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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen verbesserten
Behälter,
genauer gesagt einen auf Pappe basierenden Behälter mit einer Öffnungsanordnung,
wobei der Behälter
hermetisch versiegelbare obere und untere Enden enthält, die
ein dochtartiges Eindringen flüssiger
Produkte in das Karton- bzw. Pappesubstrat des Behälters verhindern.
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Heutzutage
existieren viele Arten von Einwegverpackungen oder Kartons zur Aufbewahrung von
Flüssigkeiten,
Pulvern oder ähnlichem.
Die Flüssigkeiten
können
Getränke
wie Milch und Saft enthalten. Die Behälter können aus Rohlingen gebildet
werden oder aus Bögen,
hergestellt aus einer Vielzahl von Laminatmaterialien mit einem
Substrat wie zum Beispiel Pappe, Strohpappe, Pappdeckel, Pappkarton
und ähnliches.
Das Substratmaterial ist mit einem Thermoplast oder einer ähnlichen
flüssigkeitsbeständigen Beschichtung
laminiert oder überzogen,
damit der Behälter
Flüssigkeiten
halten kann. Die Rohlinge werden zu einer Vielzahl von Behälterquerschnitten, beispielsweise
schlauch- bzw. rohrförmige, rechteckige,
quadratische und ähnliche,
gefaltet.
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Es
wurde vorgeschlagen, rechteckige Kartons mit Seitenwänden aus
einem auf Pappe basierendem Laminatmaterial zu bilden, wobei das
obere Ende ausschließlich
aus einem thermoplastischen Material hergestellt ist. Ein solcher
Vorschlag wird in den
US-Patenten
5,158,633 und
5,498,149 gemacht. Wie
darin offenbart, kann ein thermoplastisches Material an die Behälterseitenwände geformt
und gesiegelt werden, indem ein Spritzgießverfahren benutzt wird. Das
obere Ende kann aus einem weichen Kunststoffstreifen gebildet werden,
der über
dem Ende der Seitenwände
angeordnet wird und dann erwärmt
und an die Seitenwände
thermogeformt wird. Das Thermoformverfahren erfolgt in einer Abschlussgießform, so
dass die resultierende Kunststoffabschlusskappe in ihrer Gestalt
der der Form entspricht. Die Abschlusskappe kann mit einer einstückig ausgebildeten
Abschlusskappe, die einen Stöpsel
aufnimmt, geformt sein. Die Abschlusskappe kann ein Gewinde haben,
um eine Schraubkappe aufzunehmen.
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Der
oben genannte Behälter
mit einer thermogeformten Kunststoffabschlusskappe kann, abhängig von
den Umständen,
relativ schwierig herzustellen sein und erfordert beträchtliches
Werkzeug, das der vorhandenen Verpackungsmaschine hinzugefügt wird.
Der resultierende Behälter
kann auch teurer sein als ein ähnlich
gestalteter Behälter,
der vollständig
aus dem auf Pappe basierendem Laminatmaterial gebildet ist.
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Giebelbehälter, entweder
abgeflacht oder aufrecht, sind ebenso recht beliebt und sind eine
Alternative zu dem oben besprochenen oben thermogeformten Behälter. Die
abgeflachten und aufrechten giebelförmigen Enden können separate Öffnungsvorrichtungen
enthalten, wie eine schraubkappenartige Anordnung oder ähnliches.
Beispielhafte Öffnungsvorrichtungen
sind in den
US-Patenten 5 248 054 ,
2 980 304 und
2 432 462 offenbart.
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Herkömmliche
Giebelbehälter
können
jedoch auch von den Umständen
abhängige
Beschränkungen
erfahren. Giebelförmige
Enden er fordern mehr Material als flache Enden, obwohl Behälter mit giebelförmigen und
flachen Enden dasselbe Füll- bzw.
Lagervolumen bereitstellen. zusätzlich
ist es oft schwierig, einen giebelförmigen Behälter mit einer Tülle und
Kappe herzustellen. Kam eine Tülle
zum giebelförmigen
Behälter
hinzu, so fügte
man diese dem aufrechten Rohling vor der Bildung des Giebels hinzu.
Ist die Tülle
einmal hinzugefügt,
werden die Enden des gefaltet, erwärmt und zusammengedrückt, um
den vertrauten versiegelten Steg der Giebelstruktur zu bilden. Die
Tülle muss
jedoch fern vom Steg angeordnet sein, um zu verhindern, dass die Tülle auf
das Herstellungsgerät,
das die Stegfelder heißsiegelt,
störend
einwirkt. Ein solches entferntes Anordnen der Kappe platziert die
Kappe oft in einer ungünstigen
Stellung zu einer Seite des Behälters.
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Um
diese Probleme anzugehen, wurden herkömmliche Behälter mit flachen oberen Enden
vorgeschlagen, die eine Tüllen-
und eine Kappenöffnung
in der Mitte des oberen Abschnitts haben. Die Behälter mit
flachen Enden erfahren jedoch andere Beschränkungen. In Behältern mit
flachen Enden produzieren die angrenzenden Kanten der gefalteten
Endfelder Nähte.
Diese Nähte
setzen Kanten des Pappesubstratmaterials dem flüssigen Produkt innerhalb des
Behälters
aus. Das Produkt unterzieht sich einer Docht- oder Kapillarwirkung
und wird in den Pappkern des Behälters
eingesogen, wobei die Versiegelungen nachlassen, und die Unversehrtheit
der Verpackung gefährdet
wird. Darüberhinaus
sind herkömmliche Behälter mit
flachen Enden nicht dazu in der Lage, eine hermetische Versiegelung
entlang der Nähte, die
am oberen Ende des Behälters
produziert werden, zu erreichen. Obwohl herkömmliche Behälter mit flachen Enden flüssigkeitsdicht
sind, sind demnach solche Behälter
nicht hermetisch versiegelt und somit nicht in der Lage, eine unter
Druck ste hende innere Kammer aufrechtzuerhalten, wie dies erforderlich
ist, um kohlensäurehaltige
Flüssigkeiten
haltbar zu machen. Weiter sind nicht hermetische Nähte in herkömmlichen,
auf Pappe basierenden Behältern ein
nicht zufrieden stellendes Medium zur Lagerung von Flüssigkeiten,
die hoch empfindlich gegenüber Sauerstoff
sind, wie zum Beispiel Wein, Orangensaft oder ähnliches.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen auf Pappe basierenden Behälter, der
aus einem entlang der Faltlinien gefalteten Rohling geformt ist,
wobei der Behälter
Seitenwände
mit oberen und unteren Endabschnitten hat, und wobei die oberen
Endabschnitte innere und äußere, gegenüberliegende Paare
mit Ausschnitten definieren, die zueinander gefaltet sind, wobei
sich die Ausschnitte vereinen, um eine Öffnung zu definieren, die eine
an die oberen Endabschnitte um die Öffnung gesiegelte Anordnung aufnimmt.
Gemäß der Erfindung
ist jedes der inneren gegenüberliegenden
oberen Endabschnittspaare entlang von Faltlinien in einen mittleren
Bereich und in Querseitenbereiche geteilt und unter die äußeren Paare,
mit jedem Seitenbereich zwischen einem entsprechenden mittleren
Bereich und einem entsprechenden äußeren Endabschnitt, gefaltet,
um einen flachen oberen Teil des Behälters zu bilden.
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Ein
typischer Behälter
gemäß der Erfindung enthält eine
rechteckförmige
Hülse mit
oberen Endabschnitten, die an Faltlinien mit Seitenwänden verbunden
sind. Die oberen Endabschnitte sind in innere und äußere, gegenüberliegende
Paare geteilt, die in sich überlappender
Weise gegeneinander gefaltet sind, um ein im Allgemeinen flaches
Ende für
den Behälter
zu bilden. Jeder der inneren und äußeren, gegenüberliegenden
Abschnitte enthält
einen Ausschnitt. Wenn die oberen Endabschnitte in der oben beschriebenen
Weise gefaltet werden, um das flache Ende zu bilden, definieren
die Ausschnitte eine Öffnung,
die Kanten mit freiliegendem Pappesubstrat hat. Jedes der inneren
gegenüberliegenden
Endabschnittspaare wird entlang von Faltlinien in einen mittleren
Bereich und seitlich gegenüberliegende Seitenbereiche
geteilt. Die seitlich gegenüberliegenden
Seitenbereiche werden auf den mittleren Bereich gefaltet und sind
zwischen dem mittleren Bereich und dem äußeren Paar der gegenüberliegenden
Bereiche eingebettet, wenn sie zur Bildung des oberen Behälterteils
gefaltet werden. Ein äußeres Paar
gegenüberliegender
Endabschnitte ist länger
als das andere, so dass der längere äußere Endabschnitt
außerhalb
des kürzeren äußeren Paares
gegenüberliegender
oberer Endabschnitte überlappt.
Eine Öffnungsanordnung
verläuft
durch die Öffnung
und enthält
einen Flansch am Inneren des Behälters.
Der Flansch bedeckt die freiliegenden Kanten der Öffnung.
Die Anordnung ist bevorzugt eine wiederverschließbare Abdeckung, wie zum Beispiel
eine wiederverschließbare
Schraubtülle
und Kappe oder ähnliches,
kann aber auch die Gestalt einer im Allgemeinen flachgedrückten Scheibe
haben.
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Die
Behälter
der Erfindung erleichtern die Schaffung eines hermetisch versiegelten,
auf Pappe basierenden Behälters,
der, im Vergleich zu anderen ausgewählten Behältertypen, mit einer reduzierten Menge
an Verpackungsmaterial je Einheit Volumen hergestellt werden kann.
Das vorhergehende Behälterdesign
kann auch mit einer minimalen Menge an Umrüstung des Herstellgeräts ausgenutzt
werden.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus
einem Rohling in einer Verpackungsmaschine bereit, wobei der Rohling Faltlinien
aufweist, die Seitenfelder mit oberen und unteren Endabschnitten
definieren, wobei die oberen Endabschnitte mit Ausschnitten geformt
werden, wobei jedes der inneren gegenüberliegenden Endabschnittspaare
entlang von Faltlinien in einen mittleren Bereich und in Querseitenbereiche
geteilt ist, wobei das Verfahren das Falten des Rohlings um die Faltlinien
umfasst, um einen rohrförmigen
Körper
zu bilden, sowie das Anordnen des Körpers um einen Dorn, wobei
die oberen Endabschnitte der Seitenfelder über den oberen Teil des Dorns
vorstehen; und das Falten und Versiegeln der oberen Endabschnitte, um
das obere Ende des Behälters
um eine Öffnung zu
schließen,
die durch das Nebeneinanderstellen der Ausschnitte definiert ist,
wobei sich die Querseitenbereiche der inneren oberen Abschnitte
unter den äußeren Paaren
befinden und das geschlossene obere Ende dem Umriss des oberen Teils
des Dorns entspricht; Anbringen und Versiegeln einer Anordnung in
der Öffnung;
sowie Schließen
und Versiegeln der unteren Endbereiche des Behälters.
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Eine
Verpackungsmaschine gemäß der Erfindung
zur Herstellung eines Behälters
aus einem Rohling der oben beschriebenen Art umfasst Mittel zum
Falten des Rohlings um die darin befindlichen Faltlinien, um einen
rohrförmigen
Körper
zu bilden, und (Mittel) zum Anordnen des Körpers auf einem Dorn mit über das
obere Ende des Dorns hinaus vorstehenden oberen Endabschnitten;
eine Vorrichtung zum Falten und Versiegeln der oberen Endabschnitte des
Körpers,
um dessen oberes Ende, mit den Querseitenbereichen zwischen einem
entsprechenden mittleren Bereich und einem entsprechenden äußeren Endabschnitt,
zu schließen,
und wobei das geschlossene Ende dem Umriss des oberen Teils des Dorns
entspricht; und Mittel zum Anbringen einer Anordnung in einer im
oberen Ende des Körpers
befindlichen Öffnung.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1–7 einen
Rohling und einen Behälter
zeigen, der aus dem Rohling gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gebildet wurde,
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8–15 eine
Ausführungsform
einer Vorrichtung darstellen, die zum Formen, Befüllen und Versiegeln
des Behälters
der 1–7 verwendet
werden kann.
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1 zeigt
im Allgemeinen eine perspektivische Ansicht eines gemäß der vorliegenden
Erfindung geformten Behälters
(allgemeinen mit der Bezugszahl 2 bezeichnet). Der Behälter 2 kann,
wenn vollendet, jede gewünschte
Querschnittsform haben, wie zum Beispiel eine rechteckige Form,
kreisförmige Form,
quadratische Form und ähnliches.
Bevorzugt ist der Behälter 2 rechteckig
gestaltet mit Seitenwänden 4,
einem oberen Teil 6 und einem Boden 8. Der obere
Teil 6 kann einen Schraubkappenaufbau 10 oder ähnliches
enthalten, der eine Öffnungsanordnung
und eine zugehörige
Kappe enthält.
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In 2 wiederum
ist ein flacher Rohling 12 dargestellt, der zur Bildung
des Behälters 2 aus 1 benutzt
wird. Der Rohling 12 wird bevorzugt aus einem Laminatmaterial
gebildet, das ein zwischen zwei oder mehr flüssigkeitsdichten Schichten, beispielsweise
Schichten aus Polyethylen, angeordnetes Pappesubstrat enthält. Der
Rohling 12 enthält vier
Feldbereiche 14, die entlang von Faltlinien 16 voneinander
getrennt sind. Optional kann ein Seitenüberlappungsbereich 18 in
einem Stück
ent lang einer Seite eines Felds 14 vorgesehen sein, zwecks
Verwendung zur Bildung der in 3 gezeigten
Seitennaht 15. Der Seitenüberlappungsbereich 18 ist
von dem Feld 14 durch die Faltlinie 20 getrennt.
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Wie
in 3 gezeigt, wird, wenn der Behälter in seine rechteckige Form
gefaltet wird, der Seitenüberlappungsbereich 18 nach
innen entlang der Linie 20 gefaltet, um an die Innenfläche 22 des
Felds 14 angrenzend zu liegen. Der Überlappungsbereich 18 enthält eine
entlang seiner Länge
verlaufende Kante 24. Eine Seitenlippe 26 wird
entlang der Länge des Überlappungsbereichs 18 gefaltet,
um die Lippe 26 zwischen dem Bereich 18 und dem
Seitenfeld 14 mit vom Inneren des Behälters isolierter Seitenkante 24 einzubetten.
Durch ein solches Falten der Lippe 26 ist die Seitenkante 24 nicht
dem flüssigen
Produkt innerhalb des Behälters
ausgesetzt.
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Zurückkehrend
zu 2 enthalten die Felder 14 Seitenwandabschnitte 28,
die die Seitenwände 4 des
gebildeten Behälters 2 definieren.
Die Felder 14 enthalten auch obere und untere Endabschnitte 32 und 30.
Die Endabschnitte 30 und 32 sind von den Seitenwandabschnitten 28 über Faltlinien 34 und 36 getrennt.
Die oberen und unteren Endabschnitte 30 und 32 enthalten
auch äußere Kanten 38 und 40. Das
Pappesubstrat des Laminatmaterials liegt entlang den Kanten 38, 40 und 24 frei.
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Die
Endabschnitte 30 wirken beim Übereinanderfalten zusammen,
um den Boden 8 des Behälters 2 zu
bilden, während
die Endabschnitte 32 beim Übereinanderfalten zusammenwirken,
um den oberen Teil 6 zu bilden. Die unteren Endabschnitte 30 enthalten
ein inneres Paar Endabschnitte 42 und 44 und ein äußeres Paar
Endabschnitte 58 und 60. Die oberen Endabschnitte 32 enthalten ein
inneres Paar Endabschnitte 80 und 82 und ein äußeres Paar
Endabschnitte 84 und 86. Wie gezeigt sind das
innere Paar Endabschnitte 42 und 44 der unteren
Endabschnitte 30 und das innere Paar Endabschnitte 80 und 82 der
oberen Endabschnitte 32 durch gekrümmte Faltlinien 36 von
ihren entsprechenden Seitenfeldern abgeteilt.
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Um
das korrekte Falten des Bodens 8 des Behälters 2 zu
erleichtern, sind die unteren Endabschnitte 42 und 44 entlang
den Faltlinien 46 und 48 weiter unterteilt, um
die mittleren Bereiche 50 und 52 und Querseiten-
oder Laschenbereiche 54 und 56 zu definieren.
Zusätzlich
enthält
der äußere Endabschnitt 58 eine äußerste Klappe 62,
die, wie in Verbindung mit 4 gezeigt
wird, die durch die Abschnitte 30 über den Boden 8 des
Behälters
gebildete Versiegelung überlappt.
Die Endabschnitte 42, 44 und 60 enthalten
jeweils äußere Lippen 43, 45 und 61,
die durch die Klappe 62 bedeckt sind.
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Während der
Bildung des unteren Endabschnitts 30 werden das innere
Paar gegenüberliegender
Endabschnitte 42 und 44 nach innen gefaltet, bis
sich die Lippen 43 und 45 nahe der Mitte des Boden 8 schneiden.
Anschließend
wird das äußere Paar
Endabschnitte 58 und 60 nach innen gefaltet, bis
sich die Lippen 61 und 62 vereinen. Da sich die unteren
Endabschnitte 30 auf obige Weise nach innen übereinander
falten, falten sich die Laschenbereiche 54 und 56 entlang
der Faltlinien 46 und 48, bis sie die zugehörigen mittleren
Bereiche 50 und 52 überlappen. Somit sind die Laschenbereiche 54 und 56 zwischen
den entsprechenden mittleren Bereichen 50 und 52 und
den entsprechenden äußeren Endabschnitten 58 und 60 eingeschlossen.
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4 zeigt
das abschließende
Falten der unteren Endabschnitte
30 in korrekter Beziehung
zueinander. Wie gezeigt, werden die äußeren Endabschnitte
58 und
60 gefaltet
(wie unten erklärt),
um sich bei einer Naht
59 zu vereinen. Die Lippe
61 wird nach
außen
gefaltet entlang der Line
63, weg vom Inneren des Behälters, um
die Kante
38 vom Inhalt des Behälters zu isolieren. Wenn die
gekrümmten,
im unteren Ende
30 der
4 gezeigten
Faltlinien verwendet werden, befindet sich die Naht
59 in
einer Ausnehmung, wodurch eine im Allgemeinen abgeflachte und stabile
Auflagefläche
für den
Behälter
geschaffen wird. Weitere Einzelheiten über die Benutzung solcher gekrümmter Faltlinien
sind im
US-Patent 5,474,232 ,
erteilt am 12. Dezember 1995, mit dem Titel „Gable Top Carton and Carton
Blank Having Curved Side Creases" beschrieben,
deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen
wird.
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Zurückkehrend
zu 2 enthalten die oberen Endabschnitte 32 ein
inneres Paar Endabschnitte 80 und 82 und ein äußeres Paar
Endabschnitte 84 und 86. Die Endabschnitte 80 und 82 enthalten
jeweils mittlere Bereiche 88 und 90, die in eins
mit entsprechenden Querlaschenbereichen 92 und 94 ausgebildet
sind. Die Laschenbereiche 92 und 94 werden von
entsprechenden Körperbereichen 88 und 90 über die
Faltlinien 96 und 98 getrennt. Optional können ein
oder mehr der Endabschnitte 30 einen Überlappungsstreifen enthalten,
wie beispielsweise der Streifen 100 über dem Endabschnitt 84.
Die Endabschnitte 80–86 enthalten
ferner jeweils gebogene Ausschnitte 102, 104, 106 und 108.
Die Ausschnitte 102–106 verbinden
sich, wie oben erklärt,
um eine Öffnung
durch den oberen Teil des Behälters
zu bilden, der schließlich
die Öffnungsanordnung
aufnimmt.
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Das
Falten des oberen Teils 6 des Behälters 2 ist in 5 dargestellt.
Wie gezeigt, wird der obere Teil gebildet, indem die Endabschnitte 80 und 82 nach
innen gefaltet werden, bis die äußeren Spitzen 81 und 83 (4)
im Wesentlichen aneinander stoßen.
Anschließend
werden die Endabschnitte 84 und 86 nach innen
gefaltet, bis die Überlappung 100 die Kante 40 des
Abschnitts 86 überlappt.
Während
dieses Faltvorgangs werden die Laschenbereiche 92 und 94 nach
innen über
jeweils entsprechende Körperbereiche 88 und 90 um
entsprechende Faltlinien 96 und 98 gefaltet. Sofern
auf diese Weise gefaltet, sind die Laschenbereiche 92 und 94 zwischen
entsprechenden mittleren Bereichen 88 und 90 und
angrenzenden Endabschnitten 84 und 86 eingebettet. Durch
derartiges Falten der oberen Endabschnitte 32 werden viele
Kanten des Pappesubstrats im Wesentlichen isoliert, die sonst dem
Produktinhalt des Behälters
ausgesetzt wären.
Alle Kanten, einschließlich der
Kante 40, sind vom Inneren des Behälters isoliert. Nur die Kanten 103, 105, 107 und 109 der
gebogenen Ausschnitte 102–108 liegen weiter
frei.
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Wie
in 6 gezeigt, wird der Kappenaufbau 10 durch
die Öffnung 112 eingeführt, die
durch die Ausschnitte außerhalb
des Behälterinneren
durch die Öffnung 112 definiert
ist, die gebildet wird, wenn sich die gebogenen Ausschnitte 102–108 vereinen.
Der Kappenaufbau 10 enthält eine Anordnung 114 mit
einem kreisförmigen
Grundflansch 116 und einem rohrförmigen Schaft 117,
der durch die Öffnung 112 nach
außen
vorsteht. Der Flansch 116 enthält eine obere Versiegelungsfläche 119,
die fest gegen die Innenflächen 121 der
oberen Endabschnitte 80, 82, 84 und 86 nahe
der Öffnung 112 versiegelt
ist. Die Anordnung 114 versiegelt und isoliert die Kanten 103, 105, 107 und 109 der
Ausschnitte 102, 104, 106 und 108 vom
Behälterinneren.
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Optional
kann der Schaft 117 ein Gewinde 122 enthalten,
das eine entsprechende Gewindekappe 124 aufnimmt.
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Wie
in 7 gezeigt, bedeckt der Basisflansch 116 einen
mittleren Bereich der Endabschnitte 80, 82, 84 und 86,
um jegliche Teile der Kanten 40 und 103, 105, 107 und 109 zu
bedecken, die ansonsten freiliegen würden. Folglich ist, vom Inneren
des Behälters
aus gesehen, das Produkt darin jeweils nur den Körperbereichen 88 und 90 sowie
den mittleren Bereichen 89 und 91 der Endabschnitte 84 und 86 ausgesetzt.
Die Faltlinien 96 und 98 definieren Überschneidungen
zwischen den Bereichen 88–91 und bilden Versiegelungen
dazwischen, um zu verhindern, dass das Produkt zwischen den Endabschnitten 30 einwandert.
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Der
vorhergehende Behälter
kann mit einem minimalen Aufwand an Veränderungen an den herkömmlichen
Giebelverpackungsmaschinen hergestellt werden. Solche Maschinen
enthalten die Verpackungsmaschinen TR/6TM,
TR/7TM, TR/8TM und
Tetra MiniTM von Tetra Pak, Inc..
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Ein
Beispiel einer traditionellen Verpackungsmaschine, die zur Herstellung
des vorherigen Behälters
umgerüstet
werden kann, ist in dem
U.S. Patent
3,820,303 gezeigt und beschrieben. Eine beispielhafte Ausführungsform
einer solchen modifizierten Maschine ist in den
8–
15 gezeigt.
Wie in den
8 und
9 gezeigt,
werden flache Verpackungsrohlinge
440, die noch nicht aufgerichtet
wurden, aus dem Magazin
405 entladen, während gleichzeitig die Verpackungsrohlinge
400 in
einer schlauch- bzw. rohrartigen Form aufgestellt werden, die im
vorliegenden Fall einen quadratischen Querschnitt hat. Mithilfe
der Zuführvorrichtung
410,
die in der vorliegenden Ausfüh rungsform
eine mit Trägern
415 ausgestattete
drehbare Kette umfasst, werden die aufgerichteten Verpackungsrohlinge
400 auf
einen Dorn
420 geschoben, der auf dem Dornrad
425 vorgesehen
ist, wobei der Dorn in Position gegenüber der Zuführvorrichtung bewegt wurde.
(In der Zeichnung ist diese Stellung mit I bezeichnet). Nachdem
der Rohling
400 einmal auf den Dorn
420 geschoben
wurde, wird das Dornrad
425 in eine entgegen dem Uhrzeigersinn
laufende Richtung indexiert, bis die Position II erreicht ist, woraufhin
das Dornrad wieder anhält.
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In
Position II befindet sich das obere Ende 32 des Verpackungsrohlings 400,
das auf dem Dorn 420 befestigt ist, mittig gegenüber einer
Faltvorrichtung 430, die von einem Betätigungselement 435,
bevorzugt einem Druckluftzylinder, gesteuert wird. Mithilfe des
Betätigungselements 430 wird
die Faltvorrichtung 43 in Richtung auf die oberen Endabschnitte 32 des
Verpackungsrohlings 400 bewegt, wobei der obere Endabschnitt
vom Dorn 420 vorsteht, wobei Klappen 437 der Faltvorrichtung 430 nach
innen gegen den oberen Endabschnitt des Verpackungsrohlings 400 gefaltet
werden, mit dem Ziel, die Faltlinien zuerst zu falten oder zu „brechen", die zuvor in dem oberen
Endabschnitt des Verpackungsrohlings 400 vorgesehen wurden.
Dieser Faltvorgang wird jedoch unterbrochen, bevor der Wandabschnitt
des Verpackungsrohlings, der den oberen Teil bildet, vollständig nach
innen in seine Endposition gefaltet wurde, und, aufgrund der Elastizität des Materials,
der Abschnitt 32 des Verpackungsrohlings 400,
der vom Dorn 420 vorsteht, im Wesentlichen in die Stellung zurückkehrt,
in der er sich vor dem Faltvorgang befand.
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Wenn
der Vorfaltvorgang beendet ist, wird das Dornrad 425 erneut
indexiert und hält
in Position III, wobei in dieser Posi tion die vorgefalteten oberen Endabschnitte 32 des
Verpackungsrohlings 400 mittig gegenüber einer Heizvorrichtung 440 angeordnet sind.
Durch die Heizvorrichtung 440 wird heißes Gas, bevorzugt Luft, gegen
die aufgestellten Endabschnitte 32 des Verpackungsrohlings 400 geblasen,
wobei die Felder des oberen Endabschnitts, die als Versiegelungsabschnitte
dienen sollen, soweit erhitzt werden, dass das thermoplastische
Material, das um das Pappesubstrat angeordnet ist, weich wird. Zusätzlich wird
eine Anordnung oder eine vollständige
Kappenanordnung 10 einschließlich der Anordnung durch einen
Schlauch 445 von einer Zuführung 450 befördert. Der
Schlauch 445 wird nahe dem Dorn 420 bewegt und
führt die
Anordnung zwischen den offenen Feldern des oberen Endes 32.
Die Anordnung greift in den Dorn 420 ein und wird daran
festgehalten, beispielsweise durch eine Vakuumvorrichtung oder ähnliches.
Der Schlauch 445 wird dann von nahe dem Dorn 420 bewegt,
um zuzulassen, dass der Dorn mit der entsprechenden, daran befestigten
Anordnung wieder indexiert wird und sich zur Position IV bewegt.
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Während sich
das Dornrad 425 mit dem Dorn 420 von Position
III zu Position IV bewegt, berührt
der Abschnitt 32 des Verpackungsrohlings 400,
der vom Dorn 420 vorsteht, eine Faltvorrichtung 460,
der die oberen Endabschnitte 32 auf die in Zusammenhang mit 5 beschriebene
Weise faltet. Zu diesem Zeitpunkt wird damit begonnen, die Felder
der oberen Endabschnitte 32 aneinander und an den Flansch 116 der
Anordnung 114 heißzusiegeln.
Wenn der Dorn 420 die Position IV erreicht hat, wird ein
gekühlter
Druckstempel 465, der von einem Betätigungselement 470,
bevorzugt einem Druckluftzylinder, verschoben werden kann, gegen
den gefalteten und versiegelten oberen Teil gedrückt, wobei ein im Allgemeinen
flaches Behälteroberteil
mit einer Anordnung gebildet wird. Indem die er wärmten Teile der Endabschnitte 32 zurselben
Zeit abgekühlt
werden wie die Abschnitte durch die Druckplatte 465 und
das Ende des Dorns 420 zusammengedrückt werden, wird ein Versteifen
der erwärmten
thermoplastischen Schicht bewirkt, sobald die erwärmten Seiten
durch Oberflächenverschmelzung
verbunden wurden, wobei die den oberen Teil bildenden Abschnitte
in der zusammengedrückten
Stellung gehalten werden, um einen flüssigkeitsdichten oberen Teil
zu bilden. Um eine gute Versiegelung zu gewährleisten, ist es für die gefalteten
oberen Abschnitte wichtig, mit großer Kraft gegeneinander gedrückt zu werden,
und es ist ratsam, Drücke
bis zu mehreren Tonnen aufzubringen, weil Drücke dieser Größenordnung
einen effektiven Fluss des Kunststoffs in der Versiegelungszone bewirken
sowie den Verschluss jeglicher Auslaufkanäle, die auftreten können, wenn überlappende
Materialschichten verbunden werden.
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Sobald
die Basis aufgedrückt
wurde, wird das Dornrad zu Position V indexiert, wobei für diese Position
kein Vorgang vorgesehen ist, so dass der Behälter 400, der einen
geformten und versiegelten oberen Teil erhalten hat, nach einer,
einem Indexierungszeitraum entsprechenden Zeitspanne in Position
VI gedreht wird, in der der Dorn 420 nach unten gerichtet
ist.
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In
Position VI wird der Behälter 400 vom Dorn 420 gezogen
und zwar mithilfe einer Abziehvorrichtung 470, die vertikal
verschiebbar ist und an ihrer Vorderseite eine Ansaug- oder Greifvorrichtung
hat, die den Behälter 400 erfasst.
Der Abziehvorgang wird durch Anheben der Abziehvorrichtung 470 mithilfe
eines Betätigungselements 475 erreicht,
bis sein Ansaug- oder
Greifkopf 480 mit dem oberen Teil des Behälters 400 in
Berührung
kommt. Wenn die Abziehvorrichtung 470 anschließend dazu
gebracht wird, sich nach unten zu bewegen, wird der Be hälter 400 vom
Dorn 420 gezogen und zwischen den Haltevorrichtungen, die
auf einem periodisch bewegbaren Kettenförderer 485 angeordnet
sind, abgesenkt, mithilfe dessen die Behälter 400 vom Dornrad 425 gezogen
und dazu gebracht werden, in eine im Wesentlichen horizontale Richtung
im umgekehrten Zustand transportiert zu werden. Das Dornrad 425 wird
nach Beendigung des Abziehvorgangs zu Position I indexiert, in der
ein frischer Verpackungsrohling 400 von der Zuführvorrichtung 410 auf
den Dorn 420 geschoben wird.
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In
der obigen Beschreibung wurde von einem Arbeitsverfahren berichtet,
in dem ein Dornrad 425 einen vollständigen Indexierungszyklus ausführt, aber
in jeder Pause zwischen den Indexierungsvorgängen werden derartige Vorgänge gleichzeitig
in allen Positionen, mit Ausnahme von Position V, ausgeführt. Dies
bedeutet, dass ein vollständig
verarbeiteter Behälter 400 während jeder
Indexierungspause abgezogen wird, während gleichzeitig ein frischer Verpackungsrohling 400 auf
dem Dorn 420 befestigt wird. Demgemäß wird in der vorliegenden
Ausführungsform
die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Indexierungsvorgängen so
gewählt,
dass alle Vorgänge
in den verschiedenen Positionen beendet werden können.
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Da
zwei oder mehr Dornräder 425 gleichzeitig
mit einem Förderer 485 verbunden
sind, werden in der dargestellten Ausführungsform zwei oder mehrere,
mit einem versiegelten und geformten Oberteil versehene Behälter 400 jederzeit
vom Dornrad 425 zum Förderer 485 mithilfe
von zwei oder mehr Abziehvorrichtungen 470 weitergeleitet.
Bei der hier beschriebenen Maschine ist jeder Förderer 485 mit zwei Dornrädern 425 verbunden,
so dass zwei Behälter 400 während jedem
Indexierungsvorgang zum Förderer 485 weitergeleitet
werden. Da der Förderer während jedem
Indexierungsvorgang mit zwei Behältern 400 ausgestattet
ist, muss der Behälter
von zwei Packabteilungen während
jedem Indexierungsvorgang bewegt werden, und alle Verarbeitungsstationen
zum Falten des Behälteroberteils
und zum Befüllen
und Schließen
des Behälters 400 müssen doppelt vorhanden
sein. Da die Verarbeitungsstationen jedoch seitlich nebeneinander
gestellt sind, kann ein gemeinsamer Antriebsmechanismus für jedes
Vorrichtungspaar verwendet werden. Alternativ können ein oder mehr Servomotoren
verwendet werden, um die entsprechenden Mechanismen in einem zeitlich abgestimmten
Verhältnis
anzutreiben.
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Jeder
Förderer 485 umfasst
zwei parallele Endlosketten, die mit Haltevorrichtungen 490 ausgestattet
sind, wobei die Haltevorrichtungen mittig einander gegenüberliegend
auf zwei Ketten angeordnet sind und zwischen sich einen Raum 495 bilden,
der so gestaltet ist, dass ein umgekehrter Behälter 400 darin platziert
werden kann. Wenn ein Behälter 400 vom
Dorn 420 durch die Abziehvorrichtung 470 abgezogen
und nach unten bewegt wird, wird er in den Raum 500, der
von den Haltevorrichtungen 490 begrenzt wird, eingeführt. Damit
dies möglich
ist, wird die Bewegung des Förderers
mit der des Dornrads synchronisiert, so dass sich der Förderer um
zwei Haltevorrichtungsaufteilungen während jedes Indexierungsvorgangs
des Dornrads 425 nach vorne bewegt, während sich frische leere Räume, von
den Halteelementen 490 begrenzt, sich immer unmittelbar
unter den Dornen 420 in Position VI befinden.
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Bei
Station A sind die Bodenendabschnitte 30 der Behälter 400 mithilfe
einer Vorrichtung 505 vorgefaltet, die an einem Joch 510 befestigt
ist, das angehoben und abgesenkt werden kann. Der Faltvorgang erfolgt
durch wenigstens teilweises Falten der Bodenendabschnitte 30 in
der oben beschriebenen Weise. Das Falten hat nur den Zweck, das
Faltlinienmuster zu biegen oder zu „brechen", das auf dem Verpackungsrohling vorgesehen
wurde und das dazu dient, das Faltmuster zu definieren, das zum Versiegeln
des Behälteroberteils
erforderlich ist, und folglich ist der Faltvorgang nicht beendet;
die Faltvorrichtung 505 wird vielmehr in ihre obere Position
angehoben, sobald das Faltlinienmuster gebogen wurde.
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Nach
dem Indexieren des Dornrads 425 und Verschieben des Förderers 485 um
eine Stufe befinden sich die gefalteten Behälter 400 bei Station
B, d.h. direkt unter der Füllvorrichtung 515,
mit deren Hilfe eine abgemessene Menge des Produkts in die Behälter gefüllt wird.
Das Befüllen
der Behälter 400 erfolgt,
indem die Behälter
um die Füllschläuche 520 mittels
eines Anhebemechanismus angehoben werden und, wenn der Behälter befällt ist,
schrittweise abgesenkt werden. Anschließend werden die befüllten Behälter in
Stufen und synchron mit dem Indexierungsmechanismus zur Station
C bewegt, wo sich die Bodenendabschnitte 30 des Behälters unmittelbar unter
einer Heizvorrichtung 525 befinden. Genauso wie die obere
Heizvorrichtung 440, besteht die untere Heizvorrichtung 525 aus
einer mit Löchern
versehenen Heizvorrichtung, wobei heiße Luft durch die Löcher geblasen
wird, die in einem solchen Muster angeordnet sind, dass die Wärme nur
diese Teile der oberen Endabschnitte 30 erreicht, die gegeneinander gesiegelt
werden sollen. Das thermoplastische Material wird rasch auf den
Plastifizierungspunkt erhitzt, woraufhin die Behälter 33 von Station
C zu Station D bewegt werden, wo die Bodenendabschnitte zu der in 4 gezeigten
Konfiguration abschließend
gefaltet und gesiegelt werden. Bei Station E am Ende des Förderers
werden die Haltevorrichtungen, die die Behälter während des Transports umgaben, getrennt, und
die vollendeten Verpackungen werden von der Verpackungsmaschine
entfernt und durch einen Verpackungsumdrehmechanismus 530 umgedreht,
der die Behälter 400 in
eine senkrechte Position zum anschließenden Transport und Vertrieb
umdreht.
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Obwohl
der Antrieb und die Koordinierung der verschiedenen Mechanismen
an der Verarbeitungsstationen durch die Benutzung von einem oder mehr
Servomotoren und einem geeigneten Steuerungssystem erreicht werden
können,
wird die Verpackungsmaschine der vorliegenden Ausführungsform mithilfe
eines Elektromotors und einem entsprechenden Satz Antriebswellen
und Kurvengetrieben angetrieben. Es wird jedoch ohne weiteres erkannt,
dass verschiedene Ausgestaltungen zum Antreiben und Koordinieren
der Maschinenstationen geeignet sind, wobei die gezeigte Ausführungsform
nur eine solche Ausgestaltung ist.
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Bei
Verpackungsmaschinen des zuvor beschriebenen Typs wird der obere
Teil der Verpackung gebildet, indem die oberen Endabschnitte 32 gegeneinander
und um die Anordnung gefaltet werden. Die den oberen Teil bildenden
und einwärts
gefalteten Abschnitte 32 werden in der nach innen gefalteten Position
durch Erhitzen der thermoplastischen Auskleidung des Verpackungsrohlings 400 im
Bereich der die Basis bildenden Abschnitte 35 gehalten,
bis die Plastifizierung eintritt, woraufhin das thermoplastische
Material, das die Oberflächen
der Abschnitte auskleidet, nach dem Falten durch Oberflächenverschmelzung
gebunden wird, um eine permanente Versiegelung zu bilden.
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Die 10–12 zeigen
eine Art, auf die die oberen Endfelder 32 der Behälter 400 um
die Anordnung heißgesiegelt
werden können.
In der dargestellten Ausführungsform
wird die An ordnung 114 bei Position III eingeführt, und
des Weiteren findet hier gleichfalls ein Erhitzen der oberen Endabschnitte 32 statt.
Die Anordnung 114 kann auf die in den 10 und 11 dargestellte
Weise eingeführt
werden, wobei ein lineares Betätigungselement 560 verbunden
ist, um den Schlauch 445 anzutreiben zwischen einer ersten
Position, in der das Ende 565 des Schlauchs 445,
der einen Ablenker bzw. Deflektor 570 enthält, fern
ist vom Dorn 420 und den oberen Endfeldern 32,
die sich vom Dorn 420 erstrecken, und einer zweiten Position,
in der das Ende 565 des Schlauchs 445 nahe einem
mittleren Abschnitt des Dorns 420 angeordnet ist, entsprechend
der Position, an der die Anordnung 114 am Behälter 400 befestigt
sein wird. Wenn die Anordnung 114 sich in der zweiten Position,
in 11 gezeigt, befindet, wird sie durch den Schlauch 445 durch
Luft, Schwerkraft oder ähnliches
befördert,
um die Öffnung
eines zentralen Vakuumkanals 575 zu bedecken, der mit einer
Vakuumquelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Vakuumkanal 575 hilft,
die Anordnung 114 am Dorn 420 zu sichern, während der
obere Teil des Behälters 400 gefaltet
und um die Anordnung 114 gesiegelt wird.
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Das
Erhitzen der oberen Endfelder 32 ist in Zusammenhang mit 12 am
besten dargestellt. Wie gezeigt, werden die Behälter 400 einem Heizsystem 580 vorgelegt,
das heißes,
steriles Gas, beispielsweise Luft, durch eine Vielzahl von Öffnungen 585 an
Positionen zuführt,
die so gewählt
wurden, dass das Heißgas
auf die Abschnitte der oberen Endklappen 32, die aneinander
gesiegelt werden, gerichtet ist. Das Heißgas wird mit einer Temperatur
zugeführt,
die ausreicht, um die Polymerschichten zu plastifizieren bzw. weich
zu machen, die dazu verwendet werden sollen, den Behälter 400 über die
Verweilzeit des Indexierungszeitraums heißzusiegeln. Während dieser
Ver weilzeit wird die Anordnung 114 in Position zum Versiegeln
mit dem Behälter 400 gebracht.
Die Anordnung 114, bevorzugt aus einem Polymermaterial
gebildet, ist vorteilhafterweise vor dem Heißgas durch den Schlauch 445 und
den Deflektor 570 geschützt.
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Wenn
die Behälter 400 von
Position III zu Position IV indexiert werden, werden die oberen
Endfelder 32 durch den Faltmechanismus 460 gefaltet,
bevor sie den abgekühlten
Druckstempel 465 erreichen. Eine Ausführungsform eines solchen Faltmechanismus
ist in den 13–15 dargestellt.
Weitere, den Vorgang des Faltmechanismus betreffende Einzelheiten
sind in dem vorausgehenden „303-er Patent" zu finden, dessen
Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen wird.
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Als
eine weitere Alternative kann das Verfahren, durch das der Behälter gebildet
wird, so abgeändert
werden, dass die oberen Abschnitte 32 in einer ersten Station übereinander
gefaltet und aneinander gesiegelt werden, bevor die Anordnung hinzukommt. Anschließend kann
der Behälter
vom Dorn 420 entfernt werden, und die Anordnung durch das
gegenüberliegende
offene untere Ende der Hülse
eingeführt werden,
bis die Anordnung 114 in die Innenfläche des oberen Endes des Behälters eingreift.
Somit würde das
obere Ende des Behälters
an einer ersten Station gebildet werden, und die Anordnung 114 würde anschließend an
einer zweiten Station eingeführt
werden, wobei der Flansch 220 separat an die Innenflächen der
Endabschnitte 32 gesiegelt wird. Alternativ können andere
Verfahren zum Befestigen der Anordnung, beispielsweise Ankleben
derselben am Behälter,
Befestigung mittels Ultraschall oder ähnliches, angewandt werden.