DE602004012574T2

DE602004012574T2 - Versiegelungsvorrichtung zur Herstellung von versiegelten Verpackungen für ein fliessfähiges Nahrungsmittel

Info

Publication number: DE602004012574T2
Application number: DE602004012574T
Authority: DE
Inventors: Valentin Mi 48386 NEMKOV; Nikolay 5370 MADZHAROV
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2024-11-06
Also published as: BRPI0517050B1; EP1827802A1; PT1827802E; CN101056756A; DK1827802T3; EP1655125A1; EP1655125B1; ES2323539T3; BRPI0517050A; ATE424987T1; PL1655125T3; PL1827802T3; JP4785858B2; DE602005013282D1; HK1114055A1; EP1827802B1; WO2006048441A1; PT1655125E; RU2007120820A; RU2356736C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Versiegelungsvorrichtung zum Herstellen von versiegelten Verpackungen eines schütt- bzw. fließfähigen Nahrungsmittelprodukts.
Bekanntermaßen werden viele fließfähige Nahrungsmittelprodukte, wie beispielsweise Fruchtsaft, pasteurisierte oder H-(ultrahoch erhitzte) Milch, Wein, Tomatensoße usw., in Verpackungen aus sterilisiertem Verpackungsmaterial vertrieben.
Ein typisches Beispiel für diese Art von Verpackung ist die als Tetra Brik Aseptic (eingetragene Marke) bekannte parallelepipedförmige Verpackung für flüssige oder schüttfähige Nahrungsmittelprodukte, die durch Falten und Versiegeln von laminierten Verpackungsmaterialstreifen hergestellt wird.
Das Verpackungsmaterial hat normalerweise eine mehrschichtige Struktur, umfassend eine Schicht aus faserigem Material, z. B. Papier, die auf beiden Seiten mit Schichten aus heißsiegelbarem Kunststoffmaterial, z. B. Polyethylen, bedeckt ist.
Bei aseptischen Verpackungen für lange haltbare Produkte, wie z. B. H-Milch, umfasst das Verpackungsmaterial eine Schicht aus Sperrmaterial, z. B. eine Bahn aus Aluminium oder EVOH, die über eine Schicht aus heißsiegelbarem Kunststoffmaterial gelagert ist und wiederum mit einer weiteren Schicht aus heißsie gelbarem Kunststoffmaterial bedeckt ist, die schließlich die mit Nahrungsmittelprodukt in Berührung kommende Innenseite der Verpackung bildet.
Bekanntermaßen werden derartige Verpackungen auf vollautomatischen Verpackungsmaschinen hergestellt, auf denen ein kontinuierlicher Schlauch aus einem bahnförmig zugeführten Verpackungsmaterial gebildet wird. Genauer gesagt wird die Bahn aus Verpackungsmaterial von einer Rolle abgerollt und durch eine sterile Kammer auf der Verpackungsmaschine zugeführt, wo sie sterilisiert wird, z. B. durch Aufbringen eines Sterilisiermittels wie beispielsweise Wasserstoffperoxyd, das anschließend durch Erhitzen verdampft wird, und/oder indem das Verpackungsmaterial einer Bestrahlung mit geeigneter Wellenlänge und Intensität unterzogen wird, und die sterilisierte Bahn in einer geschlossenen, sterilen Umgebung gehalten und zu einem Zylinder gefaltet und längsgesiegelt wird, um einen kontinuierlichen Schlauch in bekannter Weise zu bilden.
Ein Schlauch aus Verpackungsmaterial, der tatsächlich eine Verlängerung der sterilen Kammer bildet, wird in einer vertikalen Richtung zugeführt, mit einem sterilisierten oder steril verarbeiteten Nahrungsmittelprodukt befüllt und durch eine Versiegelungsvorrichtung geführt, um die einzelnen Verpackungen zu bilden. Das heißt, innerhalb der Versiegelungsvorrichtung wird der Schlauch an einer Anzahl gleich beabstandeter Querschnitte gesiegelt, um einen kontinuierlichen Streifen an Kissenpackungen zu bilden, die durch entsprechende Quersiegelungsbänder miteinander verbunden sind, d. h. senkrecht zur Laufrichtung des Schlauchs verlaufen. Die Kissenpackungen werden durch Schneiden der jeweiligen Quersiegelungsbänder getrennt und zu einer Faltstation befördert, wo sie mechanisch gefaltet werden, um entsprechende fertige, parallelepipedförmige Verpackungen zu bilden.
Es sind Verpackungsmaschinen bekannt, wie beispielsweise in dem europäischen Patent EP-B-0887265 beschrieben, die zwei Kettenförderer umfassen, die entsprechende Endlospfade definieren und mit entsprechenden Anzahlen an Siegelungsbacken ausgestattet sind. Die zwei Pfade haben entsprechende Abzweigungen, die im Wesentlichen einander zugewandt und parallel zueinander sind, und zwischen denen der Schlauch aus Verpackungsmaterial zugeführt wird, so dass die Backen auf einem Förderer mit den entsprechenden Backen auf dem anderen Förderer entlang den Abzweigungen der entsprechenden Pfade zusammenarbeiten, um den Schlauch an einer Anzahl an aufeinanderfolgenden Querschnitten zu ergreifen und die Verpackungen zu siegeln und zu schneiden.
Es sind auch Verpackungsmaschinen bekannt, die nur zwei Backenpaare umfassen, die wechselweise auf den Schlauch aus Verpackungsmaterial einwirken, um diesen entlang einer Anzahl an gleich beabstandeten Querschnitten zu ergreifen und zu siegeln, z. B. heißzusiegeln.
Wenn der Versiegelungsvorgang abgeschlossen ist, wird ein Messer bzw. Abschneider, der beispielsweise von einer der Backen in jedem Paar getragen wird und mit dem Schlauch aus Verpackungsmaterial zusammenwirkt, aktiviert, um diesen entlang einer Mittellinie des soeben gesiegelten Querschnitts abzuschneiden und so eine Kissenpackung vom unteren Ende des Schlauchs aus Verpackungsmaterial zu lösen. Nachdem das untere Ende quergesiegelt wurde, können die jeweiligen Backen bei Erreichen der Stellung am unteren Totpunkt geöffnet werden, um zu vermeiden, dass sie den oberen Abschnitt des Schlauchs beeinträchtigen. Gleichzeitig bewegt sich das andere, auf die gleiche Weise betriebene Backenpaar von der Stellung am oberen Totpunkt nach unten und wiederholt den obigen Greif-/Form-, Siegelungs- und Schneidvorgang.
In beiden Arten von Verpackungsmaschinen wird der Schlauchabschnitt, der zwischen jedem Backenpaar gegriffen wird, typischerweise mithilfe von Heizmitteln gesiegelt, die von einer der Backen getragen werden und die die Schichten aus heißsiegelbarem, zwischen den Backen gegriffenem Kunststoffmaterial lokal schmelzen.
Bei sterilen Verpackungen mit einer Schicht aus elektrisch leitendem Material, typischerweise Aluminium, als Sperrmaterial werden die Querschnitte des Schlauchs normalerweise durch Induktion von elektrischem Verluststrom in der Aluminiumschicht gesiegelt, um das Heißsiegelungskunststoffmaterial lokal zu schmelzen.
Genauer gesagt umfasst eine der Backen in jedem Paar einen Hauptkörper aus nicht leitendem Material und einen Induktor, der in einem vorderen Sitz des Hauptkörpers beherbergt ist, und die andere Backe hat Druckkissen aus flexiblem Material, z. B. Gummi.
Der Induktor wird angetrieben, wenn das jeweilige Backenpaar den Schlauch ergreift, um einen Querschnitt des Schlauchs durch Heißsiegeln des Kunststoffdeckmaterials zu siegeln.
Bei Verpackungen ohne eine Schicht aus Aluminium oder anderem elektrisch leitendem Material, z. B. Packungen mit einer EVOH- Sperrschicht, werden die Querschnitte des Schlauchs normalerweise gesiegelt, indem ein heißer Stab verwendet wird, um das Verpackungsmaterial innen lokal zu erhitzen.
Genauer gesagt ist eine der Backen mit dem heißen Stab ausgestattet, während die andere normalerweise mit einem oder mehreren Druckkissen aus flexiblem Material ausgestattet ist. Die sogenannte „Heißer-Stab-"Versiegelungsmethode bezeichnete Forderungen nach relativ verlängertem Kontakt zwischen dem heißen Stab und dem Verpackungsmaterial.
Um das lokal begrenzte Schmelzen von Verpackungsmaterial zu beschleunigen und somit die Verpackungsherstellgeschwindigkeit zu erhöhen, wurden Ultraschallversiegelungsvorrichtungen weithin verwendet. Diese umfassen im Wesentlichen einen mechanischen Vibrationsgenerator, oder Sonotrode, und einen Amboss, wie beispielsweise in der EP-B-615907 beschrieben, die an den entsprechenden Backen in jedem Paar angeordnet sind und wechselseitig zusammenwirken, um das Verpackungsmaterial durch Ultraschallschwingung zu erhitzen.
Bei allen obigen Lösungen müssen alle mit den jeweiligen Backen bewegbare Heiz- oder Siegelungsmittel durch eine feste elektrische Energiequelle an einem vorbestimmten Punkt entlang dem Pfad des Schlauchs aus Verpackungsmaterial elektrisch angetrieben werden. Anders ausgedrückt, die elektrische Energie muss von einer festen Quelle zu einer beweglichen Benutzervorrichtung entlang einem Abschnitt des Benutzervorrichtungspfads übertragen werden.
Dies kann im Wesentlichen durch zwei bekannte Verfahren geschehen, von denen jedes jedoch Nachteile und Beschränkungen aufweist.
In einem ersten Verfahren sind die mit den Heizmitteln ausgestatteten Backen auch mit Bürsten versehen, die bevorzugt aus Kohle hergestellt sind und entlang einem vorbestimmten Abschnitt ihres Wegs entlang entsprechender Leistungsschienen aus Kupfer bzw. Kupferkraftschienen, die am Rahmen der Verpackungsmaschine befestigt sind, gleiten.
Eine rasche Abnutzung der Bürsten und ein instabiler Kontakt zwischen den Bürsten und Leistungsschienen sind die Hauptnachteile dieses Verfahrens, die darüber hinaus dazu tendieren, schlechter zu werden, wenn die Ausgabegeschwindigkeit der Verpackungsmaschine zunimmt.
Um diese Nachteile zu beheben, wurde in den letzten Jahren ein Verfahren perfektioniert, wodurch elektrische Energie von der festen Quelle zur beweglichen Benutzerquelle durch elektromagnetische Induktion übertragen wird. Ein Beispiel für dieses Verfahren, das auf Kettenverpackungsmachinen angewandt wurde, ist in der Patentanmeldung WO 00/64662 beschrieben, und ein ähnliches Beispiel, das auf eine Verpackungsmaschine mit nur einem Backenpaar angewendet wurde, ist in dem Patent EP-B-0732190 beschrieben.
In beiden Fällen wird elektrische Energie von einer Übertragungseinheit, die am Rahmen der Verpackungsmaschine befestigt ist, an eine Aufnahmeeinheit, die an einer der Backen in einem jeweiligen Paar befestigt ist, übertragen.
Die Übertragungseinheit hat einen festen magnetischen Kern, der mit einer primären, mit der elektrischen Energiequelle verbundenen Wicklung ausgestattet ist, und die Aufnahmeeinheit hat einen beweglichen, magnetischen Kern, der mit dem Körper der jeweiligen Backe integral und mit einer sekundären Wicklung ausgestattet ist, die mit den Heizmitteln verbunden ist. Wenn sich die Aufnahmeeinheit an der Übertragungseinheit vorbeibewegt, wird elektrischer Strom in der sekundären Wicklung induziert, um die Heizmittel zu betreiben.
Da es zu keinem Kontakt zwischen den Aufnahme- und Übertragungseinheiten kommt, löst das obige Verfahren das Problem der Abnutzung.
Andererseits sind die in den obigen Dokumenten beschriebenen Übertragungssysteme für elektrische Energie mittels Induktion ineffizient und hoch empfindlich gegenüber Abweichungen im Luftspalt zwischen den Kernen der Übertragungs- und Aufnahmeeinheiten. Da die Größe des Luftspalts von unvermeidlichen Verbindungstoleranzen der Bauteile der Verpackungsmaschine abhängt, reichen die in den obigen Dokumenten beschriebenen Lösungen nicht aus, um gegenwärtig die notwendige Zuverlässigkeit des verwendeten Energietransfersystems sicherzustellen.
Die Patentanmeldung WO 00/64662 verwendet insbesondere die Form eines gegenüberliegenden E für die festen und beweglichen Kerne. Genauer gesagt umfasst jeder Kern einen Stababschnitt, von dem drei parallele Abzweigungen senkrecht verlaufen und in Betrieb entsprechenden Abzweigungen des anderen Kerns gegenüberliegen.
Von der Anmelderin bei dieser Art der Kernkonfiguration der Übertragungs- und Aufnahmeeinheiten durchgeführte Tests zeigen einen deutlichen Anstieg bei der Verteilung des magnetischen Flusses und des Magnetisierungsstroms neben geringen Zunahmen des Luftspalts zwischen den festen und beweglichen Kernen.
In 7 und 8 zeigen die Kurven W₃ und M₃, bei gegenüberliegender E-Form der festen und beweglichen Kerne, Scheinleistung und Magnetisierungsstrom neben einer Zunahme des Luftspalts zwischen den Kernen. Wie zu sehen ist, sind die Kurven durch relativhohe Scheinleistungs- und Magnetisierungsstromwerte gekennzeichnet, und steigen steil an, womit sie die außerordentliche Anfälligkeit der WO 00/64662-Lösung gegenüber Abweichungen des Luftspalts zwischen den festen und beweglichen Kernen bestätigen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Versiegelungsvorrichtung zur Herstellung von versiegelten Verpackungen für ein fließfähiges Nahrungsmittelprodukt anzugeben, die dazu ausgelegt ist, auf eine unkomplizierte, kostengünstige Art und Weise die oben genannten Nachteile zu beseitigen, die typischerweise mit den bekannten Versiegelungsvorrichtungen verbunden sind, und die insbesondere ein effizientes elektromagnetisches Übertragungssystem für elektrische Energie verwendet, das gegenüber dem Luftspalt zwischen dem festen Übertragungsabschnitt dem beweglichen Aufnahmeabschnitt unempfindlich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Versiegelungsvorrichtung zur Herstellung von versiegelten Verpackungen für ein fließfähiges Nahrungsmittel, wie in Anspruch 1 beansprucht, vorgesehen.
Ein bevorzugtes, nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, darin zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht, mit der Klarheit wegen entfernter Teile, einer Versiegelungsvorrichtung gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Seitenansicht der Versiegelungsvorrichtung aus 1,
3 eine vergrößerte, perspektivische Sicht eines Teils der Versiegelungsvorrichtung aus 1,
4 eine vergrößerte, perspektivische Sicht eines Details der Versiegelungsvorrichtung aus 1,
5 einen vergrößerten Schnitt entlang der Line V-V in 4,
6 denselben Schnitt wie in 5 einer Variation des Details von 4,
7 und 8 vergleichende Graphen der kennzeichnenden Mengen der Versiegelungsvorrichtungen gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung und bekannten Versiegelungsvorrichtungen.
Die Ziffer 1 in 1 und 2 bezeichnet als Ganzes eine Versiegelungsvorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von versiegelten Verpackungen 2 für ein fließfähiges Nahrungsmittelprodukt, wie beispielsweise pasteurisierte oder H-Milch, Fruchtsaft, Wein usw., aus einem Schlauch 3 aus Verpackungsmaterial.
Der Schlauch 3 wird auf bekannte Weise gebildet, stromaufwärts von Vorrichtung 1, durch Längsfalten und -siegeln einer Bahn aus heißsiegelbarem, bahnförmigen Material und wird mit dem sterilisierten oder steril verarbeiteten Nahrungsmittel zum Verpacken befüllt.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen Rahmen 6 (1 und 3), definiert durch zwei Seitenwände 7a, 7b und durch zwei parallele Querwände 8a, 8b, die starr zwischen den Seitenwänden 7a, 7b befestigt sind, um mit den Seitenwänden 7a, 7b einen Hohlraum 9 zu definieren, und zwei Kettenförderer 10, 11, gestützt durch den Rahmen 6 und mit entsprechenden Backen 12, 13 (von denen nur ein Paar in 1 gezeigt ist), die mit dem Schlauch 3 aus Verpackungsmaterial zusammenwirken, der entlang einem vertikalen Pfad A durch den Hohlraum 9 zugeführt wird.
Insbesondere in 2 definieren die Förderer 10, 11 entsprechende Endlospfade P, Q, entlang derer die Backen 12, 13 zugeführt werden und die um die entsprechenden Wände 8a, 8b des Rahmens 6 verlaufen.
Der Förderer 10 umfasst eine Gelenkkette 15, die sich entlang Pfad P erstreckt, und zwei Antriebsräder 16, die mit beiden Seiten der Kette 15 am unteren Ende des Pfads P eingreifen. Die Backen 12 sind ein integraler Teil von und definieren wechselnde Glieder der Kette 15, und sie sind durch Stangenpaare 17 gelenkig miteinander verbunden.
Genauer gesagt umfasst jede Backe 12 (1–3) einen Hauptkörper 20, der in eine Richtung B senkrecht zu Pfad A und den Seitenwänden 7a, 7b verlängert ist, und entsprechende Endvergrößerungen 21, 22 hat, wobei von jeder ein erster und zweiter Stift 23, 24 vorsteht, die voneinander beabstandete und parallel zur Richtung B verlaufende Achsen C, D haben. Die Stangen 17 schwenken auf den Stiften 23, 24 der Backen 12, um die Stifte 23 der einen Backe 12 mit den Stiften 24 der benachbarten Backe 12 zu verbinden.
Auf die gleiche Weise umfasst der Förderer 11 (1 und 2) eine gelenkige Kette 25, die sich entlang Pfad Q erstreckt, und zwei Antriebsräder 26, die in die Kette 25 am unteren Ende des Pfads Q eingreifen. Die Kette 25 ist definiert durch eine Anzahl an Backen 13, die gelenkig miteinander verbunden und nur insofern detailliert beschrieben sind, als sie von den Backen 12 abweichen und für ein klares Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Teile der Backen 13, die mit den beschriebenen Teilen der Backen 12 identisch sind oder diesen entsprechen, sind mit derselben Bezugszahl angegeben. Kurz gesagt umfasst jede Backe 13 einen Hauptkörper 20 mit Endstiftpaaren 23, 24, auf denen Stangen 17, die benachbarte Backenpaare 13 verbinden, schwenken.
Jede Backe 12 (1 bis 3) umfasst ein Heizelement 29, das am Hauptkörper 20 angeordnet, parallel zur Richtung B und in dem gezeigten Beispiel durch einen Induktor definiert ist, der, wie später im Detail beschrieben ist, elektrisch angetrieben wird.
Alternativ kann jede Backe 12 eine abweichende Art von Heizelement beherbergen, z. B. eine elektrisch angetriebene Sonotrode zum Ultraschallsiegeln.
Anstelle des Heizelements 29 umfasst jede Backe 13 einen Druckstab 32, der mit dem Heizelement 29 der entsprechenden Backe 12 zusammenwirkt, um einen Querschnitt des Schlauchs 3 (2) zu ergreifen, und der vorne ein oder mehrere Bänder aus relativ biegsamem elastomeren Material hat.
Die Backen 12 und 13 (1 und 3) umfassen auch entsprechende Vorrichtungen 33 zum Steuern des Volumens der Verpackungen 2, wenn die Verpackungen versiegelt werden. Jede Vorrichtung 33 – die beispielsweise aus der EP-B-0887265 bekannt und deshalb nicht im Detail beschrieben ist – umfasst im Wesentlichen eine Halbschale 34, die klappbar am Hauptkörper 20, um eine Achse parallel zu den Achsen C, D, durch zwei Befestigungsbügel integral mit der Halbschale 34 angeordnet ist.
Wie in 1 gezeigt, wirkt jede Halbschale 34 an der Vorderseite mit einer komplementären Halbschale 34 zusammen, um einen im Wesentlichen parallelepipedförmigen Hohlraum zu bilden, um eine geformte Verpackung 2 zu beherbergen. Jede Vorrichtung 33 umfasst auch eine Nockenmitnehmerwalze 36, die leerlaufend an einem Befestigungsbügel befestigt ist, der wiederum integral an der Rückseite der jeweiligen Halbschale 34 befestigt ist.
Die Nockenmitnehmerwalzen 36 der Backen 12 und 13 wirken mit entsprechenden Nocken 38, die an den Wänden 8a und 8b des Rahmens 6 befestigt sind, zusammen, und von denen nur die mit dem Förderer 11 verbundene in 1 zu sehen ist.
Die Bewegung der Backen 12 und 13 wird von entsprechenden Nockenpaaren 40, 41 gesteuert, die an den Wänden 8a, 8b des Rahmens 6 befestigt sind und mit entsprechenden Nockenmitnehmerwalzenpaaren 42, 43 zusammenwirken, die an den Endvergrößerungen 21, 22 der Backen 12 und 13 befestigt sind. Die Walzen 42, 43 in jedem Paar sind jeweils koaxial zu den Stiften 24, 23 angeordnet und axial zueinander versetzt, so dass jede mit den entsprechenden Nocken 41, 42 zusammenwirken kann.
Genauer gesagt ist die Wand 8a (1 und 2) mit zwei Paar Nocken 40, 41 ausgestattet, die mit den entsprechend Walzenpaaren 42, 43 auf den Backen 12 zusammenwirken, und gleichzeitig ist die Wand 8b mit zwei Paar Nocken 40, 41 ausgestattet, die mit den entsprechenden Walzenpaaren 42, 43 auf den Backen 13 zusammenwirken.
Die Nocken 40, 41 haben entsprechende, im Wesentlichen U-förmige Abschnitte 40a, 41a, die um die oberen Kanten der entsprechenden Wände 8a, 8b verlaufen, um Rückführabschnitte für entsprechende Ketten 15, 25 der Förderer 10, 11 gegenüber den entsprechenden Antriebsrädern 16 und 26 zu definieren, und entsprechende Abschnitte 40b, 41b, die entlang den entsprechenden Wänden 8a, 8b innerhalb des Hohlraums 9 verlaufen. Die Abschnitte P₁, Q₁ bewegen sich aufeinander zu und treffen auf den Schlauch 3 aus Verpackungsmaterial, und die Abschnitte 40b, 41b definieren einander zugewandte, im Wesentlichen parallele Abschnitte P₂, Q₂ der beiden Pfade P, Q, entlang derer die Backen 12 und 13 unter Druck in Kontakt gehalten werden, um die die Verpackungen 2 begrenzenden Versiegelungen an entsprechenden, im Wesentlichen flachen, querlaufenden Versiegelungsbändern 44 zu bilden. Dadurch wird ein kontinuierlicher Streifen gebildet, umfassend eine Anzahl parallelepipedförmiger Behälterabschnitte 45, die durch Siegelungsbänder 44 miteinander verbunden sind und die entweder entlang Pfad P oder der Vorrichtung 1 nachgeordnet abgeschnitten werden, um die Verpackungen 2 zu bilden.
Die Nocken 40, 41 geben die jeweiligen Ketten 15, 25 an den entsprechenden Abschnitten P₃, Q₃ der Pfade P, Q bei Ausbringung der entsprechenden Antriebsräder 16, 26 frei.
Entlang den Abschnitten P₃, Q₃ wirken die Ketten 15, 25 mit entsprechenden Spannerpaaren 46 zusammen, um die Ketten 15, 25 ausreichend straff zu halten, um Kontakt zwischen den Walzen 42, 43 der Backen 12, 13 und den jeweiligen Nocken 40, 41 sicherzustellen.
Insbesondere unter Bezugnahme auf die 3, 4, 5 umfasst die Vorrichtung 1 auch eine elektromagnetische Leistungsanordnung 50, um dem Heizelement 29 einer jeden Backe 12 entlang dem Abschnitt 22 des Pfads P elektrische Energie zuzuführen.
Die Leistungsanordnung 50 umfasst im Wesentlichen Übertragungsmittel 51, die mit einer festen elektrischen Energiequelle (nicht gezeigt) verbunden und integral am Rahmen 6 angeordnet sind, sowie Aufnahmemittel 52, die an den Backen 12 angebracht sind und die elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion von den Übertragungsmitteln 51 erhalten, wenn sich die Backen 12 an den Übertragungsmitteln 51 vorbeibewegen.
Genauer gesagt umfassen die Übertragungsmittel 51 zwei separate, einander zugewandte Übertragungseinheiten 53, die an den entsprechenden Wänden 7a, 7b innerhalb des Hohlraums 9 befestigt sind und symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten des Pfads A und Abschnitt P₂ des Pfads P der Backen 12 verlaufen.
Genauer gesagt ist jede Übertragungseinheit 53 in eine Richtung parallel zu Pfad A und zu Abschnitt P₂ von Pfad P verlängert, und umfasst im Wesentlichen einen Befestigungsbügel 54 aus Kunststoffmaterial, einen festen magnetischen Kern 55 und eine bevorzugt aus Kupfer bestehende primäre Wicklung 56, die mit der festen elektrischen Energiequelle verbunden ist.
Der feste Kern 55 ist durch eine rechtwinklige Platte definiert, die in Richtung des Pfads A verlängert ist, er ist am Bügel 54 befestigt und steht nach innen in den Hohlraum 9 von Bügel 54 vor.
Der feste Kern 55 besteht aus magneto-dielektrischem Material und umfasst einen parallelepipedförmigen Basisabschnitt 58, von dem eine Anzahl an – im gezeigten Beispiel vier – parallelen Vorsprüngen 58 in Richtung B zu den Backen 12 (5) hin vorstehen.
Die primäre Wicklung 56 umfasst zwei verlängerte leitende Platten 59, die an den entsprechenden zentralen Vorsprüngen 58 des festen Kerns 55 befestigt sind und von diesen vorstehen, um Verlängerungen der Vorsprünge 58 nach innen in den Hohlraum 9 zu bilden.
Die Aufnahmemittel 52 umfassen zwei Reihen von Aufnahmeeinheiten 60, die wechselweise an den Vergrößerungen 21, 22 der entsprechenden Backen 12 befestigt sind, und die mit den entsprechenden Übertragungseinheiten 53 zusammenwirken.
Jede Aufnahmeeinheit 60 (3 und 4) steht von einer jeweiligen Vergrößerung 21, 22 einer jeweiligen Backe 12 vor und umfasst im Wesentlichen einen Befestigungsbügel 61, einen beweglichen magnetischen Kern 62 und eine zweite, bevorzugt aus Kupfer bestehende sekundäre Wicklung 63, die elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion von der primären Wicklung 56 empfängt, wenn die Aufnahmeeinheit 60 an der jeweiligen Übertragungseinheit 53 vorbeiläuft.
In dem gezeigten Beispiel ist der bewegliche Kern 62 durch einen Körper definiert, der bevorzugt aus Ferrit besteht, von der jeweiligen Vergrößerung 21, 22 der jeweiligen Backe 12 in Richtung der jeweiligen Wand 7a, 7b des Rahmens 6 vorsteht und einen im Wesentlichen E-förmigen Abschnitt in einer Ebene senkrecht zu Pfad A hat.
Genauer gesagt umfasst der bewegliche Kern 62 einen Basisabschnitt 64 in Form einer rechtwinkligen Platte, von der drei parallele Vorsprünge 64 in Richtung B hin zur jeweiligen Seitenwand 7a, 7b (5) vorstehen.
In dem gezeigten Beispiel umfasst die sekundäre Wicklung 63 einen Plattenleiter 66 mit einem gewickelten Endabschnitt 67, um eine Windung um den zentralen Vorsprung 65 des beweglichen Kerns 62 zu bilden, und einen verlängerten Abschnitt 68, der den Endabschnitt 67 mit dem Heizelement 29 verbindet.
Gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn die Übertragungs- und Aufnahmemittel 51, 52 durch elektromagnetische Induktion miteinander verbunden werden, d. h. entlang Abschnitt 22 des Pfads P sind jede Aufnahmeeinheit 60 und die jeweilige Übertragungseinheit 53 so angeordnet, dass die leitenden Platten 59 der primären Wicklung 56 und der Endabschnitt 67 der sekundären Wicklung 63 in Richtung B ineinander greifen bzw. verflechten. Anders ausgedrückt, entlang Abschnitt P₂ von Pfad P sind die leitenden Platten 59 jeder primären Wicklung 56 den gegenüberliegenden Seiten des Endabschnitts 67 der jeweiligen sekundären Wicklung 63 in eine Richtung E senkrecht zu Pfad A, zu Richtung B und somit zu den Wänden 8a, 8b des Rahmens 6 zugewandt.
Wenn die Übertragungs- und Aufnahmemittel 51, 52 durch elektromagnetische Induktion miteinander verbunden sind, verflechten die festen und beweglichen Kerne 55, 62 einer jeden Übertragungseinheit 53 und die jeweilige Aufnahmeeinheit 60 bevorzugt auch in Richtung B, d. h. die Vorsprünge 58, 65 eines der Kerne 55, 62 sind innerhalb der entsprechenden Hohlräume beherbergt, die durch die Vorsprünge 65, 58 des anderen Kerns 62, 55 begrenzt sind.
Die Zahl 53' in 6 gibt als Ganzes eine Variation einer Übertragungseinheit gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung an und ist unten nur insoweit beschrieben, als sie von der Übertragungseinheit 53 abweicht. Jedwede Teile der Übertragungseinheit 53', die gleich der bereits beschriebenen Übertragungseinheit 53 sind oder dieser entsprechen, sind, wenn möglich, unter Verwendung derselben Bezugszahl angegeben.
Die Übertragungseinheit 53' weicht im Wesentlichen von der Übertragungseinheit 53 darin ab, dass sie einen festen magnetischen Kern 55' in Form einer rechtwinkligen Platte ohne Vorsprünge umfasst und von den zwei leitenden Platten 59', die den leitenden Platten 59 entsprechen, vorstehen.
In diesem Fall, wenn die Übertragungs- und Aufnahmemittel 51, 52 durch elektromagnetische Induktion miteinander verbunden sind, verflechten die primäre Wicklung 56 und die sekundäre Wicklung 63 in Richtung B (d. h. die leitenden Platten 59' einer der primären Wicklungen 56 sind gegenüberliegenden Seiten des Endabschnitts 67 der jeweiligen sekundären Wicklung 63 in Richtung E zugewandt), aber nicht der feste Kern 55' und der bewegliche Kern 62.
7 und 8 zeigen zwei vergleichende Testgraphen charakteristischer Mengen an Versiegelungsvorrichtungen 1, die die aus 5 und 6 stammenden Konfigurationen des festen Kerns 55, 55' und beweglichen Kerns 62 verwenden, und eine Versiegelungsvorrichtung, die jeweils die bekannte Konfiguration eines gegenüberliegenden E der festen und beweglichen Kerne verwendet, wie in der Patentanmeldung WO 00/64662 beschrieben.
Genauer gesagt zeigt der Graph in 7 Magnetisierungsstrom M als eine Funktion des Luftspalts G zwischen den festen und beweglichen Kernen der verschiedenen Versiegelungsvorrichtungen. Wie zu erkennen ist, bleibt der Magnetisierungsstrom M deutlich niedriger für Versiegelungsvorrichtungen 1 gemäß der Erfindung (Kurven M₁ und M₂ entsprechend für die in 5 und 6 gezeigten Konfigurationen) als bei bekannten Versiegelungsvorrichtungen, die die Konfiguration eines gegenüberliegenden E für die festen und beweglichen Kerne (Kurve M₃) benutzen.
Darüber hinaus bleibt bei zunehmendem Luftspalt G der Magnetisierungsstrom M mehr oder weniger konstant (M₁) für die in 5 gezeigte Konfiguration der Versiegelungsvorrichtung 1, steigt leicht (M₂) für die in 6 gezeigte Konfiguration der Versiegelungsvorrichtung 1, und steigt steil an (M₃) bei der bekannten Versiegelungsvorrichtung, die die Konfiguration eines gegenüberliegenden E für die festen und beweglichen Kerne verwendet.
Gleichermaßen zeigt der Graph in 8 Scheinleistung W_A als eine Funktion des Luftspalts G zwischen den festen und beweglichen Kernen der verschiedenen Versiegelungsvorrichtungen. Wie zu erkennen ist, bleibt die Scheinleistung W_A für die Versiegelungsvorrichtungen 1 gemäß der Erfindung (Kurven W₁ und W₂ jeweils für die Konfigurationen in 5 und 6) deutlich niedriger als bei bekannten Versiegelungsvorrichtungen, die die Konfiguration eines gegenüberliegenden E der festen und beweglichen Kerne (Kurve W₃) verwenden.
Darüber hinaus bleibt mit zunehmendem Luftspalt G die Scheinleistung W_A für die in 5 gezeigte Konfiguration der Versiegelungsvorrichtung 1 mehr oder weniger konstant (W₁), steigt leicht (W₂) für die in 6 gezeigte Konfiguration der Versiegelungsvorrichtung 1, und steigt steil an (W₃) für die bekannte Versiegelungsvorrichtung, die die Konfiguration eines gegenüberliegenden E der festen und beweglichen Kerne verwendet.
Kurz gesagt zeigen die Graphen in 7 und 8, dass die in 7 gezeigte Konfiguration der Versiegelungsvorrichtung 1 durch niedrigere Scheinleistung W_A-Werte gekennzeichnet ist, effektiver beim Übertragen von elektrischer Energie ist und dass sie weniger empfindlich gegenüber Variationen in der Größe des Luftspalts zwischen dem festen Kern 55 und dem beweglichen Kern 62 ist. Obgleich sie immer noch empfindlich gegen über Variationen in der Größe des Luftspalts zwischen festem Kern 55' und beweglichem Kern 62 ist, ist die in 6 gezeigte Konfiguration noch immer hinsichtlich Transfer elektrischer Energie und niedriger Scheinleistung W_A der bekannten Lösung deutlich überlegen, die die Konfiguration eines gegenüberliegenden E der festen und beweglichen Kerne verwendet.
Die Versiegelungsvorrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Die zwei Förderer 10, 11 werden in entgegengesetzte Richtungen gedreht, wie durch die Pfeile in 2 gezeigt, so dass die entsprechenden Backen 12 und 13 mit dem Schlauch 3 aus Verpackungsmaterial interagieren, vom Ende der entsprechenden Abschnitte P₁, Q₁ der Pfade P, Q und entlang den entsprechenden Abschnitten P₂, Q₂ nach einem Bewegungsgesetz, das durch die Profile der Nocken 40, 41 bestimmt ist.
Der Arbeitszyklus wird nun genauer beschrieben unter Bezugnahme auf eine Backe 12 des Förderers 10 und die entsprechende Backe 13 des Förderers 11, wobei alle Backen 12 und 13 offensichtlich denselben Zyklus in Zeitintervallen durchführen, die von der Ausgabegeschwindigkeit abhängen.
Entlang den Abschnitten P₁ und Q₁ werden die Backen 12 und 13 zusammengebracht, um den Schlauch 3 an einem Querband 44 schrittweise zu verformen und schließlich „flach zu drücken".
Am Ende der Abschnitte P₁, Q₁ werden die Vorrichtungen 33 zur Steuerung des Volumens der Verpackungen 2 aktiviert, und die Halbschalen 34 der Backen 12 und 13 werden frontal zusammengeführt, um einen parallelepipedförmigen Hohlraum zu definieren, der das Volumen des Behälterabschnitts 45 der zu bildenden Verpackung 2 definiert.
Entlang den entsprechenden Abschnitten P₂, Q₂ der Pfade P, Q werden die Backen 12 und 13 fest gegen den Schlauch 3 ergriffen, wobei in diesem Stadium die Aufnahmeeinheit 60 der Backe 12 an der jeweiligen Übertragungseinheit 53 vorbeiläuft und in diese in Richtung B eingreift.
Genauer gesagt wird, abhängig vom Design des festen Kerns (55 oder 55'), die Aufnahmeeinheit 60 in Bezug auf die jeweilige Übertragungseinheit 53 in einer der beiden in 5 und 6 gezeigten Konfigurationen positioniert. In beiden Fällen, wenn die Backe 12 entlang Abschnitt P₂ des Pfads P läuft, wird elektrischer Strom durch die primäre Wicklung 56 in der sekundären Wicklung 63 der jeweiligen Aufnahmeeinheit 60 zum elektrischen Antreiben des Heizelements 29 induziert, das die zwei darüberliegenden Abschnitte des Verpackungsmaterials, die das Band 44 bilden, versiegelt.
Wenn die Aufnahmeeinheit 60 die jeweilige Übertragungseinheit 53 am Ende des Abschnitts P₂ von Pfad P löst, hört der elektrische Strom auf, in der sekundären Wicklung 63 induziert zu werden, wobei an diesem Punkt die Backen 12 und 13 das neu gebildete Siegelungsband 44 loslassen und vom Streifen an Verpackungen 2 zurückziehen.
Natürlich können die hierin beschriebenen Veränderungen an der Versiegelungsvorrichtung 1 vorgenommen werden, ohne dabei vom Schutzumfang der Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Insbesondere kann die Vorrichtung 1 ein oder zwei Paar Backen 12, 13 aufweisen, die zyklisch auf den Schlauch 3 aus Verpackungsmaterial einwirken.
Darüber hinaus kann das Design der festen und beweglichen Kerne 55, 55', 62 umgekehrt werden und einer von diesen kann sogar nur zwei Vorsprünge aufweisen, d. h. er kann C-förmig im Schnitt in einer Ebene senkrecht zu Pfad A sein.

Claims

Versiegelungsvorrichtung zum Herstellen von versiegelten Verpackungen (2) aus einem Schlauch (3) aus Verpackungsmaterial, der entlang einem Zuführpfad (A) zugeführt und kontinuierlich mit einem schütt- bzw. fließfähigen Nahrungsmittelprodukt befüllt wird, wobei die Versiegelungsvorrichtung (1) umfasst: – einen Stützrahmen (6), – wenigstens ein Paar gegenüberliegender Backen (12, 13), die zyklisch in Bezug auf den Rahmen (6) und entlang eines Teils des Pfads (A) bewegbar sind, um den Schlauch (3) aus Verpackungsmaterial an gleich beabstandeten Querschnitten fest zu ergreifen, – Versiegelungsmittel (29), die von einer ersten (12) der Backen (12, 13) getragen werden, um den Schlauch (3) aus Verpackungsmaterial an den Querschnitten zu siegeln, und – elektromagnetische Leistungsmittel (50), um den Versiegelungsmitteln (29) elektrische Energie zuzuführen, wobei die Leistungsmittel (50) wenigstens eine primäre Wicklung (56) umfassen, die an dem Rahmen (6) seitlich in Bezug auf den Pfad (A) befestigt und mit einer elektrischen Energiequelle verbindbar ist, und eine sekundäre Wicklung (63), die von der ersten Backe (12) getragen wird, die die Versiegelungsmittel (29) antreibt und elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion von der primären Wicklung (56) erhält, wenn sich die erste Backe (12) an der primären Wicklung (56) vorbeibewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Wicklung und die sekundäre Wicklung (56, 63), sofern durch elektromagnetische Induktion miteinander verbunden, so angeordnet sind, dass sie entsprechende benachbarte Abschnitte (59, 67) haben, die in eine ersten Richtung (B) quer zum Pfad (A) verflechten bzw. ineinander greifen, und dass die benachbarten Abschnitte (59, 67) der primären Wicklung und der sekundären Wicklung (56, 63) einander in einer zweiten Richtung (E) gegenüberliegen, die senkrecht zu der ersten Richtung (B) und dem Pfad (A) ist, wenn die primäre Wicklung und die sekundäre Wicklung (56, 63) durch Induktionen miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Wicklung und die sekundäre Wicklung (56, 63) jeweils durch einen festen magnetischen Kern (55, 55') integral mit dem Rahmen (6) getragen werden, und durch einen beweglichen magnetischen Kern (62) integral mit der ersten Backe (12), wobei wenigstens einer (62) der Kerne (55, 55'; 62) wenigstens zwei Vorsprünge (65) hat, die in die erste Richtung (B) in Richtung des anderen Kerns (55, 55') vorstehen, wenn die primäre Wicklung und die sekundäre Wicklung (56, 63) durch Induktionen miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer (62) der Kerne (55, 55'; 62) E-förmig im Schnitt in einer Ebene senkrecht zu Pfad (A) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Kern (55') plattenförmig ist, und einer (67) der benachbarten Abschnitte (59, 67) der primären Wicklung und der sekundären Wicklung (56, 63) von einem der Vorsprünge (65) des wenigstens einen (62) der Kerne (55', 62) getragen wird, während der andere benachbarte Abschnitt (59) vom anderen Kern (55') vorsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass, sofern durch elektromagnetische Induktion miteinander verbunden, der feste Kern und der bewegliche Kern (55, 62) in die erste Richtung verflechten.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide, der feste Kern und der bewegliche Kern (55, 62) Vorsprünge (58, 65) haben und dass, sofern durch elektrische Induktion miteinander verbunden, die Vorsprünge (65) eines der Kerne (62, 55) in entsprechenden Spalten, begrenzt durch die Vorsprünge (58) des anderen Kerns (55, 62), beherbergt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ersten Förderer (10) umfasst, der eine Anzahl an ersten Backen (12) hat und einen ersten Endlospfad (P) definiert, entlang dem sich die ersten Backen (12) bewegen, sowie einen zweiten Förderer (11), der eine Anzahl an zweiten Backen (13) hat und einen Endlospfad (Q) definiert, entlang dem sich die zweiten Backen (13) bewegen, wobei der erste und zweite Pfad (P, Q) entsprechende Arbeitsabschnitte (P₁, P₂; Q₁, Q₂) umfassen, die an den Pfad (A) des Schlauchs (3) aus Verpackungsmaterial angrenzen und sich im Wesentlichen symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten des Pfads (A) erstrecken, so dass die ersten Backen (12) mit den entsprechenden zweiten Backen (13) zusammenwirken, um den Schlauch (3) an entsprechenden Querschnitten fest zu ergreifen und zu versiegeln.