NO319523B1 - Pakkemaskin for kontinuerlig fremstilling av forseglede pakker med et hellbart matvareprodukt - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en pakkemaskin for kontinuerlig fremstilling av forseglede pakker med et hel I bart matvareprodukt fra et rør av varmeforseglbart emballasjelaminatmaterial, som angitt i innledningen til vedføyde patentkrav 1.

Mange hellbare matvareprodukter, slik som fruktsaft (juice), høypasteurisert melk (UHT milk), vin, tomatsaus, osv. selges i pakninger fremstilt fra sterilisert emballasjematerial.

Et typisk eksempel på en slik innpakning er den parallellepipedformede pakke for flytende eller hellbare matvareprodukter, som er kjent under handelsbetegnelsene Tetra Brik eller Tetra Brik Aseptic, som tilformes ved å folde og forsegle laminert, strimmei-formet emballasjematerial. Emballasjematerialet har en flerlagsstruktur som omfatter et lag av fibrøst material, f.eks. papir, som på begge sider er tildekket med lag av varmeforseglbart plastmaterial, f.eks. polyetylen, og i tilfellet av aseptiske pakker for produkter beregnet på langtidslagring, slik som høypasteurisert melk, omfatter det også et lag av barrierematerial som f.eks. utgjøres av en aluminiumfilm som er lagt oppå et lag av varmeforseglbart plastmaterial og som i sin tur er tildekket med et annet lag av varmeforseglbart plastmaterial som til sist utgjør innsiden av pakken som inneholder matvareproduktet.

Som kjent fremstilles sådanne pakker ved hjelp av helautomatiske pakkeenheter hvor et kontinuerlig rør (eller en tube) tilformes fra emballasjematerialet som tilføres i form av en strimmel, hvor emballasjematerialstrimmelen steriliseres i selve pakkeutstyret ved f.eks.

å bli tilført et kjemisk steriliserende middel, slik som en hydrogenperoksydoppløsning, som etter steriliseringen fjernes, f.eks. fordampes ved oppvarming, fra overflaten av emballasjematerialet, og hvor den således steriliserte emballasjematerialstrimmel holdes i et lukket sterilt miljø for å foldes og forsegles i lengderetningen til formen av et rør.

Røret fylles med det steriliserte eller sterilt behandlede matvareprodukt og forsegles og skjæres over med jevne mellomrom for å danne puteformede pakker som så brettes mekanisk for å danne de ferdige, f.eks. hovedsakelig parallellepipedformede, pakker.

Nærmere bestemt mates matvareproduktet fra en vanlig lagringstank inn i røret av emballasjematerial langs en fyllekanal som strekker seg inn i røret av emballasjematerial og som har en strømningsregulerende magnetventil.

For å sikre et hovedsakelig konstant nivå på matvareproduktet inne i røret av emballasjematerial under tilformingen av pakkene, er kjente pakkemaskiner også vanligvis utstyrt med nivåopprettholdende anordninger som omfatter en nivåføler for å bestemme nivået av matvareproduktet inne i røret og en styreanordning for å styre den strømnings-regulerende magnetventil og som arbeider på grunnlag av et signal fra nivåføleren.

Tallrike typer nivåfølere er kjent. Noen har en flottør plassert inne i røret av emballasjematerial og hvis stilling bestemmes enten ved hjelp av mekaniske anordninger som også befinner seg inne i emballasjematerialrøret eller ved hjelp av følere av Hall-effekt-type plassert på utsiden av emballasjematerialrøret og som påviser nærværet av magnetiske elementer som bæres av flottøren.

En annen type har en ledende stav som er delvis nedsenket i matvareproduktet inne i røret av emballasjematerial og hvis utildekkede ende er forbundet med en elektrisk krets plassert utenfor røret og som også fyllekanalen er forbundet med. Med denne løsning kobler matvareproduktet, som er ledende, det nedsenkede parti av staven elektrisk til fyllekanalen, som således blir koblet i serie med den elektriske krets som disse er forbundet med, og siden stavens faktiske motstand og derved verdien av de elektriske størrelser i kretsen, slik som strømstyrken, avhenger av matvareproduktets nivå inne i emballasjematerialrøret, bestemmes derfor dette nivå på grunnlag av verdiene av nevnte elektriske størrelser.

I f.eks. US-patent nr. 4 675 660 i navnet TETRA DEV-CO Consorzio de Studio e Ricerca Industriate beskrives en annen type nivåføler som arbeider etter prinsippet med å skape energibølger inne i fyllekanalen ved å bruke en transduser plassert inne i emballasje-materialrøret og i kontakt med fyllekanalen. Energibølgene overføres til matvareproduktet inne i emballasjematerialrøret og kan derfor påvises, for så å bli konvertert for å angi nivået av matvareproduktet inne i røret av emballasjematerial.

En felles ulempe for alie nivåefølerene beskrevet ovenfor er anvendelsen av komponenter, slik som flottører, mekaniske anordninger, staver og transdusere, plassert inne i røret av emballasjematerial og som kommer i kontakt med det matvareprodukt som skal pakkes og derfor fordrer regelmessig grundig rengjøring for å sikre strengt hygieniske pakkebetingelser.

På grunn av formen og plasseringen av komponentene inne i røret av emballasjematerial er dessuten rengjøringsoperasjonen i virkeligheten ofte en tidkrevende og omhyggelig arbeidsoppgave.

EP-patent nr. 0 681 961 i foreliggende patentsøkers navn, beskriver en nivåføler kon-struert for å eliminere den foran nevnte ulempe som typisk er knyttet til nivåfølere av den ovenfor beskrevne type.

Vedkommende nivåføler arbeider etter prinsippet med å bestemme nivået av matvareproduktet inne i røret av emballasjematerial ved å utnytte en temperaturpåvisende anord-ning plassert utenfor emballasjematerialrøret og som omfatter en rekke temperaturfølere plassert etter hverandre langs røret, og hvor nivået av matvareproduktet inne i emballa-sjematerialrøret bestemmes på grunnlag av forholdet mellom det antall temperaturfølere som påviser en overflatetemperatur på røret som er påvirket av matvareproduktet og det antall temperaturfølere som påviser en overflatetemperatur på røret som ikke er påvirket av matvareproduktet.

Ved å ha et stort antall temperaturfølere er imidlertid nivåføleren beskrevet i det ovenfor nevnte patent forholdsvis komplisert både å fremstille og med hensyn til utregninger, ved at den fordrer en mer eller mindre kompleks behandling av de forskjellige temperatur-følersignaler.

Ved å bruke nivåføleren ovenfor blir dessuten den strømningsregulerende magnetventil ikke styrt i sann tid, men med en viss forsinkelse som henger sammen med det rørform-r

ede emballasjematerials termiske treghet. Dette betyr at siden emballasjematerialets iboende termiske treghet er forskjellige fra null, kan virkningen av en variasjon i matvareproduktets nivå på rørets temperatur, i motsetning til å bli bestemt i sann tid ved hjelp av temperaturfølerene, bare bestemmes en viss tid etter det tidspunkt hvor den skjer, hvilket uunngåelig også påvirker styringen av den strømningsregulerende magnetventil og derved av matvareproduktets nivå.

Det er et formål for foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en pakkemaskin som har en nivåføler plassert utenfor røret av emballasjematerial, som er enkel og billig å produsere, og som sørger for påvisning i sann tid av variasjoner i matvareproduktets nivå.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en pakkemaskin for kontinuerlig fremstilling av forseglede pakker med et hellbart matvareprodukt fra et rør av varmeforseglbart emballasjelaminatmaterial som mates langs en vertikal bane og fylles kontinuerlig med nevnte matvareprodukt ved hjelp av en fyllekanal som strekker seg inn i nevnte rør, idet pakkemaskinen omfatter nivåfølerutstyr som avgir et nivåsignal som angir nivået av matvareproduktet inne i røret.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, fra f.eks. SE-patent nr. 456 155 og NO-patent nr. 304 145, har da pakkemaskinen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at nevnte nivåfølerutstyr har kapasitivt nivåfølerutstyr som omfatter et kapasitivt element med plater som utgjøres av nevnte fyllekanal og et plateelement fremstilt fra ledende material og plassert på utsiden av røret i en stilling som vender mot fyllekanalen, og som har en kapasitans som står i forhold til mengden av matvareprodukt mellom nevnte plater.

En foretrukket, ikke-begrensende utførelse av foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives som et eksempel med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 viser en perspektivskisse av en kjent pakkemaskin for fremstilling av aseptiske, forseglede pakker med hellbare matvareprodukter fra et rørformet emballasjematerial, og hvor noen komponenter er fjernet av hensyn til klarheten,

fig. 2 skjematisk viser en nivåføler i henhold til foreliggende oppfinnelse og det parti av

pakkemaskinen i fig. 1 hvor nivåføleren er plassert, og

fig. 3 viser forsiden av et ledende plateelement som utgjør en del av nivåføleren vist i

fig. 2.

Tallet 1 i fig. 1 angir som et hele, en pakkemaskin for fremstilling av avtettede pakker 2 med et hellbart matvareprodukt, slik som pasteurisert eller høypasteurisert melk, frukt-safter (juice), vin, osv. fra et emballasjematerialrør 4.

Emballasjematerialet har en flerlagsstruktur (ikke vist) og omfatter et lag fibrøst material, vanligvis papir, som på begge sider er tildekket med hvert sitt lag av varmeforseglbart plastmaterial, f.eks. polyetylen.

Røret 4 tilformes på kjent måte som derfor ikke blir beskrevet i detalj, ved i lengderetningen å folde og forsegle en strimmel 6 av det varmeforseglbare laminatmaterial som skal fylles med det steriliserte eller sterilt behandlede matvareprodukt ved hjelp av en fyllekanal 8 som strekker seg på innsiden av røret 4 og som har en strømningsreguler-ende magnetventil 10, for så å mates av kjente anordninger langs en vertikal bane A til en tilformende stasjon 12, hvor det kuttes tvers over og brettes mekanisk for å danne pakker 2.

Pakkemaskinen 1 har også en kapasitiv nivåføler 14 som befinner seg utenfor røret 4 og er slik plassert at et endeparti vender mot fyllekanalen 8 på et sted oppstrøms for den tilformende stasjon 12 og som understøttes i denne stilling ved hjelp av en arm (ikke vist).

Fig. 2 viser detaljer ved nivåfølerens kretsstruktur, hvor alle deler som er felles med fig.

1 er angitt ved bruk av de samme henvisningstall.

Som vist i fig. 2 omfatter nivåføleren 14 et plateelement 20 fremstilt fra elektrisk ledende material og plassert utenfor røret 4 mens et parti vender mot fyllekanalen 8 for sammen med fyllekanalen 8 å utgjøre et kapasitivt element vist ved hjelp av en stiplet linje og angitt ved tallet 22 i fig. 2, hvis kapasitans ikke bare avhenger av de geometriske dimensjoner av plateelementet 20 og avstanden mellom plateelementet 20 og fyllekanalen 8, men også av det dielektrtkum som befinner seg mellom dets plater, og derfor blant annet også mengden av matvareprodukt mellom platene.

Plateelementet 20 er fortrinnsvis fremstilt fra messing og plassert omtrent 2 mm fra røret 4, idet det har form av en langstrakt, hovedsakelig rektangulær strimmel på 18 x 2 cm.

Nivåføleren 14 omfatter også en påvisende krets 24 forbundet med det kapasitive element 22 for å påvise kapasitansen.

Nærmere bestemt omfatter den påvisende krets 24 en kvartsoscillator 26 for på en utgangsklemme å generere et periodisk, typisk sinusformet, klokkesignal CK med en frekvens på 1 MHz og med en forutbestemt amplitude mellom toppene, og en forsterker 28 med høy inngangsimpedans og som har en inngangsklemme tilkoblet utgangsklemmen for oscillatoren 26 via en motstand 29, og plateelementet 20 med en leder 30, for å motta et første periodisk mellomsignal 21 med en topp-til-topp-amplitude som, slik det senere vil bli beskrevet i detalj, står i forhold til amplituden og frekvensen av klokke-signalet CK, de geometriske dimensjoner av plateelementet 20, motstandsverdien av motstanden 29 og nærværet eller fraværet av matvareprodukt mellom plateelementet 20 og fyllekanalen 8. Forsterkeren 28 har også en utgangsklemme som med en forsterk-ningsfaktor avgir et andre mellomsignal S2 som er proposjonalt med det første mellomsignal S1.

Det kapasitive element 22 er således koblet inn mellom inngangsklemmen for forsterkeren 28 og jord (dvs. det elektriske potensial for fyllekanalen 8) og danner sammen med motstanden 29 et filternettverk 32 av RC-typen satt inn mellom utgangsklemmen for oscillatoren 29 og inngangsklemmen for forsterkeren 28, og som i hovedsak tjener som et avkoblende element for å koble plateelementet 20 bort fra resten av den nedstrøms elektriske krets og således hindre sistnevnte fra å endre egenskapene ved det filtrerende nettverk 32.

Den påvisende krets 24 har også en toppverdidetektor 34 som har en inngangsklemme forbundet med utgangsklemmen for forsterkeren 28 og som mottar det andre mellomsignal S2, samt en utgangsklemme som avgir et tredje mellomsignal S3 som angir topp-til-topp-amplituden for det andre mellomsignal S2 ved inngangen, og en forsterker 36 som har en inngangsklemme forbundet med utgangen fra toppverdidetektoren 34 og som mottar det tredje mellomsignal S3 for på en utgangsklemme å avgi et nivåsignal SL som angir nivået av matvareproduktet inne i røret 4.

Nærmere bestemt utgjør forsterkeren 36 en operasjonsforsterker som arbeider som en inverterende adderer med forskyvning og forsterkningsstyring, dvs. som inverterer det tredje mellomsignal S3 og legger en justerbar forskyvningsverdi til dette, mens nivåsignalet SL er et analogt signal som varierer kontinuerlig mellom en minste og største verdi, f.eks. mellom 0 og 10 V, og angir henholdsvis intet matvareprodukt mellom plateelementet og fyllekanalen 8 og derfor et matvareproduktnivå som befinner seg under plateelementet 20, og nærvær av en tilstrekkelig mengde matvareprodukt mellom plateelementet 20 og fyllekanalen 8 til fullstendig å fylle volumet derimellom og derfor et matvareproduktnivå som befinner seg over plateelementet 20.

Pakkemaskinen 1 har også en styrekrets 38 med en inngangsklemme forbundet med utgangsklemmen for forsterkeren 36 for å motta nivåsignalet SL, og en utgangsklemme som avgir et styresignal CT som tilføres den strømningsregulerende magnetventil 10 og som på kjent måte, som ikke beskrives i detalj, bestemmes som en funksjon av nivåsignalet for å regulere strømmen av matvareprodukt inn i røret 4 i samsvar med den informasjon som gjelder matvareproduktets nivå inne i røret 4.

Nivåføleren 14 arbeider som følger.

Ettersom nivået av matvareproduktet inne i røret 4 stiger, fylles volumet i røret 4 mellom plateelementet 20 og det tilvendte parti av fyllekanalen 8 gradvis opp, for således gradvis å øke kapasitansen av det kapasitive element 22 frembragt ved nærværet av matvareprodukt mellom dets plater.

Det vil si at økningen i matvareproduktmengde mellom platene for det kapasitive element 22 enten kan betraktes som om platene for det kapasitive element 22 blir bragt gradvis nærmere hverandre eller som nærvær av et ytterligere kapasitivt element, hvis dielektri-sitet bestemmes av matvareproduktet, i parallell med det kapasitive element 22.

Uansett hva som er tilfellet, øker kapasitansen av det kapasitive element 22 ettersom matvareproduktets nivå inne i røret 4 stiger, gradvis fra en minste verdi som inntas uten noe matvareprodukt mellom platene til en største verdi som inntas når matvareproduktet fullstendig fyller volumet i røret 4 mellom plateelementet 20 og det tilvendte parti av fyllekanalen 8, dvs. når matvareproduktets nivå er over plateelementet 20.

Siden plateelementet 20 i det viste eksempel tilføres et klokkesignal CK som har en konstant frekvens på 1 MHz, ledsages imidlertid den gradvise økning i kapasitansen hos det kapasitive element 22 med en gradvis minskning av dets kapasitive reaktans og derved en økning i avskjæringsfrekvensen til filtreringsnettverket 32.

Den gradvise økning i avskjæringsfrekvensen gir en gradvis reduksjon i topp-til-topp-amplituden for det første mellomsignal S1 ved inngangsklemmen for forsterkeren 28, slik at topp-til-topp-amplituden for det andre mellomsignal S2 ved utgangsklemmen for forsterkeren 28 avtar gradvis fra en største verdi som innstilles uten noe matvareprodukt mellom det kapasitive elements plater, til en minsteverdi som innstilles når matvareproduktet fullstendig fyller volumet av røret 4 mellom plateelementet 20 og fyllekanalen 8.

Fallet i topp-til-topp-amplituden av det andre mellomsignal S2 påvises av toppverdidetektoren 34 hvis utgangsklemme derfor avgir det tredje mellomsignal S3 med en amplitude som er henført til topp-til-topp-verdien av det andre mellomsignal S2 og således avtar gradvis ettersom matvareproduktets nivå inne i røret 4 stiger.

Det tredje mellomsignal S3 tilføres forsterkeren 36 som arbeider som en inverterende adderer med forutbestemt forskyvning og som genererer et nivåsignal hvis amplitude øker gradvis ettersom matvareproduktets nivå inne i røret 4 stiger, fra en minste verdi som innstilles uten noe matvareprodukt mellom platene for det kapasitive element 22 til en største verdi som innstilles når matvareproduktet fullstendig fyller volumet av røret 4 mellom plateelementet 20 og det tilvendte parti av fyllekanalen 8.

Nivåsignalet tilføres styrekretsen 38 som i samsvar med dette genererer styresignalet CT for å styre den strømningsregulerende magnetventil 10.

For å oppnå et lineært forhold mellom den hastighet ved hvilken nivåsignalet SL og matvareproduktets nivå inne i røret 4 øker, er i henhold til et ytterligere aspekt av foreliggende oppfinnelse, plateelementet 20 passende tilformet, slik som vist i fig. 3.

Som vist i fig. 3 hvor plateelementet 20 sees forfra, har det nærmere bestemt en hovedsakelig trapesformet profil med hovedgrunnlinjen på toppen og sider som er noe konvekst skrånende utover.

Fordelene ved pakkemaskinen i henhold til foreliggende oppfinnelse vil være klar ut fra den foregående beskrivelse.

Særlig har den kapasitive nivåføler beskrevet ovenfor ingen komponenter plassert inne i emballasjematerialrøret, hvilket tillater emballering i samsvar med en høy hygiene-standard, så vel som forenkling av rengjøringen av pakkemaskinen.

Videre er den kapasitive nivåføler i henhold til foreliggende oppfinnelse enkel og derfor billig å produsere, og den avgir et signal som ikke fordrer noen kompleks prosessering ved hjelp av styrekretsen som genererer styresignalet til den strømningsregulerende magnetventil.

Ved å arbeide ut fra variasjoner i kapasitansen i motsetning til temperaturen, sørger dessuten den kapasitive nivåføler i henhold til foreliggende oppfinnelse for påvisning i sann tid av variasjoner i produktnivået og følgelig for styring i sann tid av den strøm-ningsregulerende magnetventil.

Claims (10)

1. Pakkemaskin (1) for kontinuerlig fremstilling av forseglede pakker (2) med et hellbart matvareprodukt fra et rør (4) av varmeforseglbart emballasjelaminatmaterial som mates langs en vertikal bane (A) og fylles kontinuerlig med nevnte matvareprodukt ved hjelp av en fyllekanal (8) som strekker seg inn i nevnte rør (4), idet pakkemaskinen (1) omfatter nivåfølerutstyr (14) som avgir et nivåsignal (SL) som angir nivået av matvareproduktet inne i røret (4), karakterisert ved at nevnte nivåfølerutstyr har kapasitivt nivåfølerutstyr (14) som omfatter et kapasitivt element (22) med plater som utgjøres av nevnte fyllekanal (8) og et plateelement (20) fremstilt fra ledende material og plassert på utsiden av røret (4) i en stilling som vender mot fyllekanalen (8), og som har en kapasitans som står i forhold til mengden av matvareprodukt mellom nevnte plater.

2. Pakkemaskin som angitt i krav 1, og hvor plateelementet (20) er slik utformet at det gir et lineært forhold mellom nivåsignalet (SL) og nivået av matvareproduktet inne i røret (4).

3. Pakkemaskin som angitt i krav 1 eller 2, og hvor plateelementetet (20) har form av en langstrakt strimmel som, når den betraktes forfra, har en hovedsakelig trapesformet profil med hovedgrunnlinjen på toppen og sider som er noe konvekst skrånende utover.

4. Pakkemaskin som angitt i et av de foregående krav, og hvor plateelementet (20) er fremstilt fra messing.

5. Pakkemaskin som angitt i et av de foregående krav, og hvor nivåsignalet (SL) er et analogt signal som varierer kontinuerlig mellom en minste verdi som angir et nivå av matvareproduktet som ligger under plateelementet (20) og en største verdi som angir et nivå av matvareproduktet som ligger over plateelementet (20).

6. Pakkemaskin som angitt i et av de foregående krav, og hvor det kapasitive nivå-følerutstyr (14) også omfatter påvisende utstyr (24) forbundet med det kapasitive element (22) for å påvise dets kapasitans og avgi nevnte nivåsignal (SL).

7. Pakkemaskin som angitt i krav 6, og hvor det påvisende utstyr (24) omfatter: - oscillatorutstyr (26) for på en respektiv utgangsklemme å generere et periodisk klokkesignal (CK) med forutbestemt amplitude og frekvens, - toppverdipåvisende utstyr (34) som har en inngangsklemme forbundet med utgangsklemmen for oscillatorutstyret via et filternettverk (32) som utgjøres av motstandsutstyr (29) og det kapasitive element (22), og en utgangsklemme som avgir et mellomsignal (S3) som står i forhold til amplituden av signalet (S2) på vedkommende inngangsklemme, og - første forsterkerutstyr (36) som har en inngangsklemme forbundet med utgangsklemmen for det toppverdipåvisende utstyr (34), og en utgangsklemme som avgir nevnte nivåsignal (SL).

8. Pakkemaskin som angitt i krav 7, og hvor det første forsterkerutstyr (36) omfatter operasjonsforsterkerutstyr oppkoblet som en inverterende adderer med forskyvnings-styring.

9. Pakkemaskin som angitt i krav 7 eller 8, og hvor det påvisende utstyr (24) også omfatter avkoblingsutstyr (28) plassert mellom nevnte filternettverk (32) og det toppverdipåvisende utstyr (34).

10. Pakkemaskin som angitt i krav 9, og hvor avkoblingsutstyret omfatter et andre forsterkerutstyr (28) med høy inngangsimpedans.