Formschulter einer Schlauchbeutelverpackungsmaschine Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine Formschulter einer Schlauchbeutel-Form-, Füll- und Verschließmaschine. Derartige Formschultern sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden meist aus Kunststoff oder strukturiertem Blech hergestellt, wobei die Oberflächeneigenschaften der Formschulter und des durch die Formschulter umzuformenden Kunststoffmaterials (Packstoff) so aufeinander abgestimmt sein müssen, dass der Packstoff auf der Formschulter gleitet, um nachfolgend aus einer flachen Bahn zu einem Folienschlauch geformt zu werden. Bedingt durch die zwischen dem Packstoff und der Formschulter auftretende Reibung ist es ohne besondere Maßnahmen nicht möglich, empfindliche, strukturierte oder anhaftende Packstoffe zu verarbeiten. Es erweist sich insbesondere als nachteilig, dass die Formschulter insbesondere im Bereich der Umformkante zu Verschleiß neigt.

Aus der EP 1 186 535 A1 ist eine Formschulter bekannt, bei welcher auf dem Einlaufabschnitt Bohrungen angebracht sind. Hierdurch wird Gas, vorzugsweise Luft ausgebracht, so dass zwischen der Formschulteroberfläche und dem Packstoff (Folie) ein Luftpolster entsteht.

Die WO 2009/04998 A1 zeigt eine Formschulter zur Herstellung von sehr kleinen Schlauchbeuteln. Dabei ist vorgesehen, an der Formschulter Bohrungen auszubilden, an welche ein Unterdruck angelegt wird. Hier wird die Folie des Packstoffs an die Formschultergeometrie angelegt.

Die DD 1 1 1 346 B zeigt eine Schlauchbeutel-Form-, Füll- und

Verschließmaschine, bei welcher an einer Kante der Formschulter ein mit Perforationen versehener Schlauch angeordnet ist, der ein Luftpolster erzeugt. Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die gesamte Formschulter und insbesondere die Oberfläche der Formschulter aus einem porösen Werkstoff gefertigt ist und in einzelne Segmente unterteilt ist. Durch die poröse

Ausgestaltung, insbesondere der Oberfläche der Formschulter, und durch die Aufteilung in einzelne Segmente ist es möglich, gezielt durch Zuführung eines Gases, vorzugsweise Luft, lokale Luftpolster zu erzeugen, um einen direkten Kontakt zwischen dem Packstoff und der Formschulter zu verhindern. Hierdurch ergeben sich günstige Reibverhältnisse. Durch die Aufteilung der Formschulter bzw. der Formschulteroberfläche in einzelne Segmente können diese Segmente einzeln angesteuert werden, so dass sich die Möglichkeit gibt, die

Packmittelbahn bei deren Verarbeitung und Verformung über die Formschulter gezielt zu beeinflussen. Hierbei ist es möglich, den Bahnlauf zu optimieren und zu regeln und die auftretenden Bahnbelastungen des Packstoffs zu messen. Im Unterschied zum Stand der Technik bei dem lediglich eine binäre Steuerung (Ausschalten oder Einschalten) vorgesehen ist, ist es somit erfindungsgemäß bei den einzelnen Segmenten möglich, gezielt die Reibungsverhältnisse zu beeinflussen, um eine Steuerung der Bewegung der Packstoffbahn zu ermöglichen und um insgesamt die Packstoffbahn gezielt über die Formschulter zu führen.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

In besonders günstiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Formschulter mittels eines Sinterverfahrens oder mittels eines generativen Verfahrens, wie beispielsweise Rapid Prototyping herzustellen ist. Kern der Erfindung ist somit unter anderem eine gesinterte oder generativ hergestellte Formschulter mit Steuerungs- und Messaufgaben. Hierbei bieten sich folgende Vorteile: Bei einer gesinterten Formschulter können Porositäten gezielt eingebracht und zum Beispiel zur Erzeugung eines Luftpolsters zwischen Formschulteroberfläche und Folie genutzt werden. Hierbei ist man bei der Einteilung der porösen Flächen auf der Formschulteroberfläche frei in Form und

Gestaltung dieser. Zusätzlich können durch diese Porositäten im Gesamtmaterial direkt Zuleitungen erzeugt werden, die wiederum gasdurchlässig sind. Diese Variante der Nutzung ist auch mit einer generativ hergestellten Formschulter möglich, da diese zum Beispiel durch Rapid Prototyping herstellbar ist. Auch in dieser Variante sind diverse Kanäle zum Gastransport realisierbar. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch diese porösen Flächen Messaufgaben realisiert werden können. Erfindungsgemäß möglich sind hierbei Staudruckmessungen, welche

Aussagen über die Bahnkraftverteilung und dementsprechend über die

Belastungen der Bahn zulassen. Eine Steuerung des Bahnverhaltens und somit der Positionstreue der Packmittelbahn auf der Formschulter ist ebenfalls als Vorteil zu sehen. Hierbei lassen sich durch die porösen Flächen und deren Luftdurchfluss die Reibverhältnisse auf der Formschulter und somit die Position der Folie auf der Formschulter steuern. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei intermittierend arbeitenden Verarbeitungsmaschinen einsetzbar, da diese kein stationäres Luftpolster zwischen Formschulter und Folie aufbauen können. Dies ist bedingt durch den Start-Stopp-Betrieb dieser Maschinen.

In günstiger Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass einzelne Segmente selektiv zur Bildung eines auf der Oberfläche des Segments wirksamen Luftpolsters oder Unterdrucks über eine Gasversorgung mit Gas beaufschlagbar sind oder das Gas absaugbar ist. Somit ist es zusätzlich zu der oben beschriebenen Erzeugung eines selektiven Luftpolsters in den einzelnen

Segmenten auch möglich, den Packstoff mittels Unterdruck oder Vakuum an der Formschulter zu halten. Dies ist insbesondere im Einlaufbereich bei

Maschinenstillstand oder bei getakteter Fahrweise besonders vorteilhaft. Bei Einsatz von Luftpolstern im Bereich der Formschulter wird die Reibung und dadurch die benötigte Abzugskraft reduziert. Somit können schwer zu

verarbeitende Packstoffe, zum Beispiel mit hohen Reibungskoeffizienten gegen den Formschulterwerkstoff, eingesetzt werden. Sowohl Packstoff als auch Formschulter werden weniger mechanisch belastet. Damit wird erfindungsgemäß die Verarbeitung von Packstoffen mit empfindlicher Oberfläche oder Struktur möglich. Außerdem wird durch die Reduktion der mechanischen Belastung die Standzeit der Formschulter erhöht. Die Möglichkeit, die Packstoffbahn direkt an der Formschulter festzuhalten, verhindert das Zurückrutschen oder seitliches Ausweichen. Dadurch wird der Verarbeitungsprozess stabilisiert und Anlaufzeiten reduziert. Um eine Regelung wirksam und zuverlässig durchführen zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn einzelne Segmente jeweils mit zumindest einem Drucksensor zur Staudruckmessung oder zur Messung des

Durchflusswiderstands versehen sind.

Erfindungsgemäß ist es möglich, entweder die gesamte Oberflächenschicht porös auszubilden oder das gesamte Material der Formschulter als poröses Material vorzusehen. Vorteilhaft kann es auch sein, die einzelnen Segmente unterschiedlich auszubilden, insbesondere auch hinsichtlich ihrer Porosität und ihrer Ausgestaltung. Diese Segmente können erfindungsgemäß

bevorzugterweise linienförmig oder kreisförmig ausgebildet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines ersten

Ausführungsbeispiels einer segmentierten erfindungsgemäßen Formschulter,

Figur 2 eine Darstellung, analog Figur 1 , eines weiteren

Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Formschulter als Messformschulter,

Figuren 3 und 4 Ausführungsbeispiele mit partieller mikroporöser Oberfläche im

Einlaufbereich sowie an der Umformkante,

Figuren 5 und 6 Darstellungen, analog den Figuren 3 und 4, eines weiteren

Ausführungsbeispiels mit vollflächiger mikroporöser Oberfläche im Einlaufbereich und an der Umformkante,

Figur 7 eine schematische Detailansicht im Querschnitt durch den

Materialaufbau zur Darstellung der Luftpolsterfunktion und

Figur 8 eine Darstellung, analog Figur 7, eines Ausführungsbeispiels zur Darstellung der Ansaugfunktion. Ausführungsformen der Erfindung

Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Formschulter. Die in Figur 1 dargestellte Formschulter 2 ist segmentiert ausgebildet und weist an ihrer Oberfläche 1 insgesamt sechs Segmente I bis VI auf, welche im Wesentlichen streifenförmig ausgebildet sind.

Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Segmente 3 jeweils als Messsegmente ausgebildet. Dies bedeutet, dass sie nicht streifenförmig sondern rechteckig oder geeignet unterteilt sind, um über die Laufbewegung der Packstoffbahn Messungen durchführen zu können, die zur Steuerung oder Regelung dienen können. Es handelt sich erfindungsgemäß somit, wie oben beschrieben, um eine

Formschulter 2, die auf zwei Arten hergestellt werden kann. Zum Einen durch Sintern und zum Anderen durch generative Fertigungsverfahren, wie zum

Beispiel Rapid Prototyping. Durch diese Fertigungsverfahren kann die Formschulter 2 eine poröse Struktur erhalten. Diese poröse Struktur führt dazu, dass die Formschulter Mess- und Positionieraufgaben übernehmen kann. Die Grundfunktion der porösen Struktur ist die Verringerung der Reibung auf der Formschulter 2 durch ein Polster aus Luft oder anderen Gasen. Hierfür besteht der gesamte Formschulterkörper aus porösem Material. Der Kern der Erfindung liegt, wie beschrieben, insbesondere in den Mess- und Positionieraufgaben, welche die Formschulter 2 übernehmen kann. Realisierbar wird eine Positionieraufgabe durch eine Segmentierung des Formschulterkörpers gemäß Figur 1. Die Funktionsweise der Segmente 3 ist durch eine Reduktion oder Erhöhung der Reibung zu erklären. Zur Verschiebung der Folie in eine Richtung quer zur Transportrichtung der Packmittelbahn werden

Segmente 3 in Verschieberichtung mit weniger Luft beaufschlagt, so dass die Reibung erhöht wird und eine Querkraft, die die Bahnposition verändert, entsteht. Als Beispiel kann aufgeführt werden, dass bei einer Verschiebung in Richtung Segment I, dieses und das Segment II mit weniger Luft beaufschlagt werden als die restlichen Segmente 3. Hierdurch entsteht auf den Segmenten I und II eine höhere Reibkraft, die zur Bahnverschiebung in Richtung Segment I führt.

Voraussetzung für die Funktion ist, dass die Segmente 3 durch eine nicht gasdurchlässige Schicht getrennt sind. Diese Beschreibung zeigt die steuernde Wirkung der erfindungsgemäßen Formschulter 2, welche durch

Positionieraufgaben dargestellt wird.

Messaufgaben sind bei einer Formschultergestaltung gemäß Figur 2 möglich. Hierbei ist die Gestaltung der Formschultersegmente nicht festgelegt. Die Figur 2 zeigt hierbei, wie die Segmente I bis VI unterteilt werden können. Je nach Auflösungswunsch sind diese Segmentgrößen anpassbar. Das Messprinzip ist hierbei eine Messung des Staudrucks. Es gibt hierbei zwei

Realisierungsmöglichkeiten. Zum Einen die Messung des Staudrucks durch Messung des Durchflusswiderstandes ohne Folie (Test 1 ) und einen Vergleich des Durchflusswiderstandes mit Folie auf dem Segment 3 (Test 2). Hierdurch ergibt sich eine Druckdifferenz zwischen Test 1 und 2, welche mit der Bahnkraft korreliert. Eine andere Möglichkeit ist die Trennung von Messung und

Druckluftbeaufschlagung. Hierbei wird durch ein Segment 3 die Folie mit Luft beaufschlagt und durch umliegende Elemente, welche eventuell kleiner ausgeführt sind, die Bahnkraft gemessen. Aus der Bahnkraft je Segment 3 kann eine Bahnkraftverteilung auf der Formschulter 2 ermittelt werden. Aus der Bahnkraftverteilung kann im Anschluss eine Bahnspannungsverteilung abgeleitet werden. Alternativ können auch definierte Segmentstrukturen eingebracht werden, die definierte Bereiche der Packmittelbahn auf der Formschulter 2 entlasten. Erfindungsgemäß vorteilhaft sind Liniensegmente oder kreisförmige Segmente.

Die Figuren 3 bis 8 zeigen jeweils unterschiedliche Ausgestaltungen der

Ausbildung und Anordnung von Segmenten 3 an der Oberfläche 1 der

Formschulter 2. Dabei ist eine mikroporöse Oberfläche vorgesehen, welche entweder nur mit Druckluft beaufschlagt werden kann, um ein Luftpolster auszubilden, oder bei welcher es möglich ist, wahlweise Druckluft oder

Unterdruck anzulegen, um die Bewegung der Folie des Packstoffs gezielt zu steuern oder zu regeln.

Die Oberfläche 1 der Formschulter ist somit mit einer mikroporösen

Beschichtung versehen. Diese wird von unten durch darunterliegende Kanäle 4 mit Druckluft beaufschlagt. Hierdurch entsteht ein Luftpolster an der Oberfläche 1 und der Packstoff wird berührungslos über die Formschulter 2 geführt. Ebenso wird der Bereich der Umformkante mit dieser Oberfläche 1 versehen, so dass die mechanische Belastung minimiert wird.

Die Figur 7 zeigt einen Querschnitt durch das Formschultermaterial bei

Erzeugung eines Luftpolsters. Die Druckluft wird über Kanäle 4 unter das mikroporöse Material gebracht und verteilt sich durch dessen Struktur homogen. Bei Austritt an der Oberfläche 1 entsteht ein dünner Luftfilm. Die Figur 8 zeigt einen Querschnitt bei umgekehrter Funktion. Hier wird ein Vakuum durch die mikroporöse Oberfläche 1 gezogen.

Die Ausführung der mikroporösen Oberfläche kann vollflächig oder partiell gestaltet sein. Ebenso ist jeweils der Bereich der Luftpolstererzeugung bzw. Vakuumansaugfunktion entweder partiell, vollflächig oder wegzulassen.

Die Figuren 3 und 4 zeigen beispielhaft eine partielle Beschichtung mit mikroporösem Material, wobei die Figur 3, ebenso wie die Figur 5, eine Ansicht analog den Figuren 1 und 2 darstellt, während die Figuren 4 und 6 jeweils eine Unteransicht der Darstellungen der Figuren 3 und 5 zeigen. Im äußeren Bereich der der Einlaufzone ist zusätzlich ein Ansaugen mit Vakuum möglich. Dadurch kann der Packstoff auf der Formschulter fixiert werden.

In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6 ist die vollflächige Beschichtung mit mikroporösem Material dargestellt. Auch in diesem Fall ist die Vakuumzone nur im äußeren Randbereich eingezeichnet.

Die erfindungsgemäße Formschulter ist sowohl auf vertikalen als auch auf horizontalen Schlauchbeutelmaschinen einsetzbar und erweist sich dabei insbesondere bei schwer verarbeitbaren bzw. strukturierten Packstoffen als besonders vorteilhaft. Die genannte Verwendung bei

Schlauchbeutelverpackungsmaschinen umfasst insbesondere auch vertikale Form-, Füll- und Schließmaschinen.