DE10126740C1

DE10126740C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen quaderförmiger gefüllter Packungen aus kontinuierlich zugeführtem Packstoff

Info

Publication number: DE10126740C1
Application number: DE10126740A
Authority: DE
Inventors: Franz Hirsch
Original assignee: SIG Combibloc Systems GmbH
Current assignee: SIG Combibloc Systems GmbH
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2021-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von quaderförmigen gefüllten Packungen aus kontinuierlich zugeführtem Packstoff als Materialbahn aus Verbundmaterial. Das Herstellen der Packungen erfolgt unter Beibehaltung von optimal ausgeformten Kanten und ohne Spannungen im Packstoff mit den folgenden Schritten: Bilden eines Kantenschutzes an der Materialbahn (1), Einschneiden und Vorfalten der Materialbahn (1) zur Bildung von Nutlinien unter Erhalt der Materialbahn (1), Formen eines Schlauchs (8) um ein Füllrohr (7) herum, Bilden eines Packungsmantels (9) durch Versiegeln der Längsnaht, gleichzeitiges Versiegeln einer Bodennaht (10) des Packungsmantels (9) und einer Giebelnaht (11) der benachbarten bereits gefüllten Packung (9'), Füllen des mit der Bodennaht (10) versehenen Packungsmantels (9), Trennen der gefüllten und verschlossenen Packung (9') von der Materialbahn (1) und Ausformen des Packungsbodens und Anlegen der Packungsohren in einer Endausformeinheit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von quaderförmigen gefüllten Packungen aus kontinuierlich als Materialbahn aus Verbundmaterial zugeführtem Packstoff.

Packungen aus Verbundmaterial, insbesondere Flachgiebelverbundpackungen, sind in vielfacher Form bekannt. Sie finden vornehmlich auf dem Gebiet der Flüssigkeitsverpackung im Zusammenhang mit Kalt-, Kalt- Steril-, Heiß- und aseptischer Füllung Verwendung. Zu ihrer Herstellung gibt es unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen.

Bekannt sind Füllmaschinen, bei denen in einem separaten Prozess hergestellte und vereinzelte Packungsmäntel als Ausgangsmaterial durch Auffalten, Bodenversiegelung, Füllen und Giebelversiegelung zu fertigen Packungen verarbeitet werden.

Des weiteren sind Füllmaschinen bekannt, bei denen das Ausgangsmaterial als aufgetrommelte Materialbahn angeliefert wird und innerhalb der Füllmaschine zu einem Schlauch zusammengefügt wird. Dieser Schlauch wird mit dem Füllgut gefüllt und es werden durch Quernahtbildung und Vereinzelung Packungen hergestellt (z. B. DE-AS 11 46 431). Obwohl die Herstellung aus einer zusammenhängenden Materialbahn viele Vorteile hat, ist bei diesem Herstellungsverfahren nachteilig, dass die Packungskanten nicht optimal ausgeformt werden können und dass bei der Schlauchformung Spannungen im Packstoff entstehen.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte und zuvor näher beschriebe Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Herstellen der quaderförmigen gefüllten Packungen so auszugestalten und weiterzubilden, dass die Herstellung kostengünstig, unter Bildung von optimal ausgeformten Kanten und ohne Spannungen im Packstoff erfolgen kann. Darüber hinaus ist auch die Möglichkeit einer Befüllung mit stückigem Gut erwünscht.

Bezüglich des Verfahrens zum Herstellen von solchen quaderförmigen gefüllten Packungen wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale von Patentanspruch 8 gelöst. Mit der Erfindung wird es möglich, den Schlauch bei ausgeformten Kanten spannungsfrei und damit materialschonend zusammenzufügen. Gleichzeitig wird das Füllen der Packungen mit stückigem Gut ermöglicht.

Packstoff aus Verbundmaterial wird einer Füllmaschine als Materialbahn entweder aufgetrommelt oder "zick-zack- förmig" gefaltet zugeführt. Für die Haltbarkeit des Produkts und die Hygiene der Packung ist es notwendig, den innerhalb der späteren Packung liegenden Teil einer durch das Zusammenfügen des Packstoffs entstehenden Naht, wie z. B. aus der EP 1 013 411 A1 bekannt, mit einem Kantenschutz zu schützen. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Kantenschutz ein Kantenschutzstreifen auf die Packstoffkanten an der späteren Innenseite der noch auszuformenden Packung aufgesiegelt wird. Es ist jedoch auch möglich, wie aus der EP 0 179 240 A2 bekannt, als Kantenschutz eine umgelegte Stegnaht zu verwenden. Um ein starkes Hervortreten der Naht aus der Packung zu vermeiden, kann die Stegnaht durch Materialaussparung dünner ausgestaltet werden, indem die oberen Materialschichten des Verbundmaterials abgeschält werden, weshalb in diesem Zusammenhang auch von einer geschälten Naht gesprochen wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereich der späteren Öffnungszone ein Schwächungsbereich in die Materialbahn eingebracht wird. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass auf den Schwächungsbereich, wie ebenfalls an sich bekannt (WO 00/06 369 A1, WO 97/16 302 A1), ein Ausgießer appliziert wird.

Des weiteren kann die Materialbahn zum Vorfalten und an sich aus der DD 24 705 bekannten Einschneiden des Packstoffs zwischen mindestens zwei Faltwerkzeugen eingespannt werden. Nach dem Einspannen wird die Materialbahn in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an beiden Seiten der Materialbahn bis zu schon vorgeprägten inneren Längsnutlinien eingeschnitten. Gleichzeitig werden ebenfalls vorgeprägte Quernutlinien vorgebrochen und die Längsnutlinien scharfkantig vorgefaltet. Die zusammenhängende Materialbahn bleibt dabei erhalten. Auf diese Weise wird ein späteres spannungsfreies Zusammenfügen der Materialbahn zu einem Schlauch auf kleinem Bauraum ermöglicht.

Vor dem Zusammenfügen der Materialbahn zu einem Schlauch und dem Füllen der Packung kann eine Sterilisation mittels H₂O₂ stattfinden. Die Sterilisation erfolgt entweder in einem Tauchbad oder durch Einsprühen. Anschließend wird die Materialbahn getrocknet.

Die Herstellung des Schlauchs kann durch Herumlegen der eingeschnittenen und vorgefalteten Materialbahn um ein Füllrohr erfolgen. Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Mantel um das Füllrohr durch eine außenliegende Tasche geformt wird. Es entsteht ein Schlauch, der aus einzelnen rechteckförmig aufgefalteten im Packungsbodenbereich und -giebelbereich und in der Längsnaht offenen Packungsmänteln besteht. Das Formen kann wahlweise so erfolgen, dass die entstehende Längsnaht als Eck- oder Mittelnaht ausgeprägt ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die die Längsnaht bildenden Kanten der Materialbahn im Anschluss an das Zusammenfügen des Schlauchs mit Heißluft aktiviert und verpresst werden. Auf diese Weise entsteht um das Füllrohr herum ein Packungsmantel, der immer noch mit dem benachbarten Packungsmänteln verbunden ist.

Um ein Füllen der späteren Packung durchführen zu können, muss der Packungsboden versiegelt werden. Dies kann zweckmäßigerweise in Kombination mit dem Versiegeln des Packungsgiebels der sich unter dem im Boden offenen Packungsmantel befindlichen, bereits gefüllten, vorangegangenen Packung erfolgen. Hierfür sieht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Versiegelung von Bodennaht und Giebelnaht mittels Ultraschallschweißen erfolgt.

Im Anschluss an das Versiegeln des Packungsbodens kann das Füllen des im Packungsboden verschlossenen Packungsmantels erfolgen. Das Füllen muss möglichst schaumfrei durchgeführt werden.

Im Anschluss an das Füllen und Verschließen müssen die fertigen Packungen nach einer Haltezeit durch Abtrennen von der Materialbahn vereinzelt werden. Die vereinzelten Packungen werden in einer Endausformstation quaderförmig ausgestaltet. Hierbei wird der Packungsboden ausgeformt und werden die Packungsohren angelegt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine Speichereinheit zur Aufnahme der aufgetrommelten oder gefalteten Materialbahn als Materialzufuhrspeicher in einer Materialaufgabezone. Von hier aus wird die Materialbahn der Vorrichtung zugeführt. Der Transport der Materialbahn erfolgt mit einer für sich bekannten Transporteinrichtung.

Die Vorrichtung beinhaltet bevorzugt des weiteren eine Einheit zum Einbringen des Schwächungsbereichs in die Materialbahn. Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung sieht ein Werkzeug zum Herstellen eines Schwächungsbereichs in der Materialbahn vor. Bei dem Werkzeug kann es sich beispielsweise um ein Stanzwerkzeug oder einen Laser handeln. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung stellt eine Aufsetzeinheit zum Applizieren eines Ausgießelements auf den Schwächungsbereich dar.

Das Formen der späteren Packungsmäntel wird in einer Schneid- und Falteinheit vorbereitet. Besonders günstig ist es, zum Einspannen der Materialbahn mindestens zwei Faltwerkzeuge für das Einschneiden und das Vorfalten der Materialbahn einzusetzen. Mit ihnen wird es möglich, die auf die Materialbahn aufgebrachten Falze vorzubrechen.

Des weiteren kann es zweckmäßig sein, dass ein Sterilisationsbereich vorhanden ist, in dem ein als Tauchbad oder Sprühvorrichtung ausgebildeter Sterilisator zur Sterilisation mit H₂O₂ vor dem Füllen der Packung vorhanden ist. Nachgeschaltet daran ist eine Trocknungszone. Mit dem Sterilisationsbereich beginnt der aseptische Bereich der Vorrichtung.

Anschließend wird die Materialbahn in der Schlauchbildungseinheit um das Füllrohr herumgelegt. Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht Taschen zum Ausformen des Schlauches um das Füllrohr herum vor. Diese Taschen können beispielsweise auf einem Endlosband angeordnet sein. Des weiteren ist es zweckmäßig, dass die Taschen mit Greifvorrichtungen versehen sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Saugnäpfe handeln.

In einer Aktivierungseinheit werden die Längskanten, bevorzugt mit Heißluft aktiviert und anschließend in einer Verpresseinheit verpresst. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet Verpressrollen zum Verschließen der Längsnaht. Besonders zweckmäßig ist es, wenn mindestens eine Verpressrolle an der Außenseite des Füllrohrs angeordnet ist.

Vor dem Befüllen ist es notwendig, den Packungsboden zu verschließen. Hierfür wird eine Versiegelungseinheit verwendet. In ihr werden gleichzeitig die Bodennaht des ungefüllten Packungsmantels und die Giebelnaht der bereits gefüllten, vorangegangenen Packung versiegelt. Das Versiegeln der Nähte erfolgt bevorzugt mittels einer Ultraschallschweißeinheit.

Nach einer Haltephase werden die gefüllten und versiegelten Packungen in einer Vereinzelungseinheit von der Materialbahn abgetrennt. Anschließend wird in einer Endausformeinheit die quaderförmige Form der Packung hergestellt. Zur Reduzierung der Größe des aseptischen Bereichs kann sich die Endausformeinheit außerhalb des aseptischen Bereichs befinden. Der aseptische Bereich kann damit nach dem Versiegeln der gefüllten Packung enden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Seitenansicht,

Fig. 2 eine Draufsicht der Materialbahn vor dem Eintritt in den aseptischen Bereich,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Packungsausform- und Abfüllbereichs und

Fig. 4A, 4B, 4C vergrößerte Darstellungen des Versiegelungsbereiches.

In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Seitenansicht dargestellt. Eine anfänglich aufgetrommelte (oder gefaltete, wie strichpunktiert angedeutet) Materialbahn 1 wird in einer ersten Zone A der Vorrichtung zugeführt. Als erster Prozessschritt wird in einer zweiten Zone B ein Schwächungsbereich 2 mit einem nicht dargestellten Werkzeug in die Materialbahn 1 eingebracht. Anschließend wird der nicht dargestellte Kantenschutz an einer Längsseite der Materialbahn 1 in einer weiteren Zone C eingebracht. Danach wird die Materialbahn 1 in einer sich anschließenden Zone D in (nicht dargestellte) Faltwerkzeuge eingespannt, die Materialbahn 1 bis zu den inneren Längsnutlinien 3 eingeschnitten und die nicht dargestellten Quernutlinien werden vorgebrochen.

Als nächstes werden die Längsnutlinien 3 scharfkantig vorgefaltet. Im Anschluss daran wird ein Ausgießelement 4 durch eine nicht dargestellte Aufsetzeinheit in Zone E auf den Schwächungsbereich 2 appliziert. Die Anordnung der Schwächungsbereiche 2, Längsnutlinien 3 und Ausgießelemente 4 ist in Fig. 2 dargestellt.

Die so vorbereitete Materialbahn 1 wird einer Sterilisationszone F zugeführt. Im Anschluss an die Sterilisation wird die sterile, noch feuchte Materialbahn 1 in einer Trocknungszone G getrocknet.

An die Zone G schließt sich eine Zone H an, in der die Materialbahn 1 zu einem Schlauch 8 geformt wird. Der Schlauch 8 ist in seiner Längsnaht offen. Diese wird in einer nächsten Zone I verschlossen. In einer Zone J wird der Bodenbereich des Schlauchs 8 versiegelt. Auf diese Weise wird ein im Packungsgiebel 11 offener Packungsmantel 9 hergestellt, der in einer Zone K befüllt wird. Der Packungsgiebel 11 wird versiegelt und die so hergestellte Packung 9' wird in Zone L vereinzelt und in Zone M endausgeformt.

Der eigentliche Herstellungsabschnitt ist in Fig. 3 vergrößert dargestellt. Die an den Längsnuten aufgefaltete Materialbahn 1 wird jeweils von einer Tasche 5 mit (nicht dargestellten) Greifvorrichtungen gegriffen. Die Taschen 5 befinden sich auf einem Endlosband 6. Auf einer Seite des Endlosbandes 6 ist ein Füllrohr 7 angeordnet, um das die Materialbahn 1 durch die Tasche 5 in der Schlauchbildungszone H zu einem Schlauch 8 geformt wird. In der Aktivierungs- und Verpresszone I wird die (nicht dargestellte) Längsnaht hergestellt. Die Aktivierung der Längsnaht erfolgt bevorzugt mittels Heißluft, die durch eine (nicht dargestellte) Heißlufteinheit auf die zu aktivierende Naht geleitet wird. Das Verpressen erfolgt durch (ebenfalls nicht dargestellte) Verpressrollen. Auf diese Weise wird ein in Boden und Packungsgiebel offener Packungsmantel 9 hergestellt.

In Fig. 4 ist die Versiegelungszone J (in Fig. 3 mit einem strichpunktierten Kreis versehen) vergrößert dargestellt. In ihr werden eine Bodennaht 10 des Packungsmantels 9 und eine Packungsgiebelnaht 11 der benachbarten, bereits gefüllten Packung 9' mit einer Ultraschallschweißeinheit 12 gleichzeitig versiegelt. Zum besseren Verständnis sind Amboss 12A und Sonotrode 12B in drei Stellungen dargestellt: in geöffneter Stellung, in Versiegelungsstellung und in Trennstellung. Zum Trennen wird nach einer Haltezeit in der Vereinzelungszone L ein mittig an der Sonotrode verschiebbares Trennmesser 13 verwendet, welches den versiegelten Nahtbereich zweier benachbarter Packungen durchtrennt.

Durch die Füllrohröffnung 7' wird die bereits im Bodenbereich verschlossene Packung mit einem Füllgut in der Zone K befüllt. Das Füllgut wird dem Füllrohr 7 aus einem Füllguttank 13 zugeführt, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Nach dem Versiegeln des Packungsgiebels 11 wird die gefüllte Packung 9' von der Materialbahn 1 getrennt.

In der Endausformzone M, die außerhalb des aseptischen Bereichs liegt, wird der Packungsboden der vereinzelten Packung 9' ausgeformt, ihre Packungsohren werden angelegt und auf diese Weise die fertige, quaderförmige, gefüllte Packung 9" hergestellt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von quaderförmigen gefüllten Packungen (9") aus kontinuierlich als Materialbahn (1) aus Verbundmaterial zugeführtem Packstoff mit den folgenden Schritten:

- Bilden eines Kantenschutzes an der Materialbahn (1),
- seitliches Einschneiden und Vorfalten der Materialbahn (1) zur Bildung von Nutlinien unter Erhalt der Materialbahn (1),
- Formen eines Schlauchs (8) um ein Füllrohr (7) herum,
- Bilden eines Packungsmantels (9) durch Versiegeln der Längsnaht,
- Gleichzeitiges Versiegeln einer Bodennaht (10) des Packungsmantels (9) und einer Giebelnaht (11) der vorangegangenen bereits gefüllten Packung (9'),
- Füllen des mit der Bodennaht (10) versehenen Packungsmantels (9),
- Trennen der gefüllten und verschlossenen Packung (9') von der Materialbahn (1) und
- Ausformen des Packungsbodens und Anlegen der Packungsohren in einer Endausformeinheit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kantenschutz ein Kantenschutzstreifen auf die Packstoffkante an der späteren Innenseite der noch auszuformenden Packung aufgesiegelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der späteren Öffnungszone ein Schwächungsbereich (2) in die Materialbahn (1) eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf den eingebrachten Schwächungsbereich (2) ein Ausgießelement (4) appliziert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (8) mittels einer außenliegenden Tasche (5) um ein Füllrohr (7) geformt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die längsnahtbildenen Kanten der Materialbahn (1) mit Heißluft aktiviert und miteinander verpresst werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelung der Bodennaht (10) und der Giebelnaht (11) mittels Ultraschallschweißen erfolgt.

8. Vorrichtung zum Herstellen von quaderförmigen gefüllten Packungen (9") aus kontinuierlich als Materialbahn (1) aus Verbundmaterial zugeführtem Packstoff mit Einrichtungen zum Transportieren, Formen, Füllen und Verschließen der späteren Packung, wobei die Füllvorrichtung wenigstens ein Füllrohr (7) aufweist, mit einer Einheit zum Einbringen eines Kantenschutzes, einer Schneid- und Falteinheit zum seitlichen Einschneiden und Vorfalten von Nutlinien, einer Schlauchbildungseinheit zum Formen eines Packungsmantels (9) um das Füllrohr (7) herum und zur Längsnahtherstellung, einer Versiegelungseinheit zum gleichzeitigen Versiegeln der Bodennaht (10) des ungefüllten Packungsmantels (9) und der Giebelnaht (11) einer vorangegangenen, schon gefüllten Packung (9'), einer Vereinzelungseinheit zum Trennen der gefüllten und versiegelten Packung (9') von der Materialbahn (1) und einer Endausformeinheit zum Ausformen des Packungsbodens und Anlegen der Packungsohren.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Werkzeug zum Herstellen eines Schwächungsbereichs (2) in der Materialbahn (1) .

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Aufsetzeinheit zum Applizieren eines Ausgießers (4) auf den Schwächungsbereich (2).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekenzeichnet durch eine Schneid- und Falteinheit mit mindestens zwei Faltwerkzeugen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch Taschen (5) zum Formen des Schlauches (8) um das Füllrohr (7) herum.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (5) mit Greifvorrichtungen versehen sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch Verpressrollen zum Verschließen der Längsnaht.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verpressrolle an der Außenseite des Füllrohrs (7) angeordnet ist.