Vorrichtung zur Herstellung von tiefgezogenen Verpackungsmulden mit einem gekühlten Formunterteil

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von tiefgezogenen Verpackungsmulden sowie eine Verpackungsmaschine, die die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.

Lebensmittel werden heutzutage immer öfter in Kunststoffverpackungen angeboten, die aus einer Verpackungsmulde, in die die Lebensmittel eingelegt werden, und einer Deckelfolie, mit der die Verpackungsmulde verschlossen wird, bestehen. Die Verpackungsmulden werden in der Regel durch Tiefziehen aus einer planen Folienbahn hergestellt, wobei das Tiefziehen gemäß dem stand der Technik mit einem beheizten Tiefziehwerkzeug erfolgt. Verpackungsmulden, die mit einem derartigen Werkzeug hergestellt werden, haben jedoch den Nachteil, dass die tiefgezogene Folie beim oder nach dem Tiefziehen schrumpft und dadurch insbesondere die Ränder der Verpackungen nicht gerade sind.

Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der der Schrumpfeffekt zumindest vermindert wird.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung zum Herstellen von tiefgezogenen Verpackungsmulden aus einer schrumpffähigen Folienbahn mit einem Tiefziehwerkzeug, wobei das Tiefziehwerkzeug beim Tiefziehen gekühlt ist.

Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass sich mit einer derartigen Vorrichtung Verpackungsmulden mit geraden Verpackungsrändern aus einer schrumpffähigen Kunststofffolie herstellen lassen und/oder, dass die ungewollte Rückschrumpfung der hergestellten Verpackungsmulde unmittelbar nach dem Tiefziehen zumindest vermindert ist. Dadurch lassen sich Verpackungsbehälter mit einer ganz neuen Erscheinungsform und einer sehr reproduzierbaren Größe herstellen.

Eine schrumpffähige Folie im Sinne der Erfindung ist eine thermoformbare, vorzugsweise tiefziehfähige Mehrschichtfolie mit einer Wärmeschrumpf fähigkeit in

Längs- und in Querrichtung von jeweils wenigstens 20%, wobei die Wärmeschrumpffähigkeit durch Thermoformung im wesentlichen nicht beeinflusst wird. Bevorzugt beträgt die Wärmeschrumpffähigkeit der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien in Längs- und in Querrichtung jeweils wenigstens 25%, bevorzugter wenigstens 30%, noch bevorzugter wenigstens 35%, am bevorzugtesten wenigstens 40% und insbesondere wenigstens 45%. Derartige Folien werden beispielsweise in der DE 10 2005017937.1 offenbart, die hiermit als Referenz eingeführt wird und somit als Teil der Offenbarung gilt.

Erfindungsgemäß ist das Tiefziehwerkzeug beim Tiefziehen gekühlt. Vorzugsweise weist das Tiefziehwerkzeug dafür Kühlmittel auf. Derartige Kühlmittel können beispielsweise Kühlleitungen sein, die im Bereich des Tiefziehwerkzeugs angeordnet sind und durch die ein Kühlmedium, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit oder ein Kühlgas, zirkuliert.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung Haltemittel auf, so dass die Folie zwischen dem Haltemittel und dem Tiefziehwerkzeug einspannbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Haltemittel um einen Klemmrahmen. Vorzugsweise ist das Haltemittel vertikal verschiebbar angeordnet. Vorzugsweise wird die Folienbahn mit dem Haltemittel fixiert bevor das Tiefziehen erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dieses Haltemittel ebenfalls mit einem Kühlmittel versehen, das an denselben Kühlmittelkreislauf wie das Tief ziehwerkzeug oder an einen anderen Kühlkreislauf angeschlossen sein kann. Als Kühlmittel eignet sich insbesondere ein Kühlmittel, das beispielsweise auch in Kühlschranken und dergleichen Anwendung findet. Diese bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass der Bereich der Verpackungsmulde an den in einem weiteren Verfahrensschritt eine Deckelfolie gesiegelt wird keine oder nur sehr geringe Spannungen aufweist, was in weniger Leckagen im Bereich der Siegelnaht resultiert.

Vorzugsweise ist mindestens ein Kühlmittelkreislauf geregelt beispielsweise Temperaturgeregelt, so dass das Tiefziehwerkzeug und/oder das Haltemittel immer eine nahezu konstante Temperatur aufweist.

Weiterhin bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Heizmittel, besonders bevorzugt eine Heizplatte auf, mit der die Folienbahn insbesondere vor dem Tiefziehen aufheizbar ist. Mit dem Heizmittel wird die Folienbahn zumindest bereichsweise bis zur Plastifizierungstemperatur erwärmt. Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung sehr schnell. Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel auf, mit denen der Kontakt und damit der Wärmeübergang zwischen der Folienbahn und dem Heizmittel verbessert wird. Besonders bevorzugt wird dieser Kontakt durch Unter- und/oder überdruck verbessert, der die Foliebahn an die Heizmittel saugt und/oder drückt. Für den Fall, dass mehrere Verpackungsmulden gleichzeitig hergestellt werden, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise pro herzustellende Verpackungsmulde ein Heizmittel auf. Vorzugsweise sind die Heizmittel vertikal verschiebbar, an und abschaltbar und/oder Temperatur-regelbar. Nachdem die Foliebahn erwärmt worden ist und besonders bevorzugt vor dem Tiefziehen wird das Heizmittel wieder von der Folienbahn entfernt und/oder abgeschaltet, um eine überhitzung der Folienbahn zu vermeiden und um zu verhindern, dass bei der Kühlung des Tiefziehwerkzeuges beziehungsweise des Haltemittels zu viel Wärme abgeführt werden muss. Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung lokal sehr gezielt und sehr schnell, so dass nur die gewünschten Bereiche erwärmt werden. Nach oder beim Tiefziehen wird die Folienbahn dann möglichst schnell abgekühlt, um eine ungewollte Rückverformung der thermogeformten Verpackungsmulden zu vermeiden. Der Fachmann erkennt, dass die Erwärmung und Kühlung auch gleichzeitig erfolgen kann, um zu vermeiden, dass sich gewisse Bereiche der Folienbahn während deren Erwärmung miterwärmen und/oder um eine unerwünschte Aufwärmung dieser Bereiche zu vermindern und/oder um eine ungewollte Rückverformung zu vermeiden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Vakuum- und/oder Druckmittel auf, mit der die Folienbahn in das Tiefziehwerkzeug hineingedrückt bzw. hineingezogen wird und dabei seine abschließende Form erhält bzw. um den Wärmeübergang zwischen der Folienbahn und dem Tiefziehwerkzeug zu verbessern. Dieselben oder andere Vakuum- und/oder Druckmittel können auch dafür herangezogen werden, um den Kontakt zwischen der unverformten Folienbahn und dem Heizmittel zu verbessern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Herstellen von schrumpffähigen Verpackungsmulden für Verpackungen. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine Verpackungsmaschine, vorzugsweise eine sogenannte Form- FiII- Seal-Verpackungsmaschine oder ein sogenannter Trayformer.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von tiefgezogenen Verpackungsmulden aus einer Folienbahn, bei dem die Folienbahn erst teilweise aufgeheizt und vor und beim Tiefziehen teilweise gekühlt wird.

Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass sich mit einem derartigen Verfahren Verpackungsmulden mit geraden Rändern herstellen lassen und/oder dass keine ungewollte Schrumpfung nach dem Tiefziehen erfolgt. Dadurch lassen sich Verpackungsbehälter mit einer ganz neuen Erscheinungsform und einer sehr reproduzierbaren Größe herstellen.

Vorzugsweise wird die Folienbahn vor dem Tiefziehen eingespannt. Vorzugsweise erfolgt das Einspannen der Folienbahn mit einem Klemmrahmen. Besonders bevorzugt ist dieser Klemmrahmen gekühlt und am meisten bevorzugt vertikal verschiebbar angeordnet. Ein gekühlter Klemmrahmen hat den Vorteil, dass der spätere Siegelbereich zumindest nahezu spannungsfrei ist, was zu weniger Leckagen im Siegelbreich führt.

Weiterhin bevorzugt wird die Folienbahn vor dem Tiefziehen aufgewärmt. Vorzugsweise erfolgt das Aufwärmen und Kühlen zeitlich versetzt, wobei das Aufwärmen vorzugsweise vor dem Kühlen erfolgt. Weiterhin bevorzugt wird eine Oberfläche der Folienbahn aufgewärmt und die gegenüberliegende Oberfläche gekühlt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt das Erwärmen und Kühlen gleichzeitig, wobei die Folienbahn bereichsweise aufgewärmt und abgekühlt wird. Besonders bevorzugt wird die Folienbahn in Richtung der Auf heiz- bzw. Abkühlmittel gedrückt oder gesaugt, um einen möglichst guten Wärmeübergang zu erzielen. Für den Fall, dass mehrere Verpackungsmulden gleichzeitig hergestellt werden, wird jeder herzustellenden Verpackungsmulde

vorzugsweise ein Heizmittel zugeordnet. Dadurch kann die benötigte Wärme lokal sehr gezielt in die Folienbahn eingebracht werden.

Das Tiefziehen kann auf jede dem Fachmann geläufige Art und Weise erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Tiefziehen jedoch durch über- und/oder Unterdruck (Vakuum). Weiterhin bevorzugt erfolgt das Tiefziehen mit einem Stempel oder das Tiefziehen wird mit einem Stempel unterstützt, wobei der Stempel und das Heizmittel ein Bauteil sein können.

Erfindungsgemäß wird die Folienbahn zumindest bereichsweise vorm, beim und/oder nach dem Tiefziehen gekühlt. Insbesondere der Bereich der tiefgezogen worden ist, wird beim und/oder nach dem Tiefziehen so lange gekühl, bis keine ungewollte Rückverformung des tiefgezogenen Bereichs mehr erfolgt. In der Regel ist dies bei Temperaturen unterhalb der Plastifizierungstemperatur der jeweiligen Folie gegeben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1 bis 5 erläutert. Dieses Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. Die Erläuterungen gelten für die erfindungsgemäße Vorrichtung, die erfindungsgemäße Verpackung sowie das erfindungsgemäße Verfahren gleichermaßen.

Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung vor dem Tiefziehen.

Figur 2 zeigt das Erwärmen der Folienbahn.

Figur 3 zeigt das Tiefziehen der Verpackungsmulde.

Figur 4 zeigt das Lösen der Halterung.

Figur 5 zeigt die resultierende Verpackungsmulde.

Figur 6 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung

Figur 7 zeigt eine Verpackungsmaschine zur Herstellung eines shrinkplate

Figur 8 zeigt eine Verpackungsmaschine zur Herstellung eines shrinkpacks

In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die ein Tiefziehwerkzeug 3 mit mehreren Tiefziehkammern 10 aufweist. Erfindungsgemäß ist dieses Tiefziehwerkzeug gekühlt, wobei die Kühlung in dem vorliegenden Fall durch Bohrung 2 erfolgt, durch die ein Kühlmedium geführt wird. Oberhalb des Tiefziehwerkzeuges 3 befindet sich die zu verformende Folienbahn 1 , die zwischen dem Tiefziehwerkzeug 3 und einem Klemmrahmen 4 eingespannt ist. Der Klemmrahmen 4 ist in dem vorliegenden Fall mittels der Bohrung 5, durch die ein Kühlmittel geführt wird, ebenfalls kühlbar. Oberhalb der Folienbahn 1 befinden sich Heizplatten 7, die wie durch die Doppelpfeile 6 dargestellt, anhebbar bzw. absenkbar sind. Der Fachmann weiß, dass das Tiefziehwerkzeug 3 ebenfalls vertikal bewegbar ist.

Figur 2 zeigt das Erwärmen der zwischen dem Klemmrahmen 4 und dem Tiefziehwerkzeug 3 eingespannten Folienbahn 1. Dafür wurden die Heizplatten 7 abgesenkt, so dass sie vorzugsweise in Kontakt mit der Folienbahn stehen. Die Folienbahn wird solange aufgewärmt, bis sie im Bereich der Wärmeplatte die gewünschte Temperatur aufweist. Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung zeitgesteuert.

Sobald die Folie hinreichend erwärmt wurde, werden die Heizplatten wieder angehoben und das Tiefziehen der Folienbahn 1 zur Herstellung der Verpackungsmulden 8 erfolgt (Fig. 3). In dem vorliegenden Fall sind die Tiefziehkammern 10 mit Vakuum beaufschlagbar, mit dem die Folienbahn wie dargestellt verformt wird. Während des gesamten Aufheiz- und Tiefziehprozesses werden das Tiefziehwerkzeug und der Klemmrahmen gekühlt.

Sobald die Verpackungsmulden 8 tiefgezogen sind (Figur 4), wird das Tiefziehwerkzeug 3 abgesenkt, so dass sich die Verpackungsmulden 8 aus dem Tiefziehwerkzeug 3 entformen. Das Tiefziehwerkzeug wird soweit abgesenkt, dass die hergestellten Verpackungsmulden aus dem Tiefziehbereich heraustransportiert werden können und eine neuerliche Verformung der Folienbahn 1 erfolgen kann.

In Figur 5 sind die fertiggestellten Verpackungsmulden dargestellt. Durch die Kühlung der Tiefziehform sind die Packungsränder 9 und/oder der Boden der Verpackung gerade, weil die Folienbahn nach dem Tiefziehen gar nicht oder nur sehr wenig nach oder beim Tiefziehen schrumpft.

Figur 6 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von tiefgezogenen Kunstoffverpackungsmulden aus schrumpffähigen Folien aus einer schrumpffähigen Folienbahn. Die Vorrichtung 12 weist ein Unterwerkzeug 3 und ein Oberwerkzeug 19 auf. Das Unterwerkzeug 3 weist das Negativ der Form der herzustellenden Verpackungsmulde auf. In das Unterwerkzeug sind Kanäle 2 eingearbeitet, durch die ein Kühlmittel zirkuliert mit dem das Unterwerkzeug gekühlt wird. Wie durch den Doppelpfeil angedeutet, ist das Unterwerkzeug absenkbar bzw. anhebbar. Zwischen dem Unterwerkzeug und dem Oberwerkzeug verläuft die nicht dargestellte Folienbahn. Das Oberwerkzeug 19 ist ebenfalls anhebbar bzw. absenkbar. Dasselbe gilt für den Klemmrahmen 4 und die Heizmittel 7. Mit dem Klemmrahmen wird die Folienbahn gegen das Unterwerkzeug gedrückt und festgeklemmt, damit sie tiefgezogen werden kann. Der Klemmrahmen 4 weist darüber hinaus auch Kanäle 2 auf, durch die ein Kühlmittel zirkuliert, so dass der Rahmen der Klemmrahmen 4 kühlbar ist. Die Kühlung des Klemmrahmens hat insbesondere den Vorteil, dass sich die Folienbahn, die sich unter dem Klemmrahmen befindet nicht erwärmt wird und somit spannungsfrei ist. An diesen Bereich wird später die Oberfolie gesiegelt. Dadurch dass dieser Bereich spannungsfrei ist, weist die Siegelung der später resultierenden Verpackung eine sehr hohe Dichtigkeit auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist pro herzustellender Verpackungsmulde eine separat anzusteuernde Heizung 7 auf, die gegebenenfalls aus mehreren Heizelementen, beispielsweise Heizpatronen bestehen kann. Mit diesem(diesen) Heizelement(en) wird die Folienbahn möglichst schnell erwärmt. Um den Wärmeübergang zwischen der Folienbahn und der jeweiligen Heizmitteln zu verbessert, kann in dem Bereich unter der Folienbahn ein überdruck erzeugt werden, der die Folienbahn gegen das Heizmittel drückt und damit den Wärmeübergang verbessert. Der Fachmann erkennt, dass auch zwischen der Folienbahn und dem Heizmittel 7 ein Unterdruck erzeugt werden kann, der die Folienbahn gegen das Heizmittel saugt. Sobald die Folienbahn ihre Plastifizierungstemperatur erreicht hat, wird sie mit den Heizmitteln 7, die dann gleichzeitig als Stempel wirken in die jeweilige Tiefziehform gedrückt und/oder es

wird in der Tiefziehform ein Unterdruck angelegt, der die Folienbahn in die Tiefziehform hineinsaugt. Diese Tiefziehform ist gekühlt, so dass die Folienbahn beim und/oder unmittelbar nach dem Tiefziehen gekühlt wird. Diese Kühlung erfolgt so lange bis die Folienbahn eine Temperatur erreicht hat, bei der eine ungewollte Rückverformung der Verpackungsmulde aufgrund der Schrumpffähigkeit der Folie ausgeschlossen werden kann.

Figur 7 zeigt eine Verpackungsmaschinen zur Herstellung einer shrinkplate, d.h. einer Verpackung mit einer schrumpffähigen Verpackungsmulde, die mit einer nicht schrumpffähigen vergleichsweise starren Deckelfolie verschlossen ist. Von einer Rolle 11 wird taktweise eine Folienbahn abgerollt und in der Tiefziehvorrichtung 12 werden Verpackungsmulden 8 in die Folienbahn eingeformt. Diese Verpackungsmulden 8 werden dann mit einem nicht dargestellten Verpackungsgut gefüllt und danach in der Siegelstation 13 mit einer Deckelfolie 14 verschlossen. In dem vorliegenden Fall besteht die Folienbahn 11 aus einer schrumpffähigen Folie während die Folienbahn 14 nicht schrumpffähig und relativ starr ist, so dass sie wie eine Tablett wirkt. Nach dem Siegeln wird die Verpackungsmulde in einer Schrumpfvorrichtung 15 geschrumpft, wobei nur die tiefgezogene Verpackungsmulde mit einem heißen Medium, beispielsweise heiße Luft, Dampf oder Wasser in Berührung kommt. Die so fertiggestellten geschrumpften Verpackungen werden so dann mit der Scheidvorrichtung 16 vereinzelt und als fertiggestellte Verpackung 17 abtransportiert. Die jeweiligen Doppelpfeile zeigen, dass ein oder zwei Aggregate der jeweiligen Station anhebbar bzw. absenkbar sind.

Figur 8 zeigt eine Verpackungsmaschine zur Herstellung einer shrinkpack in zwei Ansichten. Ein shrinkpack besteht aus einer schrumpffähigen Ober- und einer schrumpffähigen Unterfolie. Wiederum wird von einer Rolle 11 die schrumpffähigen Folienbahn abgerollt und in einer Formstation 12 die Verpackungsmulden 8 in die Folienbahn durch Tiefziehen eingeformt. Nachdem die Verpackungsmulden mit einem nicht dargestellten Verpackungsgut befüllt worden sind, wird die Verpackungsmulde mit einer Folienbahn 14 in der Siegelstation 13 durch Siegeln verschlossen. In dem vorliegenden Fall handelt es sich bei der Deckelfolie ebenfalls um eine schrumpffähige Folie. In einem nächsten Verfahrensschritt werden die Verpackungen in einer Schneidstation 16 vereinzelt. Die so hergestellten

Verpackungen 18 werden in einen Schrumpftunnel geschrumpft, in dem sie von allen Seiten mit kochendem Wasser, heißer Luft oder Dampf beaufschlagt werden. Die jeweiligen Doppelpfeile zeigen, dass ein oder zwei Aggregate der jeweiligen Station anhebbar bzw. absenkbar sind.

Bezugszeichen

1 Folienbahn

2 Kühlmittel

3 Tiefziehwerkzeug, Unterwerkzeug

4 Haltemittel, Klemmrahmen

5 Kühlmittel

6 Boden der Verpackungsmulde, Doppelpfeil

7 Heizmittel, Heizplatten, Heizelement, Heizpatrone

8 Verpackungsmulde

9 Packungsränder

10 Packungsboden

11 Folienrolle

12 Tiefziehstation

13 Siegelstation

14 Oberfolie

15 Schrumpfstation, Schrumpftunnel

16 Schneidstation

17 Fertiggestellte, geschrumpfte Verpackung

18 Verpackung vor dem Schrumpfen

19 Oberwerkzeug