Verfahren zum Vakuum-Verpacken einer dosierten Materialmenge
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vakuum Verpacken einer dosierten Materialmenge.
Es ist erwünscht, dass der Behälter mit der darin verpackten Ware den Eindruck gibt, dass er mit dieser Ware ganz gefüllt ist. Wenn die Ware z. B. aus Nahrungsmitteln besteht, kann miteingeschlossene Luft dazu führen, dass die Ware bald verdirbt, weshalb es erwünscht ist, dass die Menge von miteingeschlossener Luft höchst gering ist. Um dies zu erreichen, könnte man daran denken, die dosierte Menge dem Behälter bis an seinen obersten Rand füllen zu lassen; es bestünde dann aber die Gefahr, dass beim Verschliessen des Behälters die Ware jene Zone des Behälters auch berührt, in welcher der luftdichte Verschluss vorgenommen werden soll. Ein solcher Verschluss kann dann nicht mehr erreicht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.
Eine Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens wird hernach anhand der beiliegenden Zeich- nung beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Aufriss einer sich zur Durchführung des Verfahrens eignenden Vsrpackungs- anlage,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer fertig verschlossenen Packung mit Inhalt,
Fig. 3 und 4 Teillängsschnitte, welche gewisse Schritte des Verfahrens veranschaulichen und
Fig. 5-7 sind Teilquerschnitte einer Unterdruckkammer und veranschaulichen ebenfalls aufeinanderfolgende Phasen bei der Durchführung des Verpackungsverfahrens.
Bei der Durchführung des Verfahrens gelangt ein Behälter C zur Verwendung, von dem eine typische Ausführungsform in den Zeichnungen veranschaulicht ist. Dieser Behälter ist topfförmig; er hat einen zusammenfassend mit 12 bezeichneten Boden und eine sich nach oben kegelig erweiternde Mantelwand 14.
Der Übergang vom Boden 12 in die Mantelwand 14 ist ausgeprägt; er ist mit 15 bezeichnet. An die Mantelwand bzw. an deren oberen Rand, schliesst sich ein ununterbrochener Aussenflansch 16 an. Bei leerem und ungespanntem Behälter C befindet sich der zentrale Teil des Bodens 12 in grösserem Abstand von der Ebene des Aussenflansches 16 als der periphere Teil des Bodens; die Ausbildung ist dabei zweckmässig so getroffen, dass namentlich der zentrale Bodenteil sich nach Auffüllen und Verschliessen des Behälters gegen die Aussenflanschebene bewegen lässt zur Verminderung des Innenvolumens des Behälters bis auf eine Grösse, die im wesentlichen dem Volumen der eingefüllten Ware entspricht. Der aufgefüllte und geschlossene Behälter gibt dann den Eindruck, vollständig gefüllt zu sein.
Um eine solche Verformung des Behälters und insbesondere dessen Bodens zu ermöglichen bzw. zu erleichtern, ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel im Boden eine geschwächte Zone vorgesehen, und zwar in Form einer im Querschnitt V-förmigen, nach oben offenen Rille 17, die sich konzentrisch zum Übergang 15 und in geringem Abstand von demselben erstreckt, und in Form einer zweiten ähnlichen Rille 18, die sich konzentrisch zur ersten, aber weiter innen erstreckt.
Diese beiden Rillen 17 und 18 ergeben Faltlinien für die Übernahme von Behälterwandungsmaterial bei der Verformung des Bodens 12 in die nach oben gewölbte Form. Beim gezeigten Beispiel sind ausserdem im Boden nach unten ragende Vorsprünge 21 bis 23 gebildet als Füsse für eine Dreipunktauflage des Behälters.
Nachdem der Behälter C geformt worden ist, wird eine dosierte Menge des Materials P in den Behälter gegeben. Diese Materialmenge hat kleiner zu sein als das Aufnahmevermögen des geformten Behälters C.
Bei diesem Material wird es sich meistens um eine fliessfähige Masse handeln. Nach ihrem Einfüllen wird sich ihre freie Oberfläche ausebnen und dann nicht bis an den oberen Rand der Mantelwand 14 reichen. Dies wird der Fall sein, unbekümmert darum. ob es sich um eine mehr oder weniger zähflüssige Masse oder um eine trockene, aber körnige Masse handelt. Der Umstand, dass das Volumen der eingefüllten Ware kleiner ist als das Aufnahmevermögen des geformten Behälters, ist beim nachherigen Erzielen eines luftdichten Ver schlusses von grossem Vorteil.
Bevor dieses Verschliessen erfolgt, wird der Behälter samt der darin befindlichen Ware in eine unter Druck setzbare Kammer gebracht und dann aus dieser die Luft in weitgehendem Mass abgesaugt. Dann wird ein Deckel gasdicht mit dem Behälterflansch verbunden zur Bildung eines vakuumdichten Verschlusses. Danach wird der Umgebungsluft wieder erlaubt, die Kammer aufzufüllen. Der Unterdruck bleibt hierbei aber im Inneren des Behälters bestehen, was zur Folge hat, dass der von aussen her auf die Behälterwandung wirkende atmosphärische Druck die Behälterform im Sinne der Verminderung des Behältervolumens verändert.
Diese Umformung unter der Einwirkung des atmosphärischen Druckes wird begünstigt durch die vorgeschriebene Schwächung des Bodens. Nach der erfolgten Umformung ist das Volumen des Behälters im wesentlichen gleich demjenigen des eingefüllten Produktes.
Ein Ausführungsbeispiel einer sich zur Durchführung des Verfahrens eignenden Anlage ist in der Fig. 1 schematisch veranschaulicht. Am einen Ende der Einlage ist eine Rolle 30 von thermoplastischem Folienmaterial drehbar gelagert. Ein Folienstreifen 31 wird von dieser Rolle abgezogen und in Längsrichtung der Anlage durch verschiedene Stationen hindurch bewegt.
Bei den Erwärmungsköpfen 32 und 33 wird der Folienstreifen 31 so weit erwärmt, dass er in die gewollte Form gebracht werden kann. Letzteres erfolgt in der nächsten Station; in dieser wird der Behälter C aus dem erwärmten Folienstreifen 31 pressgeformt mit Hilfe einer Matrize 34 und eines Stempels auf der anderen Seite. Anstatt dessen könnte auch die Vakuum-Formung zur Anwendung gelangen oder sonst ein geeigneter Formprozess. In dem in Fig. 3 veranschaulichten Beispiel ist ein unteres Glied 35 vorgesehen, in welchem eine Formmatrize 34 eingebettet ist, und ein oberes Glied 36. Das untere Glied 35, samt der Matrize 34, kann im Sinne des Doppelpfeiles 37 auf und ab bewegt werden, wobei es sich in oberer Lage beim Folienstreifen befindet, wogegen es sich in der in Fig. 1 gestrichelt angedeuteten Lage weiter unten befindet und dann den Vorschub des Folienstreifens ermöglicht.
Wenn es sich oben befindet (IFig. 3), bildet es zusammen mit dem oberen Glied 36 eine luftdicht abgeschlossene Kammer. Eine Leitung 38 mündet in eine Einlassöffnung 39 im oberen Glied 36 und ermöglicht es, das Innere der Kammer mit einer Quelle von unter Druck stehendem Gas in Verbindung zu setzen, wobei in dieser Leitung ein Absperrorgan 40 eingesetzt ist. Die Matrize 34 hat eine Vielzahl von Auslassöffnungen 41, die es der auf der Unterseite des in der Kammer befindlichen Folienstreifenabschnittes befindlichen Luft ermöglichen, aus der Matrizenmulde zu entweichen, und zwar durch ein Absperrorgan 43 hindurch, dessen Körper im Boden des unteren Gliedes eingesetzt ist. Im gezeigten Beispiel ist ein Stempel 44 vorgesehen, der von oben her gegen den Folienstreifenabschnitt bewegt werden kann, um bei der Formung des Behälters C mitzuhelfen.
Dieser Stempel kann gemäss dem Doppelpfeil 45 auf und ab bewegt werden. Der Vorschub des Folienstreifens kann in üblicher Weise mittels Greifern 46 erfolgen, die mittels einer Zylinder- und Kolbeneinheit 47 in Richtung des Doppelpfeiles 48 hin und her bewegt werden können.
Das Produkt P wird in dosierter Menge von Hand oder mittels einer hiezu geeigneten Vorrichtung 49 in jeden Behälter gegeben bei einer Einfüllstation. Von einer zweiten Rolle 50 wird ein zweiter Folienstreifen 51 abgezogen, welcher das Material bildet, mit welchem der die dosierte Materialmenge enthaltende Behälter C gasdicht verschlossen wird durch Heissversiegeln oder Klebeversiegeln dieses Folienmaterials 51 mit dem Behälterflansch 16. Bekanntlich kommen als geeignetes Material in diesen Behälter und den Deckel mannigfaltigste Materialien und entsprechend geeignete Versiegelungsverfahren in Frage; es erübrigt sich deshalb, hierauf näher einzutreten. Es ist hingegen hervorzuheben, dass das den Abschluss ergebende Folienmaterial 51 den Behälter C einigermassen gespannt abschliessen soll, nachdem es mit dem Flansch versiegelt worden ist.
Vor dem Versiegeln gelangen ein Behälter C und ein zugehöriger Abschnitt des Folienstreifens 51 in eine luftdicht abschliessbare, unter Hochvakuum setzbare, zusammenfassend mit X bezeichnete Kammer. In dieser erfolgt nach Zeugung des Hochvakuums das Versiegeln der Deck- oder Abschlussfolie 51 und dem Flansch 16.
Wie im einzelnen dargestellt ist, weist die Kammer X ein unteres Glied 52 und ein oberes Glied 53 auf, die durch relative Bewegung in bezug aufeinander in Vertikalrichtung in luftdichte gegenseitige Anlagen gebracht werden können. Im oberen Glied 53 ist ein Versiegelungskopf 54 enthalten, dessen Wirkfläche mindestens angenähert derjenigen des Flansches 16 entspricht. Dieser Versiegelungskopf ist bezüglich zum oberen Glied in Vertikalrichtung beweglich, und zwar von einer Ruhelage (Fig. 5), in welcher er vom Folienstreifen 51 abgehoben ist, in eine Wirklage (Fig. 6), in welcher er mit seinem unten vorstehenden Rand eine entsprechende Ringzone des Folienstreifens 51 an den Behälterflansch 16 anpresst. Falls Heissversiegelung vorgesehen ist, sind nicht dargestellte Mittel zum Erhitzen des Versiegelungskopfes vorgesehen, z. B. solche, die mit Hochfrequenzstrom arbeiten.
Der Versiegelungskopf 54 hat Öffnungen 55, die das Absaugen der Luft aus der Kammer und aus dem Behälter erleichtern.
Das Innere der Kammer kann abwechslungsweise mit der Aussenatmosphäre und mit einer Saugpumpe in Verbindung gesetzt werden durch Betätigung eines Absperrorgans 56, welches in einem Auslasskanal 57 eingesetzt ist. Das untere Glied 52 hat einen Kanal 58, durch welchen hindurch dessen Innenraum auch bei verschlossener Vakuumkammer mit dem Innenraum des oberen Gliedes 53 in Verbindung steht, zur Ermögli chung der Luftabsaugung aus dem Innenraum des unteren Gliedes. Vorzugsweise wird Hochvakuum erzeugt, beispielsweise solches von 27 bis 29 Zoll Quecksilbersäule. Sobald das gewünschte Vakuum erreicht ist, wird das Verschliessen des Behälters durchgeführt; danach wird das Absperrorgan so betätigt, dass der Innenraum der Kammer X wieder mit der Atmosphäre in Verbindung gesetzt wird.
Das Stadium, in welchem der Abschlussfolienstreifen 51 bereits mit dem Flansch des Behälters C versiegelt ist und in dem ein Teilvakuum innerhalb des Behälters zwischen der freien Oberfläche der eingefüllten Ware und der Abschlusskappe 51 besteht, ist in Fig. 6 veranschaulicht. Sobald nun das Innere der Kammer X wieder mit der Aussenatmosphäre in Verbindung gesetzt wird, erfolgt unter Einwirkung atmosphärischen Druckes eine Umformung des Behälters C, wobei diese Umformung durch die Schwächungszonen im Behälterboden begünstigt wird. Bei dieser Umformung bewegt sich der Behälterboden 12 gegen die Abschlusskappe 51 hin, wobei der Behälterinnenraum im wesentlichen auf eine Grösse verringert wird, die dem Volumen der eingefüllten Ware entspricht.
Dieser Boden 12 hat einen zentralen Teil 12a, der im Ursprungszustand des Behälters weiter weg von der Ebene des Behälterflansches 16 wegliegt als der Über- gang 15 zwischen Boden und Behältermantel 14.
Dieser Bodenteil 1 2a liegt innerhalb der Schwächungszone, welche durch die innere Rille 18 gebildet ist; in einer Variante könnte diese zentrale Zone aber den ganzen Bodenteil erfassen, der innerhalb der äusseren Rille 17 gelegen ist. Dieser zentrale Teil 12a erfährt die grösste Bewegung gegen die Abschlusskappe 51 hin, und zwar über eine Übergangslage hinweg, wie in Fig. 7 gezeigt. Während dieser Bewegung versteift der Behälteraussenflansch den oberen Teil der Verpackung. Dank dem Umstand, dass eine geschwächte Zone vorhanden ist, wird erreicht, dass die Umformung im wesentlichen diese erfasst und es ergibt sich schliesslich eine Verpackung von gutem Aussehen, welche im wesentlichen vollständig mit dem Produkt gefüllt ist.
Dabei ist aber die Gefahr einer Verschmutzung des Flansches 16 während des Verpackungsprozesses bzw. vor Versiegelung des Flansches mit dem Abschlussteil, beseitigt.
Nachdem die Glieder 52, 53 genügend voneinander abgehoben worden sind, um den Durchlass des gefüllten Behälters zu ermöglichen, erfolgt ein neuer Vorschub, durch den nun der eben verschlossene Behälter in eine Station 64 gelangt, in welcher er vom Streifen abgetrennt wird durch Messer 65 und 66. Die so erhaltenen einzelnen Verpackungen werden zweckmässig auf einem Förderer 68 liegend wegbefördert und das Folienrestmaterial, wie bei 69 angedeutet, auch aus der Anlage heraus befördert.
Es liegt auf der Hand, dass das Verfahren nicht ein kontinuierliches sein muss, sondern dass vielmehr einzelne Behälter nach dem beschriebenen Verfahren gefüllt, verschlossen und umgeformt werden können.
Process for vacuum packing a dosed amount of material
The invention relates to a method for vacuum packaging a metered amount of material.
It is desirable that the container with the goods packed therein gives the impression that it is completely filled with these goods. If the goods z. B. consists of food, entrained air can cause the commodity to spoil soon, so it is desirable that the amount of entrained air is extremely small. In order to achieve this, one could think of letting the dosed amount fill the container to its uppermost edge; However, there would then be the risk that when the container is closed, the goods will touch that zone of the container in which the airtight seal is to be made. Such a closure can then no longer be achieved.
The invention is based on the object of providing a remedy here.
One embodiment of the method according to the invention is explained below with reference to the accompanying drawing, for example. Show it:
1 shows a schematic elevation of a packaging system suitable for carrying out the method,
2 shows a perspective view of a completely closed pack with contents,
3 and 4 are partial longitudinal sections which illustrate certain steps of the method and
5-7 are partial cross-sections of a vacuum chamber and also illustrate successive phases in carrying out the packaging process.
In carrying out the method, a container C is used, a typical embodiment of which is illustrated in the drawings. This container is cup-shaped; it has a bottom, designated 12 in summary, and a jacket wall 14 that widens conically upward.
The transition from the bottom 12 to the shell wall 14 is pronounced; it is labeled 15. An uninterrupted outer flange 16 adjoins the jacket wall or its upper edge. When the container C is empty and unstressed, the central part of the base 12 is at a greater distance from the plane of the outer flange 16 than the peripheral part of the base; the design is expediently made in such a way that, after the container has been filled and closed, the central bottom part can be moved against the outer flange plane to reduce the internal volume of the container to a size that essentially corresponds to the volume of the goods filled. The filled and closed container then gives the impression of being completely filled.
In order to enable or facilitate such a deformation of the container and in particular its bottom, a weakened zone is provided in the shown embodiment in the bottom, namely in the form of a cross-sectionally V-shaped, upwardly open groove 17 which is concentric to the transition 15 and a short distance therefrom, and in the form of a second similar groove 18 concentric with the first but further inward.
These two grooves 17 and 18 result in folding lines for the takeover of container wall material when the bottom 12 is deformed into the upwardly curved shape. In the example shown, projections 21 to 23 protruding downward are also formed in the bottom as feet for a three-point support of the container.
After the container C has been formed, a metered amount of the material P is added to the container. This amount of material has to be smaller than the capacity of the molded container C.
This material will mostly be a flowable mass. After it has been filled in, its free surface will level out and then not extend to the upper edge of the jacket wall 14. It will be, regardless. whether it is a more or less viscous mass or a dry, but granular mass. The fact that the volume of the filled goods is smaller than the capacity of the shaped container is of great advantage when it comes to achieving an airtight seal.
Before this closure takes place, the container and the goods contained therein are brought into a pressurizable chamber and the air is then largely sucked out of it. A cover is then connected to the container flange in a gas-tight manner to form a vacuum-tight seal. The ambient air is then allowed to fill the chamber again. In this case, however, the negative pressure remains in the interior of the container, with the result that the atmospheric pressure acting on the container wall from the outside changes the container shape in the sense of reducing the container volume.
This transformation under the influence of atmospheric pressure is favored by the prescribed weakening of the soil. After the reshaping has taken place, the volume of the container is essentially the same as that of the filled product.
An exemplary embodiment of a system suitable for carrying out the method is illustrated schematically in FIG. 1. A roll 30 of thermoplastic film material is rotatably mounted at one end of the insert. A film strip 31 is pulled off this roll and moved in the longitudinal direction of the system through various stations.
In the case of the heating heads 32 and 33, the film strip 31 is heated to such an extent that it can be brought into the desired shape. The latter takes place in the next station; in this the container C is press-formed from the heated film strip 31 with the aid of a die 34 and a stamp on the other side. Instead, vacuum forming or some other suitable forming process could also be used. In the example illustrated in FIG. 3, a lower link 35 is provided, in which a molding die 34 is embedded, and an upper link 36. The lower link 35, including the die 34, can be moved up and down in the direction of the double arrow 37 whereby it is in the upper position at the film strip, whereas it is further down in the position indicated by dashed lines in FIG. 1 and then enables the advance of the film strip.
When it is at the top (I Fig. 3), it forms together with the upper member 36 an airtight sealed chamber. A conduit 38 opens into an inlet port 39 in the upper member 36 and enables the interior of the chamber to be communicated with a source of pressurized gas, a valve 40 being inserted in this conduit. The die 34 has a plurality of outlet openings 41 which allow the air located on the underside of the section of film strip located in the chamber to escape from the die trough, through a shut-off element 43, the body of which is inserted in the bottom of the lower member. In the example shown, a die 44 is provided which can be moved from above against the film strip section in order to assist in the formation of the container C.
This stamp can be moved up and down according to the double arrow 45. The film strip can be advanced in the usual way by means of grippers 46, which can be moved back and forth in the direction of the double arrow 48 by means of a cylinder and piston unit 47.
The product P is added in a dosed amount by hand or by means of a device 49 suitable for this purpose into each container at a filling station. A second film strip 51 is pulled off a second roll 50, which forms the material with which the container C containing the metered amount of material is closed in a gas-tight manner by heat sealing or adhesive sealing of this film material 51 to the container flange 16. It is known that this container and flange 16 are suitable materials the lid is made of a wide variety of materials and suitable sealing methods; there is therefore no need to go into this more closely. On the other hand, it should be emphasized that the film material 51 resulting in the closure is intended to close the container C somewhat taut after it has been sealed with the flange.
Before sealing, a container C and an associated section of the film strip 51 move into an airtight, lockable chamber that can be placed under high vacuum and is collectively designated by X. After the high vacuum has been generated, the sealing of the cover or closure film 51 and the flange 16 takes place in this.
As shown in detail, the chamber X has a lower member 52 and an upper member 53 which can be brought into airtight mutual abutment by relative movement with respect to one another in the vertical direction. A sealing head 54 is contained in the upper link 53, the effective area of which corresponds at least approximately to that of the flange 16. This sealing head is movable in the vertical direction with respect to the upper link, namely from a rest position (FIG. 5), in which it is lifted from the film strip 51, into an effective position (FIG. 6), in which it has a corresponding edge with its lower protruding edge The ring zone of the film strip 51 is pressed against the container flange 16. If heat sealing is provided, means, not shown, are provided for heating the sealing head, e.g. B. those that work with high frequency electricity.
The sealing head 54 has openings 55 that facilitate the suction of air from the chamber and from the container.
The interior of the chamber can alternately be connected to the outside atmosphere and to a suction pump by actuating a shut-off element 56 which is inserted in an outlet channel 57. The lower member 52 has a channel 58 through which its interior is in communication with the interior of the upper member 53, even when the vacuum chamber is closed, to enable air to be evacuated from the interior of the lower member. A high vacuum is preferably created, for example from 27 to 29 inches of mercury. As soon as the desired vacuum is reached, the container is closed; then the shut-off device is actuated in such a way that the interior of the chamber X is connected to the atmosphere again.
The stage in which the sealing film strip 51 is already sealed to the flange of the container C and in which there is a partial vacuum within the container between the free surface of the filled goods and the end cap 51 is illustrated in FIG. 6. As soon as the interior of the chamber X is connected to the outside atmosphere again, the container C is reshaped under the action of atmospheric pressure, this reshaping being promoted by the weakening zones in the container bottom. During this reshaping, the container bottom 12 moves towards the end cap 51, the interior of the container being reduced essentially to a size which corresponds to the volume of the filled goods.
This base 12 has a central part 12 a which, in the original state of the container, lies further away from the plane of the container flange 16 than the transition 15 between the base and the container jacket 14.
This bottom part 1 2a lies within the weakening zone which is formed by the inner groove 18; in a variant, however, this central zone could cover the entire bottom part that is located within the outer groove 17. This central part 12a experiences the greatest movement towards the end cap 51, specifically over a transitional position, as shown in FIG. 7. During this movement, the container outer flange stiffens the upper part of the packaging. Thanks to the fact that there is a weakened zone, it is achieved that the deformation essentially covers this, and finally a packaging of good appearance results which is essentially completely filled with the product.
In this case, however, the risk of the flange 16 becoming soiled during the packaging process or before the flange is sealed to the terminating part is eliminated.
After the members 52, 53 have been lifted from one another enough to allow the filled container to pass through, a new feed takes place through which the container just closed now reaches a station 64, in which it is separated from the strip by knives 65 and 66. The individual packages obtained in this way are expediently conveyed away lying on a conveyor 68 and the residual film material, as indicated at 69, is also conveyed out of the system.
It is obvious that the process does not have to be a continuous one, but rather that individual containers can be filled, closed and reshaped according to the process described.