用于形成包装和填充系统的设备

申请号 CN201380011016.6 申请日 2013-02-26 公开(公告)号 CN104136326B 公开(公告)日 2016-08-17
申请人 宝洁公司; 发明人 S·C·帕洛塔; J·M·奥恩多夫; G·J·布罗德; J·K·麦克劳林; A·A·特克里布; C·J·布雷赛普特;
摘要 本文描述了一种用于形成、填充以及密封用于消费产品的单位剂量 包装 的方法和设备。也公开了一种具有填充控制系统的填充系统。尽管连同用于形成、填充以及密封单位剂量包装的方法而描述了该填充系统,该填充系统和填充控制系统可用于其它分配方法中。
权利要求

1.一种分配系统,包括:
用于分配流体材料的分配装置;
流体供应源,其中所述分配装置通过管路连接到所述流体供应源;分配装置致动器系统,所述分配装置致动器系统连接到所述分配装置以开始和停止从所述分配装置的流动;
流量测量系统,所述流量测量系统与所述分配装置成一直线地可操作地连接;和可编程逻辑控制器,所述分配系统的特征在于,对所述可编程逻辑控制器进行编程以采集实际流量作为输入,并计算新的填充时间周期或者流量整体截流目标以使在设定点和实际填充量之间的填充量误差最小化,然后输出:
(1)控制致动时间和控制信号,以用于控制所述分配装置应当何时开始或停止填充;或(2)流量整体截流目标和控制信号,以用于控制所述分配装置致动器系统应当何时开始填充。
2.根据权利要求1所述的分配系统,还包括:
a)与所述可编程逻辑控制器相关联的输入装置,所述输入装置用于从流量测量系统获取数据并将所述数据发送到所述可编程逻辑控制器;
b)与可编程逻辑控制器相关联的预定输出装置,所述预定输出装置用于将打开信号和关闭信号发送至所述分配装置致动器系统,其中所述预定输出装置能够同时定期地接收来自可编程逻辑控制器的数据并更多地以比它定期地接收此类数据更高的时间分辨率来插入所述数据以便计算更准确的时间来开启或结束填充循环,并且具有用于执行期望的填充时间的增大的时间分辨率以减少在设定点和实际填充量之间的填充量误差;和c)与可编程逻辑控制器相关联的算法,其中所述算法接收来自所述流量测量系统的所测量的填充量作为输入,并对填充时间进行校正调节,并且输出控制信号和控制致动时间中的至少一个以用于控制所述分配装置致动器系统应当何时供应流体。
3.根据权利要求2所述的分配系统,其中:
所述致动器系统具有以10微秒至900微秒的时间增量来控制数字输出的能,所述致动器系统包括从数字启动到流体流动开始为止具有小于30毫秒的延迟的至少一个致动器;
并且
所述流量测量系统具有小于15毫秒的内部信号处理时间常数和在信号延迟方面从实际流量到测量的响应小于30毫秒的动态响应。
4.根据权利要求3所述的分配系统,其中所述分配系统用于分配各剂流体并且具有:
从一个剂量到下一个剂量在50毫秒和300毫秒之间的循环时间,和
在10%或更小的固定目标填充质量内的填充质量准确度。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的分配系统,其包括将容器移动到流体将要被分配到其上或其中的设备的一部分,其中所述设备在纵向上移动所述容器,并且所述分配装置能够相对于所述容器移动,其中对所述可编程逻辑控制器和所述预定输出装置进行编程以协调所述流体的分配与所述分配装置相对于所述容器的位置
6.根据权利要求5所述的分配系统,其中对所述预定输出装置进行编程以在所需量的流体已从所述分配装置被分配到容器之后停止从分配装置的流动和/或协调所述分配装置相对于所述容器的位置。

说明书全文

用于形成包装和填充系统的设备

技术领域

[0001] 本文描述了一种用于形成、填充以及密封用于消费产品的单位剂量包装的方法和设备。也公开了一种具有填充控制系统的填充系统。

背景技术

[0002] 单位剂量的液体产品诸如洗发剂和毛发调理剂通常被置于被称为小袋的相对薄而平的包装中。此类小袋通常具有蒸气阻隔性能以防止随时间推移水分从包装中的产品流失。这种类型的小袋一般利用竖式形成、填充以及密封(VFFS)方法进行制造。
[0003] 对于竖式形成、填充以及密封,当前的方法存在间歇的和连续的两种。竖式形成、填充以及密封(VFFS)方法通常利用一组填充喷嘴,它们被插进用来形成包装的两层材料之间。在填充每个包装之后喷嘴必须打开和关掉。对于间歇运动方法,填充发生在薄膜包装材料处于运动中时,并且薄膜在密封方法期间停止。即使对于其中在移动的幅材上执行所有操作的连续方法,速率变得受填充方法的限制。需要在极短的分配循环时间内准确地分配所需液体量的能
[0004] 也存在用于水平形成、填充以及密封的方法。水平形成、填充以及密封方法的例子描述于授予Smith等人的PCT公开WO 2004/033301A1;美国专利申请公布US 2005/0183394A1;和授予Lauretis等人的EP 1 375 351B1中。此类方法中的一些可涉及热成形包装材料的一部分。
[0005] 然而,对于改善包装形成方法和填充系统的研究一直持续。具体地,存在着对于用于生产小袋特别是包括不能被热成形的产生蒸汽阻隔层的薄膜而不破坏蒸汽阻隔层的更快方法的需求。发明内容
[0006] 本文描述了一种用于形成、填充以及密封用于消费产品的单位剂量包装的方法和设备。
[0007] 在一个实施例中,所述方法包括用于制备包装的方法,包括下列步骤:
[0008] a)放置具有初始未挠曲构型的第一幅材材料邻近其中具有腔体的元件;
[0009] b)使第一幅材材料的一部分暂时向下挠曲进所述腔体中以形成所述第一幅材材料的挠曲部分,其中所述第一幅材材料的所述挠曲部分基本上没有塑性变形
[0010] c)将产品沉积在第一幅材材料上;
[0011] d)将第二幅材材料放置在第一幅材材料和产品上;以及
[0012] e)沿着一个或多个密封线将其中具有挠曲部分的第一幅材材料至少部分地闭合并密封到所述第二幅材材料;
[0013] 在一个实施例中,所述装置包括用于接收第一幅材材料的供应和其中具有腔体的元件的第一进给区。其中具有腔体的元件位于第一进给区的下游。第一幅材材料的一部分可被暂时地挠曲进腔体中。所述腔体包括基部和一对侧壁。在该实施例中,其中具有腔体的元件包括具有表面的移动带,并且所述带在纵向上移动,其中所述带的表面形成腔体的基部,并且所述元件还包括形成腔体的侧壁的纵向侧边部分。所述设备还可包括分配装置,所述分配装置用于将产品施用到第一幅材材料的覆在腔体上面的该部分上。分配装置位于其中具有腔体的元件上方的分配区中。所述设备还可包括用于接收第二幅材材料的供应的第二进给区。第二进给区可位于分配装置的下游,其中可设置第二幅材材料覆在其上具有产品的第一幅材材料上。所述设备还可包括位于第二进给区下游用于密封第一幅材材料和第二幅材材料连同两者间的产品的密封装置。
[0014] 也公开了一种具有填充控制系统的填充系统。所述填充系统和填充控制系统可被用于本文所述的方法以及用于其它分配方法中,并且可包括适合它们自身的发明。附图说明
[0015] 图1是小袋的一个实施例的示意性前视图。
[0016] 图2是竖式形成、填充以及密封方法的示意透视图。
[0017] 图3是用于形成包装的一种方法和设备的示意透视图。
[0018] 图4是用于形成包装的具有两个并列线路与用于每个线路的填充喷嘴的设备的一部分的示意性剖视图。
[0019] 图5是用于将下部幅材材料机械地挠曲进腔体中的设备的一部分的示意性剖视图。
[0020] 图6是图5所示设备的一部分的示意性俯视图。
[0021] 图7是用于将下部幅材材料挠曲进腔体中的设备的一部分的示意性剖视图。
[0022] 图8是用于将下部幅材材料拉伸进腔体中的设备的一部分的一个另选的实施例的示意性透视图,其中所述腔体的底部由移动带形成。
[0023] 图9是具有其上沉积了多剂产品的下部幅材材料的变形的示意性透视图。
[0024] 图10是用于将下幅材材料拉伸进图8所示腔体中的设备的一部分的一个另选的实施例的示意性透视图,其中所述腔体被形成为离散的凹坑。
[0025] 图11是包括底板和顶板两者的成形设备的另一个实施例的示意性剖视图,每个板包括移动带,适用于两个线路宽的设备。
[0026] 图12是图11所示成形设备的一种变型的示意性剖视图,其中仅示出了顶板。
[0027] 图13是适用于填充系统的喷嘴的剖面图。
[0028] 图14是具有圆形孔口和截流机构的喷嘴端的示意性透视图。
[0029] 图15是具有狭槽形孔口和截流机构的喷嘴端的示意性透视图。
[0030] 图16是用于填充容器的填充系统的示意性透视图。
[0031] 图16A是一种填充控制系统的示意图。
[0032] 图16B是一种另选的填充控制系统的示意图。
[0033] 图17是示出未变形的上部和下部幅材材料的示意性剖视图。
[0034] 图18是其中使上部和下部幅材材料在横向上变形的一个实施例的示意性剖视图。
[0035] 图19是其中顶部和底部幅材成形部分与密封机构相组合的HFFS方法和设备的一个完整实施例的示意性侧视图。
[0036] 图20是用于形成横向封口的设备的一部分的一个实施例的示意性侧视图。
[0037] 图21是填充喷嘴的另一个实施例的示意性侧视图。
[0038] 图22是图21所示填充喷嘴的局部剖视图。
[0039] 图23是用于图21和22所示喷嘴的喷嘴部件的一个实施例的透视图。
[0040] 图24是用于图21和22所示填充喷嘴的塞子的一个实施例的透视图。

具体实施方式

[0041] 本文描述了一种用于形成、填充以及密封用于消费产品的单位剂量包装的方法和设备。也公开了一种具有填充控制系统的填充系统。尽管结合用于形成、填充以及密封单位剂量包装的方法描述了填充系统,该填充系统和填充控制系统可被用于其它分配方法中。
[0042] 单位剂量包装可为任何合适的构型。包装的内容物可呈任何合适的形式,包括但不限于固体、液体、糊剂和粉末。在本文中术语“流体”可用来包括液体和糊剂二者。
[0043] 在某些实施例中,单位剂量包装包括充满产品的小袋,产品可包括个人护理产品或居家护理产品,包括但不限于:洗发剂、毛发调理剂、毛发着色剂(染料和/或显色剂)、衣物洗涤剂、织物软化剂、盘碟洗涤剂和牙膏。小袋可包含其它类型的产品,包括但不限于食品诸如番茄酱、芥末、蛋黄酱和橙汁。此类小袋通常相对薄而平,并且在一些情况下,具有水蒸气阻隔性能以防止随着时间推移水分从包装中的产品流失,或者水分从包装外部侵入到产品中。
[0044] 图1示出现有技术小袋形式的小袋10的一个非限制性例子。小袋10具有前部12、后部14、周边16、两侧18、顶部20和底部22。小袋10还具有围绕周边的封口24。小袋可呈任何合适的构型,包括但不限于所示的矩形形状。小袋可具有任何合适的尺寸。在一个实施例中,小袋为48mm×70mm,并且围绕全部四侧具有5mm宽的密封区。在小袋内侧的口袋26的尺寸(宽度W和长度L)是38mm×60mm。
[0045] 所述包装诸如小袋10可由任何合适的材料制成。合适的包装材料包括薄膜和机织物或非织造材料(在小袋包含固体产品的情况下),或者前述任何材料的层合物。如果需要,包装材料可包括呈层或涂层形式的液体和/或蒸汽阻隔层。包装材料可由非水可溶性材料或者对于一些情况由水可溶性材料构成。小袋(或其它类型的包装)的各个部分可均由相同的材料制成。在其它实施例中,包装的不同部分可由不同的材料制成。在一个实施例中,小袋10由两片相同的薄膜制成,它们形成小袋的前部12和后部14。薄膜可为任何合适类型的薄膜,包括单层薄膜和层合体。
[0046] 用于小袋的包装材料的弹性模量可处在大于或等于约1,000N/m(诸如对于低密度聚乙烯非织造织物)最高至约90,000N/m(对于薄膜和包括薄膜的层合体)的范围内。包装材料的弹性模量可落在比以上范围内更窄的任何范围内。例如,在薄膜和包括薄膜的层合体的一些实施例中,弹性模量可在约45,000至约85,000N/m的范围内。
[0047] 在一个实施例中,包装材料是包括下列三层的层合体:9微米厚聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜;18微米厚真空金属化的双轴取向的聚丙烯(VMBOPP)水蒸气阻隔层薄膜;和30-50微米厚聚乙烯(PE)薄膜。PET和PE层通过粘合剂被附着到VM BOPP薄膜。在该薄膜中,PET层将包括小袋的外表面,并且聚乙烯层将在小袋的里面上包括密封层。该薄膜的水蒸气阻隔性能是重要的以防止在它被消费者使用之前水分随时间推移从小袋里面的产品流失。
所述薄膜具有小于或等于约0.4克/m2/天的目标水蒸气传输速率。这种层合膜的平均纵向模量为约63,000N/m,以及平均横向模量为约75,000N/m。
[0048] 图2示出用于制备小袋的竖式形成、填充以及密封(VFFS)方法和设备30。如图2所示,用于形成小袋的两个幅材材料32和34被带入设备中,并且在竖直向下的方向上被送进到所述进程中。填充喷嘴36被插在幅材32和34之间。填充喷嘴36的顶端38(其视图被第二幅材34遮住)位于箭头38的顶端附近。沿着幅材32和34的两侧由竖直密封机构40形成了竖直封口。横向密封机构42位于填充喷嘴36的顶端38的下方。横向密封机构42形成封口,所述封口位于一个小袋的顶部和下一个小袋的底部。穿孔或裁切机构44位于横向密封机构42的下方,并且穿过由横向密封机构42所形成的封口来形成穿孔46。成品包装或小袋10被示于图2的底部。
[0049] 图2所示设备30的简化型式是仅单个线路(一个包装宽度)宽。提供具有多个并列竖直线路的此类设备已为人所熟知。然而,即使在此类多线路设备中,由于竖式形成、填充以及密封方法的构型,每个线路仅具有单个填充喷嘴。无论是液体或是粉末,产品流必须被干净地截流以便不污染包装的密封。对于被插在两层材料32和34之间的一组填充喷嘴而言,干净地打开和截流的能力是限速装置。
[0050] 图3显示一种新型形成、填充以及密封方法和设备50的简化单线路L1型式。所述方法可被描述成水平形成、填充以及密封(HFFS)方法。在所示的实施例中,所述方法和设备50被用来形成包含液体产品的小袋。然而,所述方法并不限于形成小袋(或包含液体产品的小袋)。实质上,在本方法的一个实施例中,第一或下部幅材材料(诸如薄膜)52被送进到设备50中,并且接着可在大致水平的方向上被传输。第一幅材材料52在其中具有至少一个腔体
56的第一或下部元件上方进行传输,第一幅材52的一部分被暂时地挠曲进腔体中。产品48诸如通过喷嘴60被沉积到第一幅材材料52上。第一幅材材料然后被覆盖有第二或上部幅材材料62,并且两个幅材被密封到一起以形成小袋。设备50的部件以及其变型形式如下。
[0051] 第一幅材材料52通过传送装置(在这种情况下其为第一元件,并且其可被称作“下部传送装置”或“填充传送装置”54。下部传送装置54可为任何合适类型的传送装置,包括但不限于真空传送装置。下部传送装置54具有异形表面,其在所述下部传送装置54的表面中形成第一幅材材料52被挠曲进其中的至少一个凹坑或腔体56。在该实施例中,下部传送装置具有在其中所形成的多个腔体56。
[0052] 第一幅材材料52具有初始的未挠曲构型。第一幅材材料52在将它传送通过设备的过程中被保持处于张力下。第一幅材材料52可按连续运动方式被下部传送装置54传送。在其它实施例中,第一幅材材料52可按间歇运动方式被传送。在各种实施例中,第一幅材材料52可按与下部传送装置54基本上相同的速度、按比下部传送装置小的速度或者按比下部传送装置54大的速度进行移动。
[0053] 腔体56可呈任何合适的构型。图3所示设备的实施例形成离散的凹坑,用于将被包含在小袋里面的产品48的每个剂量。然而,应当理解,在一些情况下,对于将被包含在小袋里面的产品48的每个剂量,不需要形成离散的凹坑。在其它实施例中,例如,腔体56可为连续槽的形式。由下部传送装置54形成的腔体56的构型决定了下部幅材材料52的形状或构型。(尽管遵循的说明书可将第一幅材材料52描述成薄膜,应当理解,第一幅材材料52并不限于薄膜)。下部幅材材料52可在横向(或“CD”)上,以及任选地在纵向(或“MD”)上被塑形。下部幅材材料52可被塑形的构型取决于构成下部幅材材料52的材料的模量和待填充的产品48的特性。
[0054] 图4显示在其中图3所示的方法中的一个实施例中下部幅材材料52构造的简化横截面,所述方法被扩展以在横向上提供多个线路L1和L2。这使并排的小袋能够由单个薄膜幅材制得(即,单个下部幅材材料52和下面所述的单个上部幅材材料)。本文所述的设备50可包括任何合适数目的多个线路,从两个到十二个,或更多。
[0055] 如图4所示,使薄膜52的一部分基本上适合腔体56。可通过任何合适的机构使薄膜52的该部分基本上适合于或者形成为腔体56的形状。合适的机构包括但不限于:(1)在薄膜
52进入腔体之前机械地操纵(或预成形)它,使得薄膜包括更易于适合于腔体56的一部分;
(2)通过在薄膜上施加真空和/或气压将薄膜的该部分挠曲进腔体56中;或者,(3)两者。仍然在其它实施例中,可使薄膜52通过将产品48沉积在薄膜52上的力来形成腔体的形状。此类机构可以但不需要使薄膜52塑形使得它准确地适形于腔体56的形状。
[0056] 如果利用了机械预成形步骤,则它通常将位于其中第一幅材材料52接触形成传送装置54的位置之前(或上游)的方法中。例如,如果这样一种预成形方法被用于图3所示的设备50,则机械预成形设备将位于位置P1处,该位置介于其中第一幅材材料52被送进所述设备中的位置和形成传送装置54的上游端部之间。
[0057] 用于机械地操纵薄膜的合适机构包括但不限于轨道、滑板、球、圆顶或半圆。图5和6显示包括三个并列线路L1、L2和L3的一个实施例,其中薄膜52通过机械成形部件的组合被机械地预成形以帮助薄膜52适形于腔体56的形状。在图5和6中,机械成形部件具有顶部成形板132和底部成形板134。底部成形板134包括间隔开的凹槽138,它们之间具有纵向取向的横档140,所述横档在横向上被间隔开并且被设置在薄膜52的下方。顶部成形板132包括设置在薄膜52上方的间隔开的上部元件136。在该实施例中,上部元件136包括圆形元件诸如圆顶件或半圆件。上部元件与底部成形板134上的凹槽138对齐。在其它实施例中,机械成形部件的位置可为颠倒的,使得凹槽138和横档140是在顶部成形板上,并且圆顶件136是在底部成形板上。
[0058] 如图6所示,在其中存在所形成的多个横向产品线路的某些实施例中,也期望对于下组或上组机械成形部件中的至少一组进行布置,使得在成形传送装置中间的线路中或邻近其的元件比外侧线路中或邻近其的元件向上游更远。例如,当从上面观察时,上部元件半圆件136可以按山形构型进行布置。这可使幅材的形成更平缓。仍然在其它实施例中,期望在下组或上组机械成形部件之一中的机械成形部件具有在相对组中的其它机械成形部件的上游的前缘。
[0059] 此类机械塑形机构可单独地使用或者与真空机构组合使用。例如,在一些实施例中,机械成形机构可预成形薄膜52,使得它被形成基本上适合于腔体56,以及可采用真空来使薄膜52的该部分更紧密地适合于腔体56。在其它实施例中,所述机构可预成形薄膜52,使得它被形成与腔体56紧密贴合,并且真空仅被用来在填充以及密封期间将薄膜52的该部分保持在腔体56中。仍然在其它实施例中,此类机械成形机构可被全部省略,并且薄膜52的该部分可单独地利用真空被拉伸进腔体56中。
[0060] 薄膜52形成的深度取决于期望的填充体积和所填充产品的材料特性。下部幅材材料52可在环境温度下被挠曲、形成或拉伸进腔体56中。如本文所用术语环境温度是指小于约100℉(38℃)的温度。通常,形成方法可在约40℉(4℃)至约95℉(35℃)或者约60℉(15℃)至约80℉(27℃)的温度下进行。然而,根据薄膜,也可能在升高的温度下将下部幅材材料52形成或拉伸进腔体中。薄膜温度可以以任何合适的方式被提高,诸如通过加热下部幅材材料52或者通过加热腔体56。在这些或其它实施例中,下部幅材材料52也可让热量间接地作用到其上,诸如由于从本文所述的热密封棒发出的热量。
[0061] 存在着可被用来形成腔体56的各种不同类型的机构。这些机构可被用于许多目的,包括:使下部幅材材料52变形成腔体56;将预成形的下部幅材材料保持在腔体中;或两者。图7显示使下部幅材材料52变形(或将预成形的下部幅材材料保持在腔体中)的步骤的简单执行。在该实施例中,下部幅材材料52在具有异形形状的静止部件诸如具有其中具有腔体56的异形表面的板上进行滑动。在这种情况下,腔体56为连续纵向取向的槽的形式。腔体56由侧壁66和底部68限定。如图7所示,形成腔体56的所述板其中具有多个真空槽70,它们被连接到真空歧管72。可沿着腔体56的任何合适部分定位真空通道70,包括但不限于腔体56的两侧66和底部68。在所示的实施例中,第一组真空通道74位于其中腔体的两侧66和底部68交汇的位置处。第二组真空通道76可位于腔体56的侧外部,并且可被用来抑制下部幅材材料52的边缘部分52A。
[0062] 如图8所示,在其它实施例中,代替具有异形表面的板,所述设备可包括形成腔体56的底部68的移动带传送装置(或者只是“移动带”)80。移动带80可呈闭合或环状套环形式。带80可为传送带系统的一部分,所述传送带系统包括带80围绕其行进的至少两个辊78。
辊78可具有在所述辊的旋转轴线A的方向上延伸的多个脊和凹槽。带80可在其下侧上具有多个横向取向的脊和凹槽,它们与用于驱动带80的辊78上的脊和凹槽接合。在该实施例中,腔体56的底部表面68由移动带80的顶部表面形成,并且侧壁66由静止的侧横档82形成。静止侧横档82与移动带80形成轻微的间隙84以适应带80的移动。在该实施例中,更期望下部幅材材料52随着移动带80一起移动,而不是如在图7所示部件的情况下一样滑动。
[0063] 图8所示的实施例也具有第一组真空通道74和第二组真空通道76。在图8所示的实施例中,第一组真空通道74的开口位于侧横档82和移动带80之间的间隙84中的位置处。这使下部幅材材料52挠曲(或保持)成腔体56的构型。第二组真空通道76如图所示在侧横档82中被形成以抑制下部幅材材料52的边缘。在该实施例中,真空歧管72可位于传送装置80的内部。
[0064] 图9示出下部幅材材料52可(诸如通过图7或图8所示的成形设备)被成形成槽。当产品包括中等粘度(诸如洗发剂)或高粘度(诸如毛发调理剂)的液体时,下部幅材材料52形成为简单槽的形状是适当的。如图9所示,液体48可以以离散量被沉积并将在下部幅材材料52上保持分开一段时间。
[0065] 如图10所示,就低粘性液体类似液态居家护理剂而言,可将横向横档(或“横向构件”或“横档”)86增加到移动带80上以勾划离散的凹坑56。横向横档86可在高度上低于侧横档82以使下部幅材材料52的变形最小化。图10所示移动带传送装置54的部件可具有任何合适的尺寸。
[0066] 图11显示成形设备的另一个实施例。图11中的成形设备包括固定板和移动带的组合。成形设备包括底板88和顶板90,供双线路宽的HFFS设备50使用。底部成形板88被用来使下部幅材52挠曲(或保持预成形的下部幅材处于挠曲状态)。顶部成形板90被用来使上部幅材62挠曲(或保持预成形的上部幅材处于挠曲状态)。尽管顶部成形板90被显示成被设置在底部成形板88正上方,应当理解,顶部成形板90通常位于在分配区58后面底部成形板88的下游。在描述分配步骤之后将进一步描述顶部成形板90。
[0067] 底部成形板88是成轮廓的以提供其中的腔体56。如图11所示,底板88包括凸起表面98,所述凸起表面在两个腔体56的中间以及侧外部。在一个非限制性实施例中,腔体56是30mm宽,以及凸起表面98具有14mm的宽度。凸起表面98具有纵向侧边100,它们被倒圆以避免撕裂下部幅材材料52。底部成形板88具有在其中间隔开的真空通道。在邻近腔体每一侧的腔体56的基部中具有第一组真空通道74。在处于腔体56侧外部的凸起表面98中也具有第二组真空通道76。真空通道74和76在纵向上被间隔开(诸如约10mm)。类似于图8或图10所示移动带的移动带80位于每个腔体56内,或者位于邻近每个腔体56或在每个腔体内部的凹槽
56A中。在图11中,凹槽56A被形成为腔体56的底部表面的形状。形成腔体56的底部的一部分可由带80的顶部表面81形成。利用真空来形成幅材(或者保持预成形的下部幅材处于挠曲状态中),并且利用带80来传输幅材52横跨刚性非移动的成形板。
[0068] 在图11所示带和前面附图中所示那些带之间的一种差异是,在图11中,可具有通向带80的顶部表面81的真空通道77。带80可具有其中的真空孔79,用于保持幅材52与带80的顶部表面81接触。在图11所示的实施例中,真空孔79沿着带80的每个纵向侧部被定位,尽管在其它实施例中,真空孔可位于带上的任何别的地方,诸如如图8所示沿着带的两侧。仍然在该实施例的其它型式中,如果带80的顶部表面81被提高到成形腔体的基部以上(例如,0.125mm以上),带80可具有足够的牵引力来驱动薄膜52,不用将真空施用到带80。
[0069] 在其中薄膜主要由机械设备预成形或塑形来使所述薄膜挠曲的实施例中,下部幅材材料52可用约30英寸(76.2cm)的水真空度被充分地保持在腔体56中。在其它实施例中,薄膜主要通过真空而塑形。在后一实施例中,如果所述设备是十二个线路宽,下部幅材材料在中间六个线路中的多个部分可用25-35英寸(约65cm至90cm)的真空度来形成。下部幅材材料52在中间线路的每侧上的外侧三个线路中的多个部分可利用介于约15至25英寸(约38至65cm)的真空度来形成。
[0070] 被挠曲或形成进腔体56中的下部幅材材料52中的至少一部分将发生弹性变形。弹性变形量有利地小于或等于与第一幅材材料52相关联的任何水蒸气阻隔层的最大应变。弹性变形量可例如小于或等于约4%、5%或6%。
[0071] 在至少一些实施例中,希望薄膜52的幅材基本上没有塑性变形,使得在所述机构完成作用在薄膜52上之后薄膜52倾向于返回到其初始构型。如本文所用,短语“基本上没有塑性变形”是指塑性变形小于或等于约1%。在一些情况下,期望具有小于或等于约0.5%,或小于或等于约0.2%的塑性变形。下部幅材材料52可完全没有塑性变形。在其中薄膜52基本上没有塑性变形的实施例中,薄膜52的成形部分通常将没有任何宏观可见的折叠线、皱纹、永久伸展区域或减薄区域。当然,在其他实施例中,对于薄膜而言,可能包含某些塑性变形量。然而,如果第一幅材材料52包含将被此类塑性变形不良破坏的水蒸气阻隔层,则此类塑性变形应当被避免。如下文所详述,除了薄膜52的水蒸气阻隔性能之外,确保薄膜基本上没有塑性变形将使可引起薄膜的宽度过分地增大的薄膜的任何伸长最小化。如果薄膜的宽度过分地增大,则下部幅材材料52的边缘可延伸超过上部幅材材料62的边缘(或者反之亦然)。这可需要修剪薄膜其中之一的边缘,使得它们一致。
[0072] 当下部幅材材料52被挠曲进腔体56中时,下部幅材材料52的侧边52A被拉伸向内,使得薄膜52由于挠曲而变得更窄。在图10所示传送装置54的情况下(例如),可产生约2mm的膜宽减小。如果存在用于由薄膜的单个幅材制成小袋的凹坑56的两个或更多个并列线路,则下部幅材材料52的宽度上的总体减小将会更大。例如,就下部幅材材料52具有96mm初始宽度而言,对于两线路执行方案而言,薄膜52可具有约4mm的宽度上的减小,使得挠曲薄膜宽度为约92mm宽。就十二线路执行方案而言,下部幅材材料52可具有585mm或更大的初始宽度。
[0073] 可利用多种不同的方法和机构,使得下部幅材材料52可被挠曲并发生宽度上的减小,同时下部幅材材料52的边缘部分52A保持被真空控制。在一个实施例中,真空可以初始被连续地施加到薄膜52的中部(横跨宽度),然后沿着幅材材料的边缘施加到外部。在这样一个实施例中,或者在其它实施例中,与沿着薄膜的边缘施加到外部相比,施加到薄膜52的中间部分的真空度可较高。仍然在其它实施例中,如上所述在薄膜进入腔体56之前,下部幅材材料52可被机械地塑形或预成形,使得在真空被施加之前其边缘按期望的量被向内拉伸。
[0074] 如图3和4所示,产品48利用任何合适的分配装置或设备可被沉积于下部幅材材料52上,包括但不限于喷嘴60、正排量和用于分配固体或粉末的装置,其取决于待分配的产品。尽管下面的说明书描述了喷嘴,可利用其它分配装置来代替。喷嘴60在分配区58中被定位在下部幅材材料52之上。喷嘴60可分配产品诸如液体(或糊剂)产品48到下部薄膜幅材52上,并且具体地分配进下部薄膜幅材52与腔体56相对应的挠曲部分中。喷嘴60以及其孔口可具有任何合适的类型和构型。图13显示一种合适的喷嘴构型。喷嘴60包括喷嘴主体150、在其中具有活塞154的腔室152、喷嘴孔口156和截流机构或提升158。喷嘴主体150在其中具有若干开口,包括:用于液体产品48的入口160;打开活塞腔室152的空气入口162,和关闭活塞腔室152的空气入口164。喷嘴60可具有如图14所示的圆形孔口。一种合适的喷嘴为Hibar HPS 1.375英寸(3.5cm)圆形孔口正截流喷嘴,部件编号147742,具有1/4英寸(6.4mm)的内径,购自Boone,North Carolina,U.S.A.的Hibar Systems Limited。
[0075] 图15显示,在另一个实施例中,喷嘴具有狭槽形孔口。与沉积升高的液珠的具有圆形孔口的喷嘴相比,这可被用来将沉积较低轮廓(或高度)剂量的液体在下部幅材材料52上。在其中利用了狭槽形喷嘴60的一些实施例中,喷嘴将沉积相对平坦的液体带到下部幅材材料52上。液体带可具有任何合适的平面图构型,包括但不限于按大致矩形的构型。狭槽形喷嘴60被设置在下部幅材材料52上方,其中它的较长尺寸取向在横向上并且它的较短尺寸取向在纵向上。孔口可具有任何合适的尺寸。在一个实施例中,狭槽可为25mm长和1.1mm宽。如图15所示,喷嘴60可包括与狭槽156的形状相同形状的截流机构158以便截流来自喷嘴的流量。
[0076] 在其它实施例中,喷嘴可具有多个孔口。即,喷嘴可为多个孔或“多孔”喷嘴。多孔喷嘴的例子描述于2012年10月15日提交的临时美国专利申请号61/713,696中。此类多孔喷嘴被示于图21和22中。图21显示,多孔喷嘴组件一般可包括气缸222、可选的连接主体224和喷嘴主体226。气缸222在喷嘴主体226内部移动塞子228以打开和闭合喷嘴。可选的连接主体224将气缸222连接到喷嘴主体226。图22显示,气缸222可包括其中具有内部中空空间232的外壳230。气缸222还包括杆234、活塞236和弹簧238。在它的通常定向中,在操作期间,气缸222可移动杆234向上以便打开喷嘴,以及向下关闭喷嘴。如果给填充机的气压被关闭(用于突发事件、维修、空气管损坏等),弹簧238保持塞子228抵靠喷嘴主体226中的开口并且阻止液体流出喷嘴。气缸222可包括任何合适的可商购获得的气缸。可选的连接主体224可包括适合于将气缸222连接到喷嘴主体226的任何构型的元件。
[0077] 多孔喷嘴组件200可包括喷嘴部件252。喷嘴部件252包括在其中具有通道的喷嘴主体226的任一部分;或者其中具有形成的通道的单独喷嘴件。呈单独喷嘴件形式的喷嘴部件252的一个实施例被示于图23中。喷嘴部件252具有周边254、具有表面的入口侧256和具有表面的出口侧258。喷嘴部件252具有多个单独的通道250,所述通道从其入口侧256附近延伸穿过喷嘴部件到其出口侧258,使得通道250在喷嘴部件252的出口侧258的表面中形成多个开口250A。在一个实施例中,喷嘴部件252的出口侧258的表面具有在其中的多个凹槽262,所述凹槽被设置在喷嘴部件的出口侧258的表面中的开口250A之间延伸。喷嘴还可包括塞子228,所述塞子可具有任何合适的构型,并且可由任何合适的材料制成。在图21和24所示的实施例中,塞子228被构造成具有基本上平坦的远端,其足够大以同时覆盖由位于喷嘴主体的入口侧中的通道所形成的所有开口250A。塞子可由任何合适的材料诸如不锈制成。
[0078] 尽管“多孔”喷嘴组件的出料端和喷嘴部件在附图中被显示成具有圆形横截面,喷嘴组件的出料端和喷嘴部件可具有任何合适的构型。例如,当多孔喷嘴被用于竖式形成、填充以及密封方法时,期望多孔喷嘴的出料端具有扁平形状,诸如扁平的菱形形状,使得它被更好地构造成适合用来形成包装的两个幅材材料之间的空间。
[0079] 可具有任何合适数目的喷嘴60,从单个喷嘴到多个喷嘴。通常希望把两个或更多个喷嘴60在纵向(MD)上布置在如图3所示小袋的每个线路中以在单线路中同时填充多个包装。相对于VFFS设备诸如图2所示的设备,这可极大地提高填充的速度。如图4所示,在包括用于形成包装的多个横向线路的设备中在横向(CD)上也可提供多个喷嘴。多个喷嘴60可为基本上对齐的,诸如在纵向和横向两个方向上排成排。
[0080] 喷嘴60可为静止的或可移动的。在某些实施例中,喷嘴60可相对于容器移动。所述“容器”包括流体将要被分配到其上或其中的制品。如本文所用术语“到其中”与分配有关,包括分配到容器上和分配进容器中,任何一个都适合于正确地分配流体。容器可包括任何类型的制品,包括但不限于在下部幅材材料52中的腔体,或充满流体的任何类型的容器,包括包含多于单剂量产品的瓶子和其它类型的容器在内。虽然,本文将关于将流体分配进下部幅材材料52中的腔体中描述喷嘴60的移动,喷嘴和填充系统的特征结构适合于任何其它类型的容器。
[0081] 喷嘴60可以是可移动的,例如以往复运动方式,使得它们在相同的纵向上随着腔体56移动,然后返回到它们的起始位置以便下一次分配循环。在其中喷嘴60是可移动的实施例中,喷嘴可以但不需要是完全同步的以按与下部幅材材料52相同的速度移动。例如,喷嘴60可按与下部幅材材料52相同的速度移动,或者它们可慢于下部幅材材料52。喷嘴60在投配期间可按恒速或者按变速移动。如果喷嘴的速度是可变的,则在投配期间喷嘴的移动可加速或降速。例如,期望喷嘴的移动减速,使得产品剂量将具有尽可能低并且均匀的高度(或轮廓)。这将帮助防止产品被分配或流进幅材将被密封到一起的各部分中。如果喷嘴60是可移动的,则喷嘴60可在下面的任何时候分配产品48:当喷嘴60静止的时候;当喷嘴60按与下部幅材材料52相同的速度在相同的方向上进行移动的时候;当喷嘴60在与下部幅材材料52相同的方向上但以不同的速度进行移动的时候;或者当喷嘴60在与下部幅材材料52相反的方向上进行移动的时候。使用本文所述的运动和填充控制系统,喷嘴60可在填充序列期间按定制运动曲线进行移动以控制沉积在容器上的形状。
[0082] 本文所述的可移动喷嘴机构和填充系统可被用于本文所述的方法以及用于其它分配方法。此类其它分配方法包括但不限于:竖式形成、填充以及密封(VFFS)方法;和用于充满流体的任何类型的容器的填充方法,包括被用来填充包含多于单剂量产品的瓶子和其它任何类型的容器的那些方法在内。因此,本文所述的填充系统不应限于填充本文所述类型的单位剂量包装。如图2所示,如果在竖式形成、填充以及密封(VFFS)方法中使用了可移动的喷嘴机构,则喷嘴将在箭头的方向上竖直地向上和向下移动。
[0083] 希望每个剂量的液体被干净地分配到容器诸如下部幅材材料52上或分配进其中,并且在多个剂量之间基本上立即停止液体的流动。如果在多个剂量之间分配喷嘴60滴下或产生连串的产品,则多个剂量之间的密封区有可能被污染,导致封口失效和小袋渗漏。控制投配通过使用填充系统或填充控制系统而实现。本文所述的填充(或投配)系统与填充控制系统(连同/不连同可移动的喷嘴机构)也可被用于此类其它分配方法中。
[0084] 图16是填充系统的一个实施例的示意图。如图16所示,填充系统包括待沉积到容器诸如下部幅材材料52上或沉积进其中的用于液体48的存储供应源168。液体的存储供应源168通过管道被连接到液体48的罐170。罐170可被加压,或者对于低粘度产品而言,它不需要被加压并且可依赖于压头控制的液位。在附图所示的实施例中,它是加压的。调节的空压管线172将罐170连接到主气源171,并且也基于气帽压力控制器179具有放出罐中多余压力的能力。用于将液体48传输到喷嘴60的管线174将罐170连接到喷嘴60。供液罐170配备有液位175和测压仪表176以允许快而准确地压头控制和监测。利用罐内液面传感器175并且通过各种部件(诸如泵177、阀或气动活塞)控制输入流的液位控制器178连同罐气帽压力控制器179一起,允许调整净喷嘴压头。罐内液位控制器178和罐气帽压力控制器两者可为独立式控制器或者居于PLC183中作为整体集成的方法控制系统。如果具有多个喷嘴,则喷嘴可被连接到歧管180和各个喷嘴管路184,所述喷嘴管路对于所有喷嘴可具有相同的构型。如果需要,可靠近歧管180增加另外的压力传感器188以提供另外的总压头(液体压头加气帽压头)监测点,其可被用来给气帽压力控制器179或液位控制器178提供过载压力调整以保持恒定的总压头。
[0085] 喷嘴60可具有与其连接的致动器系统181以提供液体的迅速响应、积极的开/关控制。致动器系统181可包括任何合适的装置,包括但不限于正排量泵、一个或多个阀诸如空气驱动的(气动式)电磁阀186或电动电磁阀。喷嘴致动器系统181可被连接到流量测量装置(或流量反馈装置)诸如流量计182。流量反馈装置可为质量流量计或体积流量计以分别准确而迅速地获得流体的每个样本质量或体积。可编程逻辑控制器(PLC)183和相关联的高速输入装置185和输出装置187(诸如图16A和16B中的输入和输出卡)可与泵、阀和流量计连通,并且可被用来允许适时质量或体积汇总和每次质量或体积填充的喷嘴控制,以及用于以上所概括的液位和罐气帽压力控制。
[0086] 输入装置185可为能够从流量计182获取数据的任何装置。输入装置185应当具有能够从特定类型的流量计182最快速地获取数据的类型。因此,可从下组中选择输入装置185,所述组包括但不限于:网卡、以太网连接、数据计数卡和模拟卡。实际流量可在PLC中或者在输入装置185上进行计算,或者可在流量计182自身中进行计算,其取决于流量计类型、如何接收输入和任何预处理需要。因此,PLC接收流量反馈量以和所需的设定点相比较来生成误差,然后利用误差计算校正动作诸如新的控制致动时间。下面很详细地描述了高速输出装置187。
[0087] 算法与PLC相关联(诸如通过被编程到PLC中)。算法接收所测量的填充量反馈作为输入,并且进行校正调整。来自PLC的数据可用以对于每个填充循环来计算对填充时间的调整,和对用于阀控制的螺线管的输出命令的准确定时或者对正排量泵的总流量和流速曲线控制调整。如果合适的高性能部件与正确的控制系统机构和算法结合,则可实现填充系统给可控沉积轮廓(如果需要)提供快速的高精度填充。如果需要,这样一种填充系统可被用来快速且准确地分配较小剂量的产品(例如,小于或等于约5克的产品)。在一些情况下,产品剂量可在小于或等于约100毫秒内进行分配。在一些情况下,其中多个剂量可被分配、测量、控制校正计算和任何往复式喷嘴滑架返回到位使得它对下一次分配准备就绪的循环时间可在以下时间内进行:小于或等于约300毫秒、或小于或等于约200毫秒内;或者在约50或约100毫秒至约300毫秒、或约50毫秒至约200毫秒的范围内。分配也可与喷嘴相对于容器的精准运动控制结合以提供可控的沉积轮廓。
[0088] 实现可与喷嘴/容器运动协调的准确而高速填充要求控制系统、致动器、传感器和控制系统算法和架构的设计与这些能力紧密同步。也要求用于主流体供应罐170的设计良好的流体再供应系统,其连同可阻隔系统的压力扰动的设计良好的压头控制系统一起使压头扰动最小化。这通过选择正确的控制系统部件、然后以允许最佳控制交互作用系统的方式结合它们而进行。就高速填充而言,希望用于喷嘴控制以及流量质量反馈测量系统所需的所有部件满足某些动态性能要求。
[0089] 这样一种填充控制系统的一个实施例被示于图16A中。可选择喷嘴致动部件使得从在PLC 183里面启动到实际喷嘴60被完全打开的时间不超过30毫秒。这使用输出装置诸如预定输出装置(例如,程序设定的数字输出卡)187来执行,其电控制位置靠近喷嘴60定位的阀诸如气动式阀186。预定数字输出卡187具有其自己的处理器。这提供以下优点:能够操作而没有等待来自PLC的信号的延迟,并在PLC更新之间能够插入所需的开/关事件给所述卡。预定输出可具有在小于100微秒的时间段增量内控制数字输出的能力,并且可选地可被程序控制来利用特定的电子运动位置状态触发打开以及对于控制算法生成的时间量保持打开。控制系统具有通过利用预定输出卡连同在PLC 183中喷嘴相对于容器的凸轮运动曲线的开发和执行一起限制流量计填充到定制的流体形状轮廓的能力。流量计部件182和相关联的数字输入卡185可具有内部参数设定以提供从实际流动启动直到在PLC 183中检测到流量测量值为止不超过30毫秒的延迟时间,并且在分派的全循环周期内,提供与称重样品相差10%或更小的可重复的测量能力。本文所提到的10%准确度是实际称量质量与目标填充质量相比。这将有别于电子测量读数中所示的波动。换句话讲,电子质量测量值可显示低波动性,但偏离有偏差,并且在本方法中,这可被校正以使所沉积的最终质量在目标质量值的10%以内。
[0090] 一般来讲,当设计有正确的算法时,使用高速流量计计数卡185以及预定输出卡187二者的本文所述的控制系统的型式是独一无二的,因为由于设计的控制系统架构、算法和部件选择的缘故,它允许流体填充控制系统(即,填充开始或停止)与运动控制系统(当幅材或单元操作处在特定位置时)很紧密地同步,同时也允许非常准确的填充时间控制(控制通/断时间到毫秒级分)。
[0091] 图16B中显示了填充控制系统的一种替代型式。可既不提供与运动位置紧密的同步性也不提供十分准确的填充控制精度的这种替代形式的填充控制系统利用高速计数输入卡,其可具有高速输出能力。在这种情况下,控制算法通常需要提供触发点,以便在填充期间当高速输入计数值增大超过质量总阈值之时,输出被触发以关闭填充阀。由于系统时间延迟,该质量总阈值或截流触发值将是小于或等于期望的最终总质量的质量值。
[0092] 概括地说,填充控制系统利用下列数值:来自流量测量系统的反馈的输入;何时打开喷嘴和打开多长时间的输出控制;和算法提供校正的填充时间以及与方法变量(诸如喷嘴相对于容器的位置)有关的开始或停止触发值。就诸如图16A所示的实施例而言,预定输出卡间或提供准确地开始或停止填充循环的能力,其可发生在来自PLC的更新之间的时间。(预定输出卡可插入在分配系统定位/加工的地方,并在来自PLC的通信之间可触发通/断信号)。控制算法使用流量体积或质量反馈(其为填充量反馈测量值)来进行填充时间上的校正调整,并且输出控制信号和控制致动时间中的至少一种,以用于控制分配装置致动器系统应当何时被供应流体。控制信号可包括控制“开”或“关”信号,或者它可包括给预定输出卡的信号,使得预定输出卡可插入并触发开或关信号(如上所述)。输出设定在填充的开始或停止(但通常不是同时)将发生之时。相反的(停止或开始)接着通过加上/减去由算法所提供的校正填充时间而设定。
[0093] 就图16B所示的实施例而言,算法提供校正的填充量总阈值目标(这意味着它可利用反馈/误差被动态地改变)并且每个填充循环将它发送到合二为一的数字输入/输出卡)。然后,在图16A所示的实施例中使用预定输出卡可更准确地设定填充的绝对开始或结束,以及更准确地设定喷嘴被打开的总时间量(填充时间)。
[0094] 如图所示,在图3的整体描述中,分配区58的下游、第二幅材材料诸如上部幅材薄膜62进入加工状态,处在下部幅材材料52之上。尽管下面可将第二(或上部)幅材材料描述成薄膜,应当理解,第二幅材材料并不限于薄膜。上部幅材材料可为象适合用作下部幅材材料一样的本文指定的任何类型的材料。上部幅材材料62被保持到水平的上部成形传送装置(或“上部传送装置”)64的下侧。上部传送装置64可为真空传送装置。
[0095] 上部幅材材料62可平放在形成的下部幅材材料52的顶部上而不用使上部幅材材料62挠曲。然而,上部传送装置64也可具有异形表面以在上部幅材材料62中产生通道或槽。上部幅材材料62中的通道或槽可具有与下部幅材材料52被挠曲进其中的槽或腔体56基本上相同的宽度和深度。
[0096] 希望使上部幅材材料62挠曲具有几个原因。使上部幅材材料62类似于下部幅材材料52挠曲提供在刚刚被放置在下部幅材材料52上的半埋设产品48上方的间隙,并且避免横跨下部幅材材料52涂抹液体产品。涂抹液体产品可给小袋带来许多问题诸如褶皱和/或渗漏。使上部幅材材料62挠曲也造成小袋更加对称。此外,在典型的小袋上,小袋两侧上的薄膜将在其上具有印刷(例如,产品名称和产品信息),其一般被将被设置在成品小袋的密封区中的未印刷部分所围绕。使上部幅材材料62类似于下部幅材材料52挠曲允许相同或基本上相同宽度的薄膜被同时用于下部幅材材料和上部幅材材料,并且在制造过程期间在两个薄膜上产生相同的宽度减小,使得薄膜的印刷和未印刷部分将彼此对齐。当然,在其它实施例中,薄膜可免于印刷。仍然在其它实施例中,印刷可在包装被形成之后被添加到薄膜。
[0097] 可采用用来形成下部幅材材料52的一种类似成形方法(即,静态板、移动带或它们的组合的类似系统)来使上部幅材材料62挠曲。图11显示用于两个线路宽(包括线路L1和L2)的设备中的上部成形元件90的一个实施例。换句话讲,上部成形元件90具有在其中的(至少)两组腔体96。在这样一个实施例中,顶部薄膜62将具有足够大的宽度以被拉伸进相邻的线路L1和L2中的上部腔体96中。使上部幅材材料62挠曲的步骤和上部幅材材料62在挠曲期间的特性可与在下部幅材材料52的情况下基本上相同。(例如,上部幅材材料62可发生弹性变形,但基本上没有塑性变形)。
[0098] 如图11所示,上部成形元件90包括具有凸起表面108的板,所述凸起表面位于上部凹槽或腔体96之间以及它们的侧外部。在一个非限制性实施例中,腔体96为30mm宽,以及凸起表面108具有14mm的宽度。凸起表面108具有被倒圆的纵向侧边109以避免撕裂上部幅材材料62。凸起表面108具有其中的真空通道110以保持上部幅材材料62抵靠凸起表面108。上板也具有在凹槽96中的真空通道112。真空通道110和112被连接到真空歧管,所述真空歧管又被连接到真空源。类似于图8或图10所示移动带的移动带80位于每个上部腔体96内,或者位于相邻于每个上部腔体96或在其内部的凹槽96A中。在图11中,凹槽96A被形成为腔体96的基部的形状。如在下部腔体的情况下一样,成形腔体96的底部的至少一部分可由带80的顶部表面81构成。(应当理解,上部幅材62被挠曲进其中最远的上部腔体96的那部分将被称作腔体的“底部”,即使上部腔体96相对于底部腔体56是颠倒的。关于上部腔体96中的带80,将适用相同的约定。因此,带在上部腔体中的“顶部表面”将对应于与带在下部腔体56中的顶部表面相同的表面)。真空被用来形成幅材(或者保持预成形的上部幅材处于挠曲状态),以及带80被用来传送幅材62横跨刚性的非移动成形板。
[0099] 如在下部成形元件的情况一样,可具有通向带80的顶部表面81的真空通道114。带80在其中可具有真空孔79,用于保持幅材62与带80的顶部表面81相接触。在图11所示的实施例中,真空孔79沿着带80的每个纵向侧部分被定位,尽管在其它实施例中,真空孔可位于所述带上别的地方,诸如如图8所示沿着带的两侧。
[0100] 图12显示上板90的一个另选的实施例,其中腔体96在其基部上不具有单独的凹槽。在该另选的实施例的一个变型中,带(当存在时)从腔体96的基部向外被设置,但仍位于腔体内部。(此类带将定位在被命名为102的元件占据的空间中)。在该实施例中,在腔体96的两侧和带的侧边之间具有间隙。在该实施例中,凸起表面108的顶部和带的顶部之间的距离是顶部腔体的深度。在该实施例的另一个变型中,没有带。在这样一种变型中,否则将被带占据的位置可包括静止板或件102,其与凹槽的最内部分间隔开以允许围绕静止板102的空气的通路。
[0101] 应当理解,顶部腔体96的深度和底部腔体56的深度可相同,或者顶部腔体96的深度可小于、或大于底部腔体56的深度。例如,在其中具有形成底部腔体的横向横档86的实施例中,底部腔体56的深度可为4mm,以及顶部腔体96的深度可为约3mm以便提供上部幅材材料62的相同横向定相,由于下部幅材材料52由形成底部腔体56的横向横档形成轮廓。
[0102] 在其中薄膜主要由机械设备塑形的实施例中,上部幅材材料62可用50英寸(约130cm)的水真空度进行保持。在其它实施例中,薄膜主要由真空塑形。在后一实施例中,如果设备是十二个线路宽,上部幅材材料在中间六个线路中的各部分可用40-50英寸(约100至130cm)的真空度来形成。上部幅材材料62在中间线路的每一侧上外侧三个线路中的部分可用介于约15至25英寸(约38至65cm)之间的真空度来形成。
[0103] 下部幅材材料52和上部幅材材料62被分别挠曲进下部腔体48和上部腔体96中,使得下部幅材材料52和上部幅材材料62各自具有横向上的轮廓。下部幅材材料和上部幅材材料52和62因此将具有小于它们的未挠曲宽度的挠曲横向宽度。图17显示下部幅材材料52和上部幅材材料62的未挠曲宽度Wu。图18显示下部幅材材料52和上部幅材材料62相对于它们的未挠曲宽度WU的挠曲宽度Wd。下部幅材材料52的挠曲横向宽度Wd可基本上与上部幅材材料62的挠曲横向宽度相同。如本文关于材料的相对挠曲宽度Wd所用术语“基本上相同”是指挠曲宽度彼此相差小于或等于约0.2%。在一些实施例中,期望挠曲宽度彼此相差小于或等于约0.1%。如果设备50具有至少两个横向线路,则期望对于下部幅材材料52和上部幅材材料62在每个线路中的挠曲横向宽度Wd基本上相同(相差小于或等于约0.2%)。顶部幅材材料62和底部幅材材料52的挠曲部分可为对称的。作为另外一种选择,如图18所示,顶部幅材材料62和底部幅材材料52的挠曲部分可具有不同的构型,假设每个线路中的挠曲部分在宽度上减小基本上相同的量。
[0104] 图19显示形成小袋的完整方法的一个非限制性实施例与密封步骤上的进一步细节。如图19所示,两个幅材材料(如,薄膜)52和62被退绕使得材料的密封剂侧面向内。底部薄膜52形成首先开始。底部薄膜52可采用诸如图5和6所示的设备在位置P1处被(可选地)机械地预成形。真空通过下部传送装置54被施用到底部薄膜52以将底部薄膜形成为腔体的形状或者将预成形薄膜保持在腔体中。产品48诸如从一个或多个喷嘴60被分配进在底部薄膜52中形成的槽或腔体中。顶部薄膜62可采用诸如图5和6所示的设备在位置P2处被(可选的)机械地预成形。真空通过上部成形传送装置64被施用到顶部薄膜62以将顶部薄膜形成为槽或腔体的构型或者将预成形薄膜保持处于这样一种构型。在该实施例中,薄膜62被形成为与底部薄膜52一样的横向上轮廓。
[0105] 在该实施例中,被用来形成长度或纵向封口的纵向封口成形装置120被显示邻近成形传送装置54和64。纵向封口将形成小袋上的侧封口。纵向封口成形装置可呈纵(MD)走向加热元件(棒)120的形式,其位于相邻的线路之间并且也位于第一个线路和最后一个线路的侧外部。加热棒120可为弹簧加压彼此竖直贴靠的以将两个薄膜52和62密封到一起。封口成形装置120理想地提供足够的压力以使薄膜52和62的密封层之间的空气最小化,使得密封层处于紧密接触。密封层被加热到它们的熔点以将它们热密封到一起。
[0106] 在纵向密封和填充的幅材离开成形区之后,可具有纵向密封辊隙122。纵向密封辊隙可为驱动的或未被驱动的。纵向密封辊隙122施加轻微的压力以确保薄膜在纵向密封区中粘合(但优选地不施加压力给其中产品48已经被沉积到所述薄膜上的多个部分)。在一个实施例中,辊隙122可由较软的辊和砧辊形成。较软的辊可包括具有包括20肖氏硬度A硬度计材料的表面的辊。这样一种辊可被用来将纵向(或长度)密封部分更好地压合在一起用于更均匀的接触。形成辊隙的辊中的至少一个也可是冷硬的以冷却纵向封口。
[0107] 在纵向密封辊隙122之后,可采用可选的一对相对的真空板124来保持两个薄膜材料52和62在未密封区域分离,使得沉积在下部幅材材料52上离散位置中的多剂材料48保持分开。
[0108] 填充和成形传送装置54和64的下游是用于形成横向取向的封口的装置65。这将被称作横向密封装置65。横向密封装置65可为在产品剂量之间的空间中在幅材52和62之间能够形成横走向封口的任何合适的装置。图3中示出了这样一种装置的一种形式,所述装置包括合到一起的一对上部和下部部件65A和65B诸如横走向棒65A和65B以形成单个横向封口。横向密封装置可相对于薄膜52和62的纵向运动是静止的,使得上部和下部横向取向的棒
65A和65B只是朝彼此移动和分开移动。在其它实施例中,上部和下部横走向棒65A和65B可随着薄膜52和62移动。在图3所示的实施例中,上部和下部横走向棒65A和65B以往复运动的方式(在箭头的方向上)平行于薄膜52和62运动,而在它们随着薄膜移动时同时使上部和下部横走向棒65A和65B抵靠薄膜。
[0109] 在诸如图20所示的其它实施例中,横向密封装置65可包括具有其它构型的密封部件。图20显示其中上部和下部部件65A和65B包括大致U形的元件的一个实施例,所述元件各自分别包括一对间隔开的密封棒65A1和65A2以及65B1和65B2。两个密封棒与仅一个密封棒比较允许更多的密封保压时间。在密封棒65A和65B打开和闭合以密封薄膜52和62时,密封棒单元65相对于产品流前后(上游和下游)来回横穿。密封棒可每个具有位于在密封棒和框架69之间的弹簧67,使得它们是弹簧加压的以竖直地向上和向下移动。图20所示横向密封装置65的上部和下部部件65A和65B可被用来同时在小袋的顶部和在底部形成封口。密封部件65A和65B包括上游密封棒诸如65A1和65B1以及下游密封棒诸如65A2和65B2。
[0110] 当每个密封部件65A和65B包括多于一个密封棒时,密封棒可相对于彼此是固定的,或者相对于彼此是可调节的。期望每个密封部件中至少一个密封棒是固定的。固定密封棒可包括上游密封棒或下游密封棒。在图20所示的实施例中,下游密封棒65A2和65B2是可调节的,具有不同的设置1、2、3和4。使至少一个密封棒可调节允许调节封口之间的间距以适应包装长度上的变化。当然,此类部件的其它变型是可能的,包括具有能够同时形成三个或更多个横向封口(诸如在多个小袋之间)的另外的密封棒在内。
[0111] 在包装形成期间施加到薄膜52和62的真空可在所述方法中任何合适的阶段被释放。所述真空可在任何下列时间被释放:(1)在任何封口形成之前(在这种情况下,在初始施加真空之后保持在下部幅材材料52上使下部幅材材料挠曲的残余真空可继续将下部幅材材料52保持适当的地方);(2)在纵向封口形成之前;(3)在给定包装上的横向封口之一形成之后;或,(4)在给定包装上的所有封口形成之后。通常,真空将在纵向封口形成之后被释放以便有利于横向封口的形成。当真空被释放时,第一幅材材料(以及第二幅材材料)的挠曲部分朝向它们的初始未挠曲构型恢复。挠曲部分可完全恢复到它们的未挠曲构型,或者仅仅部分地恢复到它们的未挠曲构型(术语“朝向”旨在包括二者)。通常,由于在构成包装的幅材材料之间存在产品48的缘故,挠曲部分将仅部分地恢复到它们的未挠曲构型。
[0112] 横向密封装置65的下游是用于形成纵向狭缝的设备126和用于横向穿孔/切割的设备128。纵向裁切可通过任何合适的机构126包括但不限于通过抵靠砧座的压裂纵切机或者通过剪切裁切设备来制成。单位剂量包装的幅材可在每个线路之间或换句话讲根据需要进行裁切。狭缝可为连续的或者它们可为间歇的穿孔。可设计和操作横向穿孔方法以在指定排之间切割来制造栅格(产品矩阵)。在图19所示的实施例中,机械模具被用于纵向裁切设备126和横向裁切设备128二者。然而,可利用纵向或横向上的激光裁切。
[0113] 设备50的许多另选的实施例是可能的。例如,在其它实施例中,整个系统可包括诸如图8或10所示的移动带,以及侧横档82可被除去并且用较宽移动带上相应的凸起表面替代。在这些或其它另选的实施例中,带80可在凹坑56的中间具有真空孔,而不是在带80和侧横档82之间的间隙中具有真空口。仍然在其它实施例中,带系统可用连接其中形成有腔体的离散模具的链系统来取代。然而,对于这样一种系统单个模具的加工成形比本文所述的移动带系统成本更加昂贵。此外,如果期望改变系统以便制造不同尺寸小袋,则移动带系统更加容易被变换。更具体地,台板系统结合形成和驱动功能性在一个部件中,其中本文所述的带/板系统从幅材传送的部件中分离形成。这提供改变移动幅材的带的性能与形成凹坑的模具的形状分开的灵活性。当如本文所述将形成和幅材传送分开时,可能的工作条件范围更宽广。除了更容易维护之外,它也是实现同一目的的更经济的方式。在成形模具上可容易地建立公差,并且少许维护就可保持精度,因为这些不是活动件。唯一的易损件是带,其是存货物品。
[0114] 如上所述,填充系统和填充控制系统可被应用于其它类型的填充方法。这可被用来提供准确的分配和短的循环时间,以及协调填充与待填充容器的移动。本文所述的可移动喷嘴以及密封机构也可应用于其它类型的填充方法。例如,填充系统和填充控制系统可被用于诸如图2所示的VFFS实施例。
[0115] 在机器正在运行时,诸如图2所示的竖式形成、填充以及密封(VFFS)设备30可具有静止的喷嘴36和静止的密封棒40和42。然而,如果期望改变小袋长度,喷嘴36可需要能够上下移动。这是设置变化,可在机器未运行时被进行。在一个实施例中,纵向密封棒40可被固定在幅材的一侧上,其中固定的纵向密封棒的表面处在与喷嘴36的中心线对齐的平面中。相对的纵向密封棒40可被弹簧加压向上抵靠固定的密封棒,其中薄膜32和34处在中间。例如,喷嘴36可保持固定在横向密封棒42的初始接触点上方标称20-90mm处,其取决于小袋长度和填充体积。
[0116] 当需要更多的方法调整时,纵向密封棒40、喷嘴36或二者可结合幅材32和34的向下运动上下移动。纵向密封棒40可上下笔直移动。作为另外一种选择,纵向密封棒40可按半椭圆运动移动,舒展开约1mm,正好与薄膜32和34失去接触。棒40可接着接触薄膜,向下移动一段距离,诸如约5%至约50%的小袋长度,其中它们的移动与薄膜速度匹配,然后回缩并且返回到起始接触位置。希望设计密封棒的运动和长度以确保在将幅材切割成个体小袋之前还将是连续的小袋之间具有连续的纵向封口。
[0117] 此外,喷嘴36可被移动,使得喷嘴顶端38一直保持在距填充目标固定的距离处。例如,如果当填充开始时小袋的底部位于喷嘴36的顶端38下方25mm处,则喷嘴36可随着填充进行向上缩回到如此程度以保持从喷嘴36的顶端38到流体斑点的顶部至少25mm间距。喷嘴36接着可在填充的末期向上回缩较快以允许横向封口件42闭合。当首先进行封口以减轻小袋上的变形时,一种用于喷嘴移动的其它替代形式将是让喷嘴36更加远离横向密封棒42。
在横向密封方法已经被启动来通过以上所述的自底向上填充顺序前进之后,喷嘴36的顶端
38然后可降入到小袋里去。
[0118] 本文所公开的量纲和值不可理解为严格限于所引用的准确值。相反,除非另外指明,每个这样的量纲旨在表示所述的值以及围绕该值功能上等同的范围。例如,所公开的量纲“40mm”旨在表示“约40mm”。
[0119] 应当理解,在整个说明书中给出的每一最大数值限度包括每一较低数值限度,就像这样的较低数值限度在本文中是明确地写出一样。在本说明书全文中给出的每一最小数值限度将包括每一较高数值限度,如同该较高数值限度在本文中被明确表示。在本说明书全文中给出的每一数值范围将包括落入此类更宽数值范围内的每一更窄数值范围,如同此类更窄数值范围在本文中明确地写出。
[0120] 除非明确排除或换句话讲有所限制,本文中引用的每一个文件,包括任何交叉引用或相关专利或专利申请,均据此以引用方式全文并入本文。对任何文献的引用均不是承认其为本文公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术、或承认其独立地或以与任何其它一个或多个参考文献的任何组合的方式提出、建议或公开任何此类发明。此外,如果此文献中术语的任何含义或定义与任何以引用方式并入本文的文献中相同术语的任何含义或定义相冲突,将以此文献中赋予那个术语的含义或定义为准。
[0121] 尽管举例说明和描述了本发明的特定实施例,但对本领域的技术人员来讲显而易见的是,在不背离本发明的实质和范围的情况下可作出许多其它的改变和变型。因此,所附权利要求中旨在包括属于本发明范围内的所有这些改变和变型。
QQ群二维码
意见反馈