NO319685B1

NO319685B1 - Fylleanordning for partikkelmaterial

Info

Publication number: NO319685B1
Application number: NO20005214A
Authority: NO
Inventors: David Anchor; Paul Anderson
Original assignee: Tetra Laval Holdings & Finance
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2005-09-05
Also published as: AU3966699A; NO20005214D0; NO20005214L; EP1047599B1; DE69937543D1; WO1999055585A1; EP1047599A1; DE69937543T2; JP2002516226A; US6041576A

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder fyllingsutstyr for emballeringsmaskiner. Spesielt gjelder foreliggende oppfinnelse fylleutstyr for å fylle partikkelmaterialer i en kartong som føres frem til en emballeringsmaskin for å forme, fylle og avtette kartongen.

Det er kjent emballeringsmaskiner hvor det er integrert til en enkelt enhet de forskjellige komponenter som er nødvendig for å forme en beholder, fylle beholderen med et væskeprodukt og avtette beholderen. Slike emballeringsmaskiner mater vanligvis tomme kartonger inn i maskinen, avtetter kartongenes bunn, fyller kartongene med et produkt som avgis fra en produktlagringstank, avtetter toppen av kartongene og laster ut de fylte kartonger for videre transport. En populær kartongtype er en kartong som gir forbedret lagringsbestandighet ("ESL"), da dette er av stor betydning for en detaljhandler. Pasteurisert melk som er behandlet og emballert under vanlige forhold, har f.eks. ved 4°C et lagringsliv på 7 til 14 dager, mens samme melk behandlet og pakket under ESL-betingelser har et lagringsliv på 14 til 30 dager. Under ESL-forhold kan fruktsaft ha et lagringsliv på 40 til 120 dager, flytende egg 60 til 90 dager og eggkartonger 45 til 60 dager. ESL-emballering øker således et produkts verdi, da den forlenger den tidsperiode som vedkommende produkt kan tilbys for salg til forbrukerne. En ESL-kartong er sluttproduktet fra ESL-utstyr som omfatter ESL-behandling og ESL-fylling. For å oppnå ESL-fylling bør fylleutstyret holdes sterilt for å hindre forurensning av produktet eller kartongen under ifylling i en emballeringsmaskin som utfører utforming, fylling og avtetning av kartongen.

I den senere tid har emballering av supper i kartonger blitt populært i matvareindustrien. For å oppnå suppekartonger med forlenget lagringsliv, må avtetningen av kartongen være helt tett. Drypp av suppe ned på kartongens avtetningsområde vil ha en ødeleggende effekt på tetningen, slik at produktet gjøres defekt. En hovedårsak til dryppingen er mangel på korrekt lukking mellom et munnstykke og et fyllingsrør. Den feilaktige avstengning skriver seg fra det forhold at partikkelmaterialer i suppen hindrer fullstendig avstengning.

Et annet problem ved ifylling av flytende produkter med partikkelinnhold, slik som suppe, er å frembringe en jevn fordeling av partiklene over hele væskepartiet. Hvis dette problem ikke overvinnes, vil hver kartong ha en forskjellig andel partikkelmaterial i forhold til væske.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en maskin for fylling og emballering innbefattende minst ett fylleutstyr som angitt i de medfølgende kravene 1 til 11.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det mulig å overvinne problemet med ifylling av partikkelholdige materialer i en kartong ved å opprette nytt ifyllingsutstyr. I henhold til foreliggende oppfinnelse sørges det også for jevn fordeling av partikkelmaterialene over hele væskepartiet.

Et aspekt ved foreliggende oppfinnelse gjelder ifyllingsutstyr for å fylle kartonger med et væskeprodukt som inneholder partikkelmateriale, slik som suppe. Kartongene fremføres langs en forut bestemt bane ved hjelp av et transportørbelte eller lignende. Ifyllingsutstyret omfatter et fyllingsrør, en avtetningskonus, en pumpe, en knivportventil og en produkttank. Avtetningskonusen har en forbindelse gjennom fyllingsrøret til en reguleringsmekanisme. Denne avtetningskonusen har en avskjæringskant som passer sammen med det forsenkede omkretsparti av fyllingsrøret for derved å hindre drypping og avskjæring av eventuelle etterhengende partikler. Pumpemekanismen har et pumpekammer i strømningskommunikasjon med fyllingsrøret og et stempel. Produkttanken inneholder væskeproduktet med partikkelmateriale og befinner seg i strømningskommunikasjon med pumpekammeret. Knivportventilen er innlagt mellom produkttanken og pumpekammeret. Denne knivportventilen regulerer strømmen av væskeprodukt med partikkelmateriale fra produkttanken til pumpekammeret. Produkttanken kan ha utstyr for omgjøring av væskeproduktet med partikkelinnhold.

Et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse er en emballeringsmaskin med påført ifyllingsutstyr som beskrevet ovenfor. Enda et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte for fylling av en beholder med et væskeprodukt med partikkelinnhold.

Etter kort å ha beskrevet foreliggende oppfinnelse, vil de ovenfor angitte og ytterligere formål, særtrekk og fordeler ved oppfinnelsen kunne erkjennes av fagfolk på vedkommende område ut i fra følgende detaljerte beskrivelse av oppfinnelsesgjenstanden sett i sammenheng med de vedføyde tegninger.

Flere særtrekk ved foreliggende oppfinnelse vil bli ytterligere beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå:

Figur 1 viser skjematisk ifyllingsutstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse,

Figur 2 viser et snitt gjennom fyllingsrøret, overføringsrøret og avtetningskonusen med sin leddforbindelse innenfor ifyllingsutstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse, Figur 3 viser knivportventilen i ifyllingsutstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse, Figur 4 viser en frittstående perspektivskisse for produkttanken i ifyllingsutstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse,

Figur 5 viser isolert produkttanken i figur 4 sett forfra,

Figur 6 viser et lengdesnitt gjennom produkttanken langs linjen 6-6 i figur 4,

Figur 7 viser, frittstående og sett ovenfra, en perspektivskisse av en avtetningskonus i ifyllingsutstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse,

Figur 8 viser et lengdesnitt gjennom avtetningskonusen langs linjen 8-8 i figur 7,

Figur 9 viser isolert et lengdesnitt gjennom fyllingsrøret i fylleutstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse,

Figur 10 viser forstørret området innenfor sirkelen A i figur 9, og

Figur 11 viser isolert et snitt gjennom avtetningskonusen og fyllingsrøret i fylleutstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse i åpen stilling og i en overlagret lukket stilling, Figur 12 er en perspektivskisse av en emballeringsmaskin med fylleutstyr i henhold til foreliggende oppfinnelse, I Figur 13 er det isolert vist en kartong i sammenheng med avtetningskonusen og fyllingsrøret under fylling av kartongen med vedkommende produkt fra fylleutstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse, Figur 13A viser isolert en kartong i sammenheng med avtetningskonusen og fyllingsrøret i henhold til foreliggende oppfinnelse umiddelbart etter at ifyllingsprosessen er blitt fullført for denne kartong, og Figur 14 viser sett ovenfra, en perspektivskisse av en avtettet kartong fylt med vedkommende produkt fra fylleutstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse.

I figur 1 er det vist et fylleutstyr som generelt er angitt ved henvisningstallet 20. Fylleutstyret omfatter et fyllingsrør 22, en avtetningskonus 24 med en leddforbindelse 26 til en reguleringsmekanisme 28, en pumpemekanisme 29 med et pumpekammer 30, et overføringsrør 32, et stempel 34, en knivportventil 36 og en produkttank 38. En kartong 40 fremføres under fylleutstyret 20 ved hjelp av en transportøirnnretning 42.

Som vist i figur 2, er leddforbindelsen 26 for avtetningskonusen 24 anordnet inne i fyllingsrøret 22 og et avsnitt av overføringsrøret 32. Fyllingsrøret 22 er hovedsakelig sylinderformet og har et hult indre 50 omgitt av en sammenhengende vegg 52. Fyllingsrøret 22 har en utløpsende 54 og en innløpsende 56. Hver av endene 54 og 56 er åpne for å tillate strømning av et produkt gjennom fyllingsrøret 22. Avtetningskonusen 24 er festet til leddforbindelsen 26 nær utløpsenden 54 av fyllingsrøret 22. I en lukket stilling avsetter avtetningskonusen 24 utløpsenden 54 av fyllingsrøret 22 for derved å hindre strømning av produktet gjennom dette rør. I en åpen stilling er avtetningskonusen 24 nedsenket bort fra utløpsenden 54, slik at vedkommende produkt tillates å strømme inn i en beholder som er posisjonsinnstilt nedenfor. Avtetningskonusen drives av en reguleringsmekanisme 28 over leddforbindelsen 26. Denne reguleringsmekanisme kan styres av en programmerbar logisk regulator ("PLC") 60 som koordinerer åpningen og lukkingen av avtetningskonusen 24 med de øvrige arbeidsoperasjoner som utføres av fylleutstyret 20.

Innløpsenden 56 av fyllingsrøret 22 befinner seg i strømningskommunikasjon med overføringsrøret 72 for en pumpemekanisme 29. Dette overføringsrør 32 kan oppdeles i et første parti 62 og et andre parti 64. Det første partiet 62 forløper parallelt med fyllingsrøret 22, mens det andre parti 64 er skråstilt i forhold til det første parti 62. Stempelet 34 ligger inne i det andre parti 64. En del av leddforbindelsen 26 ligger inne i det første parti 62. Pumpemekanismen 29 frembringer det indre trykk i fylleutstyret 20 for å pumpe produktet ut av fyllingsrøret 22 og inn i en beholder 40 nedenfor. Bevegelsen av stemplet 34 oppover og nedover frembringer trykkforskjeller inne i pumpekammeret 30, overføringsrøret 32 og fyllingsrøret 22. Oppoverbevegelsen av stemplet 34 driver produktet fra utløpsenden 54 og inn i beholderen 40. Under oppoverbevegelsen av stemplet 34 befinner naturligvis avtetningskonusen 24 seg i åpen stilling.

Som vist i figur 3, har knivportventilen 36 et ventilhus 70, et kammer 72 for kondensert vann og en pneumatisk sylinder 74. Ventilhuset 70 har et innløp 76 og et utløp 78 til et hulrom 80 som omgis av indre vegger 75. Inne i hulrommet 80 befinner ventillegemet 82 seg. Dette ventillegemet 82 er koblet til den pneumatiske sylinder 74 som er anordnet for bevegelse fremover og bakover av ventillegemet 82. Ventillegemet 82 har O-ringer 84, hvor O-ringene er innkapslet inne i en retning av fluorplastmaterial for derved å danne en sikker avtetning mot innerveggene 75 når ventillegemet 82 befinner seg i lukket stilling, for derved å hindre produktutstrømning fra produkttanken 82 til overføringsrøret 32. I åpen stilling er ventillegemet 82 forskjøvet bakover til et tilbaketrekningshulrom 88, slik at det tillates uhindret strømning av vedkommende produkt ut fra produkttanken 38 til overføringsrøret gjennom hulrommet 80 i ventilhuset 70.

Som vist i figurene 4-6, har produkttanken 38 et hylster 90 som danner et hult kammer 92. Inne i kammeret 92 er utstyr 100 for omrøring av produktet for å frembringe jevn fordeling av partikkel innholdet gjennom hele produktets væskeparti. Omrøringsutstyret 100 kan være en aksel med flere påførte skovler 104. Akselen 102 roteres om en fast akse og setter derved skovlene 104 i rotasjon. Disse skovler rører om produktet slik at oppsamling av partikkelinnholdet i et visst område forhindres. Dette muliggjør en bedre flukt av produktet gjennom utløpene 106 a-b.

Som vist i figurene 7-8, har avtetningskonusen 24 et hulrom 110 for inngrep med leddforbindelsen 26. Avtetningskonusen 24 har en skjæregg 112, som slik som beskrevet nedenfor, bringes i inngrep med fyllingsrøret for å frembringe en fullstendig tetning for å forhindre drypping av produktet fra fyllingsrøret ned på tetningsområdene for en beholder som behandles langs transportøirnnretningen 42. Avtetningskonusen 24 har også et hovedlegeme 114 med et par finner 116a-b.

Som vist i figurene 9 - 10, har fyllingsrøret 22 et forsenket omkretsområde 120 ved sin utløpsende 54. Det forsenkede parti 120 opprettes fra et parti av veggen 52 på fyllingsrøret 22. Figur 11 viser avtetningskonusen i sammenheng med fyllingsrøret 22, samt særlig det forsenkede omkretsområdet 120 som befinner seg i inngrep med skjærekanten 112 på avtetningskonusen 24. Inngrepet mellom skjærekanten og det forsenkede området 120 forhindrer neddrypping av vedkommende produkt fra fyllingsrøret. Det vil også skjære av eventuelle partikler som kan hindre fullstendig avtetning av avtetningskonusen 24 på fyllingsrøret 22. Hvis tetningen mellom avtetningskonusen 24 og fyllingsrøret 22 er utilstrekkelig, så vil produktet kunne strømme inn i en beholder før denne er korrekt posisjonsinnstilt under fyllingsrøret 22. En slik situasjon kan føre til avtetningsproblemer på beholderen, hvilket vil gjøre beholderen defekt. Særlig ved emballering av suppe for forlenget lagringstid under nedkjøling, er det nødvendig med korrekt avtetning av beholderen. Fylleutstyret 22 bør ikke forstyrre avtetningen av en beholder med suppe. Figur 11 viser også avtetningskonusen i inngrep med fyllingsrøret 22 med konusens avtetningsavsnitt 224a og skjærekanten 112a fullstendig trukket inn til en tetningsposisjon.

En emballeringsmaskin 200 er vist i figur 12 med påmontert fylleutstyr 20 i henhold til oppfinnelsen. Emballeringsmaskinen 200 kan ha en PLC 60 for å styre ikke bare fylleutstyret 20, men også de øvrige bevegelser av komponentene på emballeringsmaskinen 200. Et foretrukket reguleringsutstyr er beskrevet i US patent nr. 5.706.627 med tittelen "Control System For a Packaging Machine" som herved tas inn som referanse i sin helhet, og som er overdratt til samme søker som i foreliggende søknad. Avtetningsstasjonen 204 befinner seg nedstrøms for fylleutstyret 20 og neddrypping av vedkommende produkt på en beholder vil således ha en umiddelbar virkning på tetningsprosessen.

Under behandlingen blir kartongens bunn først utformet på et dorhjul og kartongen blir derpå plassert på en transportørmekanisme. Fremføringen av kartonger er trinnstyrt i samsvar med den langsomste arbeidsoperasjonen, som vanligvis er avtetningen av kartongtoppen. Kartongene kan steriliseres i en steriliseringsstasjon og derpå ført frem til fylleutstyret 20, hvor hver kartong løftes for bunnoppfylling. Bunnoppfyllingen innebærer at kartongen senkes etter at den er fylt for å forhindre søling av produktet på avtetningsområdene.

Som vist i figurene 13 og 13 A, ligger avtetningsområdene 300 på kartongen 40 nær kartongtoppen og danner en toppfinne 304 som vist i figur 14. Hvis et produkt, slik som suppe, søles eller dryppes ned på tetningsområdene 300, så kan dette føre til en dårlig avtetning og således gjøre kartongen og produktet defekt.

Foreliggende oppfinnelsesgjenstand hindrer søling og neddrypping av vedkommende produkt på tetningsområdene 300. Så snart fyllingen av kartongen 40 er fullført, så blir tetningskonusen 24 trukket tilbake ved hjelp av reguleringsmekanismen 28 over leddforbindelsen 26, slik at fyllingsrøret avtettes. Når skjærekanten 112 kommer i inngrep med det forsenkede omkretsområdet 120, vil ethvert partikkelstykke som fremdeles befinner seg på fyllingsrøret 22 avskåret eller knust, slik at en fullstendig avtetning av fyllingsrøret 22 muliggjøres. Neddryppingen av vedkommende produkt forhindres ved en fullstendig avtetning og søling forhindres ved bunnhevningsprosessen under fyllingen. Kartongen blir så helt nedsenket på transportøren og videreført til toppavtetningsstasjonen hvor tetningsfinnen 304 frembringes på kartongen 40.

Ut i fra det som er angitt ovenfor, antas det at fagfolk på vedkommende område vil kunne erkjenne det betydningsfulle fremskritt som er oppnådd ved denne oppfinnelsen og umiddelbart vil kunne forstå at skjønt foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet i sammenheng med foretrukne utførelser av denne, samt andre utførelser som er vist på de vedføyde tegninger, at tallrike forandringer, modifikasjoner og utskiftninger av likeartet utstyr kan utføres på disse uten at dette innebærer avvik fra oppfinnelsens ideinnhold og omfangsramme, som på ingen måte er ment å være begrenset av det som er angitt ovenfor, slik det vil fremgå av de følgende patentkrav. I utførelsen av oppfinnelsen som kreves rettsbeskyttet, vil derfor være de som er definert i de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Maskin for fylling og emballering innbefattende minst ett fylleutstyr for fylling av kartonger (40), som føres frem langs en forutbestemt bane (42), med et væskeprodukt med partikkelinnhold, fylleutstyret omfatter: et fyllingsrør (22) som har en innløpsende (56) og en utløpsende (54), og som er anbrakt over den forutbestemte banen, utløpsenden (54) har et forsenket omkretsparti (120); en avtetningskonus (24) har en leddforbindelse (26) gjennom fyllingsrøret (22) til en sentral mekanisme; en pumpemekanisme (29) som har et pumpekammer (30) og et overføringsrør (32) i strømningskommunikasjon med fyllingsrøret (22); og en produkttank (38) for å inneholde det flytende produktet med partikkelinnhold, og som er i strømningskommunikasjon med overføringsrøret (32) og pumpekammeret (30),karakterisert ved at avtegningskonusen er bevegbar mellom en åpen og en lukket posisjon, og har en skjærekant (112) som passer inn i det forsenkede omkretspartiet (120) til utløpsenden (54) av fyllingsrøret (22) i sin lukkede posisjon for å forhindre drypping og skjære av langstrakte småpartikler, og en knivportventil (36) er innpasset mellom produkttanken (38) og overføringsrøret (32) for å regulerer strømningen av væskeprodukt med partikkelinnhold imellom disse.

2. Maskin for fylling og emballering innbefattende minst ett fylleutstyr ifølge krav 1, karakterisert ved at produkttanken (38) har utstyr for omrøring av det flytende produkt med partikkelinnhold.

3. Maskin for fylling og emballering innbefattende minst ett fylleutstyr ifølge krav 1 eller krav 2, karakterisert ved at knivportventilen (36) er bevegbar mellom en åpen posisjon og lukket posisjon, og er anbrakt i sin lukkede posisjon når avtetningskonusen (24) er i en åpen posisjon, og er i en åpen posisjon når avtetningskonusen (24) er i en lukket posisjon.

4. Maskin for fylling og emballering innbefattende minst ett fylleutstyr ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at inngrepet mellom avtetningskonusens skjærekant (112) og det forsenkede omkretsområdet (120) på fyllingsrøret i vesentlig grad forhindrer strømning av væskeproduktet med partikkelinnhold ut fra fyllingsrøret.

5. Maskin for fylling og emballering innbefattende minst ett fylleutstyr ifølge et hvilket som helst at de foregående krav, karakterisert ved at det innbefatter innretning for løfting av en kartong (40) opp rundt fyllingsrøret (22) og sende den når kartongen fylles opp.

6. Maskin for fylling og emballering innbefattende minst ett fylleutstyr ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at emballeringsmaskinen innbefatter en seksjon for oppfylling av kartonger som føres langs en forutbestemt bane omfattende første og andre fylleutstyr med en felles produkttank (38) i kommunikasjon med respektive første og andre overføringsrør (32).

7. Maskin for fylling og emballering innbefattende minst ett fylleutstyr ifølge krav 6, k arakterisert ved at bevegelse av de respektive knivportventiler (36) og avtetningskonuser (24) er synkronisert slik at maskinen fyller opp nærliggende kartonger (40) samtidig.

8. Maskin for fylling og emballering innbefattende minst ett fylleutstyr ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at den innbefatter en PLC for regulering av åpning og lukking av knivportventilene (36) og avtetningskonusene (24).

9. Fremgangsmåte for fylling av en kartong (40) i en rekke av kartonger på en transportbane i en emballeringsmaskin for forming, fylling og avtetting, med et væskeprodukt med partikkelinnhold, nevnte fremgangsmåte omfatter: åpning av en knivportventil (36) som er innpasset mellom en produkttank (38), som inneholder væskeproduktet med partikkelinnholdet, og et pumpekammer (35), for å gjøre det mulig for væskeproduktet å strømme inn i pumpekammeret gjennom et overføringsrør (32), og pumpekammeret er i strømningskommunikasjon med et fyllingsrør (22) gjennom overføringsrøret (32); lukking av knivportventilen (36); åpning av en utløpsende av fyllingsrøret (22) ved å senke ned en avtetningskonus (24), og pumpe væskeprodukt gjennom pumpekammeret, overføringsrøret, fyllingsrøret og forbi avtetningskonusen ved utløpsenden til fyllingsrøret i en kartong;karakterisert ved at avtetningskonusen er bevegbar mellom en åpen og en lukket posisjon, og har en skjærekant (112) som passer inn i det forsenkede omkretspartiet (120) til utløpsenden (54) av fyllingsrøret (22) i sin lukkede posisjon for å forhindre drypping og skjære av langstrakte småpartikler, og en knivportventil (36) er innpasset mellom produkttanken (38) og overføringsrøret (32) for regulering av strømningen av væskeproduktet med partikkelinnhold i mellom disse.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, karakterisert ved at den innbefatter trinnet med å løfte kartongen rundt fyllingsrøret for opp- nedfylling av kartongen med væskeproduktet.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at den innbefatter trinnet med omrøring av væskeproduktet med partikkelinnhold inne i produkttanken (38) for derved å fordele partiklene jevnt omkring i væsken.