CN107922066A - 具有湿度传感器的包装机 - Google Patents

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C·波特泽恩哈尔特
T·霍尔德里德
F·费尔奇
T·恩德勒
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    • G05B2219/45048Packaging

Abstract

本发明涉及一种包装机(1),包括控制单元(2)、至少一个测量装置(5)和用于不同过程的多个工作单元(3),其中,所述工作单元(3)之一被设计为密封台(17),所述密封台(17)包括至少一个湿度传感器(FS),所述湿度传感器(FS)被设计为在功能上与所述控制单元(2)相连接的所述测量装置(5),并且所述测量装置(5)被设计成在所述密封台(17)的程序序列(P)期间将所述密封台(17)内的湿度检测为时间依赖的测量变量,其中,所述程序序列(P)包括抽真空过程,所述控制单元(2)被设计成计算所述密封台(17)的抽真空过程期间的湿度的变化率,以及所述控制单元(2)被设计成在到达所述密封台(17)内的目标真空压力之前,立刻或者在经过指定的延迟时间之后,基于该变化率来中止对所述密封台(17)进行的抽真空过程。

Description

具有湿度传感器的包装机
技术领域
本发明涉及根据权利要求1所述的自控包装机。本发明还涉及根据独立权利要求16所述的自控包装机的方法。
背景技术
在已知的包装机中,生产过程包括多个独立过程,例如,关闭腔室、加热、成型、抽真空、充气、密封、打开腔室和设置使腔室充分通气或透气的安全时间等。
由此,对这些独立过程进行时间控制,其中这些独立过程在适当情况下连续地运行、暂时地重叠地运行或者以安全时间间隔分开地运行。各过程时间特别依赖于包装机的腔室体积、膜类型、运动顺序和阀的开关时间,因此必须由机器操作员在包装机的操作控制台上针对各机器设备并针对要制造的各产品以复杂方式对各过程时间进行预设。
调整包装机的各过程时间和使各过程时间彼此协调需要机器操作员的对独立过程的广博知识,由此即使在经验非常丰富的机器操作员的情况下,也会发生以下情形:为了获得彼此平顺协调的各过程时间,包装机需要多次测试运行。
然而,在调整包装机的过程时间期间,经常发生时间延迟,因而包装机的性能大大降低。
在图7a中,示出已知的成型台。该成型台包括上部和可由升降单元调节高度的下部。在上部和下部之间,在成型腔室中设置用于对要变形的膜部分加热的加热板。此外,在上部和下部中设置压力阀和通气阀,从而一方面最初将膜部分压抵加热板,并且另一方面允许压力形成包装槽M。根据预设时间表对这些过程进行时间控制。
在图7b中示出时间控制的阀开关。在AA段中,示出升降单元的开/闭、加热和成型的主要过程。在下方,在BB段中,示出由操作员在包装机中调节的预设过程时间。在CC段中,示出成型台的上部和下部的通气阀位置和压力阀位置。在DD段中,显示上部和下部中的各自的压力分布。
在成型台关闭之后(步骤A’),在下部中产生压力(步骤B’)。对压力的建立进行时间控制(步骤C’),并且一旦经过了预设的时间就立即中断或终止压力的建立。同样地,加热板的预设加热时间(步骤D’)在流逝。在经过了加热时间之后,下部中的通气阀打开(步骤E’)并且在上部中建立压力,从而形成经加热的膜部分(步骤F’)。压力建立时间和为了成型所预设的稳定时间以时间控制方式流逝(步骤G’和H’)。在经过了稳定时间后,上部通气打开(步骤I’)。现在,在成型台打开(步骤K’)之前,在成型过程结束时经过预设安全时间(步骤J’)。
在上部成型台的情况下,对升降单元的开/闭过程进行位置控制,并且对加热和成型进行时间控制。因此,操作员必须在控制单元中为成型台输入时间控制时间表。在制定该时间控制时间表时,操作员通过多次测试谨慎地接近期望的包装结果。这种谨慎接近需要高度的经验并且仅可以由熟练的人员来执行。
文献DE 10 2009 017 638 A1公开了可通过改变边界条件调节过程时间的包装机。由此,各过程时间特别基于所提供的要包装的产品的数量。
文献EP 1 316 002 B1公开了机床,其中可利用来自数据库的附加数据控制该机床的操作。
文献DE 10 2012 005 912 A1公开了用于验证包装生产线中所使用的部件的可用性的方法。
文献DE 10 2006 040 807 A1公开了密封台或包装机,其中在密封台的力流程中设置力传感器,从而使得能够在密封过程期间进行质量监测。
文献DE 10 2005 059 312 A1公开了包装机,其中该包装机包括读取单元,该读取单元用于读出包装机中所使用的更换部件的机器相关信息。
文献EP 1 710 074 A1公开了具有包括传感器芯片的工具的包装机。可以使用从传感器芯片读出的工具的特性值来调节包装机。
文献DE 20 2010 017 361 U1公开了可以回溯肉制品的生产过程所利用的方法。
文献WO 00/19278 A1不涉及包装技术,而是公开了监测墨盒的消耗量的打印或复印系统。
文献DE 10 2008 024 461 A1公开了包装机,其中该包装机包括处理台控制单元,其中该处理台控制单元连接至中央控制单元。
文献EP 2 985 233 A1公开了用于生产真空包装的器具,该器具设置有湿度传感器,该湿度传感器用于检测抽真空操作期间包装内部的绝对湿度值。包装中的检测到的液体增强了传感器的信号。在该信号大于或等于阈值的情况下,这意味着在包装中存在液体。然后,微处理器可以关闭真空马达。由此的问题是,检测绝对湿度值并不构成适合所有产品的用以证明中止抽真空操作合理的测量变量。相反,还存在这样的产品,其中,由于有效湿度值波动,在湿度传感器处检测到的信号变化,使得对抽真空操作的中止并非始终合理。特别是对于内容物不均匀或不均一的产品(例如,肉糕或者例如Tilsit奶酪那样的有孔奶酪),发生该现象。另外,绝对湿度值并不构成适于确定包装内的压力分布的趋势的测量变量,其中,基于该趋势,尽管存在湿度,但仍可以判断是否生成包装材料内部的期望的真空压力。
发明内容
本发明的目的是提供利用简单构造特征解决以上与现有技术有关的问题的包装机。本发明的目的还在于提供用于该包装机的适当方法。该问题是通过根据权利要求1所述的包装机或者通过根据独立权利要求16所述的方法来解决的。本发明的改进实施例是从属权利要求的主题。
本发明涉及一种包装机,包括控制单元、至少一个测量装置和用于不同过程的多个工作单元,其中,所述控制单元在功能上连接至所述工作单元并连接至所述测量装置,所述测量装置被配置为检测各工作单元处的实际过程值,并且将所述实际过程值转发至所述控制单元以监测所述工作单元的过程状态。此外,在本发明中,所述控制单元被设计成通过将从所述测量装置转发至所述控制单元的实际过程值与来自连接至所述控制单元的存储单元的相应目标过程值进行比较,来针对各工作单元本身和/或针对所述工作单元以协调方式自控地产生程序序列,并且根据所述程序序列工作单元各自和/或以协调方式进行工作。
在本发明中,所述多个工作单元之一被设计为密封台,所述密封台包括至少一个湿度传感器,所述湿度传感器被设计为在功能上与所述控制单元相连接的所述测量装置,并且被设计成在程序序列期间将所述密封台内的湿度检测为时间依赖的测量变量,其中所述程序序列包括抽真空过程。
根据本发明,所述控制单元被设计成计算所述密封台的抽真空过程期间的湿度的变化率(即,每单位时间的湿度变化)。由此,可以检测到湿度的增加。
根据本发明,所述控制单元被设计成在所述密封台内达到目标真空压力之前,如果湿度的变化率大于或等于预定的阈值或者如果该变化率减去所述阈值的差从负值改变为正值并再次从正值变回负值,则立刻或在经过指定的延迟时间之后中止对所述密封台进行的抽真空过程。湿度的变化率通常是在工作周期内湿度改变快慢的度量。由此,独立于要制造的产品、即独立于其包装内容物,可以设置适合抽真空过程的中止的参考值。另外,湿度的变化率形成用于预测压力分布的趋势的适当因素,基于压力分布的趋势,可以确定抽真空过程是否仍可以实现期望的真空压力。在本发明中,该变化率特别形成针对以下事实的适当指标:在抽真空过程期间从哪个时间点起发生要包装的产品的蒸发、即从哪个时间点起产品的含水量由于抽真空过程而下降。
优选地,控制单元被设计为在湿度的变化率为正和/或大于或等于变化率的预定正阈值的情况下中止所述抽真空过程。特别是在食品包装过程的情况下,该正变化率被视为针对用于要制造的产品的包装内容物具有特定含水量这一事实的可靠指标,其中在将该产品抽真空期间,可能发生包装内容物的湿度丢失(实际上还被称为“蒸发”)。由于一些产品可能遭受产品质量影响,因此该操作并非始终可取。此外,该正变化率是针对通过蒸发而产生水蒸汽这一事实的指标,由此包装内的含水量增加。然而,这可能导致以下情况:在预定时间内没有达到期望的真空压力,这是因为在抽真空过程中该操作所使用的真空泵受到不利影响、即真空泵的性能有可能随着当前湿度检测而下降。
有利的变形例规定:控制单元被设计成利用在所述控制单元上所形成的过滤功能来滤除抽真空过程开始期间的负的变化率。这是有利的,因为在干燥产品和潮湿产品的情况下,在抽真空过程开始期间,所测量到的含水量表现得相似。由此,可以在潮湿包装发生蒸发之前最初地从包装中除去湿度。潮湿包装的蒸发是不期望的,并且可能无法利用正的变化率来指示。
优选的,所述控制单元被设计为,在不许可非目标产品真空的情况下,将抽真空过程的中止存储为差(poor)的时钟。根据实施例,所述控制单元被设计为在许可非目标产品真空的情况下,将所述抽真空过程的中止存储为好的时钟。
湿度传感器可能被布置在密封台的密封腔室内。为了提高对湿度传感器的保护,改进的变形例规定:所述密封台包括密封工具下部和一体地形成在所述密封工具下部上的抽真空管线,其中所述湿度传感器被布置在所述抽真空管线中。优选地,所述湿度传感器被布置在所述抽真空管线中的将若干段结合的一段中。因此,在接合段中,可以独立于抽真空管线的各个段的湿度值来检测湿度。
根据实施例,所述密封台包括密封工具下部和连接至所述密封工具下部的抽真空管线,其中所述湿度传感器被布置在所述抽真空管线中。该变形例关于密封工具下部的生产提供了优点。优选地,所述抽真空管线使所述密封工具下部与真空泵相连接并且包括阀,其中所述湿度传感器被布置在所述真空泵和所述阀之间。
优选地,所述包装机还包括另一存储单元、例如循环缓冲器,其中所述控制单元被设计为间歇地,特别是以持续时间为1~50毫秒的间歇性方式,将在所述密封台处检测到的时间依赖的测量值存储在所述另一存储单元上。特别地,控制单元可被设计成将以持续时间为1~50毫秒的间歇性方式,特别是以持续时间为4~10毫秒的间歇性方式,将以伏特为单位所测量到的针对密封台内的湿度的测量值存储在所述另一存储单元中。
根据实施例,所述控制单元被设计成利用湿度的多个绝对测量值或相应的电压信号来计算回归线,其中所述回归线的斜率与湿度的变化率相对应。回归线的计算在一定程度上用作过滤功能。例如,可以利用控制单元使用10~50个测量值来计算回归线。优选地,控制单元可被配置为在计算变化率时,利用与控制单元相关联的过滤功能,忽略非常偏离趋势的测量值(例如,下降的变化率),而不论这些测量值是正还是负。
优选地,所述控制单元被设计成将在其中湿度的变化率完全为正的4~500毫秒的测量时间段,优选为30~100毫秒的测量时间段,视为过滤功能和条件以用于中止所述抽真空过程。
优选地,所述控制单元被设计成,在所述抽真空过程期间所述控制单元不能检测到湿度的正的变化率并且所述密封台内不能达到所述目标真空压力的情况下,例如经由包装机的HMI接口发出错误消息。尽管没有达到期望的真空压力(这本身暗示了蒸发后的潮湿产品),但在抽真空过程期间没有上升的湿度图由此表示密封台正泄漏。
优选地,所述包装机是深拉包装机(15)、托盘密封机或腔室输送带机(29)。
优选地,所述工作单元包括能够移动的下部和上部,所述下部和所述上部夹有成型腔室和/或密封腔室,并且所述下部和所述上部各自具有至少一个压力测量装置。前面与其它实施例有关的所述的抽真空过程可以特别地在密封腔室内执行。
根据变形例,所述程序序列包括充气过程,其中所述控制单元被配置为在所述抽真空过程完成的情况下,开始所述充气过程。在过程控制的包装机的情况下,充气过程特别地可以通过利用控制单元对抽真空过程的中止而开始。由此,能够通过充气过程从包装内部移除特定残留湿度。
优选地,所述程序序列包括在工作单元处的密封过程,其中所述控制单元被设计成在抽真空过程和/或充气过程完成的情况下,开始密封过程。
本发明还涉及一种用于对包装机的不同工作单元处的过程的程序序列进行自控的方法,其中,旨在在包装机的操作期间、在各工作单元处根据所述程序序列执行一个过程和/或根据所述程序序列执行在功能上彼此协调的多个过程,其中,至少在各工作单元中的一个工作单元处,检测实际过程值并且将所述实际过程值转发至所述包装机的控制单元;所述控制单元将所转发的实际过程值与关联的目标过程值进行比较并从中得到结果、生成针对所述工作单元自身的各程序序列以及/或者相对于各工作单元而协调的各程序序列、并且基于各程序序列来协调所述包装机的操作;在所述包装机的被配置为密封台的工作单元处,被配置为测量装置的至少一个湿度传感器将所述密封台内的湿度检测为时间依赖的测量值;所述控制单元在所述程序序列期间至少部分地计算所述密封台处的湿度的变化率;以及在所述密封台内实现目标真空压力之前,如果湿度的变化率大于或等于预定的阈值或者该变化率减去所述阈值的差从负值改变为正值并再次从正值变回负值,所述控制单元立刻或者在预定的延迟时间到期之后中止在所述密封台处所执行的抽真空过程。
优选地,在湿度的变化率为正和/或大于或等于针对变化率的预定正阈值的情况下,所述控制单元中止所述抽真空过程。即,这可以是针对要包装的产品蒸发、即其含水量下降这一事实的指示。
用于计算变化率的一个可能性将是:控制单元利用湿度的多个绝对测量值来计算回归线,其中该回归线的斜率确定湿度的变化率。
优选地,所述控制单元可以将湿度的变化率完全为正的4~500毫秒的测量时间段视为过滤功能和条件以用于中止所述抽真空过程。还可考虑:控制单元被设计成在抽真空过程期间从变化率第一次等于0、即变化率改变其符号的时间点起运行测量时间段。
优选地,在所述抽真空过程期间不能确定湿度的正变化率并且在所述密封台内没有达到所述目标真空压力的情况下,所述控制单元可以发出错误消息。由此,可以检测到有泄漏的工具。
根据变形例,在抽真空过程完成特别是中止的情况下,所述控制单元在所述密封台处开始充气过程。该充气过程可以移除剩余在包装内的残留湿度,使得可以在理想的环境下包装要包装的产品。
在本发明的一个或多个实施例中,与已知的时间控制的包装机相对比,本发明的包装机和用于该包装机的方法是利用智能传感器技术和控制技术而进行过程控制的。特别是利用传感器来监测各工作过程,并且根据如此检测到的值来控制各工作过程。在优选的包装机中,该包装机所使用的工作单元的程序序列不再主要局限于由操作员预定的过程时间,而是适应于操作期间的实际生产过程、特别是适应于各工作单元的可测量的过程进展。由此,考虑到预定的或可计算的目标过程值,特别监测在各工作单元处实际过程值进展到多远。不再主要考虑迄今为止由操作员在机器上手动地设置的固定运行过程时间,这是因为工作单元处的各过程运行到达到一个或多个目标过程值为止、即对各过程进行传感器控制。
如果可以的话,在本发明中使用如下的过程时间,所述过程时间是从存储单元中可自动检索的,并且可以利用与产品、工具和/或包装材料有关的特定生产参数来生成。因而,在工具改变和/或产品改变的情况下,包装机可以快速地适应,而操作员不需要长时间对包装机进行新的调节。因而,在本发明的情况下,包装机最佳地适应于其自身的操作。
为此,所述包装机优选包括控制单元、多个测量装置和用于不同过程的多个工作单元,其中所述控制单元在功能上连接至所述工作单元和所述测量装置。所述测量装置被配置为检测各工作单元处的实际过程值,并且将该实际过程值转发至所述控制单元以监测过程状况。所述控制单元优选被设计成通过将从各测量装置转发至所述控制单元的实际过程值与相应的目标过程值、特别是来自与所述控制单元相连接的存储单元的相应目标过程值进行比较,来针对各工作单元自控地和/或以协调方式产生程序序列。然后,各工作单元基于如此检测到的实际过程值本身和/或在这方面以彼此协调的方式进行工作。
根据本发明的自控意味至少在所述多个工作单元之一处的程序序列不是根据预定的过程时间而运行的。相反,工作单元处的程序序列适应于参考在该工作单元上检测到的实际过程值,因而是传感器控制的。在本发明中,所述控制单元用作所述测量装置和所述工作单元之间的功能链接。优选地,检测到的实际过程值由所述测量装置转发至所述控制单元,其中所述控制单元相对于该实际过程值针对工作单元本身和/或针对彼此适应的工作单元来控制各程序序列。
特别地,在功能上的前一工作单元实现至少一个目标过程值的情况下,可以在工作单元处开始过程。因而,特别地,各个工作单元的序列可以良好地彼此协调。在本发明中,可以建立各个工作单元之间的功能连接,使得各工作单元可以相继平顺地工作。
另外,本发明的实施例允许通过各工作单元处的实际过程值确定来早开始检测各个工作单元。这基于以下事实:为了控制阀和/或为了生成控制信号,需要一定的反应时间,这在专业界也被称为死区时间。为了缩短这种死区时间,在本发明中,基于实际过程值确定,至少可以提前、即在达到目标过程值之前的某个时间开始工作单元的序列。由于在序列中各工作过程彼此更好地协调,因此这样的总体结果是节省了时间。
优选地,所述包装机与现有技术的不同之处基本在于:不再根据预定的固定程序序列对包装机进行时间控制,即包装机不再利用针对各工作单元的特定过程时间进行工作。而根据本发明的包装机利用其可用的传感器技术和控制能够使各工作单元的过程适应在这些工作单元上当前检测到的实际过程值,即优选地与各过程已执行了多长时间无关。由此,各过程可以以经济最佳的方式执行,并且在适当情况下,可以彼此协调地运行,使得可以在较短的周期时间内产生整体较大的批大小。因此,另外,可以针对所有产品实现相同的质量。
与现有技术相对比,关于本发明的变形例,包装机的性能不再依赖于机器操作员的调节能力,而是依赖于包装机本身的技术技能,从而自控地适应生产过程,即适应在工作单元处当前检测到的过程值。
根据本发明的包装机已被证明对于生产过程的起始阶段而言是特别优选的,这是因为由此不再需要用于最佳地调节包装机的多次测试运行。而根据本发明的包装机允许从一开始就最优地生产要制造的产品,这是因为可以利用控制单元经由序列中的反馈来相对于在工作单元上当前检测到的实际过程值立即对这些工作单元处的各过程进行控制。
由于在本发明中包装机本身被设计成使得在该包装机上所执行的过程最优,因此发生时钟性能的增高,由此可以降低人员成本。
优选地,包装机包括被配置为工作单元的至少一个机器人。这特别用作要填充的包装的拾取和放置机构。在本发明中,机器人的操作可以适应于其它工作单元的序列。特别地,机器人臂所执行的加速可以适应于包装机上的其它工作单元的进展。
根据本发明的实施例,所述包装机可被设计为深拉包装机、托盘密封机或腔室输送带机。由于在这样的包装机中多个工作过程特别是彼此协调地正在运行,因此根据本发明,可以利用包装机的控制单元以特别增强性能的方式使用自控反馈。然后,这些包装机可以在不必参考预定的过程工作时间周期的情况下,以自控的自动方式控制其生产过程。在这方面,在这些机器上转换时间也可以大大缩短。
优选地,连接至控制单元的存储单元用作数据储存库,其中控制单元从该数据储存库获得目标过程值,以针对各工作单元尽快执行反馈控制,从而检测实际过程值。
特别可能的是,存储单元被设计为数据库,优选地被设计为知识数据库,其中该知识数据库被配置为关于利用包装机要生产的产品的数据来推导针对各工作单元的目标过程值。优选地,可以经由包装机的输入控制台来检索要生产的产品、特别是膜规格、工具类型和/或要包装的食品,其中基于该设置,可以通过存储单元、特别是通过该存储单元内所包含的数据库来提供目标过程值的特定数据集。这将具有以下优点:在开始生产时,机器操作员仅需要在包装机的输入控制台上选择要生产的产品,结果,由包装机自控地接管该生产过程。
在数据库被配置为数据库系统的部件的情况下,可以以特别通用的方式使用所述数据库,其中该数据库系统还包括被配置用于控制单元和数据库之间的双向数据交换的数据库管理单元。利用该数据库管理单元,从这个方面来说不仅可以基于在工作单元处检测到的实际过程值来确定和/或读出相关的目标过程值,而且另外,特别地在数据库处可以基于控制单元来执行控制功能,使得例如可以校正、改变和/或替换数据库上所存储的数据集。然后,根据本发明的包装机可以容易地适应于以前没有利用其生产过的新产品。可以例如经由VPN连接、无线连接(例如使用RFID)、或者利用USB棒来在数据库上进行对数据库上所存储的数据集的更新。
优选地,特别通过格式依赖的信息、过程依赖的信息和/或膜依赖的信息来控制包装机上的过程。膜依赖的信息特别与拉动深度、密封接缝宽度、密封期间的最终真空、包装的数量、包装大小和/或成型深度有关。过程依赖的信息特别是特定成型压力、特定密封压力、切割时间、在打开或闭合升降单元时的最大许可早期开始时间、以及/或者膜进给期间的最大许可早期开始时间。特别地,膜依赖的信息是膜类型、密封层、膜厚度、密封层厚度、模具中的冷却时间(稳定时间)、理想加热时间、理想密封时间、成型和预加热期间的理想加热时间以及/或者密封期间的理想加热温度。特别地,控制单元被配置为基于格式依赖的信息、过程依赖的信息和/或膜依赖的信息来产生用于生产过程的目标过程值和/或控制信号。优选地,目标过程值基于来自要生产的产品的数据,其中该数据特别指示密封表面、密封压力、最终真空、膜类型和/或膜厚度或膜规格(例如层构造等)。
优选地,可以利用无线连接将与膜规格有关的信息存储在数据库中,特别地,可以利用包装机上所设置的RFID读取器通过附着至膜的RFID标签来读出与膜材料有关的信息,并且通过RFID读取器将所述与膜材料有关的信息存储在数据库中。
对于要生产的各产品,优选地存在对在操作期间包装机的过程控制的自控功能可用的特定目标过程值的预选择。因而,各工作单元处的程序序列可以适应于预定的目标过程值。
优选地,所述目标过程值指示针对被配置为成型台的工作单元的最佳成型和/或密封温度、最佳密封和/或成型压力、以及/或者至少一个稳定时间。在达到了预定的最佳目标过程值的情况下,控制单元可以决定何时可以终止工作单元处的过程以及何时可以在同一工作单元处或者在不同的工作单元处开始后续过程,从而以各工作单元的过程之间的平顺过渡来控制生产序列。
根据替代实施例,存储单元被一体地配置在控制单元中,或者可选地可用作外部单元。在存储单元被一体地配置在控制单元中的情况下,可以经由包装机的操作控制台直接控制存储单元,其中在该变形例中,主要可以利用操作控制台来更新、替换和/或补充存储在存储单元中的数据集。特别地,作为外部单元,存储单元可以在功能上连接至多个包装机,其中所述多个包装机的各控制单元可以具有对被配置为外部单元的存储单元的功能访问。在生产建筑物内多个包装机彼此并行地工作的情况下,这特别有利,其中并非隐含地需要各包装机各自配备有自己的存储单元。也可以想到多个包装机参考存储单元的不同数据集。由此,将想到在包装机处运行不同的生产过程。
优选地,所述存储单元在功能上能与外部网络连接,其中可以经由外部网络来更新或控制所述存储单元。将想到例如机器操作员从他的计算机工作站经由他的计算机在功能上集成的外部网络将数据集播放到存储单元中。也可以想到,外部网络由包装机生产商使用以控制包装机的存储单元,尽管在食品包装公司的生产中已涉及该操作。基于该变形例,可以从存储单元读出任意数据,例如错误消息、操作状态、产品数据和/或服务器数据。
优选地,各测量装置包括至少一个力传感器、压力传感器、位置传感器、温度传感器、红外线传感器、超声传感器、感应传感器、激光传感器和/或另一湿度传感器。各传感器特别是工作单元的一体元件,从而尽可能精确地检测这些传感器上所存在的实际过程值。优选地,所使用的传感器在包装机的操作期间连续地检测各过程值,使得在达到目标过程值的情况下,控制单元可以快速反应,以在适当情况下终止该过程并且开始后续过程。
优选地,工作单元至少之一包括可移动的下部和上部,其中该下部和上部夹有成型腔室或密封腔室,并且各自包括至少一个压力测量装置。由此,可以在生产过程期间在上部和下部内监测压力分布。由此,控制单元可以根据压力分布执行压力产生的控制。控制单元还可以根据压力分布控制成型腔室或密封腔室内的其它过程。
根据实施例,包装机的工作单元之一被设计为至少包括一个加热板的成型台。这用于对插入成型台中的膜部分进行加热,使得随后可以对所述膜部分进行良好成型。在加热板的功能是可基于成型台内的压力值控制的情况下,特别地在加热板的加热时间可根据成型台内的所实现的压力水平访问的情况下,该操作是优选的。
根据变形例,成型台包括被配置成在空间上彼此分离的加热腔室和成型腔室。由此,加热腔室用作预加热,并且优选包括下部加热板和上部加热板,其中可以将膜部分钳在该下部加热板和上部加热板之间。为了生成特别高的钳制力,可以在上部加热板的上方布置压力产生器,特别是可以将上部加热板向下压的可膨胀隔膜。
可以想到,工作单元之一被设计为密封台。该密封台可选地配备有充气单元,从而为要密封的产品创建期望的环境。
优选地,实际过程值是在工作单元中检测到的压力,其中控制单元被配置为在检测到的压力达到预定压力水平的情况下,在所述工作单元处或者至少在其它工作单元之一处终止或开始至少一个工作过程。该工作过程例如可以是根据从存储单元存在的加热时间或冷却时间而发生的加热过程或冷却过程。
本发明还涉及一种用于对包装机的不同工作单元处的过程的程序序列进行自控的方法。根据所述程序序列,在包装机的操作期间在各工作单元处执行一个过程和/或在功能上彼此协调的多个过程,其中在各工作单元处,检测实际过程值并且将这些实际过程值转发至包装机的控制单元,其中该控制单元将所转发的实际过程值与相应的目标过程值进行比较并从中得到结果,针对所述工作单元自身产生各程序序列以及/或者使各工作单元自控地彼此协调,并且在此基础上协调包装机的操作。
因此,包装机的操作依赖于在各工作单元处检测到的实际过程值。考虑到针对要产生的产品的目标过程值,基于检测到的实际过程值,然后可以利用控制单元确定可以继续还是中止工作单元处的各过程,并且在适当情况下,可以开始后续过程。因而,包装机的自控一方面依赖于在各工作单元处一体地设置的传感器技术,并且另一方面依赖于通过考虑目标过程值的反馈控制功能,其中控制单元的目标过程值特别是由连接至控制单元的存储单元来提供。
利用根据本发明所述的方法,考虑到在工作单元上测量到的实际过程值,在操作期间而改变在工作单元处所执行的过程的各程序序列。过程的序列不再是固定地时间控制的,而是根据测量到并达到的实际过程值自控的。
因此,在本发明中,工作单元处的过程的开始主要依赖于在生产过程上游的过程中以及/或者至少在至少部分地同时运行的一个工作单元处的过程中测量到哪些实际过程值。优选地,在某工作单元或至少另一工作单元的生产过程上游的过程中检测到的过程值与预定的目标过程值相对应的情况下,在所述工作单元处开始过程。当然,还可以是如下情况:在某工作单元上游的所述过程中的一个或多个特定实际过程值尚未达到目标过程值的情况下,该工作单元处的过程已开始。这尤其可以避免死区时间,因而可以缩短时钟周期时间。在连续发生并在时间上间隔开的过程的情况下,如下将是有可能的:在这些过程之间具有预定时间间隔的情况下,后续过程仅在工作单元的过程中的目标过程值达到时才开始。
因此,即使在各过程的顺序中也可以通过传感器技术和反馈控制来优化工作单元处的各过程,其中这些过程的各优化后的程序序列还服务所述用于优化的方法的其它过程,使得可以根据各过程来彼此对包装机的方法的整个程序序列进行优化。
附图说明
参考以下所述的附图来说明本发明的实施例。其中:
图1采用一般示意图示出过程控制的包装机,
图2示出根据本发明实施例的深拉包装机,
图3示出根据本发明实施例的托盘密封机,
图4a示出根据本发明实施例的成型台,
图4b示出图4a的成型台的过程图,
图5a示出根据本发明的另一实施例的成型台,
图5b示出图5a的成型台的过程图,
图6a示出根据本发明实施例的密封台,
图6b示出图6a的密封台的过程图,
图7a示出已知的成型台,
图7b示出图7a的成型台的时间控制的过程图,
图8示出密封台内的干燥产品和潮湿产品的压力分布以及相关联的含水量的图形化视图,
图9a示出具有湿度传感器的密封工具下部的示意图,以及
图9b示出具有湿度传感器的密封工具下部的又一示意图。
具体实施方式
图1采用示意图示出根据本发明的包装机1。为了控制生产过程,包装机1包括控制单元2。此外,包装机1具有多个工作单元3,其中各工作单元3利用功能连接4连接至控制单元2。工作单元3是被配置用于不同的过程以由此产生期望产品的工作台。在生产过程期间,各工作单元3以彼此协调的方式运行。由此,从时间角度看,各工作单元3可以连续地和/或在一定程度上彼此并行地(即以重叠方式)工作。
根据图1的包装机1包含多个测量装置5,其中所述多个测量装置5各自集成在工作单元3中。测量装置5被配置为检测各工作单元3处的实际过程值I。此外,图1示出,各测量装置5经由另一功能连接6连接至控制单元2。经由该另一功能连接6,测量装置5可以将检测到的实际值I转发至控制单元2。由此,在生产过程期间可以利用所安装的测量装置5监测工作单元3的各实际过程状态。
图1还示出控制单元2连接至存储单元7。根据图1,存储单元7被设计为包装机1的一部分,其中存储单元7还可以作为外部单元连接至包装机1的控制单元2。存储单元7还包括数据库,存储单元7被配置为提供目标过程值S。该目标过程值S特别依赖于要生产的产品的具体数据。例如,目标过程值S可以是关于膜厚度、膜类型、密封表面、密封压力、要抽真空的最终真空和/或要包装的产品而得到的。因而,对于所要生产的、实质包括要包装的产品及其包装的各产品,可以从存储单元7提供不同的目标过程值S。
根据图1,控制单元2具有经由数据连接8对来自存储单元7的目标过程值S的访问。特别地,数据连接8被配置用于控制单元2和存储单元7之间的双向数据流量。
此外,图1示出控制单元2被设计成通过将从各测量装置5转发至控制单元2的实际过程值I与来自连接至控制单元2的存储单元7的关联的目标过程值S进行比较V,来产生程序序列P。各工作单元3的程序序列P是针对工作单元3处形成的致动器A所设置的。致动器A对要生产的产品在各工作单元3处进行特定形式的工作,例如运输、成形和/或充气工作。
基于检测到的实际过程值I(路径、压力、真空、温度等)以及这些实际过程值I与来自存储单元7的目标过程值S的比较,根据本发明的控制单元2发起功能反馈,以根据控制单元2所产生的程序序列P自控地协调各工作单元3处所设置的致动器A。由此,控制单元2被配置为自行协调针对工作单元3的各致动器A的各程序序列P,以及/或者自控地控制各程序序列P彼此协调,从而确保包装机1的平顺且经济的操作序列。
特别地,根据本发明实施例的控制单元2可被配置为根据至少一个工作单元3的程序序列的进展来控制至少一个其它工作单元3的另一程序序列P。由此,控制单元2可以确保在至少一个工作单元3处检测到预定的实际过程值I的情况下开始至少一个其它工作单元3的其它程序序列P。因而,各程序序列P可以容易地彼此协调,其中这些程序序列P的功能依赖于工作单元3处的分别检测到的实际过程值以及工作单元3上的功能反馈。因而,根据本发明的包装机1被设计成自控地协调在该包装机1上执行的各程序序列,其中这特别是实时地实现的,而无需机器操作员对包装机的特定值或序列进行调节。
此外,图1示出存储单元7包含数据库系统9,其中该数据库系统9优选配备有数据库10和数据库管理单元11。在数据库10中,可以针对要生产的各产品存储特定数据集,其中这些特定数据集特别是各目标过程值。还可以是如下情况:在数据库10中存储特定产品属性,其中基于这些特定产品属性,数据库管理单元11推导出目标过程值S。
图1还示出控制单元2可以经由无线数据连接12在功能上连接至外部网络13。外部网络13可以是能够用来对控制单元2进行控制的计算机网络。此外,控制单元2可被配置为由外部网络13控制,以及基于外部网络13来控制存储单元7,例如从而更新和/或补充数据库10中所存储的数据集。可选地,经由控制单元2并且利用直接设置在包装机15上的操作控制台14,可以进行对存储单元7、特别是存储单元7内所包含的数据库10的控制。
在图2中,根据本发明的包装机1被设计为深拉包装机15。深拉包装机15包括沿工作方向R顺次配置在机架20上的成型台16、密封台17、横切台18和纵切台19。进给辊21位于机架20的拉动膜幅22的输入侧。在密封台17的区域中,设置拉动覆盖膜24的材料储存库23。在出口侧,在深拉包装机15上设置采用输送带的形式的出料单元25,其中利用该出料单元25来移除完成的分开的包裹26。此外,深拉包装机1包括示意性示出的膜进给装置27,其中该膜进给装置27用于夹持膜幅22并且在每个主工作周期中沿工作方向R进一步输送该膜幅22。膜进给装置27例如被设计为布置在膜幅22的一侧或两侧上的输送链。此外,图2示出RFID读取器70、70’,其中该RFID读取器70、70’被配置为检测安装在下部的膜22或覆盖膜24上的RFID标签(未示出)的信息。所读出的信息特别是膜规格。
以上所述的与图1的总体示出的包装机1有关的发明原理可以应用于根据图2的深拉包装机15。在不限于此的情况下,在图2的深拉包装机15中,特别地,成型台16和密封台17能够作为结合图1的包装机1所述的功能控制的工作单元3。
成型台16特别适合根据本发明的过程控制。以下参考根据图4a、图4b、图5a和图5b的不同实施例来更详细地说明该过程控制。此外,以下结合图6说明如何在密封台17处应用根据本发明的原理。在单独考虑的情况下,密封台17可以包括多个工作单元3,例如为此单独设置的密封工具、充气工具、抽真空工具和/或输送器件,其中各工作单元3自行和/或彼此适应地根据自控程序序列而运行。以下结合图6a和图6b说明示例性密封台。
因此,根据本发明,在深拉包装机15中进行的过程不再主要是在各工作单元3处时间控制的,而是根据在各工作单元3处测量到并达到的实际过程值I以自控的面向过程的方式运行。
根据图3,根据本发明的包装机1被设计为托盘密封机28。如以上结合图1的自控式包装机1所述的发明原理还可应用于托盘密封机28。
图4a示出根据实施例变形例的成型台。在图4b中示出图4a所示的成型台16的过程。
图4a的成型台16包括下部32和上部33。在下部32和上部33之间,形成用于形成包装槽M的成型腔室34。下部32连接至升降单元35,其中该升降单元35以相对于上部33可调节高度的方式支撑下部32。在下部32中,设置有下部压力阀36和下部通气/透气阀37。在上部33中,设置有上部压力阀38和上部通气/透气阀39。
图4a还示出:在下部32中,设置有下部压力测量装置40,并且在上部33中设置有上部压力测量装置41。下部压力测量装置40和上部压力测量装置41在功能上连接至包装机1的控制单元2。
另外,参考图4a,在成型腔室34内布置有加热板42。在加热板42下方,定位有夹在下部32和上部33之间的膜部分43。在成型腔室34中,最初,膜部分43由加热板42加热,随后利用成型腔室34内的适当压力产生和/或真空产生而被成型为期望的形式,以产生包装槽M。参考图4b来更详细地说明该情况。
图4b示出图4a所示的成型台16的根据本发明的过程控制处理的过程图44。过程图44以垂直布置示出在成型台16处彼此以过程控制方式运行从而产生包装槽M的主要过程H、过程时间Z、阀控制序列VS和压力分布D。在水平布置中,过程图44被按时间分成过程块I~IV。
在过程块I中,成型台16将膜部分43夹在下部32和上部33之间。为此,升降单元35使下部32相对于上部33从打开位置移动到闭合位置(步骤a)。使下部透气阀37到达闭合位置(步骤b)。
在过程块II中,成型台16关闭。过程块II包括:对夹住的膜部分43加热,以随后更容易地使膜部分43变形。在下部32中,最初产生压力,由于上述压力,膜部分43被压抵加热板42(步骤c)。由此,利用下部压力测量装置40监测压力上升(步骤d)。
此外,在过程块II中,在下部32中的压力达到目标值(目标过程值)的情况下,中断下部32中的压力供给(步骤e)并且加热板43根据加热时间而开始进行加热(步骤f)。现在膜部分43以在加热板42的下侧以无褶皱的状态抵接,并且可以快速地被加热。由此,在加热时间期间在下部32中维持了压力水平。
在过程块II结束时或者在过程块III开始时、即在加热时间到期之后,下部透气阀37打开(步骤g)。另外,打开上部压力阀28(步骤h),并且关闭上部透气阀39(步骤i)。在过程块II中,现在经加热的膜部分43被成型。由此,膜部分43被压入下部32内并形成包装槽M。
在过程III中,监测在上部33中产生的压力上升(步骤k)。在下部32中的压力下降(步骤j)的同时,上部33中的压力升高到阈值(目标过程值)(步骤k)。在上部33中达到阈值压力时,上部33中的压力产生被中断(步骤l),并且稳定时间(冷却时间)开始(步骤m)。在稳定时间内,维持上部33中的压力水平,使得所产生的包装槽M保持其形状。在稳定时间结束时,成型过程根据过程块III而完成。包装槽现在被固化。
在过程块IV开始时,上部透气阀39打开(步骤n)。由此,在上部33中压力水平下降。根据上部33中的预定的压力阈值(目标过程值),升降单元35使成型台16打开(步骤o)。经成型的包装槽M现在可被输送到成型腔室34外,同时,要成型的新的膜部分43向上移动到成型台16中。
在上述示例中,根据所使用的膜类型和/或工具类型,过程块II和III中所述的阈值压力值可以改变。控制单元2优选被配置为存储单元7特别是利用数据库10来自动生成各个阈值压力值作为目标过程值。此外,该控制单元可以至少关于膜材料和/或工具类型来改变加热时间(步骤f)和稳定时间(步骤m)。
图5a示出根据另一实施例变形例的成型台16。在图5b中示出图5a所示的成型台16的过程。
图5a的成型台16包括作为预加热进行操作的单独的加热腔室45。如在过程方向上所看到的,加热腔室45布置在成型腔室34的前方。在加热腔室45内设置有下部加热板46和上部加热板47。要加热的膜部分43被引导穿过下部加热板46和上部加热板47之间。在上部加热板47的上方,布置有压力产生器48(特别是可膨胀隔膜),其中该可膨胀隔膜在其膨胀状态使上部加热板47压抵下部加热板46。
此外,加热腔室45和成型腔室34各自设置有压力阀36、36’、38、38’和透气阀37、37’、39、39’。在加热腔室45中和成型腔室34中利用下部压力测量装置40、40’和上部压力测量装置41、41’分别检测所施加的压力。利用压力产生测量装置49来检测在压力产生器48中施加的压力。
图5a示出:在利用升降单元35调节下部32的情况下,加热腔室45和成型腔室34可以同时打开或关闭。还可考虑以两部分的方式设计下部,其中下部32的各部分是利用专门设计的升降单元35以彼此独立的方式可调节的。
图5b示出图5a所示的成型台16的过程图。在成型台16的双腔室设计中,加热和成型在时间上彼此并行地运行。因而,来自过程块II和III的过程没有在时间上相继运行。然而,为了更好的理解,以下单独说明加热和成型。
过程图44’示出在加热腔室45中运行的加热功能块HB内的工作过程和在成型腔室34中运行的成型功能块FB内的工作过程。
最初,在过程块I中,成型台16关闭(步骤a’)。由此,升降单元35使下部32升起,因而加热腔室45和成型腔室34关闭。加热功能块HB示出下部透气阀37关闭(步骤b’)。此外,加热功能块HB示出:利用下部压力阀36,在下部32中的加热腔室45内产生真空,从而将膜部分43拉到下部加热板46上(步骤c’)。同样,在上部33的加热腔室45中施加压力,然而该操作是可选的。为此,上部压力阀38打开(步骤d’)。另外,压力产生器48向上部加热板47加压,因而膜部分43固定地夹在下部加热板46和上部加热板47之间(步骤e’)。特别地,比例控制阀由此可用于在上部33的加热腔室45中精确地产生压力。
加热块HB还示出:加热腔室45内的压力反应被设置成相对于压力阀处的开关过程(步骤c’和d’)在时间上存在延迟(死区时间)。在成型台16的控制过程中考虑到该情况。基于这种死区时间控制,如果成型台尚未处于关闭位置(参见步骤a’),则可以提前(例如提前100ms)控制阀开关过程(步骤c’和d’)。这例如利用针对升降单元35的路径测量装置而发生,其中该路径测量装置根据升降单元35的特定关闭距离向控制单元发出信号,使得所述控制单元在早期阶段控制各阀。
在加热功能块HB中,在开始时监测加热腔室45中的各压力。一旦利用测量装置40在下部32中测到预定压力水平(步骤f’),控制单元2在下部加热板46处开始加热过程(步骤g’)。在该加热过程期间可以任意地控制上部33中的压力。特别地,在上部33内和/或在压力产生器48内达到预定压力时(步骤h’和i’),使上部33中的压力下降。
此外,示出下部32中的真空和上部33中的压力几乎同时上升(步骤f’和j’)。仅在认为上部33中的压力水平和/或下部32中的真空水平各自取预定值之后,用压力产生器48额外施加的压力以延迟方式上升(步骤k’)。
在成型功能块FB中,根据死区时间控制在早期阶段(例如,在成型台16关闭之前的100ms),如加热腔室45的下部压力阀36和/或上部压力阀38那样提前控制下部压力阀36’和/或上部压力阀38’(步骤l’和m’)。利用压力测量装置40’、41’来监测上部32中的压力上升和/或下部32中的真空产生。在成型过程期间,下部透气阀37’保持关闭(步骤n’)。
从上部33中的预定压力和/或下部中的真空起,稳定时间开始运行(步骤o’)。特别地,稳定时间的运行还可以在压力和/或真空产生期间开始(步骤p’)。在稳定时间内,经成型的包装槽M冷却,因而其变得尺寸稳定。
图5b示出,加热腔室45与成型腔室34相比在稳定时间方面较短。然而,成型腔室34比加热腔室45更早通气(步骤q’和r’)。尽管成型腔室34紧挨在稳定时间到期之后开始通气(步骤q’),但仅在成型腔室内的压力和/或真空产生的情况下(步骤s’),加热腔室的各阀36、37、38、39才通气。然后,在一定时间延迟的情况下,加热腔室45中的压力也降低(步骤t’)。
一旦成型腔室34和加热腔室45中的压力水平共同达到预定值和/或下降得低于预定值,升降单元35就向下移动并且打开成型台16(步骤u’)。根据图5b,成型台34可能在提早的时间点已打开(步骤s’)。因此,也可以想到在加热腔室45和成型腔室34中使用单独工作的升降单元35。由此,死区时间将缩短(步骤v’)。可选地,控制单元2可以在时间上协调加热腔室45和成型腔室34处的各个阀的通气,使得最好在加热腔室45和成型腔室34内同时设置使成型台16打开的预定压力水平。在图5b的情况下,例如,可以较早地发起加热腔室45的通气(步骤r’),而使压力降低(步骤t’和s’)在时间上更接近。
图6a采用放大图示出图2的密封台17。根据本发明的过程控制的功能原理也可应用于该密封台17。
在没有更详细地示出的另一变形例中,针对成型腔室34设置成形冲头。根据现有技术,冲头运动以向下的方式开始,并且在一些延迟的情况下以时间控制的方式开始成型过程。在根据本发明的变形例中,开始冲头移动,并且一旦成形冲头达到预定位置,则也开始成型过程。
在图6a中,密封台17包括密封下部49和密封上部50。密封下部49可由升降单元51进行高度调节。在密封下部49和密封上部50之间,形成密封腔室52。在该密封腔室中,将覆盖膜24密封到包装槽M上,从而将(食品)产品密封在包装槽M中。密封板53位于覆盖膜24的上方。此外,在密封上部50内设置压力产生器48(例如可膨胀隔膜),其中该压力产生器48可用于压下密封板53以将覆盖膜24密封在包装槽M上。
密封下部49包括下部阀单元54,其中该下部阀单元54用于产生真空以及使密封下部49通气。密封上部50包括上部阀单元55,其中该上部阀单元55用于产生真空以及使密封上部50通气。
密封上部50配备有上部压力测量装置56。利用压力产生器测量装置57测量上部压力产生器58中的压力。密封下部49配备有下部压力测量装置58。另外,在密封下部49内形成真空产生器59,其中该真空产生器59可以在包装槽M中产生真空。利用真空测量装置60测量包装槽M中所产生的低压。可以在密封下部49中设置充气单元61,其中该充气单元61用于利用任意的环境气体向包装槽M充气。
图6b示出图6a的密封台17的功能连接。由此,密封过程44”以过程控制的方式运行。
最初,在图6b的过程块I中,密封下部49利用升降单元51从打开位置移动到关闭位置,其中在该关闭位置中,密封下部49与密封上部50利用密封腔室52密封包装槽M和位于包装槽M的上方的覆盖膜24(步骤a”)。
在密封下部49到达关闭位置之前,控制下部阀单元54以对密封下部49进行抽真空(步骤b”)。在略微延迟的情况下(然而,仍在到达密封下部49的关闭位置之前),控制上部阀单元55以对密封上部50进行抽真空(步骤c”)。用于控制阀单元54、55的时间提前量用于消除从控制起直到阀反应并且进一步直到实际压力或真空产生为止相加的死区时间。这些死区时间可以由控制单元2在测试运行中确定。
在过程块I中,为了在密封下部49和密封上部50中产生真空,用于通气的阀单元54、55保持关闭(步骤d”)。在特定时间延迟的情况下,在密封下部49和密封上部50中在过程块II的开始时真空积累。利用在密封下部49中产生的真空,最初,包装槽M是固定的。密封上部50中的真空确保了覆盖膜24在包装槽M上以无褶皱的状态对齐。
此外,在密封下部49和密封上部50内监测真空压力分布(步骤z”)。在过程块II中,在密封下部49和/或密封上部50中产生真空,直到在密封下部49和/或密封上部50中检测到预定真空值为止(步骤e”)。
根据本发明,设置没有更详细地示出的湿度传感器(FS)(参见图9a和图9b),以检测产品的真空中的湿度。可能发生以下情况:由于产品所产生的湿度太大,因而不能达到预定的最终真空。在这种情况下,尽管尚未达到最终真空即预定真空值,但是控制检测到该状况并且终止该过程步骤。
根据图6b,在过程块II中,在密封上部50中最终达到预定真空压力,这引起压力产生器48的膨胀,由此密封板53被向下压并且覆盖膜24压到包装槽M的边缘上。由此,在密封区域中产生接触压力(步骤f”)。可以利用密封下部49和/或关联的升降单元51中所设置的至少一个力传感器62(参见图6a)来测量该机械接触压力。可选地,产生该密封力的隔膜的压力也可以由压力传感器来确定。
不久之后,在接触压力等于最大密封压力的情况下(步骤h”),开始密封时间(步骤i”),其中在该密封时间期间,覆盖膜24被“焊接”到包装槽M。可以根据所使用的包装材料和/或所使用的密封工具类型来确定该密封时间。
在密封时间期间,在用于使密封下部49通气的时间延迟的情况下,还使密封上部通气(步骤j”)。特别地,密封下部49内的真空下降到特定真空值可以用作触发事件(步骤k”)。
密封板53保持压下,直到过程块III中的密封时间到期为止。一旦密封时间到期,密封板53升起(步骤l”)。为此,从压力产生器48释放压力并且监测该压力(步骤m”),由此可以使密封板53移动回到初始位置。一旦压力产生器48中的压力达到预定值,在过程块IV中可以打开密封台17(步骤n”)。也可以在密封板53尚未完全达到其初始位置、即压力产生器49中的压力尚未完全释放的情况下开始打开密封台17。在该时间点处密封下部49和密封上部50中的真空已经通过通气而被完全释放。
上述实施例与包装机的生产过程的基于时间的控制背离。优选不再考虑时间控制的程序序列。相反,利用控制单元2,根据本发明的包装机基于实际检测到的过程参数来自控地干预生产过程,从而自行地和/或彼此协调地协调在工作单元3处所执行的各程序序列P。这样得到经济的生产过程,其中根据本发明的包装机1特别由于高的可用性而适合生产多种不同的产品。
作为另一实施例,可以想到,例如可以利用RFID自动检测诸如膜22和覆盖膜24等的耗材的信息和/或规格,并且由控制单元对所述信息和/或规格进行处理。由此,RFID读取器70、70’可以读取附着至膜卷的RFID标签。
优选地,通过RFID以有线或无线的方式,可以自动检测、识别成型工具或密封工具、以及/或者可以读出其中所包含的信息并将该信息发送至控制单元。
在第一简图D中,图8示出干燥产品的工作周期DI的压力分布、以及后续的潮湿产品的另一工作周期DII的压力分布。在密封台17处检测该压力分布。
在第二简图D’中,图8示出在工作周期内根据密封台17中的压力分布检测到的两个产品的含水量。
在第一简图D和第二简图D’中,示出抽真空过程DIa的压力分布及其关联的含水量。在简图I中,干燥产品抽真空期间的压力从起始压力P1下降到目标真空压力P2。对应于压力分布,湿度从初始湿度F1下降到真空湿度F2。
随后,根据图8,发生充气过程DIb。由此,干燥产品充气期间的压力从目标真空压力P2上升到期望的充气压力P3,其中该期望的充气压力P3优选与起始压力P1相对应。在简图D’中,含水量从真空湿度F2上升为充气湿度F3。
根据图8,在充气过程DIb之后,发生密封过程DIc。同时,在要产生的产品的包装中保持通过充气过程DIb所产生的压力。由于向该产品供给以用于密封的热,包装内的湿度略微增加。在密封过程结束时,在包装内保持优选与初始湿度F1相对应的残留湿度F4。因而,密封台17处的工作周期DI完成,并且可以在密封台17处对新的产品进行抽真空、利用气体进行处置并进行密封。利用工作周期DII示出该过程。
与在其中已按照要求处理了干燥产品的前一工作周期DI形成对比,在工作周期DII中,向密封台17供给潮湿产品。
在抽真空过程DIIa的初始阶段DIIaa期间,各压力值以及关联的湿度值以与抽真空过程DIa开始时的各压力值以及关联的湿度值相似的方式行进。同样在这种情况下,最初,从包装内部抽出湿度,由此检测到的湿度最初下降。因而,在开始阶段DIIa期间,湿度的变化率为负。尽管在干燥产品的抽真空过程DIa期间,湿度的变化率直到达到目标真空压力P2都保持为负,以及/或者湿度的变化率小于或等于0,但在抽真空过程DIIa期间湿度的变化率的符号在时间T处改变,其中湿度的变化率从时间点T起变为正。该符号变化指示蒸发阶段DIIab的起始。在蒸发阶段DIIab期间,变化率保持为正,这指示了如下事实,即要包装的产品蒸发即释放水分。
图8还示出回归线R。图8中的回归线R是由控制单元2基于抽真空过程DIIa期间的湿度的测量值、特别是基于蒸发阶段DIIab内的湿度测量值所确定的。湿度的变化率可以由回归线R的斜率来定义,其中该斜率在蒸发阶段DIIab的过程中改变。此外,图8示出:在抽真空过程DIIa期间,压力分布实际下降,然而没有达到目标真空压力P2。这是由于蒸发阶段DIIab期间的湿度释放产物而引起的。
在发生上述的蒸发阶段DIIab的情况下,向包装机1的控制单元2通知压力和湿度的前述的各测量值,并且该控制单元2能够在达到目标真空压力P2之前中止抽真空过程。该中止例如可以从针对湿度的正的变化率的预定阈值起立即发生。在图8中,该中止在时间T’处发生。在时间T’处,尚未达到目标真空压力P2。即使继续抽真空过程DIIa,也不可能达到目标真空压力P2。也可以想到,仅在已经达到中止条件(阈值)后附加的延迟时间到期之后,抽真空过程才完成。在中止的抽真空过程DIIb之后的步骤中,利用期望的环境使产品通气。由此,压力水平上升到与根据图8的起始压力P1相对应的期望充气压力。
在工作周期DII结束时,发生密封过程DIIc。同时,湿度大致减少为起始湿度F1。
以上结合图8所述的导致抽真空过程中止的流程特别适合应用于过程控制的包装机。
图9a采用示意图示出如在图6a中在密封台17处已使用的密封下部49(以下还被称为密封工具下部49)。密封工具下部49包括可以用于产生密封台17内的期望真空的抽真空管线EL。
根据图9a,在抽真空管线EL中一段中布置有湿度传感器FS,其中,抽真空管线EL的多个段流入所述一段。在该位置处,在上方运行的抽真空管线EL的各个段合并之后的区域中,湿度传感器FS位于靠近密封腔室的位置并且供给湿度的精确测量值。
可选地,根据图9b,在被引导到密封工具下部49的抽真空管线EL’中在阀V和真空泵VP之间布置湿度传感器FS。这里,湿度传感器FS位于距密封工具下部49的一定距离处,使得湿度传感器FS不易被污染。
本发明特别适合用于过程控制的包装机和过程控制的包装过程。

Claims (21)

1.一种包装机(1),包括控制单元(2)、至少一个测量装置(5)和用于不同过程的多个工作单元(3),其中,所述控制单元在功能上连接至所述工作单元并连接至所述测量装置(5),
所述测量装置(5)被配置为检测各工作单元(3)中的一个工作单元处的实际过程值(I),并且将所述实际过程值(I)转发至所述控制单元(2),以监测所述工作单元(3)处的过程状态,
所述控制单元(2)被设计成通过将从各测量装置(5)转发至所述控制单元的实际过程值(I)与来自连接至所述控制单元(2)的存储单元(7)的相应目标过程值(S)进行比较(V),来针对各工作单元(3)和/或针对所述工作单元(3)以协调方式自控地产生程序序列(P),并且根据所述程序序列工作单元(3)各自和/或以协调方式进行工作,以及
所述工作单元(3)中的一个工作单元被设计为密封台(17),所述密封台(17)包括至少一个湿度传感器(FS),所述湿度传感器(FS)被设计为所述测量装置(5),该测量装置(5)在功能上与所述控制单元(2)相连接并且被设计成在所述密封台(17)的程序序列(P)期间将所述密封台(17)内的湿度检测为时间依赖的测量变量,其中,所述程序序列(P)包括抽真空过程,所述控制单元(2)被设计成计算所述密封台(17)的抽真空过程期间的湿度的变化率,以及所述控制单元(2)被设计成在所述密封台(17)内达到目标真空压力之前,在湿度的变化率大于或等于预定的阈值的情况下、或者在所述变化率减去所述阈值的差从负值改变为正值并再次从正值变回负值的情况下,立刻或者在经过指定的延迟时间之后,中止对所述密封台(17)进行的抽真空过程。
2.根据权利要求1所述的包装机,其特征在于,所述控制单元(2)被配置为在湿度的变化率为正、以及/或者湿度的变化率大于或等于针对该变化率的预定的正阈值的情况下,中止所述抽真空过程。
3.根据权利要求2所述的包装机,其特征在于,所述控制单元(2)被配置为在不许可非目标产品真空的情况下将所述抽真空过程的中止存储为差的时钟。
4.根据权利要求2所述的包装机,其特征在于,所述控制单元(2)被配置为在许可非目标产品真空的情况下,将所述抽真空过程的中止存储为好的时钟。
5.根据前述权利要求中任一项所述的包装机,其特征在于,所述密封台(17)包括密封工具下部(49)和一体地附接到所述密封工具下部(49)的抽真空管线(EL),其中所述湿度传感器(FS)被布置在所述抽真空管线(EL)内。
6.根据权利要求5所述的包装机,其特征在于,所述湿度传感器(FS)被布置在所述抽真空管线(EL)内的所述抽真空管线(EL)的多个段流入的一段中。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的包装机,其特征在于,所述密封台(17)包括密封工具下部(49)和连接至所述密封工具下部(49)的抽真空管线(EL’),其中所述湿度传感器(FS)被布置在所述抽真空管线(EL’)内。
8.根据权利要求7所述的包装机,其特征在于,所述抽真空管线(EL’)使所述密封工具下部(49)连接至真空泵并且所述抽真空管线(EL’)包括阀(V),其中所述湿度传感器(FS)被布置在所述真空泵和所述阀(V)之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的包装机,其特征在于,所述包装机还包括另一存储单元、例如循环缓冲器,其中所述控制单元(2)被配置为间歇地、特别是以持续时间为1~50毫秒的间歇性方式,将在所述密封台(17)处所检测到的时间依赖的测量值存储在所述另一存储单元上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的包装机,其特征在于,所述控制单元(2)被配置为基于湿度的多个绝对测量值来计算回归线,所述回归线确定湿度的变化率。
11.根据前述权利要求中任一项所述的包装机,其特征在于,所述控制单元(2)被配置为将4~500毫秒的测量时间段视为过滤功能和条件以用于中止所述抽真空过程,其中在该测量时间段内,湿度的变化率完全为正。
12.根据前述权利要求中任一项所述的包装机,其特征在于,所述控制单元(2)被配置为在所述抽真空过程期间所述控制单元(2)不能检测到湿度的正的变化率并且在所述密封台(17)内不能达到所述目标真空压力的情况下,发出错误消息。
13.根据前述权利要求中任一项所述的包装机,其特征在于,所述包装机(1)是深拉包装机(15)、托盘密封机(28)或腔室输送机(29)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的包装机,其特征在于,所述工作单元(3)包括能移动的下部(32、49)和上部(33、50),所述能移动的下部(32、49)和所述上部(33、50)夹有成型腔室(34)和/或密封腔室(52),并且所述能移动的下部(32、49)和所述上部(33、50)分别至少包括一个压力测量装置(40、40’、41、41’、49)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的包装机,其特征在于,所述程序序列(P)包括充气过程,其中所述控制单元(2)被配置为在所述抽真空过程完成的情况下,开始所述充气过程。
16.一种用于对包装机(1)的不同工作单元(3)处的过程的程序序列(P)进行自控的方法,其中在包装机(1)的操作期间,在各工作单元(3)处根据所述程序序列(P)执行一个过程和/或根据所述程序序列(P)执行在功能上彼此协调的多个过程,其中:至少在各工作单元(3)中的一个工作单元处,检测实际过程值(I)并且将所述实际过程值(I)转发至所述包装机(1)的控制单元(2);所述控制单元(2)将所转发的实际过程值(I)与关联的目标过程值(S)进行比较并从中得到结果、针对所述工作单元(3)自身以及/或者相对于各工作单元(3)以协调方式自控地生成各程序序列(P),并且基于各程序序列(P)来协调所述包装机(1)的操作;在所述包装机(1)的被配置为密封台(17)的工作单元(3)处,被配置为测量装置(5)的至少一个湿度传感器(FS)将所述密封台(17)内的湿度检测为时间依赖的测量值,其中所述湿度传感器(FS)功能连接至所述控制单元(2);所述控制单元(2)在所述程序序列(P)期间至少部分地计算所述密封台(17)处的湿度的变化率;以及在所述密封台内实现目标真空压力之前,在湿度的变化率大于或等于预定的阈值的情况下、或者在所述变化率减去所述阈值的差从负值改变为正值并再次从正值变回负值的情况下,所述控制单元(2)用于立刻或者在指定的延迟时间到期之后中止在所述密封台(17)处执行的抽真空过程。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,所述控制单元(2)用于在湿度的变化率为正、以及/或者湿度的变化率大于或等于针对该变化率的预定的正阈值的情况下,中止所述抽真空过程。
18.根据权利要求16或17所述的方法,其特征在于,所述控制单元(2)用于基于湿度的多个绝对测量值计算回归线,所述回归线确定湿度的变化率。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法,其特征在于,所述控制单元(2)用于将4~500毫秒的测量时间段视为过滤功能和条件以用于中止所述抽真空过程,其中在该测量时间段内,湿度的变化率完全为正。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法,其特征在于,所述控制单元(2)用于在所述抽真空过程期间所述控制单元(2)不能检测到湿度的正的变化率并且在所述密封台(17)内没有达到所述目标真空压力的情况下,发出错误消息。
21.根据权利要求16至19中任一项所述的方法,其特征在于,所述控制单元(2)用于在所述抽真空过程完成的情况下,在所述密封台(17)处开始充气过程。
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