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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Erkennen von Leckagen in Verpackungsmulden sowie auf Verpackungsmaschinen mit Leckageerkennungsstationen.
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Beim Herstellen von Verpackungen aus Folienmaterialien kann es beim Formen von Verpackungsmulden dazu kommen, dass, mitunter sehr kleine, Risse oder Löcher entstehen und/oder im Folienrohmaterial vorhandene Punktierungen oder Materialschwächen zu solchen vergrößert werden. Daher sind Verpackungsmaschinen bekannt, die Einrichtungen aufweisen, die unzulässig große Leckagen erkennen, und verhindern, dass in solchen Bereichen Produkte verpackt werden. Dazu werden geformte Verpackungsmulden in einem gasdicht abgeschlossenen Raum umschlossen und auf der einen Seite der Verpackungsmulden ein Überdruck aufgebracht. Der gasdicht abgeschlossene Raum auf der anderen Seite der Verpackungsmulden wird mit einem Durchflusssensor versehen, der einen Gasdurchfluss erkennt, wenn aufgrund des Überdrucks und einer Leckage Gas durch die Verpackungsmulden hindurch auf deren andere Seite gelangen kann und durch den Durchflusssensor entweicht.
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Um einen gut messbaren Gasdurchfluss zu erzeugen, ist, insbesondere zur Erkennung von sehr kleinen Leckagen, ein hoher Druck nötig. Dieser erhöht jedoch die Gefahr von Fehlmessungen, zum Beispiel dann, wenn sehr dehnbare Folienmaterialien verwendet werden und ein Luftstrom durch die Ausdehnung der Verpackungsmulden verursacht wird. Außerdem können hohe Drücke die Form der Mulde auf unerwünschte Weise verändern, insbesondere bei fehlerfreien Verpackungen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erkennen von Leckagen in Verpackungsmulden sowie eine Verpackungsmaschine mit einer Leckageerkennungsstation anzugeben, die durch konstruktiv möglichst einfache Verbesserungen eine zuverlässigere Leckageerkennung ermöglicht, und dabei die Gefahr einer unerwünschten Verformung der Verpackungsmulden verringert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen von Leckagen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Verpackungsmaschine mit einer Leckageerkennungsstation mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen von Leckagen in Verpackungsmulden umfasst die folgenden Schritte: Umschließen einer Verpackungsmulde mit einem Werkzeug mit zwei Gehäuseteilen, wobei ein erstes Gehäuseteil und die Verpackungsmulde einen ersten, gasdichten Raum auf einer Öffnungsseite der Verpackungsmulde bilden und ein zweites Gehäuseteil und die Verpackungsmulde einen zweiten Raum auf einer Außenseite der Verpackungsmulde bilden; Erzeugen eines vorbestimmten Gasdrucks in dem ersten gasdichten Raum, der um einen Differenzwert höher ist als der Gasdruck in dem zweiten Raum; Überwachen des Druckverlaufs in dem ersten, gasdichten Raum durch einen Drucksensor während einer vorbestimmten Zeitspanne; Erkennen einer Leckage in der Verpackungsmulde, wenn der Gasdruck in dem ersten, gasdichten Raum während der vorbestimmten Zeitspanne um einen Betrag abgefallen ist, der größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
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Durch das Erkennen der Leckage anhand des überwachten Druckverlaufs kann ein geringerer Druck ausreichen, um auch kleinere Leckagen zu erkennen, da kein messbarer Gasdurchfluss erzeugt werden muss. Des Weiteren ist es bei dem beschriebenen Verfahren nicht notwendig, dass auf beiden Seiten der Verpackungsmulde ein gasdichter Raum gebildet wird. Das Umschließen der Verpackungsmulde muss daher auf der Außenseite der Verpackungsmulde nicht notwendigerweise vollständig, insbesondere nicht gasdicht sein. Es ist ausreichend, wenn nur auf der Öffnungsseite der Verpackungsmulde ein gasdichter Raum komplett umschlossen wird.
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Demgemäß kann der Schritt des Umschließens einer Verpackungsmulde gemäß der vorliegenden Anmeldung so verstanden werden, dass die Verpackungsmulde zumindest teilweise umschlossen wird, insbesondere um den ersten gasdichten Raum auf der Öffnungsseite der Verpackungsmulden zu bilden. Auf der gegenüberliegenden Seite der Verpackungsmulde reicht ein Gegenhalten aus, um das Folienmaterial an das obere Gehäuseteil anzudrücken und so den ersten gasdichten Raum zu erzeugen. Unter der Außenseite der Verpackungsmulde kann diejenige Seite der Verpackungsmulde verstanden werden, die später nicht mit einem Produkt befüllt wird. Demzufolge kann unter der Öffnungsseite der Verpackungsmulde diejenige Seite verstanden werden, von der aus die Verpackungsmulde befüllt wird.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren weiterhin ein Formen von Verpackungsmulden in eine erste Folie durch eine Formstation vor dem Umschließen der Verpackungsmulden mit dem Werkzeug umfasst. Zweckmäßig ist es außerdem, wenn das Verfahren ein Verschließen der Verpackungsmulde durch Ansiegeln einer zweiten Folie an die Verpackungsmulde durch eine Siegelstation nach dem Überwachen des Druckverlaufs in dem ersten gasdichten Raum umfasst.
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Besonders günstig ist es, wenn der Differenzwert weniger als 50 mbar (Millibar), vorzugsweise weniger als 20 mbar, besonders bevorzugt weniger als 10 mbar beträgt. Durch einen geringeren Druck kann die Gefahr der unerwünschten Verformung der Mulden reduziert werden.
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Eine denkbare Variante des Verfahrens kann ein Einstellen des Schwellwerts und/oder des Differenzwerts in Abhängigkeit von dem Folienmaterial und/oder der Form der Verpackungsmulden und/oder der Umgebungstemperatur umfassen. Da der Druckabfall durch die Form der Verpackungsmulden, die Dehnbarkeit und/oder die Gasdurchlässigkeit des Folienmaterials sowie durch die Umgebungstemperatur beschleunigt oder verzögert werden kann, kann es vorteilhaft sein, den Schwellwert und/oder den Differenzwert dahingehend anzupassen, zum Beispiel um den Differenzwert aus den oben genannten Gründen möglichst gering zu halten oder den Schwellwert gering zu halten, um auch sehr kleine Leckagen erkennen zu können.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Schwellwert kleiner als 10 mbar, vorzugsweise kleiner als 5 mbar ist. Da kleinere Leckagen einen langsameren Druckabfall verursachen als größere Leckagen, können bei gleicher Zeitspanne zur Überwachung durch einen kleineren Schwellwert auch kleinere Leckagen identifiziert werden. Bei gleichbleibender Größe der Leckage können bei einem niedrigeren Schwellwert Leckagen schneller erkannt werden.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Zeitspanne nach einem Erreichen des vorbestimmten Gasdrucks in dem ersten Raum beginnt. Da zum Aufbauen des Gasdrucks in dem ersten Raum eine gewisse Zeit nötig ist, kann dadurch, dass die Zeitspanne erst beginnt nachdem der vorbestimmte Gasdruck erreicht wurde das überwachen des Druckverlaufs sowie das Erkennen einer Leckage unabhängig von der zum Druckaufbau benötigten Zeit erfolgen.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Verpackungsmaschine mit einer Leckageerkennungsstation. Diese umfasst ein Werkzeug mit zwei Gehäuseteilen, das dazu konfiguriert ist, eine in eine erste Folie geformte Verpackungsmulde zu umschließen, wobei ein erstes Gehäuseteil dazu konfiguriert ist, mit der Verpackungsmulde einen ersten, gasdichten Raum auf einer Öffnungsseite der Verpackungsmulde zu bilden, und ein zweites Gehäuseteil dazu konfiguriert ist, mit der Verpackungsmulde einen zweiten Raum auf einer Außenseite der Verpackungsmulde zu bilden, wobei die Leckageerkennungsstation des Weiteren dazu eingerichtet ist, in dem ersten, gasdichten Raum einen vorbestimmten Gasdruck zu erzeugen, der um einen Differenzwert höher ist als der Gasdruck in dem zweiten Raum. Die Verpackungsmaschine umfasst des Weiteren einen Drucksensor, der dazu konfiguriert ist, den Gasdruck in dem ersten, gasdichten Raum zu erfassen. Außerdem umfasst die Verpackungsmaschine eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, den Verlauf des durch den Drucksensor erfassten Gasdruck während einer vorbestimmten Zeitspanne zu überwachen, und eine Leckage zu erkennen, wenn der Gasdruck in dem ersten gasdichten Raum während der vorbestimmten Zeitspanne um einen Betrag abgefallen ist, der größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Bezüglich der Benutzung des Begriffs „umschließen“ gelten die vorstehend mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren angegebenen Erläuterungen. Gleiches gilt für die Definitionen der Außenseite und der Öffnungsseite der Verpackungsmulden.
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In einer zweckmäßigen Variante umfasst die Verpackungsmaschine des Weiteren eine Formstation, die dazu konfiguriert ist, Verpackungsmulden in die erste Folie zu formen, wobei die Leckageerkennungsstation stromabwärts der Formstation angeordnet ist. In einer weiteren zweckmäßigen Variante umfasst die Verpackungsmaschine eine Siegelstation, die dazu konfiguriert ist, die Verpackungsmulde durch Ansiegeln einer 2. Folie zu verschließen.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Differenzwert weniger als 50 mbar, vorzugsweise weniger als 20 mbar, besonders bevorzugt weniger als 10 mbar beträgt. Durch einen geringeren Druck kann die Gefahr der unerwünschten Verformung der Mulden reduziert werden.
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Es ist außerdem denkbar, dass der vorbestimmte Schwellwert und/oder der Differenzwert in Abhängigkeit von dem Folienmaterial und/oder der Form der Verpackungsmulde und/oder der Umgebungstemperatur einstellbar sind. Da der Druckabfall durch die Form der Verpackungsmulden, die Dehnbarkeit und/oder die Gasdurchlässigkeit des Folienmaterials sowie durch die Umgebungstemperatur beschleunigt oder verzögert werden kann, kann es vorteilhaft sein, den Schwellwert und/oder den Differenzwert dahingehend anzupassen, zum Beispiel um den Differenzwert aus den oben genannten Gründen möglichst gering zu halten oder den Schwellwert gering zu halten, um auch sehr kleine Leckagen erkennen zu können.
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Besonders günstig ist es, wenn der Schwellwert kleiner als 10 mbar, vorzugsweise kleiner als 5 mbar ist. Da kleinere Leckagen einen langsameren Druckabfall verursachen als größere Leckagen, können bei gleicher Zeitspanne zur Überwachung durch einen kleineren Schwellwert auch kleinere Leckagen identifiziert werden. Bei gleichbleibender Größe der Leckage können bei einem niedrigeren Schwellwert Leckagen schneller erkannt werden.
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Zweckmäßig kann es außerdem sein, wenn die Zeitspanne nach dem Erreichen des vorbestimmten Gasdrucks in dem ersten Raum beginnt. Da zum Aufbauen des Gasdrucks in dem ersten Raum eine gewisse Zeit nötig ist, kann dadurch, dass die Zeitspanne erst beginnt, nachdem der vorbestimmte Gasdruck erreicht wurde, das Überwachen des Druckverlaufs sowie das Erkennen einer Leckage unabhängig von der zum Druckaufbau benötigten Zeit erfolgen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Verpackungsmaschine der vorstehend beschriebenen Art. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verpackungsmaschine.
- 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Werkzeugs einer Leckageerkennungsstation in einer in 1 durch die Linie II-II angedeuteten Perspektive.
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1 zeigt in schematischer Ansicht eine erfindungsgemäße Verpackungsmaschine 1, die eine Tiefziehverpackungsmaschine sein kann. Die Verpackungsmaschine 1 kann eine Formstation 2, eine Siegelstation 3, eine Querschneideinrichtung 4 und eine Längsschneideinrichtung 5 aufweisen. Diese können in der genannten Reihenfolge in einer Arbeitsrichtung R an einem Maschinengestell 6 angeordnet sein. Darüber hinaus kann stromabwärts der Formstation 2 eine Leckageerkennungsstation 11 angeordnet sein.
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Eingangsseitig kann an dem Maschinengestell 6 eine Zufuhrrolle 7 vorgesehen sein, von der eine erste Folie 8 abgezogen werden kann. Im Bereich der Siegelstation 3 kann ein Folienspeicher 9 vorgesehen sein, von dem eine zweite Folie 10 als Deckelfolie abgezogen werden kann. Ausgangsseitig kann an der Verpackungsmaschine eine Abfuhreinrichtung 13, z. B. in Form eines Transportbandes, vorgesehen sein, mit der fertige, vereinzelte Verpackungen abtransportiert werden können. Ferner kann die Verpackungsmaschine 1 eine nicht dargestellte Vorschubeinrichtung aufweisen, welche die erste Folie 8 ergreifen und vorzugsweise in einem Hauptarbeitstakt taktweise in der Arbeitsrichtung R weitertransportieren kann. Die Vorschubeinrichtung kann zum Beispiel durch seitlich angeordnete Transportketten, vorzugsweise Klammerketten, realisiert sein.
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Wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt, kann die Formstation 2 als eine Tiefziehstation ausgebildet sein. Darin können durch Tiefziehen eine oder mehrere Verpackungsmulden 14 in die erste Folie 8 geformt werden. Dabei kann die Formstation 2 derart ausgebildet sein, dass in einer Richtung senkrecht zur Arbeitsrichtung R mehrere Verpackungsmulden nebeneinander gebildet werden können. In Arbeitsrichtung R hinter der Formstation 2 kann eine Einlegestrecke 15 vorgesehen sein. Dort können die in die erste Folie 8 geformten Verpackungsmulden 14 mit Produkt 16 befüllt werden.
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Die Leckageerkennungsstation 11 kann ein Werkzeug 12 (siehe 2) aufweisen. Das Werkzeug 12 kann ein erstes Gehäuseteil 12A und ein zweites Gehäuseteil 12B umfassen Die Siegelstation 3 kann eine verschließbare Kammer 17 aufweisen, in der eine Atmosphäre in den Verpackungsmulden 14 vor dem Versiegeln zum Beispiel durch Gasspülen mit einem Austauschgas oder mit einem Austausch-Gasgemisch ersetzt werden kann.
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Die Querschneideinrichtung 4 kann als Stanze ausgebildet sein, welche dazu eingerichtet sein kann, die erste Folie 8 und die zweite Folie 10 in einer Richtung quer zur Arbeitsrichtung R zwischen benachbarten Verpackungsmulden 14 zu durchtrennen. Dabei kann die Querschneideinrichtung 4 derart konfiguriert sein, dass die erste Folie 8 nicht über die gesamte Breite aufgeteilt wird, sondern zumindest in einem Randbereich nicht durchtrennt wird. Dies kann einen kontrollierten Weitertransport durch die Vorschubeinrichtung ermöglichen.
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Die Längsschneideinrichtung 5 kann, wie in der dargestellten Ausführungsform, als eine rotierende Rundmesseranordnung ausgebildet sein, mit der die erste Folie 8 und die zweite Folie 10 zwischen benachbarten Verpackungsmulden 14 und am seitlichen Rand der ersten Folie 8 durchtrennt werden kann, wodurch hinter der Längsschneideinrichtung 5 vereinzelte Verpackungen vorliegen können.
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Die Verpackungsmaschine 1 kann ferner eine Steuereinheit 18 enthalten. Sie kann dazu konfiguriert sein, die in der Verpackungsmaschine 1 ablaufenden Prozesse zu steuern und/oder zu überwachen. Außerdem kann eine Anzeigevorrichtung 19 vorzugsweise mit Bedienelementen 20 vorgesehen und dazu eingerichtet sein, Prozessabläufe in der Verpackungsmaschine 1 für bzw. durch einen Bediener zu visualisieren bzw. zu beeinflussen.
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Die generelle Arbeitsweise der Verpackungsmaschine 1 kann wie im Folgenden kurz dargestellt ablaufen.
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Die erste Folie 8 kann von der Zufuhrrolle 7 abgezogen und durch die Vorschubeinrichtung in die Formstation 2 transportiert werden. In der Formstation 2 können durch Tiefziehen eine oder mehrere Verpackungsmulden 14 in der ersten Folie 8 gebildet werden. Die Verpackungsmulden 14 können zusammen mit dem umgebenden Bereich der ersten Folie 8 in einem Hauptarbeitstakt zu der Einlegestrecke 15 weitertransportiert werden, wo sie mit Produkt 16 befüllt werden können.
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Anschließend können die befüllten Verpackungsmulden 14 zusammen mit dem sie umgebenden Bereich der ersten Folie 8 durch die Vorschubeinrichtung in die Siegelstation 3 weitertransportiert werden. Die zweite Folie 10 kann in der Siegelstation 3 als Deckelfolie an die erste Folie 8 angesiegelt werden. Danach kann die zweite Folie 10 mit der Vorschubbewegung der ersten Folie 8 weitertransportiert werden. Dabei kann die zweite Folie 10 von dem Folienspeicher 9 abgezogen werden. Durch das Ansiegeln der Deckelfolie 10 an die Verpackungsmulden 14 können verschlossene Verpackungen 21 entstehen.
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In den Schneideinrichtungen 4, 5 können die Verpackungen 21 vereinzelt werden, indem die Folien 8, 10 in Quer- bzw. Längsrichtung durchtrennt werden. Zum Vereinzeln kann anstelle der Schneidvorrichtungen 4, 5 auch eine Komplettschnittvorrichtung (nicht gezeigt) eingesetzt werden, welche die Verpackungen 21 in einem Schritt vereinzeln kann.
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In 2 ist eine seitliche Schnittansicht des Werkzeugs 12 der Leckageerkennungsstation 11 in einer in 1 durch die Linie II-II angedeuteten Perspektive dargestellt. Wie bereits erwähnt, kann das Werkzeug das erste Gehäuseteil 12A und das zweite Gehäuseteil 12B umfassen. Das erste Gehäuseteil 12A kann dazu konfiguriert sein, mit der Verpackungsmulde 14 bzw. der ersten Folie 8 einen ersten, gasdichten Raum 19 zu bilden. Dieser kann auf einer Öffnungsseite 20 der Verpackungsmulde 14 angeordnet sein.
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Das zweite Gehäuseteil 12B kann dazu konfiguriert sein, die Folie 8 bzw. Teilabschnitte davon derart gegen das erste Gehäuseteil 12A zu drücken, dass die Folie 8 und das erste Gehäuseteil 12A gasdicht aneinander anliegen. Dabei kann das zweite Gehäuseteil 12B zusammen mit der Verpackungsmulde 14 bzw. der Folie 8 einen zweiten Raum 21 bilden. Dieser kann auf einer Außenseite 22 der Verpackungsmulde 14 angeordnet sein. Die Außenseite 22 und die Öffnungsseite 20 können auf gegenüberliegenden Seiten der Folie 8 bzw. der Verpackungsmulde 14 vorgesehen sein. Es ist nicht erforderlich, dass der zweite Raum 21 gasdicht abgeschlossen ist. Er kann, wie in 2 zu sehen, nach unten hin offen sein.
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Das erste Werkzeugteil 12A kann mit einer Druckquelle 24, wie z. B. einer Pumpe oder einem Druckluftspeicher, verbunden sein. Die Verbindung kann insbesondere derart eingerichtet sein, dass der erste Raum 19 in Verbindung mit der Druckquelle 24 steht. Diese kann zum Erzeugen eines vorbestimmten Gasdrucks in dem ersten Raum 19 eingerichtet sein. Z. B. kann sie mit der Steuereinheit 18 verbunden sein, die dazu konfiguriert sein kann, die Druckquelle 24 derart zu steuern oder zu regeln, dass der erste Gasdruck in dem ersten Raum erzeugt wird. Es kann außerdem eine Absperrvorrichtung 25 vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, die Verbindung zwischen der Druckquelle 24 und dem ersten Raum abzusperren, sodass der erste Raum auch gegenüber der Druckquelle 24 gasdicht abgeschlossen ist.
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Die Absperrvorrichtung 25 kann derart konfiguriert sein, dass sie die Verbindung absperrt, sobald in dem ersten Raum 19 der vorbestimmte Druck aufgebaut wurde. Die Absperrvorrichtung 25 kann dabei völlig unabhängig von den übrigen Komponenten sein oder durch die Steuereinheit 18 ansteuerbar sein, sodass die Steuereinheit 18 ein Absperren der Absperrvorrichtung 25 verursacht, wenn die Steuereinheit 18 durch geeignete weitere Vorrichtungen (siehe unten) feststellt, dass der vorbestimmte Druck in dem ersten Raum 19 erreicht wurde.
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Das Werkzeug 12 kann einen Drucksensor 23 umfassen, der dazu konfiguriert ist, den Gasdruck in dem ersten Raum 19 zu erfassen. Der Drucksensor 23 kann insbesondere an dem ersten Gehäuseteil 12A vorgesehen sein, wie in 2 gezeigt. Er kann darüber hinaus mit der Steuereinheit 18, z. B. durch ein Kabel oder drahtlos, verbunden sein. Die Steuereinheit 18 kann dazu konfiguriert sein, den durch den Drucksensor 23 erfassten Druck während einer vorbestimmten Zeitspanne zu überwachen. Diese Zeitspanne kann z. B. beginnen, sobald der vorbestimmte Druck in dem ersten Raum 19 erreicht wurde. Die Steuereinheit kann des Weiteren dazu konfiguriert sein, eine Leckage zu erkennen, wenn der durch den Drucksensor 23 erfasste Gasdruck in dem ersten Raum 19 während der vorbestimmten Zeit um einen Betrag abgefallen ist, der größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
