EP3587286B1 - Verfahren zur prozessparameterbestimmung an einer verpackungsmaschine - Google Patents

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EP3587286B1
EP3587286B1 EP19179064.1A EP19179064A EP3587286B1 EP 3587286 B1 EP3587286 B1 EP 3587286B1 EP 19179064 A EP19179064 A EP 19179064A EP 3587286 B1 EP3587286 B1 EP 3587286B1
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EP
European Patent Office
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pressure
volume
filling
packaging
gas
Prior art date
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Active
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EP19179064.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3587286A1 (de
Inventor
Florian Felch
Michael RÄDLER
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Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Original Assignee
Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
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Publication date
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Application filed by Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG filed Critical Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Publication of EP3587286A1 publication Critical patent/EP3587286A1/de
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    • B65B57/00—Automatic control, checking, warning, or safety devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65B9/00—Enclosing successive articles, or quantities of material, e.g. liquids or semiliquids, in flat, folded, or tubular webs of flexible sheet material; Subdividing filled flexible tubes to form packages
    • B65B9/02—Enclosing successive articles, or quantities of material between opposed webs
    • B65B9/04—Enclosing successive articles, or quantities of material between opposed webs one or both webs being formed with pockets for the reception of the articles, or of the quantities of material

Definitions

  • the invention is in particular the following in connection with Fig. 1 problem described.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a sealing station S '.
  • the sealing station S ' comprises an upper sealing tool part SO' and a lower sealing tool part SU ', which can be brought together by means of a lifting movement H' to form an airtight sealed sealing chamber SK '.
  • gassing offset printing previously had to be calculated manually during a setting process and entered as a calculation parameter on the packaging machine, so that its use is reserved for specially trained operating personnel.
  • the EP 2 668 102 B1 discloses a packaging machine and a method for producing individually evacuated and / or gassed packages. It is generally further disclosed that a means can be used with which the filling level of the packaging material in the respective packaging tray and / or the filling quantity of the packaging material within the respective packaging tray can be determined. Depending on this measurement signal, a shut-off device can then be regulated, for example, in order to individually regulate the volume of gas that is withdrawn from or supplied to the respective packaging tray.
  • a degree of filling of the packaging positioned within the sealing station is calculated based on the comparison of the recorded pressure profile with the reference pressure profile and / or a volume flow with regard to the pressure profile or the reference pressure profile and the at least one process parameter on the packaging machine taking into account the calculated degree of filling and / or the volume flow is set.
  • a degree of filling of a "fume cupboard" provided within the sealing station ie the the respective packaging processed per machine cycle in one work process at the sealing station, as well as, if necessary, based thereon, in adaptation to the respective withdrawal, the volume flow of the gassing medium can be determined.
  • the comparison of the pressure curve with the reference pressure curve is carried out in good time, ie during a predeterminable time window at the beginning of filling, that for the same draw in real time, optionally a degree of filling and / or a volume flow can be foreseen (calculable ) is, that is, the process parameter can be set during the remaining filling time, that is, before a variable final gas pressure is reached within the package volume.
  • the time window for the aforementioned comparison can be timed in such a way that the present print itself can still be influenced in a process-controlled manner based on the comparison carried out in this regard. Such an advantageous cascading can lead to a higher process accuracy.
  • An advantageous variant of the invention provides that a quotient of a ratio of a time recorded for the pressure profile and a time recorded for the reference pressure profile is subtracted from a whole in order to calculate the degree of filling.
  • a variable time window can be selected for recording the pressure profile on the packaging machine.
  • a larger time window for recording the pressure profile could also be selected for longer-lasting gassing processes, because this enables a more precise prediction of the current filling level and / or volume flow to be carried out.
  • the offset printing could be adapted automatically at least at intervals, but preferably per machine cycle, so that varying fill levels can be better taken into account during production.
  • optically equivalent packaging i.e. packaging with the same target gas pressure, can leave the sealing station.
  • the process parameter is preferably a gas velocity which is achieved at the respective gas pens designed to fill the packing volume.
  • This can be useful in view of the nature of the products, particularly the nature of food products placed in the packages. For example, it matters whether dimensionally stable, one-piece products with a solid surface finish, such as B. a piece of cheese, or products with unstable, in particular applied surface properties, e.g. B. breaded meat, are fumigated. Packagings with a high recorded degree of filling, in which breaded meat is inserted, could be fumigated with reduced gas velocity to avoid damage to the breading layer. On the other hand, gassing with a higher gas velocity for one-part pack contents formed with a stable surface could in principle be set for an increased production rate, in particular when a low degree of filling is detected.
  • the process parameter is a valve setting value, in particular a throttle valve position, which influences an evacuation and / or gassing process.
  • a valve setting value in particular a throttle valve position, which influences an evacuation and / or gassing process.
  • the valve setting value is preferably continuously adapted automatically during the manufacturing process, so that optimal process settings can always be used. This particularly favors precise gassing and offers excellent control for the manufacture of optically equivalent products.
  • the (free) packing volume is preferably connected to a collecting volume of known size and the (free) packing volume is calculated based on a detected pressure equalization.
  • a detected pressure equalization for example, an external storage device, an external gas tank or a volume created by the upper part of the tool of the sealing station can be used as the collecting volume of known size. This procedure can be used in particular for the precise calculation of a reference package volume of empty packages of a fume cupboard, which can then be used when calculating the reference pressure profile.
  • a separately provided gas tank could be designed to be lockable by means of an additional valve, so that the pressure equalization between it and the free packing volume can be precisely regulated.
  • a pressure change in the gas tank can then be recorded, which is used as the basis for calculating the volume transition, from which the remaining volume, i.e. the (free) packaging volume, can be calculated.
  • the Boyle-Mariotte law could again be used as the basis for calculation.
  • An improved variant provides that the process parameter is set continuously in view of averaged values of the degree of filling and / or the volume flow. As a result, the control effort on the packaging machine can be reduced. This can be of particular advantage in an operating situation in which there is a high probability that slight changes in the degree of filling will occur, for example when packing sliced sausage.
  • the pack volume filled with gas is formed in such a way that pressure equalization takes place between several packs positioned within the sealing station during the gassing process, in particular during the sealing stroke.
  • the respective packagings enclosed within a sealing chamber can be connected via a gap formed between the upper and the lower packaging material.
  • the process parameter can be an adjustable speed of a lifting movement of the sealing tool, which is adjustably mounted within the sealing station, so that it moves in such a way that the pressure equalization can take place reliably between the several packagings provided.
  • the principle according to the invention could precede the gassing process and take place during an evacuation process. It would thus be possible to functionally transfer the explanations described above in connection with the invention to the evacuation process, so that a process-controlled parameter setting based thereon can already take place during the evacuation process and then during the gassing process.
  • process parameters can also be set outside the sealing station, i.e. at other work stations of the packaging machine, in such a way that the respective work stations of the packaging machine can work together excellently in order to achieve an improved production result.
  • the invention thus contributes to an overall process-controlled packaging machine.
  • control unit is designed as a process-controlled sequence control, so that an operation of the packaging machine can be perfectly adapted to the respective actual measured variables is.
  • control unit can optionally determine the filling level and / or volume flow based on a comparison of the pressure profile with a reference pressure profile provided for the manufacturing situation. Based on this, the control unit sets at least one process parameter of at least one further actuator of the packaging machine.
  • process parameters are formed as output signals in accordance with a control algorithm for performing the aforementioned comparison, which via actuators to a control object (technological process, control path) provided on the packaging machine, for example to at least one work process on the Sealing station, act.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a sealing station S 'according to the prior art.
  • the sealing station S ' has an upper sealing tool part SO' and a lower sealing tool part SU 'which can be closed with the upper sealing tool part SO' and which is designed to receive preformed packaging trays VM '.
  • Packaging trays VM 'shown are packaging contents I', ie products, added whose degrees of filling FG 'are different.
  • the sealing station S ' forms a sealing chamber SK', in which the packaging trays VM 'together with an upper film O' positioned above it enclose an airtight packaging volume P ', which consists of a partial volume V1' and a partial volume V2 '.
  • the partial volume V1 ' is composed of the sum of the respective packaging tray volumes created by the packaging trays VM' and released by the products.
  • the partial volume V2 ' forms an imaginary partial volume which is enclosed between the upper film O' and an imaginary plane E 'shown in dashed lines.
  • a connecting gap SP ' is formed above the packaging troughs VM', which, in particular during the filling process, allows the gas G 'to be distributed within the entire packaging volume P'.
  • a sealing tool SW for example a height-adjustable sealing frame, is positioned within the sealing tool upper part SO 'for a sealing process, which is designed to move the upper film O' for the sealing process in the direction of the packaging trays VM 'provided below by means of a lifting movement H'.
  • Fig. 2 shows a schematic view of a packaging machine 1, which is designed in the form of a thermoforming packaging machine T.
  • the packaging machine 1 has a forming station 2, a sealing station 3, a cross-cutting device 4 and a longitudinal cutting device 5. These are arranged in this order in a working direction R on a machine frame 6.
  • a feed roller 7 is arranged on the input side of the machine frame 6 of the packaging machine 1, from which a lower film U is pulled off as the lower packaging material 8.
  • the lower film U is transported into the forming station 2 by means of a feed device (not shown).
  • packaging trays 14 are formed in the lower film U by means of the forming station 2.
  • the packaging trays 14 are then transported on to an insertion section 15, where they are manually or automatically with a product 16 can be filled. Following the insertion section 15, the packaging trays 14 filled with the products 16 are transported on to the sealing station 3.
  • the control unit 11 is equipped with a sensor system 12 for detecting a pressure P IST (see FIG Fig. 3 ) one within the sealing station 3 according to Fig. 3 formed packing volume P connected.
  • a pressure P IST see FIG Fig. 3
  • the control unit 11 can continuously be transmitted current pressure values during the manufacturing process, that is to say the respective pressure curves, during the gassing and / or evacuation process.
  • control unit 11 is connected to a schematically illustrated memory 17 so that it can access reference values stored thereon for generating process parameters, in particular for adapting such parameters. For example, it can compare the pressure profile recorded as an input variable at the sealing station 3 by means of the sensor system 12 with a corresponding reference pressure profile of the memory 17, optionally determining a degree of filling and / or a volume flow in a first step using an algorithm and then in a further step is generated based on at least one process parameter as an output variable, on the basis of which the manufacturing process can be adapted, so that the packaging machine 1 is able to optimally adapt the manufacturing process running on it to the respective filling states.
  • a pressure sensor 18 is connected to the line 26 as a sensor system 12 for detecting the pressure P ACTUAL within the package volume P.
  • the pressure sensor 18 is functionally connected to the control unit 11, which is configured to further calculate the pressure P IST transmitted to it as an input variable.
  • the control unit 11 is able to determine the pressure profile present on the basis of the detected pressure values P IST during the filling of the package volume P and to compare this, possibly a section thereof, with a preset reference pressure profile in order to use an algorithm, for example to calculate a degree of filling and / or a volume flow with respect to the packaging V positioned within the sealing station 3, on which the control unit 11 generates at least one process parameter PP as an output variable.
  • Fig. 4 shows a method in a schematic representation.
  • the calculated degree of filling 22 and / or volume flow V can be used in a further method step E by the control unit 11 to calculate at least one process parameter PP.
  • the control unit 11 calculates an offset pressure P OFF , a gas velocity V GAS , a valve setting value x and / or triggers a malfunction display y based thereon.
  • the process parameters can be set directly on the basis of the Comparison between the recorded pressure curve (27) and the reference pressure curve (27) can be set.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Vacuum Packaging (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Verpackungen mit einer zueinander zumindest im Wesentlichen ähnlichen Packungsoptik gemäß dem Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Verpackungsmaschine zum Herstellen von Verpackungen mit einer zueinander zumindest im Wesentlichen ähnlichen Packungsoptik gemäß dem unabhängigen Anspruch 13.
  • Der Erfindung liegt insbesondere das im Folgenden im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Problem zugrunde.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Siegelstation S'. Die Siegelstation S' umfasst ein Siegelwerkzeugoberteil SO' und ein Siegelwerkzeugunterteil SU', welche mittels einer Hubbewegung H' zum Bilden einer luftdicht abgeschlossenen Siegelkammer SK' zusammenführbar sind. Für einen Begasungs- und/oder Evakuierungsvorgang werden innerhalb der Siegelkammer SK' eine Oberfolie O' und eine Unterfolie U' derart zusammengeführt, dass sie dazwischen ein Packungsvolumen P' einschließen, das sich im Wesentlichen aus der Summe eines Teilvolumens V1', das von jeweiligen in die Unterfolie U' geformten Verpackungsmulden VM' abzüglich der vorliegenden Produktinhalte I' gebildet wird, sowie eines Teilvolumens V2', das oberhalb der jeweiligen Verpackungsmulden VM' vorliegt und von der Oberfolie O' eingeschlossen wird, zusammensetzt.
  • Das Packungsvolumen P' ist insgesamt größer ausgebildet als die Gesamtheit der jeweils einzelnen von den hergestellten Verpackungen eingeschlossenen Volumina, damit insbesondere während des Begasens eine Gasverteilung zwischen den Verpackungen stattfinden kann. Hierdurch ergibt sich nämlich wegen der in Fig. 1 gezeigten, in das Siegelwerkzeugoberteil SO' zurückgesetzten Positionierung eines darin gelagerten Siegelwerkzeugs SW' oberhalb der innerhalb der Siegelstation S' positionierten Verpackungsmulden VM' ein Spalt SP' zwischen der Unter- und Oberfolie U', O', über welchen sich das zugeführte Gas in alle innerhalb der Siegelstation S' positionierten Verpackungen verteilen kann.
  • Beim Nachverdichten des Packungsvolumens P', also wenn die Oberfolie O' für den Siegelvorgang nach unten gedrückt wird, kann es allerdings trotz eines optimierten Begasungsprozesses, beispielsweise unter Verwendung einer regelbaren Stufendrossel, zur Herstellung von Verpackungen mit variierender Packungsoptik kommen, weil es immer wieder vorkommt, dass dabei Verpackungen hergestellt werden, die unterschiedliche Oberfolienwölbungen aufweisen, beispielsweise aufgebläht oder eher eingedrückt wirken.
  • Diese optischen Abweichungen werden im Siegelprozess durch das Huben (Absenken) des Siegelwerkzeugs SW' verursacht. Da das Siegelwerkzeug SW' zunächst während des Begasungsprozesses im Siegelwerkzeugoberteil SO' zurückgesetzt positioniert ist, um den für die Verteilung des Gases notwendigen Spalt SP' zu schaffen, wird im Anschluss für den Siegelvorgang das Siegelwerkzeug SW' nach unten in Richtung der darunter positionierten Verpackungsmulde VM' verlagert, wodurch es das zunächst geschaffene Teilvolumen V2' verdrängt. Durch das Herabfahren des Siegelwerkzeugs SW' wird dabei das begaste Teilvolumen V2', sozusagen als Zusatzvolumen, in das Teilvolumen V1' gedrückt. Folglich steigt der Druck in der Verpackung an. In Abhängigkeit variierender Verpackungsinhalte I' entstehen dadurch Verpackungen mit variierender Packungsoptik.
  • Hier gilt, je kleiner das frei zur Verfügung stehende Teilvolumen V1' ist, desto größer ist der Einfluss des durch den Siegelhub verdrängten Teilvolumens V2' auf die Druckänderung innerhalb fertig hergestellter Verpackungen.
  • Bisher wurde versucht, der oben beschriebenen Problematik mit einem voreingestellten Begasungs-Offsetdruck entgegenzuwirken, d.h. es wurde zu Beginn lediglich auf einen um den Begasungs-Offsetdruck reduzierten Druck begast, in der Hoffnung, dass anschließend durch den Siegelhub der gewünschte Solldruck innerhalb der Verpackungen erreicht wird.
  • Die Anwendung eines Begasungs-Offsetdrucks setzt jedoch die Kenntnis des Füllgrads der jeweiligen zu verschließenden Verpackungen voraus, wobei bisher der Einfachheit halber bei herkömmlichen Anwendungen angenommen wurde, dass die Produktlinie über die jeweiligen Verpackungen einen konstanten Füllgrad aufweist. Demzufolge wird es immer dann problematisch, wenn die jeweiligen Verpackungen entgegen der vorerwähnten Annahme keinen einheitlichen Füllgrad aufweisen, was insbesondere bei sollgewichtigen Produkten mit variierender Produktdichte, beispielsweise bei aufgeschnittenem Fleisch oder Käse, zutreffen kann. Trotz des Einsatzes eines vorbestimmten Begasungs-Offsetdrucks ergeben sich dabei aufgrund variierender Füllstände fertige Verpackungen mit unterschiedlichem optischen Erscheinungsbild.
  • Außerdem musste der Begasungs-Offsetdruck bisher während eines Einstellvorganges manuell berechnet und an der Verpackungsmaschine als Rechenparameter eingegeben werden, so dass seine Anwendung eher speziell geschultem Bedienpersonal vorbehalten bleibt.
  • Das Arbeiten mit gleichbleibenden, voreingestellten Prozessparametern liefert somit nicht die erwünschte Herstellungsqualität und kann insbesondere im Hinblick auf eine auf jedes einzelne Produkt zugeschnittene Herstellung optimiert werden.
  • Der Betrieb einer Verpackungsmaschine unter der Annahme eines über die jeweiligen Verpackungen gleichbleibenden Füllgrads und/oder eines diesbezüglich für das Begasen vorbestimmten gleichbleibenden Volumenstroms, ohne dabei jeweilige tatsächlich vorliegende Füllgrade einzelner Verpackungen zu berücksichtigen, kann zu einer nicht unwesentlichen Menge an Ausschuss führen.
  • Dies kann dadurch beeinflusst werden, dass innerhalb der Produktlinie temporär immer wieder Leerverpackungen, beispielsweise wegen Unterbrechungen in der Produktbereitstellung, den Begasungs- und/oder Evakuierungsvorgang mit durchlaufen. Die dann mitgeführten Leerverpackungen verfälschen dann extrem den Begasungs- und/oder Evakuierungsvorgang, sofern mit starr voreingestellten Prozessparametern gearbeitet wird. Folglich wird zumindest an den zusammen mit den Leerverpackungen in einem Arbeitstakt verarbeiteten, befüllten Verpackungen nicht die gewünschte Optik hergestellt.
  • Die EP 2 668 102 B1 offenbart eine Verpackungsmaschine und ein Verfahren zur Herstellung von individuell evakuierten und/oder begasten Verpackungen. Es wird im Allgemeinen weiter offenbart, dass ein Mittel eingesetzt werden kann, mit dem der Füllstand des Verpackungsguts in der jeweiligen Verpackungsmulde und/oder die Füllmenge des Verpackungsguts innerhalb der jeweiligen Verpackungsmulde feststellbar ist. In Abhängigkeit von diesem Messsignal kann dann beispielsweise ein Absperrorgan geregelt werden, um das Gasvolumen, das der jeweiligen Verpackungsmulde entnommen bzw. zugeführt wird, individuell zu regeln.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Verpackungen mit einer zueinander zumindest im Wesentlichen ähnlichen Packungsoptik herzustellen. Dies soll selbst dann möglich sein, wenn die jeweiligen Verpackungen variierende Füllgrade aufweisen, d. h. voluminös ungleichmäßig befüllt sind.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahrens gemäß dem Anspruch 1 sowie mittels einer Verpackungsmaschine gemäß dem unabhängigen Anspruch 13.
  • Verbesserte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Siegelstation einer Verpackungsmaschine, insbesondere einer Tiefziehverpackungsmaschine. Das Verfahren ist dazu konfiguriert, Verpackungen mit einer zueinander zumindest im Wesentlichen ähnlichen Packungsoptik bei ggf. variierenden Füllgraden herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • Befüllen eines zwischen einem unteren und einem oberen Verpackungsmaterial eingeschlossenen, freien Packungsvolumens mindestens einer innerhalb der Siegelstation positionierten Verpackung mit einem zur Schaffung einer gewünschten Atmosphäre bestimmten Gas von einem im Packungsvolumen herrschenden Ausgangsdruck auf einen vorbestimmten Begasungsdruck,
    • Erfassen eines Druckverlaufs zumindest temporär während des Befüllens des Packungsvolumens mittels mindestens einer damit verbundenen, druckerfassenden Sensorik, wobei der Druckverlauf vorzugsweise anhand einer zeitabhängigen Druckkurve zwischen dem Ausgangsdruck bis hin zu dem vorbestimmten Begasungsdruck erfasst wird,
    • Vergleichen des erfassten Druckverlaufs mit einem Referenzdruckverlauf, der vorzugsweise anhand einer seinerseits zeitabhängigen Druckkurve für ein Befüllen eines bekannten freien Referenzpackungsvolumens mindestens einer innerhalb der Siegelstation positionierten, insbesondere leeren Referenzverpackung mit dem Gas zwischen dem Ausgangsdruck bis hin zu dem vorbestimmten Begasungsdruck erfasst wird, und
    • Einstellen mindestens eines Prozessparameters an der Verpackungsmaschine unter Berücksichtigung des Vergleichs des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf.
  • Beispielsweise wäre es vorstellbar, dass ein Füllgrad der innerhalb der Siegelstation positionierten Verpackung basierend auf dem Vergleich des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf und/oder ein Volumenstrom bezüglich des Druckverlaufs oder des Referenzdruckverlaufs berechnet wird und der mindestens eine Prozessparameter an der Verpackungsmaschine unter Berücksichtigung des berechneten Füllgrads und/oder des Volumenstroms eingestellt wird. Bei dieser Variante kann mithilfe der Betrachtung des aktuellen Druckverlaufs während des Begasungsprozesses ein Füllgrad eines innerhalb der Siegelstation bereitgestellten "Abzugs", d.h. der jeweiligen pro Maschinentakt in einem Arbeitsvorgang an der Siegelstation bearbeiteten Verpackungen, sowie ggf. darauf basierend, in Anpassung an den jeweiligen Abzug der Volumenstrom des Begasungsmediums bestimmt werden.
  • Vorstellbar wären auch andere aus dem Vergleich des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf berechenbare und/oder anhand eines an der Verpackungsmaschine vorgehaltenen Kennfelds ableitbare Basiswerte, die zum Einstellen des Prozentparameters eingesetzt werden. Vorstellbar ist es aber auch, dass sich der Prozessparameter direkt anhand des Vergleichs zwischen dem erfassten Druckverlauf und dem Referenzdruckverlauf einstellen lässt.
  • Kern der Erfindung ist es, zumindest temporär, vorzugsweise aber gleich zu Beginn des Begasungsvorgangs, den Druckverlauf an einem jeweiligen Abzug zu erfassen und ihn mit einem Referenzdruckverlauf, der beispielsweise an einem Abzug aus Leerverpackungen erzeugt und erfasst wird, zu vergleichen. Durch eine Analyse, sprich einen Vergleich der jeweiligen Gradienten der Druckanstiege wäre es beispielsweise weiter möglich, den Füllgrad des aktuell vorliegenden Abzugs, sprich der innerhalb der Siegelstation positionierten Verpackungen, sowie ggf. auch einen dafür eingesetzten und insbesondere optimalen Volumenstrom des Begasungsmediums zu berechnen, um darauf basierend die Bearbeitung des vorliegenden Abzugs und/oder mindestens eines anschließenden Abzugs prozessgesteuert durchzuführen.
  • Ausführungsgemäß ist es daher möglich, dass pro Maschinentakt aktuelle Füllgrad- und/oder Volumenstromwerte als Grundlage zur Berechnung mindestens eines Prozessparameters für den Herstellungsprozess erfasst und verwendet werden können, sei es an der Siegelstation selbst und/oder an anderen Arbeitsstationen der Verpackungsmaschine.
  • Insbesondere ist es anhand der Erfindung möglich, dass der Vergleich des Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf derart rechtzeitig, d.h. während eines vorbestimmbaren Zeitfensters zu Beginn des Befüllens, durchgeführt wird, dass für denselben Abzug in Echtzeit, optional ein Füllgrad und/oder ein Volumenstrom vorhersehbar (berechenbar) ist, d.h. noch während einer Restlaufzeit des Befüllens, also vor Erreichen eines variierbaren Begasungsenddrucks innerhalb des Packungsvolumens, der Prozessparameter einstellbar ist. In anderen Worten kann das Zeitfenster für den vorerwähnten Vergleich so getimt werden, dass der vorliegende Abzug selbst noch basierend auf dem diesbezüglich durchgeführten Vergleich prozessgesteuert beeinflussbar ist. Eine derart vorteilhafte Kaskadierung kann zu einer höheren Prozessgenauigkeit führen.
  • Die Erfindung beruht auf einfach durchführbaren Verfahrensschritten, um den Herstellungsprozess besser an ggf. variierende Füllstände anzupassen, was zur Folge hat, dass eine verbesserte Produktqualität, sprich Verpackungen mit einer zueinander zumindest im Wesentlichen ähnlichen Packungsoptik, herstellbar sind.
  • Die Erfindung ist insbesondere zum qualitativen Verpacken von jeweils sollgewichtigen Produkten mit variierendem Produktvolumen, insbesondere zum Verpacken von Frischfleisch oder Käse mit variierender Produktdichte, hervorragend geeignet. Selbst für den Fall, dass während des Herstellungsprozesses aus verfahrenstechnischen Gründen in die Produktlinie Leerverpackungen miteingeschlossen sind, lassen sich deren "Leerinhalte" anhand der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte optimal kompensieren, so dass selbst bei einem Abzug mit darin eingeschlossenen Leerverpackungen Verpackungen mit der gewünschten Packungsoptik hergestellt werden können.
  • Für die optionale Herleitung des Füllgrads, insbesondere für das Durchführen des Vergleichs des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf, kann es zweckmäßig sein, von einer isothermen Zustandsänderung bei gleichen Volumenstrombedingungen zu vorzugsweise gleichen Druckverhältnissen und ggf. einer gleichen Drosselklappenstellung auszugehen. Vorzugsweise liegt der Herleitung als theoretische Grundlage das Boyle-Mariotte-Gesetz zugrunde. Besonders vorteilhaft ist es, wenn basierend auf mindestens einem an der Siegelstation voreingestellten Prozessparameter (z.B. Begasungstemperatur, Volumenstrom, Druckverhältnis, Drosselstellung zum Begasen, etc.) ein dementsprechender Referenzdruckverlauf zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens aufgerufen werden kann, sodass das erfinderische Verfahren bei der Herstellung verschiedener Verpackungstypen einsetzbar ist.
  • Eine vorteilhafte Variante der Erfindung sieht vor, dass ein Quotient aus einem Verhältnis einer für den Druckverlauf und einer für den Referenzdruckverlauf erfassten Zeit von einem Ganzen abgezogen wird, um den Füllgrad zu berechnen.
  • Zum Erfassen und/oder Berechnen der verstrichenen Zeit für den zwischen verschiedenen Druckniveaus ansteigenden Druckverlauf, welcher sich während des Befüllens innerhalb in der Siegelstation positionierten Verpackungen ergibt, wird vorzugsweise eine Erfassungs- und/oder Berechnungseinheit eingesetzt, die ggf. integraler Bestandteil einer Steuereinheit der Verpackungsmaschine ist.
  • Es kann vorteilhaft sein, dass zum Erfassen des Druckverlaufs an der Verpackungsmaschine ein variierbares Zeitfenster auswählbar ist. Beispielsweise könnte für länger andauernde Begasungsvorgänge auch ein größeres Zeitfenster zum Erfassen des Druckverlaufs ausgewählt werden, weil dadurch eine genauere Vorhersage des vorliegenden Füllgrads und/oder Volumenstroms durchführbar ist.
  • Der zeitbasierte Vergleich mit dem Referenzdruckverlauf kann noch während des Begasens anhand einer vorab erfassten und/oder berechneten Zeit für den Referenzdruckverlauf geschehen. Vorzugsweise hält dafür ein Speicher der Verpackungsmaschine mindestens einen für das Verpackungsformat vorbestimmten zeitabhängigen Referenzdruckverlauf bereit, hinsichtlich welchem der Füllgrad des aktuellen Abzugs bestimmt werden kann. Für den prozessgesteuerten Vergleich können insbesondere Referenzdruckverläufe verschiedener Verpackungsformate bereitgehalten werden, sodass die Erfindung für eine optisch homogene Herstellung unterschiedlicher Verpackungsformate anwendbar ist. Besonders aussagekräftig kann der Vergleich dann ausfallen, wenn vergleichbare Prozessparameter, beispielsweise gleiche Volumenströme, zur Herstellung des Referenzdruckverlaufs und des erfassten Druckverlaufs eingesetzt werden.
  • In diesem Zusammenhang kann es insbesondere sein, dass die Berechnung des Füllgrads und/oder des Volumenstroms in Echtzeit pro Maschinentakt geschieht und darauf basierend eine automatisierte Anpassung des Prozessparameters durchgeführt wird. In Echtzeit soll hierbei heißen, dass die automatisierte Anpassung des Prozessparameters noch während desselben Arbeitstakts geschieht, insbesondere auch eine Einstellung des momentan durchgeführten Begasungsvorgangs betreffen kann, während welchem der Füllgrad bestimmt wird.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der Prozessparameter ein Offsetdruck ist, der noch beim aktuellen Befüllvorgang und/oder bei mindestens einem anschließenden Befüllvorgang verwendet wird, um das Packungsvolumen lediglich mit Gas bis zum Erreichen eines Drucks zu befüllen, der sich aus einem Begasungssolldruck für fertig hergestellte Verpackungen abzüglich des berechneten Offsetdrucks ergibt.
  • Für eine verbesserte Herstellungsqualität könnte der Offsetdruck mindestens intervallweise, vorzugsweise jedoch pro Maschinentakt automatisiert angepasst werden, so dass variierende Füllstände besser bei der Herstellung berücksichtigt werden können. Es wäre dann insbesondere möglich, den Befüllungsdruck fortlaufend an erfasste Füllstande anzupassen, so dass der anschließende Siegelhub im Verpackungsinneren präzise den Begasungssolldruck herbeiführt. Folglich können optisch gleichwertige Verpackungen, also Verpackungen mit demselben Begasungssolldruck, die Siegelstation verlassen.
  • Zweckmäßig wird zur Berechnung des Offsetdrucks das Boyle-Mariotte-Gesetz unter Berücksichtigung eines durch einen Siegelhub verdrängten Teilvolumens des Verpackungsvolumens und eines angesichts des berechneten Füllgrads bestimmbaren freien Packungsvolumens, einschließlich des darin herzustellenden Begasungssolldrucks fertig hergestellter Verpackungen verwendet. Bei der Anwendung des Boyle-Mariotte-Gesetzes kann ein isothermer Druckausgleich zwischen den Verpackungen, die innerhalb der Siegelstation positioniert sind, angenommen werden.
  • Vorzugsweise ist der Prozessparameter eine Gasgeschwindigkeit, die an jeweiligen, zum Befüllen des Packungsvolumens ausgebildeten Gasstiften erreicht wird. Dies kann angesichts der Beschaffenheit der Produkte, insbesondere der Beschaffenheit von Lebensmittelprodukten, die in den Verpackungen eingelegt sind, nützlich sein. Beispielsweise spielt es eine Rolle, ob formstabile, einteilige Produkte mit fester Oberflächenbeschaffenheit, wie z. B. ein Stück Käse, oder Produkte mit instabiler, insbesondere aufgetragener Oberflächenbeschaffenheit, z. B. paniertes Fleisch, begast werden. Verpackungen mit einem hohen erfassten Füllgrad, worin paniertes Fleisch eingelegt ist, könnte zur Vermeidung einer Beschädigung der Panierschicht mit reduzierter Gasgeschwindigkeit begast werden. Andererseits könnte für eine gesteigerte Produktionsrate ein Begasen mit höherer Gasgeschwindigkeit bei einteiligen, mit einer stabilen Oberfläche ausgebildeten Packungsinhalten grundsätzlich eingestellt werden, insbesondere dann, wenn ein geringer Füllgrad erfasst wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessparameter ein Ventileinstellwert, insbesondere eine Drosselklappenstellung, der einen Evakuierungs- und/oder den Begasungsvorgang beeinflusst. Dadurch könnte gezielt auf den Druckverlauf innerhalb des Packungsvolumens Einfluss genommen werden. Vorzugsweise wird der Ventileinstellwert automatisch während des Herstellungsprozesses fortlaufend angepasst, so dass stets mit optimalen Prozesseinstellungen gearbeitet werden kann. Dies begünstigt insbesondere ein exaktes Begasen und bietet eine hervorragende Kontrolle zur Herstellung optisch gleichwertiger Produkte.
  • Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass der Prozessparameter eine Fehlfunktionsanzeige an der Verpackungsmaschine triggert. Dadurch lassen sich beispielsweise Undichtigkeiten während des Herstellungsprozesses, insbesondere während des Begasungs- und/oder Evakuierungsprozesses innerhalb der Siegelstation, detektieren und können sofort dem Bedienpersonal angezeigt werden, so dass ggf. die Herstellung unterbrochen werden kann, um beispielsweise Prozessparameter an der Verpackungsmaschine anzupassen.
  • Vorzugsweise wird das (freie) Packungsvolumen mit einem Auffangvolumen bekannter Größe verbunden und basierend auf einem erfassten Druckausgleich das (freie) Packungsvolumen berechnet. Als Auffangvolumen bekannter Größe kommen beispielsweise ein externer Speicher, ein externer Gastank oder ein vom Werkzeugoberteil der Siegelstation geschaffenes Volumen in Frage. Diese Vorgehensweise lässt sich insbesondere zum präzisen Berechnen eines Referenzpackungsvolumens von Leerverpackungen eines Abzugs verwenden, welches dann bei der Berechnung des Referenzdruckverlaufs eingesetzt werden kann.
  • Ein separat vorgesehener Gastank könnte mittels eines zusätzlichen Ventils absperrbar gestaltet sein, so dass sich der Druckausgleich zwischen ihm und dem freien Packungsvolumen präzise regeln lässt. Nach dem Begasen der Verpackungen auf einen gewünschten Druck kann dann eine Druckänderung im Gastank erfasst werden, die der Berechnung des Volumenübergangs zugrunde gelegt wird, woraus das Restvolumen, also das (freie) Packungsvolumen, berechenbar ist. Als Berechnungsgrundlage könnte hierfür wiederum das Boyle-Mariotte-Gesetz verwendet werden.
  • Eine verbesserte Variante sieht vor, dass der Prozessparameter fortlaufend angesichts gemittelter Werte des Füllgrads und/oder des Volumenstroms eingestellt wird. Dadurch kann der Steueraufwand an der Verpackungsmaschine reduziert werden. Dies kann insbesondere bei einer Betriebssituation von Vorteil sein, bei welcher mit hoher Wahrscheinlichkeit geringe Füllgradänderungen auftreten, beispielsweise beim Verpacken geschnittener Wurst.
  • Gemäß einer Variante wird das mit Gas befüllte Packungsvolumen derart gebildet, dass während des Begasungsvorgangs, insbesondere während des Siegelhubs ein Druckausgleich zwischen mehreren innerhalb der Siegelstation positionierten Verpackungen stattfindet. Dabei können die jeweiligen innerhalb einer Siegelkammer eingeschlossenen Verpackungen über einen zwischen dem oberen und dem unteren Verpackungsmaterial ausgebildeten Spalt verbunden sein. Hierbei kann der Prozessparameter eine einstellbare Geschwindigkeit einer Hubbewegung des innerhalb der Siegelstation verstellbar gelagerten Siegelwerkzeugs sein, damit dieses derart verfährt, dass der Druckausgleich zwischen den mehreren bereitgestellten Verpackungen zuverlässig stattfinden kann.
  • Vorzugsweise wird ein mit dem Packungsvolumen verbundenes Zuleitungsvolumen, das sich beispielsweise aus einer Begasungs-, einer Evakuierungsleitung und/oder einem Werkzeugvolumen ergibt, bei der Errechnung des Füllgrads herausgerechnet. Ergänzend oder alternativ könnte auch der Siegelplattenhub, d. h. das dadurch verdrängte Packungs-Teilvolumen, angesichts bekannter Geometrien des Siegelwerkzeugoberteils bei der Berechnung des Füllgrads herausgerechnet werden. Unter der Annahme, dass diese ggf. die Füllgradberechnung verfälschenden Werte konstant bleiben, können dafür Standardwerte, welche in der Maschinensteuerung hinterlegt sind, verwendet werden.
  • Das erfindungsgemäße Prinzip könnte dem Begasungsprozess vorangestellt bereits während eines Evakuierungsvorgangs stattfinden. Es wäre somit möglich, die zuvor im Zusammenhang mit der Erfindung beschriebenen Ausführungen funktional auf den Evakuierungsvorgang zu übertragen, so dass eine darauf aufbauende prozessgesteuerte Parametereinstellung bereits während des Evakuierungsvorgangs und anschließend während des Begasungsvorgangs geschehen kann.
  • Vorzugsweise lassen sich anhand der Erfindung auch außerhalb der Siegelstation, d.h. an anderen Arbeitsstationen der Verpackungsmaschine, Prozessparameter derart einstellen, dass die jeweiligen Arbeitsstationen der Verpackungsmaschine hervorragend zusammenarbeiten können, um ein verbessertes Herstellungsergebnis zu erzielen. Somit trägt die Erfindung zu einer insgesamt prozessgesteuerten Verpackungsmaschine bei.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Verpackungsmaschine, die insbesondere in Form einer Tiefziehverpackungsmaschine vorliegt, wobei deren Siegelstation zum Herstellen von Verpackungen mit einer zueinander zumindest im Wesentlichen ähnlichen Packungsoptik bei ggf. variierenden Füllgraden ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Verpackungsmaschine umfasst außer der Siegelstation eine Steuereinheit, die funktional mit mindestens einer an der Siegelstation ausgebildeten Sensorik zum Erfassen eines Drucks eines innerhalb der Siegelstation bereitgestellten Packungsvolumens verbunden ist.
  • Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dazu konfiguriert, einen Vergleich eines zeitabhängigen, zumindest temporär vorzugsweise während eines Befüllens des innerhalb der Siegelstation eingeschlossenen Packungsvolumens zwischen vorbestimmten Druckniveaus erfassten Druckverlaufs mit einem zeitabhängigen, zwischen den vorbestimmten Druckniveaus in der Steuereinheit hinterlegten Referenzdruckverlauf für das Befüllen eines bekannten Referenzvolumens durchzuführen, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, mindestens einen Prozessparameter an der Verpackungsmaschine unter Berücksichtigung des Vergleichs des erfassten Druckverlaufs mit dem Referenzdruckverlauf einzustellen.
  • Bei der Erfindung ist die Steuereinheit als prozessgeführte Ablaufsteuerung ausgebildet, sodass ein Betrieb der Verpackungsmaschine an die jeweiligen IST-Messgrößen hervorragend anpassbar ist. Anhand des über die Sensorik detektierbaren und an die Steuereinheit übermittelten aktuellen Druckverlaufs kann die Steuereinheit basierend auf einem Vergleich des Druckverlaufs mit einem der Herstellungssituation bereitgestellten Referenzdruckverlauf optional den Füllgrad und/oder Volumenstrom bestimmen. Darauf basierend stellt die Steuereinheit mindestens einen Prozessparameter mindestens eines weiteren Aktors der Verpackungsmaschine ein. Aus den den Druckverlauf abbildenden Eingangssignalen der Steuereinrichtung werden somit entsprechend einem Steueralgorithmus zur Durchführung des vorerwähnten Vergleichs als Ausgangssignale Prozessparameter (Stellsignale) gebildet, die über Aktoren auf ein an der Verpackungsmaschine vorgesehenes Steuerungsobjekt (technologischer Prozess, Steuerstrecke), beispielsweise auf mindestens einen Arbeitsvorgang an der Siegelstation, einwirken.
  • Im Folgenden werden der Stand der Technik sowie Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Ansicht einer bekannten Siegelstation;
    Figur 2
    eine Verpackungsmaschine, die in Form einer Tiefziehverpackungsmaschine ausgebildet ist, an welcher die Erfindung zum Einsatz kommen kann;
    Figur 3
    eine schematische Darstellung der Siegelstation aus Figur 2 mit verbundener Steuereinheit; und
    Figur 4
    eine schematische Darstellung eines ausführungsgemäßen Verfahrens.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Siegelstation S' gemäß dem Stand der Technik.
  • Die Siegelstation S' verfügt über ein Siegelwerkzeugoberteil SO' sowie ein mit dem Siegelwerkzeugoberteil SO' verschließbares Siegelwerkzeugunterteil SU', das zur Aufnahme vorgeformter Verpackungsmulden VM' ausgebildet ist. In den in Fig. 1 gezeigten Verpackungsmulden VM' sind Verpackungsinhalte I', d.h. Produkte, aufgenommen, deren Füllgrade FG' unterschiedlich sind.
  • In Figur 1 bildet die Siegelstation S' eine Siegelkammer SK', worin die Verpackungsmulden VM' zusammen mit einer darüber positionierten Oberfolie O' ein luftdichtes Packungsvolumen P' einschließen, welches aus einem Teilvolumen V1' und einem Teilvolumen V2' besteht. Das Teilvolumen V1' setzt sich aus der Summe der jeweiligen durch die Verpackungsmulden VM' geschaffenen und von den Produkten freigelassenen Packungsmuldenvolumina zusammen. Das Teilvolumen V2' bildet ein imaginäres Teilvolumen, welches zwischen der Oberfolie O' und einer imaginären, gestrichelt dargestellten Ebene E' eingeschlossen ist. Anhand des Teilvolumens V2' wird oberhalb der Verpackungsmulden VM' ein Verbindungsspalt SP' gebildet, der insbesondere beim Befüllungsvorgang eine Verteilung des Gases G' innerhalb des gesamten Packungsvolumens P' gestattet.
  • Gemäß Fig. 1 ist innerhalb des Siegelwerkzeugoberteils SO' ein Siegelwerkzeug SW, beispielsweise ein höhenverstellbarer Siegelrahmen, für einen Siegelvorgang positioniert, welches dazu ausgebildet ist, mittels einer Hubbewegung H' die Oberfolie O' für den Siegelvorgang in Richtung zu den darunter bereitgestellten Verpackungsmulden VM' zu bewegen.
  • Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung wird zunächst das Packungsvolumen P', bestehend aus der Summe der jeweiligen Teilvolumina V1', V2', auf einen voreingestellten Begasungsdruck mit einem Gas G' zur Schaffung einer gewünschten Atmosphäre befüllt. Der Begasungsdruck wird herkömmlicherweise aus einer Differenz aus einem Begasungssolldruck fertig hergestellter Verpackungen und einem voreingestellten Gas-Offsetdruck generiert. Mittels der anschließenden Hubbewegung H' drängt das Siegelwerkzeug SW' die im Teilvolumen V2' enthaltene Gasmenge in das innerhalb der Verpackungsmulden VM' von den Produktinhalten I' freigelassene Teilvolumen V1' hinein, so dass sich unter der Annahme einer homogenen Füllstandverteilung, d. h. bei sich nicht variierenden Füllständen, in den fertig hergestellten Verpackungen der Begasungssolldruck einstellen kann.
  • Wie bereits an vorangehender Stelle in der Beschreibungseinleitung ausgeführt wurde, können allerdings die jeweiligen Füllgrade der bereitgestellten Verpackungen variieren, so dass die obige Offset-Herangehensweise, die entgegen tatsächlicher Gegebenheiten auf der Annahme einer homogenen Füllgradverteilung basiert, zur Herstellung von optisch unterschiedlich ausfallenden Verpackungen führt.
  • Fig. 2 zeigt in schematischer Ansicht eine Verpackungsmaschine 1, die in Form einer Tiefziehverpackungsmaschine T ausgeführt ist. Die Verpackungsmaschine 1 besitzt eine Formstation 2, eine Siegelstation 3, eine Querschneideeinrichtung 4 sowie eine Längsschneideeinrichtung 5. Diese sind in dieser Reihenfolge in einer Arbeitsrichtung R an einem Maschinengestell 6 angeordnet.
  • Am Maschinengestell 6 der Verpackungsmaschine 1 ist eingangsseitig eine Zuführrolle 7 angeordnet, von der eine Unterfolie U als unteres Verpackungsmaterial 8 abgezogen wird. Die Unterfolie U wird mittels einer nicht gezeigten Vorschubeinrichtung in die Formstation 2 transportiert. Mittels eines dort stattfindenden Tiefziehvorgangs werden mittels der Formstation 2 Verpackungsmulden 14 in die Unterfolie U geformt. Anschließend werden die Verpackungsmulden 14 zu einer Einlegestrecke 15 weitertransportiert, wo sie manuell oder automatisiert mit einem Produkt 16 befüllt werden können. Im Anschluss an die Einlegestrecke 15 werden die mit den Produkten 16 befüllten Packungsmulden 14 zu der Siegelstation 3 weiter transportiert. Mittels der Siegelstation 3 können die Verpackungsmulden 14 mit einer Oberfolie O, die ein oberes Verpackungsmaterial 10 bildet, versiegelt werden, so dass durch das Ansiegeln der Oberfolie O auf die Verpackungsmulden 14 verschlossene Verpackungen V hergestellt werden, die mittels der Querschneideeinrichtung 4 und der Längsschneideeinrichtung 5 vereinzelt und mittels einer Abführeinrichtung 13 abtransportiert werden können. Es kann sein, dass im Fördergut Leerverpackungen LV, beispielsweise wegen einer Unterbrechung im Produktbereitstellungsprozess, mit eingeschlossen sind.
  • Ferner verfügt die in Fig. 2 gezeigte Verpackungsmaschine 1 über ein Bedienterminal 9, an welchem sich für die jeweiligen an der Verpackungsmaschine 1 vorgesehenen Arbeitsstationen Prozessparameter einstellen lassen. Das Bedienterminal 9 umfasst eine lediglich schematisch dargestellte Steuereinheit 11. Die Steuereinheit 11 ist dazu konfiguriert, Rechenoperationen, insbesondere in Echtzeit während des Herstellungsprozesses, durchzuführen, um darauf basierend prozessbasiert die Verpackungsmaschine zu steuern, also ggf. prozessgeführt eine Anpassung jeweiliger Prozessparameter der Verpackungsmaschine zu veranlassen.
  • Die Steuereinheit 11 ist mit einer Sensorik 12 zum Erfassen eines Drucks PIST (siehe Fig. 3) eines innerhalb der Siegelstation 3 gemäß Fig. 3 ausgebildeten Packungsvolumens P verbunden. Anhand der Sensorik 12 können der Steuereinheit 11 während des Herstellungsprozesses fortlaufend aktuelle Druckwerte, d. h. jeweilige Druckverläufe, während des Begasungs- und/oder Evakuierungsvorgangs übermittelt werden.
  • Ferner zeigt Fig. 2, dass die Steuereinheit 11 mit einem schematisch dargestellten Speicher 17 verbunden ist, so dass sie zur Generierung von Prozessparametern, insbesondere zur Anpassung solcher, auf darauf abgelegte Referenzwerte zurückgreifen kann. Beispielsweise kann sie den an der Siegelstation 3 mittels der Sensorik 12 als Eingangsgröße erfassten Druckverlauf, mit einem entsprechenden Referenzdruckverlauf des Speichers 17 vergleichen, wobei sie optional in einem ersten Schritt anhand eines Algorithmus einen Füllgrad und/oder einen Volumenstrom bestimmt und in einem weiteren Schritt darauf basierend mindestens einen Prozessparameter als Ausgangsgröße generiert, anhand welchem der Herstellungsprozesses anpassbar ist, so dass die Verpackungsmaschine 1 in der Lage ist, den darauf ablaufenden Herstellungsprozess optimal an jeweilige Füllzustände anzupassen.
  • Fig. 3 zeigt die Siegelstation 3 der in Fig. 2 gezeigten Verpackungsmaschine 1 in isolierter Darstellung.
  • Die Siegelstation 3 umfasst ein Siegelwerkzeugoberteil 20 sowie ein Siegelwerkzeugunterteil 21, die eine Siegelkammer 23 einschließen. Fig. 3 zeigt weiter, dass im Siegelwerkzeugunterteil 21 zwei Verpackungsmulden 14 mit jeweiligen Produkten 16 aufgenommen sind, wobei sich deren jeweilige Füllgrade 22 unterscheiden.
  • Die innerhalb der Siegelstation 3 aufgenommenen Verpackungsmulden 14 schließen zusammen mit der darüber angeordneten Oberfolie O ein Packungsvolumen P ein. Das Packungsvolumen P wird mittels einer imaginären, gestrichelt dargestellten Ebene E durchquert, wodurch es in ein Teilvolumen V1 und ein Teilvolumen V2 unterteilt wird. Die in Bildebene betrachtet rechts mit einem geringeren Füllgrad 22 vorliegende Verpackungsmulde 14 bildet einen größeren Anteil des Packungsvolumens P als die andere, links daneben mit einem größeren Füllgrad 22 gezeigte Verpackungsmulde 14.
  • Gemäß Fig. 3 ist das von der Oberfolie O und der imaginären Ebene E eingeschlossene Teilvolumen V2 sowie das innerhalb der Verpackungsmulden 14 bereitgestellte Teilvolumen V1 (freies Packungsvolumen P) über eine Leitung 26 und daran vorgesehene Gasstifte 29 mit einem Gas G befüllbar. Für die Gaszufuhr ist eine Gasquelle Q vorgesehen. Ein Evakuierungsvorgang kann mittels einer (Vakuum-)Pumpe VP gesteuert werden. Für den Befüllungsvorgang und den Evakuierungsvorgang sind in der Leitung 26 Ventile 27a, 27b ausgebildet, die insbesondere prozessgesteuert, beispielsweise anhand erfasster Druckwerte, ansteuerbar sind.
  • An die Leitung 26 ist als Sensorik 12 zur Erfassung des innerhalb des Packungsvolumens P herrschenden Drucks PIST ein Drucksensor 18 angeschlossen. Der Drucksensor 18 ist funktional mit der Steuereinheit 11 verbunden, welche dazu konfiguriert ist, den ihr als Eingangsgröße übermittelten Druck PIST weiter zu verrechnen. Insbesondere ist die Steuereinheit 11 dazu in der Lage, den anhand der erfassten Druckwerte PIST vorliegenden Druckverlauf während des Befüllens des Packungsvolumens P zu ermitteln und diesen, ggf. einen Abschnitt davon, mit einem voreingestellten Referenzdruckverlauf zu vergleichen, um darauf basierend anhand eines Algorithmus beispielsweise einen Füllgrad und/oder einen Volumenstrom bezüglich der innerhalb der Siegelstation 3 positionierten Verpackungen V zu berechnen, worauf basierend die Steuereinheit 11 mindestens einen Prozessparameter PP als Ausgangsgröße generiert.
  • An die Leitung 26 ist gemäß Figur 3 ein Auffangvolumen angeschlossen, das zur Berechnung des Packungsvolumens P einsetzbar ist. Ferner zeigt Figur 3 einen Zuleitungsabschnitt 30, dessen Volumen bei der Berechnung des Füllgrads 22 herausgerechnet werden kann.
  • Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung ein Verfahren.
  • Zunächst findet in einem ersten Verfahrensschritt A über die Leitung 26 das Befüllen des freien Packungsvolumens P mit einem Gas G zum Schaffen einer gewünschten Atmosphäre statt.
  • Während des Befüllens gemäß Schritt A findet gemäß dem Verfahrensschritt B eine Druckerfassung mittels der Sensorik 12 innerhalb des Packungsvolumens P statt. Dadurch lässt sich ein zeitabhängiger Druckverlauf 27 für den innerhalb des Packungsvolumens P anliegenden Druck PIST zwischen einem Ausgangsdruck P1 bis hin zu einem vorbestimmten Begasungsdruck P2 erfassen. Hierbei kann die Steuereinheit 11 dazu konfiguriert sein, lediglich einen Abschnitt des Druckverlaufs 27 für das weitere Verfahren zu berücksichtigen.
  • Gemäß Fig. 4 handelt es sich bei dem im Verfahrensschritt B erfassten Druckverlauf 27 um eine lineare Druckkurve KIST.
  • Gemäß dem weiteren Verfahrensschritt C findet ein Vergleich VG des erfassten Druckverlaufs 27 mit einem Referenzdruckverlauf 28 statt. Den Referenzdruckverlauf 28 ruft die Steuereinheit 11 für den Vergleich VG aus dem Speicher 17 ab. Die Steuereinheit 11 kann dazu ausgebildet sein, hinsichtlich mindestens eines an der Verpackungsmaschine 1, insbesondere an der Siegelstation 3, für den Herstellungsprozess vorbestimmten Prozessparameter aus einer Vielzahl von auf dem Speicher 17 bereitgestellten Referenzdruckverläufen 28 einen passenden Referenzdruckverlauf 28 aufzurufen. Gemäß dem Referenzdruckverlauf 28 wird eine zeitabhängige Referenzdrucckurve KREF dargestellt, welche sich insbesondere beim Begasen von für den Herstellungsprozess eingesetzten Leerverpackungen LV einstellen würde. Zur Durchführung eines aussagekräftigen Vergleichs sowie einer zweckmäßigen Herleitung des Füllgrads 22 ist es vorteilhaft für die jeweiligen Druckverläufe 27, 28 einen gleichen Volumenstrom anzunehmen.
  • Nach Durchführen des Verfahrensschritts C, also nach dem Vergleich der jeweiligen Gradienten des Druckverlaufs 27 sowie des Referenzdruckverlaufs 28, wird gemäß dem optionalen, daran anschließenden Verfahrensschritt D der Füllgrad 22 und/oder der Volumenstrom V bestimmt. Dies basiert insbesondere auf den jeweiligen für den Druckverlauf 27 sowie für den Referenzdruckverlauf 28 verstrichenen Zeitabschnitte t und t*, anhand des Packungsvolumens P und der jeweiligen Druckniveaus P1, P2.
  • Der berechnete Füllgrad 22 und/oder Volumenstrom V können in einem weiteren Verfahrensschritt E von der Steuereinheit 11 zur Berechnung mindestens eines Prozessparameters PP verwendet werden. Beispielsweise berechnet die Steuereinheit 11 einen Offsetdruck POFF, eine Gasgeschwindigkeit VGAS, einen Ventileinstellwert x und/oder triggert darauf basierend eine Fehlfunktionsanzeige y. Vorstellbar ist es aber auch, dass sich der Prozessparameter direkt anhand des Vergleichs zwischen dem erfassten Druckverlauf (27) und dem Referenzdruckverlauf (27) einstellen lässt.
  • Anhand des Offsetdrucks POFF kann die Steuereinheit 11 angesichts eines gewünschten Begasungssolldrucks PSOLL fertig hergestellter Verpackungen V einen Druck PRED berechnen, bis zu dessen Erreichen der Befüllvorgang A gesteuert wird. Schematisch wird dies in Figur 4 mittels der Strichlinie EZ dargestellt.
  • Das erfindungsgemäße Prinzip lässt sich hervorragend bei einer prozessgesteuerten Verpackungsmaschine anwenden, bei welcher jeweilige Arbeitsvorgänge messsignalbasiert ablaufen, so dass in Summe betrachtet sowohl optimale Prozesszeiten als auch qualitativ hochwertigere Produkte herstellbar sind.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Siegelstation (3) einer Verpackungsmaschine (1) zum Herstellen von Verpackungen (V) mit einer zueinander zumindest im Wesentlichen ähnlichen Packungsoptik bei gegebenenfalls variierenden Füllgraden (22), umfassend die folgenden Schritte:
    • Befüllen (A) eines zwischen einem unteren und einem oberen Verpackungsmaterial (8, 10) eingeschlossenen, freien Packungsvolumens (P) mindestens einer innerhalb der Siegelstation (3) positionierten Verpackung (V) mit einem zur Schaffung einer gewünschten Atmosphäre bestimmten Gas (G) von einem im Packungsvolumen (P) herrschenden Ausgangsdruck (P1) auf einen vorbestimmten Begasungsdruck (P2),
    • Erfassen (B) eines Druckverlaufs (27) zumindest temporär während des Befüllens (A) des Packungsvolumens (P) mittels mindestens einer damit verbundenen druckerfassenden Sensorik (12), wobei der Druckverlauf (27) vorzugsweise anhand einer zeitabhängigen Druckkurve (KIST) zwischen dem Ausgangsdruck (P1) bis hin zu dem vorbestimmten Begasungsdruck (P2) erfasst wird,
    • Vergleichen (C) des erfassten Druckverlaufs (27) mit einem Referenzdruckverlauf (28), der vorzugsweise anhand einer seinerseits zeitabhängigen Druckkurve (KREF) für ein Befüllen eines bekannten freien Referenzpackungsvolumens (PREF) mindestens einer innerhalb der Siegelstation (3) positionierten, insbesondere leeren Referenzverpackung (VREF) mit dem Gas (G) zwischen dem Ausgangsdruck (P1) bis hin zu dem vorbestimmten Begasungsdruck (P2) erfasst wird, und
    • Einstellen (E) mindestens eines Prozessparameters (PP) an der Verpackungsmaschine (1) unter Berücksichtigung des Vergleichs des erfassten Druckverlaufs (27) mit dem Referenzdruckverlauf (28).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des Prozessparameters (PP) in Echtzeit pro Maschinentakt durchgeführt wird und darauf basierend eine automatisierte Anpassung des Prozessparameters (PP) durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter (PP) ein Offsetdruck (POFF) ist, der beim und/oder bei mindestens einem anschließenden Befüllvorgang (A) verwendet wird, um das Packungsvolumen (P) lediglich mit Gas (G) bis zum Erreichen eines Drucks (PRED) zu befüllen, der sich aus einem Begasungssolldruck (PSOLL) für fertig hergestellte Verpackungen (V) abzüglich des berechneten Offsetdrucks (POFF) ergibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des Offsetdrucks (POFF) das Boyle-Mariotte-Gesetz unter Berücksichtigung eines durch einen Siegelhub (H) verdrängten Teilvolumens (V2) des Packungsvolumens (P) und eines angesichts des berechneten Füllgrads (22) bestimmbaren freien Packungsvolumens (V1) einschließlich des darin herzustellenden Begasungssolldrucks (PSOLL) fertig hergestellter Verpackungen (V) verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter (PP) eine Gasgeschwindigkeit (VGAS) ist, die an jeweiligen zum Befüllen des Packungsvolumens (P) ausgebildeten Gasstiften (29) erreicht wird.
  6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter (PP) ein Ventileinstellwert (x) ist, der einen Evakuierungs- und/oder den Begasungsvorgang beeinflusst.
  7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter (PP) eine Fehlfunktionsanzeige (y) an der Verpackungsmaschine (1) triggert.
  8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Packungsvolumen (P) mit einem Auffangvolumen (AV) bekannter Größe verbunden wird und basierend auf einem erfassten Druckausgleich das freie Packungsvolumen (P) berechnet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter (PP) fortlaufend angesichts gemittelter Werte des Füllgrads (22) und/oder des Volumenstroms (V) eingestellt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Gas (G) befüllte Packungsvolumen (P) derart gebildet wird, dass während des Siegelhubs (H) ein Druckausgleich zwischen mehreren innerhalb der Siegelstation (3) positionierten Verpackungen (V) stattfindet.
  11. Verpackungsmaschine (1) zum Herstellen von Verpackungen (V) mit einer zueinander zumindest im Wesentlichen ähnlichen Packungsoptik bei gegebenenfalls variierenden Füllgraden (22), umfassend eine Siegelstation (3) und eine Steuereinheit (11), die funktional mit einer an der Siegelstation (3) ausgebildeten Sensorik (12) zum Erfassen eines Drucks (PIST) eines innerhalb der Siegelstation (3) bereitgestellten Packungsvolumens (P) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) dazu konfiguriert ist, einen Vergleich (C) eines zeitabhängigen, zumindest temporär während eines Befüllens (A) des innerhalb der Siegelstation (3) eingeschlossenen Packungsvolumens (P) zwischen vorbestimmten Druckniveaus (P1, P2) erfassten Druckverlaufs (27) mit einem zeitabhängigen, zwischen den vorbestimmten Druckniveaus (P1, P1) in der Steuereinheit (11) hinterlegten Referenzdruckverlauf (28) für das Befüllen (A) eines bekannten Referenzvolumens (VREF) durchzuführen, wobei die Steuereinheit (11) ferner dazu ausgebildet ist, mindestens einen Prozessparameter (PP) an der Verpackungsmaschine (1) unter Berücksichtigung des Vergleichs des erfassten Druckverlaufs (27) mit dem Referenzdruckverlauf (28) einzustellen.
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