УСТРОЙСТВО С ОХЛАЖДАЕМОЙ НИЖНЕЙ ЧАСТЬЮ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПАКОВОЧНЫХ ЛОТКОВ ГЛУБОКОЙ ВЫТЯЖКОЙ
COOLED-BOTTOM DEVICE TO PRODUCE PACKING CONTAINERS BY DEEP DRAWING

Настоящее изобретение относится к устройству и способу изготовления упаковочных лотков путем глубокой вытяжки, а также к упаковочной машине с предлагаемым в изобретении устройством.
В настоящее время все более широкое применение для упаковывания пищевых продуктов находят пластиковые упаковки, состоящие из упаковочного лотка, в который помещаются пищевые продукты, и выполняющей функцию крышки верхней пленки, которой запечатывается упаковочный лоток. Обычно упаковочные лотки изготавливают из плоского пленочного полотна путем его глубокой вытяжки, для которой согласно уровню техники используется обогреваемая форма для глубокой вытяжки. Однако недостаток упаковочных лотков, изготавливаемых с помощью подобной формы, состоит в том, что пленка в процессе или после ее глубокой вытяжки дает усадку, из-за которой получаемые упаковочные лотки прежде всего имеют непрямые боковые стенки и края.
Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача разработать устройство, которое позволяло бы по меньшей мере уменьшить указанный выше нежелательный эффект преждевременной усадки пленки.
Указанная задача решается с помощью устройства для изготовления упаковочных лотков из усадочного пленочного полотна глубокой вытяжкой с формой для глубокой вытяжки, выполненной охлаждаемой в процессе глубокой вытяжки.
При создании изобретения неожиданно было установлено, что подобное устройство позволяет изготавливать из усадочной полимерной пленки упаковочные лотки с прямыми боковыми стенками и краями и/или по меньшей мере уменьшить эффект непроизвольной преждевременной усадки изготовленного упаковочного лотка непосредственно после глубокой вытяжки. Таким путем можно изготавливать упаковочные емкости с совершенно новым внешним видом и с хорошо воспроизводимыми размерами.
Под усадочной пленкой согласно настоящему изобретению подразумевается пригодная для переработки термоформованием, предпочтительно глубокой вытяжкой, многослойная пленка, которая обладает способностью к термоусадке, степень которой в продольном и поперечном направлениях составляет по меньшей мере по 20%, и на способность которой к термоусадке термоформование в основном не оказывает никакого влияния. В предпочтительном варианте степень термоусадки используемых согласно изобретению многослойных пленок в продольном и поперечном направлениях должна составлять по меньшей мере по 25%, более предпочтительно по меньшей мере по 30%, особенно предпочтительно по меньшей мере по 35%, наиболее предпочтительно по меньшей мере по 40%, прежде всего по меньшей мере по 45%. Подобные пленки описаны, например, в публикации DE 102005017937.1, которая тем самым включена в настоящее описание в качестве ссылки и составляет его часть.
Согласно изобретению форма для глубокой вытяжки выполнена охлаждаемой в процессе глубокой вытяжки. Для этого в предпочтительном варианте форма для глубокой вытяжки снабжена охлаждающими средствами (системой охлаждения). Такие охлаждающие средства могут представлять собой, например, охлаждающие трубопроводы, которые расположены в зоне формы для глубокой вытяжки и по которым циркулирует охлаждающая среда, например жидкий или газообразный охладитель.
В предпочтительном варианте устройство для глубокой вытяжки снабжено прижимным средством, позволяющим зажимать пленку между ним и формой для глубокой вытяжки. В предпочтительном варианте такое прижимное средство представляет собой прижимную раму. Прижимное средство предпочтительно выполнять перемещаемым в вертикальном направлении. Пленочное полотно предпочтительно фиксировать прижимным средством до глубокой вытяжки. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения подобное прижимное средство также снабжено охлаждающими средствами, которые можно подсоединять к тому же охлаждающему контуру, к которому подсоединена и форма для глубокой вытяжки, или к другому охлаждающему контуру. Для применения в качестве охлаждающей среды пригоден прежде всего хладагент, который используется, например, в холодильных шкафах и иных аналогичных холодильных системах. Преимущество этого предпочтительного варианта осуществления изобретения состоит в отсутствии или наличии лишь исключительно малых напряжений на том участке упаковочного лотка, на котором с ним на последующей стадии термосвариванием соединяется образующая крышку пленка, и тем самым в уменьшении до минимума возможных утечек через термошов.
В предпочтительном варианте по меньшей мере один охлаждающий контур выполнен регулируемым, например, в функции температуры, и благодаря этому позволяет всегда поддерживать температуру формы для глубокой вытяжки и/или прижимного средства на практически постоянном уровне.
В следующем предпочтительном варианте предлагаемое в изобретении устройство для глубокой вытяжки имеет нагревательное средство, предпочтительно нагревательную пластину, для нагрева пленочного полотна главным образом перед его глубокой вытяжкой. Пленочное полотно по меньшей мере на отдельных участках нагревается таким нагревательным средством до температуры пластификации. Нагрев пленочного полотна предпочтительно должен происходить с очень высокой скоростью. В особенно предпочтительном варианте предлагаемое в изобретении устройство для глубокой вытяжки имеет средства для улучшения контакта между нагревательным средством и пленочным полотном, а тем самым и для улучшения теплопередачи между ними. Для улучшения контакта между нагревательным средством и пленочным полотном наиболее предпочтительно создавать пониженное и/или повышенное давление, под действием которого пленочное полотно притягивается и/или прижимается к нагревательному средству. При одновременном изготовлении нескольких упаковочных лотков предлагаемое в изобретении устройство для глубокой вытяжки предпочтительно оснащать несколькими нагревательными средствами, по одному из расчета на один изготавливаемый упаковочный лоток. Нагревательные средства в предпочтительном варианте выполнены перемещаемыми в вертикальном направлении, выполнены включаемыми и выключаемыми и/или выполнены терморегулируемыми. После нагрева пленочного полотна и наиболее предпочтительно перед его глубокой вытяжкой нагревательное средство вновь отводят от пленочного полотна и/или выключают во избежание перегрева пленочного полотна и во избежание необходимости отвода слишком большого количества тепла при охлаждении формы для глубокой вытяжки, соответственно прижимного средства. Нагрев пленочного полотна предпочтительно должен происходить локально очень целенаправленно и очень быстро с тем, чтобы пленочное полотно нагревалось только на требуемых участках. Затем по завершении или в процессе глубокой вытяжки пленочное полотно охлаждают с максимально возможной скоростью во избежание нежелательного упругого восстановления изготовленными упаковочными лотками своей первоначальной формы. Очевидно, что нагрев и охлаждение можно также выполнять одновременно во избежание нагрева определенных участков пленочного полотна при его нагреве и/или для уменьшения нежелательного нагрева этих участков пленочного полотна и/или во избежание непроизвольного упругого восстановления изготовленным упаковочным лотком своей первоначальной формы.
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предлагаемое в нем устройство для глубокой вытяжки имеет средства для создания вакуума и/или повышенного давления, под действием которого пленочное полотно вдавливается, соответственно втягивается, в форму для глубокой вытяжки и при этом принимает свою окончательную форму, соответственно благодаря чему улучшается теплообмен между пленочным полотном и формой для глубокой вытяжки. Те же самые или другие средства для создания вакуума и/или повышенного давления могут использоваться и для улучшения контакта между еще не подвергнутым формованию пленочным полотном и нагревательным средством.
Предлагаемое в изобретении устройство для глубокой вытяжки пригодно прежде всего для изготовления усадочных упаковочных лотков для упаковок. В соответствии с этим еще одним объектом настоящего изобретения является упаковочная машина, предпочтительно формовочно-фасовочно-термозапечатывающая упаковочная машина или машина для формования упаковочных лотков.
Следующим объектом настоящего изобретения является способ изготовления упаковочных лотков из пленочного полотна путем глубокой вытяжки, заключающийся в том, что пленочное полотно сначала лишь частично нагревают и до и в процессе глубокой вытяжки частично охлаждают.
При создании изобретения неожиданно было установлено, что подобный способ позволяет изготавливать упаковочные лотки с прямыми боковыми стенками и краями и/или избежать нежелательной усадки пленки после глубокой вытяжки. Таким путем можно изготавливать упаковочные емкости с совершенно новым внешним видом и с хорошо воспроизводимыми размерами.
Пленочное полотно предпочтительно зажимать или фиксировать перед процессом глубокой вытяжки. Зажимать или фиксировать пленочное полотно предпочтительно прижимной рамой. В особенно предпочтительном варианте такая прижимная рама выполнена охлаждаемой, а в наиболее предпочтительном варианте - еще и перемещаемой в вертикальном направлении. Преимущество выполнения прижимной рамы охлаждаемой состоит в по меньшей мере практически полном отсутствии напряжений на участке последующего термосваривания и тем самым в уменьшении утечек на нем.
Предпочтительно далее нагревать пленочное полотно перед процессом глубокой вытяжки. Процессы нагрева и охлаждения пленочного полотна предпочтительно не должны совпадать во времени, при этом нагрев пленочного полотна предпочтительно должен предшествовать его охлаждению. Предпочтительно также нагревать одну поверхность пленочного полотна и охлаждать противоположную его поверхность. В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения пленочное полотно подвергают нагреву и охлаждению одновременно, нагревая и охлаждая при этом отдельные его участки. Пленочное полотно наиболее предпочтительно прижимать или притягивать в направлении нагревающего, соответственно охлаждающего, средства для обеспечения таким путем максимально полной теплопередачи. При одновременном изготовлении нескольких упаковочных лотков предпочтительно предусматривать по одному из расчета на каждый изготавливаемый упаковочный лоток нагревательному средству. Благодаря этому необходимое тепло можно локально и исключительно целенаправленно подводить к пленочному полотну.
Глубокую вытяжку можно проводить любым общеизвестным методом. Предпочтительно, однако, подвергать пленочное полотно глубокой вытяжке под действием повышенного и/или пониженного давления (вакуума). Предпочтительно далее использовать пуансон в качестве средства, которым выполняется глубокая вытяжка или которое способствует глубокой вытяжке пленочного полотна, при этом функцию такого пуансона может также выполнять нагревательное средство.
Согласно изобретению пленочное полотно по меньшей мере на отдельных участках охлаждают до, в процессе и/или после глубокой вытяжки. Охлаждению в процессе и/или после глубокой вытяжки подвергают прежде всего сформованный глубокой вытяжкой участок до тех пор, пока он не прекратит проявлять склонность к непроизвольному упругому восстановлению своей первоначальной формы. Обычно подобный эффект наблюдается при температурах ниже температуры пластификации соответствующей пленки.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. Все такие пояснения носят исключительно иллюстративный характер и не ограничивают объем изобретения. Эти пояснения в равной мере относятся к предлагаемому в изобретении устройству, к предлагаемой в изобретении упаковке и к предлагаемому в изобретении способу. На прилагаемых чертежах, в частности, показано:
на фиг.1 - предлагаемое в изобретении устройство для глубокой вытяжки в момент перед глубокой вытяжкой пленочного полотна,
на фиг.2 - устройство для глубокой вытяжки в момент нагрева пленочного полотна,
на фиг.3 - устройство для глубокой вытяжки в момент изготовления упаковочного лотка глубокой вытяжкой,
на фиг.4 - устройство для глубокой вытяжки в момент извлечения из него готовых упаковочных лотков,
на фиг.5 - готовый упаковочный лоток,
на фиг.6 - предлагаемое в изобретении устройство для глубокой вытяжки,
на фиг.7 - упаковочная машина для изготовления частично усадочной упаковки, две проекции,
на фиг.8 - упаковочная машина для изготовления полностью усадочной упаковки, две проекции.
На фиг.1 показано предлагаемое в изобретении устройство для глубокой вытяжки, имеющее форму 3 для глубокой вытяжки с несколькими камерами 10 глубокой вытяжки. Согласно изобретению такая форма для глубокой вытяжки выполнена охлаждаемой, в данном случае с подачей в нее охлаждающей среды через отверстие 2. Над формой 3 для глубокой вытяжки находится подвергаемое формованию пленочное полотно 1, зажатое между формой 3 для глубокой вытяжки и прижимной рамой 4. Прижимная рама 4 также выполнена охлаждаемой, в данном случае с подачей в нее охлаждающей среды через отверстие 5. Над пленочным полотном 1 находятся нагревательные пластины 7, поднимаемые, соответственно опускаемые, в направлениях, обозначенных двунаправленными стрелками 6. Форма 3 для глубокой вытяжки также выполнена перемещаемой в вертикальном направлении.
На фиг.2 устройство для глубокой вытяжки показано в момент нагрева зажатого между его формой 3 для глубокой вытяжки и прижимной рамой 4 пленочного полотна 1. Для этого нагревательные пластины 7 были опущены, предпочтительно в положение, в котором они контактируют с пленочным полотном. Пленочное полотно нагревают до тех пор, пока его температура в зоне нагревательной пластины не достигнет заданного уровня. Нагрев пленочного полотна предпочтительно проводить в режиме с управлением в функции времени.
После нагрева пленки до достаточной температуры нагревательные пластины вновь поднимают и из пленочного полотна 1 путем его глубокой вытяжки формуют упаковочные лотки 8 (фиг.3). В рассматриваемом варианте камеры 10 глубокой вытяжки выполнены вакуумируемыми, под действием создаваемого в которых вакуума пленочное полотно деформируется и принимает показанную на чертеже форму. В ходе всего процесса нагрева и глубокой вытяжки пленочного полотна форма для глубокой вытяжки и прижимная рама охлаждаются.
Сразу же после формования упаковочных лотков 8 глубокой вытяжкой (фиг.4) форму 3 для глубокой вытяжки опускают для возможности извлечения из нее готовых упаковочных лотков 8. Форму для глубокой вытяжки опускают настолько, чтобы изготовленные упаковочные лотки можно было переместить из зоны глубокой вытяжки и подать в нее следующий участок пленочного полотна 1 для формования из него следующих упаковочных лотков.
На фиг.5 показаны готовые упаковочные лотки. Благодаря охлаждению формы для глубокой вытяжки полученная упаковка (упаковочный лоток) имеет прямые боковые стенки 9 и края 9 и/или дно, поскольку пленочное полотно после глубокой вытяжки не дает усадку вовсе или после или в процессе глубокой вытяжки дает лишь незначительную усадку.
На фиг.6 показано предлагаемое в изобретении устройство для изготовления пластиковых упаковочных лотков из усадочных пленок, соответственно из усадочного пленочного полотна глубокой вытяжкой. Такое устройство 12 имеет нижнюю часть (матрицу) 3 и верхнюю часть 19. Нижняя часть 3 имеет оформляющую полость, конфигурация которой является негативной по отношению к форме изготавливаемого упаковочного лотка. В нижней части устройства для глубокой вытяжки выполнены каналы 2, по которым циркулирует охлаждающая ее среда. Нижняя часть устройства для глубокой вытяжки выполнена опускаемой, соответственно поднимаемой, в направлениях, обозначенных двунаправленной стрелкой. Между нижней и верхней частями устройства для глубокой вытяжки пропущено не показанное на чертеже пленочное полотно. Верхняя часть 19 также выполнена поднимаемой, соответственно опускаемой. Сказанное относится и к прижимным рамам 4, и нагревателю (нагревательному средству) 7. Пленочное полотно для возможности его глубокой вытяжки прижимается прижимной рамой к нижней части устройства для глубокой вытяжки и таким путем зажимается между ними. Помимо этого прижимная рама 4 также имеет каналы 2, по которым циркулирует охлаждающая ее среда. Преимущество, связанное с охлаждением прижимной рамы, состоит прежде всего в отсутствии нагрева находящегося под ней пленочного полотна и тем самым в отсутствии в нем внутренних напряжений. К этому зажатому между прижимной рамой и нижней частью устройства для глубокой вытяжки участку пленочного полотна в последующем приваривается верхняя пленка. Благодаря отсутствию внутренних напряжений на этом участке пленочного полотна термошов у окончательно изготовленной в последующем упаковки обладает исключительно высокой герметичностью. Предлагаемое в изобретении устройство имеет по одному из расчета на каждый изготавливаемый упаковочный лоток индивидуально управляемому нагревателю 7, который в некоторых случаях может состоять из нескольких нагревательных элементов, например закрытых трубчатых нагревателей. Такой(-ие) нагревательный(-ые) элемент(-ы) обеспечивает(-ют) максимально быстрый нагрев пленочного полотна. Для улучшения теплопередачи от каждого из нагревателей к пленочному полотну в зоне под ним можно создавать повышенное давление, прижимающее пленочное полотно к соответствующему нагревателю и улучшающее тем самым передачу от него тепла пленочному полотну. Очевидно, что между пленочным полотном и нагревателем 7 можно также создавать разрежение, под действием которого пленочное полотно будет присасываться или притягиваться к нагревателю. По достижении пленочным полотном температуры своей пластификации его вдавливают нагревателями 7, которые в этом случае одновременно выполняют функцию пуансонов, в соответствующую форму для глубокой вытяжки и/или в форме для глубокой вытяжки создают разрежение, под действием которого пленочное полотно втягивается или всасывается в форму для глубокой вытяжки. Такая форма для глубокой вытяжки выполнена охлаждаемой, и поэтому пленочное полотно также охлаждается в процессе и/или непосредственно по завершении процесса глубокой вытяжки. Подобное охлаждение пленочного полотна продолжается до достижения им температуры, при которой исключается возможность непроизвольного упругого восстановления упаковочным лотком своей первоначальной формы из-за способности пленки к усадке.
На фиг.7 показана упаковочная машина для изготовления частично усадочной упаковки, т.е. упаковки с усадочным упаковочным лотком и с закрывающей его неусадочной, сравнительно жесткой пленочной крышкой. При работе такой упаковочной машины пленочное полотно с заданным тактом сматывается с рулона 11 и поступает в устройство 12 для глубокой вытяжки, где из пленочного полотна формуются упаковочные лотки 8. Затем в эти упаковочные лотки 8 фасуются не показанные на чертеже упаковываемые продукты, после чего упаковочные лотки в секции 13 термосваривания запечатываются пленкой 14, образующей их крышки. В рассматриваемом варианте сматываемое с рулона 11 пленочное полотно представляет собой полотно усадочной пленки, тогда как пленочное полотно 14 представляет собой полотно неусадочной и сравнительно жесткой пленки и поэтому служит своего рода поддоном. После термического запечатывания упаковочный лоток подвергают усадке в предназначенном для этого устройстве 15, в котором воздействию горячей среды, например горячего воздуха, пара или воды, подвергается только полученный глубокой вытяжкой упаковочный лоток. Изготовленные таким путем претерпевшие усадку упаковки затем по одной отделяются в режущем устройстве 16 от остальных упаковок и в виде готовых упаковок 17 удаляются из упаковочной машины. Каждая из показанных на чертеже двунаправленных стрелок указывает направления, в которых один или два агрегата соответствующей секции упаковочной машины могут подниматься, соответственно опускаться.
На фиг.8 в двух проекциях показана упаковочная машина для изготовления полностью усадочной упаковки. Полностью усадочная упаковка состоит из усадочной верхней пленки и усадочной нижней пленки, из которой формуются упаковочные лотки. При работе такой упаковочной машины усадочное пленочное полотно также сматывается с рулона 11 и поступает в формовочную секцию 12, где из пленочного полотна глубокой вытяжкой формуются упаковочные лотки 8. После расфасовывания не показанных на чертеже упаковываемых продуктов в эти упаковочные лотки каждый из них путем термосваривания запечатывается в секции 13 термосваривания пленочным полотном 14. В рассматриваемом варианте верхняя пленка, которой в качестве крышек запечатываются упаковочные лотки, также является усадочной. На следующей стадии упаковки по одной отделяются в режущем устройстве 16 от остальных упаковок. Изготовленные таким путем упаковки 18 затем подвергают усадке в предназначенном для этого туннеле, в котором на них со всех сторон подается кипящая вода, горячий воздух или пар. Каждая из показанных на чертеже двунаправленных стрелок указывает направления, в которых один или два агрегата соответствующей секции упаковочной машины могут подниматься, соответственно опускаться.