DE19834185A1 - Verfahren zum Prüfen von Behälterverschlüssen - Google Patents
Verfahren zum Prüfen von BehälterverschlüssenInfo
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Abstract
Zum Prüfen der Dichtigkeit und/oder des ordnungsgemäßen Verschlusses von Behältern, die auf einer Bahn befördert werden, wobei die Behälter in kurzen zeitlichen Abständen aufeinanderfolgen und wobei die Behälter durch Anbringen eines Verschlusses verschlossen werden, wird ein vom Innendruck abhängendes Merkmal (= Innendruckmerkmal) der Behälter gemessen. Beim Anbringen der Verschlüsse an den Behältern werden das Innendruckmerkmal oder Parameter der Verschlüsse oder Behälter, deren Kenntnis für die Messung des vom Innendruck abhängenden Merkmals notwendig sind, erfaßt. Die Behälter werden spätestens beim Anbringen des Verschlusses in einer Weise markiert, die eine Zuordnung der beim Anbringen der Verschlüsse erfaßten Werte zu dem jeweiligen Behälter zuläßt. Der Innendruck des Behälters wird aus dem in zeitlichem Abstand nach dem Anbringen des Verschlusses gemessene Wert des Innendruckmerkmals und Vergleich mit dem beim Anbringen des Verschlusses gemessenen Wertes des Innendruckmerkmals bzw. unter Berücksichtigung der erfaßten Parameter ermittelt wird. Bei starren Behältern, wie Glasflaschen, handelt es sich bei dem Innendruckmerkmal typischerweise um die Schwingungsfrequenz der Verschlüsse, bei flexiblen Behältern, wie PET-Flaschen, dagegen um den Füllstand. Die Markierung kann in einer Magnetisierung des Verschlusses bestehen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Dichtig
keit und des ordnungsgemäßen Verschlusses einer Mehrzahl von
Behältern, die auf einer Bahn befördert werden, wobei die
Behälter in kurzen zeitlichen Abständen aufeinanderfolgen,
wobei die Behälter durch Anbringen eines Verschlusses ver
schlossen werden und wobei ein vom Innendruck abhängendes
Merkmal (= Innendruckmerkmal) der Behälter in zeitlichem
Abstand nach dem Anbringen des Verschlusses gemessen wird.
Bei starren Behältern wie Glasflaschen handelt es sich bei dem
Innendruckmerkmal typischerweise um die Schwingungsfrequenz
der Verschlüsse, bei flexiblen Behältern, wie PET-Flaschen,
dagegen um den Füllstand.
Starre Behälter, z. B. Beispiel Glasfaschen, die Fruchtsaft
oder Bier enthalten, sind bisher durch Messung des Innendrucks
auf Dichtigkeit geprüft worden. Diese Prüfung wurde etwa 5
Minuten nach dem Füllen und Verschließen durchgeführt. Bei
Fruchtsäften, die heiß eingefüllt werden, bildet sich inner
halb dieser Zeitspanne durch Abkühlung ein Unterdruck, während
sich bei Bier durch das freiwerdende CO2 ein geringer Über
druck von 0,6 bis 1,5 bar aufbaut. Bei Fruchtsäften, die nach
dem Verschließen in einem Pasteur erhitzt werden, baut sich
ein höherer Druck auf. Es ist bekannt, diesen Druck durch
Messung der Schwingungsfrequenz des Behälterverschlusses zu
ermitteln (DE-A-40 04 965 und DE-A-196 46 685). Die Messungen
sind mit einer großen Unsicherheit behaftet, da die gemessene
Frequenz offensichtlich von weiteren Parametern beeinflußt
wird, wozu auf die gleichzeitig eingereichte Patentanmeldung
"Verfahren zum Prüfen von verschlossenen Behältern" (eigenes
Zeichen: 31866/Verschlußklassifizierung) verwieden wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Ver
fahren der eingangs genannten Art, die Zuverlässigkeit der
Prüfung der Dichtigkeit oder des Verschlusses zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst:
- 1. daß beim Anbringen der Verschlüsse an den Behältern
- 1. das Innendruckmerkmal gemessen wird und/oder
- 2. Parameter der Verschlüsse oder Behälter, deren Kennt nis für die Ermittlung des Innendruckes aus der Messung des Innendruckmerkmals notwendig sind, erfaßt werden;
- 2. daß die Behälter spätesten beim Anbringen des Verschlusses in einer Weise markiert werden, die eine Zuordnung der beim Anbringen der Verschlüsse gemessenen oder erfaßten Werte zu dem jeweiligen Behälter zuläßt,
- 3. daß der Innendruck des Behälters aus dem in zeitlichem
Abstand nach dem Anbringen des Verschlusses gemessene Wert
des Innendruckmerkmals
- 1. und Vergleich mit dem beim Anbringen des Verschlusses gemessenen Wertes des Innendruckmerkmals bzw.
- 2. unter Berücksichtigung der erfaßten Parameter
Aus dem ermittelten Wert des Innendrucks wird ein Kriterium
für die Dichtigkeit oder die Ordnungsmäßigkeit des Verschlus
ses abgeleitet. Der Innendruck braucht dazu selbstverständlich
nicht zahlenmäßig gemessen werden. Es genügt, eine Größe zu
ermitteln, die für den Innendruck repräsentativ ist, oder auch
nur festzustellen, ob diese Größe über oder unter einem
empirisch ermittelten Schwellwert liegt.
Daß das Innendruckmerkmal der Behälter beim Anbringen der
Verschlüsse erfaßt wird, bedeutet, daß diese Erfassung
stattfindet, bevor der Innendruck ansteigt oder abfällt. Wird
ein Parameter der Verschlüsse oder Behälter erfaßt, deren
Kenntnis für die Messung des Innendruckmerkmals notwendig ist,
so genügt es, diesen Parameter zu erfassen, solange eine
Verfolgung des betreffenden Behälters und damit eine Zuordnung
noch möglich ist.
Die Zeitspanne zwischen dem Anbringen der Verschlüsse und der
Messung des Innendruckmerkmals kann so groß sein, daß eine
Vielzahl von Behältern innerhalb dieser Zeitspanne auf der
Fördereinrichtung befördert wird.
Bei CO2-haltigen Getränken findet die Messung z. B. nach 10
Minuten statt. Bei Fruchtsäften, die pasteurisiert werden,
kann das Innendruckmerkmal nach dem Pasteur gemessen werden.
Bei der Verfahrensalternative, bei der beim Anbringen der Ver
schlüsse an den Behältern das Innendruckmerkmal erfaßt wird,
wird dieses Merkmal zweimal gemessen, nämlich das erste Mal
beim Anbringen der Verschlüsse an den Behältern und das zweite
Mal in dem erwähnten zeitlichen Abstand. Die erste Messung
entspricht dann dem Innendruck Null, so daß dieser Wert im
wesentlichen nur von den Eigenschaften des Verschlusses
und/oder des Verschließkopfes (= Verschlußparameter) abhängt.
Die Abweichung des bei der zweiten Messung erhaltenen Wertes
von dem bei der ersten Messung erhaltenen Wert ist daher
praktisch ausschließlich auf die Änderung des Innendrucks
zurückzuführen, so daß die Messwertdifferenz unmittelbar und
im allgemeinen sogar linear die Erhöhung oder Erniedrigung des
Innendrucks anzeigt.
Werden dagegen beim Anbringen der Verschlüsse an den Behältern
die Eigenschaften des Verschlusses und/oder des Verschließkop
fes (= Verschlußparameter) erfaßt, so wird dann bei der spä
teren Messung des Innendruckmerkmals aus dem gemessenen Wert
dieses Merkmals der Innendruck anhand von Erfahrungswerten,
die in Wertetabellen für die Parameter gespeichert sind, er
mittelt. Man hat dann sozusagen für jeden Verschließkopf
und/oder zusätzlich für jeden Verschlußtyp einen eigenen Para
metersatz und Schwellwert für die gemessene Frequenz bei
starren Behältern bzw. des Füllstandes bei Kunststoffbehäl
tern, mit denen die ermittelte Frequenz bzw. der ermittelte
Füllstand verglichen werden. Der Einfluß der Eigenschaften des
Verschlußrohlings oder aufgebrachten Verschlusses, z. B.
Materialstärke und Compound-Menge), und der Eigenschaften des
Verschließkopfes, z. B. die Verschließkraft, auf die Schwin
gungsfrequenz des aufgebrachten Verschlusses, wird in der
gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung "Verfahren zum
Prüfen von verschlossenen Behältern" (eig. Z.: 31866/Verschluß-
Klassifizierung) erläutert.
Durch die Markierung der Behälter wird eine dauerhafte Zuord
nung des beim Anbringen der Verschlüsse erfaßten Wertes des
Merkmals oder der anderen Parameter zu den einzelnen Behältern
ermöglicht.
Die gemessenen Werte des Merkmals und die Parameter können
mittels der Markierung unmittelbar an dem Behälter angebracht
werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Behälter mittels
der Markierung durchzunumerieren und in einem Computer dann
bei jeder Behälternummer das beim Anbringen des Verschlusses
gemessene Innendruckmerkmal oder die erfaßten Verschlußparame
ter zu hinterlegen. Die Durchnumerierung kann periodisch er
folgen, da im großen und ganzen die Behälter der Reihe nach
weiterbewegt werden oder aus dem Pasteur herauskommen. Falls
die Behälter bereits fortlaufend oder periodisch numeriert
sind, so kann diese Numerierung für die Zuordnung des erfaßten
Wertes bzw. der Parameter zu den Behältern verwendet werden.
Bei starren Behältern wie Glasflaschen enthält die Markierung
vorzugsweise jedoch nur eine Information über die Schwingungs
frequenz des Verschlusses, die bei der ersten Messung er
mittelt wurde, wobei die erste Messung im allgemeinen un
mittelbar nach dem Verschließen stattfindet. Wie erwähnt,
hängt diese Schwingungsfrequenz in erster Linie vom Verschluß
typ und der Schließkraft des Verschließkopfs (= Verschlußpara
meter) ab. Bei der zweiten Messung, wenn sich z. B. in einer
mit einem Kronkorken verschlossenen Bierflasche ein Überdruck
aufgebaut hat, wird eine davon abweichende Frequenz gemessen,
und zwar meistens eine höhere Frequenz. Die Frequenzerhöhung
ist dabei ausschließlich auf den inzwischen aufgebauten Über
druck zurückzuführen. Bei der ersten Messung, die unmittelbar
nach dem Aufdrücken des Kronkorkens durchgeführt wird, beträgt
die Frequenz z. B. zwischen 7 und 8 kHz, wobei die Unterschiede
zwischen den einzelnen Flaschen durch Abweichungen in der
Stärke des Materials des Kronkorkens und der unterschiedlichen
Schließkraft der Verschließköpfe (Verschlußparameter) bedingt
sind. Nach 5 Minuten hat sich z. B. ein Überdruck von 1 bar
aufgebaut, was dazu führt, daß bei der dann durchgeführten
zweiten Messung eine um 0,7 kHz höhere Frequenz gemessen wird.
Diese Frequenzerhöhung liegt innerhalb der Schwankungsbreite,
die durch Unterschiede in den Verschlußparametern bedingt ist.
Eine Frequenzmessung nur nach Aufbau des Innendrucks würde
daher nicht eine zuverlässige Aussage über die Dichtigkeit des
Flaschenverschlusses ermöglichen; man könnte nicht sicher
zwischen Frequenzabweichungen unterscheiden, die durch Unter
schiede der Verschlußparameter verursacht sind, und solchen,
die auf die Erhöhung des Innendrucks zurückzuführen sind.
Die Markierung kann in Form eines Bar- oder Strichcodes erfol
gen. In der Praxis kann diese Art der Markierung auf Schwie
rigkeiten stoßen, da dann auf dem Behälter oder dem Verschluß
ein Strichcode angebracht werden müßte, was von den Verbrau
chern bisweilen nicht akzeptiert würde. Auch mit UV-Tinte kann
die Markierung aufgebracht werden. Die Markierung, d. h. die
Zuordnung bestimmter erfaßter Größen zu den Behältern, kann
durch Transponder erfolgen.
Statt mit dem Bar- oder Strichcode, mittels UV-Tinte oder
Transponder kann man den Behälter oder den Verschluß auch mag
netisch markieren. Dies kann einmal über das Material des
Behälters oder Verschlusses, z. B. bei ferromagnetischem
Material, oder durch die Verwendung eines magnetisierbaren
Lackes ähnlich wie bei Computerdisketten erfolgen. Grundsätz
lich besteht die Möglichkeit, analog oder digital zu ver
fahren, also über die Stärke des Magnetfeldes oder nur über
die Richtung. Beide Verfahren lassen sich auch kombinieren.
Die magnetische Markierung kann nach drei verschiedene Ver
fahren erfolgen:
- a) Analoge Verschlüsselung der Information
- b) Analoge Verschlüsselung der Information mit Referenz markierung
- c) Digitale Verschlüsselung der Information
Ein Nachteil der analogen Methode ist, daß man Effekte
kontrollieren muß, die die Stärke der Magnetisierung beein
flussen. Dazu gehören z. B. die unvermeidlichen Schwankungen
der Materialstärke und -zusammensetzung des Verschlusses.
Dies läßt sich dadurch korrigieren, daß zunächst ein Schreib
impuls definierter Stärke auf den Deckel aufgeprägt wird und
dieser ausgelesen wird. Aus der Höhe des Lesesignals kann dann
auf die Magnetisierbarkeit des Deckels geschlossen werden.
Aufgrund dieser Information wird dann die nötige Stärke des
Schreibimpulses zur Informationsspeicherung berechnet. Eine
andere Korrekturmöglichkeit besteht darin, die Magnetisierung
gleichzeitig in mehreren Richtungen vorzunehmen. Beispiels
weise in der Deckelebene und senkrecht dazu. Die Magnetisie
rung wird dann in allen drei Raumrichtungen wieder ausgelesen
und aus der Magnetisierung in zwei der drei Richtungen wird
die Magnetisierung in der Deckelebene z. B. im Mittelpunkt des
Deckels errechnet. Die Information steckt dann im Winkel des
Vektors der Gesamtmagnetfeldstärke über der Deckelebene. So
ist keine Ausrichtung der Flasche notwendig ist. Die Effekte
der Magnetisierbarkeit der einzelnen Deckel werden herausge
rechnet.
Bei der analogen Verschlüsselung der Information sind ferner
die Höhentoleranzen der Flaschen zu berücksichtigen.
Mögliche Maßnahmen:
Bei dem oben beschriebenen Verfahren, bei dem zunächst ein Schreibimpuls definierter Stärke auf den Verschluß aufgeprägt wird, wird zugleich die Höhentoleranz kor rigiert. Höhentoleranzen der Flaschen und damit der Abstand des Verschlusses zum Schreib- bzw. Lesekopf lassen sich auch aktiv messen und in die Auswertung der Magnet feldstärke integrieren. Schließlich kann auch noch der Abstand des Schreib- und Lesekopfes aktiv der Flaschenhöhe nachgeführt werden.
Diese Nachteile der analogen Methode lassen sich auch dadurch beheben, daß ein Referenzimpuls gleichbleibender Stärke auf den Verschluß aufgebracht wird. Dieser kon stante Referenzimpuls wird dann zur Rekonstruktion der Information im variablen Schreibimpuls wieder verwendet. Damit sind gleichzeitig die oben beschriebenen Probleme gelöst.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren, bei dem zunächst ein Schreibimpuls definierter Stärke auf den Verschluß aufgeprägt wird, wird zugleich die Höhentoleranz kor rigiert. Höhentoleranzen der Flaschen und damit der Abstand des Verschlusses zum Schreib- bzw. Lesekopf lassen sich auch aktiv messen und in die Auswertung der Magnet feldstärke integrieren. Schließlich kann auch noch der Abstand des Schreib- und Lesekopfes aktiv der Flaschenhöhe nachgeführt werden.
Diese Nachteile der analogen Methode lassen sich auch dadurch beheben, daß ein Referenzimpuls gleichbleibender Stärke auf den Verschluß aufgebracht wird. Dieser kon stante Referenzimpuls wird dann zur Rekonstruktion der Information im variablen Schreibimpuls wieder verwendet. Damit sind gleichzeitig die oben beschriebenen Probleme gelöst.
Die digitale Methode hat naturgemäß eine besseres Signal-zu-
Rauschverhältnis, da nur die Richtung des Magnetfeldes als
Informationseinheit verwendet wird. Es müssen also unter
schiedliche Bereiche des Deckels in verschiedenen Richtungen
magnetisiert werden. Beispielsweise läßt sich der Verschluß
orthogonal zur Deckelebene in unterschiedlichen Orientierungen
magnetisieren. Einfache Muster für die Magnetisierung sind
Streifen unterschiedlicher Polarität oder, um die Rotations
symmetrie zu bewahren, konzentrische Ringe unterschiedlicher
Polarität.
Alle diese Methoden sind möglich. Sie unterscheiden sich nur
in der Aufwendigkeit des Verfahrens, sowie in der erzielbaren
Informationsmenge, die in die Markierung gepackt werden kann.
Letztendlich ist eine Steigerung der Informationsdichte auch
durch eine Kombination des analogen und des digitalen Ver
fahrens möglich. Beispielsweise bringt man konzentrische Ringe
unterschiedlicher Orientierung auf den Verschluß auf und diese
dann noch in mehreren leicht voneinander zu unterscheidenden
Stufen der Magnetfeldstärke. Jede zusätzliche Stufe erhöht
dann die Anzahl der maximalen möglichen Informationsmenge
(d. h. der unterschiedbaren Zustände).
Vorzugsweise erfolgt sowohl das Magnetisieren als auch das
Auslesen der Verschlüsse richtungsunabhängig, d. h. das Muster
der Magnetisierung ist rotationssymmetrisch zur Rotationsachse
der Behälter, z. B. von Getränkeflaschen aus Glas mit Kronkor
ken oder Schraubverschluß. Man kann dazu den Verschluß, wie
bereits erwähnt, in konzentrischen Ringen magnetisieren. Eine
andere Möglichkeit ist, in der Richtung der Magnetisierung die
Information zu speichern. Wegen der geforderten Richtungsunab
hängigkeit oder Rotationssymmetrie steht dabei nur ein Winkel
bereich von insgesamt 180° zur Verfügung.
Was die Konstruktion des Schreibkopfes betrifft, so ist zum
Schreiben analoger Signale bereits eine stromdurchflossene .
Spule eventuell mit hochpermeablem Kern ausreichend. Die
Stärke des analogen Signals wird durch den Spulenstrom
geregelt. Eine Feldformung läßt sich durch geeignete Polschuhe
des weichmagnetischen Kerns der Spule erzeugen. Soll die
Rotationssymmetrie bewahrt werden, so ist es am einfachsten,
den Magnetisierungsimpuls senkrecht zur Deckelebene auf
zubringen. Die Information ist dann im Betrag und im Vor
zeichen der Magnetisierung enthalten. Dazu ist die Spule als
Schreibkopf über den vorbeilaufenden Behältern anzubringen und
ein Stromimpuls entsprechender Stärke zu erzeugen, wenn sich
ein Behälter unter dem Schreibkopf befindet.
Eine gleichzeitige Magnetisierung in mehreren Richtungen läßt
sich durch Anbringung von zwei oder mehr Spulen, die gleich
zeitig getriggert werden realisieren. Auch hier lassen sich
natürlich Magnetfeldstärke und Magnetfeldform durch ent
sprechend geformte Polschuhe optimieren.
Magnetisierungsmuster in konzentrischen Ringen auf dem
Verschluß lassen sich durch ineinandergeschachtelte Spulen
realisieren, deren Stromrichtung und Stromstärke variabel
sind.
Bereits das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Drahtes
reicht aus, um Elektronenspins des Verschlußmaterials auszu
richten. Beispielsweise lassen sich also durch parallele
stromdurchflossene Drähte Streifenmuster auf die Verschlüsse
aufbringen. Muster von beispielsweise zehn Streifen lassen
sich so erzeugen. Rotationssymmetrische Magnetisierungsmuster
lassen sich entsprechend durch Drähte in Ringform erzeugen.
Durch Spitzen aus hochpermeablem Material lassen sich punkt
weise hohe Magnetfeldstärken erzeugen, die die Orientierung
der Elektronenspins des Deckelmaterials lokal ausrichten
können.
Der Lesekopf besteht je nach Komplexität der Muster aus einem .
oder mehreren Magnetfeldsensoren. Aus deren Ausgangssignalen
wird durch eine Analysesoftware die Information wieder rekon
struiert. Für einfache Magnetisierungsmuster genügen Hall-
Sensoren. Vorzugsweise werden magnetoresistive Sensoren
verwendet, die wesentlich empfindlicher sind als Hall-Senso
ren. Auch die wesentlich teureren SQUIDs oder die sogenannten
GMRs (Giant Magnetic Resistivity Detektoren) sind natürlich
einsetzbar, im allgemeinen reichen jedoch magnetoresistive
Sensoren aus und liefern eine ausreichende Auflösung, um die
Magnetisierungsmuster auch im Abstand von einigen Millimetern
wieder auszulesen. Ihre Ausgangssignale liefern ortsaufgelöste
Informationen über Betrag und Richtung des gemessenen Magnet
feldes.
Bei der Magnetisierung ferromagnetischer Werkstoffe ist die
Abhängigkeit von der Vorgeschichte also die Hysterese zu
beachten. Die im Material erzielbare magnetische Flußdichte B
hängt nicht nur von der aufgeprägten äußeren Magnetfeldstärke
Hext ab, sondern auch von der Vorgeschichte des Materials.
Es ist daher sowohl für das analoge als auch in eingeschränk
ter Form für das digitale Verfahren der Magnetisierung von
Vorteil für alle Verschlüsse eine definierte Ausgangsmagnetis
ierung erzeugen, um die Reproduzierbarkeit der Schreibimpulse
zu erhöhen. Das bedeutet, man braucht noch einen zusätzlichen
Löschkopf, der dem Schreibkopf vorgelagert ist.
Als definierte Ausgangsmagnetisierung eignen sich zum einen
eine Sättigungsmagnetisierung und zum anderen eine Entmagneti
sierung der Verschlüsse. Sättigungsmagnetisierung erreicht man
durch ein sehr starkes äußeres Magnetfeld. Entmagnetisierung
läßt sich durch ein magnetischen Wechselfeld abnehmender
Intensität erreichen, das man durch eine wechselstromdurch
flossene Spule erzeugt. Wird der Behälterverschluß am Lösch
kopf vorbeigeführt, so erfährt er dabei automatisch ein ab
nehmendes Magnetfeld, auch wenn der Spulenstrom konstant ist.
Zur Entmagnetisierung reicht daher ein Löschkopf aus, der in
geringem Abstand über den unter ihm durchlaufenden Behälter
verschlüssen angebracht ist und mit Wechselstrom konstanter
Stärke gespeist wird. Der Durchmesser des Löschkopfes soll
größer als der Durchmesser des zu entmagnetisierenden Ver
schlusses sein, um diesen vollflächig entmagnetisieren zu
können.
Beim Schreiben selbst stellt sich eine ähnliche Problematik,
wenn der Schreibkopf mit Spulen mit weichmagnetischen Spulen
kernen arbeitet. Nach einem Schreibimpuls hoher Feldstärke
kann man keinen Schreibimpuls gleicher Richtung erzeugen, der
kleiner ist als die zum ersten Impuls gehörende Remanenz.
Zur Lösung dieses Problems kann man folgende Maßnahmen ergreifen:
- a) Nur den Bereich zwischen Remanenz und Sättigungs magnetisierung als Dynamikbereich des Schreibkopfes nutzen.
- b) Zwischen den Flaschen einen Löschimpuls für den Schreibkopf mittels Wechselstrom geben.
- c) Nicht den Strom, sondern das Magnetfeld des Schreib impulses vorgeben. Das Magnetfeld muß dann gemessen werden und die Ströme des Schreibkopfes entsprechend geregelt werden.
Das elegantere Verfahren ist natürlich den Schreibkopf und den
Löschkopf in einem Kopf zu integrieren. Damit entmagnetisiert
man gleichzeitig die Verschlüsse und den Schreibkopf. Dazu muß
man nur einen geeigneten Schreibimpuls generieren. Wieder gibt
es zwei Verfahren, die in der Zeichnung verdeutlicht sind:
- a) Über den gewünschten Gleichspannungsimpuls wird ein hoher abnehmender Wechselstrom gelegt, der während der Impulsdauer auf Null zurückgeht (siehe Fig. 1).
- b) Mittels eines hohen Wechselstroms wird die gesamte Hysteresekurve für jeden Verschluß (und das Spulen kernmaterial!) durchfahren. Bei der gewünschten Impulshöhe wird abgebrochen (siehe Fig. 2).
Das Kodieren oder Markieren der einzelnen Flaschen ist nicht
nur für die Kontrolle der Dichtigkeit des Verschlusses von
Glasflaschen, sondern auch zur Messung der Dichtigkeit von
PET-Flaschen einsetzbar. Man mißt dazu den Füllstand unmittel
bar nach dem Verschließen der PET-Flasche und dann zu einem
späteren Zeitpunkt und aus dem Vergleich kann man dann sehr
genau feststellen, ob die Flasche dicht ist. Normalerweise
baut sich nach dem Verschließen der Druck auf, da CO2 frei
wird. Die PET-Flasche dehnt sich etwas aus und dadurch sinkt
der scheinbare Füllstand um einen bestimmten Betrag. Ist die
PET-Flasche im Bereich der flüssigen Phase undicht, so sinkt
der Füllstand stärker. Ist das Leck dagegen im oberen Bereich,
also wo sich die Luftblase befindet, so sinkt der Füllstand
nicht. Bei Kunststoffflaschen kann daher durch den Vergleich
des Füllstandes zu zwei auseinanderliegenden Zeitpunkten eine
Undichtigkeit festgestellt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbei
spiels näher erläutert, das sich auf die Prüfung der Dichtig
keit von Bierflaschen bezieht, die mit einem Kronkorken aus
Stahl verschlossen werden. Die Flaschen werden in geringem
Abstand oder sogar unter Staudruck auf einem Förderband mit
einem Durchsatz von bis zu 80 000 Flaschen pro Stunde beför
dert.
Für die Prüfung der Dichtigkeit und des ordnungsgemäßen Ver
schlusses wird eine Einrichtung mit einer ersten Einrichtung
zum Messen der Frequenz der mechanischen Schwingungen des
Verschlusses, mit einem Löschkopf, mit einem Schreibkopf, mit
einem Lesekopf und mit einer zweiten Einrichtung zum Messen
der Frequenz der mechanischen Schwingungen des Verschlusses
sowie der jeweils zugehörigen Elektronik verwendet:
Als erstes wird die Frequenz der mechanischen Schwingungen des
Verschlusses einer gefüllten und auf einem Gliederkettenför
derer zugeführten Flasche gemessen. Dies erfolgt in bekannter
Weise, indem durch einen kurzen magnetischen Impuls der Ver
schluß angestoßen wird und dann durch ein Mikrofon die
Frequenz der Schwingungen des Verschlusses aufgenommen wird.
Diese Frequenz liegt im Bereich von z. B. 7 bis 8 kHz.
Der Verschluß wird dann mittels eines Löschkopfes entmagneti
siert. Als Löschkopf dient eine Spule mit weichmagnetischem
Eisenkern, die mit einem Dauerwechselstrom einer Frequenz von
etwa 100 Hz und einer Stromstärke von mehreren Ampere betrie
ben wird. Der Durchmesser der Spule beträgt 3 cm und ist damit
etwas größer als der Durchmesser der zu beschreibenden Ver
schlüsse. Die Spule hat etwa 50 Windungen. Der Löschkopf
löscht sämtliche vorhandene Signale auf dem Verschluß; ent
magnetisiert also vollständig alle Verschlüsse der Flaschen,
die in einem Abstand von 5 mm unter ihm hindurchgeführt
werden.
Der Schreibkopf ist baugleiche zu dem Löschkopf und wird mit
einem kurzen Gleichstromimpuls zwischen 1 und 10 Ampere gespeist,
wenn sich der zu beschreibende Verschluß direkt unter
ihm im Abstand von etwa 3 mm befindet. Der Schreibkopf richtet
die Weißschen Bezirke des ferromagnetischen Materials senk
recht zur Verschlußebene aus und über die Stärke des Gleich
stromimpulses kann man die verbleibende Magnetfeldstärke
(Remanenz) des Verschlußmaterials steuern. Den richtigen
Zeitpunkt für den Magnetisierungsimpuls bestimmt man durch
eine Lichtschranke, die die Ankunft eines Behälters anzeigt.
Die Markierung der Verschlüsse erfolgt analog. Die Verschlüsse
werden senkrecht zu ihrer Fläche magnetisiert. Flaschen, deren
Verschlüsse eine Frequenz außerhalb des Bereichs von 7 bis
8 kHz haben, werden sofort ausgesondert, da sie offensichtlich
defekt sind. Der Bereich von 7 bis 8 kHz wird in analoger Form
durch die Stärke der aufgebrachten Magnetisierung wieder
gegeben. Eine Frequenz von 7 kHz wird durch eine im Abstand
von 3 mm vom Verschluß gemessene Feldstärke von 1 Gauß bei
nach unten gerichtetem Magnetfeld und eine Frequenz von 8 kHz
durch eine Feldstärke von 1 Gauß bei nach oben gerichtetem
Magnetfeld wiedergegeben. Insgesamt steht daher für die
Wiedergabe des Frequenzbereichs von 7 bis 8 kHz ein Bereich
von 2 Gauß zur Verfügung. Der Zwischenbereich wird etwa linear
interpoliert.
Die Flaschen laufen dann durch einen Etikettierer und nach
5 Minuten wird zunächst mittels des Lesekopfes die magnetisch
verschlüsselte Information aus dem Verschluß ausgelesen. Durch
einen induktiven Abstandsmesser wird auch die vertikale
Position des Verschlusses und damit der Abstand zwischen
Lesekopf und Verschluß gemessen.
Als Lesekopf dient in einachsiger, magnetoresistiver Sensor.
Die Leseachse ist senkrecht zur Verschlußebene ausgerichtet,
der Abstand zu den Verschlüssen beträgt etwa 5 mm und die
Flaschen werden mit den Verschlüssen mittig unter dem Sensor
durchgeführt. Die Ausgangssignale des Sensors von einigen mV
müssen dann noch elektronisch aufbereitet und verstärkt
werden. An dieser Stelle findet auch eine Korrektur der Unter
schiede in der Höhe der einzelnen Flaschen statt, wozu das
Signal des induktiven Abstandsmesser verarbeitet wird. Es
werden dabei sowohl die sich beim Schreiben als auch die sich
beim Lesen ergebenden Abweichungen der Stärke der Magnetisie
rung bzw. des ausgelesenen Signals korrigiert. Die übertragene
Information steckt dann im maximalen Hub der Magnetfeldstärke
des gerade gemessenen Verschlusses. Dieser Hub wird aus den
Ausgangssignalen des Magnetsensors von der Auswertesoftware
bestimmt und gibt die bei der ersten Frequenzmessung er
mittelte Frequenz der mechanischen Schwingungen des Ver
schlusses an. Das Auslesen wird wiederum durch eine Licht
schranke getriggert.
Schließlich wird nochmals die aktuelle Frequenz der mechani
schen Schwingungen des Verschlusses ermittelt. Bei dieser
zweiten Messung wird das gleiche Verfahren wie bei der ersten
Messung angewandt. Aus dem Unterschied der bei der ersten und
bei der zweiten Messung erhaltenen Werte für die mechanischen
Schwingungen des Verschlusses kann nun der sich zwischen
beiden Messungen in der Flasche aufgebaute Druck bestimmt
werden.
Während die Absolutwerte der Frequenzen sehr stark von den
Verschlußparametern abhängen, wird der Frequenzunterschied
davon nicht beeinflußt. Die mit dem Einschreiben und Auslesen
der magnetischen Markierung verbundenen Fehler sind wesentlich
kleiner als die Frequenzverschiebung durch die Verschlußparam
eter.
Zeigt der festgestellte Frequenzunterschied einen unzulässig
kleinen Innendruck an, so ist die ein Anzeichen für einen
undichten Verschluß und wird die betreffende Flasche ausgeson
dert.
Claims (7)
1. Verfahren zum Prüfen der Dichtigkeit und/oder des ord
nungsgemäßen Verschlusses eines Behälters, der zusammen
mit einer Vielzahl gleicher Behälter auf einer Bahn beför
dert wird, wobei die Behälter in kurzen zeitlichen Abstän
den aufeinanderfolgen, wobei die Behälter durch Anbringen
eines Verschlusses verschlossen werden und wobei ein vom
Innendruck abhängendes Merkmal (= Innendruckmerkmal) der
Behälter in zeitlichem Abstand nach dem Anbringen des
Verschlusses gemessen wird, dadurch gekennzeichnet,
- 1. daß beim Anbringen der Verschlüsse an den Behältern
- 1. das Innendruckmerkmal gemessen wird und/oder
- 2. Parameter der Verschlüsse oder Behälter, deren Kenntnis für die Ermittlung des Innendruckes aus der Messung des Innendruckmerkmals notwendig sind, erfaßt werden;
- 2. daß die Behälter spätesten beim Anbringen des Ver schlusses in einer Weise markiert werden, die eine Zuordnung der beim Anbringen der Verschlüsse erfaßten Werte zu dem jeweiligen Behälter zuläßt,
- 3. daß der Innendruck des Behälters aus dem in zeitlichem
Abstand nach dem Anbringen des Verschlusses gemessene
Wert des Innendruckmerkmals
- 1. und Vergleich mit dem beim Anbringen des Ver schlusses gemessenen Wertes des Innendruckmerkmals bzw.
- 2. unter Berücksichtigung der erfaßten Parameter ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Messung des Innendruckmerkmals in einem zeitlichen Abstand
zum Anbringen der Verschlüsse erfolgt, der so groß ist,
daß eine Vielzahl von Behältern innerhalb dieser Zeit
spanne auf der Bahn befördert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Anbringen der Ver
schlüsse das Innendruckmerkmal erfaßt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Markierung den für den jeweiligen
Behälter erfaßten Wert des Innendruckmerkmals wiedergibt.
4. Verfahren man nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Markierung in einer Magnetisierung
des Verschlusses besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetisierung des Verschlusses Daten in analoger Form
enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Behälter und die Verschlüsse aus starrem Material beste
hen, dadurch gekennzeichnet, daß das Innendruckmerkmal die
Schwingungsfrequenz der Verschlüsse ist und daß die
Markierung die beim Anbringen der Verschlüsse erfaßte
Schwingungsfrequenz wiedergibt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Behälter aus flexiblem Material bestehen, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Innendruckmerkmal der Füllstand ist und
daß die Markierung den beim Anbringen der Verschlüsse
erfaßten Füllstand wiedergibt.
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