УПАКОВОЧНЫЙ АППАРАТ С ВРАЩАЮЩИМСЯ ЗАЖИМНЫМ УСТРОЙСТВОМ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПАКОВОК
PACKAGING MACHINE WITH ROTARY CLAMPING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING PACKAGES

Настоящее изобретение относится к упаковочному аппарату с вращающимся зажимным устройством и к способу изготовления упаковок.
Известно, что для изготовления упаковки в виде мешков, пакетов типа подушечек или пакетов для таких изделий, как закусочные продукты применяется вертикальная формовочно-фасовочно-укупорочная (VFFS) упаковочная установка/аппарат. Пленку в виде рукава, сформированного из рулона упаковочной пленки из термосвариваемой пластмассы, сваренной в продольном направлении, периодически подают через зажимное устройство. В зажимном устройстве из пленки формируется сплющенный рукав. Зажимное устройство формирует пару разнесенных по вертикали герметичных сварных швов, проходящих поперек рукава между соседними по вертикали упаковками. Зажимное устройство также прорезает средний участок между герметичными швами, проходящий через рукав и отделяющий нижнюю герметизированную упаковку с продуктом от верхней негерметизированной упаковки.
Таким образом, нижнее герметичное уплотнение образует верхнее уплотнение нижней упаковки, а верхнее герметичное уплотнение образует нижнее уплотнение верхней упаковки. Затем верхнюю упаковку заполняют продуктом, продвигают рукав вниз через зажимное устройство, и повторяют цикл, когда верхний край верхней упаковки и нижний край следующей упаковки оказываются между зажимами зажимного устройства.
Существуют несколько известных принципов работы таких зажимов вертикальной формовочно-фасовочно-укупорочной (VFFS) упаковочной установки. В зажимных устройствах одного из классов используется непрерывное вращательное движение зажимов, проиллюстрированное на фиг.1 и 2.
Как показано на фиг.1, в таком зажимном устройстве 10 с одной стороны сплющенного продольно герметизированного рукава 14 находится нож 12, а с противоположной стороны рукава находится упрочненная опора или плита 16, при этом рукав находится между ножом 12 и плитой 16. Нож 12 под действием давления прижимается к плите 16 и прорезает пленку рукава 14, которая зажата между лезвием 18 ножа и плитой 16, путем разрезания раздавливанием под давлением. Нож 12 и плита 16 синфазно вращаются в противоположных направлениях, указанных стрелками на фиг.1, и входят в контакт, разрезая материал упаковочной пленки в виде описанного далее сплющенного рукава, который находится посередине между ними.
Нож 12 вращается вокруг оси X, ортогональной продольному направлению L рукава 14 и параллельной поверхности плиты 16 и режущей кромке 20 лезвия 18. Хотя это не проиллюстрировано, на общем валу, проходящем по оси X, может быть установлено множество ножей 12 с взаимным угловым разнесением, и за каждый цикл вращения общего вала, соответствующие ножи 12 выполняют множество разрезов. Соответственно, предусмотрено множество плит 16.
Кроме того, как показано на фиг.2 и 3, удлиненный нож 12 установлен в удлиненном держателе 21 в виде монтажного блока. Для ясности некоторые размеры и углы преувеличены на фиг.2 и 3.
Нижняя часть ножа 12 входит в удлиненную выемку 30 в удлиненном держателе 21 и жестко зафиксирована в ней. Режущее действие ножа 12 поступательным, и во время непрерывного вращения ножа 12 в держателе 21 сначала один продольный конец 22 ножа 12 первым касается плиты 16, а затем точка соприкосновения между ними продвигается по режущей кромке 20 лезвия 18 в сторону другого продольного конца 24 ножа 12. Для достижения такого поступательного режущего действия, как показано на фиг.2 и 3, режущая кромка 20 лезвия 18 сточена под углом к плоскости ножа 12. Обычно угол составляет 2 градуса. Соответственно, по мере контакта при вращении сплющенный рукав 14 не прорезается одновременно по всей ширине, а вместо этого по мере вращения происходит точечный контакт лезвия 18 ножа поперек рукава 14. Поступательное режущее действие сходно с действием вращающегося лезвия барабанной газонокосилки.
На плите 16 и/или удлиненном держателе 21 ножа находятся удлиненные устройства 26, 28 для термосваривания, который формируют поперечные герметичные швы 32, 34 в сплющенном рукаве 14 с противоположных сторон поперечных разрезов 36, выполненных ножом 12. Устройства 26, 28 для термосваривания могут иметь различные формы, и обычно представляют собой поперечные сопрягающиеся выступы и канавки, выполненные на противоположных поверхностях плиты 16 и удлиненного держателя 21.
Как показано на фиг.2, нож 12 и устройства 26, 28 для термосваривания расположены параллельно друг другу, а также сторонам 40, 42 удлиненного держателя 21, который расположен ортогонально продольному направлению L. Соответственно, если продольное направление ориентировано по вертикали, нож 12 и устройства 26, 28 для термосваривания расположены горизонтально.
Известное вращающееся зажимное устройство обеспечивает эффективный механизм термосваривания и резки, который надежно формирует герметичные швы на противоположных концах упаковки, при этом соседние упаковки надежно разделяются за счет действия ножа.
Тем не менее, у производителей растет потребность в уменьшении количества упаковочного материала, используемого для упаковывания их продукции, в частности, с целью не только снижения затрат на упаковку, но также сокращения выбросов парниковых газов, исчисляемых в тоннах двуокиси углерода, образующейся при изготовлении упаковочного материала и/или во время упаковывания.
Известное вращающееся зажимное устройство формирует достаточно широкие герметичные швы в продольном направлении рукава, и между соседними герметичными швами образуются отходы материала, поскольку между соседними герметичными швами должен оставаться участок пленочного материала рукава, который прорезается за счет вращающегося режущего действия ножа.
Соответственно, в технике существует потребность во вращающемся зажимном устройстве для упаковочного аппарата и в способе изготовления упаковок, позволяющем уменьшать количество упаковочного материала, а также снижать сопутствующие затраты на упаковку и сокращать выбросы парниковых газов, т.е. выбросы двуокиси углерода с одновременным обеспечением эффективных герметичных швов на противоположных концах упаковки.
Назначением настоящего изобретения является по меньшей мере частичное решение этой задачи. Соответственно, в настоящем изобретении предложен упаковочный аппарат, содержащий вращающееся зажимное устройство, которое имеет удлиненный держатель, удлиненный плоский нож, установленный на удлиненном держателе и выступающий из него, при этом нож имеет удлиненную режущую кромку, параллельную плоскости ножа, и устройство для термосваривания, находящееся на удлиненном держателе с противоположных сторон ножа.
Держатель необязательно установлен на опоре, способной поворачиваться вокруг оси вращения, при этом плоскость ножа наклонена к оси вращения.
Обычно режущая кромка проходит по центру ножа.
В одном из вариантов осуществления нож имеет толщину от 1 до 3 мм, необязательно около 2 мм.
Устройство для термосваривания предпочтительно представляет собой удлиненную нажимную полосу, выступающую наружу из удлиненного держателя, при этом предусмотрены две нажимные полосы, каждая из которых проходит вдоль соответствующей стороны ножа.
Нажимная полоса может представлять собой полосу из эластичного упругого материала.
Вращающееся зажимное устройство может дополнительно содержать плиту, установленную напротив удлиненного держателя, при этом удлиненный держатель и плита образуют противоположные зажимы вращающегося зажимного устройства, а плита имеет опору для режущего действия ножа.
Нож и плита предпочтительно взаимно расположены таким образом, что нож вращается при вращении удлиненного держателя, режущая кромка ножа поступательно касается опоры, и точка соприкосновения между ними перемещается в продольном направлении по режущей кромке.
Плита необязательно содержит нагреватель для нагревания опоры.
Обычно вращающееся зажимное устройство рассчитано на формирование пакетов типа подушечек из пленочного материала, необязательно упаковок для расфасовки закусочных продуктов.
В настоящем изобретении дополнительно предложен способ изготовления упаковок, включающий стадии, на которых: а) используют сплющенный рукав упаковочной пленки; б) помещают участок сплющенного рукава между вращающимся зажимным устройством и плитой, при этом вращающееся зажимное устройство имеет удлиненный плоский нож с удлиненной режущей кромкой, параллельной плоскости ножа; в) поворачивают вращающееся зажимное устройство вокруг оси вращения, при этом плоскость ножа наклонена к оси вращения; и г) прорезают участок сплющенного рукава между вращающимся зажимным устройством и опорой плиты за счет режущего действия ножа, при этом нож и плита взаимно расположены таким образом, что при вращении ножа режущая кромка ножа поступательно касается опоры, и точка соприкосновения между ними перемещается в продольном направлении по режущей кромке.
Режущая кромка необязательно проходит по центру ножа. Обычно нож имеет толщину от 1 до 3 мм, необязательно около 2 мм.
Вращающееся зажимное устройство и плита предпочтительно имеют устройство для термосваривания, которое одновременно сваривает друг с другом противоположные стороны сплющенного рукава, в результате чего вблизи каждого отрезанного конца сплющенного рукава образуется удлиненное поперечное герметичное уплотнение.
Устройство для термосваривания необязательно представляет собой две удлиненные нажимные полосы, каждая из которых проходит вдоль соответствующей стороны ножа и плиты с подогревом. Нажимная полоса может представлять собой полосу эластичного упругого материала.
Обрезанная кромка каждой упаковки предпочтительно находится на расстоянии от 0,5 до 1,5 мм, обычно около 1 мм от сварного шва.
Герметичное уплотнение предпочтительно имеет ширину от 1 до 4 мм, необязательно от 1 до 2 мм.
Обычно упаковки представляют собой пакеты типа подушечек из пленочного материала, необязательно упаковки для расфасовки закусочных продуктов.
В настоящем изобретении также предложена упаковка, изготовленная способом согласно изобретению.
Далее лишь в качестве примера будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
на фиг.1 показан схематический вид сбоку известного вращающегося зажимного устройства упаковочного аппарата,
на фиг.2 показан схематический вид в плане ножа в сборе, используемого в известном вращающемся зажимном устройстве, проиллюстрированном на фиг.1,
на фиг.3 показан схематический вид в перспективе ножа, используемого в известном вращающемся зажимном устройстве, проиллюстрированном на фиг.1,
на фиг.4 показан схематический вид сбоку вращающегося зажимного устройства упаковочного аппарата согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения,
на фиг.5 показан схематический вид в плане ножа в сборе, используемого во вращающемся зажимном устройстве, проиллюстрированном на фиг.4,
на фиг.6 показан схематический вид в перспективе ножа, используемого во вращающемся зажимном устройстве, проиллюстрированном на фиг.4, и
на фиг.7 показан схематический вид сбоку пары упаковок, изготовленных с помощью вращающегося зажимного устройства, проиллюстрированного на фиг.4.
На фиг.4-6 проиллюстрирован один из предпочтительных вариантов осуществления вращающегося зажимного устройства упаковочного аппарата согласно настоящему изобретению, в котором используется непрерывное вращательное движение зажимов. Устройство сконструировано и действует аналогично известному устройству, проиллюстрированному на фиг.1-3, за исключением того, что в нем значительно изменена конструкция монтажного блока и ножа с целью достижения желаемого уменьшения количества упаковочного материала, необходимого для формирования упаковки. Нож и плита синфазно вращаются в противоположных направлениях, указанных стрелками на фиг.4, и входят в контакт, разрезая пленочный материал, который находится посередине между ними. Как и в известном устройстве, показанном на фиг.1-3, в зажимном устройстве 110, показанном на фиг.4, с одной стороны сплющенного продольно герметизированного рукава 114 упаковочной пленки для формирования упаковки находится нож 112. С противоположной стороны рукава 114 находится упрочненная опора или плита 116, при этом рукав 114 находится между ножом 112 и плитой 116. Нож 112 под действием давления прижимается к плите 116 и прорезает пленку рукава 114, которая зажата между лезвием 118 ножа и плитой 116, путем разрезания раздавливанием под давлением.
Нож 112 вращается вокруг оси X ортогонально продольному направлению L рукава 114 и параллельно поверхности плиты 116 и режущей кромке 120 лезвия 118. Зажимное устройство 110 с помощью опоры 111 установлено на оси, например, на вале, проходящем по оси.
Как, в частности, показано на фиг.5 и 6, удлиненный нож 112 установлен на удлиненном держателе 121 в виде монтажного блока. Для ясности, на фиг.5 и 6 некоторые размеры и углы преувеличены.
Нижняя часть ножа 112 входит в удлиненную выемку 130 в удлиненном держателе 21 и жестко зафиксирована в нем. Поскольку режущее действие ножа 112 является поступательным, сначала один продольный конец 122 ножа 112 первым касается плиты 116, а затем точка соприкосновения между ними продвигается по режущей кромке 120 лезвия 118 в сторону другого продольного конца 124 ножа 112.
Как показано на фиг.5 и 6, для обеспечения такого поступательного режущего действия, нож 112 установлен под углом Θ к продольному направлению удлиненного держателя 121, а режущая кромка 120 лезвия 118 сточена таким образом, чтобы проходить параллельной плоскости ножа 112. Обычно угол Θ составляет 2 градуса.
На плите 116 и/или удлиненном держателе 121 ножа находятся устройства 126, 128 для термосваривания, который формируют поперечные герметичные швы 132, 134 в сплющенном рукаве 114 с противоположных сторон поперечных разрезов 136, выполненных ножом 112. В устройстве согласно проиллюстрированному варианту осуществления плитой 116 является блок с подогревом, а с соответствующих противоположных сторон ножа 112 находятся удлиненные нажимные полосы 126, 128, например, из эластичного и упругого материала, такого как теплостойкая резина. Нож 112 и нажимные полосы 126, 128 выступают из установочной поверхности 138 удлиненного держателя 121.
Удлиненные нажимные полосы 126, 128 проходят параллельно ножу 112 и, соответственно, также установлены под углом Θ к продольному направлению удлиненного держателя 121. Соответственно, нож 112 и нажимные полосы 126, 128 наклонены под углом Θ к продольным сторонам удлиненного держателя 121, который расположен ортогонально продольному направлению L. Соответственно, когда продольное направление ориентировано по вертикали, нож 112 и нажимные полосы 126, 128 наклонены под углом Θ к горизонтали.
По мере контакта при вращении сплющенный рукав 114 не прорезается одновременно по всей ширине, а вместо этого по мере вращения происходит точечный контакт лезвия 118 ножа поперек рукава 114. Нажимные полосы 126, 128 локально прижимают пленочный материал рукава 114 к плите 116 с подогревом, в результате чего формируется два разнесенных герметичных шва 132, 134.
Обычно ширина ножа (размер а на фиг.5 и 6) составляет от 1 до 3 мм, чаще всего 2 мм, а режущая кромка 120 проходит по центру по всей длине лезвия 118 ножа 112.
Поскольку в известном устройстве, показанном на фиг.1-3, режущая кромка 20 наклонена к плоскости ножа 12, ширина ножа 12 (размер у на фиг.2 и 3) должна значительно превышать, обычно на 5 мм ширину ножа 112, используемого в настоящем изобретении, чтобы быть рассчитанной на наклон режущей кромки лезвия. Такой наклон отсутствует у ножа устройства согласно изобретению; вместо этого режущая кромка 120 и плоскость ножа 112 расположены параллельно, и не только уменьшается толщина ножа, но также облегчается его изготовление.
Вместо параллельно установленного ножа с лезвием, как в известном устройстве, в устройстве согласно настоящему изобретению используется наклонно установленный нож с параллельным центральным лезвием. Удлиненные нажимные полосы 126, 128 проходят параллельно ножу 112, и весь узел ножа 112 и удлиненных нажимных полос 126, 128 с его противоположных сторон устанавливается с наклоном к продольному направлению удлиненного держателя 121.
Преимуществом применения удлиненных нажимных полос 126, 128 из эластичного упругого материала, которые прижимаются к жесткой плите с подогревом, которая имеет плоскую поверхность, является высокая прочность шва минимальной ширины. Нажимные полосы 126, 128 способны оказывать высокое давление на поверхности небольшой площади и обеспечивать усиленный сварной шов по сравнению с формируемым под более низким давлением швом большей ширины. Соответственно, более узкий сварной шов способен обеспечивать более высокую герметичность и долговечность по сравнению с более широким швом.
Обычно общая ширина узла ножа 112 и удлиненных нажимных полос 126, 128, наклоненного к продольному направлению удлиненного держателя 121, составляет 8 мм, а в известном устройстве общая ширина узла ножа 12 и устройств 26, 28 для термосваривания, параллельного продольному направлению удлиненного держателя 21, составляет 20 мм.
Результат этого изменения конструкции и ориентации ножа показано на фиг.7.
На фиг.7 показаны две соседние упаковки 200, 202, которые были разделены разрезом, выполненным с помощью ножа 112. Каждая упаковка 200, 202 имеет обрезанную поперечную кромку 204, 206, которая наклонена под углом Θ (преувеличенным на чертежах) к продольному направлению упаковки 200, 202. Угол является настолько небольшим, что он обычно незаметен для потребителя. На конце каждой упаковки 200, 202 находится сварной шов, образующий герметичное уплотнение 208, 210. Негерметизированный самый дальний участок 212, 214, прилегающий к обрезанной поперечной кромке 204, 206, имеет ширину, равную половине толщины ножа. Соответственно, негерметизированный самый дальний участок 212, 214 обычно имеет толщину от 0,5 до 1,5 мм, чаще всего 1 мм, что сравнимо с обычной толщиной 2,5 мм соответствующего негерметизированного самого дальнего участка в случае применения известного устройства, показанного на фиг.1-3. Таким образом, при изготовлении каждой упаковки согласно этому варианту осуществления изобретения обычно расходуется пленочный материал длиной в общей сложности на 3 мм меньше без какого-либо влияния на прочность сварного шва.
Эта экономия материала достигается за счет уменьшения количества негерметизированного материала на концах упаковки, который не имеет функционального назначения с точки зрения формирования герметичного уплотнения.
Кроме того сварной шов может иметь меньшую ширину, чем известные сварные швы, за счет применения особых нажимных полос, примыкающих к плите с подогревом, что обеспечивает еще большую экономию упаковочного материала. Обычно сварной шов имеет ширину 1-4 мм, необязательно 1-2 мм.
Такая экономия пленочного материала потенциально имеет огромное значение для массового производства продуктов, таких как закусочные продукты.
Поскольку заявитель и его подконтрольные компании являются одним из крупнейших в мире производителем закусочных продуктов, по расчетам эта экономия упаковочного материала в совокупности обеспечит общее снижение затрат на упаковочный материал в десятки миллионов долларов в год, и, что важно, сокращение приблизительно на 16 тысяч тонн в год производства двуокиси углерода. Соответственно, настоящее изобретение может обеспечить весьма значительное сокращение выбросов парниковых газов при изготовлении упаковок для разнообразных продуктов, в частности, закусочных продуктов.
Для специалистов в данной области техники ясно, что приведенные выше углы и размеры являются лишь примерами углов и размеров, которые могут использоваться в соответствии с настоящим изобретением, и что эти параметры могут изменяться в зависимости от ряда факторов, включающих размер и форму упаковки.
Зажимное устройство и способ могут применяться для изготовления внутренних упаковок для разнообразных продуктов, лишь одним из предпочтительных примеров которых являются закусочные продукты. Зажимное устройство и способ также могут быть адаптированы для изготовления внешних упаковок, например, групповой тары.
Как описано выше со ссылкой на известное устройство, в устройстве согласно изобретению на общем валу, проходящем по оси вращения, может быть установлено множество ножей с взаимным угловым разнесением, и за каждый цикл вращения общего вала соответствующие ножи выполняют множество разрезов, при этом соответствующие упаковки разделяются за счет режущего действия во время каждого цикла вращения вала. Соответственно, предусмотрено множество плит.
В альтернативных вариантах осуществления устройства для термосваривания могут представлять собой обжимные устройства, и/или может подогреваться весь узел с одной или обеих сторон, а именно, удлиненный держатель и/или плита. Кроме того, устройства для термосваривания могут находиться на плите и/или на удлиненном держателе ножа.
Специалисты в данной области техники смогут предложить другие модификации раскрытого в описании варианта осуществления.