专利名称：用于在袋上产生熔接管的方法和装置以及因此制造的袋的制作方法
技术领域：
本发明涉及柔性盒或袋以及制造它们的装置和方法，特别是涉及与粘性或半粘性食品和饮料有关的食品储藏和配送袋以及制造它们的装置和方法。
背景技术：
业已知道，在现有技术中使用与包装、运输和分配粘性或半粘性食品物质和饮料有关的柔性塑料袋，这些食品和饮料包括牛奶、汽水、果汁、诸如干酪酱、番茄酱、巧克力酱的各种调味品以及其他各种适合食品。柔性塑料袋可以用是该袋材料本身一部分的分配嘴形成，例如通过将嘴形物热密封于袋自身中。然后，在用所希望的粘性或半粘性物质填充并密封之后，该袋可以装入合适的分配器内，并将嘴切开以便控制袋中包含物的排放。
还知道使用能够热密封或者要不然能够被粘接于柔性塑料袋的侧面或底部的附件。分配管根据具体的应用可以在使用前连接于该附件。然后该袋内的东西用合适的分配器通过该附件被分配。
具体的问题是在分配管和袋之间形成廉价的、容易批量生产的连接，其能够提供与袋牢固的连接而不使用附件，并且其能够用于无菌袋的形成和填充过程。虽然业已提出将分配管直接连接于袋，但是没有披露如何能够在无菌包装环境中实现，其中除了已知的袋的无菌形成之外，分配管也必须以无菌的方式处理和连接。
发明内容
简言之，本发明提供一种装置，用于在无菌形成、填充和密封操作中通过将管段和袋熔接在一起而将该管段连接于袋。该装置包括无菌处理室，已消毒的管段和柔性袋的一对相对的壁部分设置在其中。该已消毒的管段具有开口端，其放置成与该袋的内部相连通。该柔性袋的相对的壁部分用薄膜形成并在其之间形成内部空间。一个管插入部件至少部分地位于该处理室内并设置成夹紧该管段并将该管段放置在无菌处理室内的该袋的壁部分之间。至少提供一个部件用于熔化该袋的壁部分之间的管段，使得该管段的开口端与该袋的内部空间处于连通状态。
另一方面，本发明提供一种柔性袋，该柔性袋具有在无菌条件下连接的直接连接的分配管。该袋包括由聚合物薄膜形成的聚合物袋，该聚合物袋具有相互重叠并经由折叠连接的两个壁部分，其形成共同连接的无接缝边缘。多个其它共同的周边边缘被熔接在一起以形成该袋的边缘接缝。该壁部分、边缘接缝和无缝的边缘形成该袋的内部空间。具有开口端的已消毒的管段沿着其中一个共同的周边边缘插入该袋薄膜的两个壁部分之间并且在形成边缘接缝之前或在形成边缘接缝期间通过在无菌条件下形成的熔化连接固定在其上。该管的开口端与内部空间处于连通状态，且该管具有位于该袋薄膜外面的封闭端。
另一方面，本发明提供一种连接方法，用于在无菌形成、填充和密封操作中在制造期间以通过熔接将管连接于袋。该方法包括提供具有两个壁部分的薄膜，用于形成具有内部空间的袋；提供具有开口端的无菌的管段；将该管段的开口端插入该两壁部分之间；以及将该管段熔接于该袋，其中该管的开口端与该内部空间成连通状态。
通过利用本发明的装置和方法，能够形成一个在无菌环境下直接熔接于袋的分配管，其优选用于粘性或半粘性的食品或饮料产品的无菌形成、填充和密封食品包装操作。这消除了对附件的需要、相关的成本以及在这种操作中所需要的额外的附件处理步骤。这样带来的结果是降低成本和效率更高的生产。
当接合附图阅读时将更好地懂得前面的发明内容和下面的详细描述，附图示出本发明的优选实施例。其中图1A是具有无菌的内部并在两端压扁的(crimped)管子的滚筒的透视图，该管子用于形成连接于根据本发明的袋的管段。
图1B是具有多个连接的、预压扁的管段的预压扁的管子滚筒的透视图，每个管段具有单独的、无菌的内部空间，其用于形成连接于根据本发明的柔性袋的管段。
图1C是保存无菌管段的供给品的容器侧视图，每个管段具有一个开口端和一个封闭端，该管段连接于根据本发明的柔性袋。
图2是根据本发明的第一实施例当袋被形成时用于将管段连接于袋的系统的示意图。
图3是根据本发明的第二实施例当袋被形成时用于将管段连接于袋的系统的示意侧视图。
图4是根据本发明的第三实施例当袋被形成时用于将管段连接于袋的系统的侧视图。
图5时图4的系统的俯视图。
图6是图4所示的管子供给源展开支架放大的侧视图。
图7是图4所示的消毒槽放大的侧视图。
图8是图4所示系统的夹紧装置和切割部分放大的侧视图。
图9是沿图8的9-9线截取的视图，示出切割/预热钳口。
图10是该管段插入件和加热密封钳口放大的侧视图。
图11是沿薄膜分布装置的11-11线截取的视图。
图12是切割装置和插入件的俯视图。
图13是全鳍形(full fin)加热密封钳口的侧视图。
图14是全鳍板加热密封钳口之一的放大侧视图。
图15沿图14的15-15线的端视图。
图16A是仅用加热密封钳口将其中一个管密封于袋的放大的侧视图。
图16B是类似于图16A的视图，示出加热密封钳口的另一种凹槽结构。
图17是沿图16A的17-17线的俯视图。
图18是与另一种方法有关的将管连接于根据本发明的柔性袋的管组件的侧视图。
图19是侧视图，示出当袋形成时将图3的管连接于该袋。
图20是与本发明的另一个实施例相关的装有倒钩的连接件的剖面图。
图21是图20的装有倒钩的连接件的侧视图，示于粘性或半粘性物质的密封袋上。
图22是剖视图，示出用装有倒钩的连接件将管子连接于图21中的柔性袋的连接。
图23是根据本发明的形成的优选袋的透视图，其中该袋具有熔接在其上的分配管。
图24是通过图23所示的袋截取的剖面图。
具体实施例方式
在下面的描述中所用的一些术语仅仅是为了方便而不是为了限制。词语“左”、“右”、“上”和“下”表示在被参考的附图中的方向。词语“向内”、“向外”分别涉及示出的和表示其零部件朝向或离开该柔性袋或处理设备的几何中心的方向。该术语包括上面具体提到的词语，从其转化的词语和类似含义的词语。此外，如这里所用的术语“袋”包括用一个或多个柔性聚合物壁部分形成的盒和其他类型的容器。
参考图1A，图1A示出伸出的聚合物管子12的卷筒10，该管子适于为根据本发明的装置18形成分配管段24，如图2所示。管子12可以用任何合适的聚合物材料，优选用食品级的聚合物材料制成，并适合于用在有压缩力的泵或重力注入、内胎气门嘴式的分配器。在卷筒10上的管子12的每端被压扁或者要不然气密地密封的，如露出端14所示。然后具有管子12的卷筒10被辐照或进行其他处理以确保管子的内表面无菌。密封端保持管子12的内侧无菌。优选还进行监测和测试以确保符合可适用的FDA或其他有关食品包装的规定。
可选地，参考图1B，图1B示出预压扁的管子112的卷筒110，预压扁的管子112用于形成管段124。压扁的位置114以所希望的管段的长度通常均匀地间隔。然后对管子112进行辐照或进行其他处理以确保每个单独密封的管段内部区域的管子的内表面无菌。虽然在这里管子示作缠绕在卷筒上，但是本领域的技术人员从本公开的内容中将会知道，管子也可以以扇形折叠方式或其他类型的供给设备提供。
如图1C所示，也可以提供由合适的聚合物材料制造的预先切割成所希望长度的管段224。每个管段224的一端214预先密封或压扁而另一端是开口的。该管段224放置在具有可以打开的盖23 1的无菌容器230中，如在下面进一步说明的，该容器适合连接于或放置在无菌的环境中同时保持无菌。
根据本发明的第一实施例，提供用于将熔接管形成在袋上的装置18，如图2所示，该装置利用管子12的卷筒10。该装置18优选包括管子消毒室20，H2O2(过氧化氢)蒸汽发生器22与其连接，以便消毒管子12的外表面。但是也可以用其他装置对管子供给品进行消毒，或保持管子供给品的消毒，或预先消毒管段24。如果需要，例如，在消毒室20可以用紫外线、H2O2池、蒸气/H2O2混合物或其它合适的消毒系统替代H2O2蒸汽。消毒室20保持无菌是很重要的，以便当管子12被切割成管段24时保持管子内表面无菌。例如用具有适当尺寸的开口的膜片为管子12进入消毒室20的入口提供适当的密封，并且在正压力下保持H2O2蒸汽，以保持消毒室20无菌。排气管30从消毒室20引出。
连续的管子12经由用电机34驱动的驱动辊子32，优选用伺服电机驱动供给到切割装置/密封装置组件36。管子12的端部延伸通过切割装置36并且开口端插入用来制造袋40的袋薄膜26的壁部分28、30(其优选相互重叠)之间。来自卷筒10的管子12的起始端首先需要切割，以便管子12的开口端能够插入形成第一袋40的壁部分28、30之间。然后切割装置36将管子12切割成分离的管段24并将该分离的管段保持在位。该切割装置36优选包括经由致动器一起驱动的切割钳口37。该切割钳口37优选被加热，以便该管段24的一端38被密封。但是，也可以用其他密封方法。控制装置(未示出)控制电机34以便供给切割装置/密封装置组件36长度一致的管子12。然后在壁部分28、30之间的管段24被熔化，以形成熔化区41，使得管段24的开口端与袋的内部空间相连通。这优选由使用相对的密封加热钳口60的热密封进行。但是，可以用超声能和激光以及任何其他合适的装置以将管材熔接于袋薄膜26。
然后，具有连接的分配管24的袋40在无菌形成、填充和密封工艺中进行剩下的填充和密封操作。这使粘性的或半粘性的食品产品能够以成本低、产生效率高的方式在具有分配管24的袋40内无菌地包装。
参考图3，图3示出用于在无菌形成、填充和密封操作中通过将管段224和袋240熔接在一起而将管段224连接于袋240的第二种装置218。供给的管段224，优选如图1C所示，预切割成所希望的长度并在一端预先密封。这些管段224是无菌的并保持在无菌容器230中。管段224优选引进无菌处理室242。至少部分地位于该处理室242内的管插入部件250设置成夹紧每个管段224，并将管段224放置在用于形成袋240的袋薄膜226的壁部分228、230之间。设置至少一个用于熔化在袋240的壁部分228、230之间的管段224的部件260，使得该管段224的开口端与该袋240的内部空间相连通。该至少一个熔化部件260可以是至少一个相对于固定钳口移动的加热密封钳口，或是两个移动并接触在一起的可移动的加热密封钳口，以加热密封并将袋薄膜熔化在管段224靠近开口端215的外侧，可以利用上面关于装置18所讨论的其他的熔化方法。
在优选实施例中，装载室222连接于无菌处理室242，以便将已消毒管段224的容器230在保持无菌的同时引进无菌处理室242中。这可以通过在装载室222上提供一个窗口(hatch)223来实现，以使容器230能够被装载。然后该窗口223可以开启并且经由各种手段例如通过入口227引进汽相过氧化氢以消毒容器230的外部。一旦容器230的外部被消毒，进入无菌处理室242的内门225可以被打开，并且容器盖231可以部分或全部打开。然后管段224被送进料斗或定位成以便管段能够被插入部件250夹紧。该插入部件250优选包括可移动臂252，其具有位于一端的夹子254。该臂252优选经由多个致动器具有两个或更多个运动自由度，该致动器具有适当的驱动器(drive)并且枢转或滑动连接，并且优选经由控制装置(未示出)控制，以便它夹紧管段224并将它正确地插入用于形成袋240的袋薄膜226的壁部分228、230之间。可以利用其他各种类型的机构以夹紧并插入该管段224。
本领域的技术人员将会认识到。可以用其他装置将预先消毒的管段224装进无菌处理室242中，或者管段224在进入无菌处理理室242之前能够通过消毒槽或蒸汽。
参考图4-14，图4-14示出用于在无菌形成、填充和密封操作中通过将管段124和袋140熔接在一起而将管段124连接于袋140的第二种装置118。该装置118包括无菌处理室142，消毒的管段124引进其中。如图8所示，该消毒的管段124具有开口端115。柔性袋140在无菌处理室142内由用于形成袋的袋薄膜126的相对的壁部分128、130形成(以下称之为“薄膜”或“袋薄膜”)，该壁部分在其之间形成内部空间。
该袋薄膜126优选以滚筒形式供给，并且能够是预先消毒的，或者袋薄膜能够通过在无菌处理室142内的或连接于无菌处理室142的消毒区。优选，袋薄膜126通过如图12所最清楚显示的折叠三角形152的上面，或其他类型的薄膜折叠器，以便袋薄膜相对的壁部分128、130相互重叠。管插入部件170位于该处理室142，如图8所示。该管插入部件170设置成夹紧管段124并将该管段124放置在该无菌处理室142内的袋薄膜的壁部分128、130之间。
优选，至少提供一个熔化部件160用于熔化该袋薄膜126的壁部分128、130之间的管段124，使得该管段124的开口端与该袋140的内部空间处于连通状态。
参考图4和图7，优选提供管消毒室120，来自管子的供给源108的管子112引入其中。根据具体设置该消毒室120与无菌处理室142连通或者可以是该无菌室142的一部分。该无菌室142是一个在正压力下以无菌空气加压的封闭区，以保持无菌环境。
如图4和图7所示，在装置118中，管子消毒室120是一个过氧化氢槽121。优选，干燥装置123位于该槽121的下游，其中，加热的无菌的空气吹在管子112上以干燥其外部。优选地，如图4所示，无菌区的壁延伸进入该槽121中，以便从该槽121出来的管子已经在该无菌区。干燥器123也位于该无菌区内或与该无菌区连通，并加热无菌的空气以烘干该管子112。被加热的空气可以循环或排出。
优选地，多个辊子124设置在槽121内。管子112在该辊子124之间延伸以提供在槽121内所希望的停留时间以确保消毒。有其他选择用于提供在槽121内所希望的停留时间同时保持每分钟30至60袋数量级的形成填充和密封系统的优选操作速度，例如延伸该槽121的长度或提供曲折的室。
可选地，类似于示于图2中的本发明的实施例，管子消毒室120可以包括连接于无菌处理室142的过氧化氢蒸汽发生器，其将过氧化氢蒸汽供给该消毒室120中。其优点是以过氧化氢蒸汽形式提供正压力消毒。对于使用过氧化氢蒸汽槽的系统，用于无菌管其余部分处理和切割区的无菌的空气必须从外部无菌空气源供给，或者使用由形成填充和密封装置线的其余部分供给的无菌空气。
当使用过氧化氢蒸汽时，优选在空气中至少含有31％的过氧化氢蒸汽浓度，同时优选，管子消毒室120利用过氧化氢槽和蒸汽，也能够使用紫外线辐射室、离子辐射室、高强度脉冲光室或任何其它合适的装置用于管子消毒室120。
优选地，该装置118包括具有管子供给源108的管子供给展开支架109，优选地，如上所述，以卷筒110的形式。该展开支架109优选包括已知类型的张力制动器，以便保持管子112上的张力，这可以是弹簧、棘轮和掣爪机构或其他合适的偏置装置。优选地，该装置118利用预压扁的辐照的管子112，其中该管子112的内部区域是无菌的。可选地，管子供给源108可以包括仅在各端被压扁的管子12，并且该装置118还可以包括一个或多个预热部分，以预热该管子12的一部分，和位于该预热器下游的压扁器(未示出)，以将管子12压扁成密封的管段。这可以用与图2所示的实施例相类似的方式由切割装置组件136实现。
参考图4和图5，该装置包括驱动部分131，该驱动部分具有驱动相对的驱动轮132、133的电机，该驱动轮132、133夹紧并从管子供给源108牵引该管子112。优选地，该驱动轮被步进电机或其他控制装置驱动以便管子112从管子供给源108的移动能够被控制，在两个相对的驱动轮132、133被优选的同时，可以提供附加的驱动轮。
参考图4和图8，该装置118还包括位于管子112路径中的摇摆杆(dancing bar)145(图8)。该摇摆杆145绕上下位置之间的枢轴点是可移动的，并且优选包括与管子112接触的辊轮。传感器146连接于该摇摆杆145，当摇摆杆145到达上部位置时，其发送信号给该驱动轮132、133以送进附加的管子112。该传感器146优选为电位计，并连接于控制装置195。可以利用其他类型的传感器，例如光线传感器，当摇摆杆145到达上限或下限位置时，其路径被摇摆杆145阻断。可选地，可以利用为管子112提供足够下垂(slack)的其他装置，例如在具有上限制传感器和下限制传感器的管子路径中的下垂环。
仍然参考图4和图8，切割装置136位于无菌处理室142的无菌区内。该切割装置136从供给源的管子112切割管段124。如图9所示，该切割装置136优选包括相对的刀片137，其被驱动到一起以将管子112切割成管段124。该刀片137优选连接于通过密封口穿进无菌处理室142的旋转轴138。该旋转轴138由旋转致动器139驱动，该旋转致动器139由控制装置195控制。但是，可以用其他类型的致动器，并且根据管子112的性质，该管切割装置136可以由单个切割刃和砧座构成。
优选地，提供传感器141以检测靠近管切割装置136的压扁位置114。该压扁位置传感器141适于检测邻近的压扁处114并且发信号给控制装置195以使切割位置能够定位在靠近该压扁处114。这是由安装管切割装置136用于经由连接于可控制的电机144的传动丝杠143的移动而达到的。优选地，驱动杆138和旋转致动器139安装在滑动支撑结构155上，其能够经由传动丝杠143来回移动。可选地，可以用其他类型的致动器来回移动滑动支撑155，以将切割器136的位置调节到在最向右延伸的管段124的压扁处114的后面所希望的位置，如图8所示。
优选地，如图12所示，切割装置137经位于该切割装置137主体内的加热元件预加热。如图12所示，该切割装置137包括位于该切割刃左面管子接合的预加热部分，其从管子112切断管段124。这个夹紧部分在管段被向前移动并从该管子112切割之前预热围绕用作下一个管段124的该管子112开口端的区域。靠近开口端的该管段124的预热区域增强该管段124与袋薄膜126在熔接时的粘接。
仍然参考图8，插入部件170包括相对的钳口171、172，其能够相互朝着或相互离开移动以便在该管子112从管子供给源108上切割形成管段124之前夹紧来自管子供给源108的管子112的端部。该相对的钳口171、172分别连接于上、下致动器杆173、174，该杆能够朝着该袋薄膜126和离开该袋薄膜126线性移动，以便朝着该袋薄膜126和离开该袋薄膜126移动该钳口171、172。优选地，该移动是经由通过该致动杆173、174连接于该钳口171、172的线性致动器175实现的。这使得夹紧器170能够将该管段124的开口端插入该袋薄膜126的侧面128、130之间。如图8所示，致动杆173、174也能够向上和向下倾斜，以便使钳口171、172能够向上或向下移动，以便在该管段124被切下之前夹紧该管子112的端部。优选地，致动器175位于无菌处理区142的外面，并且致动杆173、174通过适当密封的开口延伸进入该无菌处理区142。虽然优选的致动器结构已经被描述，但是本领域的技术人员将会认识到，可以用其他类型的致动器结构，以便提供两个具有打开和闭合运动的钳口，用于夹紧该管段124，并且具有线性插入运动，以便将该管段的开口端插入该袋薄膜126的相对的壁部分128、130之间。此外，优选地，该致动器175的位置和行程长度可以调节以提供所希望的管段124的夹紧位置和插入距离。
参考图10和图11，袋薄膜分离器178位于该无菌处理区142内，并且在该插入部件170将管段124放置到位之前在管插入处将袋薄膜126的相对壁部分128、130相互分开。如图11所示，该袋薄膜分离器178包括基本连接成V形结构的两个臂179、180，其从第一位置移动到第二位置，在第一位置，只有在臂179、180的第一部分位于在袋薄膜126的壁部分128和130之间的V形基座，以便袋的壁部分128、130通常不分开，如图11的上部所示，在第二位置，该臂179、180的间隔开的端部在分开的壁部分128、130之间移动且将它们分开，以便使该管段124能够插入其之间，如图11的底部所示。该第一位置也清楚地适于图10，其中该第二位置以虚线示出。袋薄膜分离器178由致动器181驱动并通过控制装置195控制。
参考图10-13，设置至少一个加热密封钳口184并且优选两个加热密封钳口184、186用于加热密封该袋薄膜126的壁部分128、130之间的管段124。如图12所示，该加热密封钳口184、186连接于致动器185、187以便使加热密封钳口184、186能够从非接触的第一位置离开该袋薄膜126移动到与该袋薄膜126接触的第二位置，以密封该袋薄膜126的壁部分128、130之间的管段124。该致动器185、187优选由控制装置195控制。
如图11、16A和17所示，该加热密封钳口184、186包括凹槽188，该凹槽与管段124的直径互补并小于该管段124的直径。在优选实施例中，与管段124的相应直径相比，凹槽直径要小2％到8％。优选地，加热元件189和温度传感器190设置在该加热密封钳口184、186内，以便将该钳口保持在所希望的温度。
加热密封钳口184′、186′的另一个实施例以端视图示于图13并且详细地示于图14和图15，其中，该加热密封钳口184′、186′还包括用于袋140的边缘的鳍形密封件。为了制造鳍形密封，该加热密封钳口184′、186′每个包括多个独立控制的加热区，以在该袋的壁部分128与袋的壁部分130的密封区域和袋的壁部分128、130与于管段124的密封区域提供不同的加热密封温度。如图14详细地示出的，隔离空气袋围绕安放用于袋壁部分到管段密封的中心加热元件的该钳口部分设置。然后该中心钳口部分能够在袋壁部分到管段密封的区域被加热到较高的温度。在优选实施例中，该加热密封钳口184′、186′被加热到350-450°F，用于袋壁侧部128、130与管段124的加热密封，以及加热到250-350°F，用于袋壁侧部128与袋侧部130的密封。更优选，袋壁侧部128、130与管段124的加热密封温度的范围在400-430°F的范围内，并且袋侧部与袋侧部的加热在在300-330°F的范围内。在最优选的情况下，用于较高的加热区的设置点温度设置在420°F，并且该用于较低的加热区的设置的点温度设置在320°F。
参考图16B，也能够提供具有管状密封凹槽188′的加热密封钳口184、186。该管状密封凹槽具有扁平的外形，其圆周小于该管段124的圆周。在这种情况下，业已发现，具有圆形拐角的大致长方形的外形在密封时使管子发生附加的变形是比较有效的。其他适合的凹槽188、188′的形状还可以包括椭圆形、正方形或菱形。
优选地，控制装置195是PLC并用于控制管子切割部分、管子送进速率加热密封钳口184、186的起动和密封温度，以及密封时间。该控制器195能够控制所有这些特征并能够进行调节，以便考虑到用于袋薄膜126和/或管子112的各种材料。
作为万一在无菌处理室142的无菌环境受到损害的安全特征，该装置118可以包括压力传感器。如果在无菌处理室的无菌环境被破坏，其压力将下降。压扁管子的管子压扁器被起动，以便保持在供给源的没有沿其整个长度被预先压扁的剩余管子12的无菌性，当压力传感器检测到失压时，该管子压扁器压扁管子。对于预先压扁的管子112这一点不是必须的，因为如果失去无菌性，供给源108的整个管子112不被损害，只有具有开口端的端部的部分暴露在非消毒环境中。
利用根据本发明的优选的装置18、118、218制造的柔性袋40、140、240大致是同样的，包括在无菌条件下直接连接的分配管24、124、224。该袋40、140、240详细示于图23和24。该袋40、140、240用聚合物薄膜制成，该薄膜具有相互重叠的两个壁部分28、30；128、130；228、230，并且优选用折叠器270连接在一起，其形成无接缝边缘272共同的连接。多个其它的共同的周边边缘273、274、275被熔接在一起以形成边缘接缝276、277、278。该边缘接缝276、277、278可以是单个熔接区或两个间隔开的熔接区，如图23所示。该壁部分28、30；128、130；228、230，边缘接缝276、277、278，和无接缝边缘272形成袋40、140、240的内部空间280。可选地，可以用两个相互重叠的分离的薄膜并且在所有的边缘形成接缝。
具有开口端(通常赋予附图标记115)的无菌管段24、124、224沿着共同的周边边缘274之一插入袋薄膜26、126、226的两个壁部分之间并通过熔接区41(也如图2所示)连接于其上，其在无菌条件下形成。管段24、124、224的开口端115与袋的内部空间280连通并且管段24的封闭端位于袋薄膜26的外面。正如所提到的，形成鳍密封的边缘接缝277能够与在熔接区41形成壁部分与管段密封的同时例如用加热密封钳口184′、186′形成。
在优选的形成、填充和密封操作中，食品产品290(图24)在加热密封最后一个共同的周边边缘之前被放置在袋40、140、240内。在优选实施例中，管段24、124、224是经过辐照的热塑性弹性体，优选由聚丙烯形成。优选，该管段24、124、224用至少30kGY辐照，以改进与袋薄膜26、126、226的接合。也可以用聚乙烯和聚丙烯混合物形成管段24、124、224以改进与袋薄膜26、126、226的粘接性。一种优选的管段用KRATON形成，它是Kraton Polymers，LLC的注册商标，KRATON是具有诸如聚丙烯的其他物质的混合物，用于制造管子。
可选地，管段24、124、224可以用多层管12、112、212形成，以使管段24、124、224包含阻挡层，例如EVOH，以形成类似于袋薄膜26、126、226的阻挡性质。
袋薄膜26、126、226优选的包括EVOH、烯烃、LDPE(低密度聚乙烯)、LLDPE、ULDPE和PET其中至少一种。该袋薄膜26、126、226也可以使是多层袋薄膜，至少一层由上述材料之一形成。但是，一般来说，任何合适的聚合物的柔性薄膜材料根据其具体的用途都可以用来制造该袋。在优选实施例中，边缘接缝和熔化接合区是被加热熔化的。但是本领域的技术人员将会认识到，也可以用其他熔化方法，例如超声波和激光。
据本发明的装置18、118、218能够用于实现在无菌形成、填充和密封操作中通过在制造期间的熔接将管子连接于袋40、140、240的方法。提供袋薄膜26、126、226，其具有用于形成具有内部空间的袋40、140、240的袋的两个壁部分28、30；128、130；228、230。提供具有开口端的无菌管段24、124、224，并且以其开口端插入两个壁部分28、30；128、130；228、230之间。该管段24、124、224被熔接于该袋薄膜26、126、226，其中该管段24、124、224的开口端与该内部空间连通。这是在无菌环境下完成的并且所形成的熔接区在管段24、124、224和袋40、140、240之间形成密封。
根据本发明，能够从供给源送进管子12、112通过消毒区并进入消毒环境，例如由管子消毒室20提供的消毒环境，送进到无菌处理室42。然后，该管段24从该管子12的自由端被切割。
可选地，如同结合该装置118所披露的，该管子112的外面可以在过氧化氢槽121中消毒，如图4所示。然后，该管子112用位于该槽下游的烘干器123烘干。通过从展开支架109的滚筒上展开，或可以是扇形折叠，或设置成绕成盘状结构，或任何其它适于分配的方式能够提供管子12、112、212。
根据本发明，用于该袋的边缘的鳍形密封能够在该袋壁部分128、130之间的管段124加热密封的同时并用相同的加热密封钳口184′、186′形成。优选地，在完成最终边缘密封之前，在袋的最后边缘被密封以粘性或半粘性产品放置其内形成密封的袋之前，粘性食品产品或其他产品被放置到该袋的内部空间。在完全无菌的环境中袋40、140、240被形成、填充并密封且不需要额外的附件用于将分配管24、124和224连接于袋。
参考图18和图19，详细描述将分配管段连接于柔性袋或盒的另一种方法。在图18中，示出管段组件324。该管段组件324包括一段管子326，该管子类似于第一实施例中所描述的管子。管子326的一端密封地封闭，优选用加热压扁封闭，如328所示。另一端用与袋材料适当兼容的聚合物材料制成的补片330密封。优选，该补片330用LDPE制成。该管组件324分批制造并且然后被辐照以消毒内表面。这可以用UV、H2O2或其他合适的手段实现。
参考图19，管子敷贴器(applicator)334在消毒区内将单个管组件324放置在位。该敷贴器334将该管组件的补片端推向位于该袋薄膜338相对一侧的用于制造该袋或盒的成形的加热的心棒336。该加热的心棒336刺穿该补片330并将该管组件324加热密封于该袋薄膜338。该补片330被选择成与袋薄膜328兼容，以提供该管子与袋增强的密封。
该袋的形成、填充和密封过程的其余部分能够用已知的设备无菌地实现。
下面参考图20-22描述将管子连接于密封盒的另一种方法。图20示出具有倒钩的附件410，其具有位于空心杆414上的倒钩412，该空心杆从平基底416向上延伸。该附件410是被消过毒的并且在该袋用粘性或半粘性产品填充时提供给图21所示的该袋或盒420。
当使用者希望使用该袋420并分配其内的物质时，该袋420放置在大致的平表面上，并且该附件被制造成通过该柔性袋的侧壁，以便其杆414向上指，并且平基底416向下取向，以便它搁置在大致的平表面上。该附件410被移动倒所希望的位置，并且然后挤压该空心杆414上面的分配管424，使得薄膜局部地破裂，使得当该杆上面的管子424被挤压时杆414能够穿过袋侧壁。被挤压的该杆上面的管子424的端部具有加大的凸缘，以便袋侧壁卡在该附件410的平基底416和该凸缘之间。此外可以在该凸缘上提供粘接剂，以密封该袋表面。可选地，在将管子424推进该杆414之前可以用小刀刺穿在杆部位置的袋侧壁。
本领域的技术人员将会认识到，可以对本发明的上述实施例进行改变而不脱离本发明广义的发明构思。因此，应当明白，本发明不限于所公开的具体实施例，而是预计覆盖在本发明的精神实质和范围内的所有的修改。
权利要求
1.一种装置，用于在无菌形成、填充和密封操作中通过将管段和袋熔接在一起而将该管段连接于袋，该装置包括无菌处理室，已消毒的管段和用于形成柔性袋的袋薄膜的一对相对的壁部分设置在其中，该已消毒的管段具有开口端，该相对的壁部在其之间形成内部空间；管插入部件，其至少部分地位于该处理室内并设置成夹紧该管段，并将该管段放置在无菌处理室内的该袋薄膜的壁部分之间；和至少一个部件，用于熔化该袋薄膜的壁部分之间的管段，以便该管段的开口端与该袋的内部空间处于连通状态。
2.根据权利要求1的装置，还包括管子消毒室，来自管子供给源的管子引进其中，该管子消毒室与该无菌处理室相连通。
3.根据权利要求2的装置，其中该管子消毒室包括过氧化氢槽。
4.根据权利要求3的装置，还包括位于该槽下游的干燥器。
5.根据权利要求4的装置，其中该干燥器包括加热的无菌空气供给源。
6.根据权利要求3的装置，还包括多个位于该槽内的辊子，该管子在该辊子之间延伸，以提供所希望的停留时间，以确保消毒。
7.根据权利要求2的装置，其中该管子消毒室至少是过氧化氢蒸汽室、过氧化氢槽、紫外线辐射室、离子辐射室或高强度脉冲光室其中之一。
8.根据权利要求1的装置，还包括与无菌处理室连接的过氧化氢蒸汽发生器，该过氧化氢蒸汽发生器向该无菌处理室供给过氧化氢蒸汽。
9.根据权利要求8的装置，其中该过氧化氢蒸汽的浓度至少为31％。
10.根据权利要求1的装置，还包括供给管子的管子供给展开支架。
11.根据权利要求10的装置，其中该展开支架包括制动器，以保持该管子上的张紧力。
12.根据权利要求10的装置，其中管子供给源包括预压扁的、经辐照过的管子，以便该管子的内部是无菌的。
13.根据权利要求10的装置，其中该管子供给源包括仅仅在每个端部压扁的管子，该装置还包括至少一个预先加热该管子一部分的预加热部分，和位于该预加热器下游的压扁器，以将该管子压扁成密封的管段。
14.根据权利要求10的装置，还包括位于消毒区内处于该无菌处理室内或与其连通的切割装置，以从管子供给源切割管段。
15.根据权利要求14的装置，其中该管子切割装置包括相对的刀片，其被一起驱动以将该管子切割成管段。
16.根据权利要求15的装置，其中该相对的刀片安装在至少一个旋转致动器上，其相互向对方摆动以切割该管子。
17.根据权利要求14的装置，其中该供给源的管子被预先压扁，并且该装置还包括邻近管子切割装置的压扁部分传感器，其适于检测被压扁的位置，以使切割位置能够位于靠近该压扁处。
18.根据权利要求14的装置，其中该管子切割装置安装成通过致动器而运动，以根据该管子的压扁位置调节该切割装置的位置。
19.根据权利要求14的装置，其中该切割装置是预加热的。
20.根据权利要求10的装置，还包括相对的驱动轮，以从该管子供给源夹紧并牵引该管子。
21.根据权利要求20的装置，还包括位于管子路径中的摇摆杆，该摇摆杆在上下位置之间是可移动的，和连接于该摇摆杆的传感器，当该摇摆杆到达上部位置时，其发送信号供给该驱动轮以送进另外的管子。
22.根据权利要求10的装置，其中该插入部件包括相对的钳口，其能够相互朝着对方移动，以便在将来自该管子供给源的管子切割成管段之前夹紧来自该管子供给源的管子的端部。
23.根据权利要求22的装置，其中该相对的钳口是可朝向和离开该袋薄膜运动的。
24.根据权利要求23的装置，其中该相对的钳口通过连接于该钳口的线性致动器线性运动，以将该管段的开口端插入该袋薄膜的侧面之间。
25.根据权利要求1的装置，还包括袋薄膜分离器，其在插入部件将管段插入到位之前将该袋薄膜的相对的壁部分在管子插入处相互分开。
26.根据权利要求25的装置，其中，该袋薄膜分离器包括两个连接成V形结构的臂，其从第一位置移动到第二位置，在第一位置，只有在V形基座的该臂的第一部分位于在该袋薄膜的相对的壁部分之间，以便该袋的壁部分不分开，在第二位置，该臂的间隔开的端部在该壁部分之间移动并分开该壁部分，以便使该管段能够插入。
27.根据权利要求1的装置，其中，所述至少一个部件设置成为位于所述袋的该壁部分之间的管子的开口端提供超声能量。
28.根据权利要求1的装置，其中，所述至少一个部件包括至少一个密封钳口，用于加热密封该袋薄膜的壁部分之间的管段的开口端。
29.根据权利要求28的装置，其中有两个相对的加热密封钳口，其包括与该管段的直径互补的凹槽，并且该凹槽的直径小于该管段的直径。
30.根据权利要求29的装置，其中该加热密封钳口包括用于该袋边缘的鳍形密封件。
31.根据权利要求30的装置，其中该加热密封钳口每个包括多个独立控制的加热区，以在该袋壁部分之间形成袋边缘接缝的密封区与该袋壁部分和该管段之间的密封区提供不同的加热密封温度。
32.根据权利要求31的装置，其中该加热密封钳口被加热到350-450°F，用于将袋壁部分加热密封于该管段，以及加热到250-350°F，用于将袋壁部分加热密封在一起，以形成袋边缘接缝。
33.根据权利要求29的装置，其中该加热密封钳口能够从非接触的第一位置离开该袋薄膜移动到与该袋薄膜接触的第二密封位置，以将该管段密封在该袋薄膜的壁部分之间。
34.根据权利要求29的装置，其中该加热密封钳口包括具有扁平外形的管子密封凹槽，其圆周小于该管段的圆周。
35.根据权利要求29的装置，还包括控制装置，以控制管子的切割位置、管子的进给速度、加热密封钳口的温度和密封时间。
36.根据权利要求1的装置，其中来自管子供给源的管子被引进该无菌处理室，该装置还包括压力传感器，以确定该无菌处理室的无菌环境是否被破坏，并且当该压力传感器检测到失压时，管子压扁器压扁该管子，以保持该管子供给源无菌。
37.一种柔性袋，该柔性袋具有在无菌条件下连接的直接连接的分配管，其包括由聚合物薄膜形成的聚合物袋，该聚合物袋具有相互重叠并经由折叠连接的两个壁部分，其形成共同连接的无接缝边缘，和多个其它共同的周边边缘，其被熔接在一起以形成边缘接缝，该壁部分、边缘接缝和无接缝的边缘形成该袋的内部空间；和具有开口端的无菌的管段，其沿着其中一个共同的周边边缘插入该袋薄膜的两个壁部分之间，并且在无菌条件下通过形成的熔合连接固定在其上，该管的开口端与该内部空间处于连通状态，且该管具有位于该袋薄膜外面的封闭端。
38.根据权利要求37的袋，其中在最终一个共同的周边边缘加热密封之前食物产品被放置在该袋内。
39.根据权利要求37的袋，其中该管段是经过辐照的热塑性弹性体。
40.根据权利要求37的袋，其中该管段由聚丙烯形成。
41.根据权利要求37的袋，其中该管段用至少30kGy辐照，以改进该薄膜的结合。
42.根据权利要求37的袋，其中该管段包括聚乙烯和聚丙烯混合物。
43.根据权利要求37的袋，其中该管段包括KRAYTON。
44.根据权利要求37的袋，其中该袋薄膜至少包括EVOH、烯烃、LDPE、LLDPE、ULDPE和PET其中之一。
45.根据权利要求37的袋，其中该袋薄膜是多层的，并包括一层至少是EVOH、烯烃、LDPE、LLDPE、ULDPE和PET其中之一。
46.根据权利要求37的袋，其中该边缘接缝和该熔化连接被加热熔化。
47.一种连接方法，用于在无菌形成、填充和密封操作中在制造期间通过熔接将管连接于袋用于，该方法包括提供具有两个壁部分的薄膜，用于形成具有内部空间的袋；提供具有开口端的无菌的管段；将该管段的开口端插入该两壁部分之间；以及将该管段熔接于该薄膜，其中该管的开口端与该内部空间成连通状态。
48.根据权利要求47的方法，还包括送进管子通过消毒区进入无菌环境；并且从该管子的自由端切割该管段。
49.根据权利要求48的方法，还包括在过氧化氢槽中对该管子的外面进行消毒；和用位于该槽下游的烘干器烘干该管子。
50.根据权利要求49的方法，还包括通过位于该槽内的多个辊子送进该管子，以提供所希望的停留时间，以确保消毒。
51.根据权利要求48的方法，还包括将过氧化氢蒸汽供给到消毒区，以消毒该管子的外面。
52.根据权利要求48的方法，还包括至少用过氧化氢蒸汽室、过氧化氢槽、紫外线辐射室、离子辐射室、或高强度脉冲光室其中之一对管子的外面进行消毒。
53.根据权利要求48的方法，还包括在展开支架上将管子从滚筒展开；和对该管子施加张力。
54.根据权利要求48的方法，还包括供给具有多个均匀间隔开的压扁处的管子，使得该管子包括多个密封的、无菌的内部段。
55.根据权利要求48的方法，还包括提供仅仅在每端压扁的并具有单个无菌内部空间的管子；预热该管子的一部分；和压扁该管子的端部，以形成独立的、密封的管段。
56.根据权利要求48的方法，还包括预热用于切割该管段的切割装置。
57.根据权利要求48的方法，还包括提供具有多个均匀间隔开的压扁处的管子，使得该管子包括多个密封的、无菌的内部；检测最近一个管段的压扁位置；调节切割位置，以便靠近该压扁位置切割该管子。
58.根据权利要求48的方法，还包括用相对的驱动轮夹紧并牵引来自管子供给源的该管子；用沿该管子的路径设置的摆动杆检测该松弛的(slack)管子的数量；和当该摆动杆到达上部位置时供给另外的管子。
59.根据权利要求48的方法，其中该方法顺序地制造多个袋，该方法还包括在切割该管段之前用相对夹紧钳口夹紧该管子的自由端，该管段将被从管子上插入下一个袋中，该被插入下一个袋中的管段被产生。
60.根据权利要求59的方法，还包括与该管段一起朝着该薄膜线性移动该相对的钳口。
61.根据权利要求47的方法，还包括在该管段插入之前，在插入区分开该壁部分。
62.根据权利要求47的方法，其中该熔接通过加热密封发生。
63.根据权利要求62的方法，其中加热密封的步骤包括提供加热密封钳口，其具有与该管段的直径互补的并小于该管段的直径的凹槽；预热该加热密封钳口；和从相对侧将该加热密封钳口移动到与该薄膜接触，同时该管段位于与该凹槽互补的位置。
64.根据权利要求63的方法，还包括在与加热密封该袋侧部之间的管段的同时，用该加热密封钳口形成该袋边缘的鳍形密封。
65.根据权利要求63的方法，还包括将该密封加热钳口从非接触的第一位置离开该袋薄膜移动到与该薄膜接触的第二密封位置，以将该管段密封在该袋薄膜的两侧之间；和将该密封加热钳口移动返回到该第一位置，以使该袋能够转位到下一工位。
66.根据权利要求47的方法，还包括在密封最后一个边缘之前用粘性或半粘性产品填充该袋。
67.一种将管子连接于袋的方法，包括在密封该袋之前将一个具有倒钩的附件放进该袋中；将该附件定位在袋中；挤压袋附件上的管子，以便该附件通过该袋的侧壁伸出。
全文摘要
一种装置，用于在无菌形成、填充和密封操作中通过将管段和袋熔接在一起供而将该管段连接于袋。该装置包括无菌处理室，消毒的管段和柔性袋的一对相对的壁部分设置在其中。该消毒的管段具有开口端，其放置成与该袋的内部相连通。一个管插入部件至少部分地位于该处理室内并设置成夹紧该管段并将该管段放置在在无菌处理室内的该袋的壁部分之间。提供一个部件用于熔化该袋的壁部分之间的管段，使得该管段的开口端与该袋的至少内部空间处于连通状态。还提供了用该装置形成的袋和形成管子熔接于袋上的方法。
文档编号B08B3/00GK1681709SQ03822393
公开日2005年10月12日 申请日期2003年9月19日 优先权日2002年9月19日
发明者巴里·普里查德, 劳伦斯·D·布什, 利昂·亨利, 理查德·古德 申请人:Afp高级食品股份有限公司