DE102017010437A1

DE102017010437A1 - Vorrichtung zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen zu Formteilen innerhalb einer Vorrichtung zum Formen und direkt anschließenden Befüllen

Info

Publication number: DE102017010437A1
Application number: DE102017010437.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-02
Filing date: 2017-12-02
Publication date: 2019-06-06

Abstract

Eine Vorrichtung zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen zu Formteilen mit direkt anschließender Befüll-Einrichtung wird verbessert. Dies wird dadurch erreicht, dass der Formprozess durch zwei formgebende Einrichtungen ausgeführt wird.
Die Erfindung ist in Fig. 1 charakteristisch dargestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen zu Formteilen.
Stand der Technik
Bei den bisher bekannten Bearbeitungsstationen und Maschinenteilen von Thermoformmaschinen mit direkt anschließender Befüllung der Formteile wird die Form des Formteils durch das Formwerkzeug vorgegeben.
Typischerweise bestehen Form-Füll-Schließanlagen aus Heizung, Materialtransport, Formmaschine, Füllstation, Stanzstation und Produktübemahme, oder einer Untermenge daraus.
Durch die wachsende Vielzahl der verwendeten Halbzeuge werden unterschiedliche Formverfahren benötigt. Teilweise werden mehrere Formwerkzeuge benötigt, um die Formgebung des Formteils abzuschließen. Dies kann z.B. im Kristallisationsverhalten des Halbzeugs begründet sein.
Formteile aus diesen Halbzeugen werden separat geformt und gefüllt. Durch das Integrieren eines weiteren Formschrittes in die Form-Füll-Schließ-Anlagen können neue Verpackungs-Arten direkt geformt und gefüllt werden.
Aktuelle Marktsituation
CPET wird als Halbzeug verwendet zur Herstellung von Menü-Schalen zum Verpacken von Fertigmenüs, wobei diese mit der Verpackung in der Mikrowelle oder im Ofen erwärmt werden sollen. Das CPET-Material bietet die notwendige Temperaturbeständigkeit und wird daher für diese Anwendung verwendet.
Große Märkte für Menüschalen aus CPET befinden sich in den USA. In Europa bisher großteils in Großbritannien.
Supermärkte auf dem Europäischen Festland bieten diese Art von Menüs bisher nur sehr vereinzelt an. Die wenigen angebotenen Fertigmenüs sind vorwiegend in PP-Schalen verpackt, die sich lediglich zum Erwärmen in der Mikrowelle eignen, nicht aber für den Backofen. Einzelne Fertigmenüs werden in Papp-Schalen angeboten, die zwar ofentauglich sind, jedoch anfällig für Kondensat und Feuchtigkeit.
Herstellung von CPET-Schalen
Die Herstellung von CPET-Schalen im Thermoform-Verfahren erfordert zwei aufeinander folgende Formwerkzeuge, die auf unterschiedliche Temperaturen temperiert sind. Thermoform-Maschinen, die diese Anforderungen erfüllen, werden bisher ausschließlich für das Herstellen der Schalen angeboten, ohne die Kombination mit Befüllen und Versiegeln.
Die Hersteller der CPET-Schalen liefern die Schalen an Menühersteller, die diese auf Füll-und-Siegel-Maschinen befüllen und versiegeln.
Die Extrusion des CPET Folienmaterials galt lange Zeit als Wettbewerbsvorteil, den nur wenige Firmen beherrschten. Diese Firmen stellten das Folienmaterial für den eigenen Bedarf her und formten daraus die Menü-Schalen. Folienmaterial wurde nicht an andere Firmen geliefert. Rohstoffanbieter für Granulate und Folien drängen derzeit auf den Markt für CPET.
Durch Dominanz weniger Anbieter von CPET-Schalen entstand eine oligopole Marktstruktur. Die Marktpreise stiegen permanent. Daher versuchen derzeit neue Anbieter, in diesen Markt einzudringen.
Lebensmittelverpacker
Lebensmittelverpacker betreiben Maschinen zum Befüllen und Verschließen von Menüschalen. Dabei muss die Taktleistung auf teilautomatische oder manuelle Befüllung reduziert werden.
Die Siegelfolie wird entweder von der Rolle auf die Schalen aufgebracht und ragt über den Schalenrand hinaus, oder schließt mit dem Schalenrand ab.
Lebensmittel-Verpacker verwenden u. A. aus folgenden Gründen nicht den Verpackungsprozess mit integriertem und gleichzeitigem Formen der Schalen:

a) Die Verarbeitung von CPET Material hat im Markt den Ruf, dass es schwer zu beherrschen ist, und die Erfahrungen in diesem Bereich zu sammeln sehr kostspielig sind.
b) Folienmaterial war bislang nicht auf dem freien Markt erhältlich. Seit wenigen Jahren wird dieses Folienmaterial angeboten.
c) Form-Füll-Siegelmaschinen, deren Ausstattung auf dieses Material zugeschnitten ist, sind derzeit nicht erhältlich.
d) Der Markt für CPET-Menüschalen war bisher sehr überschaubar.

Markt-Vorteile der Form-Füll-Schließ-Maschinen
Die Vorteile einer Form-Füll-Schließ-Maschine für die Verarbeitung von CPET-Folienmaterial:

A) Entfall einer Produktionsstufe (separates Formen und Befüllen)
B) Nutzung des inzwischen frei erhältlichen CPET-Folienmaterials
C) Kombinieren der geringen Taktleistung beim Formen des CPET-Materials mit der ebenfalls geringen Taktleistung beim Befüllen von Menüs in die Schalen
D) Nutzung des Wachstumstrends der Fertigmenüs in Kontinentaleuropa durch zunehmend berufstätige Mütter und eingeschränkte Zeiten für traditionelles Kochen. Dieses Wachstum beläuft sich auf bis zu 40% pro Jahr („Frosta“, Heilbronner Stimme vom 24.3.17).
E) Ersatz von Aluminium-Menüschalen durch CPET-Menüschalen in Femküchen

Technischer Irrtum
Die Kombination des Thermoformens von CPET-Menüschalen auf Form-Füll-Schließ-Maschinen wurde bisher nicht angeboten, da

1.) das Folienmaterial bisher nicht auf dem Markt verfügbar war beziehungsweise der Wissenstransfer über das Folienmaterial fehlte: Dieser Mangel ist inzwischen behoben, da inzwischen CPET als Folienmaterial frei auf dem Markt erhältlich ist.
2.) Keine Maschinen zum Herstellen und gleichzeitigen Befüllen von CPET-Menüschalen angeboten wurden: Ziel der vorliegenden Erfindung ist es , dass diesem Mangel abgeholfen wird.
3.) Der Markt ein Nischendasein führte, das für Maschinen-Hersteller nicht attraktiv erschien, derartige Form-Füll-Schließ-Maschinen anzubieten: Durch Veränderung des Verbraucherverhaltens wächst der Markt stark, was auch den Bedarf an Verpackungsmaschinen steigern wird.
4.) Ein Wissenstransfer zwischen Menüschalenherstellern und Lebensmittelherstellern hat bisher nicht existiert, Lebensmittelverpacker hatten kein Know-how zum Verarbeiten des CPET-Folienmaterials hatten und CPET-Schalen-Hersteller haben das Know-how dem Markt nicht zugänglich gemacht. Durch die vorliegende Erfindung wird die Wissenslücke beim Verarbeiten des Materials für die Verpackungsbranche zugänglich gemacht.
5.) Durch die wachsende Anzahl von CPET-Schalenherstellern ist der Markt im Umbruch. In dieser Situation der Umorientierung sind die Lebensmittelhersteller und - verpacker empfänglich für andere Methoden der Verpackungsherstellung. Das Anbieten einer Form-Füll-Schließmaschine für CPET-Menüschalen würde in dem Markt, der sich momentan im Umbruch und extremem Wachstum befindet, einen großen Bedarf auf einfachste Weise decken.

Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verformen von thermoplastischen Halbzeugen in Form-Füll-Schließ-Anlagen so auszubilden, dass zwei separate Formeinheiten die Verformung und den Kristallisationsvorgang des Halbzeuges vornehmen. Gelöst ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus übrigen, in den jeweiligen Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Ausführungsbeispiel
Die Vorrichtungen zum Warmumformen mit anschließender Befüllung nach dem Stand der Technik umfassen eine Formstation mit mehreren Formwerkzeugen, die synchronisiert zueinander die Formgebung bewirken.
Halbzeuge für die Warmumformung, die mehrere Formwerkzeuge benötigen, werden nicht zu Behältern verarbeitet und anschließend befüllt, sondern auf einer Vorrichtung mit mehreren Formwerkzeugen geformt, und auf einer weiteren, separaten Vorrichtung befüllt und verschlossen.
Die Vorteile der Vorrichtung zum Warmumformen und anschließender Befüllung in Kombination mit Halbzeugen, die mehrere Formwerkzeuge aufweisen, werden derzeit nicht genutzt. Die Vorteile dies Verfahrens, wie die niedrige Taktzahl der Warmumformung bestimmter Materialien und die Taktzahl, die zur Befüllung erreichbar ist, können mit den herkömmlichen Verfahren zur Warmumformung und direkt anschließender Befüllung nicht genutzt werden.
Das Patentbegehren schlägt deshalb den Einsatz von mehreren Formwerkzeugen in Vorrichtungen für die Warmumformung mit anschließender Befüllung vor, die vom Stand der Technik bisher nicht beachtet wurde.
Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

1 Eine Vorrichtung zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen zu Formteilen bei der das thermoplastische Halbzeug als Becherfolie (1) von einer ersten Folienrolle (2) mittels einer nicht dargestellten Folientransporteinrichtung einer Thermoformmaschine zugeführt wird, wobei die Folientransporteinrichtung das thermoplastische Halbzeug als Becherfolie (1) durch die Thermoformmaschine transportiert. In der Heizeinrichtung (3) wird die Becherfolie (1) erwärmt und in einer Formstation (6) mittels Formwerkzeugen (5) zu einem Becherband (7) verformt wird. Nach der Verformung werden die Becher des Becherbands (7) in einer Fülleinrichtung (8) befüllt, in der Siegelstation (11) mit Siegelfolie (10) verschlossen, die von einer zweiten Folienrolle (10) der Siegelstation zugeführt wird und in der Stanzstation (12) aus der Becherfolie (1) durch Ausschneiden gelöst und als gefülltes und verschlossenes Formteil (13) an nicht dargestellte Folgemaschinen übergeben.

Es ist vorgesehen, die Vorrichtung zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen zu Formteilen 13, umfassend mindestens eine Heizeinrichtung 3 zum Erwärmen der thermoplastischen Halbzeuge, eine Formstation 4 mit Formwerkzeugen 5 zur Verformung der erwärmten thermoplastischen Halbzeuge zu Formteilen 13 und eine Transporteinrichtung zum Bewegen der thermoplastischen Halbzeuge, so auszubilden, dass innerhalb von mindestens einer Formstation 4 zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen mindestens zwei Formwerkzeuge 5 mit unterschiedlichen Parametern für die Warmumformung betrieben werden. Es ist weiterhin erfinderisch vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen zu Formteilen 13 zwei Formstationen 6 mit jeweils einem Formwerkzeug 5, 5' aufweist. Es ist ebenso vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen zu Formteilen 13 eine Formstation 4 mit zwei Formwerkzeugen 5, 5' aufweist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Formwerkzeuge 5 unterschiedliche Kühltemperaturen aufweisen, so dass in einem ersten Formwerkzeug 5 die Becherfolie 1 zum Becherband 7 verformt wird und im nächsten Takt der Thermoformmaschine das geformte Becherband 7 im zweiten Formwerkzeug 5' kristallisiert. Dabei werden die Kühltemperaturen in den Formwerkzeugen 5, 5' so eingestellt, dass die Temperatur im ersten Formwerkzeug 5 höher ist als im zweiten Formwerkzeug 5'. Es ist auch vorteilhaft, wenn die Temperaturen in den Formwerkzeugen 5,5' so eingestellt sind, dass die Temperatur im ersten Formwerkzeug 5 um 60°C-110°C höher ist als im zweiten Formwerkzeug 5'.
Es ist vorteilhaft, wenn die Temperaturen in den Formwerkzeugen 5,5' so eingestellt sind, dass die Temperatur im ersten Formwerkzeug 5 um 60°C-160°C höher ist als im zweiten Formwerkzeug 5'. Es ist ebenso vorteilhaft, wenn die Temperaturen in den Formwerkzeugen 5,5' so eingestellt sind, dass die Temperatur im ersten Formwerkzeug 5 um 60°C-200°C höher ist als im zweiten Formwerkzeug 5'.
Bezugszeichenliste

1: Becherfolie
2: Erste Folienrolle
3: Heizeinrichtung
4: Formstation
5: Erstes Formwerkzeug
5': Zweites Formwerkzeug
6: Formstation
7: Becherband
8: Fülleinrichtung
9: Zweite Folienrolle
10: Siegelfolie
11: Siegelstation
12: Stanzstation
13: Formteile
14: Stanzgitter

Claims

Vorrichtung zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen zu Formteilen (13), umfassend mindestens eine Heizeinrichtung (3)zum Erwärmen der thermoplastischen Halbzeuge, eine Formstation (4) mit Formwerkzeugen (5) zur Verformung der erwärmten thermoplastischen Halbzeuge zu Formteilen (13) und eine Transporteinrichtung zum Bewegen der thermoplastischen Halbzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb von mindestens einer Formstation (4) zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen mindestens zwei Formwerkzeuge (5) mit unterschiedlichen Parametern für die Warmumformung betrieben werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen zu Formteilen (13) zwei Formstationen (6) mit jeweils einem Formwerkzeug (5, 5') aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Warmumformen von thermoplastischen Halbzeugen zu Formteilen (13) eine Formstation (4) mit zwei Formwerkzeugen (5, 5') aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (5) unterschiedliche Kühltemperaturen aufweisen, so dass in einem ersten Formwerkzeug (5) die Becherfolie (1) zum Becherband (7) verformt wird und im nächsten Takt der Thermoformmaschine das geformte Becherband (7) im zweiten Formwerkzeug (5') kristallisiert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen in den Formwerkzeugen (5,5') so eingestellt sind, dass die Temperatur im ersten Formwerkzeug (5) höher ist als im zweiten Formwerkzeug (5').
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen in den Formwerkzeugen (5,5') so eingestellt sind, dass die Temperatur im ersten Formwerkzeug (5) um 60°C-110°C höher ist als im zweiten Formwerkzeug (5').
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen in den Formwerkzeugen (5,5') so eingestellt sind, dass die Temperatur im ersten Formwerkzeug (5) um 60°C-160°C höher ist als im zweiten Formwerkzeug (5').
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen in den Formwerkzeugen (5,5') so eingestellt sind, dass die Temperatur im ersten Formwerkzeug (5) um 60°C-200°C höher ist als im zweiten Formwerkzeug (5').