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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kontrolleinheit zum Überprüfen der
Unversehrtheit von Aufreißverschlußeinrichtungen,
die auf entsprechende Öffnungen
in einem Streifenverpackungsmaterial zum Bilden aseptisch versiegelter
Verpackungen für flüssige Nahrungsmittel
aufgebracht sind.
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Bekanntlich
werden viele fließfähige Nahrungsmittel
wie Fruchtsaft, H-Milch (uperisierte Milch), Wein, Tomatensauce
usw. in Verpackungen hergestellt, die aus sterilisiertem Verpackungsmaterial
hergestellt sind.
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Ein
typisches Beispiel für
eine solche Verpackung ist die quaderförmige Verpackung für flüssige oder
fließfähige Nahrungsmittel,
die unter dem Namen Tetra Brik Aseptic (eingetragenes Warenzeichen)
bekannt ist und durch Falten und Versiegeln von streifengewalztem
Verpackungsmaterial gebildet wird. Das Verpackungsmaterial hat eine
Mehrschichtstruktur, die eine Schicht aus faserigem Material, z.
B. Papier aufweist, welche an beiden Seiten mit Schichten aus Heißsiegelkunststoffmaterial
bedeckt ist, z. B. Polyethylen. Im Falle von aseptischen Verpackungen
für lange
zu lagernde Produkte wie H-Milch weist das Verpackungsmaterial eine
Schicht aus Sperrmaterial, die beispielsweise durch eine Aluminiumfolie
gebildet ist, die auf eine Schicht aus Heißsiegelkunststoffmaterial gelegt
ist und wiederum mit einer weiteren Schicht aus Heißsiegelkunststoffmaterial
bedeckt ist, welche die Innenseite der Verpackung bildet, die schließlich mit
dem Nahrungsmittel in Kontakt gelangt.
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Bekanntlich
werden solche Verpackungen an vollautomatischen Verpackungsmaschinen
hergestellt, an welchen ein kontinuierlicher Schlauch aus dem Verpackungsmaterial
gebildet wird, welches in Streifenform geliefert wird. Der Streifen
aus Verpackungsmaterial wird an der Verpackungsmaschine sterilisiert,
z. B. durch eines chemischen Sterilisierungsmittels wie einer Wasserstoffperoxidlösung; nach
der Sterilisierung wird das Sterilsierungsmittel von den Oberflächen des
Verpackungsmaterials entfernt, z. B. durch Erwärmung verdampft; und der so sterilisierte
Steifen aus Verpackungsmaterial wird in einer geschlossenen sterilen
Umgebung gehalten, gefaltet und in Längsrichtung versiegelt, um
einen Schlauch zu bilden.
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Der
Schlauch wird mit dem sterilisierten oder steril verarbeiteten Nahrungsmittel
gefüllt
und in gleich beabstandeten Querschnitten versiegelt, entlang welcher
er dann in Kissenpackungen geschnitten wird, die danach mechanisch
gefaltet werden, um die fertigen, z. B. im wesentlichen quaderförmigen Verpackungen
zu bilden.
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Die
fertige Verpackung weist eine Öffnung, durch
welche das Produkt ausgegossen werden kann, sowie eine auf die Öffnung aufgebrachte
Aufreißverschlußeinrichtung
auf.
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Die Öffnungen
werden gebildet, und die entsprechenden Verschlußeinrichtungen werden auf das
Streifenstreifenverpackungsmaterial aufgebracht, bevor das Material
zu dem vertikalen Schlauch gefaltet und mit dem Nahrungsmittel gefüllt wird.
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Genauer
weist jede Verschlußeinrichtung
ein "Flecken"-Element auf, das
durch ein kleines Blatt aus Heißsiegelkunststoffmaterial
gebildet und zum Verschließen
der entsprechenden Öffnung
auf die Seite des Verpackungsmaterials aufgebracht wird, die schließlich die
Innenseite der Verpackung bildet; sowie eine Aufreißzunge,
die auf die entgegengesetzte Seite des Verpackungsmaterials aufgebracht und
an das Fleckenelement heißgesiegelt
wird.
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Die
Zunge weist eine Schicht aus Aluminium und eine Schicht aus Heißsiegelkunststoffmaterial, normalerweise
Polyethylen auf, die mit dem Fleckenelement versiegelt ist. Da das
Fleckenelement und die Zunge aneinanderhaften, wird auch der mit
der Zunge versiegelte Abschnitt des Fleckenelements entfernt und
damit die Öffnung
freigelegt, wenn die Zunge abgerissen wird.
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Im
Verlauf der Heißsiegeloperation
können sich
Risse oder Mikrolöcher
in dem überhitzten
Fleckenelement bilden, insbesondere weil das Fleckenelement mit
den normalerweise ziemlich unregelmäßigen Kanten der in dem Verpackungsmaterial
gebildeten Öffnung
in Wechselwirkung tritt.
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Die
Anwesenheit von Mikrolöchern
in dem Fleckenelement kann die Unversehrtheit und Aseptizität der Verpackung
beeinträchtigen,
da Luft von außen
in die Verpackung gelangen kann.
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Das
Dokument US-A-3 519 922 offenbart die Verwendung von zwei beabstandeten
Kondensatoren zur Erfassung abrupter Änderungen in der Dicke des
sich bewegenden Blattmaterials.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Kontrolleinheit
zum Überprüfen der Unversehrtheit
von Aufreißverschlußeinrichtungen vorzusehen,
die auf entsprechende Öffnungen
in einem Streifenverpackungsmaterial aufgebracht sind, und die dafür sorgt,
daß die
Qualität
des Aufbringens der Verschlußeinrichtungen
auf das Verpackungsmaterial kontrolliert wird. Eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß diese Überprüfung während des Betriebs der Verpackungsmaschine
durchgeführt
werden kann.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist eine Kontrolleinheit zum Überprüfen der
Unversehrtheit von Aufreißverschlußeinrichtungen
vorgesehen, die auf entsprechende Öffnungen in einem Streifenverpackungsmaterial
zum Bilden aseptisch versiegelter Verpackungen für flüssige Nahrungmittel aufgebracht
sind; wobei das Verpackungsmaterial eine Mehrschichtstruktur hat,
welche wenigstens ein elektrisch leitfähiges Blatt aus Sperrmaterial
aufweist, das jeweils an gegenüberliegenden
Seiten mit Schichten aus Heißsiegel-Kunststoffmaterial
bedeckt ist; wobei jede Verschlußeinrichtung ein Blattfleckenelement
aufweist, das aus Heißsiegel-Kunststoffmaterial
hergestellt und zum Verschließen
einer entsprechenden Öffnung
auf eine Seite des Verpackungsmaterials aufgebracht ist, die schließlich die Innenseite
der Verpackung bildet, und eine Aufreißzunge, die ebenfalls aus Heißsiegel-Kunststoffmaterial
hergestellt und auf eine entgegengesetzte Seite des Verpackungsmaterials
aufgebracht und mit dem Fleckenelement versiegelt ist; wobei die
Einheit dadurch gekennzeichnet ist, daß sie folgendes aufweist:
- – wenigstens
eine Kontaktfläche
auf einem elektrischen Betriebspotential, die mit dem Verpackungsmaterial
an den Fleckenelementen zusammenwirkt, um eine Platte eines Kondensators
zu bilden, dessen andere Platte durch das Blatt aus Sperrmaterial
gebildet ist, und dessen Dielektrikum durch das Heißsiegel-Kunststoffmaterial
der Fleckenelemente und der Schicht aus Verpackungsmaterial gebildet
ist, die zwischen dem Blatt aus Sperrmaterial und den Fleckenelementen
angeordnet ist; und
- – Erfassungsmittel,
die mit der Kontaktfläche
und dem Blatt aus Sperrmaterial des Verpackungsmaterials verbunden
sind, um eine elektrische Größe zu erfassen,
die mit Schwankungen der Durchschlagfestigkeit des Dielektrikums
des Kondensators in Zusammenhang steht, und so die Anwesenheit von
irgendwelchen Mikrolöchern
in den Fleckenelementen zu bestimmen.
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Eine
bevorzugte, nicht einschränkende
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft unter Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
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1 einen seitlichen Aufriß einer
Steuereinheit nach der vorliegenden Erfindung zum Überprüfen der
Unversehrtheit von Aufreißverschlußeinrichtungen,
die auf entsprechende Öffnungen
in einem Streifenverpackungsmaterial aufgebracht sind;
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2 einen Vorderaufriß der Kontrolleinheit von 1;
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3 einen Schnitt einer Verschlußeinrichtung,
die auf eine entsprechende Öffnung
in dem Verpackungsmaterial aufgebracht ist, in größerem Maßstab.
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In
den beigefügten
Zeichnungen gibt die Ziffer 1 insgesamt eine Einheit zum Überprüfen der
Unversehrtheit von Aufreißverschlußeinrichtungen 2 an, die
auf entsprechende Öffnungen 3 in
einem Streifenverpackungsmaterial 4 aufgebracht sind, das
entlang eines Pfades P zugeführt
wird.
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Die
Einheit 1 kann in eine (nicht gezeigte) Verpackungsmaschine
zum kontinuierlichen Herstellen von (nicht gezeigten) aseptischen,
versiegelten Verpackungen aus dem Streifenverpackungsmaterial 4 für fließfähige Nahrungsmittel
wie pasteurisierte oder H-Milch, Fruchtsaft, Wein usw. Insbesondere wird
das Verpackungsmaterial 4 gefaltet und auf bekannte Weise
in Längsrichtung
versiegelt, um einen vertikalen Schlauch zu bilden, der mit dem
sterilisierten oder steril verarbeiteten Nahrungsmittel gefüllt, entlang
gleich beabstandeter Querschnitte versiegelt und dann mechanisch
gefaltet wird, um die fertigen Verpackungen zu bilden.
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Die
Einheit 1 ist entlang des Pfades P aus Verpackungsmaterial 4 unterhalb
einer bekannten (nicht gezeigten) Station zum Aufbringen von Verschlußeinrichtungen 2 auf
entsprechende Öffnungen 3 in
einem Verpackungsmaterial 4 und oberhalb einer Station
zum Bilden des vertikalen Schlauchs aus Verpackungsmaterials angeordnet.
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Das
Verpackungsmaterial 4 hat eine Mehrschichtstruktur und
weist im wesentlichen eine Schicht aus faserigem Material, z. B.
Papier auf, die an beiden Seiten mit entsprechenden Schichten aus Heißsiegelkunststoffmaterial,
z. B. Polyethylen bedeckt ist. Die Seite des Verpackungsmaterials 4,
die schließlich
die Innenseite der Verpackung bildet und deshalb mit Nahrungsmittel
in Kontakt gelangt, ist auch mit einer Schicht aus elektrisch leitfähigem Sperrmaterial
versehen, die beispielsweise aus einer Aluminiumfolie 4a gebildet
ist, die wiederum an beiden Seiten mit entsprechenden Schichten
aus Heißsiegelkunststoffmaterial,
z. B. Polyethylen bedeckt ist.
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Unter
speziellem Bezug auf 3 weist
jede Verschlußeinrichtung
ein Fleckenelement 5 auf, das durch ein kleines Blatt aus
Heißsiegelkunststoffmaterial
gebildet ist und zum Verschließen
einer entsprechenden Öffnung 3 auf
die Seite des Verpackungsmaterials 4 aufgebracht ist, die
schließlich
die Innenseite der Verpackung bildet; und eine Aufreißzunge 6,
die ebenfalls aus Heißsiegelkunststoffmaterial
hergestellt ist, auf die entgegengesetzte Seite des Verpackungsmaterials 4 aufgebracht
und mit dem Fleckenelement 4 heißversiegelt ist. Insbesondere
sind das Fleckenelement 5 und die Zunge 6 entlang
eines Versiegelungsbereichs aneinandergefügt, der sich nahe bei und innerhalb
einer seitlichen Kante einer entsprechenden Öffnung 3 erstreckt
und einen Reißabschnitt
des Fleckens 5 bildet, wenn die Zunge 6 abgerissen
wird.
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Die
Zunge 6 hat auch eine Mehrschichtstruktur und weist eine
Schicht aus Heißsiegelkunststoffmaterial,
z. B. Polyethylen auf, von welcher eine Seite an das Fleckenelement
gefügt
wird; und eine Schicht aus Sperrmaterial, normalerweise Aluminium,
die an der Schicht aus Heißsiegelkunststoffmaterial
an der entgegengesetzten Seite an dem Fleckenelement 5 befestigt
ist.
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Unter
Bezug auf 1 und 2 weist die Einheit im wesentlichen
ein äußeres, im
wesentlichen quaderförmiges
Gehäuse 8 auf,
das aus Kunststoffmaterial hergestellt ist und gegenüberliegende seitliche Öffnungen 9, 10 für den Durchgang
von Streifenverpackungsmaterial 4 auf; und zwei Mitläuferwalzen 11, 12,
die innerhalb des Gehäuses 8 mit
Achsen A bzw. B parallel zu dem Verpackungsmaterial 4 untergebracht
sind, rotatorisch durch entsprechende Paare von Klammern 13, 14 gestützt werden,
die von einer seitlichen Wand des Gehäuses 8 vorstehen,
und wirken an gegenüberliegenden
Seiten mit Verpackungsmaterial 4 an den Fleckenelementen 5 bzw. den
Zungen 6 zusammen.
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Genauer
ist die Walze 11 rotatorisch um die entsprechende Achse
A an die freien Enden der Klammern 13 eingepaßt, während die
Walze 12 rotatorisch um die entsprechende Achse B an ein
Ende eines Kniehebels 15 eingepaßt ist, der an einem Zwischenpunkt
an die Klammern 14 angelenkt ist und dessen gegenüberliegendes
Ende mit der Bodenwand des Gehäuses 8 durch
eine zylindrische Schraubenfeder 16 verbunden ist, die
deshalb ein Drehmoment auf den Hebel 15 ausübt, um die
Walze 12 in Kontakt mit dem Verpackungsmaterial 4 zu
halten.
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Jede
Walze 11, 12 weist einen zylindrischen Zwischenabschnitt 40 mit
einem Durchmesser d sowie abgerundete, nach außen konvexe, entgegengesetzte
Endabschnitte 41 mit einem Krümmungsradius r auf, der im
Bereich von 0,25- und 0,5mal dem Durchmesser d des Zwischenabschnitts 4 liegt.
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Die
Walze 11 ist mit einem einstellbaren Hochspannungsgenerator 20 verbunden,
so daß eine
Außenfläche 21 der
Walze, die mit dem Verpackungsmaterial 4 in Kontakt gelangt,
auf einem Betriebspotential Va liegt, während die Aluminiumfolie 4a des
Verpackungsmaterials auf Massepotential liegt. Die Oberfläche 21 der
Walze 11 und die Aluminiumfolie 4a des Verpackungsmaterials
bilden die Platten eines Kondensators 23, dessen Dielektrikum durch
das Heißsiegelkunststoffmaterial
der Fleckenelemente 5 und der Schicht aus Verpackungsmaterial 4 gebildet
ist, die zwischen der Aluminiumfolie 4a und den Fleckenelementen 5 angeordnet
ist.
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Zur
Gewährleistung
einer sicheren Erdung der Aluminiumfolie 4a des Verpackungsmaterials
ist eine weitere Mitläuferwalze 24 vorgesehen,
die innerhalb des Gehäuses 8 derart
untergebracht ist, daß sie
um eine Achse C senkrecht zu dem Verpackungsmaterial 4 rotiert,
eine äußere ringförmige Nut 25 hat,
die mit einer Umfangskante des Verpackungsmaterials 4 zusammenwirkt
und sie seitlich kontaktiert, und geerdet ist.
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Ein
wichtiger Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin,
daß die
Einheit 1 auch eine Erfassungsschaltung 26 zum
Erfassen von Schwankungen der Durchschlagfestigkeit des Verpackungsmaterials 4,
das mit den Verschlußeinrichtungen 2 versehen
ist, und um so die Anwesenheit von irgendwelchen Mikrolöchern (3) in den Fleckenelementen 5 zu
bestimmen.
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Genauer
haben bezüglich
der unterschiedlichen Isolationseigenschaften von Luft und dem die Fleckenelemente 5 bildenden
Material gezeigt, daß dann,
wenn die Verschlußeinrichtungen 2 völlig unversehrt
sind, die Durchschlagfestigkeit des mit den Verschlußeinrichtungen 2 versehenen
Verpackungsmaterials 4 gleich einem ersten Wert D1 ist – 20 kV/mm
in dem gezeigten Beispiel – und
einen zweiten Wert D2 annimmt – 3
kV/mm in dem gezeigten Beispiel –, der niedriger als der Wert
D1 ist, wenn Mikrolöcher
in dem Fleckenelement 5 vorhanden sind.
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Die
Erfassungsschaltung 26 sorgt dafür, daß ein elektrischer Stromfluß durch
das Dielektrikum des Kondensators 23 erfaßt wird,
der als eine Funktion des von dem Generator 20 gelieferten
Betriebspotentialwerts Va auftritt, und wenn die Durchschlagfestigkeit
des mit Verschlußeinrichtungen 2 versehenen Verpackungsmaterials 4 von
dem Wert D1 zu dem Wert D2 übergeht,
d. h. in Anwesenheit von Mikrolöchern
in dem Fleckenelement. Insbesondere ist das von dem Generator 20 gelieferte
Betriebspotential Va derart ausgewählt, daß kein elektrischer Stromfluß durch
das Dielektrikum des Kondensators 23 erzeugt wird, wenn
die Fleckenelemente 5 völlig
unversehrt sind, aber daß es
ausreicht, einen solchen elektrischen Stromfluß zu erzeugen, wenn Mikrolöcher in den
Fleckenelementen 5 enthalten sind.
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Unter
speziellem Bezug auf 1 weist
die Schaltung 26 einen Widerstand 28 mit einer
ersten, mit dem Generator 20 verbundenen Klemme 29 und einer
zweiten, mit der Walze 11 verbundenen Klemme auf; und einen
Komparator 31 mit einem ersten Eingang 32, der
mit der Klemme 29 über
die Zwischenschaltung eines Spannungsreduzierers 33 verbunden
ist, der ein Meßpotential
Vm liefert, das mit dem Potential der Klemme 29 und
deshalb mit dem Betriebspotential Va in Zusammenhang steht, und
einem Ausgang 35, der ein logisches Zustandssignal Sp liefert,
das die Anwesenheit/Abwesenheit von Mikrolöchern in dem Fleckenelement 5 anzeigt
und einen hohen Logikpegel (SP = 1) annimmt, wenn das Meßpotential
Vm unter dem Bezugspotential Vf liegt, und einen niedrigen Logikpegel
(SP = 0) unter anderen Bedingungen.
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Bei
der tatsächlichen
Verwendung liefert der Generator 20 ein Rechteckwellen-Betriebspotential Va,
das in der Nachbarschaft jeder Verschlußeinrichtung 2 hohe
Werte und in den Bereichen des Verpackungsmaterials 4,
die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Öffnungen 3 angeordnet
sind, niedrige Werte annimmt, so daß in solchen Bereichen kein
Fluß eines
elektrischen Stroms erzeugt wird, der möglicherweise durch die Anwesenheit
von kleinen Rissen in den Schichten aus Heißsiegelkunststoffmaterial erzeugt
werden kann, welche die Aluminiumschicht kontaktieren, und die das
Verpackungsmaterial 4 beeinträchtigen könnten.
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Falls
sich in dem Fleckenelement 5 ein Mikroloch befindet (3), das zwischen den Walzen 11 und 12 vorbeiläuft, fällt die
Durchschlagfestigkeit des zwischen der Walze 11 und der
Aluminiumfolie 4a des Verpackungsmaterials angeordneten
Materials von dem Wert D1 zu dem Wert D2 ab, so daß bei Anwesenheit
eines hohen Werts Va des Betriebspotentials von dem Generator 20 Strom
durch das Verpackungsmaterial 4 fließt, woraus sich ein Abfall
des Meßpotentials
Vm ergibt. Wenn das Meßpotential Vm
unter das Bezugspotential Vf fällt,
schaltet das Zustandssignal Sp von einem niedrigen auf einen hohen
Logikpegel, um die Anwesenheit eines Mikrolochs in dem Fleckenelement 5 anzuzeigen.
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Wenn
das Meßpotential
Vm unter einen minimalen Schwellenwert fällt, der mit der Durchschlagfestigkeit
D2 des zwischen der Walze 11 und der Aluminiumfolie 4a des
Verpackungsmaterials angeordneten Materials in Zusammenhang steht,
fließt
kein elektrischer Strom durch das Verpackungsmaterial 4, so
daß das
Potential Vm bis zu einem maximalen Schwellenwert ansteigt, über welchem
wieder elektrischer Strom durch das Dielektrikum des Kondensators 23 fließt; dieses
Phänomen
wiederholt sich, bis das Mikroloch an den Walzen 11 und 12 vorbeiläuft, d.
h. über
ein Zeitintervall, das von der Laufgeschwindigkeit des Verpackungsmaterials 4 abhängt.
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Wenn
das Mikroloch an den Walzen 11 und 12 vorbeikommt,
kehrt das Meßpotential
Vm zum Nennwert zurück,
und deshalb nimmt das Zustandssignal Sp einen niedrigen Logikpegel
an.
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Wenn
das Fleckenelement 5, das zwischen den Walzen 11 und 12 läuft, umgekehrt
völlig
unversehrt ist, fließt
kein elektrischer Strom durch das mit den Verschlußeinrichtungen 2 versehene
Verpackungsmaterial 4, so daß das Meßpotential Vm auf dem Nennwert
bleibt und nicht unter das Bezugspotential Vf fällt, und das Signal Sp bleibt
auf dem niedrigen Logikpegel (Sp = 0).
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Die
Vorteile der Einheit 1 nach der vorliegenden Erfindung
werden wohl aus der vorhergehenden Beschreibung deutlich.
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Insbesondere
sorgt die Einheit 1 dafür,
daß die
Operationen einer Qualitätskontrolle
unterzogen werden, die an dem Verpackungsmaterial 4 durchgeführt werden,
um Öffnungen 3 zu
bilden und entsprechende Verschlußeinrichtungen 2 aufzubringen.
Die in dem Zustandssiganl Sp enthaltene Information, die die Anwesenheit
von Mikrolöchern
in den Fleckenelementen 5 anzeigt, kann dazu verwendet
werden, in einem nachfolgenden Stadium im Betriebszyklus der Verpackungsmaschine
wenigstens diejenigen Verpackungen zu Ausschuß zu machen, die aus dem Abschnitt
von Verpackungsmaterial 4 gebildet sind, welcher fehlerhafte
Fleckenelemente 5 enthält.
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An
der hier beschriebenen und veranschaulichten Einheit 1 können natürlich Änderungen
vorgenommen werden, ohne den Umfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
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Insbesondere
kann die Walze 11, die mit dem Generator 20 verbunden
ist, durch den Kniehebel 15 und die Feder 16 mit
dem Gehäuse 8 verbunden
sein, und die Walze 12 kann in einer gegenüber dem
Gehäuse 8 festgelegten
Position angebracht sein.