EP3619529A1 - Gaskonzentrationsmessung mit einer temperaturkompensation - Google Patents

Gaskonzentrationsmessung mit einer temperaturkompensation

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EP3619529A1
EP3619529A1 EP18722495.1A EP18722495A EP3619529A1 EP 3619529 A1 EP3619529 A1 EP 3619529A1 EP 18722495 A EP18722495 A EP 18722495A EP 3619529 A1 EP3619529 A1 EP 3619529A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
packaging
temperature
determined
gas concentration
film
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18722495.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Steffen
Roland JAINDL
Johannes KROTTMAIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEA Food Solutions Germany GmbH
Original Assignee
GEA Food Solutions Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GEA Food Solutions Germany GmbH filed Critical GEA Food Solutions Germany GmbH
Publication of EP3619529A1 publication Critical patent/EP3619529A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G—PHYSICS
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    • G01N33/02—Food

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring the concentration of a gas component in the atmosphere of a packaging, which is made of a plastic film and / or paper foil / cardboard and / or metal foil or combinations thereof and which on the atmosphere-facing side of the plastic film a
  • Food packaging increases the shelf life of foods, but only if they are dense and / or if the atmosphere in the packaging is a specific one
  • Has composition especially when the oxygen concentration in the atmosphere of the packaging is below a certain value.
  • Methods for determining the oxygen concentration are known from the prior art, for example WO 2015172166 A1, but they are either comparatively inaccurate and / or slow or time-consuming because they are, for example, that for rapid
  • Packaging processes use relatively slow methods of detecting the intensity or in which the packaging must be damaged
  • the object is achieved with a method for measuring the gas concentration in the atmosphere of a package, preferably made of a plastic film and / or
  • Paper foil / cardboard and / or metal foil or combinations thereof is made and on the atmosphere-facing side of the packaging material, in particular the plastic film, a Gaskonzentrationsindikatorsubstanz, wherein the
  • Gaskonzentrations Indicator substance is irradiated with an electromagnetic radiation having a certain wavelength, which then emits light having a preferably different wavelength and the gas concentration is determined by the decay curve of the emitted light.
  • the present invention relates to a method for measuring the gas concentration in the atmosphere of a package.
  • the packaging has a packaged goods, in particular a food or other sensitive, for example, sterile packaged goods.
  • the packaging consists of one or more plastic film (s) and / or paper foil / cardboard and / or metal foil or combinations thereof, which may also be multi-layered and consisting of different materials, or extruded or cast.
  • the packaging preferably has a particularly deep-drawn packaging tray, which is filled with the packaged goods and then closed with a lid, in particular a cover film.
  • the lidding foil is sealed to the packaging tray.
  • a gas exchange is preferably carried out in the packaging trough. For this purpose, the air is first sucked in the packaging tray and thereby a
  • Replacement gas in particular an inert gas, for example, CO2 and / or N2 in the
  • Packaging trough initiated and thereby the oxygen concentration in the
  • Packaging tray lowered, which increases, for example, the shelf life of the packaged food. But it is also possible to flush the atmosphere located in the packaging cavity with the replacement gas from the packaging, so the atmosphere in the packaging tray without prior generation of a negative pressure in the
  • the gas exchange / negative pressure can take place in and / or before the sealing station and / or before or preferably after filling the packaging tray with packaged goods.
  • the concentration of a gas component in the atmosphere in the package is measured. For that, the
  • Packaging on the inside, i. the atmosphere of the packaging in the side facing the plastic film on a Gaskonzentrationsindikatorsubstanz, which is preferably provided punctiform.
  • a gas concentration indicator substance in the sense of the present invention has a substance in which a chemical and / or physical property changes with the concentration of a gas, for example oxygen.
  • the wavelength of the light that emits the gas concentration indicator substance changes
  • Gas concentration indicator substance excited with green light and emitting red light.
  • the concentration of the component to be measured is the
  • Atmosphere in the packaging determined on the basis of the decay curve of the emitted light.
  • the gas concentration indicator substance is preferably pulsed, excited and then the intensity of the emitted light is measured.
  • TAU is determined at several, in particular three different, known concentrations of the substance to be measured and from this an equation:
  • At least one temperature measurement in the region of the packaging is preferably taken into account during the measurement. This can cause measurement errors due to
  • Temperature differences between the current measurement and the calibration result can be avoided.
  • the temperature of the plastic film on which the gas concentration indicator substance is located is measured.
  • the temperature correction preferably at least one, preferably a plurality of temperature correction parameters is taken into account. Most preferably, the correction is based on the Falselight model.
  • the temperature correction parameter (s) for a packaging film type is / are determined respectively.
  • a type of film is, for example, a PE, a PP or an APET film.
  • the TAU value (s) and / or the temperature correction parameter (s) are determined for a particular gas concentration indicator substance.
  • the TAU values and / or the temperature correction parameter (s) are / is stored in the memory of a computer unit of a packaging machine. When a slide is changed, the required values can then be retrieved from the memory. The conversion of the currently measured TAU value into a concentration, in particular an oxygen concentration, then takes place in this computer unit.
  • the packaging machine is preferably controlled and / or regulated by the computer unit, in particular on the basis of the measured TAU value.
  • at least one specific temperature correction parameter is determined on the basis of the currently used packaging film. When a film change even within a particular genre, the properties of the currently used film can be taken into account.
  • FIG. 1 shows the packaging machine according to the invention
  • FIG. 2 shows a typical decay curve
  • FIG. 3 shows typical measured values at different C concentrations.
  • FIG. 4 shows the influence of the gas content on TAU, here the C content
  • FIG. 5 shows a possible embodiment of a temperature measurement
  • FIG. 6 shows the influence of the temperature on the decay curve at constant
  • FIG. 7 shows the temperature dependence of TAU
  • FIG. 8 shows the temperature dependence of the calibration parameters ⁇ , KSV, f
  • FIG. 1 shows a packaging machine 1 which has a thermoforming station 2, a filling station 7 and a sealing station 15.
  • a plastic film web 8 the so-called
  • Sub-web is withdrawn from a supply roll and, preferably cyclically transported along the packaging machine according to the invention here from right to left.
  • the film web is transported on by one format length.
  • the packaging machine has two transport means (not shown), in the present case in each case two endless chains, which are arranged to the right and left of the film web.
  • Each endless chain has holding means, each with an edge of the Film web interact. Both at the beginning and at the end of the
  • Packaging machine is provided for each chain in each case at least one gear around which the respective chain is deflected. At least one of these gears is driven.
  • the gears in the inlet region 19 and / or in the outlet region may be connected to one another, preferably by a rigid shaft.
  • Each means of transport has a multiplicity of clamping means which grasp the lower film web 8 in the inlet region in a clamping manner and transmit the movement of the transport means to the lower film web 8.
  • the clamping connection between the transport and the lower film web is released again.
  • the thermoforming station 2 which has an upper tool 3 and a lower tool 4, which has the shape of the packaging tray to be produced, the packaging trays 6 are formed in the lower film web 8.
  • the lower tool 4 is arranged on a lifting table 5, which, as symbolized by the double arrow, is vertically adjustable. Before each film feed, the lower tool 4 is lowered and then raised again. In the further course of the packaging machine, the packaging trays are then filled in the filling station 7 with the packaged goods 16.
  • the subsequent sealing station 15 which also consists of an upper tool 12 and a vertically adjustable lower tool 1 1, an upper film web is sealed to the packaging tray. Also in the sealing station, the upper tool and / or the lower tool are lowered or raised before and after each film transport.
  • the upper film web 14 may be deep-drawn and / or guided in means of transport or transported by transport chains, these means of transport then extending only from the sealing station and possibly downstream.
  • a gas exchange for example, to reduce the oxygen content of the atmosphere in the package.
  • the cutting tool 18 can also be lifted or lowered in the present case with a lifting device 9.
  • the skilled artisan will recognize that preferably several packaging trays are deep-drawn, filled and closed at one cycle.
  • the packaging machine has at least one measuring device, for example a sensor 13, which reads out a gas concentration indicator substance point inside the packaging and thereby determines the concentration, for example the oxygen concentration in the packaging
  • the packaging machine can also have a printing station, with the
  • Packaging is temporarily put under pressure and if the packaging is leaking breathes and / or changes their deformation or recovery behavior.
  • Figure 2 shows a typical decay curve of the light emission of a gas concentration indicator substance excited with a light pulse, which in the present case has fluorophore.
  • the fluorophore in the gas concentration indicator substance then emits red light, the intensity of which decays over time, by means of an excitation with preferably green light. This light is received by the sensor, with the
  • Intensity change of this light is subject to an exponential decay curve.
  • the rate of this decay - the lifetime - of the red light is used to calculate the 02 concentration. For this, the life of the
  • TAU cooldown TAU of the intensity of the fluorescent light, here the red light, measured.
  • TAU is defined as the time after which the intensity has dropped to the value 1 / e.
  • the size TAU is the primary measurement result and is a measure of the 02 concentration.
  • FIG. 3 shows the decay curves according to FIG. 2 for five different gas concentrations, here oxygen concentrations. From these curves, the curve shown in Figure 4 can be generated, with the skilled artisan will recognize that other measured values have been used for the curve of Figure 4. For this curve, a function can be determined, which is then deposited, for example, in the computer of a packaging machine and based on which from a measured TAU value, the gas concentration, here the
  • Oxygen concentration in the packaging can be determined.
  • the measured values can be film-specific, for. B. the light transmission through the film can be influenced by the optical properties of the film, and then have to be determined for different film types.
  • the following figures relate to the temperature compensation. It has surprisingly been found that the decay curves, as shown in FIG. 6, are a function of the temperature of the gas concentration indicator substance and that this is to be considered when determining a gas concentration in the atmosphere of a packaging. Therefore, a preferably to be used measuring arrangement is shown in FIG. This has one or more sensors, which record on the one hand, the decay curve of the emitted light to calculate from TAU and the other one
  • Temperature sensor here has an infrared sensor to the temperature of the
  • Gas concentration indicator substance has the same temperature.
  • the curve shown in FIG. 7 can be derived for a specific concentration of the component to be determined, which can be correlated with the function shown.
  • the calibration parameters are preferably determined for each slide.
  • T TAU and is measured
  • TAU 0 To is TAU 0 and is a calibration parameter
  • KSV is curvature parameter at mean 02 concentrations
  • FIG. 8 shows the measured temperature dependence of the calibration parameters, which were determined on the basis of the formulas likewise shown.
  • FIG. 7 shows an exemplary function TAU.
  • the TAU 0 values thus determined for the film replace the values previously obtained for TAU 0, for example in a laboratory for the film.
  • Residual oxygen content and it is assumed a 02 content of 0% simplifying.
  • the calibration parameter To is calculated (its temperature dependence is represented by Toa Tob and To c ). This is taken over by the machine control for the film-specific calculation of the O2 concentration.
  • the averaged TAU values are converted into 02 values by means of the temperature-dependent parameters which are determined as described above (see FIG. 8) by the machine controller according to the Falselight model.
  • a value corrected for the temperature for the 02 concentration is determined for each sensor spot or for each package.
  • the temperature-dependent calibration parameters are determined on a test bench for each film by determining the temperature dependence at a constant O2 concentration at 3 temperatures.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Konzentration einer Gaskomponente in der Atmosphäre einer Verpackung, die aus einer Kunststofffolie gefertigt ist und die auf der der Atmosphäre zugewandten Seite der Kunststofffolie eine Gaskonzentrationsindikatorsubstanz aufweist.

Description

Gaskonzentrationsmessung mit einer Temperaturkompensation
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Konzentration einer Gaskomponente in der Atmosphäre einer Verpackung, die aus einer Kunststofffolie und/oder Papierfolie/Karton und/oder Metallfolie oder Kombinationen davon gefertigt ist und die auf der der Atmosphäre zugewandten Seite der Kunststofffolie eine
Gaskonzentrationsindikatorsubstanz aufweist.
Lebensmittelverpackungen erhöhen die Haltbarkeit von Lebensmitteln, aber nur, wenn sie dicht sind und/oder wenn die Atmosphäre in der Verpackung eine bestimmte
Zusammensetzung aufweist, insbesondere wenn sich die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre der Verpackung unterhalb eines bestimmten Wertes befindet. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration bekannt, beispielsweise die WO 2015172166 A1 , die aber entweder vergleichsweise ungenau und/oder langsam bzw. zeitaufwendig sind, weil sie beispielsweise das für schnelle
Verpackungsprozesse verhältnismäßig langsame Verfahren des Detektierens der Intensität verwenden, oder bei denen die Verpackung beschädigt werden muss
Es besteht deshalb die Aufgabe ein Verfahren zur Messung der Gaskonzentration der Atmosphäre einer Verpackung zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Messung der Gaskonzentration in der Atmosphäre einer Verpackung, die vorzugsweise aus einer Kunststofffolie und/oder
Papierfolie/Karton und/oder Metallfolie oder Kombinationen davon gefertigt ist und die auf der der Atmosphäre zugewandten Seite des Verpackungsmaterial, insbesondere der Kunststofffolie, eine Gaskonzentrationsindikatorsubstanz aufweist, bei dem die
Gaskonzentrationsindikatorsubstanz mit einer elektromagnetischen Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird, die dann Licht mit einer vorzugsweise anderen Wellenlänge emittiert und die Gaskonzentration anhand der Abklingkurve des emittierten Lichtes bestimmt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Gaskonzentration in der Atmosphäre einer Verpackung. Die Verpackung weist ein Verpackungsgut, insbesondere ein Lebensmittel oder ein sonstiges sensibles, beispielsweise steriles Verpackungsgut auf. Die Verpackung besteht aus einer oder mehreren Kunststofffolie(n) und/oder Papierfolie/Karton und/oder Metallfolie oder Kombinationen davon, die auch mehrlagig und aus verschiedenen Werkstoffen bestehend ausgeführt oder extrudiert oder gegossen sein kann/können. Die Verpackung weist vorzugsweise eine insbesondere tiefgezogene Verpackungsmulde auf, die mit dem Verpackungsgut befüllt und dann mit einem Deckel, insbesondere einer Deckelfolie verschlossen wird. Die Deckelfolie wird an die Verpackungsmulde gesiegelt. Vor dem Siegeln wird in der Verpackungsmulde vorzugsweise ein Gasaustausch vorgenommen. Dafür wird zunächst die Luft in der Verpackungsmulde abgesaugt und dadurch ein
Unterdruck in der Verpackungsmulde erzeugt. Danach wird vorzugsweise das
Austauschgas, insbesondere ein Inertgas, beispielsweise CO2 und/oder N2 in die
Verpackungsmulde eingeleitet und dadurch die Sauerstoffkonzentration in der
Verpackungsmulde abgesenkt, wodurch sich beispielsweise die Haltbarkeit des verpackten Lebensmittels erhöht. Es ist aber auch möglich die in der Verpackungsmulde befindliche Atmosphäre mit dem Austauschgas aus der Verpackung zu spülen, also die Atmosphäre in der Verpackungsmulde ohne vorheriges Erzeugen eines Unterdrucks in der
Verpackungsmulde zu ändern. Weiterhin ist es möglich lediglich einen Unterdruck in der Verpackung zu erzeugen und dadurch das vorhandene Gasvolumen und/oder
beispielsweise den Sauerstoffpartialdruck zu reduzieren. Der Gasaustausch/Unterdruck kann in und/oder vor der Siegelstation und/oder vor bzw. vorzugsweise nach dem Befüllen der Verpackungsmulde mit Verpackungsgut stattfinden.
Vor und/oder nachdem die Verpackung geschlossen worden ist, wird die Konzentration einer Gaskomponente in der Atmosphäre in der Verpackung gemessen. Dafür weist die
Verpackung an deren Innenseite, d.h. der der Atmosphäre in der Verpackung zugewandten Seite der Kunststofffolie eine Gaskonzentrationsindikatorsubstanz auf, die vorzugsweise punktförmig vorgesehen ist.
Eine Gaskonzentrationsindikatorsubstanz im Sinne der vorliegenden Erfindung weist eine Substanz auf, bei der sich eine chemische und/oder physikalische Eigenschaft mit der Konzentration eines Gases, beispielsweise Sauerstoff, verändert. Insbesondere ändert sich die Wellenlänge des Lichts, das die Gaskonzentrationsindikatorsubstanz emittiert im
Vergleich zu dem Licht, mit dem sie angeregt worden ist. Vorzugsweise wird die
Gaskonzentrationsindikatorsubstanz mit grünem Licht angeregt und emittiert rotes Licht.
Erfindungsgemäß wird nun die Konzentration der zu messenden Komponente der
Atmosphäre in der Verpackung anhand der Abklingkurve des emittierten Lichtes ermittelt. Dafür wird die Gaskonzentrationsindikatorsubstanz vorzugsweise impulsartig, angeregt und danach die Intensität des emittierten Lichtes gemessen. Besonders bevorzugt wird die Gaskonzentrationsindikatorsubstanz mit einer Vielzahl von Impulsen angeregt, und die Abklingkurve des jeweils emittierten Lichtes aufgenommen.
Vorzugsweise wird von der Abklingkurve die maximale Intensität und die Zeitspanne bis die emittierte Intensität auf einen Wert 1/e, wobei e die Euler-Zahl ist, gemessen. Diese Zeitspanne, im Folgenden mit„TAU" bezeichnet ist ein Maß für die Konzentration einer Komponente, insbesondere des Sauerstoffs in der Atmosphäre der Verpackung.
Vorzugsweise wird TAU bei mehreren, insbesondere drei unterschiedlichen, bekannten Konzentrationen der zu messenden Substanz ermittelt und daraus eine Gleichung:
Konzentration = f(TAU) ermittelt.
Vorzugsweise wird bei der Messung mindestens eine Temperaturmessung im Bereich der Verpackung berücksichtigt. Dadurch können Messfehler, die sich aufgrund von
Temperaturunterschieden zwischen der aktuellen Messung und der Kalibrierung ergeben, vermieden werden. Vorzugsweise wird die Temperatur der Kunststofffolie, an der sich die Gaskonzentrationsindikatorsubstanz befindet, gemessen.
Für die Temperatur-Korrektur wird vorzugsweise mindestens ein, vorzugsweise mehrere Temperatur-Korrektur-Parameter berücksichtigt. Ganz besonders bevorzugt erfolgt die Korrektur anhand des Falselight Modells.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird/werden der/die Temperatur-Korrektur-Parameter für eine Verpackungsfoliengattung jeweils bestimmt. Eine Foliengattung ist beispielsweise eine PE, eine PP oder eine APET-Folie.
Vorzugsweise wird/werden der/die TAU-Werte und/oder der/die Temperatur-Korrektur- Parameter für eine bestimmte Gaskonzentrationsindikatorsubstanz bestimmt.
Vorzugsweise wird/werden der/die TAU-Werte und/oder der/die Temperatur-Korrektur- Parameter in dem Speicher einer Computereinheit einer Verpackungsmaschine hinterlegt. Bei einem Folienwechsel können die benötigten Werte dann aus dem Speicher abgerufen werden. In dieser Computereinheit findet dann auch die Umrechnung des aktuell gemessenen TAU-Wertes in eine Konzentration, insbesondere eine Sauerstoffkonzentration statt. Vorzugsweise wird die Verpackungsmaschine von der Computereinheit gesteuert und/oder geregelt, insbesondere aufgrund des gemessenen TAU-Wertes. Vorzugsweise wird mindestens ein bestimmter Temperatur-Korrektur-Parameter anhand der aktuell verwendeten Verpackungsfolie bestimmt. Bei einem Folienwechsel auch innerhalb einer bestimmten Gattung kann den Eigenschaften der aktuell verwendeten Folie Rechnung getragen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. Die Erläuterungen gelten für alle Gegenstände der vorliegenden Erfindung gleichermaßen.
Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Verpackungsmaschine
Figur 2 zeigt eine typische Abklingkurve
Figur 3 zeigt typische Messwerte bei unterschiedlichen C -Konzentrationen.
Figur 4 zeigt den Einfluss des Gasgehalts auf TAU, hier des C -Gehalts auf
TAU
Figur 5 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Temperaturmessung
Figur 6 zeigt den Einfluss der Temperatur auf die Abklingkurve bei konstantem
Druck.
Figur 7 zeigt die Temperaturabhängigkeit von TAU
Figur 8 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Kalibrationsparameter τ, KSV, f
Figur 1 zeigt eine Verpackungsmaschine 1 , die eine Tiefziehstation 2, eine Füllstation 7 sowie eine Siegelstation 15 aufweist. Eine Kunststofffolien bahn 8, die sogenannte
Unterfolienbahn, wird von einer Vorratsrolle abgezogen und, vorzugsweise taktweise, entlang der erfindungsgemäßen Verpackungsmaschine hier von rechts nach links transportiert. Bei einem Takt wird die Folienbahn um eine Formatlänge weitertransportiert. Dafür weist die Verpackungsmaschine zwei Transportmittel (nicht dargestellt), in dem vorliegenden Fall jeweils zwei Endlosketten auf, die rechts und links von der Folienbahn angeordnet sind. Jede Endloskette weist Haltemittel auf, die jeweils mit einer Kante der Folienbahn zusammenwirken. Sowohl am Anfang als auch am Ende der
Verpackungsmaschine ist für jede Kette jeweils mindestens ein Zahnrad vorgesehen, um das die jeweilige Kette umgelenkt wird. Mindestens eines dieser Zahnräder ist angetrieben. Die Zahnräder im Einlaufbereich 19 und/oder im Auslaufbereich können miteinander, vorzugsweise durch eine starre Welle, verbunden sein. Jedes Transportmittel weist eine Vielzahl von Klemmmitteln auf, die die Unterfolienbahn 8 im Einlaufbereich klemmend ergreifen und die Bewegung des Transportmittels auf die Unterfolienbahn 8 übertragen. Im Auslaufbereich der Verpackungsmaschine wird die klemmende Verbindung zwischen dem Transportmittel und der Unterfolienbahn wieder gelöst. In der Tiefziehstation 2, die über ein Oberwerkzeug 3 und ein Unterwerkzeug 4 verfügt, das die Form der herzustellenden Verpackungsmulde aufweist, werden die Verpackungsmulden 6 in die Unterfolienbahn 8 eingeformt. Das Unterwerkzeug 4 ist auf einem Hubtisch 5 angeordnet, der, wie durch den Doppelpfeil symbolisiert wird, vertikal verstellbar ist. Vor jedem Folienvorschub wird das Unterwerkzeug 4 abgesenkt und danach wieder angehoben. Im weiteren Verlauf der Verpackungsmaschine werden die Verpackungsmulden dann in der Füllstation 7 mit dem Verpackungsgut 16 gefüllt. In der sich daran anschließenden Siegelstation 15, die ebenfalls aus einem Oberwerkzeug 12 und einem vertikal verstellbaren Unterwerkzeug 1 1 besteht, wird eine Oberfolienbahn auf die Verpackungsmulde gesiegelt. Auch in der Siegelstation werden das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug vor und nach jedem Folientransport abgesenkt bzw. angehoben. Auch die Oberfolienbahn 14 kann tiefgezogen und/oder in Transportmitteln geführt sein bzw. von Transportketten transportiert werden, wobei sich diese Transportmittel dann nur von der Siegelstation und ggf. stromabwärts erstrecken. Ansonsten gelten die Ausführungen, die zu den Transportmitteln der Unterfolienbahn gemacht wurden. In der Siegelstation findet vorzugsweise ein Gasaustausch statt, um beispielsweise den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre in der Verpackung zu reduzieren. Im weiteren Verlauf der Verpackungsmaschine werden auch die fertiggestellten Verpackungen vereinzelt, was mit dem Schneidwerkzeugen 17, 18 erfolgt. Das Schneidwerkzeug 18 ist in dem vorliegenden Fall ebenfalls mit einer Hubeinrichtung 9 anhebbar bzw. absenkbar. Der Fachmann erkennt, dass bei einem Takt vorzugsweise mehrere Verpackungsmulden tiefgezogen, befüllt und verschlossen werden.
Die Verpackungsmaschine weist zumindest ein Messgerät, beispielsweise einen Sensor 13 auf, der einen Gaskonzentrationsindikatorsubstanzpunkt innerhalb der Verpackung ausliest und dadurch die Konzentration, beispielsweise die Sauerstoffkonzentration in der
Verpackung ausliest. Die Verpackungsmaschine kann auch noch eine Druckstation aufweisen, mit der die
Verpackung temporär unter Druck gesetzt wird und sofern die Verpackung undicht ist dabei atmet und/oder sich ihr Verformungs- bzw. Rückformungsverhalten ändert. Diese
Veränderung wird in der Druckstation selbst oder mit einem stromabwärts davon
vorhandenen Sensor erfasst und ausgewertet. Die undichten„Schlechtpackungen" werden aussortiert.
Figur 2 zeigt eine typische Abklingkurve der Lichtemission einer mit einem Lichtimpuls angeregten Gaskonzentrationsindikatorsubstanz, die in dem vorliegenden Fall Fluorophor aufweist. Der Fluorophor in der Gaskonzentrationsindikatorsubstanz sendet durch eine Anregung mit vorzugsweise grünem Licht nun seinerseits rotes Licht aus, dessen Intensität mit der Zeit abklingt. Dieses Licht wird vom Sensor empfangen, wobei die
Intensitätsänderung dieses Lichtes dabei einer exponentiellen Abklingkurve unterliegt. Die Geschwindigkeit dieses Abklingens - die Lebensdauer - des roten Lichtes wird für die Berechnung der 02-Konzentration herangezogen. Dafür wird die Lebensdauer der
Emittierung als sogenannte Abklingzeit TAU der Intensität des Fluoreszenzlichts, hier des roten Lichtes, gemessen. TAU ist als jene Zeitdauer definiert, nach der die Intensität auf den Wert 1/e abgesunken ist. Die Größe TAU ist das primäre Messergebnis und ist ein Maß für die 02-Konzentration.
Figur 3 zeigt die Abklingkurven gemäß Figur 2 für fünf unterschiedliche Gaskonzentrationen, hier Sauerstoffkonzentrationen. Aus diesen Kurven kann die in Figur 4 dargestellte Kurve erzeugt werden, wobei der Fachmann erkennt, dass für die Kurve gemäß Figur 4 andere Messwerte verwandt worden sind. Für diese Kurve kann eine Funktion ermittelt werden, die dann beispielsweise in dem Computer einer Verpackungsmaschine hinterlegt wird und anhand derer aus einem gemessenen TAU-Wert die Gaskonzentration, hier die
Sauerstoffkonzentration in der Verpackung ermittelt werden kann.
Der Fachmann erkennt, dass die gemessenen Werte Folien-spezifisch sein können, z. B. der Lichtdurchgang durch die Folie von den optischen Eigenschaften der Folie beeinflusst werden kann, und dann für unterschiedliche Folientypen ermittelt werden müssen.
Die folgenden Figuren betreffen die Temperaturkompensation. Es wurde überraschend gefunden, dass die Abklingkurven wie in Figur 6 dargestellt, eine Funktion der Temperatur der Gaskonzentrationsindikatorsubstanz ist und dass diese bei der Bestimmung einer Gaskonzentration in der Atmosphäre einer Verpackung vorzugweise zu berücksichtigen ist. In Figur 5 ist deshalb eine vorzugsweise zu verwendende Messanordnung dargestellt. Diese weist einen oder mehrere Sensoren auf, die zum einen die Abklingkurve des emittierten Lichtes aufnehmen, um daraus TAU zu berechnen und zum anderen einen
Temperatursensor, hier einen Infrarot-Sensor aufweist, um die Temperatur der
Gaskonzentrationsindikatorsubstanz zu messen. Da diese Messung jedoch von der Temperatur der Folie, an der sie befestigt ist, beeinflusst wird, wird vorzugsweise die Temperatur dieser Folie gemessen und in erster Näherung angenommen, dass die
Gaskonzentrationsindikatorsubstanz dieselbe Temperatur aufweist.
Aus den in Figur 6 ermittelten Kurven kann die in Figur 7 dargestellte Kurve für eine bestimmte Konzentration der zu bestimmenden Komponente abgeleitet werden, die mit der dargestellten Funktion korreliert werden kann.
Die Temperaturkompensation von gemessenen TAU-Werten erfolgt nun wie folgt:
Es werden die Abklingkurven von mehreren, vorzugsweise bei 5 bis 7, verschiedenen Konzentrationen, insbesondere 02 Konzentrationen als Funktion der Zeit und der
Temperatur aufgenommen, also pro Temperatur z. B. sämtliche Kurven gemäß Figur 3. Und für jede Kurve wird TAU bestimmt, wonach die Temperaturabhängigkeit der TAU-Werte abgeleitet werden kann, die für die folgende Bestimmung der 02 Konzentration
herangezogen wird. Die Kalibrationsparameter werden vorzugsweise für jede Folie ermittelt.
Diese Kalibrationsparameter werden beim Folienwechsel in die Steuerung der
Verpackungsmaschine eingegeben und damit werden die hinsichtlich der Temperatur korrigierten 02 Konzentrationswerte bestimmt.
Beispielhaft ist ein Satz dieser 9 Parameter in Figur 8 dargestellt - Die Bestimmung der Gaskonzentration, hier der 02-Konzentration, erfolgt anhand des Falselight Modells, wobei 3 Parameter T, KSV, f, die 02 Abhängigkeit darstellen, die Indizierung a,b,c beschreibt die Temperaturabhängigkeit. Falselight Modell:
TQ T
[ 2I Ksy * τ + Ksv * τ0 * (f - 1)
T ist hierbei TAU und wird gemessen
To ist TAU 0 und ist ein Kalibrierungsparameter
f ist Krümmungsparameter bei hohen 02 Konzentrationen
KSV ist Krümmungsparameter bei mittleren 02 Konzentrationen
In Figur 8 ist die gemessene Temperaturabhängigkeit der Kalibrierungsparameter dargestellt, die anhand der ebenfalls dargestellten Formeln ermittelt wurden.
Beispiel der O-Punkt Justierung bei einer neuen Folienrolle
Anhand einer Kurvenanalyse wird die Temperaturabhängigkeit des Parameters TAU 0 ermittelt, mit dem die Funktion TAU bei sich reduzierenden Temperaturen beschrieben wird; in Figur 7 ist eine exemplarische Funktion TAU dargestellt. Die so für die Folie ermittelten TAU 0 Werte ersetzen die zuvor, beispielweise in einem Labor für die Folie ermittelten Werte für TAU 0. Dazu wird an der Verpackungsmaschine:
1 ) Mit der„Stufenvakuum' -Funktion in der Siegelstation wird eine Packung mit annähernd 0%-O2-Gehalt generiert; durch 3-maliges evakuieren ein und desselben Vorzugs und anschließendes rückbegasen mit 02, freiem N2 oder C02/N2 Mischung. Die so entstandene Referenzpackung (Nullpackung) hat möglichst geringen
Restsauerstoffgehalt und es wird vereinfachend ein 02 Gehalt von 0% angenommen.
2) Anfangs ist die Packung sehr warm, kühlt aber über eine eigene Abkühlkurve ab. Dabei werden viele Wertepaare von Temperatur und TAU gemessen und aufgezeichnet.
Daraus ergibt sich der genaue Verlauf der Abkühlkurve gemäß Figur 7, die die
Temperaturabhängigkeit des TAU Wertes (Abklingzeit/Lebensdauer) darstellt.
3) Daraus wird der Kalibrationsparameter To berechnet (dessen Temperaturabhängigkeit wird über Toa Tob und Toc dargestellt). Dieser wird zur folienspezifischen Berechnung der O2 Konzentration durch die Maschinensteuerung übernommen.
4) Nun werden reale Verpackungen produziert und - quasi gleichzeitig die Intensität als Funktion der Zeit und die Temperatur gemessen (ca. 10 mal), daraus werden TAU Werte bestimmt und die gemittelten TAU Werte und der Temperaturwert an die
Maschinensteuerung übermittelt.
5) Die gemittelten TAU Werte werden mit Hilfe der temperaturabhängigen Parameter, die wie oben beschreiben ermittelt werden, (siehe Figur 8) von der Maschinensteuerung nach dem Falselight Modell in 02 Werte umgerechnet.
So wird für jeden Sensorspot bzw. für jede Packung ein hinsichtlich der Temperatur korrigierter Wert für die 02 Konzentration ermittelt.
Beispiel zu Ablauf der Temperaturkompensation:
1 ) Die temperaturabhängigen Kalibrationsparameter werden auf einem Prüfstand für jede Folie bestimmt, indem die Temperaturabhängigkeit bei konstanter 02 Konzentration bei 3 Temperaturen bestimmt wird.
2) Aus den so gewonnenen Daten wird die Temperaturabhängigkeit der
Kalibrationsparameter TAUO, KSV und f bestimmt.
Beispiel zu Ablauf der O-Punkt Justierung:
1 ) An der Verpackungsmaschine werden Nullpackungen erzeugt.
2) Die Temperatur der Folie wird vereinfachend der Temperatur des Sensorspots
gleichgesetzt, beträgt z.B. im Moment der ersten Messung 42°C.
3) Es werden die TAU Werte als Funktion der Temperatur ermittelt, daraus wird der
Kalibrationsparameter TAU 0 berechnet.
4) Die Messdaten ergeben z.B. die Werte für TAU = 65 und T=42°C.
5) Aus der vorangegangenen Kurvenanalyse ergaben sich die drei Kalibrationsparameter TAU 0 = 67, KSV = 0,25 und f = 0,75
02 =(67-65)/(0,25*65+0,25*67*(0,75-1 )) = 0,185 % Bezugszeichenliste:
1 Verpackungsmaschine
2 Tiefziehstation
3 Oberwerkzeug der Tiefziehstation
4 Unterwerkzeug der Tiefziehstation
5 Hubtisch, Träger eines Werkzeugs der Siegel-, Tiefziehstation und/oder der Schneideinrichtung
6 Verpackungsmulde
7 Füllstation
8 Unterfolienbahn
9 Hubeinrichtung
10 fertiggestellte Verpackung
1 1 Unterwerkzeug der Siegelstation
12 Oberwerkzeug der Siegelstation
13 Sensor, Sauerstoffsensor
14 Oberfolie
15 Siegelstation
16 Verpackungsgut
17 Längsschneider
18 Querschneider
19 Einlaufbereich

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Messung der Konzentration einer Gaskomponente in der Atmosphäre einer Verpackung, die vorzugsweise aus einer Kunststofffolie gefertigt ist und die auf der der Atmosphäre zugewandten Seite des Verpackungsmaterials, insbesondere der Kunststofffolie, eine Gaskonzentrationsindikatorsubstanz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskonzentrationsindikatorsubstanz mit einer
elektromagnetischen Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird, die dann Licht mit einer vorzugsweise anderen Wellenlänge emittiert und die
Gaskonzentration anhand der Abklingkurve des emittierten Lichtes bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messung
mindestens eine Temperaturmessung im Bereich der Verpackung berücksichtigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der
Kunststofffolie, an der sich die Gaskonzentrationsindikatorsubstanz befindet, gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, mindestens ein, vorzugsweise mehrere Temperatur-Korrektur-Parameter berücksichtigt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur anhand des Falselight Modells erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass
der/die Temperatur-Korrektur-Parameter für eine Verpackungsfoliengattung jeweils bestimmt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Temperatur-Korrektur-Parameter für eine bestimmte
Gaskonzentrationsindikatorsubstanz bestimmt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Temperatur-Korrektur-Parameter in dem Speicher einer Computereinheit einer Verpackungsmaschine hinterlegt ist/sind.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein bestimmter Temperatur-Korrektur-Parameter an der aktuell verwendeten Verpackungsfolie bestimmt werden.
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