DE102010026618B4

DE102010026618B4 - Verfahren zum Erfassen der Temperatur von Siegelwerkzeugen

Info

Publication number: DE102010026618B4
Application number: DE102010026618A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Steinbauer; Veronika Wachter; Klaus Rothermel
Original assignee: Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Current assignee: Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2030-07-10
Also published as: CH703394A2; CH703394B1; DE102010026618A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen der Temperatur eines Siegelwerkzeuges (10) einer Siegelstation einer Verpackungsmaschine (1) und auf eine Messvorrichtung (15) zum Durchführen des Verfahrens, wobei wenigstens ein Messelement (16), das einen Temperatursensor (17) umfasst, in der Messvorrichtung (15) integriert und mit einer Steuerung lösbar verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen der Temperatur von Siegelwerkzeugen gemäß Anspruch 1.
Verpackungsbehälter aus Kunststoff, beispielsweise Kunststoffbeutel, werden mit Produkten gefüllt und zum Verschließen in eine Kammermaschine eingelegt. Dabei befindet sich der Beutel in einer geschlossenen Kammer, die evakuiert wird, während der Öffnungsbereich des Beutels sich in einem Siegelwerkzeug befindet. Das Siegelwerkzeug besteht aus zwei Leisten, von denen eine Leiste erwärmbar ist, um die für die Verschmelzung der Beutelöffnung notwendige Wärme zu übertragen. Dabei spielt auch der Druck, mit dem der Beutel zwischen den Leisten zusammengedrückt wird, eine große Rolle. Bei einfachen Anwendungen ist es nur notwendig, den Beutel sicher zu verschließen. Dies gilt ebenso für mehrteilige Verpackungen, die auf Tiefziehverpackungsmaschinen und Schalenverschließmaschinen hergestellt werden können.
Bei Verwendung der oben genannten Verpackungsmaschinen im Bereich der Medizintechnik sind die Anforderungen um ein Vielfaches höher. In den Siegelwerkzeugen sind Temperatursensoren integriert und diese geben den in dem Siegelwerkzeug gemessenen Temperaturwert an eine Maschinensteuerung der Verpackungsmaschine weiter. Die Steuerung regelt anhand der Temperaturwerte die Erwärmung des Siegelwerkzeuges. Die von den Temperatursensoren gemessenen Werte sind meist nicht mit der Temperatur an der Oberfläche des Siegelwerkzeuges, die zum Siegeln mit dem Verpackungsmedium in Kontakt kommt, identisch. Daher muss vor Produktionsbeginn der Korrekturwert üblicherweise als Differenz der Temperaturwerte des Temperatursensors im Siegelwerkzeug und einer Messung an der Oberfläche ermittelt werden.
Bei medizinischen Anwendungen kann es auch erforderlich sein, den Korrekturwert in regelmäßigen Abständen zu kontrollieren oder neu zu ermitteln, um immer gleichbleibende Produktionsbedingungen beizubehalten. Dies ist nur mit immer gleichbleibenden Messmethoden erreichbar.
Es werden Wärmebildkameras und Temperaturmessgeräte eingesetzt, wie sie beispielsweise aus der DE 1 917 194 B , der DE 24 55 064 A1 oder der DE 689 11 521 T2 bekannt sind, um die Oberflächentemperaturen am Siegelwerkzeug mit den im Siegelwerkzeug gemessenen Werten zu vergleichen. Diese Messungen sind nicht unter Betriebsbedingungen (d. h. während des Siegelvorgangs selbst) durchführbar, da hier keine Zugänglichkeit gegeben ist, weil sich die Siegelwerkzeuge bei Tiefziehverpackungsmaschinen und Schalenverschließmaschinen im Betrieb in geschlossenen Arbeitsstationen befinden. Bei Kammermaschinen wird die Siegelschiene durch das Schließen des Deckels unzugänglich.
Eine weitere Problematik stellen Messfehler dar. Bei manuellem Messen mit einem Temperaturfühler eines Messgerätes kommt es zu Unregelmäßigkeiten, da die Messposition an dem auf Siegeltemperatur erwärmten Siegelwerkzeug nicht immer gleich gewählt wird und der Temperaturfühler nicht mit konstantem Druck und mit gleichbleibender Kontaktfläche an der Siegelwerkzeugoberfläche angelegt wird.
Ebenso problematisch ist die Tatsache, dass mit einem Temperaturfühler an verschiedenen Messpunkten eine Zeitdifferenz auftritt und somit auch zeitliche Temperaturschwankungen zu unterschiedlichen Messwerten führen.
Die ermittelten Messergebnisse werden in Listen manuell eingetragen und als Prüfprotokolle beigelegt, eventuell als Dokumente elektronisch gespeichert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei denen die vorstehend beschriebenen Nachteile beseitigt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erfassen der Temperatur von Siegelwerkzeugen nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung sieht vor, dass eine Messvorrichtung zum Erfassen der Temperatur eines Siegelwerkzeuges einer Siegelstation einer Verpackungsmaschine, vorzugsweise einer Kammermaschine, einer Tiefziehverpackungsmaschine oder Schalenverschließmaschine, in die Siegelstation eingebracht wird, z. B. nachdem der Produktionsbetrieb der Verpackungsmaschine angehalten wurde bzw. nicht mehr fortgesetzt wurde. Hierzu wird die Siegelstation oder der Kammerdeckel geöffnet und die Messvorrichtung in die Siegelstation eingebracht. Die Siegelstation mit der innen liegenden Messvorrichtung wird geschlossen. Dabei wird das Siegelwerkzeug gegen die Messvorrichtung gedrückt und die Messung der Temperatur zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, vorzugsweise nach Erreichen der eingestellten Temperatur des Siegelwerkzeuges, durchgeführt.
Die Hubbewegung zum Andrücken des Siegelwerkzeuges an die Messvorrichtung kann durch Membrane, Pneumatikzylinder oder mittels eines elektromotorischen Antriebs, vorzugsweise mit einem Servomotor, ausgeführt werden. Weitere ähnlich wirkende Systeme wie vorgespannte Federn sind denkbar.
Sobald die Siegelschiene einen vorgegebenen Temperaturwert erreicht hat, wird die Messung durchgeführt. Dabei messen alle Temperatursensoren vorzugsweise gleichzeitig an den jeweiligen Messpunkten die Temperatur an der Oberfläche des Siegelwerkzeuges. Die ermittelten Temperaturwerte der Sensoren können direkt an die Steuerung gesendet werden oder alternativ an einen Datenlogger gesendet und dort gespeichert werden, wobei der Datenlogger dann zu einem späteren Zeitpunkt die Messwerte für die Steuerung zur Verfügung stellt.
Nach Beendigung der Messung wird die Siegelstation bzw. der Kammerdeckel wieder geöffnet und die Messvorrichtung herausgenommen und der Produktionsbetrieb der Verpackungsmaschine kann aufgenommen oder fortgeführt werden.
Dieses Verfahren ermöglicht auf sehr einfache Weise eine wiederholbare Messmethode mit einem sehr geringen Zeitaufwand.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Messvorrichtung mit einer Steuerung, vorzugsweise der Maschinensteuerung der Verpackungsmaschine, verbunden. Dies kann durch eine Steckverbindung im Inneren der Siegelstation oder durch eine drahtlose Datenleitung erfolgen. Somit kann die Steuerung den Ablauf und somit die Vorgabe für die Temperatur für das Siegelwerkzeug und Zeitpunkte für die Temperaturmessung vorgeben und der Messvorgang automatisch ablaufen. Die Messwerte können an einer Anzeigevorrichtung der Steuerung angezeigt werde, vorzugsweise direkt im Vergleich mit den eingestellten Werten für das Siegelwerkzeug und/oder dem im Siegelwerkzeug vorhanden Temperatursensor.
Für die Verschweißung von zwei Kunststofffolien durch Temperatur und Druck des Siegelwerkzeuges ist die Oberflächentemperatur an der Stelle des Siegelwerkzeuges entscheidend, an der das Siegelwerkzeug mit den Kunststofffolien in Kontakt steht. Somit wird dort die Oberflächentemperatur gemessen.
In vorteilhafter Weise kann die Steuerung aus den Messwerten der Temperatursensoren der Messvorrichtung und des Siegelwerkzeuges und den Vorgabewerten für die Temperatur des Siegelwerkzeuges einen Korrekturfaktor ermitteln, um den an der Steuerung angezeigten, durch die fest im Siegelwerkzeug installierten Temperatursensoren gewonnenen Temperaturwert des Siegelwerkzeuges an den durch die Messung mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ermittelten Temperaturwert anzugleichen. Auf diese Weise werden die fest im Siegelwerkzeug installierten Temperatursensoren durch die exaktere Messung mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kalibriert. Bei einfachen Steuerungen ist es denkbar, dass der Maschinenbediener den Korrekturfaktor aus den angezeigten Werten ermittelt und an der Steuerung eingibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht auch vor, von wenigstens zwei Temperatursensoren die Messwerte zu erfassen und den Korrekturwert als Mittelwert der Messwerte zu bilden. Bei Einsatz von mehreren gleichmäßig verteilten Temperatursensoren kann ein Mittelwert der Messergebnisse gebildet werden, um mögliche Temperaturschwankungen innerhalb des Siegelwerkzeuges besser erfassen zu können und damit die Qualität der Temperaturregelung zu verbessern.
Eine Messvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen der Temperatur von Siegelwerkzeugen von Verpackungsmaschinen umfasst wenigstens ein Messelement, das in der Messvorrichtung integriert ist, wobei das Messelement einen Temperatursensor und einen Halter umfasst. Der Halter ist vorteilhafterweise aus Wärme leitendem Material ausgeführt, vorzugsweise aus Aluminium. Sobald das Messelement mit dem Siegelwerkzeug in Kontakt kommt, wird die Wärme auf den Halter übertragen, der sehr schnell die gleiche Temperatur wie das Siegelwerkzeug annimmt. Der Halter steht bevorzugt mit einem großen Teil seiner Oberfläche mit dem Siegelwerkzeug in Kontakt, um den Temperaturübergang möglichst effizient und damit zeitnah zu gestalten. Der in den Halter integrierte Temperatursensor misst die Temperatur des Halters und stellt diesen Messwert einer Auswerteeinheit zur Verfügung. Die Messvorrichtung ist in vorteilhafter Weise als Teflonplatte ausgeführt, in der wenigstens ein Messelement und ein Temperatursensor integriert ist, da Teflon eine hohe Temperaturbeständigkeit besitzt und Messfehler durch einen unerwünschten Wärmeübergang vom Messelement an die Teflonplatte vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ist dabei lösbar mit einer Steuerung verbunden. Die Steuerung dient zum Erfassen, Auswerten, Speichern und/oder Anzeigen der gemessenen Temperaturwerte. Die steckbare Verbindung zwischen der Messvorrichtung und der Steuerung gewährleistet einen schnellen und einfachen Wechsel der Messvorrichtung. Über die Verbindung können Energie- und Datenleitungen realisiert werden.
In einer erfindungsgemäßen Ausführung ist die Steuerung für die Messvorrichtung Teil der Maschinensteuerung der Verpackungsmaschine.
Um vergleichbare Messergebnisse zu erhalten, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Messvorrichtung wenigstens ein Positionierelement aufweist, das eine definierte Lage der Messvorrichtung gegenüber dem Siegelwerkzeug festlegt. Dies kann beispielsweise über Anschläge, eingearbeitete Nuten in der Teflonplatte oder Positionierbolzen ausgeführt sein, die mit dem Siegelwerkzeug oder dem zugehörigen Gegenwerkzeug, das sich auf der Gegenseite des Verpackungsmediums befindet, bezüglich ihrer Position aufeinander angepasst sind.
Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher dargestellt.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Kammermaschine,
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Kammermaschine mit geöffnetem Kammerdeckel im Schnitt mit Verpackung,
3 zeigt eine schematische Ansicht einer Kammermaschine mit geschlossenem Kammerdeckel im Schnitt mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
4 zeigt eine schematische Ansicht einer Kammermaschine mit geschlossenem Kammerdeckel im Schnitt während des Messens,
5 zeigt eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung im Schnitt.
Gleiche Komponenten sind in den Figuren durchgängig mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Kammermaschine 1, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es ist ein Kammerunterteil 2 und ein Kammerdeckel 3 sowie eine im Kammerinneren 4 vorhandene Gegendruckleiste 5 zu erkennen. Der Kammerdeckel 3 befindet sich in geöffneter Stellung, damit ein Bediener einen oder mehrere mit Produkt 7 gefüllte Beutel 8 (siehe 2) so in das Kammerinnere 4 einlegen kann, dass der Beutelhals 9 über bzw. auf der Gegendruckleiste 5 aufliegt, da die Gegendruckleiste 5 die Position der Siegelung definiert, wie in 2 dargestellt.
Die Siegelung erfolgt durch eine Siegelschiene 10, die am Kammerdeckel 3 verstellbar angebracht ist, die kontrolliert durch eine Steuerung 11 über nicht dargestellte Heizelemente erwärmt wird und auf eine vom Bediener vorgegebene Temperatur geregelt ist. Ein in der Siegelschiene 10 integrierter Temperatursensor 12 ist über eine Datenleitung 13 mit der Steuerung 11 verbunden und unterstützt die Regelung der Temperatur der Siegelschiene 10. Die Siegelung erfolgt, indem der Kammerdeckel 3 geschlossen wird und ein Unterdruck im Kammerinneren 4 erzeugt wird, um den Kammerdeckel 3 am Kammerunterteil 2 geschlossen zu halten. Nach Erreichen eines eingestellten Vakuums drückt die Siegelschiene 10 mittels einer Versteileinrichtung 14 den Beutelhals 9 des Beutels 8 auf die Gegendruckleiste 5. Die Versiegelung erfolgt durch Wärme und Druck, so dass die zwei Seiten des Beutelhalses 9 miteinander verschmelzen.
3 zeigt die anstatt des Beutels 7 eingesetzte Messvorrichtung 15. Um eine definierte Lage der Messvorrichtung 15 zur Siegelschiene 10 zu erreichen, ist die Messvorrichtung 15 auf der Gegendruckleiste 5 aufgesetzt. Durch eine Nut oder Ausfräsung, die entsprechend den Abmessungen der Gegendruckleiste 5 gestaltet ist, ist die Messvorrichtung 15 zentriert und diese Lage gegenüber der Siegelschiene wiederholbar ausgeführt.
In der Messvorrichtung 15 ist ein Messelement 16 mit einem Temperatursensor 17 integriert. Der Temperatursensor 17 ist über eine Verbindung 18, z. B. eine Signal-, Energie- und/oder Datenleitung, über eine Steckverbindung 19 mit der Steuerung 11 lösbar verbunden.
In 4 ist der Kammerdeckel 3 geschlossen und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Betriebszustand eingeleitet. Dabei wird das Kammerinnere 4 mittels einer nicht dargestellten Vakuumpumpe evakuiert. Der Unterdruck im Kammerinneren 4 zieht den Kammerdeckel 3 gegen das Maschinenunterteil 2.
Sobald die eingestellte Evakuierung des Kammerinneren 4 erreicht ist, wird die Siegelschiene 10 mittels der Verstelleinrichtung 14, wie in 4 dargestellt, auf die Gegendruckleiste 5 mit einer Kraft F gedrückt. Die auf eine vorgegebene Temperatur geregelte Siegelschiene 10 überträgt dann die Wärmeenergie auf das Messelement 16. Bereits nach kurzer Zeit erreicht das Messelement 16 die gleiche Temperatur wie die Siegelschiene 10. Dies führt nur zu einer zu vernachlässigbaren Temperaturabnahme in der Siegelschiene 10, da diese im Verhältnis zum Messelement 16 eine um ein Vielfaches höhere Wärmekapazität besitzt. Die Messwerterfassung beginnt und das Messergebnis des Temperatursensors 17 wird über die Datenleitung 18 an die Steuerung 11 geschickt. In einer vorteilhaften Variante sind mehrere Temperatursensoren auf der Messvorrichtung in gleichen Abständen verteilt, um anhand der Einzelergebnisse der Temperatursensoren einen Mittelwert in der Steuerung zu bilden.
5 zeigt die erfindungsgemäße Messvorrichtung 15 mit dem Messelement 16, das einen Halter 19 aus Wärme leitendem Material und zur Aufnahme eines Temperatursensors 17 aufweist. Als Positionierelement ist eine Nut 20 auf der dem Messelement 16 gegenüberliegenden Seite in der Messvorrichtung 15 vorhanden. Das Positionierelement 20 ist entsprechend der Gegendruckleiste 5 gestaltet und kann entsprechend der Länger der Gegendruckleiste 5 begrenzt sein oder durch weitere nicht dargestellte Anschlagelemente oder Positionierstifte die gewünschte Position festlegen.
Es sind auch Ausführungen bei Tiefziehverpackungsmaschinen und Schalenverschließmaschinen denkbar. Die Siegelwerkzeuge sind hierbei in Form von beheizten umlaufenden Rahmen gestaltet, im Gegensatz zu den linienförmig gestalteten Siegelschienen bei Kammer- und Kammerbandmaschinen. Die Siegelwerkzeuge sind vorzugsweise dauerbeheizt und werden zum Zeitpunkt der Siegelung gegen die Verpackungsmedien und ein Siegelwerkzeugunterteil in Form eine Kammer für eine vorgegebene Dauer gedrückt. Ebenso ist es auch denkbar, dass Siegelwerkzeug und Gegendruckleiste in ihrer Lage getauscht sind, und somit die Gegendruckleiste als bewegtes Bauteil eingesetzt ist.
Alternativ oder zusätzlich zu den Temperatursensoren sind Sensoren zum Erfassen des Siegeldruckes in die Messvorrichtung integrierbar. Die Messwerte der Drucksensoren können auch für die Validierung des Siegeldruckes herangezogen werden, da dies vor allem im Medizinbereich notwendig sein kann, da der Siegelprozess durch die Kenngrößen Druck, Temperatur und Zeit bestimmt wird. Siegeldruck- und Siegeltemperatur können so insbesondere gleichzeitig gemessen werden.

Claims

Verfahren zum Erfassen der Temperatur eines Siegelwerkzeuges (10) einer Siegelstation einer Verpackungsmaschine (1) mit folgenden Schritten: Öffnen der Siegelstation, Einbringen einer Messvorrichtung (15) zum Erfassen einer Temperatur in die Siegelstation, Schließen der Siegelstation, Andrücken des Siegelwerkzeuges (10) an die Messvorrichtung (15), Durchführen einer Messung, Öffnen der Siegelstation, Herausnehmen der Messvorrichtung (15) aus der Siegelstation.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur des Siegelwerkzeuges (10) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (15) mit einer Steuerung (11) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturfaktor in die Steuerung (11) eingegeben oder automatisch in der Steuerung (11) ermittelt wird, um den mittels der Steuerung (11) angezeigten Temperaturwert an einen durch die Messung ermittelten Temperaturwert anzugleichen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert als Mittelwert von Messwerten von wenigstens zwei Temperatursensoren (17) gebildet wird.