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Die
vorliegende Erfindung betrifft Füllsysteme
für Verpackungsmaschinen.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Füllsystem
zum Befüllen
eines Kartons mit einem flüssigen,
Partikel enthaltenden Produkt. Der Karton wird typischerweise innerhalb
einer Form-, Füll-
und Verpackungsmaschine befördert.
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Es
wird Bezug genommen auf die
europäische Patentschrift
Nummer 0 389 065 und auf das
US-Patent
Nummer 2 643 806 , die Vorrichtungen zur Abgabe von abgemessenen
Mengen an flüssigem Produkt
an Behälter
offenbaren. Genauer gesagt beschreibt jedes eine Vorrichtung, in
der der Zufluss eines Produkts an einen Behälter am Ausgabeende eines Füllrohrs
gesteuert wird.
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Es
sind Verpackungsmaschinen bekannt, die die verschiedenen Bauteile,
die notwendig sind, um einen Behälter
zu formen, den Behälter
mit einem flüssigen
Produkt zu befüllen
und den Behälter
zu versiegeln, zu einer einzigen Einheit integrieren. Solche Verpackungsmaschinen
führen
typischerweise Kartonzuschnitte der Maschine zu, versiegeln die
Böden der
Kartons, befüllen
die Kartons mit einem aus einem Produktvorratsbehälter-ausgegebenen
Produkt, versiegeln die oberen Teile der Kartons und entladen die
befüllten
Kartons zum Versand.
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Eine
beliebte Kartonart ist ein Karton mit verlängerter Haltbarkeit aufgrund
des Mehrwerts, den ein solcher Karton für den (Einzel)Händler darstellt. Beispielsweise
hat pasteurisierte Milch, die unter typischen Bedingungen verarbeitet
und verpackt wurde, bei 4°C
eine Haltbarkeit von sieben bis vierzehn Tagen, wohingegen dieselbe
Milch, wenn sie unter Bedingungen für längere Haltbarkeit verarbeitet
und verpackt wurde, eine Haltbarkeit von vierzehn bis dreißig Tagen
hat. Unter Bedingungen für
eine längere
Haltbarkeit kann Saft eine Haltbarkeit von vierzig bis einhundertzwanzig
Tagen haben, Flüssigei
von sechzig bis neunzig Tagen und Eierflip von fünfundvierzig bis sechzig Tagen.
Folglich wertet das Verpacken mit längerer Haltbarkeit ein Produkt
auf, weil es den Zeitraum verlängert,
während
dessen dieses spezielle Produkt den Verbrauchern zum Verkauf angeboten
werden kann. Ein Karton mit längerer
Haltbarkeit ist der letzte Bestandteil eines Systems mit längerer Haltbarkeit,
das Verarbeitung mit längerer Haltbarkeit
und Abfüllung
mit längerer
Haltbarkeit nach sich zieht. Um ein Abfüllen mit längerer Haltbarkeit zu erreichen,
sollte das Abfüllsystem
steril gehalten werden, um eine Kontaminierung des Produkts oder
des Kartons während
des Befüllens
auf einer Form-, Füll-
und Versiegelungsverpackungsmaschine zu verhindern.
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Seit
kurzem ist das Verpacken von Suppen in Kartons in der Nahrungsmittelindustrie
beliebt. Um Suppenkartons mit einer längeren Haltbarkeit zu erreichen,
muss die Versiegelung des Kartons dicht sein. Das Tropfen von Suppe
auf den Versiegelungsbereich eines Kartons wird sich nachteilig
auf die Versiegelung auswirken und somit das Produkt unbrauchbar
machen. Eine Hauptursache für
das Tropfen besteht darin, dass es an einwandfreiem Verschluss zwischen
einer Düse
und einem Füll rohr mangelt.
Der unsachgemäße Verschluss
entsteht durch Partikel in der Suppe, die einen vollständigen Verschluss
verhindern.
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Ein
weiteres Problem beim Abfüllen
Partikel enthaltender flüssiger
Produkte, wie Suppe, stellt das Erreichen einer gleichmäßigen Verteilung
der Partikel überall
im flüssigen
Teil dar. Wird dieses Problem nicht gelöst, hätte jeder Karton eine unterschiedliche Menge
von Partikeln zu Flüssigkeit.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Füllsystem zum Befühlen von
Kartons, die entlang eines vorbestimmten Pfads befördert werden,
mit einem flüssigen,
Partikel enthaltenden Produkt. Das System umfasst ein Füllrohr,
das ein Einlassende und ein Ausgabeende hat und das oberhalb des
vorbestimmten Pfads angeordnet ist, wobei das Ausgabeende einen
umlaufenden vertieften Teil hat; einen Versiegelungskegel, der eine
Verbindung durch das Füllrohr zu
einem zentralen Mechanismus hat; einen Pumpmechanismus, der eine
Pumpkammer und ein Überleitungsrohr
in Fließverbindung
mit dem Füllrohr
hat; und einen Produktbehälter
zur Aufbewahrung eines flüssigen
Produkts mit Partikeln, und der in Fließverbindung mit dem Überleitungsrohr
und der Pumpkammer steht. Gemäß der Erfindung
kann der Versiegelungskegel zwischen einer offenen und geschlossenen
Stellung bewegt werden, hat der Versiegelungskegel eine Schneidkante,
die in den umlaufenden vertieften Teil des Abgabeendes des Füllrohrs passt.
Der Versiegelungskegel ist in seiner geschlossenen Stellung vollständig in
den vertieften Teil eingezogen, um ein Herabtropfen zu verhindern
und sich haltende Partikel abzuschneiden, wobei in der geschlossenen
Stellung der gesamte Körper
des Versiegelungskegels und die Schneidkante von der Stirnfläche des
Füllrohrs
beabstandet sind; und ein Messer schieberventil in einem Gehäuse zwischen dem
Produktbehälter
und dem Überleitungsrohr
angeordnet ist, um den Fluss des flüssigen, Partikel enthaltenden
Produkts zwischen diesen zu steuern. Das Messerschieberventil hat
ein Ventilteil, das bewegbar ist zwischen einer geschlossenen Stellung,
die einen solchen Fluss durch das Gehäuse verhindert, und einer offenen
Stellung in einem Einzugshohlraum, um einen ungehinderten Fluss
zuzulassen. Normalerweise ist das Messerschieberventil in seiner
geschlossenen Stellung, wenn sich der Versiegelungskegel in der
offenen Stellung befindet und ist in seiner offenen Stellung, wenn
sich der Versiegelungskegel in der geschlossenen Stellung befindet.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren bereit zum Befüllen eines
Kartons in einer Reihe von Kartons auf einem Förderpfad in einer Form-, Füll- und Versiegelungsmaschine,
mit einem flüssigen,
Partikel enthaltenden Produkt, wobei das Verfahren umfasst: Öffnen eines
Messerschieberventils angeordnet in einem Gehäuse zwischen einem Produktbehälter, der
das flüssige,
Partikel enthaltende Produkt enthält, und einer Pumpkammer, um
ein Fließen
des flüssigen
Produkts in die Pumpkammer durch ein Überleitungsrohr zu gestatten,
indem ein Ventilteil der Ventile in einen Einzugshohlraum bewegt
wird, um einen solchen ungehinderten Fluss zuzulassen, wobei sich
die Pumpkammer in Fließverbindung
mit einem Füllrohr
durch das Überleitungsrohr
befindet, Schließen
des Messerschieberventils, Öffnen
eines Ausgabeendes des Füllrohrs
durch Absenken eines Versiegelungskegels und Pumpen eines flüssigen Produkts
durch die Pumpkammer, das Überleitungsrohr,
das Füllrohr
und an dem Versiegelungskegel am Ausgabeende des Füllrohrs
vorbei in einen Karton. Der Versiegelungskegel ist zwischen einer
offenen und geschlossenen Stellung bewegbar, hat eine Schneidkante,
die in den umlaufenden vertieften Teil des Ausgabeendes des Füllrohrs
passt, wobei der Versiegelungskegel vollständig in den vertieften Teil in
seiner geschlossenen Stellung eingezogen ist, um ein Herabtropfen
zu verhindern und sich haltende Partikel abzuschneiden, wobei in
der geschlossenen Stellung der gesamte Körper des Versiegelungskegels
und die Schneidkante von der Stirnfläche des Füllrohrs beabstandet sind. Das
Verfahren kann den Schritt des Anhebens des Kartons um das Füllrohr umfassen,
um den Karton vom Boden nach oben mit dem flüssigen Produkt zu befüllen.
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Das
Füllsystem
der Erfindung kann Teil einer Verpackungsmaschine zum Formen, Füllen und
Versiegeln einer Reihe von Kartons sein. In einer solchen Maschine
sind die ersten und zweiten Systeme mit einem gemeinsamen Produktbehälter verbunden, der
in Verbindung mit jeweils ersten und zweiten Überleitungsrohren steht. Sie
können
synchronisiert sein, um benachbarte Kartons gleichzeitig zu befüllen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen und unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen weiter beschrieben. Darin zeigen:
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2 eine
isolierte Schnittzeichnung eines Füllrohrs, Überleitungsrohrs und Versiegelungskegels
mit Verbindung des Füllsystems
der vorliegenden Erfindung,
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3 ein
Messerschieberventil des Füllsystems
der vorliegenden Erfindung,
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4 eine
isolierte perspektivische Ansicht des Produktsbehälters in
einem Füllsystem
der vorliegenden Erfindung,
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5 eine
isolierte Vorderansicht des Produktbehälters der 4,
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6 eine
isolierte Schnittzeichnung des Produktbehälters entlang der Linie 6-6
der 4,
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7 eine
isolierte perspektivische Draufsicht eines Versiegelungskegels in
einem Füllsystem der
vorliegenden Erfindung,
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8 eine
Schnittzeichnung des Versiegelungskegels entlang der Linie 8-8 der 7,
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9 eine
isolierte Schnittzeichnung des Füllrohrs
in einem Füllsystem
der vorliegenden Erfindung,
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10 eine
Vergrößerung des
Kreises A der 9,
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11 eine
isolierte Schnittzeichnung des Versiegelungskegels und des Füllrohrs
in einem Füllsystem
der vorliegenden Erfindung in einer geöffneten Stellung und in einer
darüber
liegenden geschlossenen Stellung,
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12 eine
perspektivische Ansicht einer Verpackungsmaschine mit einem Füllsystem
der vorliegenden Erfindung darauf,
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13 eine
isolierte Ansicht eines Kartons mit dem Versiegelungskegel und dem
Füllschlauch während des
Befüllens
des Kartons mit einem Produkt aus einem Füllsystem der vorliegenden Erfindung,
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13A eine isolierte Ansicht eines Kartons mit dem
Versiegelungskegel und dem Füllschlauch der 13,
unmittelbar nachdem der Füllvorgang
bei diesem Karton beendet wurde, und
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14 eine
perspektivische Draufsicht eines versiegelten Kartons, befüllt mit
einem Produkt aus einem Füllsystem
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 1 gezeigt, ist ein Füllsystem im Allgemeinen mit 20 bezeichnet.
Das Füllsystem
enthält
ein Füllrohr 22,
einen Versiegelungskegel 24 mit einer Verbindung 26 zu
einem Steuerungsmechanismus 28, einem Pumpmechanismus 29 mit
einer Pumpkammer 30, einem Überleitungsrohr 32,
einem Kolben 34, einem Messerschieberventil 36 und
einem Produktbehälter 38.
Ein Karton 40 wird unterhalb des Füllsystems 20 durch
Fördermittel 42 befördert.
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Wie
in 2 gezeigt, ist die Verbindung 26 für den Versiegelungskegel 24 innerhalb
des Füllrohrs 22 und
einem Abschnitt des Überleitungsrohrs 32 angeordnet.
Das Füllrohr 22 ist
im Wesentlichen zylindrisch und hat ein hohles Inneres 50,
das durch eine durchgehende Wand 52 definiert ist. Das
Füllrohr 22 hat
ein Ausgabeende 54 und ein Einlassende 56. Jedes
der Enden 54 und 56 ist offen und gestattet damit
den Fluss eines Produkts durch das Füllrohr 22.
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Der
Versiegelungskegel 24 ist an der Verbindung 26 nahe
dem Ausgabeende 54 des Füllrohrs 22 befestigt.
In einer geschlossenen Stellung versiegelt der Versiegelungskegel 24 das
Ausgabeende 54 des Füllrohrs 22,
wodurch der Fluss des Produkts dort hindurch verhindert wird. In
einer offenen Stellung wird der Versiegelungskegel 24 vom
Ausgabeende 54 weg abgesenkt, wodurch ein Fließen des
Produkts in einen darunter angeordneten Behälter gestattet wird. Der Versiegelungskegel
wird durch einen Steuermechanismus 28 über die Verbindung 26 angetrieben.
Der Steuermechanismus kann durch eine speicherprogrammierbare Steuerung
(SPS) 60 gesteuert werden, die das Öffnen und Schließen des Versiegelungskegels 24 mit
den anderen Vorgängen des
Füllsystems 20 koordiniert.
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Das
Einlassende 56 des Füllrohrs 22 steht
in Fließverbindung
mit dem Überleitungsrohr 32 eines Pumpmechanismus 29.
Das Überleitungsrohr 32 kann
in einen ersten Abschnitt 62 und einen zweiten Abschnitt 64 unterteilt
sein. Der erste Abschnitt 62 verläuft parallel zum Füllrohr 22 und
der zweite Abschnitt 64 ist gegenüber dem ersten Abschnitt 62 abgewinkelt.
Der Kolben 34 liegt im zweiten Abschnitt 64. Ein
Teil der Verbindung 26 liegt innerhalb des ersten Abschnitts 62.
Der Pumpmechanismus 29 liefert den Innendruck an das Füllsystem 20,
um das Produkt aus dem Füllrohr 22 und
in einen darunter angeordneten Behälter 40 zu pumpen.
Die Auf- und Abwärtsbewegung
des Kolbens 34 erzeugt die Druckunterschiede innerhalb
der Pumpkammer 30, dem Überleitungsrohr 32 und
dem Füllrohr 22.
Die Aufwärtsbewegung
des Kolbens 34 zwingt das Produkt vom Ausgabeende 54 in
einen Behälter 40.
Natürlich befindet
sich der Versiegelungskegel während
dieser Aufwärtsbewegung
des Kolbens 34 in einer geöffneten Stellung.
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Wie
in 3 gezeigt, hat das Messerschieberventil 36 ein
Ventilgehäuse 70,
eine Kondenswasserkammer 72 und einen Pneumatikzylinder 74.
Das Ventilgehäuse 70 hat
einen Einlass 76 und einen Auslass 78 zu einem
Hohlraum 80, der durch Innenwände 75 definiert ist.
Innerhalb des Hohlraums 80 befindet sich das Ventilteil 82.
Das Ventilteil 82 ist mit dem Pneumatikzy linder 74 verbunden,
der für
eine Vorwärts-
und Rückwärtsbewegung
des Ventilteils 82 sorgt. Das Ventilteil 82 hat
O-Ringe 84, wobei die O-Ringe in einer fluoroplastischen
Versiegelung eingekapselt sind, um für eine dichte Versiegelung
gegen die Innenwände 75 zu
sorgen, wenn sich das Ventilteil 82 in einer geschlossenen
Stellung befindet, um zu verhindern, dass das Produkt vom Produktbehälter 28 zum Überleitungsrohr 32 fließt. In der
geöffneten
Stellung wird das Ventilteil 82 rückwärts zu einem Einzugshohlraum 88 bewegt,
um einen ungehinderten Fluss des Produkts vom Produktbehälter 38 zum Überleitungsrohr 32 durch
den Hohlraum 80 des Ventilgehäuses 70 zuzulassen.
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Wie
in 4–6 zu
sehen, hat der Produktbehälter 38 ein
Gehäuse 90,
das eine hohle Kammer 92 definiert. Innerhalb der Kammer 92 befinden
sich Mittel zum Aufrühren 100 des
Produkts, um die Partikel im flüssigen
Teil des Produkts gleichmäßig zu verteilen.
Die Aufrührmittel 100 können eine Welle 102 mit
einer Vielzahl darauf befestigter Flügel bzw. Paddel 104 sein.
Die Welle 102 wird um eine feste Achse gedreht, wodurch
die Paddel 104 gedreht werden. Die Paddel rühren das
Produkt auf und verhindern somit die Ansammlung von Partikeln in
einem Bereich. Dies lässt
einen besseren Fluss des Produkts durch die Auslässe 106a–b zu.
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Wie
in den 7–8 gezeigt,
hat der Versiegelungskegel 24 einen Hohlraum 110,
um in die Verbindung 26 einzugreifen. Der Versiegelungskegel 24 hat
eine Scheidkante 112, die, wie oben beschrieben, in das
Füllrohr
eingreift, um eine dichte Versiegelung zu schaffen, um das Herabtropfen
des Produkts vom Füllrohr
auf die Versiegelungsbereiche eines Behälters, der entlang der Fördermittel 42 verarbeitet
wird, zu verhindern.
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Der
Versiegelungskegel 24 hat auch einen Hauptkörper 114 mit
einem Paar Stege 116a–b.
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Wie
in 9–10 gezeigt,
hat das Füllrohr 22 einen
umlaufend vertieften Bereich 120 an seinem Ausgabeende 54.
Der vertiefte Teil 120 wird von einem Teil der Wand 52 des
Füllrohrs 22 gebildet. 11 zeigt
den Versiegelungskegel in Beziehung mit dem Füllrohr 22, und insbesondere
den umlaufend vertieften Bereich 120, der in die Schneidkante 112 des
Versiegelungskegels 24 eingreift. Das Eingreifen der Schneidkante
und des vertieften Bereichs 120 verhindert das Herabtropfen
des Produkts von dem Füllrohr.
Es schneidet auch jegliche Partikel ab, die das feste Versiegeln
des Versiegelungskegels 24 mit dem Füllrohr 22 behindern
könnten.
Ist die Versiegelung zwischen dem Versiegelungskegel 24 und dem
Füllrohr 22 unzureichend,
kann das Produkt auf einen Behälter
fließen,
bevor der Behälter
richtig unter dem Füllrohr 22 positioniert
ist. Ein solches Szenario kann zu Versiegelungsproblemen beim Behälter führen, die
den Behälter
schadhaft machen würden.
Insbesondere die Verpackung von Suppe mit längerer Haltbarkeit mit Tiefkühlung erfordert
die richtige Versiegelung des Behälters. Das Füllsystem 22 sollte
nicht das Versiegeln eines Behälters
mit Suppe beeinträchtigen. 11 zeigt
auch den mit dem Füllrohr 22 in
Eingriff befindlichen Versiegelungskegel, wobei der Versiegelungskegel 24a und
die Schneidkante 112a in einer Versiegelungsstellung vollständig einzogen
sind.
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In
12 ist
eine Verpackungsmaschine
200 mit dem darauf befindlichen
Füllsystem
20 der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Die Verpackungsmaschine
200 kann eine
SPS
60 haben, um nicht nur das Füllsystem
20 zu steuern,
sondern auch die anderen Bewegungen der Bauteile auf der Verpackungsmaschine
200.
Ein be vorzugtes Steuerungssystem ist im
US-Patent Nr. 5,706,627 für ein Steuerungssystem
für eine
Verpackungsmaschine offenbart, auf das hiermit vollumfänglich Bezug
genommen wird, und das denselben Begünstigten wie die vorliegende
Erfindung hat. Die Versiegelungsstation
204 ist dem Füllsystem
20 nachgeordnet,
und das Herabtropfen des Produkts auf einen Behälter würde unmittelbare Auswirkungen
auf den Versiegelungsvorgang haben.
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Während der
Verarbeitung wird der Kartonboden zuerst auf einem Dornrad gebildet,
und dann wird der Karton auf einen Fördermechanismus gesetzt. Die
Beförderung
der Kartons wird auf den langsamsten Vorgang indexiert, der üblicherweise
der Versiegelungsvorgang des oberen Teils ist. Die Kartons können bei
einer Sterilisierungsstation sterilisiert werden und dann zum Füllsystem 20 befördert werden.
Beim Füllsystem 20 wird
jeder Karton angehoben, um von unten nach oben befüllt zu werden.
Das Befüllen
vom Boden nach oben beinhaltet das Absenken des Kartons, wenn er
befüllt
wird, um zu verhindern, dass das Produkt auf die Versiegelungsbereiche
schwappt. Wie in den 13 und 13A gezeigt,
befinden sich die Versiegelungsbereiche 300 des Kartons 40 nahe
dem oberen Teil und bilden den oberen Steg 304, wie in 14 dargestellt.
Wenn ein Produkt, zum Beispiel Suppe, auf die Versiegelungsflächen 300 spritzt
oder tropft, dann kann daraus eine schwache Versiegelung resultieren,
was Karton und Produkt schadhaft macht.
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Die
vorliegende Erfindung verhindert das Spritzen und Herabtropfen des
Produkts auf die Versiegelungsbereiche 300. Nachdem das
Befüllen
des Kartons 40 abgeschlossen ist, wird der Versiegelungskegel 24 durch
einen Steuerungsmechanismus 28 über die Verbindung 26 eingezogen,
wodurch der Füllschlauch 22 versiegelt
wird. Wenn die Schneidkante 112 in den umlaufend vertieften
Bereich 120 eingreift, werden jegliche Partikel, die auf
dem Füllschlauch 22 verblieben
sein könnten,
abgeschnitten oder zerstoßen,
was eine feste Versiegelung des Füllschlauchs 22 gestattet.
Das Herabtropfen des Produkts wird durch die feste Versiegelung
verhindert, und das Spritzen wird durch das Verfahren des Befüllens von
unten nach oben verhindert. Der Karton wird dann auf den Förderer abgesenkt
und zur Versiegelungsstation des oberen Teils befördert, wo der
Steg 304 auf dem Karton 40 gebildet wird.
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Aufgrund
des Zuvorgesagten wird davon ausgegangen, dass ein Fachmann für den einschlägigen Stand
der Technik den verdienstvollen Fortschritt dieser Erfindung erkennen
und leicht verstehen wird, dass, während die vorliegende Erfindung
in Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausführungsform hiervon beschrieben
wurde, und auch andere, in den beigefügten Zeichnungen dargestellte
Ausführungsformen,
hieran zahlreiche Veränderungen,
Modifikationen und die Substitution von Äquivalenten erfolgen können, ohne
jedoch vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, die durch
das Vorhergehende nicht eingeschränkt werden soll, mit Ausnahme
dessen, was in den folgenden angehängten Ansprüchen aufkommen kann. Somit
sind die Ausführungsformen
der Erfindung, in denen ein alleiniges Eigentum oder Privileg beansprucht
wird, in den folgenden angehängten
Ansprüchen
definiert.