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Vorrichtung zur Feststellung von Undichtigkeiten bei Flüssiggas- oder
Druckgasflaschen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung von Undichtigkeiten
bei Flüssiggas- oder Druckgasflaschen, die bei einer automatisch und mit großer
Arbeitsgeschwindigkeit arbeitenden technischen Füllanordnung verwendet werden kann.
Bei der Feststellung von Undichtigkeiten ist eine bestimmte Anzahl von Schwierigkeiten
gegeben. Um das Arbeitstempo der Fülleinrichtung nicht zu verlangsamen, muß nämlich
einerseits die Feststellung von Undichtigkeiten schnell, d,h,, etwa in 3 bis 5 Sekunden,
erfolgen, wobei andererseits die bei Vorhandensein von Undichtigkeiten in einer
Flasche freigesetzte Gasmenge sehr gering sein kann, und zwar in der Größenordnung
eines geringen Bruchteils eines cm3 pro Sekunde bei Umgebungstemperatur und atmosphärischem
Druc]c. Es iSt somit von Bedeutung, daß das Meßsystem eine große Empfindlichkeit
aufweist, Unter anderem waren diese beiden Bedingungen bisher
der
Grund dafür, daß die Feststellung von Undichtigkeiten in Flaschen nach dem Füllen
in der folgenden Weise durchgeführt wirden: Eine Beförderungskette führt die Flaschen
zu einer Vorrichtung mit einem wassergefüllten Behälter und Einrichtungen, die ein
vollständiges Untertauchen der Flaschen während einiger Sekunden in dem Wasser des
BehSlters gewährleisten.
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Eine sich in der Nähe des Behälters aufhaltende Bedienungsperson ist
damit beauftragt, die Bildung von Blasen an der Wasseroberfläche zu beoba@@@@@,
die dann auftreten, wenn eine Flasche Undichtigkeiten aufweist Eine derartige Vorjedoch
richtung weist
Nachteile auf So muB stets eine Unaufmerksamkeit der Bedienungsp@rson befürchtet
werden, und zwar umso mehr, als die Blasen sehr geringe. Abmessungen haben können
und daher nicht @emerkt werden. Des weiteren kann die Bedienungsperson nicht sämtliche
Blasen zählen und daher das Auftreten einiger Luftblasen, die beim Eintauchen der
Flasche mitgezogen wuren, ale Undichtigkeit deuten.
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Es sind Vorrichttngen bekannt, di @@@ automatisches Feststellen von
sich In einer Flüssigkeit @@@@ndenden Fremdk@rpern oder Blasen gestatten und mittels
einer Sonde zur Aussendung einer Ultraschallwelle der Frequenz f und einer Empfangssonde
arbeiten, welche in der Weise angeordnet ist, d@# sie die von dem Doppler-Effekt
herrührende Abweichung C der Frequenz der Welle feststellt, Die Verwendung einer
derartigen
Vorrichtung bei der Blasenfeststellung ist für Flaschen nicht m8glich, die von einer
Fülleinrichtung mit großer Arbeitsgeschwindigkeit (1200 Flaschen pro Stunde) kommen,
denn das schnelle und aufeinanderfolgende Eintauchen der Flaschen in eine Flüssigkeit
hat eine starke Bewegung der Flüssigkeit zur Folge, die eine Doppler-Vergrößerung
der Frequenz der Ultraschallwelle sogar bei Fehlen von Blasen bewirkt. Die vorgeschriebene
Kontrollfolge gestattet es nicht, daß eine zur Beruhigung der Flüssigkeit ausreichende
Zeit zur Verfügung gestellt wird.
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Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Feststellung
von Blasen mit einer Einrichtung zum Untertauchen der Flaschen, einem Ultraschall-Sender,
dessen ausgesandter Strahl die Bahn evtl. Blasen durchquert, und einem Ultraschall-Empf
tger, der ein automatisches Arbeiten mit erhöhter Taktfolge gestattet, eine große
Betriebssicherheit aufweist und es ermöglicht, die beim Eintauchen der Flaschen
mitgezogenen Stör-Luftblasen zu berücksichtigen, Dies wird dadurch erreicht, daß
der Ultraschall-Empfänger in der Weise angeordnet ist, daß er die von dem Sender
ausgesandte direkte Strahlung empfthgt, und daß die Vorrichtung außerdem ein elektronisches
Organ aufweist das ein kontinuierliches Signal aussenden kann, wenn der Itraschall-Emgfangspegel
geringer
als ein vorgegebener Schwellenwert wird, sowie einen Anzeigezahler
zur Zählung der Stirnseiten des kontinuierlichen Signals und zur Auslösung eines
Alarms, wenn die Anzahl der gezählten Stirnseiten die angezeigte Zahl. erreicht,
und ein elektronisches Integrationsorgan zur Auslösung eines Alarms, wenn die Dauer
des kontinuierlichen Signals eine gegebene Zeit überschreitet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines
Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen: Fig. 1
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit den Beförderungsorganen,
dem Tauchbehälter und den damit verbundenen elektronischen Vorrichtungen; Fig. 2
ein Arbeitsdiagramm der Vorrichtung für den Fall, da# die Blasen voneinander getrennt
und nicht sehr zahlreich sind, und Fig. 3 ein Arbeitsdiagramm der Vorrichtung für
den Fall, daß die Blasen zahlreich sind und sich tberlagernX Wie im folgenden zu
sehen sein wird, gestattet die orfindungsgemä
#e Vorrichtung die
Unterscheidung von Undichtigkeiten gemaß dreier verschiedener Fälle von Blasenbildungen:
a) Die Gasblasen sind voneinander getrennt, b) die Gasblasen folgen mit sehr verringerten
Abständen aufeinander, und überlagern sich sogar, c) das Entweichen von Gas ist
betrachtlich und erzeugt einen aus Gas und Wasser bestehenden Schaum.
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In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Behälter bezeichnet,
der mit einer vorzugsweise aus Wasser bestehenden Flüssigkeit 2 gefüllt ist. Dieser
Behälter gehört zu einer Tauchbahn genannten Vorrichtung, deren Ausführung außerhalb
des Rahmens der Erfindung liegt.
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Diese Blhn besitzt Einrichtungen zur Beförderung der Flaschen 3 und
ist so ausgebildet, da# sie diese Flashcen nacheinander während einen vorgegebenen
undfesten Zeitdauer im Wasser des Behälters untertaucht und sie anschlie#end abtransportiert.
Die gestrichelte Linie 4 giDt schematisch die Bahn der Flaschen an. Eine Auffangeinrichtung
5 steht aus dem Behälter vor und setzt sich an ihrem oberen Teil durch ein zylindrisches
Rohr 6 fort, das von einem Meßgehäuse genannten Gehäuse 7 umgeben ist,. Eine aus
einer Vakuumpumpe 9, einem Rohr 10 mit konstantem Pegel und einem mittels Leitungen
12 und 13
zwischengeschalteten Expansionsgefäß 11 bestehende Einrichtung
gestattet es, den Flüssigkeitspegel in dem Rohr 6 und dem Gefä# auf einer konstanten
H8he h1 zu halten, wobei die Höhe h1 ausgehend von dem Flüssigkeitsniveau 15 in
dem Behälter 1 gemessen ist. Die Auffangeinrichtung ist so angeordnet, daß ihr unterer
Rand in die Flüssigkeit eintaucht.
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Das MeßgehAuse besteht aus einer ersten Ultraschallsonde 21, welche
beispielsweise einen piezoelektrischen Quarz aufweist und stänig eine Ultraschallwelle
von hoher Frequenz durch das Rohr 6 auseendet. Diese Sonde wird von einer elektronischen
Vorrichtung gespeist, die im folgenden Sondiereinrichtung genannt wird und symbolisch
durch das Rechteck 23 dargestellt ist. Diese Sondiereinrichtung besteht in an sich
bekannter Weise aus einem Wechselstromgenerator. Der von der Sondiereinrichtung
über die Verbindung 24 ausgesandte Strom bringt den Quarz zum Schwingen, der dann
eine Ultraschallwelle aussendet.
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Das Meßgehause weist eine zweite Ultraschallsonde 22 auf, die vorzugsweise
symmetrisch zur Sonde 21 bezüglich der Achse des Rohres angeordnet ist. Bei Fehlen
von Blasen durchqueren die Ultraschallimpulse das Rohr 6 und erreichen nach einer
Zeit T, die Obertragungszeit genannt wird, die Empfangssonde 22. Der Ultraschall-Wellenzug
durch die Sonde 22 wird in ein elektrisches Empfangssignal umgeformt,
das
durch die Verbindung 26 zur Sondiereinrichtung 23 weitergeleitet wird, in der es
verstärkt wird.
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Durch das Rechteck 27 ist ein elektronisches Organ dargestellt, dessen
Eingang durch verstärkte elektrische Signale gespeist ist, welche von der Sondiereinrichtung
kommen und den von der Sonde 22 aufgenommenen Ultraschallwellen entsprechen. Dieses
Organ 27 hat die Aufgabe, ein Ausgangssignal mit konstanter Amplitude jedesmal dann
zu liefern, wenn die Amplitude der Ausgangssignale der Sondiereinrichtung unter
eine vorgegebene und regelbare Schwelle absinkt. Für die Ultraschallwellen werden
ausreichend hohe Frequenzen gewählt (von 1 bis+ tMEz), damit das Organ 27 das Eingangssignal
trotz seiner geringen Ansprechzeit als kontinuierliches Signal betrachtet.
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Das Ausgangssignal des Organs 27 dient zur Speisung eines Zählers
28, der mit einem Voranzeigeorgan versehen ist. Die Aufgabe des Anzeigezählers wird
bezüglich der Fig. 2 erläutert, in der als Funktion der Zeit einerseits im oberen
Teil die änderungen des Ausgangssignals der Sondiereinrichtung und andererseits
das Ausgangssignal des Organs 27 für den Fall dargestellt ist, daß die Undichtigkeit
der Flasche der Aussendung einer Reihe von verschiedenen und einen zeitlichen Abstand
aufweisenden Blasen entspricht. Das Ausgangssignal der Sondiereinrichtung
besitzt
die Form einer Reihe von Impulsen wie 60, deren Amplitude in der Nähe von a liegt
und dem ungestörten Durchgang der Ultraschallwelle in dem Rohr entspricht, wobei
diese Impulse durch Impulsreihen mit geringerer Amplitude b wie 61 getrennt sind.
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Das Vorhandensein einer Blase erzeugt tatsächlich eine Dämpfung des
Signals während der gesamten Durchgangsdauer der Blase in dem Feld des Ultraschall-Bündels,
und die Amplitude des Signals fällt auf einen unterhalb a gelegenen Wert b ab, und
da der Schwellenwert auf einem zwischen a und b@gelegenen Wert C festgelegt ist,
wird der Obergang der Amplitude a zur Amplitude b auf den Ausgang des elektronischen
Organs durch einen Impuls mit der konstanten Amplitude c' übertragen, wobei dieser
Impuls während der gesamten Zeit andauert, während der die Signale am Eingang des
Organs 27 unterhalb des Schwellwertes C bleiben. Der Durchgang jeder Blase erscheint
somit an den Ausgangsklemmen des Organs 27 in Form eines rechteckigen elektrischen
Signals wie 62. Die Stirnseiten 63 der Rechtecke 62 werden von einem Zähler gesblt.
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Wenn die Anzahl der Rechtecke den voreingestellten Wert n in dem Zähler
erreicht, so wird durch ein symbolisch durch das Rechteck 31 dargestelltes Organ
ein Alarmsignal ausgelöst. Die auf dem Zähler angezeigte Zahl n wird vor dem Betrieb
eingestellt, Diese Zahl ermöglicht es, den Stör-Luftblasen Rechnung zu tragen, die
an der Oberfläche
bestimmter Flaschen festgehalten werden und sich
loslösen, wenn die Flaschen in Wasser getaucht werden.
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Der Zähler kann keinen Alarm auslösen, wenn das Entweichen von Gas
derart erheblich ist, daß die austretenden Blasen nicht mehr voneinander getrennt
und verschieden, sondern so zahlreich sind, daß sie sich tberlagern. Das von der
Sondiereinrichtung empfangene Signal ist dann während der gesamten Dauer des Durchgangs
der Flasche unter dem Meßgehäuse gedämpft und der Zähler tiblt dann nur noch einen
einzigen Anstieg des von dem Organ 27 ausgesandten Signals. Zum Zweck der Feststellung
und Signalisierung der Undichtigkeiten für den Fall, daß diese erheblich sind, ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem elektronischen Integrationsorgan 32 versehen,
das mit dem Ausgangssignal der elektronischen vorrichtung 27 gespeist ist und eine
Alarmeinrichtung 31 auslösen kann, wenn das empfangene Signal eine Zeit tl andauert,
die größer als ein vorgegebener und regelbarer Wert ist.
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Wenn beispielsweise die Behandlungsdauer jeder Flasche etwa 3 Sekunden
und die Durchgangszeit unter der Meß-Au!!anaeinrichtung etwa 1,5 Sekunden pro Flasche
dauert, so kann die Zeit T1 : 300 Millisekunden gewählt werden.
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In Fig 3 ist ein Diagramm dargestellt, das die von der
Sonde
22 bei erheblicher Undichtigkeit aufgenommenen Impulse als Funktion der Zeit und
das entsprechende Signal zeigt, das von dem Organ 27 geliefert und durch das Integrationsorgan
32 aufgenommen wird. In Fig. 3 ist zu sehen, daß während einer Zeit von lyS Sekunden
das von der Sonde 22 aufgenommene Signal unterhalb der Schwelle C liegt, und zwar
aufgrund des beträchtlichen Entweichens von Gas, das sich durch eine Vielzahl von
sich überlagernden Blasen überträgt. Das von dem Organ 27 ausgesandte Signal wird
dann von der Vorrichtung 32 aufgenommen, die nach 300 Millisekunden das Auslösen
des Alarms steuert. Selbstverständlich ist die Vorrichtung 32 in der Weise ausgebildet,
daß die Zeit t1 entsprechend der Art der verwendeten Flaschen, des Fülldruckes,
usw. geregelt werden kann. In gewissen Fällen sind die Undichtigkeiten derart groß,
daß die über dem Behälter angebrachte Vorrichtung, d. h. die Auffangseinrichtung,
das Rohr 6 und das Druckgefäß 11 vollstandig mit Gas gefüllt sind, Um das System
wieder empfindlich zu machen, ist es erforderlich, das Tauchen einzustellen und
eine ausreichend lange Zeit zu warte, damit der Pegel in dem Rohr wieder auf die
Höhe h1 über dem Spiegel des Behälters zurückkehrt. Zu diesem Zweck ist am Ausgang
des elektronischen Organs 27 ein zum Kreis 32 analoger Kreis 36 vorgesehen, der
mit einem Wert t2 verzögert ist, welcher über t und unterhalb der Durchgangszeit
der
Flasche unter der Auffangeinrichtung liegt und beispielsweise 700 Millisekunden
betrags.
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Der Kreis 36 ist in der Weise ausgelegt, daß dann, wenn am Ende einer
Zeit -t2 das an seinen Klemmen empfangene Signal immer noch vorhanden ist, ein Kreis
zum Anhalten des Tauchens gesteuert wird, der in der Fig. 1 systematisch durch das
Rechteck 37 dargestellt ist.
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Die Ausrüstung der Meßvorrichtung wird durch ein Speicherregister
4 vervollständigt, das zwei Speicherreihen 41 und 42 aufweist, wobei das eine 41
zur Aufzeichnung der sich in Ordnung befindenden Flaschen und das andere 42 zur
Aufzeichnung der undichten Flaschen dient. Der Eingang der Speichervorrichtung 41
weist einen Umschalter 44 auf, der normalerweise auf den Teil des Speichers geschaltet
ist, der den sich in Ordnung befindenden Flaschen entspricht, jedoch auch auf den
anderen Teil mittels eines Motors 45 geschaltet werden kann, der von dem Alarmkreis
31 gespeist ist, Ein am Ausgang der Tauchbahn angeordneter Mikrokontakt 46 steuert
die Öffnung des Eingangs 47 des Registers.
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Wenn die Flasche undicht ist, so betätigt der Alarmkreis 31 den Motor
45, wodurch der Schalter in der Weise gekippt wird, daß die Flasche in dem Block
42 aufgezeichnet wird. Der Ausgang 48 des Registers gibt
ein Signal
ab, das einen Motor 49 zur Steuerung einer Schraubenwinde-SB betätigt, die dazu
bestimmt ist, die Flasche aus der Kette auszuführen, Ein so in der Nähe von Null
angebrachter Mikrokontakt dient zur Feststellung des Durchgangs der Flasche und
legt den Zeitpunkt fest, zu dem der Ausgang 48 des Registers sein Signal abgibt.
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Die Speisung des Meßgerätes mit Flüssigkeit, die zur Kompensierung
des durch die Flaschen bewirkten Flüssigkeitsverlustes erforderlich ist, wird durch
Leitungen 25 gewährleistet, die in der Nähe der Sonden münden,. Dadurch wird eine
ständige Reinigung des den Sonden benachbarten Bereiches ermöglicht und die Beseitigung
von Verunreinigungen und Resten gewährleistet, die sich in dieser Höhe bilden und
die Messungen stören könnten.
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Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Vorrichtung arbeitete zur vollsten
Zufriedenheit und vollkommen sicher.
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Ein Versuch mit mehreren 1000 Flaschen, die sich am Ausgang einer
Füllkette befanden, hat gezeigt, daß alle undichten Flaschen festgestellt wurden
und daß der Prozentsatz an Flaschen, die durch Fehler als undicht zurtckgewiesen
wurden, 1% nicht überschritt.
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- Patentansprüche -