Способ упаковки вязкого продукта в трехшовные герметичные пакеты из термопластичной полимерной пленки и упаковочно-фасовочная машина вертикального исполнения, реализующая способ
METHOD OF PACKAGING VISCOUS PRODUCT INTO THREE-SHEAR SEALS FROM THERMOPLASTIC POLYMER FILM AND PACKAGING AND FILM MACHINE OF VERTICAL EXECUTION, IMPLEMENTING THE METHOD

Группа изобретений (способ упаковки и реализующего его упаковочно-фасовочная машина) относится к упаковочной технике и может быть использована при упаковке с целью розничной реализации химических продуктов. В частности, изобретение относится к фасовке и упаковке в трехшовные пакеты (стик-пакеты) пастообразных продуктов, гелей, мастик и других вязких продуктов, выдавливаемых при сжатии пакетов.
Из уровня техники известны многочисленные способы упаковки продуктов в стик-пакеты и конструкции упаковочно-фасовочных машин (аппаратов) вертикального исполнения, в которых дозы продукта фасуются и одновременно герметично упаковываются в пакеты, которые формируются из рулонной полимерной термосвариваемой пленки.
Известен Фасовочно-упаковочный вертикальный аппарат, описанный в патенте RU №2129972, опубл. 10.05.1999. Аппарат содержит раму, на которую устанавливается бобина термосвариваемой пленки, лентопротяжный механизм с узлом торможения, труба подачи материала, рукавообразователь (так называемый воротник) и установленный над ним дозатор с бункером. На трубе подачи под дозатором установлены подпружиненный верхний утюг для образования продольного шва на свернутой в рукав пленке, узел протяжки рукава пленки, установленный с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения, и состоящий из двух частей нижний утюг с подпружиненным режущим элементом. Аппарат имеет пять пневмоцилиндров, установленных на раме, штоки которых соответственно связаны с дозатором, верхним утюгом, узлом протяжки рукава пленки и с каждой частью нижнего утюга. Узел протяжки рукава пленки имеет дугообразные губки, которые плотно прилегают к пленке при подаче рабочего агента в полость корпуса, выдвигая штоки с губками. Аппарат предназначен для расфасовки сыпучего материала и неприменим для фасовки жидкотекучих продуктов.
Известно Устройство для изготовления, наполнения продуктом и запечатывания пакетов из термосклеивающегося материала, описанное в патенте RU №2096279, опубл. 20.11.1997, предназначенное для расфасовки вязкого продукта. Устройство содержит рулонодержатель, натяжные ролики для натяжения пленки, рукавообразователь, трубу с соплом на конце для подачи продукта в рукав, сформированный из пленки, приспособление для образования продольного шва на рукаве, а также механизм для образования поперечных швов, состоящий из кинематически связанных между собой прижимов. Прижимы установлены на каретке, которая шарнирно соединена с кулисой. Прижимы своими роликами взаимодействуют с ползунами, приводимыми в действие кинематически связанными между собой кулачками. На оси кулачка жестко закреплено водило, соединенное с кулисой и приводом. Описанное в патенте устройство имеет сложную кинематическую схему. Кроме того, протяжка пленки за счет качания кулисы не обеспечивает возможность изменения длины пакета. В патенте RU №2096279 также описан способ работы устройства, то есть способ упаковки вязкого продукта в герметичные пакеты, принятый за прототип первого объекта изобретения - способа. Способ по прототипу предусматривает сварку ленты в продольном направлении и формирование рукава. При перемещении прижимов в поперечном направлении осуществляется заделка конца пакета, отделения его от рукава и образования дна следующего пакета. Во время заделки конца пакета прижимы перемещаются вниз, при этом одновременно производится вытягивание ленты из рулонодержателя и образования продольного шва рукава. Одновременное сваривание и резка сразу же после прекращения подачи продукта приводит к снижению качества сварного шва, т.к. после прекращения подачи неизбежно достаточно долго остается перемычка остаточного продукта, которая, попадая в шов, ухудшает его герметизацию. Авторами настоящего изобретения также установлено, что при истечении из сопла во внутренний объем пакета вязкого продукта в нем образуются воздушные пузыри, то есть уменьшается коэффициент заполнения упаковки и ухудшается качество продукта. В способе по прототипу не предусмотрены технологические приемы, предотвращающие распространение воздушных пузырей по объему пакета.
В качестве прототипа второго объекта изобретения выбран Упаковочный автомат, описанный в патенте RU №2165382, опубл. 20.04.2001. Упаковочный автомат содержит рулонодержатель, натяжные ролики для натяжения пленки, также снабжен устройством протяжки, которое связано через кинематическую систему со своим приводом. В состав автомата входит рукавообразователь, труба подачи материала, механизм протяжки, приспособление для образования продольного шва, механизм поперечной резки. Головки механизма для образования поперечных швов соединены с ходовыми винтами через две пары резьбовых втулок с соответствующей резьбой. Первая пара резьбовых втулок на одном из ходовых винтов жестко связана с головками. Вторая пара установлена на ходовом винте с возможностью линейного перемещения. Сварочные элементы установлены на головках подвижно и подпружинены. Нож механизма поперечной резки жестко скреплен с головкой и расположен внутри одного из сварочных элементов, а на другом сварочном элементе имеется ответный паз для ножа. То есть узел формирования поперечного шва и механизм поперечного отреза совмещены в одной сборочной единице. Механизм протяжки снабжен отдельным приводом. В описании прототипа не указано о наличии общей рамы, бункера для продукта и системы управления автоматом, но для специалиста очевидно, что эти элементы конструкции присутствуют в устройстве. Упаковочный автомат по патенту RU №2165382 предназначен для упаковки сыпучего продукта, а потому в нем реализовано устройство, совмещающее в себе функцию сварки поперечного шва и поперечной резки, что, как отмечено выше, неприемлемо для упаковки жидкотекучих вязких продуктов, т.к. приводит к непровару шва. Автомат не приспособлен для фасовки вязкого продукта ввиду отсутствия возможности предотвращения образования воздушных пузырей в продукте при заполнении пакета.
В основу изобретения поставлена задача расширения арсенала средств и создание способа упаковки вязкого продукта в трехшовные герметичные пакеты из термопластичной полимерной пленки и упаковочно-фасовочной машины, реализующей способ. Достигаемый комплексный технический результат - повышение качества упаковки путем обеспечения ее герметичности за счет устранения непровара поперечного шва при одновременном повышении заполняемости пакета вязким продуктом (исключение воздушных пузырей в продукте).
Поставленная задача решается способом и установкой, его реализующей.
Заявленный способ упаковки вязкого продукта в трехшовные герметичные пакеты из термопластичной полимерной пленки осуществляется в упаковочно-фасовочной машине вертикального исполнения. Способ характеризуется тем, что производят протяжку пленки и формируют открытый сверху пакет путем термической сварки пленки с образованием продольного шва, формирующего рукав, и образованием поперечного шва; осуществляют дозированное заполнение открытого пакета продуктом, поступающим из трубы с соплом на конце, также осуществляют герметизацию пакета и его отделение от рукава. От прототипа способ отличается тем, что в процессе заполнения пакета продуктом обеспечивается расположение среза сопла на уровне продукта в пакете или ниже этого уровня путем согласования скорости протяжки со скоростью заполнения продуктом пакета, а после прекращения дозированного заполнения продукта осуществляют дополнительную протяжку, после чего формируют поперечный шов и последующее отделение пакета от рукава.
Упаковочно-фасовочная машина вертикального исполнения, реализующая способ, имеет несущую раму, на которой установлен загрузочный бункер, рулонодержатель для термопластичной полимерной пленки, натяжные ролики, рукавообразователь, узел протяжки и образования продольного шва рукава пленки с обжимами и вертикальным утюгом. Машина также имеет трубу для ввода продукта в рукав, узел формирования поперечного шва пакета, механизм поперечного отреза и систему управления. От прототипа машина отличается тем, что дополнительно снабжена дозирующим насосом подачи продукта с шаговым двигателем, обеспечивающим его работу. Насос через распределитель соединен с упомянутой трубой, на выходном конце которой расположена дозирующая головка с соплом и отсекающим клапаном, который управляется пневмоцилиндром. При этом система управления обеспечивает процесс заполнения пакета продуктом, при котором срез сопла расположен на уровне продукта в пакете или ниже этого уровня, что обеспечивается путем согласования скорости протяжки рукава со скоростью заполнения продуктом пакета. Привод узла протяжки и образования продольного шва также имеет шаговый двигатель и шариковинтовую передачу, на которой установлена траверса с закрепленными на ней зажимами и вертикальным утюгом.
В предпочтительном варианте исполнения в упаковочно-фасовочной машине узел формирования поперечного шва пакета и механизм поперечного отреза выполнены раздельно.
Для того чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности изобретения, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации. Пример реализации иллюстрируется чертежами, на которых представлено: Фиг. 1 - общий вид упаковочно-фасовочной машины, Фиг. 2 - узел подачи продукта, Фиг. 3 - узел протяжки и образования продольного шва, Фиг. 4 - узел термосварки, Фиг. 5 - механизм вырубки.
Упаковочно-фасовочная машина имеет раму 1, на которой закреплены ее узлы и механизмы, часть из которых предназначена для формирования пакета, а другая часть - для дозированной подачи продукта в пакет.
В узле размотки 2 расположен рулонодержатель для бобины полимерной термосвариваемой пленки, предназначенной для изготовления пакетов. На раме 1 также закреплен направляющий аппарат с роликами 3 для натяжения пленки, рукавообразователь 4, труба 5 для ввода продукта в рукав пленки, которая одновременно является направляющим элементом для формирования самого рукава пакета. Также в состав машины входит узел протяжки и формирования продольного шва, включающий зажимы 6 и вертикальный утюг 7, узел 8 формирования поперечного шва, механизм вырубки 9. Машина также имеет сменный бункер 10 для продукта с подкачивающим пневматическим насосом 11.
Узел подачи продукта (см. Фиг. 2) содержит шаговый двигатель 12, обеспечивающий работу дозирующего насоса 13, который через распределитель 14 соединен с трубой 5. На выходном конце трубы 5 расположена дозирующая головка с соплом 15 и отсекающим клапаном (не показан), управляемым пневмоцилиндром 16.
Привод узла протяжки и образования продольного шва (см. Фиг. 3) - электромеханический с применением шагового двигателя 17 и шариковинтовой передачи 18, на которой установлена траверса 19, на которой закреплены зажимы 6 и вертикальный утюг 7 с приводным пневмоцилиндром 20.
Узел термосварки закреплен на вертикальной стойке 21 общей рамы с обеспечением вертикального перемещения и фиксации на заданной высоте с учетом длины формируемого пакета. Узел (см. Фиг 4) состоит из двух встречно ориентированных губок, одна из которых - 22 является электронагреваемой, а вторая - 23 - холодной. Губки 22 и 23 снабжены приводными пневмоцилиндрами 24.
Механизм вырубки (Фиг. 5) также установлен на вертикальной стойке рамы с обеспечением вертикального перемещения и фиксации на заданной высоте с учетом длины формируемого пакета. Механизм вырубки содержит вырубной штамп 25 с фигурным ножом 26, форма которого определяется конфигурацией загрузочного и разгрузочного торца (например, выпускного носика) формируемого пакета. Ответная часть 27 может быть сформирована любым приемлемым способом, например при помощи прокатывающего ролика 28, перемещаемого пневмоцилиндром 29.
Машина содержит блок управления (не показан), задающий режимы рабочего цикла: управляет скоростью подачи продукта, скоростью протяжки, а именно управляет числом оборотов винта шариковинтовой передачи, согласовывая скорости подачи и протяжки (пневмоцилиндрами). Машина также снабжена контролирующими приборами, соединенными с блоком управления.
В зависимости от дозируемого объема, а соответственно от заданной длины формируемого пакета, вводится управляющие параметры с пульта блока управления (с сенсорного экрана), осуществляется предварительная ручная настройка машины путем выставления по высоте узла термосварки и механизма вырубки.
Машина работает следующим образом.
Полимерная пленка подается из узла размотки 2 через рукавообразователь 4 на трубу 5 и проходит через узел протяжки и образования продольного шва, в котором осуществляется продольное перемещение пленки вдоль трубы с помощью зажимов 6, и продольная сварка кромок пленки вертикальным утюгом 7. После формирования шва заданной длины осуществляется поперечная сварка сформированного рукава губками 22, 23. Затем в полученный пакет подается продукт из сменного бункера 10. Продукт поступает в донную часть открытого сверху пакета. При этом обеспечивается условие, при котором срез сопла 15 в процессе заполнения пакета находится на уровне продукта в пакете или ниже этого уровня (1-3 мм), что достигается согласованием скорости протяжки со скоростью заполнения продуктом пакета. При окончании выдачи из сопла заданной дозы узел подачи продукта прекращает свою работу, срабатывает отсекающий клапан, но при этом продолжается протяжка рукава до достижения заданной длины пакета (может отслеживаться по специальной метке), одновременно происходит продольная сварка. При этом верхняя часть пакета входит в зону узла термосварки, где и осуществляется с помощью губок 22, 23 поперечная термосварка. Формируется шов широкой полосой. После герметизации заполненного продуктом пакета осуществляется поперечная вырубка в механизме вырубки фигурным ножом 26, что обеспечивает формирование конфигурации выпускного носика пакета и донышка. Механизм протяжки возвращается на исходную позицию, и процесс повторяется для формирования и заполнения последующих пакетов.
Таким образом, за счет того, что заложенные в конструкцию программно-управляемые узлы и, в частности, примененные шаговые двигатели, и управляемые от общей системы управления пневмоцилиндры, в заявленной машине осуществляется согласование скорости выдачи продукта и скорости протяжки в зависимости от свойств самого продукта и задаваемой длины пакета (дозы продукта). При этом осуществляется контроль и позиционирование среза сопла относительно уровня продукта в пакете, что приводит к тому, что заполняемый в пакет вязкий продукт равномерно распределяется по объему. Установлено, что в противном случае, то есть при расположении среза сопла над уровнем продукта в пакете и истечении продукта вязкой струи с высоты, жгутик жидкости изгибается над поверхностью жидкости, образуя складки и оставляя воздух внутри объема. В результате образуются воздушные пузыри в продукте на периферийных зонах заполнения пакета. В заявленном способе и устройстве это не происходит. Дополнительная протяжка после прекращения дозированного заполнения продукта обеспечивает отрыв образующейся из продукта вязкой перемычки между срезом сопла и самим продуктом в пакете, т.к. растяжение перемычки приводит к ее отрыву. При необходимости (особо вязкий продукт) возможно осуществление дополнительных покачиваний вверх-вниз до полного отрыва вязкой перемычки остаточного продукта. Это позволяет путем перенастройки машины получать пакеты практически произвольной длины с равномерным их заполнением. Принудительный отрыв вязкой перемычки обеспечивает герметичность пакета, т.к. исключается попадание продукта в зону поперечной сварки.