner bag 10 after being filled with crushed silicon.
  • Four shaping fingers 42 dip into the bag 10 to fold and close the opening 12 . These forming fingers 42 may be necessary when the opening 12 has closed too far after filling.
  • Two moldings 40 have been moved up to the opposite sides of the bag 14A, 14B. The Shaped strips 40 and the shaped fingers 42 belong to the welding unit, which is not shown.
  • FIG. 4B the moldings 40 have moved towards one another and the bag sides 14A, 14B have been folded in.
  • parallel inner bag edges 15A, 15B cf. FIG. 4C
  • a fold 13 have formed.
  • the inside edges 15A, 15B of the bag form a channel 16 running through the fold z, the width of the channel 13 approximately corresponding to the distance between the two moldings 40 in relation to one another.
  • the forming fingers 42 can facilitate the formation of the fold 13 by their spacing.
  • the fig . 4C shows the stand-up inner bag 10 after the mold bars 40 and mold fingers 42 have been removed.
  • the channel 16 formed by the non-touching inner bag edges 15A, 15B is indicated by dashed lines for clarification.
  • FIG. 5A shows the stand-up inner bag 10 according to FIG. 4C in a side view with a welding unit 50.
  • This comprises two mold blocks 51 which are moved up to the fold 13 on the right and left.
  • Each mold block 51 comprises an upper sealing lip 52 and a lower sealing lip 53, which can form a vacuum chamber 54 when the welding unit 50 is placed on the fold 13.
  • the welding unit 50 contains a cutting device 56 for cutting off a section of the fold 13 . The separation is necessary so that the vacuum chamber 54 can form after the mold jaws 51 have been placed on the fold 13 and the air can be sucked out of the standing inner bag 10 through the channel 16 (cf. FIG. 4C).
  • FIG. 5B shows the bag 10 shortly after sealing.
  • a section of the fold 13 was severed by the cutting device 56 .
  • the fold 13 was provided with a welded seam 59 by the heating wire 58 .
  • a welded stand-up inner bag 10 is shown in FIG.
  • the first mold container 20 is not shown here. Typically it is a 5 kg bag with a square base. A typical value for 1,b is 150 mm.
  • FIG. 7A shows the welded stand-up inner bag 10 in the first mold container 20, with a transport sleeve 60 being moved up.
  • the transport sleeve 60 has the same inside dimensions as the first mold container 20 and can be placed on it.
  • the stand-up inner bag 10 can be moved into the transport sleeve 60 by lifting it, for example by means of a gripper which grips the fold 13 through the transport sleeve 60 (not shown).
  • the raising of the standing inner bag 10 and the lowering of the transport sleeve 60 are indicated by the movement arrows 61 .
  • FIG. 7B shows the transport sleeve 60 with the welded stand-up inner bag 10 and a second mold container 24 with a stand-up outer bag 70 arranged therein.
  • the opening 72 of the stand-up outer bag 70 is spread open with spreading fingers 30 .
  • the stand-up outer bag 70 has a square base area that corresponds to the square inner base area 23 of the second mold container 24 .
  • the base area 23 is approximately 13% larger than the base area 22 .
  • the transport sleeve 60, the spread opening 72 of the stand-up outer bag 70 and the second mold container 24 are in a vertical line arranged on top of each other. So the stand-up inner bag 10, z. B. by means of a gripping farm (not shown), are lowered into the stand-up outer bag 70 without the stand-up inner bag 10 bulging out.
  • FIG. 8 shows the cross section of the stand-up outer bag 70 with the stand-up inner bag 10 located therein and filled with silicon fragments 80 . Both the fold 13 of the stand-up inner bag 10 and the fold 73 of the stand-up outer bag 70 are folded in. A typical height of the 5 kg bag is

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Verpacken von zerkleinertem Silicium (Siliciumbruch), umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines Innenbeutels in einem ersten Formbehälter, b) Aufspreizen einer Öffnung des Innenbeutels und Positionieren der Öffnung über einer Krempe eines ersten Fülltrichters einer Befülleinheit, c) Befüllen des Innenbeutels mit zerkleinertem Silicium, wobei das zerkleinerte Silicium durch den Fülltrichter in den Innenbeutel gelangt, d) Verschweißen des Innenbeutels in einer Verschweißeinheit, wobei die Öffnung des Innenbeutels durch Einfalten von zwei sich gegenüberliegenden Innenbeutelseiten derart zusammengefaltet wird, dass sich zwei durch das Zusammenfalten geformte Innenbeutelkanten parallel gegenüberstehen und einen Falz mit einem Kanal bilden, und ein von außen auf den Falz aufgesetzter Vakuumverschweißer durch den Kanal Luft aus dem Innenbeutel absaugt und den Innenbeutel verschweißt, e) Überführen des Innenbeutels in einen Außenbeutel, wobei der Außenbeutel in einem zweiten Formbehälter bereitgestellt, eine Öffnung des Außenbeutels aufgespreizt und der Innenbeutel in den Außenbeutel überführt wird und f) Verschweißen des Außenbeutels.

Description

Verfahren und Anlage zum automatischen Verpacken von zerkleinertem Silicium
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren und eine Anlage zum automatischen Verpacken von zerkleinertem Silicium .
Polykristallines Silicium ( Polysilicium) wird üblicherweise durch das Siemens-Verfahren ( ehern . Gasphasenabscheidungsprozess ) hergestellt . Polysilicium ist das Ausgangsmaterial bei der Produktion von einkristallinem Silicium, das z . B . mittels des Czochralski-Verf ährens hergestellt werden kann . Ferner wird Polysilicium zur Herstellung von multikristallinem Silicium, beispielsweise nach dem Blockgussverfahren, benötigt . Für beide Verfahren muss das nach dem Siemens- Verfahren stabförmig vorliegende Polysilicium in Bruchstücke zerkleinert werden .
Da Kontaminationen zu Versetzungs fehlern ( eindimensionale Störungen) und Stapel fehlern ( zweidimensionale Störungen) im Kristallaufbau führen können, sollte das zerkleinerte Silicium für den Transport kontaminationsarm verpackt werden . Üblicherweise erfolgt die Verpackung in flachen Folienbeuteln oder Doppel folienbeuteln aus Kunststof f , die nach dem Befüllen versiegelt werden . Für einen ef fi zienten Weitertransport werden die Beutel in verschiedensten Stückzahlen in Umverpackungen, meist Kartonagen, arrangiert . Diese können dann auf üblichen Paletten gestapelt und in Container verbracht werden .
Bei zerkleinertem Polysilicium ( Polysiliciumbruch) handelt es sich in der Regel um ein scharfkantiges , nicht riesel fähiges Schüttgut , wobei in Abhängigkeit der Bruchgröße einzelne Bruchstücke ein Gewicht von bis zu 750 g aufweisen können . Bei der Verpackung ist daher insbesondere darauf zu achten, dass es beim Befüllen der Kunststof fbeutel nicht zu Durchstoßungen kommt . Doppel folienbeutel können das Risiko von Durchstoßungen verringern .
Neben den durch den Einfüllprozess verursachten Durchstoßungen kann das Versiegeln der Kunststof fbeutel eine weitere Quelle für Kontaminationen sein . Üblicherweise wird der Kunststof fbeutel vor dem Versiegeln zumindest teilweise evakuiert , um ein kompakteres Beutelmaß zu gewährleisten . Hierzu wird für gewöhnlich eine Sauglanze in den Beutel eingeführt , die Luft abgesaugt und direkt nach dem Heraus ziehen der Sauglanze der Beutel verschweißt . Da generell j edes Material , das von außen in den Beutel eingebracht wird, Verunreinigungen enthalten kann, stellt das Verschweißen unter Verwendung einer Sauglanze eine potenzielle Kontaminationsquelle dar .
Die Verpackung von Silicium erfolgt für gewöhnlich zumindest teilautomatisiert . Üblicherweise werden Teilschritte des Verpackungsprozesses noch händisch ausgeführt , da eine Vollautomatisierung unter Berücksichtigung der hohen Reinheitsanforderungen wirtschaftlich nicht sinnvoll erscheint .
WO 2016/ 188893 Al beschreibt ein Verfahren zur Verpackung von Polysilicium, wobei das zu verpackende , zerkleinerte Polysilicium in einer Prozessschale bereitgestellt wird, in welcher zuvor auch ein Reinigungsschritt durchgeführt wurde . Um das Polysilicium in einen flachen Kunststof fbeutel zu überführen, werden die Prozessschale und der Kunststof fbeutel an einer Befülleinheit befestigt , wobei durch Rotation der Befülleinheit das Polysilicium in den Kunststof fbeutel rutscht . EP 3 199 472 Al beschreibt das Befüllen eines Standfolienbeutels aus Polyethylen ( PE ) mit Polysilicium, wobei der Beutel in einem Rahmen bereitgestellt wird . Der Rahmen soll ein Ausbeulen des Beutels während des Befüllens verhindern . Gegebenenfalls wird der Beutel nach dem Befüllen in einen Außenbeutel aus PE überführt , wobei die chemischen Eigenschaften des PE beider Beutel derart aufeinander abgestimmt werden, dass sie gegeneinander möglichst gleitfähig sind . Nachteilig hierbei ist , dass der Standbeutel beim Überführen in den Außenbeutel ausbaucht und daher die Abmessungen des Außenbeutels viel größer sind als die des Standbeutels .
EP 2 030 905 A2 beschreibt einen ersten Standbeutel aus Kunststof f zum Befüllen mit Polysilicium . Dieser erste Standbeutel wird aus einem Folienschlauch derart aufgefaltet , dass eine rechteckige Standfläche mit einem Fal z entsteht . Nach dem Befüllen wird der erste Standbeutel in einen größeren zweiten Standbeutel der gleichen Art eingesetzt , wobei der Fal z des ersten Standbeutels um 90 ° verdreht gegenüber dem Fal z des zweiten Standbeutels zum Liegen kommt . Auch hier kommt es in der Regel zu einer unvorteilhaften Ausbauchung des ersten Standbeutels .
Aus dieser Problematik ergab sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, nämlich die Bereitstellung eines vollautomatischen Verpackungsverfahrens für Siliciumbruch, das den Anforderungen an die Reinheit des Siliciumbruchs gerecht wird und außerdem wirtschaftliche Vorteile bietet .
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum automatischen Verpacken von zerkleinertem Silicium ( Siliciumbruch) , umfassend die Schritte a ) Bereitstellen eines Innenbeutels in einem ersten Formbehälter, b ) Aufsprei zen einer Öf fnung des Innenbeutels und Positionieren der Öf fnung über einer Krempe eines ersten Fülltrichters einer Befülleinheit , c ) Befüllen des Innenbeutels mit zerkleinertem Silicium, wobei das zerkleinerte Silicium durch den Fülltrichter in den Innenbeutel gelangt , d) Verschweißen des Innenbeutels in einer Verschweißeinheit , wobei die Öf fnung des Innenbeutels durch Einfalten von zwei sich gegenüberliegenden Innenbeutelseiten derart zusammengefaltet wird, dass sich zwei durch das Zusammenfalten geformte Innenbeutelkanten parallel gegenüberstehen und einen Fal z mit einem Kanal bilden, und ein von außen auf den Fal z aufgesetzter Vakuumverschweißer durch den Kanal Luft aus dem Innenbeutel absaugt und den Innenbeutel verschweißt , e ) Überführen des Innenbeutels in einen Außenbeutel , wobei der Außenbeutel in einem zweiten Formbehälter bereitgestellt , eine Öf fnung des Außenbeutels aufgesprei zt und der Innenbeutel in den Außenbeutel überführt wird und f ) Verschweißen des Außenbeutels .
Bei dem Innenbeutel und/oder dem Außenbeutel handelt es sich vorzugsweise um Standbeutel . Standbeutel zeichnen sich generell dadurch aus , dass sie vor und/oder nach dem Befüllen standfest sind . Vorzugsweise weisen Innenbeutel und/oder Außenbeutel eine rechteckige , insbesondere quadratische , Standfläche auf .
Vorzugsweise sind die beiden Seitenlängen der rechteckigen Stand- oder Grundfläche des Außenbeutels j eweils um 3 bis 35% , vorzugsweise um 4 bis 30% , besonders bevorzugt um 5 bis 20% , länger als die beiden Seitenlangen der rechteckigen Standoder Grundfläche des Innenbeutels.
Beispielsweise kann ein Stand-Innenbeutel, der für eine Siliciumeinwaage von 5 kg vorgesehen ist, im befüllten Zustand eine Länge 1 in einem Bereich von 10 bis 20 cm, eine Breite b in einem Bereich von 10 bis 20 cm und eine Höhe h in einem Bereich von 10 bis 50 cm aufweisen. Dabei entsprechen 1 und b den Seitenlängen der Standfläche des Beutels.
Ein typischer 5 kg Stand-Innenbeutel kann eine quadratische Standfläche mit einer Seitenlänge 1, b von 15 cm aufweisen. Ein dazugehöriger typischer Stand-Außenbeutel kann eine quadratische Standfläche mit einer Seitenlänge 1, b von 17 cm aufweisen. Damit ist die Standfläche des Außenbeutels um 27% größer .
Vorzugsweise bestehen der Innenbeutel und/oder der Außenbeutel aus einer Kunststofffolie. Bei dem Kunststoff kann es sich um PE (z.B. LDPE (low density) , LLDPE (linear low density) , HDPE (high density) ) , Polyethylenterephthalat (PET) , Polyamid (PA) oder Polypropylen (PP) handeln. Besonders bevorzugt bestehen Innenbeutel und Außenbeutel aus LDPE. Ferner kann es sich um eine zwei- oder mehrschichtige Verbundfolie handeln. Die Stärke der Kunststofffolie oder Verbundfolie liegt meist in einem Bereich von 10 bis 600 pm, bevorzugt von 50 bis 450 pm, besonders bevorzugt von 100 bis 330 pm. Innenbeutel und Außenbeutel können sich hinsichtlich der Stärke der Folie unterscheiden. Gegebenenfalls kann es bevorzugt sein, dass der Außenbeutel aus einem strapazierfähigeren Material ist als der Innenbeutel .
Bevorzugt werden der Innenbeutel und/oder der Außenbeutel vor ihrer Bereitstellung im ersten bzw. zweiten Formbehälter unmittelbar aus einer hochreinen Schlauchfolie , Halbschlauchfolie oder einem Seitenfaltenschlauch automatisch vorgeformt . Dazu wird ein Folienstück entsprechender Länge abgetrennt und an einer Stirnseite verschweißt , wobei sich der Boden des Beutels bildet . Anschließend kann der Beutel mit Vakuumgrei fern geöf fnet , durch ein eintauchendes Formrohr ausgeformt und dann in den Formbehälter überführt werden .
Der erste und/oder der zweite Formbehälter haben vorzugsweise dieselbe Grundfläche wie der Innen- bzw . der Außenbeutel . Gegebenenfalls ist die Grundfläche der Formbehälter bis zu 10% größer als die Grundfläche des entsprechenden Beutels , um das Bereitstellen der Beutel zu erleichtern . Die Höhe des ersten Formbehälters entspricht bevorzugt mindestens der Füllhöhe des Innenbeutels . Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass dieser beim Befüllen nicht verformt wird . Für den zweiten Formbehälter gilt vorzugsweise dasselbe . Die Formbehälter bestehen vorzugsweise aus einem antistatischen Material , insbesondere aus einem Kunststof f , z . B . Polypropylen . Eine Fertigung aus einem Metall wie Aluminium ist ebenfalls möglich . Gegebenenfalls können sie eine Beschichtung aus Silicium aufweisen, um Kontaminationen zu vermeiden .
Vorzugsweise befindet sich der erste Formbehälter auf einer Fördervorrichtung oder ist mit einer solchen verbunden . Bei der Fördervorrichtung kann es sich z . B . um ein Förderband, ein Schienensystem oder einen Roboterarm handeln . Durch die Fördervorrichtung kann der Formbehälter zwischen den Verpackungsstationen ( z . B . Befülleinheit , Verschweißeinheit ) verfahren werden .
Bevorzugt wird die Öf fnung des Innenbeutels per Fördervorrichtung über der Krempe des ersten Fülltrichters der Befülleinheit positioniert . Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die Befülleinheit an die Öffnung des Innenbeutels herangefahren wird.
Die Krempe taucht vorzugsweise berührungslos in die Öffnung des Innenbeutels ein. Eine typische Eintauchtiefe kann 1 bis 5 cm betragen. Der Abstand zwischen der Krempe und dem Innenbeutel beträgt bevorzugt 0,5 bis 10 mm, besonders bevorzugt 1 bis 5 mm.
Das Aufspreizen der Öffnung, um das Eintauchen der Krempe in die Öffnung zu ermöglichen, erfolgt vorzugsweise durch Spreizfinger, die in den Innenbeutel eintauchen. Die Spreizfinger können ein Teil der Befülleinheit sein. Es kann sich jedoch auch um eine separate Vorrichtung zum Auf spreizen handeln, die mit dem Transportbehälter verfahren werden kann. Insbesondere handelt es sich um vier Spreizfinger, die eine rechteckige Öffnung aufspannen.
Das Aufspreizen ist erforderlich, da die Öffnung nach der Bereitstellung des Innenbeutels üblicherweise nicht voll aufgeweitet ist.
Unter Umständen kann es sogar bevorzugt sein, dass der Innenbeutel vor dem Aufspreizen ausgeformt wird. Dies geschieht vorzugsweise während der Bereitstellung, z.B. indem eine Art Dorn oder ein Beutelformrohr in den Beutel eingebracht werden.
Besonders bevorzugt umfasst das Ausformen allerdings ein Auseinanderziehen des Innenbeutels mittels Sauggreifern. Bei den Sauggreifern kann es sich um Saugleisten oder Saugnäpfe handeln, die von außen aufgesetzt werden. Der Vorteil bei dieser Variante liegt in einem verminderten Kontaminationsrisiko. Das Befüllen des Innenbeutels kann nach dem Verfahren gemäß WO 2016/ 188893 Al erfolgen . Dabei rutscht das in einer Prozessschale bereitgestellte und zerkleinerte Silicium durch eine Rotation der Befülleinheit in den Innenbeutel .
Der Innenbeutel wird bevorzugt mit Siliciumbruch einer Bruchgrößenklasse befüllt . Insbesondere handelt es sich um Polysiliciumbruch, also zerkleinertes Polysilicium . Der Innenbeutel kann grundsätzlich auch mit Siliciumbruchstücken aus mehr als einer der Bruchgrößenklasse befüllt werden .
Insbesondere wird Siliciumbruch der Bruchgrößenklassen 0 bis 4 abgefüllt .
Die Bruchgrößenklassen 0 bis 4 (BG0 bis BG4 ) sind anhand der Korngröße der Bruchstücke definiert , wobei die Korngröße als die längste Entfernung zwischen zwei Punkten auf der Oberfläche eines Siliciumbruchstücks definiert ist . Die Bruchgrößenklassen fassen Fraktionen mit Korngrößenbereichen wie folgt zusammen .
BG0 : 0 , 1 bis 9 mm
BG1 : 1 bis 18 mm
BG2 : 5 bis 50 mm
BG3 : 20 bis 65 mm
BG4 : 35 bis 150 mm
Die Klassierung der Siliciumbruchstücke kann mittels Maschensieben erfolgen, wobei die Kantenlänge der quadratischen Maschen der Obergrenze einer BG entspricht . Vorzugsweise umfasst eine BG mindestens 90 Gew . -% an Bruchstücken innerhalb des genannten Größenbereichs . Vorzugsweise wird der Formbehälter mit dem befüllten Innenbeutel zum Verschweißen zu einer Verschweißeinheit gefahren .
Um ein möglichst kompaktes Packmaß zu erhalten, ist es gängige Praxis beim Verpacken von Silicium, die Luft aus den Folienbeuteln vor dem Verschweißen zumindest teilweise abzusaugen . Ein vollständiges Vakuumieren ist eher unüblich, da dies das Risiko von Durchstoßungen erhöht . Das Absaugen der Luft erfolgt für gewöhnlich mit einer in den Beutel einzuführenden Sauglanze , die dann kurz vor dem Verschweißen entfernt wird . Wie einleitend bereits erwähnt , sollte es bei der Verpackung von Silicium möglichst vermieden werden, Fremdmaterialien, wenn auch nur kurz zeitig, in den Beutel einzubringen .
Nun hat sich gezeigt , dass der durch das spezielle Einfalten der zwei sich gegenüberliegenden Innenbeutelseiten gebildete Kanal als Luftkanal zum Absaugen fungieren kann und damit eine Sauglanze entbehrlich macht . Ein für das Verschweißen zusammengefalteter Innenbeutel mit Fal z und Kanal ist in der Figur 4 dargestellt .
Um das Einfalten zu erleichtern, können vier Formfinger in die Öf fnung eintauchen, wobei gegebenenfalls vorher die Öf fnung mittels Sauggrei fern aufgezogen oder aufgespannt wird .
Die sich parallel gegenüberstehenden Innenbeutelkanten werden vorzugsweise durch zwei Formleisten gebildet . Diese Formleisten können sich von außerhalb des Beutels gleichförmig aufeinander zubewegen . Dabei können sie die zwei sich gegenüberliegenden Innenbeutelseiten einfalten und die sich gegenüberstehenden Innenbeutelkanten und damit den Kanal ausbilden . An den so entstandenen Fal z kann anschließend der Vakuumverschweißer herangefahren werden .
Der Vakuumverschweißer umfasst vorzugsweise zwei Formbacken, die j eweils einen behei zten Schweißdraht enthalten, der mit einem nichtmetallischen Werkstof f wie Polytetrafluorethylen ummantelt sein kann . Die beiden Formbacken werden j eweils auf eine Seite des Fal zes aufgesetzt . Vorzugsweise bilden Dichtlippen, welche die Formbacken mit dem Schweißdraht umschließen, nach dem Aufsetzen eine Vakuumkammer aus , so dass die Luft durch den Kanal abgesaugt werden kann . Alternativ kann der Fal z mit den Formbacken zur Absaugung auch in eine Vakuumkammer verbracht werden .
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form wird vor dem Verschweißen ein Stück des Fal zes abgetrennt . Dies kann mit einer automatischen Schneidevorrichtung, die Bestandteil der Verschweißeinheit sein kann, erfolgen . Auf diese Weise kann das Anlegen eines Vakuums vereinfacht werden . Des Weiteren können das Packmaß und das Gewicht reduziert werden . Das Abtrennen kann grundsätzlich auch nach dem Verschweißen erfolgen .
Der Kanal hat bevorzugt eine Breite von 1 bis 15 mm, besonders bevorzugt von 1 , 5 bis 10 mm, insbesondere von 2 bis 5 mm . Vorzugsweise beträgt die Breite des Kanals 0 , 5 bis 5% , insbesondere 1 bis 3% , der längeren, die Grundfläche des Innenbeutels bildenden Seitenlänge .
Nachdem der Innenbeutel verschweißt wurde , wird dieser in den Außenbeutel verbracht . Vorzugsweise wurde der Außenbeutel schon während des Verschweißens des Innenbeutels in dem zweiten Formbehälter bereitgestellt . Auch der zweite Formbehälter befindet sich bevorzugt auf einer Fördervorrichtung, wobei auf die Beschreibung zum ersten Formbehälters verwiesen werden kann .
Auch in Bezug auf das Aufsprei zen und das gegebenenfalls erforderliche Aus formen des Außenbeutels kann auf die obige Beschreibung verwiesen werden .
Der zweite Formbehälter wird bevorzugt unterhalb der Verschweißeinheit positioniert . Der Innenbeutel kann dann mit einem Grei farm aus dem ersten Formbehälter entnommen und in den Außenbeutel überführt werden . Alternativ kann der Innenbeutel auch mit einem Grei farm gehalten werden, während der erste Formbehälter nach unten und dann seitwärts verfahren wird . Das Überführen kann durch ein Absenken des Innenbeutels in den Außenbeutel oder durch ein Anheben des Außenbeutels realisiert werden .
Um das Überführen des Innenbeutels in den Außenbeutel zu erleichtern, kann die auf gesprei zte Öf fnung des Außenbeutels über eine Krempe eines zweiten Fülltrichters gefahren werden . Für den Abstand zwischen Krempe und deren Eintauchtiefe kann auf obige Aus führungen verwiesen werden . Der zweite Fülltrichter fungiert hier generell eher als eine Art Rahmen, durch welchen der Innenbeutel in den Außenbeutel abgesenkt werden kann . Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein ausgebauchter Innenbeutel an der auf gesprei zten Öf fnung des Außenbeutels hängen bleibt .
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form wird zum Überführen des Innenbeutels in den Außenbeutel der Innenbeutel zur Bewahrung seiner Form (um ein Ausbauchen zu verhindern) von einer Transporthülse umgeben . Die Transporthülse hat vorzugsweise dasselbe Lichtmaß wie der erste Formbehälter . Zur Veranschaulichung kann die Transporthülse als ein erster Formbehälter ohne Boden beschrieben werden .
Vorzugsweise wird die Transporthülse nach dem Verschweißen des Innenbeutels oberhalb von diesem positioniert , sodass das Lichtmaß des ersten Formbehälters und das der Transporthülse im Wesentlichen deckungsgleich sind . Mittels eines Grei farms kann dann der Innenbeutel in die Transporthülse verbracht ( angehoben) werden . Beide zusammen können im Anschluss über die auf gesprei zte Öf fnung des Außenbeutels oder gegebenenfalls über den zweiten Fülltrichter verfahren werden, und der Innenbeutel wird abgesenkt . Besonders bevorzugt befinden sich hierzu die Transporthülse mit dem Innenbeutel , gegebenenfalls der zweite Fülltrichter und der zweite Formbehälter mit dem Außenbeutel in einer senkrechten Linie übereinander .
Durch den Einsatz der Transporthülse ist es möglich, die Abmessungen von Innen- und Außenbeutel exakt aufeinander abzustimmen . Bisher wurde die Größe des Außenbeutels so gewählt , dass auch ein verformter ( ausgebauchter ) Innenbeutel widerstandlos hineingleiten kann . Diese Toleranz ist nun nicht mehr erforderlich, was zu einer erheblichen Materialersparnis führt .
Vorzugsweise wird nach dem Überführen des Innenbeutels in den Außenbeutel der nach oben stehende Fal z des Innenbeutels umgelegt . Besonders bevorzugt wird der Fal z zwischen den Innenbeutel und den Außenbeutel geklemmt . Dies kann z . B . mittels einer automatisch verschiebbaren Lanze ausgeführt werden .
Das Verschweißen des Außenbeutels erfolgt bevorzugt auf dieselbe Weise wie das Verschweißen des Innenbeutels . Dafür kann eine weitere Verschweißeinheit vorgesehen sein, um den Durchsatz zu erhöhen .
Gegebenenfalls schließt sich als ein weiterer Schritt g) ein Überführen des verschweißten Außenbeutels in ein Transportgebinde an . Vorzugsweise handelt es sich bei dem Transportgebinde um einen Karton, in welchem bevorzugt sechs der verschweißten Außenbeutel nebeneinander Platz finden . Die Einwaage an zerkleinertem Silicium beträgt dabei insbesondere 5 kg ( 5 kg Beutel ) .
Das gesamte vollautomatisierte Verpackungsverfahren wird vorzugsweise mit Kameras überwacht , sodass auf händische Kontrollen verzichtet werden kann .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betri f ft eine Anlage zum automatischen Verpacken von zerkleinertem Silicium, insbesondere zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens . Die Anlage umfasst die folgenden Komponenten : mindestens einen ersten Formbehälter für einen Innenbeutel , mindestens einen zweiten Formbehälter für einen Außenbeutel , mindestens eine Fördervorrichtung zum Verfahren der beiden Formbehälter, mindestens eine Vorrichtung zum Aufsprei zen einer Öf fnung des Innenbeutels und einer Öf fnung des Außenbeutels , mindestens eine Befülleinheit zum Befüllen des Innenbeutels mit zerkleinertem Silicium, mindestens eine Verschweißeinheit zum Verschweißen des Innenbeutels und gegebenenfalls des Außenbeutels , umfassend Mittel zum Einfalten der Öf fnung derart , dass sich ein Fal z mit einem Kanal bildet ; und einen Vakuumverschweißer , der von außen auf den Innenbeutel oder gegebenenfalls auf den Außenbeutel aufgesetzt wird, mindestens einen Grei farm zum Bewegen des Innenbeutels , gegebenenfalls mindestens eine weitere Verschweißeinheit zum Verschweißen des Außenbeutels.
Vorzugsweise umfasst die Anlage ferner eine Transporthülse, mit welcher der Innenbeutel zur Bewahrung seiner Form umgeben werden kann.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form kann es vorgesehen sein, dass die Anlage, insbesondere die Verschweißeinheit, eine Schneidvorrichtung zum zumindest teilweisen Abtrennen des Falzes umfasst. Bei dem Falz kann es sich um den Falz des Innen- und des Außenbeutels handeln.
Bei dem Mittel zum Einfalten der Öffnung kann es sich insbesondere um die beschriebenen Formleisten zum Einfalten handeln .
Hinsichtlich der Beschreibung der Einzelkomponenten und gegebenenfalls vorhandener weiterer Komponenten kann auf die obige Beschreibung des Verfahrens verwiesen werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Innenbeutel in einem Formbehälter.
Fig. 2A,B zeigen einen Innenbeutel mit auf gespreizter Öffnung.
Fig. 3 zeigt den Innenbeutel mit Fülltrichter.
Fig. 4A,B,C zeigen das Einfalten des Innenbeutels.
Fig. 5A,B zeigen das Verschweißen des Innenbeutels.
Fig. 6 zeigt einen verschweißten Innenbeutel.
Fig. 7A,B zeigen den Einsatz einer Transporthülse.
Fig. 8 zeigt einen verschweißten Außenbeutel.
Bezugszeichenliste 10 Standinnenbeutel
12 Öf fnung
13 Fal z des Innenbeutels
14A Beutelseite
14B Beutelseite
15A Innenbeutelkante
15B Innenbeutelkante
16 Kanal
17 Oberes Ende des Fal zes
20 Erster Formbehälter
22 Grundfläche des ersten Formbehälters
23 Grundfläche des zweiten Formbehälters
24 Zweiter Formbehälter
30 Sprei z finger
32 Fülltrichter
33 Krempe
40 Formleisten
42 Formfinger
50 Verschweißeinheit
51 Formbacke
52 Obere Dichtlippe
53 Untere Dichtlippe
54 Vakuumkammer
56 Schneidvorrichtung
58 Hei zdraht
59 Schweißnaht
60 Transportbox
61 Pfeil zum Andeuten einer Bewegung
70 Standaußenbeutel
72 Öf fnung
73 Fal z des Außenbeutels
80 Siliciumbruchstück Die Figur 1 zeigt einen Standinnenbeutel 10 aus LDPE, der eine Öffnung 12 aufweist und in einem ersten Formbehälter 20 aus Polypropylen angeordnet ist (Verfahrensschritt a) ) . Der Standinnenbeutel 10 hat eine quadratische Standfläche, die der ebenfalls quadratischen inneren Grundfläche 22 des ersten Formbehälters 20 entspricht. Der Standinnenbeutel 10 wurde aus einer Seitenfaltenschlauchfolie unmittelbar vor dem Verfahrensbeginn hergestellt. Aufgrund der Faltung des Ausgangsmaterials weisen die sich gegenüberliegenden Beutelseiten 14A, 14B jeweils einen leichten Knick auf.
Die Figur 2A zeigt den Standinnenbeutel 10, wobei in dessen Öffnung 12 vier Spreizfinger 30 eintauchen, um diese aufzuspannen. Die Spreizfinger 30 gehören zur Befülleinheit , die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Die auf gespreizte Öffnung 12 nach dem Auseinander! ahren der Spreizfinger 30 ist in der Figur 2B dargestellt (Verfahrensschritt b) ) .
Die Figur 3 zeigt den Standinnenbeutel 10 mit seiner durch die Spreizfinger 30 auf gespreizten Öffnung 12, in welche eine Krempe 33 eines Fülltrichters 32 eintaucht, ohne dabei den Standinnenbeutel 10 zu berühren (Verfahrensschritt b) ) . Der Fülltrichter 32 ist wie die Spreizfinger 30 Bestandteil der nicht dargestellten Befülleinheit.
Die Figur 4A zeigt den Standinnenbeutel 10 nach dem Befüllen mit zerkleinertem Silicium. Für das Zusammenfalten und Verschließen der Öffnung 12 tauchen vier Formfinger 42 in den Beutel 10 ein. Diese Formfinger 42 können dann erforderlich sein, wenn sich die Öffnung 12 nach dem Befüllen zu weit geschlossen hat. An die sich gegenüberliegenden Beutelseiten 14A, 14B sind zwei Formleisten 40 herangefahren. Die Formleisten 40 und die Formfinger 42 gehören zur nicht dargestellten Verschweißeinheit .
In der Figur 4B haben sich die Formleisten 40 aufeinander zubewegt und die Beutelseiten 14A, 14B eingefaltet . Dadurch haben sich parallel gegenüberstehende Beutelinnenkanten 15A, 15B (vgl . Fig . 4C ) und ein Fal z 13 ausgebildet . Die Beutelinnenkanten 15A, 15B bilden einen durch den Fal z verlaufenden Kanal 16 , wobei die Breite des Kanals 13 in etwa dem Abstand der beiden Formleisten 40 zueinander entspricht . Die Formfinger 42 können durch ihre Beabstandung die Ausbildung des Fal z 13 erleichtern .
Die Fig . 4C zeigt den Standinnenbeutel 10 , nachdem die Formleisten 40 und die Formfinger 42 entfernt wurden . Der durch die sich nicht berührenden Innenbeutelkanten 15A, 15B ausgeformte Kanal 16 ist zur Verdeutlichung durch gestrichelte Linien angedeutet .
Die Figur 5A zeigt den Standinnenbeutel 10 gemäß Fig . 4C in einer Seitenansicht mit einer Verschweißeinheit 50 . Diese umfasst zwei Formbacken 51 , die rechts und links an den Fal z 13 herangefahren werden . Jede Formbacke 51 umfasst eine obere Dichtlippe 52 und eine untere Dichtlippe 53 , welche eine Vakuumkammer 54 ausbilden können, wenn die Verschweißeinheit 50 auf den Fal z 13 aufgesetzt wird . Die Verschweißeinheit 50 enthält eine Schneidvorrichtung 56 zur Abtrennung eines Teilstücks des Fal zes 13 . Die Abtrennung ist erforderlich, damit sich die Vakuumkammer 54 nach dem Aufsetzen der Formbacken 51 auf den Fal z 13 ausbilden und die Luft aus dem Standinnenbeutel 10 durch den Kanal 16 (vgl . Fig . 4C ) absaugen kann . Auf ein Abtrennen eines Teilstücks des Fal zes 13 kann verzichtet werden, wenn die Verschweißeinheit 50 am oberen Ende 17 ansetzt (nicht gezeigt ) . Die Figur 5B zeigt den Beutel 10 kurz nach dem Verschweißen . Durch die Schneidvorrichtung 56 wurde ein Teilstück des Fal zes 13 abgetrennt . Durch den Hei zdraht 58 wurde der Fal z 13 mit einer Schweißnaht 59 versehen .
Ein verschweißter Standinnenbeutel 10 ist in der Figur 6 gezeigt . Der erste Formbehälter 20 ist hier nicht dargestellt . Typischerweise handelt es sich um einen 5 kg-Beutel mit quadratischer Standfläche . Ein typischer Wert für 1 , b ist 150 mm .
Die Figur 7A zeigt den verschweißten Standinnenbeutel 10 im ersten Formbehälter 20 , wobei eine Transporthülse 60 herangefahren wurde . Die Transporthülse 60 hat dasselbe Lichtmaß wie der erste Formbehälter 20 und kann auf diesen aufgesetzt werden . Der Standinnenbeutel 10 kann, beispielsweise mittels eines Grei farms , der durch die Transporthülse 60 hindurch den Fal z 13 grei ft (nicht dargestellt ) , durch Anheben in die Transporthülse 60 verbracht werden . Das Anheben des Standinnenbeutels 10 und das Absenken der Transporthülse 60 sind durch die Bewegungspfeile 61 angedeutet .
In der Figur 7B ist die Transporthülse 60 mit dem verschweißten Standinnenbeutel 10 und ein zweiter Formbehälter 24 mit einem darin angeordneten Standaußenbeutel 70 gezeigt . Die Öf fnung 72 des Standaußenbeutels 70 ist mit Sprei z fingern 30 auf gesprei zt . Der Standaußenbeutel 70 hat eine quadratische Standfläche , die der quadratischen inneren Grundfläche 23 des zweiten Formbehälters 24 entspricht . Die Grundfläche 23 ist etwa um 13% größer als die Grundfläche 22 . Die Transporthülse 60 , die auf gesprei zte Öf fnung 72 des Standaußenbeutels 70 und der zweite Formbehälter 24 sind in einer senkrechten Linie übereinander angeordnet . So kann der Standinnenbeutel 10 , z . B . mittels eines Grei farms (nicht dargestellt ) , in den Standaußenbeutel 70 abgesenkt werden, ohne dass es zu einem Ausbauchen des Standinnenbeutels 10 kommt .
Die Figur 8 zeigt den Querschnitt des Standaußenbeutels 70 mit dem sich darin befindlichen und mit Siliciumbruchstücken 80 gefüllten Standinnenbeutel 10 . Sowohl der Fal z 13 des Standinnenbeutels 10 als auch der Fal z 73 des Standaußenbeutels 70 sind eingeklappt . Eine typische Höhe des 5 kg-Beutels beträgt
220 bis 240 mm . Dadurch kann in einer Umverpackung ein optimales Packmaß erreicht werden .
Aufgrund der Verwendung von j eweils einem Formbehälter für Innen- und Außenbeutel kann ein sehr geringes Packmaß realisiert werden, da Ausbauchungen während und nach dem Befüllen auf ein Minimum reduziert sind .

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum automatischen Verpacken von zerkleinertem Silicium, umfassend die Schritte a ) Bereitstellen eines Innenbeutels in einem ersten Formbehälter, b ) Aufsprei zen einer Öf fnung des Innenbeutels und Positionieren der Öf fnung über einer Krempe eines ersten Fülltrichters einer Befülleinheit , c ) Befüllen des Innenbeutels mit zerkleinertem Silicium, wobei das zerkleinerte Silicium durch den Fülltrichter in den Innenbeutel gelangt , d) Verschweißen des Innenbeutels in einer Verschweißeinheit , wobei die Öf fnung des Innenbeutels durch Einfalten von zwei sich gegenüberliegenden Innenbeutelseiten derart zusammengefaltet wird, dass sich zwei durch das Zusammenfalten geformte Innenbeutelkanten parallel gegenüberstehen und einen Fal z mit einem Kanal bilden, und ein von außen auf den Fal z aufgesetzter Vakuumverschweißer durch den Kanal Luft aus dem Innenbeutel absaugt und den Innenbeutel verschweißt , e ) Überführen des Innenbeutels in einen Außenbeutel , wobei der Außenbeutel in einem zweiten Formbehälter bereitgestellt , eine Öf fnung des Außenbeutels aufgesprei zt und der Innenbeutel in den Außenbeutel überführt wird, f ) Verschweißen des Außenbeutels .
2 . Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die beiden Seitenlängen einer rechteckigen Grundfläche des Außenbeutels j eweils um 3 bis 35% , vorzugsweise um 4 bis 30% , besonders bevorzugt um 5 bis 20% , länger sind als die beiden Seitenlangen einer rechteckigen Grundfläche des Innenbeutels . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufspreizen der Öffnung in den Schritten b) und/oder e) durch in den Beutel eintauchende Spreizfinger erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbeutel und/oder der Außenbeutel vor dem Aufspreizen der Öffnung ausgeformt wird/ werden . Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausformen ein Auseinanderziehen des Innen- und/oder des Außenbeutels mittels Sauggreifern umfasst. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einfalten und vor dem Verschweißen in Schritt d) ein Stück des Falzes abgetrennt wird . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal eine Breite aufweist von 1 bis 20 mm, bevorzugt von 1,5 bis 10 mm, besonders bevorzugt von 2 bis 5 mm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überführen des Innenbeutels in den Außenbeutel in Schritt e) der Innenbeutel zur Bewahrung seiner Form von einer Transporthülse umgeben wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überführen des Innenbeutels in den Außenbeutel in Schritt e ) die auf gesprei zte Öf fnung des Außenbeutels über eine Krempe eines zweiten Fülltrichters gefahren wird .
10 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass nach dem Überführen des Innenbeutels in Schritt e ) der Fal z des Innenbeutels umgelegt wird .
11 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass das Verschweißen des Außenbeutels analog dem Schritt d) erfolgt .
12 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , umfassend als Schritt g) ein Überführen des Außenbeutels in ein Transportgebinde .
13 . Anlage zum automatischen Verpacken von Silicium, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 , umfassend
- mindestens einen Formbehälter für einen Innenbeutel ,
- mindestens einen Formbehälter für einen Außenbeutel ,
- mindestens eine Fördereinheit zum Verfahren der Formbehälter,
- mindestens eine Vorrichtung zum Aufsprei zen einer Öf fnung des Innenbeutels und/oder einer Öf fnung des Außenbeutels ,
- mindestens eine Befülleinheit zum Befüllen des Innenbeutels mit zerkleinertem Silicium,
- mindestens eine Verschweißeinheit zum Verschweißen des Innenbeutels und gegebenenfalls des Außenbeutels , umfassend Mittel zum Einfalten der Öf fnung derart , dass sich ein Fal z mit einem Kanal bildet ; und einen Vakuumverschweißer , der von außen auf den Innen- oder gegebenenfalls den Außenbeutel aufgesetzt wird,
- mindestens einen Grei farm zum Bewegen des Innenbeutels ,
- gegebenenfalls mindestens eine weitere Verschweißeinheit zum Verschweißen des Außenbeutels . Anlage nach Anspruch 13 , umfassend eine Transporthülse , mit welcher der Innenbeutel zur Bewahrung seiner Form umgeben werden kann . Anlage nach Anspruch 13 oder 14 , umfassend eine Schneidvorrichtung zum teilweisen Abtrennen des Fal zes .
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