DE102007015624A1

DE102007015624A1 - Querschneideinrichtung

Info

Publication number: DE102007015624A1
Application number: DE200710015624
Authority: DE
Inventors: Roland Zeuschner
Original assignee: NATEC GmbH
Current assignee: NATEC GmbH
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-02
Also published as: US10906683B2; US20140251101A1; NZ580054A; AU2008233993A1; WO2008119633A1; AU2008233993B2; RU2445242C2; JP2010522645A; ES2437618T3; CA2682478A1; RU2009139929A; US20170225817A1; US20100101392A1; EP2125528B1; EP2125528A1

Abstract

Schneidvorrichtung zum Schneiden von Quersiegelnähten eines mit Lebensmittel, insbesondere mit Schmelzkäse, gefüllten Schlauches aus Kunststofffolie, wobei jede Quersiegelnaht des zu bearbeitenden und kontinuierlich zugeführten Folienschlauches eine Portion des Lebensmittels von der nächsten Portion trennt, wobei die Vorrichtung eine rotierende und mit mindestens einer Messerklinge 22 bestückte Messerhalterung aufweist, wobei die Messerklinge 22 beim Schneiden einer Quersiegelnaht ein Gegenlager 4 beaufschlagt und wobei die Messerhalterung ein Heizelement zur gezielten Erwärmung der Messerklinge 22 aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidvorrichtung zum Schneiden von Quersiegelnähten eines mit Lebensmittel, insbesondere mit Schmelzkäse, gefüllten Schlauches aus Kunststofffolie, wobei jede Quersiegelnaht des zu bearbeitenden und kontinuierlich zugeführten Folienschlauches eine Portion des Lebensmittels von der nächsten Portion trennt, wobei die Vorrichtung eine rotierende und mit mindestens einer Messerklinge bestückte Messerhalterung, insbesondere in Form einer Messerwalze, aufweist und wobei die Messerklinge beim Schneiden einer Quersiegelnaht ein Gegenlager, insbesondere eine gegenläufige Gegenwalze, beaufschlagt.
Derartige Schneidvorrichtungen sind beispielsweise aus der Herstellung einzeln verpackter Schmelzkäsescheiben bekannt. Ein solches Verfahren zur Herstellung und die entsprechende Vorrichtung sind beispielsweise in der DE 42 04 357 A1 gezeigt. Dabei wird geschmolzener Käse in einen an einer Längsnaht versiegelten Folienschlauch gefüllt, der dann flach gewalzt und nachfolgend gekühlt wird. In diesem Fall wird das von Folie umgebene Käseband erst nach dem Kühlen („Kaltverdrängen") portioniert, indem der Käse an Querstreifen verdrängt und der vom Käse befreite Folienschlauch an diesen Querstreifen durch Hitzeeinwirkung versiegelt wird. Dieses Verdrängen geschieht bei modernen Maschinen schon, solange die Käsemasse noch heiß ist („Heißverdrängen"). Um aus dieser „Kette" respektive diesem Band aneinander hängender Scheiben einzelne Scheiben zu machen, werden die einige Millimeter breiten, von den Quersiegelungen gebildeten Nähte mit dem oder den Messern der Schneidvorrichtung durchtrennt. Dabei können derartige Schneidvorrichtungen in der Art von Guillotinen ausgebildet sein. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch der Einsatz von Messerwalzen erwiesen, deren federnde Messerklingen auf der gehärteten Oberfläche einer Gegenwalze schneiden, wobei die Kette der Einzelscheiben durch die beiden Walzen hindurch geführt wird.
Ein Nachteil der bekannten Schneidvorrichtungen ist, dass die Messerklingen nach einer bestimmten Anzahl von Schnitten stumpf werden und ausgewechselt werden müssen. Das rührt daher, dass die doppellagige meist aus Polypropylen bestehende Folie einer Stärke von etwa 50 Mikrometern in dem zu schneidenden Zustand verhältnismäßig zäh ist. Das Abstumpfen der Messerklingen beeinflusst die Standzeit negativ und mindert die Produktivität der Maschine. Zudem sind die auszutauschenden Messerklingen an sich ein Kostenfaktor, zu dem die Montage mit der aufwendigen Justierung hinzukommt.
Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, eine Schneidvorrichtungen vorzuschlagen, die bei einem einfachem Aufbau, der eine modulare Bauweise und eine einfache Montage ermöglicht, eine wegen geringerer Abnutzung der Messerklingen verlängerte Standzeit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die Schneidvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt.
Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die Messerhalterung mit einem Heizelement zu versehen, das eine gezielte Erwärmung der Messerklinge verursacht. Dabei ist als „gezielte Erwärmung der Messerklinge" eine solche Erwärmung gemeint, die über die normale Betriebstemperatur der Messerklinge hinausgeht und die vor allem nicht zu einer bemerkenswerten Erwärmung der Messerhalterung führt, die aufgrund von Wärmeausdehnung deren Geometrie im Hinblick auf ihre reibungslose Funktion unbehebbar verändern würde. Die erfindungsgemäße Erwärmung sollte auch nicht so stark sein, dass die Folie an der Quersiegelnaht durch Schmelzen geöffnet wird. Die Temperatur der Messerklinge bleibt demnach vorteilhafterweise unterhalb der Schmelztemperatur des für die Folie verwendeten Kunststoffes.
Bei der erfindungsgemäßen zusätzlichen Erwärmung gilt es, diese möglichst von den Lagern fern zu halten. Dieses Ziel kann dadurch erreicht werden, dass die Messerhalterung an sich so konzipiert ist, dass der Wärmefluss im Wesentlichen an die Messerklinge geleitet wird. Dies kann durch die Materialwahl oder das Vorsehen von Isolierungen und/oder das Einrichten einer Wärmefalle, beispielsweise in Form einer Kühlung durch eine entsprechende Kühleinrichtung, beeinflusst werden. Besonders vorteilhaft, da besonders einfach zu realisieren ist es jedoch, wenn das Heizelement derart in der Nähe der Messerklinge und mit entsprechendem Wärmekontakt zur Messerklinge angeordnet ist, dass ein Großteil der Heizleistung der Messerklinge möglichst direkt zugeführt wird und diese stärker als die restliche Messerhalterung erwärmt.
Generell liegt der Vorteil der Erwärmung der Messerklinge darin, dass der lokal kurzzeitig erwärmte Folienschlauch der Messerklinge beim Schneiden einen verminderten Widerstand entgegensetzt, so dass der Grad der Abnutzung der Messerklinge verringert und damit die Standzeit der Schneidvorrichtung erhöht wird. Schließlich wird der aus Kunststofffolie, beispielsweise aus Polypropylen, gebildete Folienschlauch durch die Erwärmung an der Schnittstelle weicher, als er bei Raumtemperatur ist, so dass er sich leichter schneiden lässt. Es hat sich gezeigt, dass sich die Standzeit der Messerklingen auf die erfindungsgemäße Weise um ein Vielfaches erhöhen lässt. Dabei hat sich auch herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Heizleistung und die Anordnung des Heizelementes so gewählt wird, dass an der Schneidkante der Messerklinge eine Temperatur von über 80°C, insbesondere von etwa 100°C, erzeugt wird. Temperaturen von bis zu 130°C sind nicht ausgeschlossen.
Als Heizelement kann beispielsweise eine kommerziell erhältliche Heizpatrone ausreichender Größe eingesetzt werden, die in eine in der Messerhalterung eingebrachte Bohrung gehalten und über eine Spannung versorgt wird. Die Dimensionierung der Heizpatrone und deren Spannungsversorgung ist entsprechend der Geometrie der Messerhalterung anzupassen. Die Heizleistung der Heizpatronen kann der Anlagengeschwindigkeit angepasst werden, um die gewünschte Temperatur zu erhalten. Auch wenn die Messung der aktuellen Temperatur durch einen entsprechenden Sensor und auch deren Regelbarkeit von einem gewissen Vorteil ist, so ist sie nicht unbedingt nötig. Schließlich schneidet die Schneidvorrichtung „im Notbetrieb" auch ohne beheizte Messerklinge.
Da es konstruktiv aufwendig ist, unerwünschte Wärmeausdehnungen, die die Lage der Messerklinge verändern, zu minimieren und sich solche Veränderungen mitunter nicht vollständig vermeiden lassen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Messerklinge federnd an der Messerhalterung gehalten ist, so dass ein Federn der Messerklinge in Schneidrichtung möglich ist. Dabei ist die Federkraft so einzustellen, dass ein für die Schneidwirkung ausreichender Druck erhalten bleibt. Die erfindungsgemäße Federung kann sich dabei aus der Messerklinge selbst oder über ein federnd aufgehängtes Aufnahmeteil, in dem die Messerklinge gehalten ist, ergeben. Tatsächlich ist die Idee der Querschneidvorrichtung mit federnd aufgehängter Messerklinge gewissermaßen unabhängig von der erfindungsgemäßen Messerhalterung mit Heizelement. Allerdings ergeben sich gerade aus der Kombination der beiden Ideen besondere Vorteile.
Ein Vorteil einer solchen Federung liegt vor allem in der damit einhergehenden Erhöhung der Toleranz der Messerklinge gegenüber einer eventuellen Dejustierung, die beim Betrieb geschehen kann. Dieser Vorteil kommt besonders dann zum Tragen, wenn die Messerhalterung und das Gegenlager als Walzen ausgebildet sind und die Messerklinge sich beim Schnitt exakt gegen die glatte und gehärtete Oberfläche der Gegenwalze anlegen muss. Bei einer solchen Anordnung erzeugt jede Dejustierung einen Spalt zwischen der Messerklinge und der Oberfläche der Gegenwalze, so dass der Schnitt nicht vollständig durchgeführt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen gefederten Aufhängung, die vorteilhafterweise auch noch ein kleines Spiel in anderen Freiheitsgraden zulässt, wird eine solche Spaltbildung vermieden. Dadurch, dass die Federung eine gewisse Toleranz gegen Dejustierung bewirkt, reduziert sich auch der Aufwand bei der Montage der Messerklingen.
Im Hinblick auf eine besonders hohe Fertigungsgeschwindigkeit ist es vorteilhaft, wenn die Messerhalterung als rotierendes Mittel, insbesondere in Form der schon erwähnten Messerwalze ausgebildet ist, wobei diese insbesondere mit mehreren, vorteilhafterweise mit vier Messerklingen, bestückt ist. Im Fall eines solchen Messerwalze ist es dann vorteilhaft, wenn das Gegenlager von einer gegenläufigen Gegenwalze, die insbesondere eine Oberfläche aus Hartmetall hat, gebildet wird. Die Gegenwalze kann einen etwas anderen Durchmesser als die Messerwalze haben. Um einen weiteren Antrieb einzusparen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Messerwalze die Gegenwalze über aufeinander abrollende Randbereiche antreibt. Über ein solcher mit geringem Schlupf behafteten Antrieb oder über etwas unterschiedliche Walzendurchmesser wird bewirkt, dass die Messerklinge nicht immer dieselbe Stelle des Gegenlagers beaufschlagt, so dass es zu einer gleichmäßigen Abnutzung des Gegenlagers kommt. Vorteilhafterweise ist das Lager der Gegenwalze auch etwas vorgespannt, um den entsprechenden Anpressdruck zu erzeugen und um Toleranzen auszugleichen.
Im Falle einer solchen Messerwalze gibt zwei vorteilhafte Möglichkeiten, die Messerklingen zu haltern: In dem einen Fall wird die Aufnahme für eine Messerklinge von einem separaten Aufnahmeteil ausgebildet, das in einer radial ausgerichteten Führung in der Messerwalze gehalten und von Federn beaufschlagt ist. Eine solche Konstruktion bietet zwar mehr Möglichkeiten bezüglich der Einstellungsparameter, doch ist die Justierung schon wegen der hohen Anzahl von Teilen aufwendig. In einer besonders einfachen Alternative, bildet das Material der Messerwalze die Anlageflächen selber aus. Die Anlageflächen sind gewissermaßen in das Material der Messerwalze eingelassen, wobei entsprechend justierende Anlagekanten vorgesehen sein können. Die Messerklingen brauchen dann nur an diese Anlageflächen angesetzt und befestigt zu werden. Um eine Federung zu erhalten, sind die Anlageflächen etwas kürzer als die Messerklingen, so dass diese mit ihrem Überstand bei entsprechender Halterung federn.
Vorteilhafterweise wird die Quersiegelung beim Schnitt nicht völlig durchtrennt, sondern gewissermaßen perforiert, so dass nach dem Schnitt Folienstege verbleiben, an denen die Kette zusammen hält und noch ein Stück bis zur endgültigen Abtrennung der einzelnen Glieder weiter befördert werden kann. Das endgültige Abtrennen geschieht dann beispielsweise durch Abreißen, indem die vorlaufende Portion, insbesondere die Käsescheibe, im Verhältnis zur nachlaufenden etwas beschleunigt wird. Eine solche „Perforierung" kann dadurch erzeugt werden, dass die Schnittkante der Messerklinge kürzer als die Quersiegelnaht ist, so dass beim Schnitt zwei Stege am Rand stehen bleiben. Um diese Perforierung zu erreichen, können auch Nuten in die Messerklingen eingeschliffen werden.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Messerwalze und die Gegenwalze in einem gemeinsamen Modul zusammengefasst werden, das leicht auswechselbar an der Maschine gehalten ist. Ein solches Modul hat den Vorteil, dass die Messerklingen vormontiert und justiert werden können. Um die Austauschbarkeit zu ermöglichen, wird die Messerwalze mit einer in der Antriebswelle angeordneten elektrischen Steckverbindung ausgestattet, über die die Versorgungsleitungen des oder der Heizelemente mit entsprechenden, in der Welle verlaufenden Kabeln kontaktiert werden können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 bis 4 näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Schnitt durch die Querschneidvorrichtung,
2: ein Querschneidmodul mit Messerwalze und Gegenwalze,
3: eine erste Ausführungsform einer Messerwalze und
4: eine zweite Ausführungsform einer Messerwalze.
Der in 1 dargestellte Schnitt durch eine Querschneidvorrichtung zeigt an seinem Ende ein Querschneidmodul 1 (siehe auch 2), mit einer (geschnitten dargestellten) als Querschneidzylinder ausgebildeten rotierenden Messerwalze 2 und einer Gegenwalze 4, deren Oberfläche 3 mit Hartmetall belegt ist. Die von den zusammenhängenden Käsescheiben gebildete Kette wird von oben an einem Leitblech 17 vorbei zwischen die Walzen geführt. Das Querschneidmodul 1 ist an einer Montagewand 5 der Maschine festgeschraubt. In 1 zu erkennen ist zudem der Antrieb der Messerwalze 2 über die Antriebswelle 6, in deren zentralen Bohrung 7 nicht dargestellte Kabel für die Versorgung von Heizelementen geführt sind. Der Antrieb geschieht über einen nicht dargestellten Servomotor, der über das Schneckengetriebe 8 auf die Antriebswelle 6 wirkt. Das Schneckengetriebe 8 ist über ein Distanzstück 9 an der Montagewand 5 gehalten, wobei die Antriebswelle 6 in der Montagewand 5 über ein Kugellager 10 gelagert ist.
Das Ende der Antriebswelle 6 hat eine Bohrung mit Keilnabenprofil, in die ein entsprechendes Keilwellenprofil 11 der Messerwalze 2 (s. 3) eingesteckt ist. Am Gehäuse des Schneckengetriebes 8 ist eine Halterung 12 für einen Initiator vorgesehen, der die Nocken 13 der Kupplung 14 abfragt und somit die Position der Messerklingen definiert. Die Versorgungsspannung für die Heizelemente wird über eine Schleifringeinheit 15 zugeführt und über die nicht dargestellten Versorgungskabel der Messerwalze 2 zugeführt. In 1 weiter zu erkennen, ist eine Lichtschrankeneinrichtung 18, mit der die Ankunft einer Quersiegelnaht detektiert wird. Entsprechend dieser Ankunft wird der Servomotor so gesteuert, dass die Messerklingen die Quersiegelnaht mittig durchtrennen.
In 2 ist ein separates Querschneidmodul 1 mit einer Messerwalze 2 und einer gegenläufigen Gegenwalze 3 dargestellt. Zu erkennen ist das Keilwellenprofil 11 der Messerwalze 2 und der darin befindliche elektrische Steckkontakt 19. Die Steckverbindung zur Antriebswelle schafft somit die mechanische und die elektrische Kopplung des Querschneidmoduls 1 zum Antrieb. Mit der Steckverbindung kann das komplette Querschneidmodul von der Anlage abgenommen und durch ein anderes ersetzt werden. Der Antrieb der Gegenwalze 3 geschieht über die aufeinander abrollenden Ränder 20 und 21 der beiden Walzen 2 und 3. Aus 2 ersichtlich ist auch eine von vier Messerklingen 22, die an der Messerwalze 2 gehalten sind.
Besser ersichtlich sind die Messerklingen 22 aus 3, die eine Messerwalze 2 zeigt. In dieser Ausführungsform sind in der Messerwalze 2 separate Aufnahmeteile 23 (3b) angeordnet, die jeweils eine sich über die gesamte aktive Länge der Messerwalze 2 erstreckenden Messerklinge 22 aufnehmen. Die Messerklingen 22 werden über Schrauben 25 gehalten und im Aufnahmeteil justiert. Die Aufnahmeteile 23 haben jeweils eine Anlagefläche, an der die Messerklinge flächig und mit gutem Wärmekontakt anliegt. Sie sind in einer in das Vollmaterial der Walze 2 eingebrachten Führung geführt und darin in radialer Richtung beweglich. Von Federn 24 werden die Aufnahmeteile 23 in radialer Richtung beaufschlagt. So ist die jeweilige Messerklinge in Schneidrichtung federnd an der Messerhalterung gehalten.
In 3b sind Bohrungen 26 zu erkennen, die in die Aufnahmeteile 23 eingebracht sind und die jeweils ein Heizelement zur gezielten Erwärmung der Messerklinge 22 aufnehmen. Auf diese Weise ist das Heizelement derart angeordnet, dass ein Großteil seiner Heizleistung der Messerklinge 22 zugeführt wird und diese stärker als die Messerhalterung erwärmt.
In 4 ist eine andere Art der Messerwalze 2 gezeigt, die auch ein Keilwellenprofil 11 und einen Stecker 19 aufweist, die aber eine andere Art der Anbringung der Messerklingen 22 hat. Insbesondere aus 4b ist ersichtlich, dass die Messerklingen 22 in der Ebene einer Sekante senkrecht zum Radius der Walze angebracht sind. Dazu sind im Vollmaterial der Messerhalterung Anlageflächen 27 ausgebildet, an denen die flächig Messerklingen 22 anliegen. Sie sind an Anlagekanten am Vollmaterial angelegt und werden durch Spannpratzen 28 an ihrer der Schneidkante 29 abgewandten Kante gehalten. In das Material der Walze sind in unmittelbarer Nähe der Anlageflächen 27 Bohrungen 30 zur Aufnahme der Heizelemente eingebracht. Die Messerklingen 22 werden von Flachmaterial aus Hartmetall mit rechteckigem Querschnitt gebildet, wobei die vier Kanten das Flachmaterials jeweils eine Schnittkante ausbilden. Eine Messerklinge weist somit vier Schneiden auf. Das Flachmaterial kann auch aus HSS oder pulvermetallurgischem Material sein.
Die Federung der Messerklingen 22 wird über die einseitige Halterung und die nicht komplette Auflage auf der Anlagefläche 27 gewährleistet. Wegen dieser speziellen Halterung ist eine Federung in Richtung des Pfeils A und damit auch in radialer Schneidrichtung gegeben. Die Laufrichtung ist mit Pfeil B gekennzeichnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4204357 A1 [0002]

Claims

Schneidvorrichtung zum Schneiden von Quersiegelnähten eines mit Lebensmittel, insbesondere mit Schmelzkäse, gefüllten Schlauches aus Kunststofffolie, wobei jede Quersiegelnaht des zu bearbeitenden und kontinuierlich zugeführten Folienschlauches eine Portion des Lebensmittels von der nächsten Portion trennt, wobei die Vorrichtung eine rotierende und mit mindestens einer Messerklinge (22) bestückte Messerhalterung aufweist und wobei die Messerklinge (22) beim Schneiden einer Quersiegelnaht ein Gegenlager (4) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerhalterung ein Heizelement zur gezielten Erwärmung der Messerklinge (22) aufweist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement derart angeordnet ist, dass ein Großteil seiner Heizleistung der Messerklinge (22) zugeführt wird und diese stärker als die Messerhalterung erwärmt.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerklinge (22) in Schneidrichtung federnd an der Messerhalterung gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Messerhalterung eine Messerwalze (2) ist, die mit insbesondere mit mehreren insbesondere mit vier Messerklingen (22) bestückt ist, wobei eine gegenläufige Gegenwalze (4) das Gegenlager bildet.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerklinge (22) an einer Anlagefläche anliegt, wobei das Heizelement in einer Bohrung (30) des die Anlagefläche ausbildenden Vollmaterials angeordnet ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein separates Aufnahmeteil (23) zur Aufnahme jeweils einer Messerklinge (22), das in einer radial ausgerichteten Führung der Messerhalterung gehalten und von Federn (24) beaufschlagt ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch dass das Material der Messerhalterung die Anlagefläche (27) ausbildet, wobei die Anlagefläche (27) insbesondere außerhalb der Radialen der Messerwalze (2) ausgerichtet ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerklinge (22) von einem Flachmaterial, insbesondere aus Hartmetall, mit rechteckigem Querschnitt gebildet wird, wobei die vier Kanten des Flachmaterials jeweils eine Schneidkante (29) ausbilden.
Schneidvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement eine Temperatur an der Schneidkante (29) der Messerklinge von über 80°C, insbesondere von etwa 100°C, erzeugt.
Schneidvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerhalterung mit einem Sensor zur Temperaturmessung und oder mit einer Kühleinrichtung versehen ist.
Schneidvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (29) der Messerklinge (22) derart ist, insbesondere dass sie kürzer als die Quersiegelnaht ist, so dass nach dem Schnitt Folienstege verbleiben oder eine Perforationsnaht entsteht.