DE19616990A1 - Walzensiegelvorrichtung zum Herstellen von Beutelpackungen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Walzensiegelvorrichtung zum Herstellen von Beutelpackungen aus einem siegelfähigen Packstoff, der außenseitig eine Trägerschicht und innenseitig eine Heißsiegelschicht aufweist. Bekannte Walzensiegelvorrichtungen dieser Art sind Teil von Verpackungsmaschinen zum Verpacken von kleinen Portionen von Produkten wie Tabletten, Bonbons, Riegeln, Pulver, Flüssigkeiten oder Cremes in Beutelpackungen, bei denen die Enden durch Siegelnähte verschlossen sind. Diese Beutelpackungen werden hergestellt, indem in einen Folienschlauch oder zwischen zwei endlose Folienstreifen in gleichen Abständen das zu verpackende Gut eingebracht, und die zu unterteilenden Abschnitte durch Aufbringen von Druck und Wärme im Siegelspalt zwischen den beiden Siegelwalzen miteinander verbunden werden. Die zusammenhängenden Beutelpackungen werden durch einen Schnitt in der Mitte der gebildeten Siegelnähte vereinzelt. Bei auf solchen Walzensiegelvorrichtungen hergestellten Beutelpackungen kommt es immer wieder vor, daß ein bestimmter Prozentsatz der Beutelpackungen undichte Siegelnähte aufweist. Dies rührt daher, daß infolge von Rundlaufschwankungen der Siegelwalzen, insbesondere bei der Überlagerung von Rundlauffehlern beider Siegelwalzen, die Weite des Siegelspaltes zwischen den zusammenwirkenden Siegelflächen so groß ist, daß der zum festen Verbinden der Siegelschichten der beiden aufeinandergelegten Folienbereiche erforderliche Druck nicht aufgebaut wird, oder die Weite des Siegelspalts so klein ist, daß das aufgeschmolzene Siegelmaterial aus den Nahtbereichen herausgequetscht wird. In beiden Fällen schält sich bei Druckbelastung der ein Kissen bildenden Beutelpackung die defekte Siegelnaht auf. Die Folge von Rundlauffehlern der Siegelwalzen ist weiterhin eine relativ breite Streuung der Dichtheit der Beutelpackungen infolge von nicht weiter reduzierbaren zyklischen Siegelspaltschwankungen beim Walzenumlauf. Eine mit zu engem Spalt gesiegelte Naht bedingt eine geringe Nahtfestigkeit oder führt gar zum Aufreißen der Packung unmittelbar an der inneren Nahtgrenze infolge Quetschung der Trägerfolie. Bei einer in einem weiteren Siegelspalt gesiegelten Naht tritt nur eine mangelhafte Siegelung auf, die ebenfalls schon bei geringer Druckbelastung aufbricht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Walzensiegelvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß bei kostenverträglicher Gestaltung der Siegelwalzen und deren Lagerung alle Beutelpackungen mit annähernd gleicher Dichtheit produziert werden, denn selbst bei in gewissen Grenzen auftretenden Rundlaufschwankungen stellt sich irgendwo in der Breite der Siegelnaht eine Siegelspaltweite ein, die der idealen Siegelspaltweite mit höchster Festigkeit entspricht. Infolge der stärkeren Krümmung der Umfangsfläche der Siegelwalzen stellt sich zwischen den beiden umlaufenden Siegelwalzen während des Siegelns einer Naht eine sich verändernde Siegelspaltweite ein, die in der Abwicklung einen doppelt konischen Verlauf hat, bei dem die optimals Siegelspaltweite aufgrund der Rundlaufschwankungen im Bereich der Siegelnahtbreite hin- und herwandert.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Walzenvorrichtung zum Herstellen von Beutelpackungen ergeben sich durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel einer Walzensiegelvorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Walzensiegelvorrichtung vereinfacht im Querschnitt, Fig. 2 und 3 jeweils einen Teilausschnitt einer Siegelwalze im Bereich einer Siegelfläche im Querschnitt, und Fig. 4 bis 8 eine Siegelnaht einer Beutelpackung in verschiedener Ausbildung im Querschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei einer horizontal arbeitenden Walzensiegelvorrichtung sind zwei gegenläufig um parallele Achsen umlaufende Siegelwalzen 10, 11 übereinander gelagert. Beide Siegelwalzen 10, 11 haben auf ihrem Umfang abwechselnd Sektoren mit Ausnehmungen 12, 13 zur Aufnahme des Inhaltbereichs und sich in Mantellinien erstreckende, erhaben angeordnete Siegelflächen 14 bis 17, die im Deckungsbereich einen Siegelspalt 18 begrenzen.

Die Siegelflächen 14, 16 bzw. 15, 17 jeder Siegelwalze 11, 12 sind jeweils mittig durch eine Nut 21, 22 voneinander getrennt. In den Nuten 22 der unteren Siegelwalze 11 sind radial vorstehende Messer 23 eingesetzt, die beim Umlauf der Siegelwalzen 10, 11 in Wirkverbindung mit in die Nuten 21 der oberen Siegelwalze 10 angeordneten Widerlagern 24 stehen.

Um die Weite des Siegelspalts 18 zwischen den sich gegenüberliegenden Siegelflächen 14, 16 bzw. 15, 17 im Verlauf des gegensinnigen Umlaufes der beiden Siegelwalzen 10, 11 geringfügig zu ändern, haben die Siegelflächen 14 bis 17 beider oder auch nur einer der Siegelwalzen 10, 11, deren Umfang einen bestimmten Radius R hat, einen davon abweichenden Radius r. Vorzugsweise ist, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, der Radius r der Krümmung der Siegelflächen 14, 16 etwas kleiner als der Radius R der Krümmung der Siegelwalzen 10. Jede der Siegelflächen 14, 16 bzw. 15, 17 ist somit Teil von separaten Zylindermänteln mit dem Radius r. Diese Zylindermäntel schmiegen sich jeweils von der Drehachse der Siegelwalze 10 bzw. 11 her an den gedachten umhüllenden Zylindermantel 19 der Siegelwalzen 10, 11 an. Durch diese Gestaltung nimmt beim Umlaufen der beiden Siegelwalzen 10, 11 die Weite des sich zwischen zwei zusammenwirkenden Siegelflächen 14, 15 bzw. 16, 17 einstellenden Siegelspaltes 18 ausgehend von einer bestimmten Größe in Richtung zu den Nuten 21, 22 hin fortlaufend ab und danach wieder fortlaufend zu. Im Idealfall stellt sich die optimale Weite des Siegelspaltes 18 in der Mitte der sich jeweils gegenüberliegenden Siegelflächen 14, 15 bzw. 16, 17 ein. Bedingt durch Rundlaufschwankungen der Siegelwalzen 11, 12 wandert jedoch die optimal Weite des Siegelspaltes 18 bei den einzelnen Paarungen der Siegelwalzen 11, 12 hin und her.

Zum Herstellen von Beutelpackungen 30 wird ein Schlauch 33 aus einem Packstoffband 32, in dem sich in bestimmten, dem gegenseitigen Abstand der Ausnehmungen 12, 13 der Siegelwalzen 10, 11 angepaßten Abständen zu verpackende Gegenstände 31, beispielsweise Tabletten oder Bonbons befinden, zwischen den beiden gleichförmig umlaufenden Siegelwalzen 10, 11 hindurchgeführt. Dabei werden die Bereiche des Schlauches 33 mit deren Inhalt von den Ausnehmungen 12, 13 mit Spiel aufgenommen und die dazwischenliegenden Bereiche von den Siegelflächen 14 bis 17 zusammengedrückt, wobei unter Übertragung von Wärme der beheizten Siegelwalzen 11, 12 Siegelnähte 34, 35 gebildet werden, die Verschlüsse an den Beutelpackungen 30 bilden. Es werden jeweils an einem Paar Siegelflächen 14, 15 vor dem Messer 23 voraus laufend eine Siegelnaht 34 am Ende einer Beutelpackung 30, und hinter dem Messer 23 durch die Siegelflächen 16, 17 nachlaufend eine Siegelnaht 35 am Anfang einer folgenden Beutelpackung 30 gebildet, die voneinander durch das die Siegelflächen 14 bis 17 unterteilende Messer 23 getrennt werden.

Das Packstoffband 33 hat eine äußere Trägerschicht 36 aus Metall oder einem hochschmelzenden Kunststoff, beispielsweise Propylen, und eine innere Siegelschicht 37 aus einem niedrigschmelzenden Kunststoff, wie beispielsweise Polyethylen oder einem Heißsiegellack. Beim Kontakt des Packstoffes mit den Siegelflächen 14 bis 17 mit den auf eine bestimmte Temperatur erhitzten Siegelwalzen 10, 11 gehen die aufeinanderliegenden Siegelschichten 37 in den Schmelzzustand über und verbinden sich unter der Einwirkung des ausgeübten Druckes. Da der Siegelspalt 18 zwischen einem Paar Siegelflächen 14, 15 bzw. 16, 17 kleiner als die Dicke der beiden aufeinanderliegenden Lagen des Packstoffbandes 33 ist, wird ein Teil der Schmelze verdrängt und bildet an den beiden Enden der Siegelnaht 34 sogenannte Schweißraupen 38, 39 (Fig. 4). Ist der Siegelspalt 18 zu weit, baut sich kein ausreichender Druck auf, so daß die beiden Siegelschichten 37 nur leicht verkleben (Fig. 5). Wird die Beutelpackung 30 druckbelastet, bricht die Naht 34 durch Schälung auf. Ist dagegen der Siegelspalt 18 zu eng, wird die gesamte Schmelze der Siegelschichten 37 aus dem Siegelnahtbereich herausgedrückt und sammelt sich als Raupen 38, 39 an der Schnittkante 41 der Siegelnaht 34 und zum Packungsinnenraum 40 hin an (Fig. 6). Auch in diesem Fall bricht die Siegelnaht 34 bei Belastung der Beutelpackung 30 durch Schälung auf. Die drei in den Fig. 4 bis 6 als Beispiel dargestellten Siegelnähte 34 sind auf einer bekannten Walzensiegelvorrichtung hergestellt, die einen im Grunde gleichbleibenden Siegelspalt haben.

Demgegenüber werden mit der erfindungsgemäßen Walzensiegelvorrichtung mit sich änderndem Siegelspalt 18 an den Beutelpackungen 30 Siegelnähte 34 gebildet, von denen beispielsweise zwei Ausführungsformen in den Fig. 7 und 8 dargestellt sind. Wegen der sich ändernden Weite des Siegelspalts 18 aufgrund der verschiedenen Radien R bzw. r der Siegelwalzen 10, 11 und der Siegelflächen 14 bis 17 während des Umlaufes der Siegelwalzen 10, 11 erhält jede Siegelnaht 34 entlang ihrer Breite eine Keilform, wobei der dünnere Bereich an der Schnittkante der Siegelnaht 34 und der dickere Bereich am Übergang zum Beutelinneren 40 liegen. Stellt sich aufgrund des Rundlauffehlers der Siegelwalzen 10, 11 ein weiterer Siegelspalt 18 ein, gehen die dem Beutelinneren 40 naheliegenden Bereiche der Siegelschichten 37 der Siegelnaht 34 lediglich eine leichte Verklebung ein, dagegen verjüngt sich aufgrund der Keilform des Siegelspalts 18 die Dicke der Siegelnaht 34 zur Schnittkante 41 hin, so daß in deren Nähe an einer Stelle 42 die Siegelnaht 34 eine Dicke erhält, die eine optimale Festigkeit der Naht sichert (Fig. 7). Eine solche optimale Dicke der Siegelnaht 34 verlagert sich, wie die Fig. 8 zeigt, gegen das Packungsinnere 40 hin, wenn der mittlere Siegelspalt 18 der siegelnden Siegelflächenpaare 14, 15 bzw. 16, 17 innerhalb der Toleranzgrenzen eine geringere Weite hat. In diesem Fall wird ein Teil der aufgeschmolzenen Siegelschichten 37 aus dem Nahtbereich als Raupen 38, 39 herausgepreßt; es verbleibt jedoch an einer Stelle 43 nahe dem Beutelinneren 40 eine Siegelschichtdicke, die eine optimale Festigkeit der Siegelnaht 34 gewährleistet. Bei innerhalb dieser beiden Extremwerte liegenden Weiten des mittleren Siegelspaltes 18 verlagert sich die Stelle mit der optimalen Festigkeit zwischen den beiden aufgezeigten Stellen 42 und 43.

Aufgrund des oben Beschriebenen wird deutlich, daß bei der erfindungsgemäßen Walzensiegelvorrichtung der Dichtheit der Beutelpackungen höchste Priorität eingeräumt wird, da das Prinzip des schwächsten Gliedes einer Kette außer Kraft gesetzt ist. Die maximale Dichtheit wird so zur lokalen Eigenschaft an irgendeiner Stelle der Siegelnaht zwischen Schnittkante und Packungsinnerem und ist bei jeder Siegelnaht als geschlossene Linie über die gesamte Packungsbreite vorhanden. Selbst Parallelitätsfehler des Siegelspalts längs der Siegelwalzen werden ausgeglichen.

Bei der Ausführungsform der Siegelwalzen 10, 11 nach der Fig. 2 sind die Siegelflächen 14 bis 17 glatt. Wie in Fig. 3 dargestellt, können diese auch, wie an sich bekannt, eine Riffelung 25 haben. Wesentlich ist hierbei, daß die Fläche der Riffelung 25 eine Siegelfläche 14, 16 bzw. 15, 17 auf einem Zylinder bildet, dessen Radius r kleiner ist, als der Radius R der Siegelwalze 10 oder 11.

Ergänzend wird bemerkt, daß die Walzensiegelvorrichtung auch in anderen Ausführungsformen als die Beschriebene ausgebildet sein kann. So ist es möglich, deren Breite so zu gestalten, daß gleichzeitig mehrere Schläuche 32 nebeneinander bearbeitet werden können. Ferner ist es auch möglich, anstelle eines oder mehrerer Schläuche zwei sich deckende Folienstreifen zuzuführen. In diesem Fall sind, wie an sich bekannt, auf den Siegelwalzen rundum verlaufende leistenartige Siegelflächen anzuordnen, welche Seitenrandsiegelnähte an den Beutelpackungen bilden. Zudem können die Siegelwalzen nicht nur vertikal übereinander sondern auch horizontal nebeneinander oder in einer Winkellage dazwischen angeordnet sein.

Claims (4)

1. Walzensiegelvorrichtung zum Herstellen von Beutelpackungen (30) aus einem siegelfähigen Packstoff mit einem Paar einen Siegelspalt (18) zwischen einander begrenzenden, gegensinnig umlaufenden Siegelwalzen (10, 11), die auf ihrem Umfang mehrere von Ausnehmungen (12, 13) begrenzte, in Mantellinien sich erstreckende leistenartige, gekrümmte Siegelflächen (14 bis 17) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r) der Krümmung der Siegelflächen (14 bis 17) kleiner als der Radius (R) der Krümmung wenigstens einer der Siegelwalzen (10, 11) ist, und daß sich die gekrümmten Siegelflächen (14 bis 17) an die Umfangsfläche der sie tragenden Siegelwalze (10, 11) von deren Achse her anschmiegen.

2. Walzensiegelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r) der Krümmung der Siegelflächen (14 bis 17) geringfügig kleiner als der Radius (R) der Krümmung der Umfangsfläche der Siegelwalzen (10, 11) ist.

3. Walzensiegelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siegelflächen (14 bis 17) glatt ausgebildet sind.

4. Walzensiegelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siegelflächen (14 bis 17) geriffelt sind.