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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ausschleusvorrichtung für eine Hochgeschwindigkeits-Verpackungsmaschine
für kontinuierliche
Produktion von aseptischen geschlossenen Packungen, die gießbare Nahrungsmittelerzeugnisse
enthalten, von einem Schlauch von Verpackungsmaterial.
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Zahlreiche
gießbare
Nahrungsmittelerzeugnisse, wie zum Beispiel Getränke, Fruchtsaft, pasteurisierte
Milch oder UHT-Milch (ultrahocherhitzte Milch, H-Milch), Wein, Tomatensauce
etc., werden in Packungen aus sterilisiertem Verpackungsmaterial verkauft.
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Ein
typisches Beispiel für
eine solche Verpackung ist der Parallelepiped-Verpackungsbehälter für flüssige oder gießbare Nahrungsmittelerzeugnisse mit
der Bezeichnung Tetra Brik Aseptic (eingetragenes Warenzeichen),
der durch Falzen und Siegeln eines bandgewalzten Verpackungsmaterials
ausgebildet wird.
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Das
gewalzte Verpackungsmaterial umfasst Schichten aus Faserstoff, wie
zum Beispiel Papier, die beidseitig mit thermoplastischem Kunststoff,
wie zum Beispiel Polyethylen, abgedeckt sind, und die Seite des
Verpackungsmaterials, die letztendlich in der Verpackung mit dem
Nahrungsmittelerzeugnis in Berührung
kommt, umfasst weiterhin eine Schicht eines Barrierematerials, wie
zum Beispiel einer Aluminiumfolie, die wiederum mit einer Schicht
aus thermoplastischem Kunststoff abgedeckt ist.
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Bekanntermaßen werden
Packungen der oben beschriebenen Art auf vollautomatischen Verpackungsmaschinen,
auf denen ein durchgehender Schlauch von dem in Bandform zugeführten Verpackungsmaterial
ausgebildet wird, hergestellt. Das Band von Verpackungsmaterial
wird auf der Verpackungsmaschine sterilisiert, zum Beispiel durch
Aufbringen eines chemischen Sterilisationsmittels, wie zum Beispiel
einer Wasserstoffperoxidlösung.
Nach der Sterilisation wird das Sterilisationsmittel von den Oberflächen des
Verpackungsmaterials entfernt, zum Beispiel durch Verdampfen durch
Erwärmen, und
der wie beschrieben sterilisierte Streifen von Verpackungsmaterial
wird in einer ge schlossenen sterilen Umgebung vorgehalten und wird
in Längsrichtung
gefalzt und gesiegelt, um einen Schlauch auszubilden.
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Der
Schlauch wird mit dem sterilisierten oder steril verarbeiteten Nahrungsmittelerzeugnis
gefüllt und
an gleichmäßig beabstandeten
Querschnitten gesiegelt, an denen er danach in Kissenkartonagen geschnitten
wird, die später
mechanisch zu Parallelepiped-Packungen
gefalzt werden.
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Bekannte
Verpackungsmaschinen umfassen normalerweise eine Ausschleusvorrichtung
zum Ausschleusen von Verpackungen, die nicht garantiert vollkommen
aseptisch sind.
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Die
genannten Vorrichtungen umfassen im Wesentlichen eine Zuführstation,
die nacheinander mit den Packungen beschickt wird; eine erste Führungseinrichtung
zum Führen
der Packungen entlang eines Übergabeweges
zu einer Ausgabestation; sowie eine zweite Führungseinrichtung zum Führen der Packungen
entlang eines Ausstoßweges,
der den Übergabeweg
kreuzt; und ein Auswahlelement, das eine bewegliche Trennwand umfasst,
die sich an dem Schnittpunkt der beiden Wege befindet und sich um
eine feste Scharnierachse zwischen einer ersten Betriebsstellung,
die die Zuführstation
mit der ersten Führungseinrichtung
verbindet, und einer zweiten Betriebsstellung, die die Zuführstation
und die zweite Führungseinrichtung
verbindet, dreht.
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Ein
wesentlicher Nachteil von Ausschleusvorrichtungen der oben genannten
Art besteht darin, dass mit zunehmender Produktionsleistung der
Verpackungsmaschine die bewegliche Trennwand dazu tendiert, bei
hoher Geschwindigkeit anormal mit den durchgeschleusten Packungen
in Wechselwirkung zu treten und zu verklemmen, was zu einer Unterbrechung
des Produktionszyklus führt.
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Eine
Patentzusammenfassung aus JP-A-05305926 beschreibt eine Verpackungsmaschine
für Kissenkartonagen
mit einer Ausschleusvorrichtung, die durch eine Schüttelrinne
gebildet wird, die so angepasst ist, dass sie selektiv geschaltet
wird, um fehlerhafte Produkte aus der Linie zu entfernen.
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DE-U-7910291
beschreibt eine Vorrichtung zum Verteilen von Artikeln, die in einer
im Wesentlichen horizontalen Reihe in einer Vielzahl von Förderwegen
gefördert
werden, durch Mittel eines Verteilungselementes.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache, zuverlässige Ausschleusvorrichtung
für eine
Hochgeschwindigkeits-Verpackungsmaschine bereitzustellen, die den
oben genannten Nachteil, der üblicherweise
mit bekannten Vorrichtungen verbunden ist, überwindet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Ausschleusvorrichtung für eine Hochgeschwindigkeits-Verpackungsmaschine
nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Ein
bevorzugtes, nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen:
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1 zeigt
eine schematische Teilseitenansicht einer Hochgeschwindigkeits-Verpackungsmaschine,
die eine Ausschleusvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
beinhaltet.
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2 zeigt
eine Ansicht im größeren Maßstab in
der Perspektive der Ausschleusvorrichtung von 1.
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3 und 4 zeigen
Längsschnitte
eines Details der Ausschleusvorrichtung von 2 in zwei verschiedenen
Betriebsstellungen im größeren Maßstab.
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Die
Verweisziffer 1 in den 1 und 2 bezeichnet
eine Ausschleusvorrichtung für
eine Hochgeschwindigkeits-Verpackungsmaschine 2 (nur teilweise
und schematisch gezeigt) für
kontinuierliche Produktion von aseptischen geschlossenen Packungen 3,
zum Beispiel von im Wesentlichen Parallelepipedform, die ein gießbares Nahrungsmittelerzeugnis, wie
zum Beispiel pasteurisierte Milch oder UHT-Milch, Fruchtsaft, Wein
etc. enthalten, von einem bandgewalzten Verpackungsmaterial, das
auf der von den Packungen 3 nach außen gewandten Seite eine Anzahl
gleichmäßig beabstandeter
vorbedruckter Muster (nicht gezeigt) aufweist.
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Bekanntermaßen wird
das Verpackungsmaterial, nachdem es durch eine bekannte Sterilisationsstation
(nicht gezeigt), an der es mit einem Sterilisationsmittel, wie zum
Beispiel Wasserstoffperoxid, behandelt wird, hindurchgeführt worden
ist, entlang einer Längslinie
gefalzt und gesiegelt, um einen kontinuierlichen vertikalen Schlauch 4 (1)
auszubilden, der im Wesentlichen mit dem Nahrungsmittelerzeugnis
gefüllt
ist, und um Absorption durch das Verpackungsmaterial entlang der
Längssiegelungslinie zu
verhindern, wird diese mit einem Schutzstreifen, ebenfalls bandgewalzt,
versehen.
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Wie
in 1 gezeigt wird, bildet die Vorrichtung 1 eine Übergabeeinheit
der Maschine 2 und ermöglicht
selektives Zuführen
von Packungen 3 – Fahren
entlang eines vertikalen Zuführweges
A von einer Formeinheit 5 (die nicht Bestandteil der vorliegenden
Erfindung ist und daher nur schematisch gezeigt wird), angeordnet
vor der Vorrichtung 1 – entlang
eines Übergabeweges
B zu einer nachgelagerten Falzeinheit 6 (die nicht Bestandteil
der vorliegenden Erfindung ist und daher nur teilweise gezeigt wird)
oder zu einem Ausschusspackungs-Sammelbereich 7 entlang
eines Ausstoßweges
C, dessen vorgelagertes Ende die Wege A und B kreuzt.
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Insbesondere
umfasst der Weg B einen nachgelagerten Abschnitt B1,
der sich vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, in einer im
Wesentlichen horizontalen Richtung und neben der Falzeinheit 6 erstreckt,
und einen vorgelagerten Abschnitt B2, der
den Weg A mit dem Abschnitt B1 verbindet, und
der Weg C ist ein schräger
gerader Abschnitt, der sich zwischen dem Weg B und dem Bereich 7 erstreckt.
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Die
Packungen 3 werden in einer Eingabeposition zu der Vorrichtung 1 zugeführt, wobei
eine jeweilige Achse D (1, 3 und 4)
vertikal positioniert und mit dem Weg A ausgerichtet ist, und in
einer Ausgabeposition an die Falzeinheit 6 übergeben,
wobei die Achse D horizontal positioniert und mit dem Weg B ausgerichtet
ist.
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Die
Formeinheit 5 (deren Hauptelemente für ein besseres Verständnis der
vorliegenden Erfindung kurz beschrieben werden) umfasst im Wesentlichen zwei
Kettenförderer 8,
die auf beiden Seiten des Schlauches 4 von Verpackungsmaterial
angeordnet sind und je weils Schenkel 9 und Gegenschenkel 10 haben,
die miteinander zusammenwirken, um den Schlauch 4 an gleichmäßig beabstandeten
Querschnitten zu siegeln, sowie eine Schneidvorrichtung 11 zum
Schneiden des Schlauches 4 an den gesiegelten Abschnitten,
um Packungen 3 auszubilden, die danach mittels Schwerkraft
entlang des Weges A zu der Vorrichtung 1 zugeführt werden.
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Da
der Abstand zwischen den Packungen 3, wenn sie im freien
Fall aus der Formeinheit 5 fallen, aufgrund der Schwerkraftbeschleunigung
zunimmt, wird die Vorrichtung 1 vorzugsweise so entlang
des Freifallweges A positioniert, dass die Packungen 3 durch
einen Abstand getrennt werden, der so ausreichend ist, dass sie
jeweils einzeln mit der Vorrichtung 1 zusammenwirken.
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Die
Falzeinheit 6 umfasst im Wesentlichen einen Kettenförderer 12,
der eine Anzahl flacher, rechteckiger Klingen 13 (nur eine
wird gezeigt) aufweist, die jeweilige Packungen 3 mit jeweiligen
Achsen D parallel zu den Klingen 13 stützen und nahe zu der Vorrichtung 1 entlang
einer gekrümmten
Bahn fahren, die sich einer vertikalen Richtung parallel zu dem
Weg A und senkrecht zu den Klingen 13 annähert.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 bis 4 umfasst
die Vorrichtung 1 einen Sockel 15, der unter der
Schneidvorrichtung 11 angeordnet und von zwei beabstandeten,
gestreckten Seitenwänden 16,
die sich in der Richtung des Abschnittes B1 des
Weges B erstrecken, und von einem keilförmigen Abschnitt 17, der
zwischen den jeweiligen Endabschnitten 16a der Seitenwände 16 gebildet
wird, um Packungen 3 von der Schneidvorrichtung 11 durch
Schwerkraft aufzunehmen und um sie entlang des Weges B oder C zu führen.
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Die
Flächen 18, 19 sind
schräg
und in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf den Weg A geneigt.
Insbesondere ist die Fläche 18 eine
gekrümmte,
nach außen
konkave Fläche,
wohingegen die Fläche 19 eine
flache Fläche
ist.
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Da
die Zeit für
die Übergabe
von Packungen 3 von der Formeinheit 5 zu der Falzeinheit 6 entsprechend
dem veränderlichen
Grad von Reibung, die jeweils zwischen der Packung 3 und
der Fläche 18 erzeugt
wird, variieren kann, sind die Klingen 13 so ausge führt, dass
sie kontinuierlichen Betrieb der Falzeinheit 6 selbst bei
Vorliegen geringfügiger
Unregelmäßigkeiten
in der Zuführung
von Packungen 3 ermöglichen.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst weiterhin ein Förderband 21, das zwischen
den Seitenwänden 16 des Sockels 15 und
zum Zuführen
von Packungen 3 von der Fläche 18 zu der Falzeinheit 6 bereitgestellt
wird; ebenso umfasst sie ein Auswahlelement 22, das unmittelbar
vor dem Abschnitt 17 angeordnet ist, das eine Eingabeöffnung 23 für Packungen 3 von
der Schneidvorrichtung 11 hat, das an dem Sockel 15 so angebracht
ist, dass es um eine Achse E senkrecht zu dem Weg A und zu dem Abschnitt
B1 von dem Weg B zwischen einer ersten Betriebsstellung (3),
die die Öffnung 23 mit
der Fläche 18 verbindet,
um Packungen 3 entlang des Weges B zuzuführen, und
einer zweiten Betriebsstellung (4), die die Öffnung 23 mit
der Fläche 19 verbindet,
um Packungen 3 entlang des Weges C zuzuführen, drehen kann.
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Insbesondere
ist der Förderer 21 mit
der Schneidvorrichtung 11 synchronisiert und umfasst eine
Antriebsriemenscheibe und eine angetriebene Riemenscheibe (nicht
gezeigt), und ein Band 24, das in einer Schleife um die
Riemenscheiben herum geführt
wird und eine horizontale Förderabzweigung 25 aufweist,
die auf einer Verlängerung
der Fläche 18 angeordnet
ist, erstreckt sich von dem unteren Ende, der gegenüberliegenden
Kante 20, der Fläche 18 zu der
Falzeinheit 6 hin und bildet den Abschnitt B1 des Weges
B.
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Wie
in den 1, 3 und 4 gezeigt wird,
stehen die Seitenwände 16 des
Sockels 15 in Bezug auf die Abzweigung 25 des
Bandes 24 von Abschnitt 17 nach oben vor, um jeweilige
seitliche Rückhaltewände 26 zum
Halten der Packungen 3 entlang des Weges B zu bilden.
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Der
Sockel 15 umfasst weiterhin zwei Brückenelemente 27 quer
zu der Abzweigung 25 des Bandes 24 an gegenüberliegenden
Enden des Oberteiles der jeweiligen Zwischenabschnitte der Seitenwände 16 sowie
zwei im Wesentlichen gerade Führungsabschnitte 28,
die integral mit einem Element oder mit mehreren Elementen 27 verbunden
sind und sich parallel zueinander und zu dem Band 24 erstrecken.
Zusammen mit dem Band 24 und den Rückhaltewänden 26 bilden die
Abschnitte 28 für
Verpackungen 3 von dem Abschnitt 17 einen Zwangsdurchgang,
wodurch Packungen 3 auf die Ausgabeposition eingestellt
werden.
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Das
Band 24 umfasst weiterhin eine Anzahl gleichmäßig beabstandeter
Klingen 29, die mit den Abschnitten 28 und den
Rückhaltewänden 26 zusammenwirken,
um Packungen 3 gleichmäßig beabstandet
entlang des Abschnittes B1 des Weges B zuzuführen. Insbesondere
bildet ein jedes Element 27 eine Bremse, die mit den Packungen 3 zusammenwirkt,
um sicherzustellen, dass diese in Berührung mit den jeweiligen Klingen 29 des
Förderers 21 positioniert
werden.
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Die
Seitenwände 16 umfassen
weiterhin jeweilige Endabschnitte 16b in Gegenüberlage
zu den Abschnitten 16a und in Längsrichtung hervorstehend in
Bezug auf den Förderer 21,
um einen Durchgangssitz 30 zu bilden, der in Gebrauch in
Eingriff mit der Klinge 13 ist, um eine jeweilige Packung 3 von
dem Förderer 21 aufzunehmen.
Insbesondere ist die an einem gegebenen Punkt in dem Produktionszyklus
in den Sitz 30 eingreifende Klinge 13 horizontal
und im Wesentlichen koplanar mit der Abzweigung 25 des Bandes 24 positioniert
und bildet mit dem Sitz 30 eine Ausgabestation, an der
Packungen 3 zu der Vorrichtung 1 zugeführt werden.
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Der
Sockel 15 umfasst weiterhin ein Paar Platten 31,
die außen
mit den Abschnitten 16a der jeweiligen Seitenwände 16 verschraubt
sind und die in Bezug auf die Seitenwände 16 nach oben vorstehen und
dazwischen die Auswahlelemente 22 drehend um die Achse
E abstützen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst das Auswahlelement 22 ein Paar Wände 32, 33,
die einander zugewandt und integral miteinander verbunden sind und
von denen eine erste (32) in der ersten Betriebsstellung
des Auswahlelementes 22 (3) mit der
Fläche 18 ausgerichtet
ist, um Packungen 3 entlang des Weges B zu führen, wohingegen
die andere (33) in der zweiten Betriebsstellung des Auswahlelementes 22 (4)
mit der Fläche 19 ausgerichtet
ist, um Packungen 3 entlang des Weges C zu führen.
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Insbesondere
sind die Wände 32, 33 vorzugsweise,
jedoch nicht notwendigerweise, etwas zueinander geneigt und konvergieren
zu dem Abschnitt 17 des Sockels 15 hin. Weiterhin
sind die Wände 32, 33 durch
ein Paar rahmenförmiger
Querelemente 34, deren Oberkanten zusammen mit den jeweiligen
Oberkanten der Wände 32, 33 die Öffnung 23 bilden,
integral miteinander verbunden.
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Die
Elemente 34 sind dem Oberteil der jeweiligen oberen Abschnitte
der Platten 31 zugewandt und über jeweilige Scharnierbolzen 35 der
Achse E mit diesen verbunden.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 bis 4 umfasst
die Vorrichtung 1 weiterhin eine Betätigungsvorrichtung 36 zum
Betätigen
des Auswahlelementes 22, die wiederum einen Pneumatikzylinder 37 umfasst,
der an einer der Platten 31 befestigt ist und eine Stange 38 aufweist,
die entlang der jeweiligen Vertikalachse F parallel zu dem Weg A
beweglich ist, sowie einen Hebel 39, dessen eines Ende
an dem freien oberen Ende der Stange 38 gelenkig gelagert ist,
sowie ein im Wesentlichen schenkelförmiges gegenüberliegendes
Ende, in das der jeweilige Bolzen 35 eingreift und das
dieser integral verriegelt.
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Die
Stange 38 ist beweglich zwischen einer zurückgezogenen
Position, die fast vollständig
in einem jeweiligen Mantel 42 des Zylinders 37 aufgenommen
ist und ein Auswahlelement 22 in der ersten Betriebsstellung
vorhält,
und einer vorderen Position, die fast vollständig von dem Mantel 42 hervorsteht und
die das Auswahlelement 22 in der zweiten Betriebsstellung
vorhält.
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Schließlich wird
der Zylinder 37 über
die Zwischenschaltung eines Magnetventils 43 über eine elektronische
Steuereinheit 44, die die Maschine 2 steuert und
deren Eingang mit einer Anzahl von bekannten Überwachungssensoren (nicht
gezeigt) an vorbestimmten Orten in der Maschine 2 verbunden ist,
gesteuert.
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In
eigentlichem Gebrauch ist das Auswahlelement 22 normalerweise
auf die erste Betriebsstellung eingestellt, um die Packungen 3,
die durch Schwerkraft von der Schneidvorrichtung 11 durch
die Öffnung 23 fallen,
entlang der Fläche 18 zu
führen, und
das konkave Profil der Fläche 18 bewirkt,
dass die Packungen 3 reibungslos und glatt auf die Abzweigung 25 des
Bandes 24 gleiten, von der sie zu der Falzeinheit 6 zugeführt werden.
Wen sie von der Fläche 18 auf
das Band 24 übergeben
werden, werden die Packungen 3 oben durch die Abschnitte 28 und
seitlich durch die Rückhaltewände 26 geführt, und
die von dem Band 24 hervarstehenden Klingen 29 stellen
sicher, dass die Packungen 3 gleichmäßig beabstandet entlang des
Abschnittes B1 des Weges B zugeführt werden.
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Das
Auswahlelement 22 wird durch die Steuereinheit 44 jedes
Mal von der ersten in die zweite Betriebsstellung geschaltet, wenn
die aseptische Eigenschaft der von der Formeinheit 5 kommenden
Packungen 3 nicht sichergestellt werden kann und insbesondere
wenn die Überwachungssensoren
Unregelmäßigkeiten
in dem Betriebszyklus der Maschine 2 oder während der
unvermeidbaren Übergangsbetriebszustände der
Maschine 2 feststellen.
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Beispielhaft
werden im Folgenden lediglich einige der Übergangsbetriebszustände genannt,
die unvermeidbar die Zurückweisung
einer bestimmten Anzahl von Packungen 3 erfordern.
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Am
Beginn des Produktionszyklus der Maschine 2 enthält die Sterilisationsstation
einen Abschnitt des Streifens von Verpackungsmaterial, der über einen
längere
Zeitraum, seit dem Ende des vorhergehenden Zyklus, an der Station
belassen worden ist, und dessen faserige Schicht das Sterilisationsmittel
aufgesaugt hat, so dass die aus diesem Streifenabschnitt gefertigten
Packungen 3 zurückgewiesen
werden, um die Qualität
der Packungen bzw. des in den Packungen enthaltenen und nachfolgend an
den Verbraucher gelieferten Erzeugnisses zu schützen und sicherzustellen.
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Wenn
weiterhin die Zuführrolle
des Verpackungsmaterials ausläuft
und durch eine neue Rolle ersetzt wird, muss eine Querklebung durch
Heißsiegeln
des Verpackungsmaterials auf den beiden Rollen vorgenommen werden.
Wenngleich die aseptische Eigenschaft der Packungen nach wie vor
gewährleistet
sein kann, werden alle Packungen 3 mit einer Querklebung
zurückgewiesen,
um die Qualität der
Packungen sicherzustellen. Das gleiche trifft offensichtlich zu,
wenn die den Schutzstreifen, der entlang der Siegelungslinie des
Schlauches 4 aufgebracht wird, enthaltende Rolle ausläuft und
ausgewechselt werden muss, in welchem Falle alle Packungen 3 mit
geklebten Schutzstreifen zurückgewiesen
werden, um die Qualität
der Packungen zu gewährleisten.
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Schließlich wird
das Auswahlelement 22 auf die zweite Betriebsstellung eingestellt,
wenn die die Maschine 2 überwachenden Sensoren einen
Positionierungsfehler der Muster auf den Packungen 3 oberhalb
bzw. unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes und wiederholt
für eine
vorbestimmte Anzahl von Packungen 3 erkennen, wobei diese
Situation offensichtlich auf eine Fehlfunktion an der Maschine 2 hinweist.
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In
allen oben genannten Fällen
ist die Anzahl der zurückgewiesenen
Packungen 3 aus Sicherheitsgründen immer beachtlich größer als
die von dem jeweiligen Problem eigentlich betroffene Anzahl.
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Die
Vorteile der Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
werden aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sein.
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Insbesondere
wird das Auswahlelement 22 durch die Steuereinheit 44 rasch
zurückgesetzt
und es bietet durch die beiden Wände 32, 33,
die jeweils Packungen 3 entlang eines jeweiligen Weges
B, C führen,
eine optimale Führung
der Packungen 3 in beiden Betriebsstellungen und kann daher
vorteilhaft an einer kontinuierlichen Verpackungsmaschine eingesetzt
werden, die mit einer hohen Ausstoßrate (zum Beispiel 8.000 bis
24.000 Packungen pro Stunde) arbeitet.
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Offensichtlich
können
an der hierin beschriebenen und veranschaulichten Vorrichtung 1 Änderungen
vorgenommen werden, ohne jedoch von dem Geltungsbereich der Patentansprüche abzuweichen.