-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdichtung von Schüttgütern nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
-
Zur
Erzielung ansehnlicher, standfähiger
Packungen und zur Reduzierung des Packstoffeinsatzes werden trockene,
pulvrige bis feinkörnige,
polydisperse Schüttgüter, wie
z. B. Mehl während
des Abpackprozesses verdichtet. Zur Verdichtung auf Paketieranlagen
sind verschiedene Verfahren bekannt.
-
Beispielsweise
kann das Füllgut
durch Vibration oder durch Anheben und Fallenlassen der befüllten Verpackung
verdichtet werden. Aus der Praxis ist jedoch bekannt, daß durch
diese Verfahren keine maximale Verdichtung in kurzer Zeit erreichbar
ist. Darüber
hinaus wirken sich Vibration und Fallenlassen der gefüllten Verpackung
negativ auf die Optik der Packung (sog. "Elefantenfüße") aus.
-
Weiterhin
sind Vorrichtungen bekannt, die einen auf der Schüttgutoberfläche aufsetzenden
Stempel zum Pressen des Schüttgutes
in der Verpackung aufweisen.
-
Eine
solche Füllgut-Preßvorrichtung
in einer Verpackungsmaschine ist aus der
DE 42 19 240 A1 bekannt.
Die offenbarte Vorrichtung weist eine Vibrationseinrichtung auf,
die den Preßstempel
in parallel zur Preßfläche gerichtete
Schwingbewegungen versetzt, um nach der Ausführung des Preßvorgangs
ein Haftenbleiben von Partikeln an der Preßfläche zu verhindern.
-
Bei
Verwendung dieser auf der Schüttgutoberfläche aufsetzenden
Stempel ergibt sich jedoch der Nachteil, daß während des Preßvorgangs
immer Füllgut
im Zwischenraum zwischen Stempel und Verpackung aufsteigt und durch
Verdrängung
der Luft Staub erzeugt wird, da die Preßfläche des Stempels zur Gewährleistung
eines sicheren Einführens
des Stempels in die Verpackung immer deutlich kleiner sein muß als die
Querschnittsfläche
der Verpackung.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Verdichtung von Schüttgütern in einer Verpackung zur
Verfügung
zu stellen, das bzw. die die vorstehend erläuterten Nachteile nicht aufweist.
-
Zur
Lösung
der Aufgabe wird ein Verfahren zur Verdichtung von Schüttgütern mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Größe der Druckfläche des
Stempels erst nach dem Einführen
des Stempels in die Verpackung an die Maße der Querschnittsfläche der
Verpackung angepaßt.
Diese Anpassung kann zwischenraumfrei erfolgen, so daß Luft und
Schüttgutpartikel
nicht durch seitliche Zwischenräume
zwischen Stempel und Verpackungswand entweichen können. Somit
wird eine Staubentstehung während
des Preßvorgangs
verringert und eine reproduzierbare Füllhöhe und Füllmenge des Schüttgutes
in der Verpackung gewährleistet. Außerdem erzeugt
das erfindungsgemäße Verfahren eine
gleichmäßige ebene
Oberfläche
des Schüttgutes,
die eine optisch ansprechende Verpackung ermöglicht.
-
Die
Vergrößerung der
Druckfläche
des Stempels wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß ein
in dem Stempel vorgesehener verformbarer Hohlraum mit einem Druckmedium
beaufschlagt wird, wodurch eine zumindest horizontale Ausdehnung
des Hohlraums und dadurch eine Vergrößerung der Druckfläche bis
zur Größe der Querschnittsfläche der
Verpackung erfolgt. Durch die Einstellbarkeit der Druckflächengröße ist der
erfindungsgemäße Stempel
flexibel für
unterschiedliche Verpackungsgrößen und
-typen einsetzbar.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Druckbeaufschlagung
der Preßoberfläche des Schüttgutes
durch Feststellen der Position des Stempels in der Verpackung und
Beaufschlagen des Hohlraumes mit dem Druckmedium bewirkt, wodurch
eine vertikale Ausdehnung des Hohlraumes und dadurch eine Bewegung
der Druckfläche
in Verdichtungsrichtung erfolgt. Hieraus ergibt sich der Vorteil,
daß die Anpassung
der Druckfläche
und die Verdichtung des Schüttgutes
nach der Feststellung der Stempelposition bezüglich der Verpackung in einem
Arbeitsgang durchgeführt
werden können,
so daß eine
effiziente und zeitsparende Arbeitsweise möglich ist.
-
In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die horizontale
und/oder vertikale Ausdehnung des Hohlraums durch Dehnung mindestens
einer elastischen Membran, die den Hohlraum zumindest teilweise
begrenzt. Durch Verwendung einer solchen elastischen Membran in
der Stempelwandung und/oder der Druckfläche wird eine besonders flexible
Anpassung der Druckflächengröße insbesondere an
gekrümmt
oder unregelmäßig geformte
Verpackungen ermöglicht.
Somit wird die Nutzbarkeit eines einzelnen Stempels für die Anwendung
bei einer Vielzahl unterschiedlich geformter Verpackungen erweitert.
-
Nach
Abschluß des
Verdichtungsvorganges wird der Druck in dem Hohlraum gesenkt, so
daß der Stempel
leicht aus der Verpackung entfernt werden kann, ohne die Verpackung
zu beschädigen.
Die Druckabsenkung kann auch durch Anlegen eines Vakuums beschleunigt
werden.
-
Zur
weiteren Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgabe
wird eine Vorrichtung zur Verdichtung von Schüttgütern mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen.
-
Der
in Verdichtungsrichtung bewegliche Stempel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist einen mit einem Druckmedium beaufschlagbaren verformbaren
Hohlraum auf, dessen Volumen zur Vergrößerung der Druckfläche nach
dem Einführen des
Stempels in die Verpackung zumindest in horizontaler Richtung vergrößerbar ist.
Vorteilhafterweise ist das Volumen des Hohlraums auch in vertikaler Richtung
vergrößerbar,
um nach einem Festellen der Position des Stempels bezüglich der
Verpackung eine Bewegung der Druckfläche in der Verpackung zur Beaufschlagung
der Preßoberfläche des
Schüttgutes
zu ermöglichen.
-
In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlraum zumindest
teilweise durch eine dehnbare elastische Membran begrenzt. Hierdurch wird
gewährleistet,
daß die
Größe der Druckfläche und
des Stempels auch an unregelmäßige oder
gekrümmt
geformte Verpackungen angepaßt
werden kann.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Druckfläche des
Stempels eine Preßplatte
auf, deren äußere Kanten
mit der dehnbaren elastischen Membran gasdicht verbunden sind. Die
elastische Membran kann entweder einteilig in die Seitenwandung
des Stempels übergehen
oder mit der Seitenwandung gasdicht verbunden sein, wobei zumindest
ein Teil der Seitenwandung elastische Eigenschaften aufweisen muß. Preßplatte
und Membran bilden vorzugsweise durch Verbindung mit einem Stempelgrundkörper den
verformbaren Hohlraum aus, der über
einen zweckmäßigerweise
in dem Grundkörper
vorgesehenen Druckanschluß mit
dem Druckmedium beaufschlagbar ist. Die Preßplattenfläche stellt somit die minimale
Größe des Druckfläche eines
solchen Stempels dar, die bei Beaufschlagung des Hohlraums mit dem
Druckmedium durch seitliche Membranflächen erweiterbar ist. Die Größe der Preßplatte
kann daher relativ klein im Verhältnis
zur Querschnittsfläche
der Verpackung gewählt
werden, so daß die
Positionierung des Stempels bezüglich
der Verpackung im Vergleich zu den bekannten Verfahren nur grob
durchgeführt
muß.
-
Die
Preßplatte
ist mit dem Grundkörper
vorteilhafterweise mittels einer Feder elastisch verbunden. Hieraus
ergibt sich der Vorteil, daß die
Feststellposition des Stempels vorab eingestellt werden kann, da
sich aufgrund der Federwirkung die Position der Druckfläche der
tatsächlichen
Füllhöhe der Verpackung
flexibel anpassen kann.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist diese ferner einen Formbecher zur Aufnahme des in der Verpackung
befindlichen Schüttgutes
auf. Der Formbecher ist aus einem stabilem Material ausgebildet
und verhindert daher insbesondere dann ein Einreißen des Verpackungsmaterials,
wenn die Verpackung selbst nicht ausreichend stabil ist, um dem
durch den Stempel ausgeübten
seitlichen Druck entgegenzuwirken.
-
Zu
Bewirkung eines Druckausgleichs während des Preßvorgangs
kann die Verpackung Perforationen oder dergleichen aufweisen. Vorteilhafterweise
weist auch der Formbecher in der Becherwand bzw. dem Becherboden
Perforationen und/oder ein Ventil auf. Ein solches Ventil kann auch
ein Einwegventil sein, so daß beim
Rückzug
des Stempels nach dem Preßvorgang
keine Luft in die Verpackung bzw in die Vorrichtung zurückgezogen
wird. Zweckmäßigerweise
weist entsprechend auch die Verpackung mindestens einen Luftauslaß, Perforationen
oder dergleichen auf, um zwischen dem Schüttgut eingeschlossene Luft
abzulassen. Durch Schaffung eines Luftausgleiches kann die Verdichtung
in einem Arbeitsgang durchgeführt
werden. Somit kann auf eine stufenweise Verdichtung mit zwischengeschalteten Entspannungszyklen
zum Ablassen eingeschlossener Luft verzichtet werden.
-
Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben und
ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
-
Es
versteht sich, daß die
vorstehend genannten und noch zu erläuternden Merkmale nicht nur
in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles
schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf
die Zeichnung ausführlich
beschrieben.
-
Darin
zeigt
-
1 eine
Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
-
2 eine
Draufsicht auf die Druckfläche
eines erfindungsgemäßen Stempels
und
-
3 eine
seitliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Verpackung mit Perforationen.
-
In 1 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur
Verdichtung von Schüttgütern dargestellt. Die
Vorrichtung 10 weist einen Formbecher 32 auf,
in den die das Schüttgut 30 enthaltende
Verpackung 38 eingesetzt ist und über dem ein in die Verpackung 38 absenkbarer
Stempel 12 angeordnet ist. Der Stempel 12 weist
einen mit einem Antrieb 24 verbundenen Grundkörper 18 und
eine Preßplatte 14 auf,
die die minimale Druckfläche
des Stempels 12 bildet. Grundkörper 18 und Preßplatte 14 sind
in diesem Ausführungsbeispiel
mittels einer von den äußeren Kanten 15 der
Preßplatte
ausgehenden dehnbaren elastischen Membran 16 ringförmig miteinander
verbunden, so daß ein
gasdichter verformbarer Hohlraum 19 ausgebildet wird. Die
Preßplatte 14 und
der Grundkörper 18 sind
zudem durch eine durch den Hohlraum verlaufende Feder 22 miteinander
verbunden, die eine Regulierung des Abstands zwischen Grundkörper 18 und
Preßplatte 14 in
einer bestimmten Anwendung erlaubt.
-
Der
Hohlraum 19 ist über
einen durch den Grundkörper 18 führenden
Druckanschluß mit
Druckluft beaufschlagbar. Selbstverständlich sind jedoch auch andere
dem Fachmann bekannte Druckmedien geeignet. Bei Erhöhung des
Drucks in dem Hohlraum 19 erfolgt eine Dehnung der Membran,
so daß sich der
Hohlraum 19 sowohl in horizontaler als auch in vertikaler
Richtung entgegen der Wirkung der Feder 22 ausdehnt.
-
Der
unterhalb des Stempels 12 angeordnete Formbecher 32 weist
einen Boden 36 und eine Wand 34 auf und besteht
aus einem hinreichend druckstabilen Material. Der Formbecher 32 dient
zur Aufnahme der das Schüttgut 30 enthaltenden
Verpackung 38 während
des Preßvorgangs
und ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Verpackungsmaterial selbst
eine geringe Stärke
aufweist, wie es beispielsweise bei Verpackungen aus Papier der
Fall ist. Der Formbecher 32 kann positionsfest angeordnet
sein. Seine Position gegenüber
dem Stempel 12 kann aber auch, wie durch den Doppelpfeil
dargestellt ist, sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung einstellbar
sein. Ferner ist es möglich,
eine den Boden 36 des Formbechers 32 beaufschlagende
Feder vorzusehen, die dem durch den Stempel ausgeübten Preßdruck entgegenwirkt.
-
Nach
dem Einsetzen der das Schüttgut 30 enthaltenden
Verpackung 38 in den Formbecher 32 wird der Stempel 12 in
den Formbecher 32 bzw. die Verpackung 38 herabgeführt. Der
Stempel wird dabei durch den Antrieb 24 bewegt, wobei die
möglichen Bewegungsrichtungen
durch den Doppelpfeil 26 angedeutet sind. Grundsätzlich ist
sowohl eine Bewegung in vertikaler Richtung zum Herauf- und Herabführen des
Stempels 12 als auch eine horizontale Bewegung zum Einjustieren
des Stempels 12 in Bezug auf die Verpackung 38 oder
zur Durchführung
von Vibrationsbewegungen vorgesehen. Nach dem Herabführen des
Stempels 12 wird die Position des Stempels 12 bezüglich der
Verpackung 38 bzw. des Formbechers 32 fest eingestellt.
Dabei ist es nicht erforderlich, die Preßplatte 14 genau mittig
in Bezug auf die Querschnittsfläche 37 der
Verpackung 37 zu justieren. Es ist ferner nicht erheblich,
ob die Preßplatte 14 die
Preßoberfläche 31 des
Schüttgutes 30 erreicht oder
nicht.
-
Durch
den Druckanschluß 20 wird
anschließend
Druckluft in den Hohlraum 19 des Stempels 12 gepreßt, so daß sich das
Hohlraumvolumen durch Dehnung der flexiblen Membran 16 zunächst vornehmlich
in horizontaler Richtung soweit vergrößert, bis der Stempel 12 den
gesamten Querschnitt der Verpackung ausfüllt.
-
In
diesem aufgeblasenen Zustand umfaßt die wirksame Druckfläche 13 des
Stempels, wie in 2 dargestellt ist, die Preßfläche der
Preßplatte 14,
die durch einen Teil der an den äußeren Kanten 15 der
Preßplatte 14 gasdicht
befestigten elastischen Membran 16 nach außen vergrößert ist.
Durch die Pfeile 17 ist der durch einen Teil der flexiblen
Membran gebildete variable Anpaßbereich
x der Druckfläche 13 angedeutet,
der in diesem Ausführungsbeispiel
für eine
Anpassung der Druckfläche 13 des Stempels 12 an
den Verpackungsquerschnitt 37 nutzbar ist.
-
Sobald
die Druckfläche 13 die
Größe des Verpackungsquerschnitts 37 erreicht
hat und somit keine weitere Vergrößerung des Hohlraumvolumens in
horizontaler Richtung mehr möglich
ist, senkt sich durch weitere Erhöhung des Drucks in dem Hohlraum 19 die
Druckfläche 13 entgegen
der Wirkung der Feder 22 nach unten ab und übt Druck
auf die Preßoberfläche 31 des
Schüttgutes 30 aus.
Dadurch wird eine Begradigung der Preßoberfläche 31 und eine Verdichtung
des Schüttgutes 30 erreicht.
-
Nach
Beendigung des Preßvorgangs
und Entspannung der elastischen Membran kann der Stempel 12 leicht
aus der Verpackung 38 entfernt werden. Die Entspannung
wird entweder durch Entfernen oder Abstellen der Druckquelle bewirkt
und kann durch Anlegen eines Vakuums in dem Hohlraum beschleunigt
werden.
-
Die
Verdichtung des Schüttgutes
sollte dabei in mehreren Stufen erfolgen, um in den Entspannungszyklen
der eingeschlossenen Luft die Möglichkeit
zum Entweichen zu geben.
-
Um
zwischen Verpackung, Schüttgut
und Druckfläche
eingeschlossene Luft während
des Preßvorgangs
entweichen zu lassen, kann ferner in der Verpackung 38 eine
Perforation 40 vorgesehen sein. Eine solche perforierte
Verpackung ist in 3 dargestellt. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel weist
die Verpackung eine seitlich angeordnete Perforationsfläche 40 auf.
Jedoch sind auch andere Anordungen einzelner Perforationen denkbar.
Durch Verwendung einer solchen perforierten Verpackung wird die
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
in einer Verdichtungsstufe erleichtert.
-
Die
vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend
beschriebende Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere
sind Kombinationen mit den aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen,
wie beispielsweise zur Lösung
von an der Druckfläche
haftenden Materialien durch eine Vibrationseinrichtung möglich.