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Technisches Gebiet:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein bahnförmiges Material zum Verpacken
von Lebensmitteln.
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Materialien
zum Verpacken von schüttbaren Nahrungsmitteln
wie Fruchtsaft, Wein, Tomatensoße, pasteurisierte
oder lange haltbare (H-)Milch etc. sind bekannt.
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Die
Verpackungen werden aus einer Endlosbahn aus Verpackungsmaterial
geformt. Gemäß einer
bekannten Technik wird die Bahn in Longitudinalrichtung gesiegelt,
um einen Endlosschlauch zu bilden.
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Das
Verpackungsmaterial weist eine mehrlagige Struktur auf und umfasst
eine Schicht aus Papiermaterial, die auf beiden Seiten mit einem
Heißsiegelmaterial
z.B. Polyethylen beschichtet ist, und umfasst im Fall von aseptischen
Verpackungen für Produkte
mit langer Haltbarkeit, wie H-Milch, auch eine Schicht aus einem
Sperrmaterial, welche zum Beispiel durch eine Aluminiumfolie gebildet
wird, die auf eine Schicht des Heißsiegel-Kunststoffmaterials aufgebracht und
ihrerseits mit einer weiteren Schicht aus Heißsiegel-Kunststoffmaterial
bedeckt wird, welche zum Schluss die Innenseite der Verpackung bildet,
die mit dem Nahrungsmittel in Kontakt steht.
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Um
aseptische Verpackungen herzustellen, wird die Bahn aus Verpackungsmaterial
von einer Rolle abgewickelt und durch eine aseptische Kammer geführt, in
der sie sterilisiert wird, z.B. durch Aufbringen eines Sterilisierungswirkstoffes
wie Wasserstoffperoxyd, der später
durch Erwärmung
verdampft wird, und/oder indem das Verpackungsmaterial mit geeigneter
Wellenlänge
und Intensität
bestrahlt wird.
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Die
sterilisierte Bahn wird dann zu einem Zylinder gefaltet und longitudinal
gesiegelt, um auf bekannte Weise einen endlosen, vertikalen, longitudinal gesiegelten
Schlauch zu bilden. Der Schlauch aus Verpackungsmaterial bildet
in anderen Worten eine Fortsetzung der aseptischen Kammer und wird
kontinuierlich mit dem schüttbaren
Nahrungsmittel befüllt und
dann zu einer Form- und Siegeleinheit zum Formen der einzelnen Verpackungen
geführt,
in der Paare von Backen jeweils den Schlauch greifen und transversal
versiegeln, um kissenförmige
Verpackungen zu bilden.
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Die
kissenförmigen
Verpackungen werden dann voneinander separiert, indem der Siegelabschnitt
zwischen der Verpackungen durchgeschnitten wird, und werden zu einer
letzten Faltstation geführt,
wo sie mechanisch in die Form der fertigen Verpackung gefaltet werden.
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Die
verschiedenen Arbeitsgänge
beim Herstellungsprozess des Verpackungsmaterials werden unter Verwendung
einer Registermarkierung oder -markierungen als Referenz durchgeführt, die
in der ersten Druckphase auf das Material aufgedruckt werden.
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Die
Registermarkierung oder -markierungen enthalten einen gedruckten
Code, der normalerweise auch in der Formmaschine verwendet wird,
um den Vorschub des Materials durch die verschiedenen Arbeitsstationen
zu steuern. Genauer wirkt bekanntermaßen eine sogenannte „Dekorationskorrekturvorrichtung" auf die Verpackungen
ein, die gerade geformt werden, um das Material gelegentlich in
Vorschubrichtung zu „ziehen" und sicherzustellen,
dass die Arbeitsschritte des mechanischen Formens an die Dekoration
auf den Verpackungen angepasst ist.
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Bevor
die Bahn longitudinal zur Bildung des Schlauches gesiegelt wird,
muss bei bekannten Verpackungsmaschinen die transversale Position
der Bahn normalerweise auch kontrolliert werden, z.B. um weitere
Arbeitsgänge
wie Schneiden und das Anbringen von lösbaren Laschen oder Öffnungsvorrichtungen
durchzuführen.
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Es
ist auch notwendig, die Winkelposition des Schlauchs auf der Siegeleinheit
zu kontrollieren, die im Gebrauch von der gewünschten Winkelposition abweichen
kann, und zwar weil die seitlichen Kanten der Bahn nicht exakt gerade
sind, oder durch die Auswirkungen der nacheinander auf den Schlauch aufschlagenden
Backenpaare und aufgrund von Variationen in der Bahnspannung.
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Da
all dies negative Auswirkungen auf die Qualität der longitudinalen und transversalen
Siegel und auf die Genauigkeit, mit der die Verpackungen geformt
werden, haben kann, sind bekannte Maschinen mit Vorrichtungen ausgerüstet, mit
denen die Winkelposition des Schlauchs manuell eingestellt werden
kann. Derartige Vorrichtungen sind jedoch relativ zeitauf wendig
und bedingen oft, dass die Maschine abgeschaltet wird, mit den sich
daraus ergebenden Produktionsausfällen. Es wurden auch Systeme
zum automatischen Einstellen der Winkelposition des Schlauchs aus
Verpackungsmaterial vorgeschlagen, die jedoch die Benutzung eines
speziellen Sensors zur Bestimmung der Position der überlagerten
Materialschichten am longitudinalen Siegel erfordern.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein bahnförmiges Verpackungsmaterial
zur Herstellung von Verpackungen für Nahrungsmittel bereitzustellen,
welches optisch detektierbare Registermarkierungen aufweist, durch
welche die Position des Materials sowohl in der Vorschubrichtung
der Maschine als auch transversal bestimmt werden können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein bahnförmiges
Material zur Herstellung von Verpackungen von Lebensmitteln bereitgestellt,
umfassend eine Anzahl von Falzlinien und eine Reihe von optisch
detektierbaren Registermarkierungen; dadurch gekennzeichnet, dass
jede Registermarkierung wenigstens zwei parallele Segmente umfasst, die
senkrecht zu einer Vorschubrichtung des Materials stehen, und ein
zwischen den parallelen Segmenten liegendes schräges Segment.
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Gemäß der Erfindung
können,
während
das Material durch die Maschine geführt wird, die Registermarkierungen
durch einen oder mehrere optische Sensoren zur Steuerung der Position
der Bahn in einer jeweiligen Arbeitsstation detektiert werden, die auch
mit einer Verarbeitungs- und Steuerungseinheit zur Steuerung der
die Position der Bahn bestimmenden Steuerungsvorrichtungen verbunden
sind. Das schräge
Segment zeigt zusammen mit den beiden transversal zur Vorschubrichtung
ausgerichteten Segmenten die transversale Position des Materials an,
was dazu verwendet werden kann, automatisch sowohl die transversale
Position der flachen Bahn als auch die Winkelposition des Schlauchs
zu korrigieren.
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Ein
weiteres typischerweise bei bekannten Verpackungsmaterialien auftretendes
Problem ist das Folgende:
Die Verpackungen werden durch Falten
des Verpackungsmaterials entlang von Falzlinien geformt, die in
das Material „gefalzt" sind. Obgleich das
Formen der Verpackungen an die Falzlinien angepasst sein muss, wird
der Vorschub des Verpackungsmaterials in der Formmaschine normalerweise
auf der Basis der auf das Material aufgedruckten Registermarkierungen
gesteuert.
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Der
Grund hierfür
liegt darin, dass die herkömmliche
direkte optische Detektion der Falzlinien immer noch Probleme bereitet,
für die
eine zufrieden stellende Lösung
noch nicht gefunden wurde.
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Das
Falzen und das Bedrucken werden zu verschiedenen Zeitpunkten im
Produktionszyklus des Materials durchgeführt, so dass Registertoleranzen
zwischen den beiden unvermeidbar sind. Die Verwendung von gedruckten
Registermarkierungen als Positionsreferenzen für Arbeitsgänge, die an die Falzlinien
angepasst sein sollten, führt
daher unvermeidlich zu Fehlern.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden die optisch detektierbaren Registermarkierungen
durch kom pressionsgefalzte Falzlinien mit einem vertieften Profil
auf einer ersten Seite des Materials und einem nicht-konvexen Profil auf
einer zweiten Seite des Materials gebildet.
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Im
Vergleich mit bekannten Falzmethoden bietet das Kompressionsfalzen
sehr viel klarere Kompressionslinien, die optisch detektierbar sind
und daher als Registermarkierungen verwendet werden können. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfasst das Material auch eine Dekoration mit einem bedruckten
Bereich, der wenigstens teilweise eine oder mehrere kompressionsgefalzte Falzlinien
umschließt,
so dass die Falzlinien im bedruckten Bereich optisch detektierbare, „negativ
bedruckte" Markierungen
definieren.
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Wenn
das Verpackungsmaterial mit einer beliebigen bekannten Drucktechnik
bedruckt wird, wird es zwischen einem Druckzylinder und einem Gegenzylinder
komprimiert. Wenn ein herkömmliches
Falzverfahren verwendet wird, erzeugt das konvexe Profil des Falzes
auf der Seite des Gegenzylinders einen Schub, der zu einem unbeabsichtigten,
ungewünschten
Kontakt zwischen dem Verpackungsmaterial und dem Druckzylinder auf
der konkaven Seite der Falzlinie führt, und damit zu Linien mit
unscharfen Profilen, die optisch im Wesentlichen nicht detektierbar
sind.
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Kompressionsfalzen
erzeugt andererseits auch ein flaches oder leicht konkaves Profil
auf der Seite des Verpackungsmaterials, die den Gegenzylinder kontaktiert,
wodurch Schub beseitigt wird, und die vertiefte gegenüberliegende
Seite der Falzlinien ist definitiv frei von Tinte, wodurch eine
Markierung mit hohem Kontrast erhalten wird, die durch einen optischen
Sensor perfekt detektierbar ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Eine
Reihe von nicht begrenzenden Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 schematisch
eine Maschine zur Herstellung von aseptischen Verpackungen aus einer Bahn
oder bahnförmigem
Material gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 einen
Teil eines bahnförmigen
Verpackungsmaterials gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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die 3–4 schematisch
Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Materials der 2 zeigen;
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5 einen
Teil eines Verpackungsmaterials gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Beste Art
und Weise der Ausführung
der Erfindung
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Nummer 1 in 2 bezeichnet
einen Teil eines bahnförmigen
Verpackungsmaterials 2, welches in Form einer Endlosbahn 3 geführt wird.
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Die
Bahn 3 aus Material 2 umfasst eine Anzahl von
Falzlinien 4 und eine gedruckte Dekoration 5,
die sich in Intervallen R wiederholen, die der Länge des zur Bildung einer Packung
benötigten
Materials entsprechen.
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Die
Bahn 3 kann auf einer schematisch in 1 gezeigten
Maschine 6 zur Herstellung von aseptischen Verpackungen
verwendet werden, auf der die Bahn 3 von einer Rolle 7 abgewickelt
wird und durch eine aseptische Kammer (nicht gezeigt) geführt wird,
wo sie sterilisiert wird, und durch eine Anordnung 8, durch
die sie gefaltet und longitudinal gesiegelt wird, um auf bekannte
Weise einen vertikalen Endlosschlauch 9 zu bilden.
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Der
Schlauch 9 aus Verpackungsmaterial wird kontinuierlich
mit dem schüttbaren
Nahrungsmittel durch eine bekannte Füllvorrichtung 10 befüllt und wird
dann zu einer Station 14 zum Formen und transversalen Siegeln
geführt,
wo er zwischen Backenpaaren (nicht gezeigt) gegriffen wird, die
den Schlauch transversal versiegeln, um kissenförmige Verpackungen 15 zu
bilden.
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Die
kissenförmigen
Verpackungen 15 werden dann durch Schneiden des Siegelabschnitts
zwischen den Verpackungen voneinander getrennt und zu einer Falzstation 16 geführt, wo
sie mechanisch zum Formen der fertigen Verpackungen 17 gefaltet werden.
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Die
Verpackungen werden dadurch geformt, dass das Material entlang der
Falzlinien 4 gefaltet werden, und indem der Materialvorschub
mittels eines optischen Sensors 16 zum „Lesen" der auf dem Material in Intervallen
R angeordneten Registermarkierungen 18 kontrolliert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst jede Registermarkierung 18 eine gebrochene,
im Wesentlichen Z-förmige
Registerlinie 37, die durch ein erstes und ein zweites
Segment 37a, 37b gebildet wird, die zueinander
parallel und senkrecht zur Vorschubrichtung der Bahn 3 auf
der Maschine 6 sind, und ein Segment 37c, welches
mit Bezug zu den Segmenten 37a, 37b schräg ist.
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Folglich
kann, während
die Bahn 3 durch die Maschine 6 geführt wird,
die Registermarkierung 18 durch einen oder mehrere optische
Sensoren 16 zum Kontrollieren der Position der Bahn 3 an
einer jeweiligen Arbeitsstation detektiert werden, die mit einer Verarbeitungs-
und Steuereinheit 41 zum Steuern von bekannten Vorrichtungen
(nicht gezeigt), die die Position der Bahn 3 lenken, verbunden
sind.
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Wenn
man eine Z-förmige
Registerlinie 37 verwendet, kann die Position der Bahn 3 sowohl
in der Vorschubrichtung als auch transversal kontrolliert werden,
z.B. zur Korrektur der transversalen Position der noch-flachen Bahn – um weitere
Arbeitsvorgänge wie
Schneiden und Anbringen von lösbaren
Laschen oder Öffnungsvorrichtungen
durchzuführen – oder zum
Korrigieren der Winkelposition des Schlauchs 9.
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Ferner
wird die Kontrolle der lateralen Ausrichtung während des Prozesses des Anbringens
des Klebestreifens auf eine Bahnkante ermöglicht, um die Bahn longitudinal
zu siegeln und einen Schlauch zu bilden, als auch die Kontrolle
der Ausrichtung der aufeinander liegenden Bahnkanten im Fall von Bahnspleißung.
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Der
optische Sensor 16 detektiert nacheinander des erste Segment 37a,
das schräge
Segment 37c und das zweite Segment 37b der Linie;
die Steuerungseinheit 41 berechnet eine erste Zeit T1 zwischen
der Detektion des ersten Segments 37a und dem schrägen Segment 37c,
und eine zweite Zeit T2 zwischen der Detektion des schrägen Segments 37c und
dem zweiten Segment 37b; und der transversale Positionsfehler
der Bahn 3 kann berechnet und auf der Basis des Verhältnisses
von T1 zu T2 korrigiert werden. Genauer gesagt, wenn der Sensor 16 in
der korrekten oder Referenzposition der Bahn 3 auf der Mittelebene
der Registermarkierungen 18 angeordnet ist, entspricht
die korrekte transversale Position der Bahn einem T1/T2-Verhältnis von
1. Wenn das Verhältnis
kleiner oder größer ist
als 1, kann die Bahn transversal auf bekannte Weise in der geeigneten Richtung
bewegt werden, um den Positionsfehler zu verringern.
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Ebenso
ist es möglich,
den lateralen Positionsfehler der Bahn 3 aus dem Verhältnis zwischen T1
oder T2 und der Gesamtzeit T1 + T2 zu berechnen. In diesem Fall
zeigt der Wert 0,5 das Zentrum an, wobei andere Werte eine laterale
Verschiebung anzeigen.
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Die
Falzlinien 4 werden bevorzugt durch Kompressionslinien
definiert, die durch ein Kompressionsfalzverfahren (3)
gebildet werden.
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Genauer
wird das Material 2 zwischen einer Falzwalze 20 – dessen
Profil teilweise als Aufriss in 3 gezeigt
ist und die eine Anzahl von Auskragungen 21 aufweist, die
den Kompressionslinien 4 entsprechen – und einer glatten Gegenwalze 22,
d.h. mit keinen den Auskragungen 21 entsprechenden Aushöhlungen.
Vorzugsweise wirkt die Walze 20 auf die Seite 23 des
Materials, welche die Außenseite
der Verpackung bildet, d.h. auf die die Dekoration 5 gedruckt
wird, und die Walze 22 auf die andere Seite 25.
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Die
Höhe der
Auskragungen 21 liegt in einem Bereich zwischen 50% und
90% und ist vorzugsweise etwa 80% der Dicke des Materials 2.
Die Dicke des Materials wird während
der Kompression um den gleichen Prozentsatz verringert, wobei das Material
sich teilweise erholt, jedoch eine permanent komprimierte Verformung
behält.
Die Resttiefe der Kompressionslinien variiert bevorzugt zwischen
30% und 60% der Dicke des Materials 2 und ist gleich etwa
50% der Dicke, wenn ungefähr
80% Deformation während
des Falzens angelegt wird.
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Wie
in 4 deutlich gezeigt, weisen die Kompressionslinien 4 ein
vertieftes Profil auf, welches lateral durch die Stufenseiten 26 auf
der Seite 23 des Materials 2 und ein im Wesentlichen
flaches oder leicht konkaves Profil auf der anderen Seite 25 definiert
ist.
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Die 4 zeigt
auch schematisch im Aufriss die Profile einer Druckwalze 30 und
einer Gegenwalze 31, welche jeweils die Seiten 23 und 25 des
Materials 2 an einer Kompressionslinie 4 kontaktieren.
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Wie
in 4 deutlich gezeigt, eliminiert das im Wesentlichen
flache oder leicht konkave Profil der Kompressionslinie 4 auf
der der Gegenwalze 31 zugewandten Seite den Schub auf das
Material 2, der dazu führen
kann, dass der dünnere
Abschnitt des Materials in Kontakt mit der Druckwalze 30 gebracht werden
kann.
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Die
Druckwalze 30 kontaktiert deshalb nur die Fläche des
Materials 2 außerhalb
der Kompressionslinie 4, die somit als eine scharfe „negativ
gedruckte" Linie
auf dem Material erscheint.
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Diese
Eigenschaft des Kompressionsfalzens kann in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ausgenutzt werden, um Registermarkierungen 18 zu
erhalten, die perfekt den Kompressionslinien 4 entsprechen.
Mit Bezug auf 2 kann die Registermarkierung 18 zum
Beispiel durch einen rechteckigen Bereich 36 definiert
werden, der auf den Abschnitt des Materials 2 gedruckt
ist, der schließlich den
Boden der fertigen Verpackung 17 bildet. Der Bereich 36 umschließt einen
Teil der Kompressionslinien 4 – insbesondere die durch die
Segmente 37a, 37b, 37c der Kompressionslinien 4 definierte
Z-förmige Linie – um die
Registermarkierung 18 mit und in Kontrast zu der Linie 37 zu
definieren.
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Die
Z-förmige
Linie 37 ist somit im Bereich 36, der einen Teil
der Dekoration 5 bildet, „negativ gedruckt".
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Das
Material 2 (2) ist praktischerweise mit
optisch detektierbaren Markierungen 40 zum Lese-Freigeben
des optischen Sensors 16 ausgerüstet, um zu verhindern, dass
die Markierung 18 (welche drei variabel voneinander beabstandete
Ablesewerte erzeugt) mit den anderen Markierungen „verwechselt wird", die durch die Dekoration 5,
die Linien 4 oder Kombinationen desselben gebildet werden.
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Die
Markierung 40, die gedruckt oder gefalzt sein kann, kann
durch einen Registercode oder zwei oder mehrere Linien gebildet
werden, die senkrecht zur Vorschubrichtung stehen und um eine vorbestimmte
Länge voneinander
beabstandet sind. Der Registercode kann an einer beliebigen geeigneten Position
der Bahn angeordnet sein.
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Die
Verarbeitungseinheit 41 kann zum Beispiel dazu programmiert
sein, nur ein Lesefenster zu öffnen – das so
bemessen ist, dass es das Ablesen der Registermarkierung 18 definitiv
umfasst – nach einem
vorbestimmten Zeitintervall und/oder einer Distanz, nachdem die
bekannte Abfolge der Markierungen 40 mit einem gegebenen
Abstand abgelesen wurde.
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In
der Abwandlung der 5 wird die Registermarkierung 18 durch
Kompressionslinien 4 gebildet, die nur zu diesem Zweck
gebildet sind, d.h. die beim Formen der Verpackung keine Rolle spielen, und
umfasst geeigneterweise einen quadratischen bedruckten Bereich 36,
der vier Kompressionslinien 37d umschließt, die
ein Quadrat bilden, und eine Kompressionslinie 37e entlang
der Diagonalen des Quadrats.
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Die
Markierung kann somit auf genau die gleiche Weise wie eine Z-förmige Registerlinie 37 „abgelesen" werden, aber da
sie quadratisch ist, kann sie in zwei in Bezug auf einen optischen
Sensor 16 senkrechten Materialvorschubrichtungen X, Y abgelesen
werden.
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Dies
kann zum Beispiel nützlich
sein, um die Markierung 18 als ein Register auf einer Einheit
zum Aufbringen von Öffnungsvorrichtungen
auf fertige Verpackungen 17 zu verwenden, in der die Verpackungen
in einer anderen Ausrichtung vorgeschoben werden.
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Es
ist offensichtlich, dass an dem hier beschriebenen Material 2 Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne jedoch den durch die beiliegenden Ansprüche definierten Schutzbereich
zu verlassen. Insbesondere kann, wenn der durch das Kompressionsfalzen
erhaltene Kontrast ausreichend ist, der bedruckte Bereich 36 ausgelassen
und der Falz direkt abgelesen werden.
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Ferner
kann das Material mit Z-förmigen oder
aus Quadrat und Diagonale bestehenden Registermarkierungen ausgestattet
sein, die auf herkömmliche
Weise positiv oder negativ gedruckt sind, anstatt kompressionsgefalzt.