Verpackungsmaschine mit einem regelbaren Pneumatik/Hydraulik-Antrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verpackungsmaschine, bei der mindestens ein Werkzeug mit einem Hubsystem in eine abgesenkte und in eine angehobene Stellung verschiebbar ist, wobei die Hubstation als Antrieb mindestens einen regelbaren Pneumatik/Hydraulik-Antrieb aufweist.

Heutzutage werden Lebensmittel oftmals in Kunststoffverpackungen verpackt, um diese haltbar zu machen. Das Herstellen und Befüllen der Verpackungen geschieht in der Regel mit einer semikontinuierlich arbeitenden Verpackungsmaschine, bei der die Verpackungsmulde zunächst aus einer Folie tiefgezogen, sodann mit dem zu verpackenden Gut befüllt und anschließend mit einer Deckelfolie versiegelt wird. Die so hergestellten Verpackungen werden in einem letzten Schnitt auseinander geschnitten. Bei der Herstellung der Verpackung müssen Werkzeuge, beispielsweise die Tiefziehform, das Siegel- und/oder Schneidwerkzeug vertikal bewegt werden, wobei insbesondere beim Siegeln und Schneiden ganz erhebliche Kräfte auftreten. Der Antrieb der oben genannten Werkzeuge erfolgte oftmals mit Pneumatikzylindern, weil diese einfach und günstig zu handhaben sind.

Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verpackungsmaschine zur Verfügung zu stellen, die schneller und geräuschärmer ist sowie weniger Verschleiß aufweist als Maschinen gemäß dem Stand der Technik.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Verpackungsmaschine, bei der mindestens ein Werkzeug mit einer Hubstation in eine abgesenkte und in eine angehobene Stellung verschiebbar ist, wobei die Hubstation als Antrieb mindestens einen regelbaren Pneumatik/Hydraulik-Antrieb aufweist.

Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass diese Verpackungsmaschine wesentlich schneller arbeitet und weniger Geräusche verursacht als Verpackungsmaschinen nach dem Stand der Technik. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Verpackungsmaschine weniger wartungsintensiv als die Verpackungsmaschinen des Standes der Technik.

Erfindungsgemäß weist die Verpackungsmaschine als Antrieb für zumindest einige der darin vorhandenen Werkzeuge einen regelbaren Pneumatik- und/oder Hydraulik- Antrieb auf. Dieser Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb weist einen Zylinder und eine Antriebesstange auf. Der Zylinder oder die Stande sind mit dem Werkzeug direkt oder indirekt verbunden. Der Zylinder und die Stange können fest oder beweglich mit dem Rahmen der Verpackungsmaschine oder mit dem Untergrund, auf dem die Verpackungsmaschine steht, verbunden sein. Da der Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb regelbar ist, ist der Weg, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung der Antriebsstange und/oder des Zylinders regelbar. Das jeweilige Werkzeug legt demnach einen ganz bestimmten Weg zurück und die Geschwindigkeit ist zu jedem Zeitpunkt des Weges regelbar, wobei die Geschwindigkeit nicht konstant ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass das von dem Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb angetriebene Werkzeug den größten Teil seines Weges mit einer sehr hohen Geschwindigkeit zurücklegen und in seine Endlage sanft verfährt.

Der Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb kann jedes beliebige Getriebe antreiben, beispielsweise ein Kurbel-, Kurven- oder Gelenkgetriebe sowie eine Kombination aus diesen Getriebearten. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verpackungsmaschine treibt der Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb ein Kniehebelsystem an, dass wiederum die auf und ab Bewegung der jeweiligen Werkzeuge bewirkt.

Ein Werkzeug im Sinne der Erfindung ist jedes Werkzeug, das zur Herstellung einer Verpackung dient und das auf und ab bewegt werden muss. Beispielsweise ist das Werkzeug eine Tiefziehform, ein Siegelwerkzeug und/oder ein Schneidwerkzeug. Ein Werkzeug im Sinne der Erfindung kann sich unter- und/oder oberhalb der Folienbahn, aus der die Verpackungsmulde hergestellt wird, befinden. Ein Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb kann sowohl das Unter- als auch das Oberwerkzeug einer Arbeitsstation zeitgleich oder nacheinander bewegen.

Der Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb kann auf jede dem Fachmann bekannte Art und Weise gesteuert werden. Vorzugsweise wird der Druck des Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antriebs geregelt. In Phasen, in denen sich der Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb schnell bewegen soll, herrscht deshalb ein hoher Druck der dann beispielsweise vor Erreichen einer Endlage reduziert wird.

Vorzugsweise weist der Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb einen Absolutweggeber auf, so dass insbesondere die Position des dem Antriebszylinder abgewandten Ende der Antriebsstange und damit die Position des Werkzeuges einer Steuerung der erfindungsgemäßen Verpackungsmaschine jederzeit genau bekannt ist. Dieses Signal wird zur Regelung der Bewegung des Werkzeuges herangezogen. Diese Regelung erlaubt nicht nur das Werkzeug zwischen zwei festen Endpunkten zu verschieben, sondern die angehobene bzw. abgesenkte Stellung beliebig einstellen zu können. Des weiteren ermöglicht dieser Antrieb, dass die Geschwindigkeit, mit der das jeweilige Werkzeug bewegt wird, zwischen den beiden Stellungen zu jedem Zeitpunkt gezielt einstellbar ist.

Eine Verpackungsmaschine im Sinne der Erfindung ist nicht nur ein Thermoformer, bei dem die Verpackungsmulde durch Tiefziehen hergestellt und dann befüllt und mit einer Deckelfolie versiegelt wird, sondern auch ein sogenannter Traysealer, bei dem bereits vorgeformte Verpackungsmulden mit einem Verpackungsgut gefüllt und danach mit einer Verpackungsfolie gesiegelt werden. Weiterhin ist eine Verpackungsmaschine im Sinne der Erfindung auch ein sogenannter Trayformer, bei dem lediglich Verpackungsmulden aus einer Folie tiefgezogen und danach auseinander geschnitten werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1 und 6 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft.

Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Tiefziehverpackungsmaschine.

Figur 2 zeigt eine Seitenansicht einer Arbeitsstation mit einem Kniehebelsystem in angehobener Position.

Figur 3 zeigt eine Vorderansicht einer Arbeitsstation mit einem Kniehebelsystem in angehobener Position.

Figur4 zeigt eine Draufsicht einer Arbeitsstation.

Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kniebehebelsystems.

Figur 6 zeigt zwei bezogen auf die Laufrichtung, hintereinander angeordnete Kniehebelhubsysteme.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verpackungsmaschine 59. Eine Unterfolie 42 wird von einer Rolle abgerollt und zunächst mit einem Heizelement erwärmt. Nachfolgend wird die Unterfolie in einer Formstation 43 tiefgezogen. Diese Formstation 43 weist ein Oberwerkzeug 44 und ein Unterwerkzeug 45 auf. Wie durch den Doppelpfeil dargestellt, der ein Hubsystem symbolisieren soll, ist das Unterwerkzeug 45 vertikal verschiebbar. Diese Hubsystem weist einen regelbaren Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb auf. Dadurch kann der Weg, die Geschwindigkeit während des Weges und die Beschleunigung zu jedem Zeitpunkt geregelt werden. Die Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug bewegt wird, ist nicht konstant. Beispielsweise wird das Werkzeug am Anfang des Weges stark beschleunigt, behält eine hohe Geschwindigkeit möglichst lange bei, um dann so abgebremst zu werden, dass es seine Endlage möglichst sanft erreicht. Die Endlagen zwischen denen sich das jeweilige Werkzeug bewegt sind ebenfalls frei wählbar. Der Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb wird von einem Computer gesteuert. Der Fachmann erkennt, das der Pneumatik- und/oder Hydraulik-Antrieb 46 auch das Oberwerkzeug antrieben kann. Sobald die Verpackungsmulden 58 in die Unterfolienbahn 42 eingeformt sind, werden sie mit dem Verpackungsgut 54 befüllt. Anschließend bevor die Verpackungsmulden in die Siegelstation 48 gelangen, werden mittels einer Stanze 56 Löcher in die Unterfolie gestanzt, die für den Gasaustausch in der Verpackung innerhalb der Siegelstation benötigt werden. In der Siegelstation 48 wird eine

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Oberfolie 55 auf die Unterfolie 42 gesiegelt und somit die Verpackungen geschlossen. Auch die Siegelstation weist ein Oberwerkzeug 49 und ein Unterwerkzeug 50 auf, die beim Siegeln gegeneinander gepresst werden. Das Unterwerkzeug 50 wird ebenfalls von einem Hubsystem 46 angetrieben. In dem Oberwerkzeug 49 befindet sich ein Siegelrahmen, der mittels eines Heizelementes beheizt wird. Die nunmehr geschlossenen Verpackungen werden abschließend in einer Schneidstation 51 vereinzelt. Die Querschneidung der Schneidstation weist ebenfalls ein Oberwerkzeug 52 und ein Unterwerkzeug 53 auf, wobei das Unterwerkzeug 53 wiederum vertikal mit einem Hubsystem 46 verschiebbar ist.

Die Figuren 2- 4 zeigen eine Arbeitsstation 43, 48, 51 der erfindungsgemäße Verpackungsmaschinen mit einem Oberwerkzeug 44, 49, 52 und/oder einem Unterwerkzeug 45, 50, 53. Beide Werkzeuge sind, wie durch die Doppelpfeile dargestellt, anhebbar bzw. absenkbar. Die Arbeitsstation wird mittels der Rollen 7 in der Verpackungsmaschine gelagert und ist somit entlang der Verpackungsmaschine, insbesondere deren Rahmen, horizontal verschiebbar angeordnet. Dafür weist der Rahmen besonders bevorzugt zwei parallele horizontale Stangen auf, zwischen denen die Rollen angeordnet sind. Das Oberwerkzeug 44, 49, 52 ist starr mittels der Zugstangen 6 mit einem Rahmen 5 verbunden. Die Zugstangen 6 und damit das Oberwerkzeug 44, 49, 52 sowie der Rahmen 5 sind vertikal verschieblich gelagert, wobei deren Vertikalbewegung am inneren Umfang des Hohlkörpers 8, einem Rohr, geführt wird. Die Arbeitsstation der erfindungsgemäßen Verpackungsmaschine weist einen regelbaren Hydraulik- und/oder Pneumatikantrieb mit einem Zylinder 1 und einem Kolben 2 auf. Der Zylinder 1 stützt sich an seiner Oberseite an einem Gestell 3 ab, auf dem das Unterwerkzeug 45, 50, 53 montiert ist, während sich der Kolben 2 an einer Querstange 4, die mittels der Verbindungselemente 15 und der Schraube 21 an einem über die Rollen 7 mit dem Maschinenrahmen verbundenem Joch 19 angeordnet ist, abstützt. Das Gestell 3 weist Führungsbuchsen 9 auf, die mit dem äußeren Umfang der Hohlkörper 8, führend zusammenwirkt. Die Führung des Gestells 3 wird bei dessen auf und ab Bewegung benötigt. An dem Zylinder 1 ist ein Ende des Hebels 14 drehbar angeordnet. Dessen anderes Ende ist drehbar mit einem weiteren Hebel 13 verbunden. Dieser Hebel 13 ist wiederum drehfest an einer Welle 16 angeordnet, die drehbar in dem Joch 19 gelagert ist. Die Welle wird

abwechselnd im und gegen den Uhrzeigersinn von dem Getriebe 13, 14 angetrieben. An dieser Welle 16 ist drehfest das Teil 11 eines Hebels angeordnet, der zwei Enden aufweist. An seinem einen Ende weist er ein weiteres Hebelelement 10 auf, das wiederum drehbar mit dem Gestell 3 verbunden ist. Die Hebel 10, 11 bilden einen Kniehebel. An seinem anderen Ende ist drehbar ein Ende eines weiterer Hebel 12 gelagert, dessen anderes Ende wiederum an dem Rahmen 5 drehbar angeordnet ist. Durch die Drehung der Welle 16 wird der Kniehebel 10, 11 von einer abgeknickten in eine gestreckte Stellung und umgekehrt überführt. Dasselbe gilt für den Hebel 12, der durch eine Drehung der Welle 16 von einer im Wesentlichen vertikalen in eine mehr horizontale Stellung überführt wird. Dabei hebt bzw. senkt der Hebel 12 den Rahmen 5 und damit die Stangen 6, die am inneren Umfang des Hohlkörpers 8 geführt werden, rauf und runter. Diese Stangen 6 sind mit dem Oberwerkzeug 44, 49, 52 verbunden, das dadurch ebenfalls gesenkt bzw. angehoben wird. Der Hohlkörper 8 ist mittels der Spannmutter 20 zwischen dem Rahmen 18 und dem Joch 19 eingespannt. Mit dem Stellmittel 22 kann der Hub des Hubelementes eingestellt werden.

In den Figuren 2 und 4 ist das Hubsystem der erfindungsgemäßen Verpackung in einem Zustand gezeigt, in dem sich das Gestell 3 und damit das Unterwerkzeug 45, 50, 53 in seiner obersten und das Oberwerkzeug 44, 49, 52 in seiner untersten Stellung befindet. Durch eine Drehung der Welle 16 im Uhrzeigersinn wird das Kniehebelsystem 10, 11 geknickt und damit das Gestell 3 abgesenkt bzw. der Rahmen 5 angehoben, so dass sich die beiden Werkzeuge 24, 25 auseinander bewegen.

Figur 5 zeigt die Arbeitsstation gemäß den Figuren 1 bis 3 in einer perspektivischen Darstellung.

In Figur 6 ist eine Arbeitsstation dargestellt, die zwei Hubsysteme gemäß den Figuren 1 bis 4 aufweist. Der Fachmann versteht, dass es sich auch um mehr als zwei Hubsysteme Handeln kann. Die Folientransportrichtung ist durch den Pfeil angedeutet. Eine derartige Anordnung der Hubsysteme eignet sich insbesondere bei sehr großen Formaten, d. h. Formaten mit einem sehr großen Folienvorschub pro

Takt. Bei der Anordnung von zwei Hubsystemen hintereinander ist sichergestellt, dass der Druck, mit dem die Werkzeuge gegeneinander gepresst werden, im Wesentlichen über das gesamte Werkzeug zumindest im wesentlichen gleich ist. Durch zwei Zylinder 1 steht die doppelte Anpresskraft zur Verfügung. Die Wellen16 sind parallel zur Folientransportrichtung ausgerichtet und stehen über den Rahmen 5 hinaus. Diese Hubsysteme sind vorzugsweise synchronisiert, besonders bevorzugt zwangssynchronisiert. Dies erfolgt beispielweise durch eine Verbindung mindestens einer Welle 16 des einen Hubsystems mit mindestens einer koaxial zu dieser angeordneten Welle 16 des anderen Hubsystems. Die Verbindung kann eine vorzugsweise wieder lösbare Kupplung sein, die jeweils an den aus dem Rahmen 5 herausstehenden Wellenenden angeordnet wird. Vorzugsweise werden beide Hubsysteme mit einer Regelung gefahren. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn auch die Gestelle 3 und/oder die darauf aufliegenden Werkzeugträger, auf denen die Werkzeug aufliegen, miteinander verbunden sind, um ein möglichst gleichmäßiges Anheben und Absenken der Werkzeuge über die gesamte Folienvorschublänge zu erzielen.

Das Hubsystem kann bei allen Ausführungsbeispielen auch wie in der EP 0 569937 oder in der DE 103 51 567.4 ausgebildet sein.

Bezugszeichenliste

1 Zylinder

2 Kolben

3 Gestell

Querstange

5 Rahmen

Führungsstangen

Rollen

Hohlkörper, Führung

Führungsbuchsen 0 Teil einer Kniehebelanordnung 1 Teil einer Kniehebelanordnung 2 Hebel 3 Hebel eines Getriebes 4 Hebel eines Getriebes 5 Verbindungselemente 6 Welle 7 Mutter 8 Rahmen 9 Joch 0 Spannmutter 1 Schraube 2 Einstellung des Hubes 2 Unterfolienbahn 3 Formstation 4 Oberwerkzeug der Formstation 5 Unterwerkzeug der Formstation 6 Hubsystem 8 Siegelstation 9 Oberwerkzeug der Siegelstation 0 Unterwerkzeug der Siegelstation 1 Schneidstation

Oberwerkzeug der Schneidstation

Unterwerkzeug der Schneidstation

Verpackungsgut

Oberfolie

Stanzen

Verpackungsmaschine

Verpackungsmulde