DE102014222704A1

DE102014222704A1 - Vorrichtung und Verfahren für die Rissdetektion bei einer Metallfolie für Lebensmittelverpackungen

Info

Publication number: DE102014222704A1
Application number: DE102014222704.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Speck
Original assignee: Chocal Aluminiumverpackungen GmbH
Current assignee: CHOCAL PACKAGING SOLUTIONS GMBH, DE
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2034-11-07
Also published as: DE102014222704B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (1, 20) für die Rissdetektion bei einer Metallfolie für Lebensmittelverpackungen, insbesondere bei einer Aluminiumfolie, mit einer Halteeinrichtung (2) für das Halten einer Metallfolie (3, 21), welche im gehaltenen, in die Vorrichtung (1, 20) eingebrachten Zustand zwei nebeneinander angeordnete Gasräume (6, 7) voneinander abgrenzt, sowie einer Gaszustandsänderungsvorrichtung (9) zum Herbeiführen eines veränderten Gaszustands in einem der Gasräume (6, 7), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin einen Gaszustandsdetektor (12) aufweist, welcher in Verbindung mit einem der Gasräume (6, 7) steht und dazu eingerichtet ist, einen Riss in einer gehaltenen Metallfolie (3, 21) bei einem herbeigeführten Gaszustand in einem der Gasräume (6, 7) durch Messen des Gaszustands in demselben Gasraum (6, 7) oder in dem anderen Gasraum (7, 6) zu detektieren. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Detektion eines Risses in einer Metallfolie für Lebensmittelverpackungen, mit folgenden Schritten: Voneinander Abgrenzen zweier Gasräume (6, 7) durch eine Metallfolie (3, 21), insbesondere durch eine Aluminiumfolie, Herbeiführen eines veränderten Gaszustandes in einem der beiden Gasräume (6, 7), gekennzeichnet durch ein anschließendes Messen eines Gaszustandswerts in demselben Gasraum (6, 7) oder dem anderen Gasraum (7, 6), Vergleichen des gemessenen Gaszustandswerts mit einem Gaszustandsbestimmungswert zum Detektieren eines Risses in der Metallfolie (3, 21).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Rissdetektion bei einer Metallfolie für Lebensmittelverpackungen, mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und ein Verfahren zur Detektion eines Risses in einer Metallfolie, mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
Viele Lebensmittel, wie beispielsweise Schokolade, werden in Aluminiumfolie verpackt, um sie während ihrer Lagerung gegen Umwelteinflüsse und Kontamination zu schützen. In neueren Verpackungen wird das Lebensmittel nicht mehr in die Aluminiumfolie gewickelt, sondern ist zwischen zwei bereits durch Tiefziehen vorgeformten Folienhalbschalen verpackt. Die beiden Folienhalbschalen werden an ihren überstehenden Rändern durch Bördeln miteinander verbunden. Ein so verpacktes Lebensmittel ist im Vergleich zum einfacheren Einwickeln besser gegen Umwelteinflüsse geschützt, jedoch nur, wenn die Folie selbst keinen Riss oder Perforation aufweist.
Es ist bekannt, dass in der Lebensmittelverpackungsindustrie eine Sichtprüfung der Folienhalbschalen zum Einsatz kommt.
Weiterhin ist aus der EP0955106A1 eine Werkstoffprüfvorrichtung zum Erfassen der Poren- und Rissbildung bei lichtundurchlässigen Folien unter Belastung bekannt. Hierbei wird die zu prüfende Folie in die Vorrichtung eingespannt und bildet auf einer Seite einen Dunkelraum versehen mit Lichtdetektoren. Anschließend wird die Folie im eingespannten Zustand senkrecht zur aufgespannten Fläche kontinuierlich belastet. Risse, die bei diesem Umformvorgang in der Folie entstehen, werden durch die Lichtdetektoren zusammen mit dem Grad der Folienverformung detektiert. Diese Art der Rissprüfung ist langwierig, technisch aufwendig und nicht für eine 100% Prüfung in der Massenproduktion geeignet. Weiterhin ist diese Methode in der Praxis nicht für die Detektion von bereits vorhandenen Rissen in der Folie geeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Metallfolien für Lebensmittelverpackungen schnell, einfach und zuverlässig auf vorhandene Risse prüfen zu können.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Während der Rissdetektion kann die Gaszustandsänderungsvorrichtung in einem der durch die Metallfolie voneinander abgegrenzten Gasräume einen messbaren, veränderten Gaszustand herbeiführen. Abhängig von gegebenenfalls vorhandenen Rissen in der Metallfolie verändert sich der Gaszustand in dem Gasraum selbst und, falls Risse vorhanden sind, auch in dem entsprechend anderen Gasraum. Der erfindungsgemäße Gaszustandsdetektor misst den Gaszustands in demselben Gasraum oder dem anderen Gasraum und detektiert so einen gegebenenfalls vorhandenen Riss in der Metallfolie. Durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, Risse in einer Metallfolie für Lebensmittelverpackungen auf eine schnelle, einfache und zuverlässige Weise zu detektieren. Gaszustände gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen dabei unter anderem Zustände des Gases wie den Gasdruck und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases. Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt hierbei aus, dass sich ein veränderter Gaszustand in dem einen Gasraum, bei vorhandenen Rissen in der Metallfolie, auf den Gaszustand in dem anderen Gasraum auswirkt. Weiterhin kann auch die Tatsache genutzt werden, dass sich abhängig davon, ob Risse in der Metallfolie vorhanden sind oder nicht, der Gaszustand in dem Gasraum selbst, in dem die Veränderung herbeigeführt wird, unterschiedlich verändert.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Gaszustandsänderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, in dem einen Gasraum gegenüber dem anderen Gasraum einen Überdruck oder einen Unterdruck herbeizuführen. Das Herbeiführen eines Überdrucks in dem einen Gasraum führt zu einer messbaren Gaszustandsänderung in dem Gasraum selbst, welche abhängig von möglichen Rissen in der Metallfolie unterschiedlich ausfällt, und führt weiterhin bei einem Riss in der Metallfolie zu einer messbaren Gaszustandsänderung in dem anderen Gasraum. Ebenso führt das Herbeiführen eines Unterdrucks oder Vakuums in dem einen Gasraum zu einer messbaren Gaszustandsänderung in dem Gasraum selbst, welche abhängig von möglichen Rissen in der Metallfolie unterschiedlich ausfällt, und führt weiterhin bei einem Riss in der Metallfolie zu einer messbaren Gaszustandsänderung in dem anderen Gasraum.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Gaszustandsänderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, einen Überdruck im Bereich von 0,05 bar bis 3,5 bar, insbesondere im Bereich von 0,1 bar bis 2 bar, besonders im Bereich von 0,3 bar bis 1 bar herbeizuführen. Es hat sich gezeigt, dass Überdrücke in diesen Bereichen zuverlässige Ergebnisse bei der Rissdetektion von Metallfolien für Lebensmittelverpackungen liefern, wobei die Zuverlässigkeit in den enger werdenden Bereichen nochmals steigt.
In bevorzugter Weise kann der Gaszustandsdetektor mindestens einen der folgenden Sensoren aufweisen: Drucksensor, Volumenstromsensor, Massenstromsensor und Strömungsgeschwindigkeitssensor. Diese Sensoren und deren Kombinationen detektieren schnell, einfach und zuverlässig Risse in einer Metallfolie.
Günstigerweise kann der Gaszustandsdetektor über mindestens einen Strömungskanal mit dem entsprechenden Gasraum in Verbindung sein, insbesondere mit einer Querschnittsfläche des Strömungskanals in einem Bereich von 2,5 mm² bis 13 mm². Hierdurch kann der Gaszustandsdetektor vom entsprechenden Gasraum entfernt angeordnet sein. Eine Querschnittsfläche in dem genannten Bereich erlaubt eine zuverlässige und schnelle Weiterleitung des zu messenden Gaszustandes zum Gaszustandsdetektor.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung ein dreidimensionales Profil aufweisen, welches eine dem Profil entsprechend dreidimensional vorgeformte Metallfolie im eingebrachten Zustand formerhaltend stützt. Hierdurch kann eine bereits vorgeformte Metallfolie auf Risse geprüft werden, wobei ihre Form teilweise oder vollständig erhalten bleibt und durch die Rissdetektion in der Vorrichtung nicht nachteilig oder ungewollt verändert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Profil eine halbschalenartig vorgeformte Metallfolie im eingebrachten Zustand nahezu über die gesamte äußere Hüllfläche der Metallfolie formerhaltend stützen. Hierdurch wird eine halbschalenartige vorgeformte Metallfolie bei der Rissdetektion zuverlässig in ihrer Form teilweise oder vollständig erhalten und nicht nachteilig oder ungewollt verändert.
In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass mehrere Strömungskanäle von Öffnungen in dem Profil wegführen und in einen Strömungssammelkanal münden, und der Gaszustandsdetektor über den Strömungssammelkanal mit dem entsprechenden Gasraum in Verbindung ist, wobei die Öffnungen insbesondere entlang einer geraden Linie in dem Profil angeordnet sind. Durch die Öffnungen im Profil wird der Gasraum zwischen der Metallfolie und dem Profil zuverlässig mit dem Gaszustandsdetektor verbunden, auch wenn dieser Gasraum teils sehr klein ist. Das Zusammenführen der Strömungskanäle in den Strömungssammelkanal verbindet den Gaszustandsdetektor mit allen Öffnungen im Profil und ermöglicht so eine schnelle und zuverlässige Rissdetektion. Das Anordnen der Öffnungen entlang einer geraden Linie ermöglicht einen geradlinigen und kurzen Sammelkanal.
Günstigerweise kann der Gaszustandsdetektor einen Strömungsgeschwindigkeitsdetektor aufweisen und der mindestens eine Strömungskanal oder der Strömungssammelkanal eine Querschnittsverjüngung aufweisen, die die vom Gaszustandsdetektor gemessene Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Dies ermöglicht eine genaue Gaszustandsmessung sowie eine zuverlässige Rissdetektion auch bei nur kleinen Rissen in der Metallfolie.
In vorteilhafter Weise kann die Querschnittsverjüngung an einer Übergangsstelle zu dem Gaszustandsdetektor oder in dem Gaszustandsdetektor ausgebildet sein, um in einfacher und zuverlässiger Weise die Ansprechempfindlichkeit des Gaszustandsdetektors zu erhöhen.
In einer weiteren Ausführungsform können mehrere Strömungskanäle von Öffnungen in dem Profil wegführen und die Öffnungen der Strömungskanäle über das Profil verteilt angeordnet sein, und insbesondere kann jede Stelle des Profils einen kürzesten Abstand von einer nächstliegenden Öffnung in der Länge von maximal einer halben maximalen Längserstreckung des Profils, insbesondere von maximal 10 cm, besonders von maximal 7 cm, gemessen entlang der Kontur des Profils haben. Die Verteilung der Öffnungen über das Profil erhöht die Zuverlässigkeit der Rissdetektion und ein schnelles Ansprechen des Gaszustandsdetektors. Es hat sich gezeigt, dass wenn jede Stelle des Profils einen kürzesten Abstand von einer nächstliegenden Öffnung in der Länge von maximal einer halben maximalen Längserstreckung des Profils gemessen entlang der Kontur des Profils hat, Risse in der Metallfolie besonders zuverlässig detektiert werden. Abstände von maximal 10 cm und besonders von maximal 5 cm erhöhen nochmals die Detektionszuverlässigkeit.
Es wird vorgeschlagen, dass in einer weiteren Ausführungsform die Metallfolie eine Dicke im Bereich von 5 μm bis 100 μm, insbesondere eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 50 μm und besonders eine Dicke im Bereich von 15 μm bis 40 μm aufweist. Folien innerhalb des besagten Dickebereichs erlauben eine besonders zuverlässige Rissdetektion, wobei sich gezeigt hat, dass dies nochmals besonders für Foliendicken im Bereich von 10 μm bis 50 μm, insbesondere im Bereich von 15 μm bis 40 μm gilt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch die Merkmale des Anspruchs 13 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei Gasräume durch die zu prüfende Metallfolie voneinander angegrenzt und in einem der Gasräume ein messbarer, veränderter Gaszustand herbeigeführt. Dies führt zu einem verändert Gaszustand in dem Gasraum selbst, so wie, falls Risse in der Folie vorhanden sind, zu einem messbaren, veränderten Gaszustand in dem anderen Gasraum. Durch das anschließende Messen eines Gaszustandswerts in demselben Gasraum oder dem anderen Gasraum, und das Vergleichen des gemessenen Gaszustandswerts mit einem Gaszustandsbestimmungswert, wird ein Riss in der Metallfolie schnell, einfach und zuverlässig detektiert. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt dabei aus, dass sich ein veränderter Gaszustand in dem einen Gasraum, bei vorhandenen Rissen in der Metallfolie, auf den Gaszustand in dem anderen Gasraum auswirkt. Weiterhin kann auch die Tatsache genutzt werden, dass sich abhängig davon, ob Risse in der Metallfolie vorhanden sind oder nicht, der Gaszustand in dem Gasraum selbst, in dem die Veränderung herbeigeführt wird, unterschiedlich verändert.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Gasüberdruck oder ein Gasunterdruck in einem der beiden Gasräume gegenüber dem entsprechend anderen Gasraum herbeigeführt werden. Das Herbeiführen eines Überdrucks in dem einen Gasraum führt zu einer messbaren Gaszustandsänderung in dem Gasraum selbst, welche abhängig von möglichen Rissen in der Metallfolie unterschiedlich ausfällt, und führt weiterhin bei einem Riss in der Metallfolie zu einer messbaren Gaszustandsänderung in dem anderen Gasraum. Ebenso führt das Herbeiführen eines Unterdrucks oder Vakuums in dem einen Gasraum zu einer messbaren Gaszustandsänderung in dem Gasraum selbst, welche abhängig von möglichen Rissen in der Metallfolie unterschiedlich ausfällt, und führt weiterhin bei einem Riss in der Metallfolie zu einer messbaren Gaszustandsänderung in dem anderen Gasraum.
In besonderer Weise kann ein Überdruck im Bereich von 0,05 bar bis 3,5 bar, insbesondere im Bereich von 0,1 bar bis 2 bar, besonders im Bereich von 0,3 bar bis 1 bar herbeigeführt werden. Es hat sich gezeigt, dass Überdrücke in diesen Bereichen zuverlässige Ergebnisse bei der Rissdetektion von Metallfolien für Lebensmittelverpackungen liefern, wobei die Zuverlässigkeit mit den enger werdenden Bereichen nochmals steigt.
In weiteren Ausführungsformen kann der Gaszustandswert als Druck und/oder Volumenstrom und/oder Massenstrom und/oder Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden. Durch diese Messarten können Risse in einer Metallfolie schnell, einfach und zuverlässig detektiert werden.
Günstigerweise kann der Gaszustandswert als Strömungsgeschwindigkeitswert an einer Strömungskanalverjüngung gemessen werden. Dies ermöglicht eine genaue und schnelle Gaszustandsmessung sowie eine zuverlässige Rissdetektion auch bei nur kleinen Rissen in der Metallfolie.
In einer weiteren Ausführungsform können die beiden Gasräume mit einer dreidimensional vorgeformten Metallfolie voneinander abgegrenzt werden, und die Metallfolie durch ein dreidimensionales Profil formerhaltend gestützt werden. Hierdurch kann eine bereits vorgeformte Metallfolie auf Risse geprüft werden, wobei ihre Form teilweise oder vollständig erhalten bleibt und durch die Rissdetektion nicht nachteilig oder ungewollt verändert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Metallfolie halbschalenartig vorgeformt sein, und die Metallfolie durch das Profil über nahezu ihre gesamte äußere Hüllfläche formerhaltend gestützt werden. Hierdurch wird eine halbschalenartig vorgeformte Metallfolie bei der Rissdetektion zuverlässig in ihrer Form teilweise oder vollständig erhalten und nicht nachteilig oder ungewollt verändert.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Metallfolie eine Dicke im Bereich von 5 μm bis 100 μm, insbesondere eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 50 μm, besonders eine Dicke im Bereich von 15 μm bis 40 μm aufweisen. Innerhalb des besagten Dickebereichs lassen sich besonders zuverlässig Risse detektieren, wobei sich gezeigt hat, dass dies nochmals besonders für Foliendicken im Bereich von 10 μm bis 50 μm und insbesondere im Bereich von 15 μm bis 40 μm gilt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und möglicher Ausführungsformen werden im Folgenden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand der nachfolgenden Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine schematische, teils geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit eingebrachter Metallfolie,
2 eine schematische, teils geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit eingebrachter Metallfolie, der Schnitt liegt entlang der in 3 gezeigten Symmetrieachse A,
3 eine Ansicht der Vorrichtung aus 2 von oben mit abgehobenen Deckel,
4 eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs aus 2.
Die Vorrichtung 1 in 1 weist eine Halteeinrichtung 2 zum Halten einer Metallfolie auf. Die Halteeinrichtung 2 umfasst hier den oberen Teil eines Gehäuses 4 und den unteren Teil eines Deckels 5. Der Deckel 5 liegt auf der Oberseite 26 des Gehäuses 4 auf und klemmt hier eine sich in einer Ebene erstreckende Aluminiumfolie 3 mit einer Dicke von 30 μm gegen das Gehäuse 4. Die Aluminiumfolie 3 ist somit in der Vorrichtung 1 eingebracht und in der Halteeinrichtung 2 gehalten.
Die hier offenbarten Aluminiumfolien können für spätere Verpackungsschritte siegelfähig sein, und beispielsweise mit einer Siegelschicht, insbesondere mit einem oder mehreren Polyethylentyp/en, besonders mit Polyethylen (PE), beschichtet sein.
Die Aluminiumfolie 3 grenzt hier zwei aneinander angrenzende Gasräume voneinander ab, wobei sich der erste Gasraum 6 zwischen der Innenseite des Gehäuses 4 und der einen Seite der Folie 3 befindet und sich der zweite Gasraum 7 zwischen der Innenseite des Deckels 5 und der anderen Seite der Folie 3 befindet. Bei einer rissfreien Folie sind, bei der hier gezeigten Ausführungsform, die beiden Gasräume 6, 7 durch die Folie luftdicht voneinander sowie von dem die Vorrichtung 1 umgebenen Raum 8 getrennt. Für die Funktion der Vorrichtung 1 ist es aber nicht erforderlich, dass der Deckel 5 vollständig luftdicht mit dem Gehäuse 4 abschließt. Weiterhin ist der Deckel 5 optional, da die Metallfolie 3 auch lediglich im Gehäuse 4 gehalten und von der Deckelseite her mit einer Gaszustandsänderung beaufschlagt werden kann.
Die Vorrichtung 1 weist eine Gaszustandsänderungsvorrichtung 9 auf, die über eine Gasleitung 10 und eine Durchgangsbohrung 11 im Deckel 5 mit dem zweiten Gasraum 7 in Verbindung steht. Die Gaszustandsänderungsvorrichtung 9 ist in dieser Ausführungsform ein Druckluftreservoir oder ein Drucklufterzeuger, der für die Rissdetektion einen Überdruck von 0,5 bar im zweiten Gasraum 7 erzeugt.
Die Vorrichtung 1 weist zudem einen Gaszustandsdetektor 12 auf, der in dieser Ausführungsform einen Strömungsgeschwindigkeitssensor umfasst.
Der Gaszustandsdetektor 12 ist über einen Strömungskanal 13 mit einem Durchmesser von ca. 5 mm² mit dem ersten Gasraum 6 in Verbindung. Der Strömungskanal 13 erstreckt sich hier von einer Öffnung 14 im Gehäuse 4 bei dem ersten Gasraum 6 über einen Kanalabschnitt 15 im Gehäuse 4 und eine Leitung 16 außerhalb des Gehäuses hin zum Gaszustandsdetektor 12. An der Übergangsstelle 31 von dem Strömungskanal 13 hin zum Gaszustandsdetektor 12 weist der Strömungskanal 13 eine hier konische Verjüngung 17 auf, die ein im Strömungskanal 13 zum Gaszustandsdetektor 12 hinströmendes Gas beschleunigt, so dass das beschleunigte Gas von dem Strömungsgeschwindigkeitssensor detektiert werden kann. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist die Verjüngung 17 im Gaszustandsdetektor 12 angeordnet.
1 zeigt weiterhin in gestrichelten Linien eine weitere Gaszustandsänderungsvorrichtung 18, die in dem ersten Gasraum 6 einen Veränderten Gaszustand herbeiführen kann, sowie einen weiteren Gaszustandsdetektor 19, der mit dem zweiten Gasraum 7 in Verbindung ist und einen Gaszustand in dem zweiten Gasraum 7 messen kann.
Die gestrichelt dargestellte Gaszustandsänderungsvorrichtung 18 und der Gaszustandsdetektor 19 sollen das Verständnis der im Folgenden erläuterten, weiteren möglichen Ausführungsformen der Erfindung erleichtern.
In einer Ausführungsform ist der erste Gasraum 6 mit einer Gaszustandsänderungsvorrichtung 18 in Verbindung sowie mit einem Gaszustandsdetektor 12.
In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Gasraum 6 mit einer Gaszustandsänderungsvorrichtung 18 in Verbindung und der zweite Gasraum 7 mit einem Gaszustandsdetektor 19.
In einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Gasraum 7 mit einer Gaszustandsänderungsvorrichtung 9 in Verbindung sowie mit einem Gaszustandsdetektor 19.
In weiteren Ausführungsformen sind der erste 6 und der zweite 7 Gasraum mit Gaszustandsänderungsvorrichtungen 9, 18 in Verbindung und der erste Gasraum 6 mit einem Gaszustandsdetektor 1 und/oder der zweite Gasraum 7 mit einem Gaszustandsdetektor 19 verbunden.
Die oben genannten Gaszustandsänderungsvorrichtungen 9, 18 können dabei unter anderem vakuumerzeugende oder überdruckerzeugende Vorrichtungen sein.
In einer weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsform ist die Metallfolie 3 in eine rahmenförmige Haltevorrichtung gespannt und die beiden Gasräume 6, 7 sind zur Umgebung 8 offen. Die Gaszustandsänderungsvorrichtung 9 beaufschlagt den einen Gasraum 7 mit einer Gasströmung und der Gaszustandsdetektor 12 detektiert im Falle eines Risses eine Strömung im anderen Gasraum 6.
Die 2 bis 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ähnliche Merkmale zu den Merkmalen in 1 haben dieselben Referenzzeichen.
Die Vorrichtung 20 unterscheidet sich von der Vorrichtung 1 aus 1 unter anderem darin, dass die zu prüfende Aluminiumfolie 21 bereits halbschalenartig vorgeformt ist, beispielsweise durch Tiefziehen und die äußere Hüllfläche 22 der Folie 21, wenn die Folie 21 in die Vorrichtung 20 eingebracht ist, vor und während der Prüfung von einem Profil 23 gestützt wird. Das Profil 23 entspricht in seiner Kontur der äußeren Hüllenfläche 22 der Aluminiumfolie 21. Die vorgeformte Metallfolie 21 wird hier nahezu über die gesamte äußere Hüllfläche 22 gestützt. Die Kontur des Profils 23 zeigt in 2 unterschiedliche Wölbungen und Rundungen entlang der in 3 gezeigten Symmetrieachse A des Profils 23.
Das Profil 23 ist hier ein Teil der oberen Außenfläche des Gehäuses 4, so dass das Gehäuse mit dem Profil 23 einen gesenkartigen Körper bildet. Das Profil 23 ist bis auf drei kreisförmige Öffnungen 24 durchgehend geschlossen und seine Kontur erstreckt sich zwischen einem durchgehend geschlossenen Profilrand 25. Der Profilrand 25 bildet hier den Übergang zwischen der planen Gehäuseoberseite 26 und der räumlichen Ausnehmung im Gehäuse, die auf der Unterseite vom Profil 23 begrenzt wird.
In einer weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsform gehört das Profil 23 zu einem vom Gehäuse 4 separierbaren und austauschbaren Teil, so dass die Vorrichtung 20 schnell auf andere Metallfolienformen umgerüstet werden kann.
Die Öffnungen 24 liegen entlang einer geraden Linie im Profil, welche hier mit der Symmetrieachse A zusammenfällt. In anderen Ausführungsformen können Öffnungen 24 in der gleichen Höhe, in teils unterschiedlichen Höhen oder gänzlich in unterschiedlichen Höhen entlang einer oder mehrerer geraden und/oder gekrümmten Linien im Profil 23 angeordnet sein. Von den Öffnungen 24 aus münden mehrere, insbesondere drei, Strömungskanäle 27, alle mit einem Durchmesser von ca. 2,5 mm, in einen gemeinsamen Strömungssammelkanal 28, der mit der Verjüngung 17 in den Gaszustandsdetektor 12 mit dem Strömungsdetektor mündet. Der Strömungssammelkanal 28 hat einen größeren Durchmesser als die Strömungskanäle 27, beispielsweise einen Durchmesser von ca. 6 bis 8 mm. Die Strömungskanäle 27 sowie ein Großteil des Strömungssammelkanals 28 verlaufen innerhalb des Gehäuses 4.
3 zeigt die Vorrichtung 20 mit abgenommenen Deckel 5 von oben und mit der in die Vorrichtung 20 eingebrachten Folie 21. Die Öffnungen 24 in dem Profil 23 sind gestrichelt angedeutet. Wie man in den 2 und 3 erkennen kann, steht ein in einer Ebene umlaufender Rand 29 der Folie 21 an dem gestrichelt angedeuteten Profilrand 25 über und ist in der Berührungsebene zwischen Deckel 5 und Gehäuse 4 eingespannt. Im rissfreien Zustand liegt die einzige Öffnung der halbschalenartig vorgeformten Folie in besagter Ebene des umlaufenden Rands 29. Der umlaufende Rand 29 kann mit einer zweiten, halbschalenartig vorgeformten Metallfolie durch Bördeln zusammengefügt werden. Eine so zusammengebördelte Metallfolienverpackung kann beispielsweise eine sich im Inneren der Verpackung befindliche Schokoladenfigur sicher gegen äußere Einflüsse schützen.
Wie man der Vergrößerung aus 4 entnehmen kann, ist der erste Gasraum 6 in dieser Ausführungsform sehr klein und in der gezeigten Schnittebene teils gaspolsterartig unterbrochen. Diese unterbrochenen Gaspolster zwischen der Folie 21 und dem Profil 23 sind stets vorhanden, da sich auch während der Gasdetektion bei einer rissfreien sowie einer rissigen Folie nie die gesamte äußere Hüllfläche 22 der Folie 21 gleichzeitig an das Profil 23 anschmiegt. Bei einer rissigen Folie 21 strömt dann aufgrund der unterschiedlichen Gaszustände zwischen dem ersten 6 und dem zweiten 7 Gasraum Gas von dem zweiten Gasraum 7 durch den Riss in den ersten Gasraum 6 und hin zur nächstgelegenen Profilöffnung 24.
Die äußere Hüllfläche 22 der Metallfolie bezieht sich hier auf die Fläche der Metallfolie 21 auf der abgewandten Seite des durch die Folie eingeschlossenen Halbschalenvolumens, wobei diese Fläche von dem umlaufenden Rand 29 begrenzt wird.
Jede Stelle des Profils 23 hat einen kürzesten Abstand a von einer nächstliegenden Öffnung 24 in einer Länge von maximal 7 cm, welche kleiner ist als eine halbe Länge einer maximalen Längserstreckung b des Profils 23. In 4 ist ein beispielhafter kürzester Abstand a zu einer nächstliegenden Öffnung 24 entlang der Kontur des Profils 23 eingezeichnet. Die maximale Längserstreckung b des Profils 23 wird bei diesem Profil zwischen zwei gegenüberliegenden Punkten des Profilrands 25 entlang der in 3 angedeuteten Symmetrieachse A des Profils 23 gemessen.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und die Funktionsweise der in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform näher erläutert.
Bei der erfindungsgemäßen Rissdetektion wird die halbschalenartig vorgeformte Metallfolie 21, welche eine Foliendicke von 30 μm hat, von der Gehäuseoberseite in das leere Gehäuse 4 eingebracht, so dass das Profil 23 und die äußere Hüllfläche 22 der Folie deckend aufeinanderliegen, und das Profil 23 die äußere Hüllfläche 22 stützt. Durch das Einbringen der Metallfolie 21 in das Gehäuse 4 werden der erste und der zweite Gasraum 6, 7 voneinander abgegrenzt.
Anschließend wird der Deckel 5 auf die Oberseite 26 des Gehäuses aufgelegt und hierbei der Folienrand 29 ausreichend luftdicht zwischen Gehäuse 4 und Deckel 5 geklemmt, so dass sich eine detektierbare Gaszustandsänderung einstellen kann. Die Folie 21 ist somit in der Halteeinrichtung 2 gehalten. Es wird darauf hingewiesen, dass der Deckel 5 optional ist, da ein Überdruck in dem zweiten Gasraum 7 auch ohne einen Deckel 5 erzeugt werden kann, beispielsweise in dem das Profil 23 mit der eingelegten Folie 21 in einer Überdruckkammer angeordnet ist oder die Metallfolie 21 auf der Seite des zweiten Gasraums 7 lediglich mit einer Gasströmung beaufschlagt wird.
Im Anschluss wird durch die Gaszustandsänderungsvorrichtung 9 ein Überdruck von 0,5 bar im zweiten Gasraum 7 erzeugt, was im Falle eines Risses in der Metallfolie 21 dazu führt, dass Gas durch den Riss und den zwischen dem Profil 23 und der Metallfolie 21 befindlichen ersten Gasraum 6 hin zu einer nächstgelegenen Öffnung 24 strömt, von wo aus das Gas weiter über den Strömungskanal 27, den Strömungssammelkanal 28 und die Verjüngung 17 bis in den Gaszustandsdetektor 12 mit dem Strömungsgeschwindigkeitssensor strömt.
Der Gaszustandsdetektor 12 misst die Strömungsgeschwindigkeit und vergleicht den gemessenen Wert mit einem Bestimmungsgrenzwert, beispielsweise einer Strömungsgeschwindigkeit von 0 m/s. Wird dieser Wert überschritten, so wird ein Riss in der Folie 21 detektiert und ein entsprechendes Signal erzeugt. Hat der Gaszustandsdetektor 12 beispielsweise einen Drucksensor, so wird der Gasdruck im ersten Gasraum 6 gemessen und entsprechend mit einem Gasdruckbestimmungswert, beispielsweise 0 bar Überdruck im Vergleich zur Umgebung 8, verglichen.
Im Anschluss wird die geprüfte Folie 21 aus der Vorrichtung 20 entfernt und abhängig von dem Prüfergebnis weiter verarbeitet oder aussortiert. Die Vorrichtung 21 ist nun bereit für eine weitere Rissprüfung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0955106 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (1, 20) für die Rissdetektion bei einer Metallfolie für Lebensmittelverpackungen, insbesondere bei einer Aluminiumfolie, mit einer Halteeinrichtung (2) für das Halten einer Metallfolie (3, 21), welche im gehaltenen, in die Vorrichtung (1, 20) eingebrachten Zustand zwei nebeneinander angeordnete Gasräume (6, 7) voneinander abgrenzt, sowie einer Gaszustandsänderungsvorrichtung (9) zum Herbeiführen eines veränderten Gaszustands in einem der Gasräume (6, 7), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin einen Gaszustandsdetektor (12) aufweist, welcher in Verbindung mit einem der Gasräume (6, 7) steht und dazu eingerichtet ist, einen Riss in einer gehaltenen Metallfolie (3, 21) bei einem herbeigeführten Gaszustand in einem der Gasräume (6, 7) durch Messen des Gaszustands in demselben Gasraum (6, 7) oder in dem anderen Gasraum (7, 6) zu detektieren.
Vorrichtung (1, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszustandsänderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, in dem einen Gasraum (6, 7) gegenüber dem anderen Gasraum (7, 6) einen Überdruck oder einen Unterdruck herbeizuführen.
Vorrichtung (1, 20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszustandsänderungsvorrichtung (9) dazu eingerichtet ist, einen Überdruck im Bereich von 0,05 bar bis 3,5 bar, insbesondere im Bereich von 0,1 bar bis 2 bar, besonders im Bereich von 0,3 bar bis 1 bar herbeizuführen.
Vorrichtung (1, 20) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszustandsdetektor (12) mindestens einen der folgenden Sensoren aufweist: Drucksensor, Volumenstromsensor, Massenstromsensor und Strömungsgeschwindigkeitssensor.
Vorrichtung (1, 20) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszustandsdetektor (12) über mindestens einen Strömungskanal (13, 27) mit dem entsprechenden Gasraum (6, 7) in Verbindung ist, insbesondere mit einer Querschnittsfläche des Strömungskanals (13, 27) in einem Bereich von 2,5 mm² bis 13 mm².
Vorrichtung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein dreidimensionales Profil (23) aufweist, welches eine dem Profit (23) entsprechend dreidimensional vorgeformte Metallfolie (21) im eingebrachten Zustand formerhaltend stützt.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (23) eine halbschalenartig vorgeformte Metallfolie (21) im eingebrachten Zustand nahezu über die gesamte äußere Hüllfläche (22) der Metallfolie (21) formerhaltend stützt.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungskanäle (27) von Öffnungen (24) in dem Profil (23) wegführen und in einen Strömungssammelkanal (28) münden, und der Gaszustandsdetektor (12) über den Strömungssammelkanal (28) mit dem entsprechenden Gasraum (6) in Verbindung ist, wobei die Öffnungen (24) insbesondere entlang einer geraden Linie in dem Profil (23) angeordnet sind.
Vorrichtung (1, 20) nach einem der Ansprüche 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszustandsdetektor (12) einen Strömungsgeschwindigkeitsdetektor aufweist und der mindestens eine Strömungskanal (13) oder der Strömungssammelkanal (28) eine Querschnittsverjüngung (17) aufweist, die die vom Gaszustandsdetektor (12) gemessene Strömungsgeschwindigkeit erhöht.
Vorrichtung (1, 20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverjüngung (17) an einer Übergangsstelle (31) zu dem Gaszustandsdetektor (12) ausgebildet ist oder in dem Gaszustandsdetektor (12) ausgebildet ist.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungskanäle (27) von Öffnungen (24) in dem Profil (23) wegführen und die Öffnungen (24) der Strömungskanäle (27) über das Profit (23) verteilt angeordnet sind, und insbesondere jede Stelle des Profils (23) einen kürzesten Abstand (a) von einer nächstliegenden Öffnung (24) in der Länge von maximal einer halben maximalen Längserstreckung (b) des Profils (23), insbesondere von maximal 10 cm, besonders von maximal 7 cm, gemessen entlang der Kontur des Profils (23) hat.
Vorrichtung (1, 20) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (3, 21) eine Dicke im Bereich von 5 μm bis 100 μm, insbesondere eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 50 μm und besonders eine Dicke im Bereich von 15 μm bis 40 μm aufweist.
Verfahren zur Detektion eines Risses in einer Metallfolie für Lebensmittelverpackungen, mit folgenden Schritten: Voneinander Abgrenzen zweier Gasräume (6, 7) durch eine Metallfolie (3, 21), insbesondere durch eine Aluminiumfolie, Herbeiführen eines veränderten Gaszustandes in einem der beiden Gasräume (6, 7), gekennzeichnet durch ein anschließendes Messen eines Gaszustandswerts in demselben Gasraum (6, 7) oder dem anderen Gasraum (7, 6), Vergleichen des gemessenen Gaszustandswerts mit einem Gaszustandsbestimmungswert zum Detektieren eines Risses in der Metallfolie (3, 21).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasüberdruck oder ein Gasunterdruck in einem der beiden Gasräume (6, 7) gegenüber dem entsprechend anderen Gasraum (7, 6) herbeigeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überdruck im Bereich von 0,05 bar bis 3,5 bar, insbesondere im Bereich von 0,1 bar bis 2 bar, besonders im Bereich von 0,3 bar bis 1 bar herbeigeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszustandswert als Druck und/oder Volumenstrom und/oder Massenstrom und/oder Strömungsgeschwindigkeit gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszustandswert als Strömungsgeschwindigkeitswert an einer Strömungskanalverjüngung (17) gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gasräume (6, 7) mit einer dreidimensional vorgeformten Metallfolie (21) voneinander abgegrenzt werden, und die Metallfolie (21) durch ein dreidimensionales Profil (23) formerhaltend gestützt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (21) halbschalenartig vorgeformt ist, und die Metallfolie (21) durch das Profil (23) über nahezu ihre gesamte äußere Hüllfläche (22) formerhaltend gestützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (3, 21) eine Dicke im Bereich von 5 μm bis 100 μm, insbesondere eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 50 μm, besonders eine Dicke im Bereich von 15 μm bis 40 μm aufweist.