DE2455064A1

DE2455064A1 - Ueberwachungsgeraet fuer verschluesse oder verschweissungen

Info

Publication number: DE2455064A1
Application number: DE19742455064
Authority: DE
Inventors: Charles John Simmons
Original assignee: Package Machinery Co
Current assignee: Package Machinery Co
Priority date: 1974-01-10
Filing date: 1974-11-18
Publication date: 1975-07-24
Also published as: GB1487482A; FR2257498B1; FR2257498A1; US3925139A; JPS50101183A; JPS5516890B2; DE2455064C2

Description

PATENTANWÄLTE

Berlih_r den 18. November 1974

Package MachineyCo.

Massachusetts, USA. PM 25 B

US Ser. No. ^32 321

25 622

Überwachungsgerät für Verschlüsse oder Verschweissungen

Die Erfindung betrifft ein Gerät, mit dem die beim Verpacken erstellten Verschlüsse oder Verschweissungen überwacht werden, und insbesondere ein Gerät zum Oberwachen von ausgewählten Parametern, die ein Hinweis sind für die Qualität einer Verschweissung, die mit schmelzbaren Verpackungsmaterial gebildet wurde.

Es ist aus mehreren Gründen von grosser Bedeutung, einen hochwertigen Verschluss für Filmpacktingen zu schaffen. Erstens verhindert ein guter Verschluss, dass ein Teil des verpackten

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Materials ausläuft oder aus der Packung herausfällt, bevor es noch den Verbraucher erreicht und von ihm gebraucht wird.

Es ist z.B. jetzt möglich, Flüssigkeiten wie Milch oder Saucen aber auch Trockenwaren wie Süssigkeiten und Mehl als Artikel der Massenverpackung in Beuteln aus durchsichtigem Film anzutreffen. Die offensichtlichen Folgen eines mit einem fehlerhaften Verschluss behafteten Beutels sind das Auslaufen und ein unhygienisches Durcheinander, was ziemlich klar anzeigt, dass es nur eine kleine Toleranzbreite für fehlerhafte Verschlüsse gibt, insbesondere bei der Verpackung von Waren wie Lebensmittel und ähnliche Erzeugnisse.

Ein weiterer Grund zur Sicherung guter Verschlüsse bei FiImverpackuagen besteht darin, dass der Umschlag manchmal als Schutzhülle verwendet wird, wodurch verhindert wird, dass das ausserhalb der Verpackung Liegende nicht mit dem Material drinnen in Berührung kommt. Fehlerhafte Verschlüsse mindern die Qualität des durch die Hülle gewährten Schutzes, indem unerwünschte Elemente eindringen und die hygienische oder eine andere innerhalb der Verpackung erwünschte Atmosphäre teilweise oder vollständig zerstören.

Obgleich die Bedeutung einer guten Dichtung leicht zu würdigen ist, sind jedoch bisher nach der Meinung des Erfinders noch keine Überwachungsgeräte für Verschlüsse oder Verschweissungen bei Verpackungsmaschinen verwendet worden. Demzufolge ist es eine allgemeine Zielsetzung der Erfindung ein Gerät zur Überwachung oder Kontrolle der von Verpackungsmaschinen gebildeten

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Verschlüssen während des Verpackungsvorgangs zu offenbaren.

Die Erfindung sieht ein Dichtungsüberwachungsgerät vor, das mit einer Verpackungsmaschine Anwendung findet, die einen Verschweissverschluss durch Erwärmen und Zusammenpressen von mehreren Lagen eines schmelzbaren Materials zwischen heisssiegelnden Teilen bildet.

Die Vorrichtung umfasst Abtastmittel, die mit den siegelnden Teilen verbunden sind und mit diesen zusammenarbeiten, um Signale zu erzeugen, die repräsentativ sind für einen gewählten Dichtungsparameter während des Betriebs der siegelnden Teile. In einem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung umfasst ein derartiger Parameter die Temperatur, auf die das schmelzbare Material während des VerschweissungsVorgangs angehoben wird. In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung können andere überwachte Parameter auch den Druck, mit dem die Lagen oder Schichten des Werkstoffs zusammengepresst werden, oder die Energie betreffen, die für das Erhitzen des Werkstoffes auf Versphweissungstemperatur verbraucht wird.

Es können auch mehr als ein Parameter gleichzeitig mit anderen Parametern in einem einzigen Kontrollsystem überwacht werden.

Das erfindungsgemässe Gerät weist darüber hinaus eine Vergleichsvorrichtung auf, die an das Abtastmittel angeschlossen ist, um das vom Fühler erzeugte Signal aufzunehmen und es mit einem vorher gewählten Bezugswert zu vergleichen. Die Vergleichsvorrichtung kann Dual-Vergleicher umfassen, die eine vorgewählte Toleranz erstellen, d.h. die oberen und unteren Grenz-

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werte, innerhalb denen der abgetastete Parameter fallen sollte, falls ein Verschweissverschluss richtig ausgebildet ist. Sollten der oder die überwachten Parameter ausserhalb des Toleranzbereichs liegen oder die Bezugswerte übersteigen, wird vom Vergleicher ein Signal erzeugt.

Eine Alarm- oder Ausschusseinrichtung liegt an der Vergleichsvorrichtung und spricht auf das Signal von der Vergleichsvorrichtung an, wodurch angezeigt wird, dass der Dichtungsparameter ausserhalb des Toleranzbereichs liegt, indem entweder ein Alarmsignal erzeugt wird oder die feliterhaft ausgebildeten Verpackungen abgewiesen werden. Die Fühlersignale können auch zum Steuern der Teile verwendet werden, die die Dichtungsparameter regeln.

Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele werden nachstehend eingehend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Verpackungsmaschine zum Formen, Abfüllen und Versiegeln, die im Wiederholbetrieb mit Schüttgut gefüllte Beutel verschweisst und dann abgibt,

Fig. 2 eine Ansicht im Querschnitt der Verpackungsmaschine nach Fig. 1 in der Nähe der Dichtschweissungsbacken, gesehen längs der Schnittlinie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilansicht des gebildeten Films in der Nähe der Dichtschweissungebacken mit der Stellung eines Temperaturfühlers relativ zum Film und den Wärmeelementen der Dichtschweissungsbacken,

Fig. k ein schematisch.es Diagramm des Überwachungsgeräts der Erfindung,

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Fig. 5 ein elektrisches Schaltdiagramm einer Takt- oder Auswertimpulsschaltung , die zum Antreiben der Vergleicher nach Fig. k verwendet wird,

Fig. 6 ein elektrisches Sehaltdiagramm des zum Abtasten der durch die siegelnden Teile in der Verpackungsmaschine von Fig. 1 abgegebenen elektrischen Energie verwendeten Schaltkreises und

Fig. 7 ein Blockschaltbild, das das Überwachungsgerät in einem geschlossenen Regelkreis zeigt, durch den ein Rückkoppeln zum Steuern der Dichtungsparameter gegeben ist.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Verpackungsmaschine 10 zum Formen, Abfüllen und Versiegeln des Verpackungsguts ist z.B. unter dem Namen "Patriot" vom Anmelder auf .den Markt gebracht worden.

Die Verpackungsmaschine 10 empfängt ein Schüttgut, bildet einen Beutel aus schmelzbaren Filmstoff, füllt den Beutel mit dem Schüttgut und versiegelt den Beutel, worauf dieser dann aus der Maschine tritt. Eine derartige Maschine ist in Lage, flüssige oder halbflüssige Stoffe wie Wasser, Milch, Säfte, öl, Saucen oder dergleichen zu verpacken. Die gleiche Maschine ist auch im Stande, Trockenware, vorgearbeitete Nahrungsmittel oder Zutaten, Grassamen, Dünger und ähnliche Erzeugnisse zu verpacken.

Unbeschadet der Art des von der Maschie zu verpackenden Schüttguts verläuft der Verpackungsvorgang im allgemeinen wie folgt. Es wird ein Film aus schmelzbaren Material wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyfolienpapier und andere Verpackungsstoffe

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durch einen mit schrittweisen Vorschub arbeitenden Mechanismus 13 in einer einzigen lage von der Zuführrolle abgezogen und auf einen Rohr- oder Hüllenformer 12 gegeben. Der Former 12 und der Film F sind so bemessen, dass die Längskanten des Films zu einem begrenzten Betrag überlappen, wenn der Film den Former 12 vollständig umgreift. Die überlappenden Bänder werden dann unter einen 'längsverschweissendes¹ Heizelement 14 gezogen, das die überlappenden Ränder gegen den Former drückt und gleichzeitig die Ränder erwärmt, um einen kontinuierlichen 'Längsverschluss¹ zu schaffen, der longitudinal entlang der Hülle des Films verläuft.

Nachdem der Film über den Former 12 hinweggelaufen ist, wird er zwischen zwei Versiegelungs- und Abtrennbacken 16 und 18 (Fig. 2) indiziert. Nach einer Ausbildungsform der Erfindung ist die Dichtungs- oder Versiegelungsbacke 16 an einem pneumatischen Zylinder 20 befestigt, der gegenüber der feststehenden Backe 18 hin- und herbewegt werden kann, die durch einen Satz Federn 22 und den zugeordneten (nicht dargestellten) Führungsteilen vom Rahmen der Maschine nachgiebig getragen wird. Der pneumatische Zylinder 20 wird periodisch durch ein Ventil 2k in Betrieb gesetzt und verursacht, dass die Klemmfläche der beweglichen Backe 16 die Hülle des Films F gegen die Klemmfläche der feststehenden Backe 18 drückt, und zwar mit einem vorherbestimmten Druck, der hauptsächlich durch die Federn bestimmt wird. Zwei Heizstreifen oder -bänder 26 und 28 sind im Kopf 30 der beweglichen Backe 16 an der Klemmfläche eingebettet und werden eingeschaltet, während der Film F gegen die feststehende Backe geklemmt wird, um die Doppellagen der

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geformten Hülle zusammenzuschweissen und zwei getrennte und parallel verlaufende heissgesiegelte Dichtungen zu bilden, die quer über die Hülle verlaufen.

Bei jedem Anklemmen bildet der untere Heiz streifen 26 die obere oder Verschlussdichtung eines Beutels, der zur Freigabe aus der Maschine bereitsteht, während der obere Heizstreifen 28 die Bodendichtung des Beutels bildet, der in der nächsten Arbeitsfolge ausgestossen werden soll. Das untere Ende der Hülle wird deshalb immer dann durch eine Verschweissung geschlossen, wenn die Backen 16 und 18 geöffnet sind.

Ein angeheizter Abtrenndraht 32 liegt zweischen den beiden Heizstreifen und verläuft parallel zu den Streifen quer über den Kopf 30, um die Hülle längs einer zwischen den von den Streifen 26 und 28 gebildeten Verschweissungen abzutrennen. Als Folge fällt ein vollständig verschlossener Beutel P (Fig. 1) von der geformten Hülle jedesmal ab, wenn sich die Backen 16 und 18 öffnen.

XM die Abfüllung in Zusammenhang mit dem Formen und Versiegeln durchzuführen, verläuft eine Füllröhre ^K) von dem (nicht dargestellten) Einspeisungsbunker über dem Former 12 durch den Former zu einer Station untehalb des Formers und oberhalb der Backen, wie dies in Fig. 1 aufgezeichnet ist. Das innerhalb der versiegelten Beutel P einzuschliessende Schüttgut wird in abgemessenen Mengen von der Füllröhre in das versiegelte Ende der Filmhülle neben den Backen 16 und 18 eingespeist. Während dieser gleichen Zeitspanne wird der Film F durch den Vorschub über den Former 12 vorgeschoben, so dass das versiegelte Ende

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der Hülle zwischen die Backen 16 "und 18 fällt. Während der nachfolgenden Betriebsschritte schliessen die Backen die Hülle ein, bilden die beiden Verschweissverschlüsse, wobei eine Backe den Beutel schliesst und dann der geschlossene Beutel von der Hülle abgeschnitten wird. Es wurde hiermit gezeigt, dass die Verpackungsmaschine 10 die Beutel P formt, füllt und versiegelt, worauf letztere dann aus der Maschine treten.,

Nach der Erfindung werden die Parameter, die die Güte des von den Backen 16 und 18 heissgesxegelten Verschlusses bestimmen, während des Verschweissens überwacht. Derartige Parameter können die Temperatur, auf die der Film F von den Streifen 26 und in der beweglichen Backe 16 erwärmt wird, den Druck, mit dem die Backen 16 und 18 die Filmlagen zusammendrücken, und die elektrische Energie umfassen, die beim Erwärmen des Films zum Verschweissen der Filmlagen abgegeben wird.

Durch Tests hat sich gezeigt, dass einer der bedeutsamsten, zu überwachenden Parameter die Temperatur ist, auf die das schmelzbare Filmmaterial durch die Streifen 26 und 28 erwärmt wird. Zu diesem Zweck ist ein Thermoelement 50 im Kopf 52 der ortsfesten Backe 18 an einer Stelle auf der Klemmfläche unmittelbar gegenüber vom Heizstreifen 28 in der beweglichen Backe 16 eingebettet. Der Kopf 52 sowie der Kopf 30 der Backe 16 sind aus einem Werkstoff gefertigt, das eine geringe Wärmekapazität aufweist, z.B. phenolhaltiges oder phenolimprägniertes Fiberglas, das auch denKest der Backen 16 und 18 von der seitens der Streifen 26 und 28 ausgestrahlten Wärme isoliert. Das Thermoelement 50 tastet demzufolge haupt-

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sächlich die Temperatur ab, auf die der Film während des Schweissens erwärmt wird.

Die Fig. 3 zeigt, dass die Heizstreifen 26 und 28 elektrisch parallel geschaltet sind, so dass bei Betrieb oder Nichtbetrieb einer der Streifen der andere Streifen davon beeinflusst wird. Ein noch hervortretender Effekt eines Streifens auf den anderen wäre zu erreichen, ädern man die Streifen in Serie schaltet. In beiden Fällen liefert das Thermoelement 50, obgleich es mit nur einem der beiden Heizstreifen verbunden ist, in der Tat eine Anzeige, wie es mit dem Betrieb des anderen Streifens steht, und somit können beide heissgesiegelten Verschlüsse überwacht werden. Nach Wunsch können selbstverständlich nach der Erfindung auch getrennte Thermoelemente den jeweiligen Heizstreifen zugeordnet werden.

Die Überwachungsfunktion, die vom Thermoelement 50 durchgeführt wird, ist aus der Figur 3 ersichtlich. Sie erstreckt sich auch auf die vom Heizelement 1^ mit demFormer 12 gebildete ¹ Längsversehweissung'. Die in der Längsverschweissung zurückgehaltene Restwärme beim Durchgang des Films vom Former 12 zu den Backen 16 und 18 wird vom Thermoelement erfasst, vorausgesetzt dass es sich an der Schnittstelle der Längsverschweissung und der vom Heizstreifen 28 gebildeten Seitenverschweissung befindet. Es hat sich durch Experimente herausgestellt, dass die Empfindlichkeit des Thermoelements in der dargestellten Stellung angemessen ist, den fehlerhaften Funktionsablauf sowohl des Heizelements 1^- als auch des Streifens 28 zu erfassen.

Nachdem einmal die Temperatur des Verschweissverschlusses oder

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der -verschlüsse abgetastet wurde, wird das vom Thermoelement 50 erzeugte Signal in einer Art und Weise verarbeitet, wie dies in der ächematischen Darstellung des Überwachungsgeräts in Fig. k angezeigt ist. Das Thermoelement50 oder ein anderer Fühler 6O liegt an einem Verstärker 62, der das Signal umwandeln und möglicherweise für den weiteren Gebrauch formen kann. Nach der Darstellung liegt der Ausgang des Verstärkers 62 sowohl an einem oberen Vergleicher 6k und einem unteren Vergleicher 66. Beide Vergleicher sind üblicher Differentialvergleicher und erzeugen einen Ausgang, wenn immer das Eingangssingal vom Verstärker 62 einen vorgewählten Bezugswert übersteigt. Der Bezugswert, der den Vergleicher 64 betreibt, wird durch ein Potentiometer 68 eingestellt, das an einem negativen Eingang des Vergleichers liegt, während das Fühlersignal an den positiven Eingang gelegt wird. Der den Vergleicher 66 betreibende Bezugswert wird durch das am positiven Eingang des Vergleichers liegende Potentiometer 70 eingestellt, während das Fühlersignal an den negativen Eingang gelegt wird. Mit der dargestellten Dual-Vergleichervorrichtung ist es möglich, sowohl obere als auch untere Grenzwerte festzulegen, innerhalb derer die abgetasteten Parameter fallen müssen, um einer. richtigenVerschweissung zu bilden. Die Potentiometer 68 und 70 sind tatsächlich Speichereinrichtungen, in denen die oberen und unteren Grenzwerte gespeichert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, einen einzigen Vergleicher zu verwenden, falls der zu überwachende Parameter nur ein kritisches Niveau hat, unter oder über dem der Paramter verbleiben sollte. Die vom Thermoelement 50 erfasste Verschweissungstemperatur weist jedoch einen oberen und unteren

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Grenzwert auf, über den nicht hinausgegangen werden sollte, falls eine richtige Verschweissung zustande kommen sollte. Bei einer den oberen Grenzwert übersteigenden Temperatur kann der Fillverpackungsstoff anbrennen und dadurch geschwächt werden, so dass der Beutel leicht aufbrechen kann. Fällt andererseits die Temperatur unter oder übersteigt sie einen unteren Grenzwert, kann sich eine schwache oder nicht widerstandsfähige Verschweissung aufgrund der unzureichenden Erwärmung und Verschmelzung des Verpackungsstoffes ergeben. Aus dem Gesagten geht hervor, dass der Ausdruck "übersteigen" im weiten Sinne des Wortes verwendet wird und bedeutet, dass ein Parameter sich ausserhalb eines gegebenen Toleranzbereichs begibt, d.h. dass er entweder über einem oberen oder unter einem unteren Grenzwert liegt.

Wie bereits im Hinblickauf die obere und untere Grenzwerte aufweisenden Parametern herausgestellt wurde, ist das Potentiometer 68 so eingestellt, dass, es den Vergleicher 6k am oberen Grenzwert triggert, und das Potentiometer 70 so eingestellt, dass es den Vergleicher 66 am unteren Grenzwert antreibt. Der obere Vergleicher 64 liegt an der Alarmvorrichtung 72 für den oberen Pegel. Sie kann entweder eine akustische oder visuelle Alarmvorrichtung sein und würde von den Bedienungspersonen der Verpackungsmaschine 10 bemerkt werden. Gleichermassen liegt der untere Vergleicher 66 an der Alarmvorrichtung Sk für den oberen Pegel. Falls es nicht erforderlich ist, zwischen Situationen zu unterscheiden, in denen die Temperatur entweder den oberen Grenzwert übersteigt oder den unteren Grenzwert unterschreitet, würde eine einzige Alarmvorrichtung ausreichen.

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Die Fig. 4 zeigt, dass die Vergleicher 64 und 66 eine Ausschuss vorrichtung 76 wie eine Ausstossrutsche in Betrieb setzen können, durch den fehlerhaft geformte Beutel vom Förderer oder sonstigen Abführeinrichtungen weggeleitet werden, auf den sonst die richtig ausgebildeten Beutel zur Ablade weggebracht werden. Da die Heizstreifen 26 und 28 gleichzeitig auf zwei Beuteln betrieben werden, ist ein Sperrkreis vorgesehen, durch den die Kutsche in der Ausschussstellung einen weiteren Verschweissungsgang lang gehalten wird, nachdem das Grenzwertüberschreitungssignal verschwindet und der Alarm ausgestellt wird, um so sicherzustellen, dass beide oder alle fehlerhaft geformten Beutel umgeleitet wurden. Dadurch wird die automatische Trennung der fehlerhaft gebildeten Beutel von den anderen Beuteln eingeleitet und vom Fühler 6O gesteuert, ohne dass eine Bedienungsperson eingreifen müsste.

Die Fig. 4 zeigt auch eine Strobe- oder Taktsignalgeber 78, durch die der obere Vergleicher 64 und der untere Vergleicher 66 zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Verschweissens getriggert wird, wenn die richtige Verschweissungstemperatur erreicht sein sollte. Die Backen 16 und 18 in Fig. 2 sind nicht immer mit der Hülle des zu verschweissenden Filmverpackungsstoffes in Berührung. So sind die Backen z.B. geöffnet und haben mit dem Film keine Berührung, wenn der Film auf dem Hüllenformer 12 schrittweise vorgeschoben und das untere Ende der Hülle um eine Beutellänge zwischen die Backen fällt. Während eines derartigen Intervalls liegen die Heizstreifen '26 und 28 auch nicht mit dem Film in Berührung und sind vor-

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zugsweise abgeschaltet, so dass ein Übererwärmen vermieden wird. Wenn die Backen 16 und i8 wieder die Hülle des Filmverpackungsstoffes festklemmen, werden die Heizstreifen wieder durch einen Schalter, der das Schliessen der Backen abtastet, eingeschaltet und der Erwärmungsvorgang des Films längs der vom Thermoelement 50 abgetasteten Seitenverschweissung eingeleitet. Zu Erzielung einer sinnvollen Temperaturablesung für die Vergleicher ist es deshalb erforderlich, eine Zeit nahe zum Ende des Verschweissungsablaufs abzuwarten, nämlich wenn sich die Filmlage neben dem Thermoelement mit der benachbarten, dem Heizstreifen 28 gegenüberliegenden Lage verschmolzen hat.

Demgemäss erzeugt der Taktgeber 78 ein Taktsignal zu einem vorgewählten Zeitintervall, nachdem die Backen 16 und 18 geschlossen wurden. Die Vergleicher Sh und 66 empfangen das Signal von der Taktschaltung 78 und werden vom Signal durchgeschaltet. Auf diese Weise wird ein Vergleich zwischen einer abgetasteten Temperatur und den vorgewählten Grenzwerten durch die Potentiometer 68 und 70 während des Verechweissens erstellt, wenn die Verschweissungstemperatur von grösster Bedeutung ist.

Die Figur 5 zeigt als Beispiel eine Taktsignalgeberschaltung in ihren Einzelheiten. Die Schaltung erzeugt zu einem vorgewählten Intervall einen Impuls an einer Ausgangsklemme 80, nachdem sich die Backen 16 und 18 geschlossen haben. Zur Einleitung des Taktimpulsbetriebs wird ein mechanischer Schalter 82 geschlossen, wenn die Backen 16 und 18 geschlossen sind. Der Schalter 82 kann entweder unmittelbar von den Backen oder über einen Steuernocken in der Verpackungsmaschine 10 be-

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trieben werden, so dass der pneumatische Zylinder 20 die Backen schliesst. Eine Verzögerungsschaltung, die einen Widerstand 8^ und einen Ladekondensator 86 aufweist, hat zu einem vorbestimmten Intervall nach dem Schliessen von Schalter 82 eine vorgewählte Ladung atfeenommen, triggert den Unijunction-Transistor 88 in den leitenden Zustand und sendet einen Stromimpuls durch das Steuertor des siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR) 90. Der Re^Lwiderstand 8k erlaubt nun ein Einstellen des Ladestroms und dementsprechend auch des Verzögerungsintervalls. Die Widerstände 92, 9k und 96 sind Vorspannungswiderstände zum Triggern des SCR 90.

Während der Verzögerung wird ein Kondensator 100 ebenfalls durch einen Widerstand 102 aufgeladen, der an der Stromquelle liegt. Der Widerstand 104 ist verhältnismässig klein, und kann somit den Kondensator 86 während der Verzögerungszeit nicht leicht aufladen. Beim Triggern von SCR 90 fällt die eine Platte des Kondensators 100, der an der Schalter 82 liegt, fast auf Erde ab und verursacht dadurch, dass die Spannungshöhe an der gegenüberliegenden Platte stufenweise um einen entsprechenden Betrag ebenfalls abfällt. Demgemäss erfährt der Eingang des integrierten Pulsformerschaltkreises 106 einen plötzlichen Spannungsabfall, wobei ein schaffgeformter Impuls an seinem Ausgang entsteht. Weiteres Formen und umkehren des Impulses wird vom integrieten Schaltkreis IO8 besorgt. Die Ausgangswiederstände 110 und 112 empfangen dementsprechend einen scharfen Impuls, der das Taktsignal an Klemme 80 wird, das die Vergleicher Gk und 66 (Fig. ^f) triggert.

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Die Figur *f zeigt darüber hinaus, dass der Fühler 60 als Teil eines geschlossenen Regelkreises zum Steuern der abgetasteten Parameter verwendet werden kann. Der Ausgang von Verstärker 62 ist zum Beispiel auf eine Parametersteuerung 110 gerichtet, die ermittelt, ob der abgetastete Parameter mit dem vorgewählten Wert für den Parameter zusammenfällt und ob dann, ■ falls dies nicht der Fall ist, geeigaete Einstellungen.der Parametersteuerung vorgenommen werden, um den Parameter mit dem vorgewählten Wert in Einklang zu bringen. Bei der Erfassung- der Verschweissungstemperatur durch das Thermoelement 50 kann die Parametersteuerung die elektrische Energiezufuhr zu den Heizstreifen 26 und 28 regeln. Das Regeln der durch einen Wechselerregerstrom angelegten Stromzufuhr wird bequemerweise dadurch erreicht, dass entweder die Stromamplitude verringert oder der Strom phasengesteuert wird. Phasengesteuerter Strom ist bekannt und wird aus einem Wechselstrom abgeleitet, indem die Heizstreifen nur während der vorgewählten Abschnitte des Wechselstromzyklus erregt werden.

Die Figuen 1 und 2 zeigen auch, dass aüsser der Temperatur noch andere Parameter an den Backen 16 und 18 abgetastet _ werden können. Es können zum Beispiel Dehnungsmesser 120 und 122 auf der elastisch aufgehängten Backe 18 an jedem Ende der Backe angebracht werden, wie dies die Figuren 1 und 2 wiedergeben. Der Druck, mit dem die Backen geschlossen werden, hat ebenfalls einen Einfluss auf die Güte der gebildeten Verschweissung, wobei durch Aufrechterhalten des Drucks an den gegenüberliegenden Enden der Backen mit im wesentlichen gleicher Stärke und innerhalb eines gegebenen ^oleranzbereichs die sich

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ergebende Verschweissung auf ihrer gesamten Länge besser ausgebildet wird.

Die Figur 6 zeigt eine Signal-Abtast- und Halte-Schaltung zum Abtasten der an die Heizstreifen 26 und 28 während der Verschweissung gegebenen elektrischen Energie. Wie der Temperaturfühler oder das Thermoelement 50 und die Dehnungsmessern 120 und 122 kann die Schaltung nach Fig. 6 als alleinige Informationsquelle zur Überwachung der Verschweissung oder aber in Kombination mit anderen Messfühlern verwendet werden. Im Bahmen der Erfindung ist die den elektrischen Strom erfassende Schaltung als Fühler anzusehen.

In Fig. 3 sind die Heizstreifen 26 und 28 schematisch dargestellt. Sie werden von einer Wechselstromqeelle I30 durch eine Phasenstromsteuerung I32 erregt, so dass begrenzte und gesteuerte Abschnitte jedes Wechselstromzyklus die Streifen 26 und 28 erregen. Ein Ganzwellen-Diodengleichrichter 13^ erfasst und richtet die Wechselstromspannung, die an die Heizstreifen gelegt wird, und liegt mit seinem Ausgang über einer Signal-Abstat-Schaltung bestehend aus zwei Trenn- und Begrenungswiderständen I36, I38, einem Filter- und Trennkondensator 14O und einem Verstärkerreglungspotentiometer 142. Die Spannungshöhe, die am Ausgang des Potentiometers 142 erfasst wird, ist in der Tat repräsentativ für die während jeder Stromzyklushälfte an die Heizstreifen gelegte durchschnittliche Erregungsspannung. Ein Begrenzungswiederstand i¥f legt die Durchschnittsspannung an die Basis eines Transistors 146, der zusammen mit dem Belastungswiederstand 148 einen Triggerkreis für den Betrieb einer Gesamtschaltung während des Zeitintervalls

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bildet, in der die aa die Heizstreifen 26 und 18 gelegte Durchscnittsspannung den Transistor 1h6 eingeschaltet hält. Der Ausgang dieser vom Belastungswiderstand 1^8 entwickelten Triggerschaltung liegt an dem Tor eines Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors (FET) 150 in der integrierten Schaltung. Der Rest der integrierten Schaltung umfasst einen Ladekondensator 152 und einen Belastungswiderstand 15^f, die über einer Sperrdiode 156 mit der Drain-Source-Anschlussbahn des Transistors I50 verbunden sind. Die Vorspannungswiderstände 160 und 162, die an einer negativen Stromquelle liegen, stellen die Spannung her, auf die der Kondensator 152 auflädt, wenn der FET-Transistor vom Transistor 146 durchgeschaltet wird.

Dementsprechend gibt das Potentiometer 1k2 während jedes halben Wechselstromzyklus zum Erheizen der Streifen 26 und 28 eine Triggerspannung ab und veranlasst den Kondensator 152, sich um einen inkrementellen Betrag aufzuladen. Eine Folge von an die Heizstreifen gegebenen Wechselstromerregerzyklen erhöhen die Ladung auf dem Kondensator 152 inkrementell, der am Ende des Verschweissungsvorgangs eine Gesamtladung ansammelt, die der gesamten an die Streifen gegebenen elektrischen Energie oder der von den Streifen zum Schmelzen des Filmverpackungsmaterials entwickelten Gesamtwärmeenergie proportional ist. Die vom Potentiometer 1^2 zum Aufladen des Kondensators 152 entwickelte Durchschnittspannung stellt den Durchschnittsstrom dar, der den Streifen 26 und 28 zugeführt wurde, und zwar unbeschadet der Tatsache, ob der Wechselstrom nun amplitudenmoduliert oder phasengesteuert ist. Der Vergleich des an die Streifen mit vorgewählter Stromstärke gelieferten Stroms wird durch das in Zusammenhang mit Fig. k beschriebene Überwachungs-

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gerät erreicht, so dass das die Signal-Abtast- und Halteschaltung der Fig. 6 nur ein weiterer Fühler 60 ist.

Die Signal-Abtast-, Trigger- und integrierten Schaltungen arbeiten solange, wie den Heizstreifen 26 und 28 Strom zugeführt wird. Falls keine anderen Schritte unternommen werden, fährt der Kondensator 152 fort, eine Ladung anzusammeln und zu halten, bis sie die von den Vorspannungswiderständen 16O und 162 festgelegte Spannung erreicht. Da es wichtig ist, die an eine einzelne Verschweissung gelieferte elektrische Energie zu messen, entlädt ein Rückstellkreis den Kondensator 152 nach jedem Verschweissungsvorgang. Der Rückstellkreis umfasst einen mechanischen Schalter i6*f, der von der Verpackungsmaschine 10 geschlossen wird, nachdem das Erwärmen der Heizstreifen 26 und 28 durch die Steuerung 132 beendet und die Backen 16 und 18 geöffnet wurden. Als restlichen Bestandteil umfasst der Rückstellkreis einen Transistor I66, der mittels eines Widerslandes 167 im Entladungsweg mit dem Kondensator 152 liegt. Die Basis des Transistors 166 liegt über einen Strombegrenzungswiderstand I68 an der Stromquelle, so dass auf ein Schliessen des Schalters I6*f der Transistor 166 angeschaltet wird und die auf dem Kondensator 152 angesammelte Ladung durch den Widerstand 167 abströmt. Der Kondensator ist deshalb entladen, bevor elektrischer Strom erneut den Heizstreifen 26 und 28 im nächsten Verschweissungsvorgang zugeführt wird.

Die Figur 7 zeigt in schematischer Darstellung das Überwachungsgerät, das ein Feedback vorsieht zum Steuern eines Maschinenparameters während der Verpackungsarbeit. Der gesteuerte Para-

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meter ist die Temperatur, auf die der Film von den Heizstreifen 26 und 28 auf der Backe 16 erwärmt wird. Der Temperaturfühler 50 liefert ein Signal, das eine Anzeige der Filmtemperatur darstellt und das mit Hilfe einer optischen Verbindungsleitung I80 an die Eingänge der Phasenstromsteuerung 132 übertragen wird, die bereits in Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben wurde. Die Steuerung I32 ist tatsächlich ete veränderliche Wärmesteuereinrichtung, durch die die Heizstreifen 26 und 28 in Übereinstimmung mit dem temperatureingestellten Teil 182 erregt werden, das bereits als Regelwiderstand beschrieben wurde. Bei nicht vorhandener Feedbacksteuerung erstellt der Regelwiderstand des temperatureingestellten Teils 182 die Phase eines Wechselstromzyklus von der Stromquelle I3O, die dann an die Heizstreifen übertragen wird, und dementsprechend kann die an die Heizstreifen gelieferte Strommenge eingestellt werden, eine vorgewählte Temperatur zu liefern, wenn einmal die Verpackungsmaschine 10 eine Anzahl von Arbeitsgänge durchlaufen und somit wirksam alle Stromnachwirkungen eliminiert hat, die ein Inbetriebsetzen der Maschine begleiten.

Natürlich kann das temperatureingestellte Teil 182 eingangs so eingestellt sein,dass bei Betriebaufnahme eine höhere Temperatur an den Heizstreifen vorherrscht, worauf dann bei Erreichen der Betriebstemperatur an den Backen und zugeordneten Teilen die Temperatur wieder herabgesetzt werden kann, so dass das zur Fertigung der Beutel verwendete Material im wesentlichen denselben. Wärmegpid während der Betriebeaufnahme als auch während der späteren Betriebsgänge erfährt, wobei eine derartige Einstellung des Teils 182 vollständig vermieden wird, wenn ein Rückkoppelungssystem mit einem Temperaturfühler 50 und einer Verbindungsleitung vorgesehen ist. .

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Die optische Verbindungsleitung 18O umfasst die Licht aussendende Photodiode 184 und einen Phototransistor 186, der mit einem Regelwiderstand des Teils 182 parallel geschaltet ist. An den Phototransistor 186 gibt die Photodiode 184· Licht ab und, falls der Transistor eingeschaltet ist, verändert sich die Impedanzdes Transistors in Abhängigkeit von den von der Diode 184· empfangenen Photonen. Der zusammengesetzte Funktionsablauf von Fühler 50, Verstärker 62 und optischer Verbindungsleitung 18O ist so beschaffen, dass bei zunehmender Temperatur die Ausgangsspannung des Verstärkers herabgesetzt wird und weniger Strom durch die Dode 184 hindurch strömt. Durch den niedrigen Strom wird weniger Licht an den Phototransistor weitergegeben, worauf der Transistor dazu veranlasst wird, eine höhere Impedanz parallel mit dem Teil 182 zu zeigen. Der erwähnte Ablauf von der Annahme aus, dass eine Steuerstromspannung an die Basis des Phototransistors gelegt wird, um ihn in den leitenden Zustand zu versetzen. Eine Zunahme der Impedanz des Transistors 186 erhäht die die Stromsteuerung 132 regelnde Gesamtimpedanz und vermindert die den Streifen 26 und 28 zugeführte Energie. Die an das Heizelement 14· für die 'Längsversehweissung¹ und an den Abschneidedraht 32 gegebene Strommenge kann auch zur selben Zeit eingestellt werden. Die vom Fühler 50 erfasste Temperatur sollte sich deshalb einer stetigen Temperatur nähern, die von der Einstellung des Teils 182 bestimmt ist. In der Tat gelangt die vom Fühler 50 erfasste Temperatur durch die optische Verbindungsleitung 18O als Feedback zurück und regelt die Steuerung gemeinsam mit dem Temperatureinstell-Teil 182, um so die gewünschte Temperatur an der den Streifen

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26 und 28 gegenüberliegenden Verschweissungsseite zu er- . zielen.

Die in Fig. 7 dargestellte Feedback-Steuerung kann für ein kontinuierliches Temperaturfeedback während des Betriebs der Verpackungsmaschine oder einfach dazu verwendet werden, die unteren Temperaturen der Backen 16 und 18 während der Inbetriebsetzungsphasen der Maschine zu kompensieren. Falls das Feedbacksystem nur während der Betriebsaufnahmezeit angewendet wird, so wird es betriebsunfähig, wenn die Temperatureinschwingung abgeflacht ist, z.B. nach einer gegebenen Anzahl von Verschweissungsgängen. Zu diesem Zwecke wird ein Dekadenschalter 190 mit einem Klemmschalter 192 verbunden, der jedesmal dann einen Impuls erzeugt, wenn die Backen 16 und 18 sich nach einem Verschweissungsgang öffnen. Der Klemmschalter 192 liegt am Eingang des Zählers 190 und liefert an den Zühler Impulse, so dass sich die gewählten Zahlenausgänge, die rechts am Zähler der Fig. 7 erscheinen, mit zunehmender Anzahl der durchlaufenen Verschweissungsgänge sequentiell ändern. Einer der gewählten Ausgänge, der einen vorgewählten Zahlenstand oder eine Anzahl von Gängen darstellt, wird an die Basis des Phototransistors 186 gegeben und liefert ein Sperrsignal, durch das der Transistor abgeschaltet und der Widerstand des Transistors beträchtlich vergrö'ssert wird. Bei ausgeschaltetem Transistor wird der Kollektor-Emmitter-Widerstand gegenüber dem Regelwiderstand des Teils 182 äusserst gross, das dann tatsächlich die Steuerung 132 selbst regelt.

Gleichzeitig wird das Sperrsignal vom Zähler 190 auch in den Sperreingang des Zählers gegeben, so dass der vorgewählte Zahlstand

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trotz weiterer vom Zähler aus dem Klemmschalter 192 hergeführter Impulse gehalten wird. Der Betrieb des Zählers 190 wird nicht vorher aufgenommen, bis die Verpackungsmaschine wieder in Gang gesetzt wird und der Zähler vom Startschalter 19^ für die Verpackungsmaschine einen Impuls am Rückstelleingang empfängt. Ein Rückstellen des Zählers veranlasst ihn seinen Sperrzustand zu verlassen, wodurch der Klemmschalter den Zähler wieder auf einen vorher gewählten Zahlstand laufen lässt, der die Anzahl von Arbeitszyklen darstellt, die die Verpackungsmaschine durchzuführen hat, bevor der Einschwingzustand abgeflaut ist. Das Feedbaksystem nach Fig. 7 kann also entweder als kontinuierliches Rückkopellungssystem oder als Kompensiereinrichtung zur .Betriebsaufnahme verwendet werden.

Obgleich die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist es jedoch selbstverständlich, dass eine Anzahl von Veränderung oder Substitutionen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es können selbstverständlich auch andere Taktschaltungen verwendet werden, auch wenn hier besondere elektrische Schaltungen offenbar wurden, durch die Taktimpulse erzeugt werden, die den Betrieb der Vergleicher 6k und 66 mit dem der Verpackungsinaschine synchronisieren. Die anhand von Fig. 6 beschriebene Signal-Abtast- und Halte-Schaltung kann auch verändert werden, ohne den wichtigen Vorsatz ausser Acht zu lassen, die während des Verschweissens den Heizstreifen zugeführte Durchschnittsenergie zu messen. Wie bereits erwähnt, kann das Überwachungsgerät einen Fühler oder deren mehrere, einzeln oder in Kombination aufweisen, um zu gewährleisten, dass hochwertige verechweisste Dichtungen in den abgeführten 'Beuteln während des Verpackungsvorgangs geschaffen werden.

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Patentansprüche:

Claims

PATENTANSPRÜCHE

/ 1. I In einer Verpackungsmaschine zum Formen eines verschweissten/ Verschlusses mittels Wärme und durch Anpressen mehrerer Lagen schmelzbaren Materials (F) zwischen den Verschweissungsteilen (16, 18) betriebenes Überwachungsgerät der Verschweissungen oder Verschlüsse, gekennzeichnet durch

einen Fühler C6O, 50, 120, 122, Fig. 6), der mit den Verschweissungsteilen verbunden ist und mit diesen zusammenarbeite, um ein repräsentativ für einen gewählten Dichtungsparameter stehendes Signal während des Betriebs der Verschweissungsteile in der Verpackungsmaschine zu erzeugen, und

einen Vergleicher (.6k, 66), der mit dem Fühler zum Aufnehmen des vom Fühler erzeugten Signals und zum Vergleichen des erzeugten Signals mit einer vorgegebenen Bezugsgrösse verbunden ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fühler ein Temperaturfühler (50) verwendet wird.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler von einem (18) der Verschweissungsteile getragen wird.

h. Gerät nach Anspruch 3, das in einer Verpackungsmaschine mit zwei Verschweissungsteilen verwendet wird, von denen das erste (16) ein Heizelement (26 oder 28) und das zweite eine

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KLemmflähce aufweisen, die während des Verschweissens an einem Ende der Mehrfachlagen des schmdzbaren Materials unmittelbar gegenüber vom Heizelement des ersten Teils auf der anderen Seite angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler auf dem zweiten Verschweissungsteil (18) neben der Klemmfläche befestigt ist.

5. Gerät nach Anspruch. 1, dadurch, gekennzeichnet, dass als Fühler ein Thermoelement verwendet wird.

6. Gerät nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichne if _f dass als Fühler ein Druckfühler (120 oder 122) zum Erfassen des zwischen den Verschweissungstälen während des Verschweissens herrschenden Drucks verwendet wird.

7. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Taktsignalgeber (78) der an die Verpackungsmaschine angeschlossen ist und mit dieser synchronisiert ist, um ein Zeitintervall im Maschinenbetrieb zu signalisieren, während dessen der Dichtungsparameter überwacht werden kann»

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktsignalgeber eine elektrische Strobegeneratorschaltung mit einem mechanisch betätigten Schalter (82), der zu dessen Betätigung an die Maschine angeschlossen ist, einen Stosskreis mit einem ladewiderstand (102) sowie ein Kondensator (100) umfasst, an deren Ubergangszone ein Pulsformer (106) liegt, wobei der Stosskreis mit Hilfe des mechanisch betätigten Schalters erregt wird.

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9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stosskreis darüber hinaus einen siliziumgesteuerten Gleichrichter (90), der über einem mechanischen Schalter (82) am Kondensator (1CX)) liegt, und ein B-Glied-Kondensator (8^, 86)-Verzügerungsnetz aufweist, das den Gleichrichter zum Triggern des Stosskreises zu einem vorgegebenen Zeitintervall nach dem Schliessen des mechanischen Schalters steuert.

10. Gerät nach Anspruch 1 in einer Verpackungsmaschine, die eine erste und eine zweite sich überschneidende Verschweissung mit zwei Sätzen von Verschweissungsteilen (14, 18) bildet, indem die Lagen in zwei aufeinanderfolgenden Verschweissungsgängen angepresst und erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Fühler ein Temperaturfühler (50) verwendet wird, der an einem der Verschweissungsteile (18) des die zweite Verschweissung ausbildenden Verschweissungsteilesatzes an einer Stelle auf dem Teil befestigt ist, die neben dem Schnittpunkt der beiden gebildeten Verschweissungen liegt.

11. Gerät nach Anspruch 1 in einer Verpackungsmaschine mit einem elektrischen Heizelement (28) auf wenigstens einem der Verschweissungsteile, dadurch gekennzeichnet, dass als Fühler ein auf die lektrische Energie ansprechender Messfühler (Fig. 6) verwendet wird, der die an das Heizelement (28) gelieferte elektrische Stromstärke erfasst.

12. Gerätnach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromstärkemessfühler eine Signal-Abtast-Schaltung (136-1^2) die mit dem Heizelement (26, 28) zum Sampling des an das Heizelement gelieferten elektrischen Stroms verbunden ist, und

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eine integrierte Schaltung Ü5Q, 156) aufweist, die mit der Signal-Abtast-Schaltung verbunden ist und einen Kondensator (152) umfasst, der nach Massgabe der ermittelten Stromstärke aufgeladen wird.

"13· Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückstellkreis (164, 166, I67, I68) angeschlossen ist, um den Kondensator in der integrierten Schaltung zu entladen, und ein Schaltelement (166) aufweist, das von der Verpackungsmaschine betätigt wird und den Abgabevorgang steuert.

Λh. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (166) im Rückstellkreis einen Transistor, der mit dem Kondensator (152) in der integrierten Schaltung zur Entladung angeschlossen ist, und einen Steuerschalter (164) aufweist, der zum Einschalten des Transistors mit diesem verbunden ist.

15. Gerätnach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausschussoder Abweisungsvorrichtung (76), die am Vergleicter liegt und auf die Signale vom Vergleicher anspricht, so dass die mit fehlerhaften Verschweissungen gebildeten Artikel zurückgewiesen werden.

16. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Alarmvorrichtung (72, oder 74), die mit dem Vergleicher verbunden ist und afdie Signale vom Vergleicher anspricht, um ein Alarmsignal zu eraeugen.

17. In einer Verpackungsmaschine zum Formen heissgesiegelter Packungen (P) durch Verschweissen eines Werkstoffs (F) zwischen

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zwei über eine veränderliche Heizsteuerung (132) erregte, zyklisch betriebene Backen (16, 18) arbeitendes Überwachungsgerät, gekennzeichnet durch ein an der veränderlichen Heizsteuerung liegendes Temperatureinstellelement (182) zum Herstellen einer gewünschten Schweisstemperatur,

einen Temperaturfühler (50), der die Temperatur ermittelt, auf die der Werkstoff durch die Backen erwärmt/ und eine Feedbacksteuerung (18O), die an den Temperaturfühler und die veränderliche Heizsteuerung angeschlossen ist, um die Erregung der Backen nach Massgabe der seitens der Einstellmittel festgestellten Temperatur und der vom Fühler erfassten Temperatur zu verändern.

18. In einer Verpackungsmaschine verwendetes Gerät nach Anspruch 17 mit einer den Strom in Phase bringenden Steuerung (132), dadurch gekennzeichnet, dass das TempBratureinstellelement (182) ein sreränderlicher Impedanz (182) aufweist, durch die die Abschnitte der Stroraphasen bestimmt werden, die zur Erregung der Backen verwendet werden, und dass die Feedbacksteuerung eine Verbindungsleitung (I80) aufweist, die ein parallel mit der veränderlichen Impedanz des Temperatureinstellelements liegendes Impedanzelement (186) aufweist und nach Massgabe der vom Fühler (50) erfassten Temperatur selbst veränderlich ist, wodurch der Abschnitt der Stromphasen, der zur Erregung der erwärmten Backen verwendet wird, nach Massgabe der durch die Verbindungsleitung vom Fühler an die Stromsteuerung zurückgeführten Temperatur verändert wird.

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19· Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (18O) öine optische Verbindung ist, die eine Licht emittierende Diode Ü84), welche am Temperatur- " fühler liegt und von diesem gesteuert wird, sowie einen Phototransistor (186) aufweist, der auf die Diode anspricht und als veränderliches Impedanzelement'der Verbindungsleitung dient.

20. Gerät nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Anlasssteuerung (19O - 19^0 zur Begrenzung der Feedbacksteuerung auf anfänglichen Verschweissungsbetrieb nach der Inbetriebnahme der Maschine.

21. Gerät nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen Zähler (19O) zum Erfassen der Anzahl von zyklischen Verschweissungsgängen, die von den Backen ausgeführt werden, und zum Sperren der Feedbacksteuerung, nachdem eine vorher bestimmte Anzahl von Verschweissungsgängen durchgefhrt worden ist.

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