Verfahren und Vorrichtung zum Verpacken von flüssigen bis pastenförmigen Stoffen in
Kunststoffbehältern
Es sind bereits Verfahren bekannt, um in nahtlose oder geschweisste Schläuche aus Kunststoff flüssige oder pastenförmige Stoffe eillzufüllen und alsdann diese gefüllten Schläuche durch abteilweises örtliches Zusam menquetschen in vorbestimmten Abständen und Verschweissen der Schlauchwandungen an dieser Stelle in einzelne Behälter zu unter leilen, welche mit dem eingefüllten Gut ausgefüllt sind.
Dieses an und für sich einfache Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es nicht möglich ist, hierbei die Füllgutmenge in den einzelnen Behältern in einem vorbestimmten Ausmass zu halten bzw. alle Behäl- ter hunter sich gleich gross zu maehen. Ausser- dem ist die praktische Durchführung des Verfahrens trotz seiner Einfachheit an die Verwen- dung mehrerer Apparate und Vorrichtungen zum Unterteilen, Verschweissen und Schluss- endliehem Voneinandertrennen der Behälter gebunden, wobei auch mehrere Arbeitskräfte zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt werden müssen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verpaeken von flüssigen bis pastenförmigen Stof fen in Kunststoffbehältern aus Kunststofffolien unter Anwendung der Hochfrequenz- schweissung und bei gleichzeitiger Bildung einer Vielzahl von Einzelpackungen zwischen zwei als Matrizen für die Packungen ausge bildeten Pressorganen. Das Verfahren ist gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass man zwei aufeinanderliegende Folien zwischen zwei rahmenartigen Pressorganen flüssigkeitsdicht einklemmt und innerhalb derselben zwei gegeneinander be vegliehe,
gitterartig als Matrizen für die herzustellende Packungsgruppe ausgebildete Hoehfrequenzelektroden derart gegenüber- stellt, dass der Abstand der beiderseitigen Schweisskanten nur noch klein im Vergleich zur Dicke der herzustellenden Einzelpackungen ist, danach das Füllgut unter einem solchen Druck zwischen die Folien hineinpresst, dass der hydraulische Druck die Folien bis zum Anliegen in die Matrizenhohlräume der Elektroden verstreckt, und anschliessend die beiden Elektroden über den verbliebenen geringen Abstand der Schweisskanten zusam menführt, bis die Folieninnenwandungen zwischen diesen Kanten sich berühren und mittels der unter Hochfrequenzspannung gesetzten Elektroden miteinander verschweisst werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemässen Vorrichtung lässt sich die Dosierung des in jeden Behälter eingefüllten Füllgutes im vorbestimmten Ausmasse genau einhalten, wobei das Bilden und Füllen des Behälters in ein-und derselben Vorrichtung vorgenommen werden kann, und zwar nöti- genfalls auch einsehliesslieh des Voneinandertrennens der einzelnen Behälter im Falle der gleichzeitigen Herstellung mehrerer unmittel- bar aneinandergereihter Behälter.
zum Beispiel können als Trennmittel Scherelektroden verwendet werden, indem etwa die Rahmen- leisten unmittelbar mit mittleren Seherelek- trodenkanten versehen sind, so dass zugleich mit dem Verschweissen der Folien in den Randzonen das Durchtrennen in diesen Zonen erfolgt.
Jedoch können die Rahmenleisten auch mit mechanisch schneidenden Trennmitteln versehen sein, welche unabhängig vom Eigentlichen Sehweissvorgang das Durchtren- nen der Folien in der Randzone vornehmen, wobei zweekmässig die Trennmittel derart gesteuert sind, dass das Trennen benachbarter Behälter voneinander frühestens während des Sehweissvorganges, jedoch vor dem Freigeben der Behälter durch das Voneinanderwegbewe- gen der Elektroden erfolgt.
Bei geeigneter Wahl des Werkstoffes für die die Begrenzungsfläche bildenden Teile der Elektroden ist auch die Verpackung dielek trisch ungünstiger Füllgüter, wie z. B. gra phitierter Öle, trotz Verwendung von Elektroden ohne Schwierigkeiten möglich.
Es ist bei einem Verfahrensbeispiel mög- lieh, aueh Kunststoffhartfolien zn verwenden, wenn diese Folien spätestens während des Einfüllens des Füllgutes durch Erwärmen in einen verformbaren plastischen Zustand über- führbar sind und alsdann in diesem verformt werden. Zum entsprechenden Erwärmen der Folien kann man sieh z. B. der Hochfrequenz- erwärmung bedienen bzw. im Falle des Einfüllens von erhitztem Füllgut dieses in genü- gend heissem Zustande zwischen die Folien einpressen, wobei mit dem Füllvorgang zu- gleich die Verformung der Folien und Bildung des Behälters herbeigeführt wird.
Die Folien können jedoch aueh-bereits vor Einfüllen des Gutes mittels eines erhitzten Mediums erwärmt werden. Hierzu kann z. B. ein erhitztes oder gasförmiges bis flüssiges Medium Verwendung finden, welches z. B. zwi schleu die in die Vorrichtung eingelegten Folien eingepresst wird. In diesem Falle sowie im Falle der Verformung der Folien durch unmittelbares Einpressen von heissem Füllgut muss dafür gesorgt werden, dass sich zwischen den Folien und den Begrenzungsflächen nicht Lufteinsehlüsse bilden, welche das Volumen des Behälters herabmindern könnten. Es ist daher zweckmässig in die Be grenzungsfläehen mindestens je einen Kanal münden zu lassen, der entweder ins Freie oder zu einer Evakuiervorrichtung führt.
In letzterem Falle kann das Erhitzen der Folien mittels eines druch diese Kanäle zu- und abgeleiteten Mediums erlolgen, wobei während der Verformung das Medium einem Unterdruck ausgesetzt wird. Eventuell können auch Hartfolien mit geringem Weiehmachergehalt Verwendung finden, um die Verformung etwas zu erleichtern. Die Verwendung von Hartfolien mit oder ohne Weiehmaehergehalt ist besonders für die Verpakcuntg empfindlicher Füllgüter vorteilhaft, wie Lebensmittel, insbesondere Gewürze, Öle und dergleichen.
An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Sekrechten Mittellängs- schnitt durch eine Vorrichtung zum Verpacken von flüssigen bis pastenförmigen Stoffen.
Fig. 2 zeigt ein Steuerdiagramm für diese Vorrichtung.
Nicht näher dargestellte und erläuterte Teile sind an sich bekannt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Vorrichtung zwei als Stempel a, bzw. a2 ausgebildete Hochfrequenzelektroden auf, welche längsversehiebbar in je einem kappenförmigen Gehäuseteil bl bzw. b2 gelagert sind, die rahmenartige Pressorgane bilden.
Diese Gehäuse- kappen bl, b2 sind an den einander zuge kehrten Seiten offen und sind an den miteinander abgekehrten Böden mit je einer zen- tralen Bohrung versehen, durch welche je eine Stange cl bzw. c2 durchgeführt ist, wel che am zugehörigen Stempel a, bzw. a sitzt.
Mit einer nicht dargestellten Antriebseinrich- tung können die Stangen cl und c2 und damit die Stempel gegeneinander zu-und voneinder wegbewegt werden. Analog sind die beiden Gehäusekappen b, und b2 mit einer nicht largestellten Antriebseinrichtung gekuppelt, welche ebenfalls ein Aufeinanderzu-bzw. Voneinanderwegbewegen der Gehäusekappen bl, b2. unabhängig von den Stempelbewegungen, ermöglichen.
Die Alantelränder der Gehäusekappen bl, b, sind an der in Fig. 1 linksseitig darge stellten Einfüllstelle mit halbrunden Ausnehmungen, zur Bildung einer Einlassöffnung d, versehen.
Die Stempel a1, a2 weisen auf den einander zugekehrten Seiten eine Reihe von in ihrer Cresamtheit je einen zusammenhängen- den Rahmenrost bildenden Leisten e., bzw. e2 auf, welche mindestens in einer Richtung aneinandergereihte Felder umrahmen, wobei in jedem Feld je ein Einsatzstück fl bzw. J2 in die Stempel al bzw. a2 eingesetzt ist. Die Einsatzstücke bestehen aus dielektrischem lIaterial. Die Einsatztücke f1, f2 und die Rahmenleisten el, e2 liegen einander in der Versehieberiehtung der Stempel paarweise unmittelbar gegenüber.
Die Einsatzstüeke fl, f weisen an den einander gegenüberliegenden Seiten nach. einwärts gewölbte Begrenzungs flächen gl bzw. g2 auf, welche zusammen mit den sie ringsumgebenden Rahmenleisten el bzw. e2 die Aussenkonturen je eines der zu bildenden Behälter umgrenzen.
Von je zwei an der Bildung des gleichen Behälters beteiligten Einsatzstücken f1, f2 ist mindestens ein Einsatzstüek, wie dies für das in Fig. 1 links oben liegende Einsatzstüek f1 dargestellt ist, zum Teil als federnder Puffer h ausgebildet, der also auf der einen Seite an der Bildung der Begrenzungsfläche gl, und zwar in deren mittleren Teil, beteiligt ist und auf der andern Seite unter dem Einfluss einer mit vorbestimmter Druckspannung eingesetzten Pufferfeder i steht, die anderseits gegen einen in den Boden des Stempels cbl eingeschraub- en Deekel abgestützt ist. Es ist zweckmässig, die Vorspannung der Pufferfedern i verstell- bar vorzusehen, z.
B. dergestalt, dass der ge nannte Deckel mehr oder weniger tief in den Stempelboden einschraubbar und in versehiedenen Lagen feststellbar ist. Die Rahmenleisten el, e2 sind auf den einander gegenseitig zugekehrten Seiten mit Ausnehmungen 7, 1 bzw. As versehen, welche sich über die ganze Länge der betr. Rahmenleisten erstrecken.
In den Ausnehmungen ksi sind Messer m angeordnet, welche in der Stempelverschieberieh- tung relativ zum Stempel beweglich sind und von einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung derart bewegt werden können, dass ihre Schneiden bis in die Aussparungen k2 der gegenüberliegenden Rahmenleisten hineinpressbar sind, wenn die Stempel Ci und a2 bis in ihre noch zu erläuternde Endlage aufeinander zu bewegt worden sind.
Die Vorrichtung weist ferner eine der Ein lassöffnung d zugeordnete Fülldüse n auf, die winkelrecht zur Versehieberiehtung der Gehäuskeppen b1 b2 verschiebbar ist und mittels einer Fülleitung o an den nicht dargestellten Füllgutsammelbehälter angeschlossen ist.
Von dieser Füllgutleitung zweigt in unmittelbarer Nähe der Auslassöffnung eine Rüeklaufleitung p unter Zwischenschaltung eines federbelasteten Überdruckventils q ab, welche in den Füllgutsammelbehälter zurückgeführt ist und dazu dient, übersehüssige Füllstoffe in den Sammelbehälter zurückzu- befördern.
In die Begrenzungsfläehe gl, g2 mündet je ein Kanal ri bzw. r2 bzw. s, welcher für die Durchleitung eines gasförmigen Mediums bestimmt ist und welcher anderseits an den Raum t, bzw. t2 zwischen dem betreffenden Stempel a1, a2 und dem Boden der zugehöri- gen Gehäusekappe b, bzw. b2 angeschlossen ist. Der Kappenboden ist seinerseits durch je einen Kanal ul bzw. u durchbrochen, der im vorliegenden Falle ins Freie mündet, aber auch so ausgebildet sein kann, dass er an eine Leitung auschliessbar ist, die z. B. wahlweise mit einem Evaquator und mit einer Druckluftquelle verbunden werden kann.
Unter Umständen ist es zweckmässig, den untern Kanal u2 wahlweise ins Freie mündend und an die Druckluftquelle anschliessbar auszubilden, um, wie später noch erläutert werden wird, ein selbsttätiges Ausstossen der gebildeten und gefüllten Behälter durchfüh- ren zu können.
Zum Gebrauch werden die Stempel a1, a2 und die Gehäusekappen bl, b2 in einem vor- bestimmten Ausmass so weit voneinander bewegt, dass der Zwisehenraum zum Einlegen der als Verpaekungsmaterial vorgesehenen Folien vl und v2 ausreicht. Die Folien v, und '2 bestehen aus einem mindestens im er wärmten Zustande plastisch verformbaren Kunststoff. Je nach Bedarf können zwei be züglich der Dieke, der Härte, der Färbung, der Lichtdurehlassfähigkeit und der Oberflä- chenbeschaffenheit (z.
B. Narbung) mindestens in einem dieser Merkmale unterschied- liche, dicht aneinanderliegende Folien vl, v2 verwendet werden. Beim Einlegen der Folien ist darauf zu achten, dass etwaige Luftein- schlüsse zwischen ihnen beseitigt werden. Das kann in einfacher Weise beim mechanischen Einführen der beiden Folien zwischen die Ge häusekappen bl, b2 erzielt werden, indem in der Einführimgsrichtung gesehen vor diesen Gehäusekappen ein Abquetsehwalzenpaar gesehaltet ist, durch welches die Folien aufeinanderliegend gemeinsam hindurchgeführt werden.
Hierbei pressen die Walzen die Folien federnd so stark gegeneinander, dass etwaige Lufteinschlüsse zurückbehalten und also die Folien in dieht aufeinanderliegender Stellung zwischen die Gehäusekappen gelangen.
Alsdann werden die Gehäusekappen b1, b2 und die Stempel ai, a2 mittels der genannten Antriebseinriehtungen bis in die in Fig. 1 dargestellte Lage aufeinander zu bewegt. In dieser Lage sind die beiden Folien vl, v2 unmittelbar ausserhalb der Stempel al, a2 durch die Mantelränder der Gehäusekappen bl, b ringsum dicht und reibungsschlüssig gegen- einandergepresst. Der Abstand der beiderseitigen Schweisskanten bl,
b2 ist nur noch klein im Verglich zur Dicke der herzustellenden Einzelpaekungen. Lediglich im Bereich der Einlassöffnung ld weisen die Folien einen entsprechenden Zwisehenraum gegenüber den Mantelrändern auf. Nun wird die Einfüll- düse n mitsamt den Leitungen o, p zwischen den Folien vl, t's und unter Zwischenklemmen dieser Folien dichtend an die Einlassöff- nung d herangeschoben. Um einen dichten Sehluss zu erreichen, sind diese Einlassöff- nung und die Düse konisch ausgebildet.
Nun wird durch die Leitung o unter Druck flüssi- ges bis pastenförmiges Füllgut eingepresst, was zur Folge hat, dass die beiden Folien in ihrem ganzen Bereich innerhalb der Mantelränder der Gehäusekappen bl, b2 auseinandergetrieben werden. Hierbei legen sich vorerst die Folien im Bereich der Randzone der einzel- nen zu bildenden Behälter an die Rahmenleisten el, 63 an und werden durch diese daher im vorbestimmten Abstand voneinander abgestützt.
Innerhalb dieser Randzonen werden dagegen die Folien bis zur Anlage an den beiderseitigen, die Behältergestalt bestimmenden Begrenzungsflächen gl, g2 auseinandergetrieben, wobei die zwischen den Folien und diesen Begrenzungsflächen befindliehe Luft durch die Kanäle rl, r2 bzw. s in die Räume tl, t2 und von diesen durch die Durchbre ehungen ul, u2 ins Freie entweichen können.
Sobald die Folien an den Begrenzungsflächen ssi, g2 anliegen, ist der Einfüllvorgang been det. Nunmehr werden die Stempel ai, a2 mittels der Stangen cl, c2 durch die betreffende Antriebseinrichtung in gleichem Ausmass bis zum völligen Aneinanderpressen der Folie in den Randzonen aufeinander zu bewegt.
Hierbei wird das gegenüber dem vorbestimmten Inhalt der Behälter übersehüssige Füllgut durch die Einlassöffnung d und die Düse n wieder herausgequetscht, wobei der Druck in der Zuleitung o bis zur Auslösung des Über- druckventils q ansteigt, so dass das zurückge- förderte Gut durch die Rüeklaufleitung e in den Sammelbehälter aurückgeführt wird. Die Rahmenleisten el und e2 verhindern nun durch das feste Zusammenhalten der beiden Folien in den Randzonen jedes weitere Herauspqetschen von Füllgut.
Nunmehr werden die Stempel a1, a2 unter Hoehfrequenzspannung gesetzt und alsdann unter weiterem Aufeinanderzubewegen die Folien mittels der Rahmenleisten el, e2 in den Randzonen miteinander-verschweisst. Bei diesem Aufeinanderzubewegen der Stempel a1, a2 ist infolge des Gegeneinanderpressens der Folien in den Randzonen ein weiteres Herausquetschen von Füllgut ausgeschlossen.
Jedoch sind die Pufferfedern i in ihrer Vorspannung derart bemessen, dass die Puffer h genügend naehgeben können, um als Kompen- sation fUr die mit dem Schweissvorgang ver bundene Volumenverdrängung ein entsprecliendes elastisches Nachgeben zu ermögliehen, wobei die Folien im Bereich der auf die Puf- fer h entfallenden Teile der Begrenzungsflä- ehe ssi eine entsprechende Formänderung errahren.
Es steht nichts im Wege, die Gehäusekap- pen nul, bu als zusätzliche Elektroden auszubilden, so dass ihre Mantelränder, abgesehen on dem Bereich der Einlassöffnung d, an der Schweissung in den äussersten Randzonen der Behälter beteiligt sind.
Es steht auch nichts im Wege, mindestens eine der Begrenzungsflächen gl, g2 für jeden Behälter mit Prägezeiclien zu versehen, so dass die anliegende Folie spätestens während des Sehweissvorganges mit einer entsprechen- den Prägung versehen wird, welche beliebige, den Verwendungszweck des Füllgntes oder dessen Beschaffenheit betreffende Angaben aufweisen kann, einschliesslich etwaiger Mar- kenzeichen und Herkunftsangaben.
Ansehliessend wird die Einrichtung zum Antrieb der Trennmittel betätigt, wodurch die Messer m die Randzonen in ihrem mittleren Teil durchtrennen. Wenn sämtliehe Rahmen- leisten e1, e2 mit Trennmitteln versehen und diese Trennmittel alle betätigt werden, dann werden alle Behälter voneinander getrennt.
In diesem Falle empfiehlt es sieh, zum schnel- len l-Ierausnehmen der fertigen Behälter eine Einrielitung zum selbsttätigen Auswerfen vor- zusehen, welche nach dem nun anschliessenden Wiedervoneinanderwegbewegen der Stempel a1, a2 und Gehäusekappen b1, b2 in die Aus gangslage in Tätigkeit tritt. Hierzu dient die bereits erwähnte Druckluftquelle, welche zu diesem Zweeke an den Kanal 82 angesehlossen wird, wonach ein Druckluftstoss genügt, um durch die Kanäle r2 hindurch die Behälter aus den Einsatzstücken f2 herauszubefördern.
Es kann jedoch unter Umständen vorteilhafter sein, die fertigen Behälter nicht einzeln, sondern gruppenweise voneinander zu trennen, indem vorzugsweise lediglich in einer Richtung hintereinanderliegende Rahmenleisten el, e2 mit Trennmitteln versehen sind bzw. nur diese Trennmittel betätigt werden.
Es entstehen dann, wenn in der winkelrecht dazu liegenden waagreehten Richtung noch eine Reihe von aneinandergereihten Behältern gebildet sind, in dieser Richtung aneinanderhängende Ketten von Behältern, und es genügt dann, die Endränder dieser Ketten zu erfassen, z. B. mit einer Greifervorrichtung und durch entsprechende Bewegungen, die Ketten einzeln aus den Einsatzstücken f2 herauszuheben.
Es sind ferner Steuermittel zum gegen- seitigen Versehieben sowohl der Stempel als auch der Gehäusekappen, ferner zum Heranführen und Wiederzurückführen der Einfüll- düse, sowie zum Ein-und Aussehalten des Sehweissstromes und eventuell zum selbsttäti- gen Auswerfen der fertigen Behälter wie auch zum Einführen der Folien zwischen die Elektroden und zum Bewegen mechanisch ge steuerter Greifer, zum Fassen und schritt- weisen Fortschalten der Folien vorgesehen,
und zwar in einer die einzelnen Verfahrensschritte automatisch in der vorbestimmten Reihenfolge periodisch fortlaufend herbeifüh- renden Weise.
Ein diesbezügliches Steuerdiagramm ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Hierin bedeuten die Bezugszeichen : I das Einlegen bzw. Einziehen und Heraus nehmen der Folien ;
II das Bewegen der Gehäusekappen bl, b2 ;
III das Heranführen und Wiederzurüekfüh ren der Fülldüse n ;
IV den Füllvorgang ;
V das Bewegen der Stempel ai, a2 ;
VI das Schliessen und Öffnen des Hochfre- quenzstromes ; VII das Bewegen der Trennwerkzeuge m.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, beginnt das Arbeitsspiel mit dem Einlegen der Folien entsprechend dem Kreisbogenstüek 1-2 auf der Kreislinie I. Als nächster Vorgang folgt das Aufeinanderzubewegen des Gehäusekap- pen bl, b2, entsprechend dem Bogenstüek 1-2 auf der Kreislinie II. Gleichzeitig mit diesem Vorgang erfolgt das Aufeinanderzu- bewegen der Stempel a1, a2 in die in Fig. 1 dargestellte Füllstellung, entsprechend dem Bogenstüek l-2 auf der Kreislinie V.
Alsdann wird die Fülldüse n an die Einlassöff- nung d der Gehäusekappe bl, b2 herangescho- ben, entsprechend dem Bogenstüek 1-2 der Kreislinie III. Anschliessend erfolgt das Füllen entsprechend dem Bogenstüek 1-2 der Kreislinie IV. Nun werden die Stempel al, a2 bis zum Zwischenklemmen der Folien aufeinander zu bewegt, entsprechend dem Bogenstüek 3-t der Kreislinie V. Alsdann wird die Fülldüse n zurückgeschoben, entsprechend dem Bogenstüek 34 der Kreislinie III.
Gleichzeitig mit diesem Vorgang können die Gehäusekappen bl, b2 um ein geringes Mass voneinander entfernt werden. Da dieser Ver fahrenssehritt fakultativ ist, ist das betreffende Bogenstüek in gebrochenen Linien dargestellt. Nun erfolgt das Schweissen entspreehend dem Bogenstüek 1-2 der Kreislinie VI. Anschliessend wird die Trenneinriehtung betätigt, entspreehend dem Bogenstüek 1-2 der Kreislinie VII.
Dann werden sowohl die Stempel ceci, a2 als auch die Gehäusekappen bl, b2 bis in die Ausgangslage voneinander weg bewegt, entsprechend den Bogenstüeken 5-6 der Kreislinie II bzw. V. Alsdann werden die fertigen Behälter bzw. Behälterketten entnommen oder ausgeworfen, entsprechend dem Bogenstüek 3-1 der Kreislinie I.
Durch den als Eventualmassnahme er wähnten Arbeitssehritt 3-4 der Kreislinie II wird vermieden, dass die Mantelränder der Gehäusekappen bi, b2 am Schweissvorgang beteiligt werden, indem durch ein gering fügiges Voneinanderbewegen der Gehäuse- kappen bl, b2 ihre Mantelränder ausser Kontakt mit den Folien gelangen. Hierdurch kann an Schweissenergie gespart werden. Dasselbe kann jedoch auch erreicht werden, wenn die Gehäusekappen bl, b aus einem elektrisch nicht leitenden Stoff hergestellt sind.