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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Form-, Füll- und Verschließmaschine
zum Verpacken von ausgießbaren
Produkten. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Form-,
Füll- und Verschließmaschine
zum Verpacken von ausgießbaren
Produkten, wie z.B. flüssigen
Lebensmitteln, die einen Hohlraum verwendet, in dem die Packungen gestützt und
durch die Maschine transportiert werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Behälter auf
Papierbasis sind, beispielsweise für die Verpackung von flüssigen Lebensmitteln, weit
verbreitet. Beispiele für
flüssige
Lebensmittel, die in Behältern
auf Papierbasis verpackt werden können, sind Milch, Saft u.ä. Solche
Behälter
werden auch zum Verpacken anderer ausgießbarer Produkte wie z.B. Suppen
verwendet, die in Pulverform oder in flüssiger Form mit oder ohne feste
Partikel vorliegen können.
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In
konventionellen Form-, Füll-
und Verschließmaschinen
wird eine Mehrzahl von Kartonzuschnitten in flacher Form in einem
Magazin aufbewahrt. Die Zuschnitte werden einer Kartonformstation
zugestellt, in der die Kartons aufgerichtet, am Boden verschlossen,
gefüllt
und an der Oberseite verschlossen wer den. Bei diesem Prozeß können die Kartons
auch sterilisiert werden, z.B. nach dem Verschließen des
Bodens und vor dem Füllen.
Die Kartons werden nacheinander durch die verschiedenen Stationen
geführt
und gelangen schließlich
an einer Entladestation aus der Maschine. Im allgemeinen werden
die Kartons durch die Maschine mit einem Förderband oder einem ähnlichen
Fördermittel
transportiert. Die Kartons werden von ihren entsprechenden Unterseiten
unterstützt,
die sich auf einem unbeweglichen, tischartigen Abschnitt mit niedriger
Reibung der mit der Fördereinrichtung
verbundenen Maschine befinden.
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In
der Kartonformstation werden die einzelnen Kartonzuschnitte aufgerichtet
und im nachfolgenden auf einer Mehrzahl von Hülsenaufnahmedornen plaziert,
die auf einer rotierenden, indizierten Radnabe angebracht sind.
An einer ersten Station werden die Kartons aufgerichtet und auf
dem Hülsenaufnahmedornen
angebracht. Das Hülsenaufnahmenabe
oder -rad wird zu nachfolgenden Stationen gedreht, um die Unterseitenflächen vorzufalten,
die Flächen
zu erwärmen
und die Flächen
miteinander zu verbinden, um den verschlossenen Kartonboden zu bilden.
Die Kartons werden dann vom Hülsenaufnahmedorn
zum nachfolgenden Sterilisieren, Füllen und Verschließen der
Oberseite auf einen Förderabschnitt
der Maschine gegeben. Die Radnaben beinhalten typischerweise vier
bis sechs Hülsenaufnahmedorne.
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Die
Hülsenaufnahmedorne
geben eine Form vor, um die der Karton gefaltet und verschlossen wird.
Jeder Aufnahmedorn beinhaltet also einen länglichen Körper, der ganz zum Inneren
des aufgerichteten oder halb aufgerichteten Kartons paßt. Der Aufnahmedorn
ist so ausgerichtet, daß die
Seitenflächen
des Kartons auf den Seiten des Dorns aufliegen und daß die Kartonbodenflächen um
den entsprechende "Bodenabschnitt", des Dorns, der
die Struktur für
die Kartonbildung bildet, gefaltet werden. Der Dorn ist ferner so
ausgelegt, daß sichergestellt
wird, daß die
Flächen
an den Falzlinien gefaltet werden. Auf diese Art und Weise werden
die Flächen
richtig entlang der Falzlinien gefaltet, ohne daß es versehentlich zu einem
Zusammenklappen von benachbarten Kartonflächen, d.h. Zusammenklappen
von benachbarten Seitenflächen
kommt.
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Obwohl
diese Kartonformstationen mit den Hülsenaufnahmedornen für ihren
Zweck oder ihre Zwecke gut funktionieren, haben sie einige Nachteile,
wenn sie in bestimmten Anordnungen verwendet werden. Erstens sind
die Hülsenaufnahmedornanordnungen
in der Herstellung ziemlich teuer. Um den Standards in äußerst hygienischen
Umgebungen zu genügen,
sind die Dorne aus rostfreiem Stahl hergestellt. Oft ist das Material,
das für
die Herstellung der Dorne verwendet wird, ein unkonventioneller
oder sogar exotischer Stahl, um soweit wie möglich eine mögliche Korrosion
der Maschinenteile und Kontamination des Produkts zu minimieren
oder sogar ganz auszuschließen.
Außerdem
handelt es sich bei diesen Teilen notwendigerweise um stark bearbeitete Teile,
was die Gesamtkosten der Verpackungsmaschine ebenfalls steigen läßt.
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Zweitens
kann auf Grund der Art der Hülsendornanordnung
eine bestimmte Bearbeitung zu einem Zeitpunkt nur an einem Karton
ausgeführt
werden. D.h. nur bei einem Karton können die Unterseitenumklappflächen nach
innen gefaltet werden, während
bei einem anderen Karton die Kartonunterseitenumklappflächen erhitzt
werden und bei einem weiteren Karton die Flächen verschlossen werden. Im
Ergebnis kann also nur ein Karton an einer bestimmten Station zu
einem bestimmten Zeitpunkt bearbeitet (z.B. aufgerichtet, vorgefaltet
und/oder gefaltet, erhitzt und verschlossen) werden. Dies kann natürlich gesteigert
werden, indem multiple Hülsenaufnahmedorne
und höhere
Maschi nengeschwindigkeiten verwendet werden, dadurch steigen allerdings
die Kosten.
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Außerdem befindet
sich der Dorn während der
Kartonbildung im Inneren des Kartons, wenn sich der Karton durch
die verschiedenen Schritte der Kartonformstation bewegt. D.h. der
Dorn bleibt im Innenabschnitt des Kartons, während die Unterseitenumklappflächen nach
innen gefaltet und miteinander verbunden werden. Als Ergebnis wird
die Zeitdauer, die sonst verwendet werden kann, um das Innere das Kartons
zu bearbeiten, zu der Zeit hinzugefügt, in der der Dorn im Inneren
des Kartons positioniert ist. Aus diesem Grund ist es wünschenswert,
die Zeit, in der sich der Dorn im Inneren des Kartons befindet,
zu verkürzen
oder ganz zu eliminieren, so daß dieser Zeitabschnitt
z.B. für
eine zusätzliche
Kartonsterilisierung verwendet werden kann.
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Ferner
hat man beobachtet, daß ein "Mindestdurchsatz" aufrecht erhalten
werden muß,
um die Lebensmittel und andere Produkte wirtschaftlich zu verpacken.
D.h. die Maschine muß bei
einer Geschwindigkeit betrieben werden, die sicherstellt, daß eine Mindestanzahl
von Kartons in einer vorgegebenen Durchschnittszeit bearbeitet oder
gefüllt
wird. Dieser Mindestdurchsatz hat sich erhöht, was eine erhöhte Bearbeitungszeit
und Effektivität
der Maschine nötig
macht, wodurch die Gesamtkosten der Form-, Füll- und Verschließmaschine
ebenfalls steigen.
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Es
besteht also Bedarf an einer Hochgeschwindigkeitsform-, Füll- und
Verschließmaschine, die
nur minimalen Kontakt mit den Innenseiten der Kartons, die in ihr
geformt, gefüllt
und verschlossen werden, hat. Es ist wünschenswert, daß diese
Verpackungsmaschine das gleichzeitige Formen, Füllen und Verschließen einer
Mehrzahl von Kartons ermöglicht
und zwar bei einem Durchsatz, der mindestens genauso groß ist wie
bei den bekannten Maschinen, aber wünschenswerterweise bei einer
geringeren Bearbeitungsgeschwindigkeit.
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Es
ist bereits eine Verpackungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 bekannt (
US 3 280 531 ),
bei der sich die vereinzelten Zuschnitte auf einer Führungsschiene
abstützen
und von einer kammartigen verschwenkbaren Haltevorrichtung gehalten
und transportiert werden.
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Darüber hinaus
ist es bekannt (
US 4 509 312 ),
die Zuschnitte zuerst auf einem Rundläufer und anschließend auf
Linearförderpaaren
vorwärts
zu bewegen. Schließlich
sind auch Behälteraufnahmeelemente
bekannt (
DE 36 18
971 C1 ), die als Drehkörper
ausgebildet sind und an jeder Längsseite
unterschiedliche Aufnahmeöffnungen
für z.B.
einerseits rechteckförmige
und andererseits zylinderförmige Behälter aufweisen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der gattungsmäßig bekannten
Art dahingehend zu verbessern, dass die Zuschnitte rasch und sicher
aufgenommen, von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation transportiert
und gleichfalls rasch ohne Beschädigung
wieder aus der Vorrichtung gelöst
werden können.
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Die
Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in Unteransprüchen sind
bevorzugte Ausbildungen beansprucht.
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Bei
der Erfindung wird insbesondere eine Mehrzahl von Hohlraumstangen
von der Förderanordnung
getragen. Jede der Hohl raumstangen definiert mehr als einen Hohlraum,
der darin geformt wird und im allgemeinen der Querschnittsgröße und -form der
Zuschnitte bzw. Kartons entspricht. Jeder der Hohlräume wird
durch innere Umfangsflächen
definiert. Dabei hat jede der inneren Umfangswände der Hohlräume Vakuumöffnungen.
Die Hohlraumstangen sind so ausgerichtet, dass sie mit einem im
Hohlraum angeordneten Zuschnitt bzw. Karton in Eingriff kommen und
den Karton an den inneren Umfangswänden durch Ansaugen sichern
können.
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Vorzugsweise
werden die Kartons an wenigstens einer Station mit Vakuum beaufschlagt,
um die Kartons im Hohlraum zu sichern. In einer derzeitigen Ausführungsform
beinhaltet die Maschine eine Oberseitenumklappflächenvorfaltstation und eine Unterseitenumklappflächenvorfaltstation
und das Vakuum wird wenigstens an der Oberseitenumklappflächenvorfaltstation
und an der Unterseitenumklappflächenvorfaltstation
beaufschlagt.
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Vorzugsweise
ist die Hohlraumstange so geformt, daß sie Kanäle hat, die in der oberen und
der unteren Fläche
geformt sind, und die Hohlraumstange beinhaltet obere und untere
Einfassungsabschnitte, die jeweils in einen entsprechenden der Kanäle eingepaßt sind.
Die Einfassungsabschnitte können einen
Vakuumkanal definieren, um das Vakuum von einer Vakuumquelle zum
Karton weiterzuleiten. Die Vakuumkanäle können Umfangsabschnitte beinhalten
und eine Mehrzahl von Vakuumschenkeln, die sich von den Umfangsabschnitten
zu Öffnungen
in den Einfassungsabschnitten erstrecken. Die Hohlraumstangen können so
ausgelegt sein, daß sie
einen Körper
haben, in dem die Kanäle
geformt sind, und Öffnungen
oder Einbuchtungen im Körper,
die den Öffnungen
im Einfassungsabschnitt entsprechen.
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Am
meisten wird bevorzugt, daß die
oberen Einfassungsabschnitte jeweils einen Vakuumanschluß beinhalten,
um das Vakuum von der Vakuumquelle zu den Vakuumöffnungen der oberen Einfassung
weiterzuleiten. Eine Öffnung
im Hohlraumstangenkörper
ist zum Weiterleiten des Vakuums zum unteren Einfassungsabschnitt
ausgelegt. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform beinhaltet jeder
der Hohlräume
einen offenen Bereich, der in jeder der Ecken ausgebildet ist und
der sich durch die obere Einfassung, den Hohlraumstangenkörper und
die untere Einfassung erstreckt. Die offenen Ecken sind so ausge legt,
daß sie
eine Ausdehnung oder eine leichte Deformation der Kartons erlauben,
wenn das Vakuum auf die Kartons beaufschlagt wird; sie ermöglichen
auch ein leichtes erstes Einsetzen der Karton in die Hohlräume.
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In
einer derzeit bevorzugten Ausführungsform
hat die Förderanordnung
der Form-, Füll-
und Verschließmaschine
einen vorbestimmten Weg, der einen oberen im allgemeinen horizontalen
Wegabschnitt und einen unteren Wegabschnitt beinhaltet, wobei der
untere Wegabschnitt vom oberen Wegabschnitt beabstandet ist. Die
Förderanordnung
ist so ausgerichtet, daß sie
einen im allgemeinen vertikalen Wegabschnitt hat, so daß ein teilweise
geformter Karton in den Hohlraum gezwungen wird, wenn sich die Hohlraumstange
entlang des im allgemeinen vertikalen Wegabschnitts bewegt.
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Diese
und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich
werden.
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Kurze Beschreibung der
Figuren
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1 ist
eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Form-,
Füll- und
Verschließmaschine,
wobei die dargestellte Maschine eine Mehrzahl von Hohlraumstangen
hat, um Kartons von außen
zu stützen
und sie durch die Maschine zu befördern;
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2 ist
eine teilweise perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Hohlraumstange,
wobei die obere und die untere Einfassung eines der Hohlräume aus
Gründen
der Anschaulichkeit teilweise in aufgelösten Einzelteilen dargestellt
wird;
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3 ist
eine teilweise perspektivische Ansicht einer Kartonunterseitenverschließstation,
die die Unterseitenumklappflächenpressen
oder -dorne und Amboßplatten
zeigt und die die Kugel-Kugelauflageflächenausrichtanordnung darstellt;
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4a ist
eine teilweise perspektivische Ansicht einer Unterseitenumklappflächenvorbrechstation-
und anordnung, wobei aus Gründen
der Anschaulichkeit Teile weggelassen wurden;
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4b ist
eine teilweise perspektivische Ansicht der Anordnung aus 4a,
die zeigt, wie die Brechanordnung und die in der Hohlraumstange
positionierten Kartons zueinander positioniert sind;
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5 ist
eine teilweise Seitenansicht einer Oberseitenumklappflächenvorbrechanordnung;
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6 ist
einen vergrößerte Seitenansicht
eines Brechelements der Oberseitenumklappflächenvorbrechanordnung; und
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7 ist
eine Vorderansicht des Brechelements entlang der Linie 7-7 aus 6.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung ist für
verschiedene Ausführungsformen
geeignet, es werden jedoch in den Zeichnungen und in der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugte Ausführungsformen
dargestellt; dies ist jedoch so zu verstehen, daß die vorliegende Offenbarung
eine beispielhafte Ausführung der
Erfindung ist und daß dies
die Erfindung nicht auf die spezifischen, dargestellten Ausführungsformen reduzieren
soll.
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Es
wird nun auf die Figuren und insbesondere auf 1 Bezug
genommen. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Form-,
Füll- und
Verschließmaschine,
die im allgemeinen mit der Bezugsnummer 10 bezeichnet wird.
Wie alle Form-, Füll-
und Verschließmaschinen
beinhaltet die vorliegende Maschine 10 eine Mehrzahl von
Stationen, die unter anderem ein Magazin 12 für die Kartonzuschnitte
B, eine Kartonaufrichtstation 14, eine Bodenverschließstation 16, eine
Füllstation 18,
eine Oberseitenverschließstation 20 und
eine Ausstoßstation
oder Entladestation 22 beinhalten. Optional kann die Maschine
eine oder mehrere Sterilistationsstationen 24 beinhalten,
um die Kartons C beispielsweise vor dem Füllen zu sterilisieren.
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Die
Kartons C werden zwischen den verschiedenen Stationen 14 bis 24 mit
einer Hohlraumstange 26, die im nachfolgenden detailliert
beschrieben wird, befördert.
Die Kartons C werden dem Magazin 12 als Zuschnitt B bereitgestellt.
D.h. die Kartons C sind zugeschnitten und gefalzt und sind entsprechend
an den Seiten verschlossen. Die Zuschnitte B werden in einer flachen,
gefalteten Form aus dem Magazin 12 entnommen und in eine
röhrenförmige Form
an der Kartonaufrichtstation 14, die eine Mehrzahl von
Vakuumsaugnäpfen 28 beinhaltet, aufgerichtet.
Die Vakuumsaugnäpfe 28 kommen
mit einer oder mehreren Seiten (d.h. mit einer oder mehreren Seitenflächen)
des
Zuschnitts B in Eingriff und zwingen den Zuschnitt B in die röhrenförmige Kartonform
C. Die Vorrichtung und die Verfahren zum Aufrichten der Kartons
C in die röhrenförmige Form
sind dem Fachmann bekannt.
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Die
Kartons C, die nun in der röhrenförmigen Form
sind, werden mit einer Drückstange 32 in
die Öffnungen 30 der
Hohlraumstange 26 gestoßen oder gezwungen. Die Drückstange 32 kann
von jedem bekannten Antriebsmittel z.B. einem pneumatischen Zylin der 33,
einem elektromechanischen Zylinder o.ä. angetrieben werden. Die Hohlraumstange 26 bewegt
sich durch die verschiedenen Stationen 14 bis 24 in
einer aufeinanderfolgenden Art und Weise, um die Kartons C durch
die Maschine 10 zu befördern. Die
röhrenförmigen Kartons
C haben, wenn sie in der Hohlraumstange 26 positioniert
sind, offene Oberseitenenden oder -flächen T und offene Unterseitenenden
oder -flächen
M und sind in Hohlräumen 34 der Hohlraumstange 26 gesichert.
In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Kartons in den Hohlräumen 34 der
Hohlraumstange 26 durch das Anlegen von Vakuum gesichert;
dies wird ebenfalls im nachfolgenden noch detaillierter beschrieben.
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Es
wird nun auf 2 Bezug genommen. In einer bevorzugten
Ausführungsform
beinhaltet jede Hohlraumstange 26 eine Mehrzahl von Hohlräumen 34.
Jeder Hohlraum 34 ist so ausgerichtet, daß er einen
einzelnen, aufgerichteten, röhrenförmigen Karton
C aufnimmt. In einer derzeitigen Ausführungsform ist die Hohlraumstange 26 mit
fünf Hohlräumen ausgestattet
und jeder Hohlraum 34 ist so ausgelegt, daß er einen
einzelnen Karton C erhalten kann. Das Kartonmagazin 12 ist
also so angelegt, daß es
fünf einzelne
Stapelregister S mit Zuschnitten B hat, wobei jedes Register S eine
Reihe von Hohlräumen 24 versorgt.
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Die
beispielhafte Hohlraumstange 26 wie in 2 dargestellt
beinhaltet eine Stützstange 36;
die eine Mehrzahl von im allgemeinen rechteckigen Hohlräumen 38 beinhaltet,
die sich durch die Stützstange 36 erstrecken.
In der Stützstange 36 sind
Kanäle 40 geformt,
die sich im allgemeinen quer zu einer Längsachse A der Stützstange 36 erstrecken
und die sich über
die Hohlräume 38 erstrecken.
Die Kanäle 40 sind
wie in 2 dargestellt entlang der oberen und unteren Flächen 42, 44 der
Stützstange 36 geformt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Kartons C in den Hohlräumen 34 durch
das Anlegen von Vakuum gesichert. Zu diesem Zweck befindet sich
ein Einsatz bzw. eine Vakuumeinfassung 46, 48 in
jedem der Kanäle 40 und
beinhaltet eine Öffnung 50,
deren Größe so ausgelegt
ist, daß sie
mit den Hohlräumen 38 in
der Stützstange 36 zusammenpaßt. Wenn
er geformt ist, wird der Karton C im Hohlraum 34 angeordnet,
gestützt
durch die obere Vakuumeinfassung 46, den Stützstangenhohlraum 38 und
die untere Vakuumeinfassung 48.
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Die
oberen und die unteren Vakuumeinfassungen 46, 48 beinhalten
jeweils einen Umfangsvakuumkanal 52 und eine Mehrzahl von
sich nach innen erstreckenden Vakuumschenkeln 54, die sich vom
Umfangskanal 52 zum Hohlraum 34 erstrecken. Die
Vakuumschenkel 54 sind jeweils zu den inneren Flächen 56 der
Einfassung 46, 48, die einen Abschnitt des Hohlraums 34 definieren,
offen. Ein oberer Vakuumanschluß 58 erstreckt
sich von der oberen Fläche
der oberen Einfassung 46 durch den Körper der Einfassung in den
Umfangskanal 52. Eine Öffnung 59 erstreckt
sich durch die Stützstange 36,
um das Vakuum zum unteren Einfassungsvakuumkanal 52 weiterzuleiten.
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Die
Stützstange 36 beinhaltet
Einbuchtungen 60, die mit den Vakuumschenkeln 54 der
oberen und unteren Einfassungen 46, 48 zusammenpassen und
mit diesen kooperieren. Die Einbuchtungen 60 stellen zusammen
mit den Vakuumschenkeln 54 einen Bereich bereit, über den
Vakuum auf die Seiten des Kartons C beaufschlagt wird, um den Karton
C gegen die inneren Wände
oder inneren Flächen 74 des
Hohlraums 34 in der Stützstange 36 zu "ziehen". Jeder der Hohlräume 34 definiert
einen offenen Eckabschnitt oder -bereich, wie bei 62 dargestellt, der
sich durch die obere Einfassung 46, die Stützstange 36 und
die untere Einfassung 48 erstreckt. Die offenen Ecken 62 erlauben
eine Ausdehnung des Kartons C an den Ecken, wie dies geschehen kann, wenn
Vakuum auf die Seitenflächen
des Kartons C beaufschlagt wird. Die offenen Ecken 62 erleichtern auch
ein leichtes Einpassen der Kartons C in die Hohlräume 34,
nachdem der röhrenförmige Karton zunächst in
den Hohlraum 34 eingesetzt wurde. In einer Ausführungsform
sind die offenen Ecken 62 als teilweise zylindrische Passagen
ausgebildet, die sich an den vier Ecken durch jeden Hohlraum 34 erstrecken.
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Es
wird nun wieder Bezug auf die gesamte Form-, Füll- und Verschließmaschine 10 wie
in 1 dargestellt, genommen. Nachdem der röhrenförmige Karton
C in der Hohlraumstange 26 positioniert wurde, wird der
Karton C zu einer nächsten
Station weiterbefördert,
an der die Unterseitenumklappflächenfalzlinien 64 mit
einer Unterseitenkante 66 der Hohlraumstange 26 ausgerichtet
werden, z.B. mit der Unterseitenkante der unteren Einfassung 48.
Die Ausrichtung kann durch eine Unterseitenfalzlinienschiebevorrichtung 68 ausgeführt werden,
die zum Beispiel durch einen pneumatischen Zylinder 70,
eine elektromagnetische Anordnung o.ä. angetrieben werden kann.
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Nach
dem Ausrichten der Unterseitenfalzlinie 64 mit der Unterseitenkante 66 der
Hohlraumstange 26, wird der Karton C zu einer Unterseitenflächenvorfalt-
oder Unterseitenvorbrechstation 72 weiter transportiert.
An der Vorbrechstation 72 kann ein Vakuum um jeden der
Hohlräume 34 auf
der Hohlraumstange 26 angelegt werden, um den Karton C an
seinem äußeren Umfang
am inneren Umfang oder an den inneren Flächen 74 des Hohlraums 34 zu
sichern. Das Vakuum wird durch eine Vakuumziehanordnung 76 gezogen
in Kommunikation mit einer Vakuumquelle V, die sich in Eingriff
mit jedem der oberen Vakuumanschlüsse 58 auf jeder der
oberen Einfassungen 46 bewegt. Das Vakuum wird an die untere
Einfassung 48 durch die Öffnung 59 weitergeleitet, die sich
durch die Stützstange 36 erstreckt
und sich in einen Bereich über
der unteren Einfassung 48 öffnet.
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Eine
beispielhafte Unterseitenumklappflächenvorbrechanordnung 78 wird
in 4a und 4b dargestellt.
Die Unterseitenvorbrechanordnung 78 beinhaltet eine Flächenvorbrechstange 80, die
sich hin- und herbewegt, um mit Gewalt die Unterseitenflächen zu
kontaktieren, um die Flächen
entlang ihrer entsprechenden Falzlinien 64 nach innen zu
falten.
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Die
Vorbrechanordnung 78 beinhaltet einen nicht beweglichen
Rahmenabschnitt 82, der eine mit Nocken versehene Brechstangenanordnung 84 stützt. Die
Brechstangenanordnung 84 beinhaltet die Brechstange 80,
die funktional mit einem Paar sich längs erstreckender (bezüglich der
Bewegungsrichtung der Kartons C durch die Maschine 10),
Ausrichtstangen verbunden ist. Die Brechanordnung 78 ist
so ausgelegt, daß die
Ausrichtstangen 88 so mit Nocken versehen sind, daß sie sich
nach oben/innen und nach unten/außen bewegen entsprechend während des
Vorbrechhubs und des Rückhubs,
so wie sie von den mit Nocken versehenen Stangenstützen 90 angetrieben
werden. Die Stangenstützen 90 rotieren
um Nockenzapfen 92 (von denen einer dargestellt ist), die
die obige Bewegung ermöglichen.
Die Brechstange 80 und die Ausrichtstangen 88 bewegen
sich vertikal aufeinander zu, wobei die Ausrichtstangen 88 sich
nach oben/innen bewegen, während
des Hubs nach oben (Vorbrechhub), und nach unten/außen, während des
Hubs nach unten (Rückhub).
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Die
Brechstange 80 ist so geformt, daß sie eine Mehrzahl von eingekerbten
oder gewellten, geneigten Flächen 94 aufweist,
die mit den Unterseitenumklappflächen
in Kontakt kommen und die Umklappflächen nach innen zwingen, um
sie vorzubrechen, während
sich die Einheit 78 nach oben bewegt. Wenn ein Vakuum in
jedem der Hohlräume 34 angelegt
wird (d.h. ein Vakuum wird auf den äußeren Umfang des Kartons C
gegeben), bewegt sich die Brechstange 80 nach oben und
die Ausrichtstangen 88 bewegen sich nach oben/innen zur
Mitte des Kartons C für
den Umklappflächenvorbrechvorgang.
Das auf den Karton C beaufschlagte Vakuum hält den Karton C in einer relativen,
fixierten Position in der Hohlraumstange 26, so daß der Karton
nicht verrutscht, wenn er mit der Brechstange 80 in Eingriff
kommt.
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Es
wird nun erneut auf 1 Bezug genommen. Nachdem der
Karton C die Unterseitenvorbrechstation 72 verlassen hat,
wird er zur Unterseitenerhitzstation 96 gebracht. An dieser
Station wird ein Erhitzer 98 nach oben bewegt, in eine
Position um die Unterseitenflächen,
um die Verschließbereiche der
Unterseitenflächen
zu erhitzen. Bei einem typischen Kartonaufbau ist ein Polymerüberzug auf
der inneren und der äußeren Fläche eines
Kartonkerns oder eines ähnlichen
Kerns vorgesehen. Der Erhitzer 98 setzt die Unterseitenflächen einer
erhöhten
Temperatur aus, bei der der Polymerüberzug weich wird, so daß er als
Klebemittel dient, um die Unterseitenumklappflächen miteinander verbunden
zu halten, um den verschlossenen Kartonboden zu bilden.
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Der
Karton C wird dann zur Unterseitenverschließstation 16 gebracht.
Ein Rotationsarm 100 kommt mit der Unterseitentrailumschlagklappe
in Eingriff und zwingt sie schnell nach vorn. Die Trailumschlagklappe
wird so unter die Führungsunterseitenumschlagklappe
eingeschlagen. Wie in 1 und 3 dargestellt,
bewegt sich der Karton weiterhin in die Position über einem
Amboß 102,
der an einem Unterseitenabschnitt des Kartons C positioniert ist. Eine
Unterseitenumschlagklappenpresse oder ein Unterseitenumschlagklappendorn 104 wird
hin und her bewegt in das Innere des Kartons C, um einen Druck auf
die Untersei tenumschlagklappen auszuüben, die zwischen dem Dorn 104 und
dem Amboß 102 gepreßt werden,
um die Unterseitenumschlagklappen miteinander zu verbinden. Der
Dorn 104 ist ein "schwimmender" Dorn. D.h. er wird
von oben gestützt
und es wird ihm ermöglicht,
sich mit dem Kartonboden auszurichten, während er sich in den Karton
bewegt, um die Unterseitenumschlagklappen zu kontaktieren. Stützen 106, 108 sind über dem
Unterseitenumschlagklappflächendorn 104 und
unter dem Amboß 102 vorgesehen,
so daß eine
geeignete Kraft auf die Kartonunterseitenumklappflächen ausgeübt werden
kann, um den verschlossenen Boden zu bilden.
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Um
eine Ausrichtung der Umklappflächen
für einen
guten Unterseitenverschluß zu
gewährleisten, beinhaltet
jede Hohlraumstange 26 eine Ausrichtanordnung 110,
die in der Unterseitenverschließstation 16 verwendet
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform,
wie in 3 dargestellt, beinhaltet die Ausrichtanordnung 110 eine Öffnung 112 an
jedem Ende der Hohlraumstange 26 und ein hervorstehendes
Element 114, das in die Öffnung eingeführt wird, um
den Hohlraum 34 und den Karton C, wenn er sich im Hohlraum 34 befindet,
in Ausrichtung mit dem Unterseitenflächendorn 104 und dem
Amboß 102 zu halten.
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In
einer derzeitigen Ausführungsform
ist das hervorstehende Element 114 als Kugel geformt, die Öffnung 112 in
der Hohlraumstange 26 ist als Kugelauflage ausgebildet.
Die Kugel 114 wird in die Kugelauflage 112 eingeführt, um
die Hohlraumstange 26 (und damit den Karton C) in Ausrichtung
mit dem Amboß 102 und
dem Dorn 104 zu halten. Die Kugel 114 ist in der
Kugelauflage 112 angeordnet oder wird in die Kugelauflage 112 eingeführt, um
die Hohlraumstange 26 in der richtigen Position zum Einführen des Dorns 104 in
den Karton C, der sich über
dem Amboß 102 befindet,
zu halten.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, befindet sich der Karton zu
diesem Zeitpunkt, wenn die Unterseitenflächen verschlossen sind und
den geschlossenen Kartonboden bilden, in der Hohlraumstange 26, wobei
die Kartonunterseite im wesentlichen mit der Unterseitenkante 66 der
Hohlraumstange 26 ausgerichtet ist. Die Kartons C werden
dann zur Kartonoberseitenausrichtstation 116 weiter transportiert,
an der ein Oberseitenumklappflächendrücker 118 mit den
offenen Kartonoberseiten in Kontakt kommt, um die Kartonoberseitenfalzlinien 120 mit
der oberen Oberfläche 122 der
Hohlraumstange 26 auszurichten. Dadurch daß die Kartons
C in eine ausgerichtete Position gezwungen werden, werden die Kartonunterseiten
ebenfalls ausgerichtet und die Maschine 10 kann so konfiguriert
werden, daß die
Kartonunterseiten auf der Unterseitenplatte 124 bleiben.
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Nach
dem Ausrichten der Kartonoberseitenfalzlinien 120 werden
die Kartons C zu einer Füllstation 18 gebracht.
Das Füllen
der Kartons C kann, wie der Fachmann weiß, auf verschiede Art und Weise mit
vielen verschiedenen Verfahren ausgeführt werden. Es wird jedoch
angenommen, daß ein
Fallabfüllsystem
zum Füllen
der Kartons C verwendet wird, da die Arbeitsgeschwindigkeit der
Maschine 10 durch das "parallele" Verarbeiten entsprechend
reduziert werden kann.
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Die
Kartons C werden als nächstes
zu einer Kartonoberseitenumklappflächenvorfalt- oder Kartonoberseitenvorbrechstation 126 verbracht.
An der Oberseitenvorfaltstation 126 bewegt sich eine Vorbrechanordnung 128 in
einer Hin- und Herbewegung nach unten, um mit den Kartonoberseiten
in Kontakt zu kommen und die Oberseitenflächen an ihren entsprechenden
Falzlinien 120 vorzufalten oder vorzubrechen. Ähnlich wie
bei der Unterseitenvorbrechstation 72 kann ein Vakuum an
die Hohlraumstange 26 angelegt werden, indem eine Vakuumvorrichtung 130 mit
dem Vakuumanschluß 58 der
oberen Einfassung 46 in Eingriff kommt, um die Kartonseitenflächen erneut
an den inneren Flächen 74 des
Hohlraums 34 zu sichern. Auch hier wird das Vakuum durch
die Öffnung 59 in
der Stützstange 36 an
die untere Einfassung 48 weitergeleitet, um Vakuum in der
unteren Einfassung 48 an der Kartonschnittstelle bereitzustellen.
Wenn die Kartons C im Hohlraum 34 durch das Vakuum gesichert
sind, kommt die Oberseitenvorbrechanordnung 128 in Kontakt
mit den Oberseitenumklappflächen
und faltet die Oberseitenumklappflächen nach innen, um sie für das Oberseitenverschließen vorzubereiten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform,
wie in 5 bis 7 dargestellt, beinhalten die
Oberseitenvorbrechstationen 128 ein Paar drehbarer Brechelemente 132.
Die Anordnungen 128 bewegen sich in einer Auf- und Abwärtsbewegung
hin- und her (wie durch Pfeil 129 -dargestellt), um mit
den Kartonoberseitenumklappflächen
beim Hub nach unten in Eingriff zu kommen und um die Kartonoberseitenumklappflächen beim
Hub nach oben loszulassen. Die Brechelemente 132 drehen
sich um ein Paar Drehzapfen 134, die sich an unterseitennahen
Kanten 136 des Brechelements 132 befinden.
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In
einer "Ruheposition" sind die Elemente 132 entweder
vertikal ausgerichtet oder sind leicht nach innen geneigt, so daß die Oberseitenumklappflächen zwischen
den Elementen 132 angeordnet werden können. Wenn die Anordnungen 128 anfangen
sich nach unten zu bewegen, kommen die Elemente 132 in
Kontakt mit den Oberseitenumklappflächen. Wenn die Anordnungen 128 ihren
Hub nach unten fortsetzen, kommen die Kanten 136 der Brechelemente
in Kontakt mit der oberen Oberfläche 122 der
Hohlraumstange 26. Wie aus 5 ersichtlich ist,
sind die Kanten 136 so ausgebildet, daß sie gewinkelte Oberflächen 138,
die einen Winkel α haben, bilden.
Wenn die Anordnungen 128 ihren Hub nach unten fortsetzen,
bewirkt der Kontakt der gewinkelten Flächen 138 mit der oberen
Oberfläche 122 der
Hohlraumstange 26, daß die
Brechelemente 132 nach innen rotieren (durch die Pfeile 140 dargestellt).
Wenn die Brechelemente 132 nach innen rotieren, kommt die
gewinkelte Fläche 138 in
vollen oder bündigen Kontakt
mit der oberen Oberfläche 122 und
die Elemente 132 kommen in Kontakt mit den Oberseitenumklappflächen, um
die Umklappflächen
des Kartons C in die um die Falzlinien 120 gefaltete Position vorzufalten
oder vorzubrechen.
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Nachdem
die Umklappflächen
nach innen gefaltet sind, beginnen die Anordnungen 128 sich nach
oben zu bewegen, um den Karton C loszulassen. Die Brechelemente 132 können zur
Vorbereitung auf einen nächsten
Karton C in eine vertikale oder nach innen geneigte Ausrichtung
zurückkehren. Wie
bereits oben beschrieben können
die Elemente 132 entweder in einer vertikalen oder in einer
nach innen geneigten Ausrichtung sein. Dadurch wird sichergestellt,
daß die
Elemente 132 nach innen 140 rotieren, wenn die
Kanten 136 in Kontakt mit der oberen Oberfläche 122 der
Hohlraumstange 26 kommen. Um eine Rückwärtsneigung der Elemente 132 zu
verhindern, können
Zapfen 141 an den Anordnungen 128 angebracht sein,
um eine Bewegung der Elemente 132 nach außen zu stoppen.
Um eine Innenrotation der Elemente 132 zu erleichtern,
können außerdem Drehzapfen 134,
wie bei 143 dargestellt, dezentriert mit Bezug auf eine
zentrale Linie 145 der Elemente 132 angebracht
werden.
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Wie
beim Unterseitenvorbrecher 78 kann ein Vakuum an der Oberseitenvorbrechstation 126 angelegt
werden, um die Kartons C in ihren entsprechenden Hohlräumen 34 zu
sichern und um die entsprechenden Kartonseitenflächen in vollen Kontakt mit den
Innenwänden 74 ihres
entsprechenden Hohlraums 34 zu zwingen.
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Wenn
sich der Oberseitenumklappflächenvorbrecher 128 also
nach unten bewegt und in Kontakt mit den Oberseitenumklappflächen kommt,
falten sich die Oberseitenumklappflächen entlang ihrer entsprechenden
Falzlinien 120, aber die Kartonseitenflächen werden nicht zusammengeklappt.
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Dem
Fachmann ist aus 5 und 6 ersichtlich,
daß der
Winkel α der
gewinkelten Fläche 138 in
jedem gewünschten
Winkel ausgebildet sein kann, um einen gewünschten Rotationswinkel θ (oder Vorfaltwinkel)
der Elemente 132 zu bewirken. Die geometrische Beziehung
zwischen den beiden Winkeln ist, daß sie gleich sind. D.h. ein
Winkel α mit 30° im Bezug
auf die Horizontale, wird, wenn die gewinkelte Fläche 138 in
vollen Kontakt mit der oberen Oberfläche 122 Hohlraumstange 26 ist,
bewirken, daß die
Elemente 132 mit einem Rotationswinkel θ von 30° im Bezug auf die Vertikale
rotieren. Der gewünschte
Rotationswinkel θ (oder
Vorfaltwinkel) kann also durch eine genaue Konfiguration des Winkels α der gewinkelten
Fläche 138 erreicht
werden.
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Es
wird nun erneut auf 1 Bezug genommen. Die Oberseitenumklappflächen werden
nun ähnlich
wie die Unterseitenflächen
an der Oberseitenumklappflächenerwärmstation 142 erhitzt.
Das Heizelement 146 ist jedoch unbeweglich und die Oberseitenflächen befinden
sich beiderseits des Heizelements 146, wenn sie am Heizelement 146 vorbei transportiert
werden. Der Karton C wird dann in einen Oberseitenumklappflächenfalt
und -pressabschnitt 144 gebracht, in dem die Oberseitenflächen in
Eingriff miteinander gezwungen werden und wenn der Polymerüberzug genügend erhitzt
ist, so daß er
erweicht ist, werden die verschlossenen Oberseiten geformt. Die
Kartons C werden dann zu einer Entladestation 22 gebracht,
an der Kartons C aus der Ma schine in einem gefüllten und verschlossenen Zustand
entladen oder ausgestoßen
werden.
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Wie
bereits oben erwähnt,
kann die Maschine 10 eine oder mehrere Stationen, an denen
der Karton sterilisiert wird, enthalten (s. Bezugsnummer 24).
Die Kartons C können
beispielsweise sterilisiert werden, nachdem sie in den Hohlräumen positioniert wurden,
aber vor dem Falten der Unterseitenflächen, so daß der gesamte Karton C sterilisiert
wird, einschließlich
der Abschnitte der Unterseitenflächen,
die nach innen gefaltet werden, um den verschlossenen Kartonboden
zu bilden. Für
den Fachmann ist klar, daß andere
Stellen für
die Sterilisation in der Form-, Füll- und Verschließmaschine 10 möglich sind.
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Wie
aus 1 leicht ersichtlich ist, beinhaltet die Maschine 10 eine
Band- oder Kettenantriebsanordnung 148, auf der die Hohlraumstangen 26 angebracht
werden. Wie dem Fachmann aus den Figuren und der obigen Beschreibung
ersichtlich ist, beinhaltet der Antrieb 148 eine Förderanordnung,
wie ein Band oder eine Kette 150, auf der die Hohlraumstangen 26 angebracht
werden. Wie unten beschrieben wird, werden die Hohlraumstangen 26 in
einer bevorzugten Ausführungsform
entfernbar auf dem Band oder der Kette 150 angebracht.
Die Antriebsanordnung 148 ist so ausgelegt, daß die Hohlraumstangen 26,
die zur Kartonaufrichtstation 14 zurückkehren, sich entlang eines
Weges 152 bewegen, der vom Verarbeitungsweg, d.h. vom Verpackungsweg 154 beabstandet
ist und sich unter diesem befindet. Auf diese Art und Weise können die
Hohlraumstangen 26 sterilisiert werden, wenn sie sich entlang
dieses unteren Weges 152 bewegen, z.B. durch einen ionisierten Wasserstoffperoxidspray
wie bei 158 dargestellt. Die Sterilisation der Kartons
C und/oder der Hohlraumstangen 26 kann unter Verwendung
von Wasserstoffperoxid, Ultravioletsterilisation o.ä. oder einer
Kombination die ser Verfahren ausgeführt werden; es sind auch andere
Verfahren und Anwendungen möglich.
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In
der dargestellten Ausführungsform
der Verpackungsmaschine 10 wird die Hohlraumstange 26 mit
fünf Hohlräumen 34 dargestellt,
die entlang der Länge
des Stabs 26 positioniert sind. Für den Fachmann ist es offensichtlich,
daß die
Hohlraumstange 26 mit mehr oder weniger Hohlräumen versehen
sein kann, so wie es für
eine bestimmte Maschinenkonfiguration praktikabel und nötig ist,
je nach Kartongröße und gewünschtem
Maschinendurchsatz. Außerdem
sind, wie aus den Zeichnungen und der obigen Beschreibung offensichtlich
ist, die verschiedenen Stationen jeweils mit einer geeigneten Anzahl
von "Werkzeugen" versehen, wie z.B.
Vorbrechanordnungen 78, 128, Heizelementen 98, 146, Füllanordnungen
o.ä., so
daß ein "Werkzeug" mit jedem Karton
C und jeder "Hohlraumlinie" assoziiert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der Maschine 10 sind die Hohlraumstangen 26 zu
diesem Zweck entfernbar auf der Antriebsanordnung 148 angebracht
und die "Werkzeuge" können modular
konfiguriert sein, so daß die
Maschine 10 zum Wechseln der Kartongröße und Kartonanzahl an jeder
Station ausgelegt sein kann, während
die gesamte Länge, Höhe und Breite
der Maschine 10 konstant bleibt.
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Für den Fachmann
ist es offensichtlich, daß es
die "Modularität" der Verpackungsmaschine 10 ermöglicht,
eine Vielzahl von Kartongrößen, d.h.
im Querschnitt und in der Form, zu verarbeiten. Es ist offensichtlich,
daß die
vorliegende Verpackungsmaschine 10 zum Verpacken des Produkts
in im Querschnitt quadratische und nicht quadratische, rechteckige
Kartons verwendet werden kann, aber auch für andere Kartons, z.B. für Kartons
in einer achteckigen Form.
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Aufgrund
der bevorzugten modularen Konstruktionsweise der Maschine 10 kann
der Rahmen 156 der Maschine 10 zudem herum konstruiert
werden und Seitenplatten 160 (1 und 3)
beinhalten, in denen und auf denen die verschiedenen Stationen angebracht
sind. Dies erleichtert die Modularität der Maschine 10,
während
die gesamte Größe und Konfiguration
der Antriebsanordnung 148 konstant bleibt. Die Möglichkeit,
Seitenplatten 160 als prinzipielle Unterstützung der
Antriebsanordnung 148 zu verwenden, kann auch verwendet
werden, um das Schaffen einer kontrollierten hygienischen Umgebung
der Maschine 10 bei der Verarbeitung von Lebensmitteln
zu erleichtern.
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Die
vorliegende Verpackungsmaschine 10 enthält verschiedene neue Merkmale,
die gegenüber bekannten,
konventionellen Verpackungsmaschinen viele Vorteile bieten. Neben
den oben genannten Vorteilen wird der Fachmann bemerken, daß die vorliegende
Verpackungsmaschine 10 einen erhöhten Durchsatz erreicht, indem
beispielsweise gleichzeitig eine Mehrzahl von Kartons geformt, gefüllt und
verschlossen wird. Dieses "parallele" Verarbeiten wie
in der dargestellten Maschine 10, die fünf Kartons C in jeder Station
bearbeitet, beispielhaft illustriert, erhöht die Zahl der bearbeiteten
Kartons an jeder Station, was den Maschinendurchsatz erhöht. Außerdem ermöglicht die
neue Konstruktion der vorliegenden Verpackungsmaschine 10 einen
erhöhten
Durchsatz bei der gleichen oder einer geringeren Maschinengeschwindigkeit.
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Obwohl
die vorliegende Form-, Füll-
und Verschließmaschine
mit Bezug auf die Verwendung eines Vakuums, um die Kartons in den
verschieden Station in der richtigen Position zu halten, beschrieben
wurde, ist es für
Fachmann offensichtlich, daß die
vorliegende Hohlraumstangenanordnung auch mit konventionelle ren
Konfigurationen mit Dornenanordnungen verwendet werden kann. Die
Verwendung von konventionellen Hülsenaufnahmedornen
zum Stützen
der Kartons während
des Aufrichtens ist im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
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Aus
der voranstehenden Beschreibung ist klar, daß viele Modifikationen und
Variationen vorgenommen werden können,
ohne daß es
zu einer Abweichung vom Umfang und der Neuheit der Erfindung kommt.
Es ist auch offensichtlich, daß keine
Beschränkung
auf die dargestellten Ausführungsformen beabsichtigt
ist oder daß ein
solcher Schluß gezogen werden
soll. Die Beschreibung soll durch die beigefügten Ansprüche alle Modifikationen, die
in den Umfang der Ansprüche
fallen, abdecken.