DE19834218A1 - Verfahren zum Prüfen von verschlossenen Behältern - Google Patents

Abstract

Zum Prüfen von verschlossenen Behältern, z. B. hinsichtlich des Restluftvolumens oder der Qualität und Dichtigkeit der Verschlüsse, die an Behältern angebracht sind, werden in dem Verschluß mechanische Schwingungen angeregt, werden die mechanischen Schwingungen analysiert, werden daraus Meßwerte abgeleitet, werden diese Meßwerte mit vorgegebenen Werten für akzeptable Verschlüsse verglichen und wird ein Signal erzeugt, das aussagt, ob der Meßwert einem Wert für einen akzeptablen Verschluß entspricht. DOLLAR A Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Prüfung werden die Schwingungseigenschaften der Verschlußrohlinge (R) zusätzlich bereits vor deren Anbringung an den Behältern (B) ermittelt werden und wird der Bereich akzeptabler Werte der an den Behältern (B) angebrachten Verschlüsse (V) in Abhängigkeit von den Schwingungseigenschaften des entsprechenden Verschlußrohlings (R) gewählt. Die Verschlußrohlinge (R) können in Abhängigkeit von ihren Schwingungseigenschaften klassifiziert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von ver­ schlossenen Behältern, z. B. des Restluftvolumens oder der Qualität und Dichtigkeit von Verschlüssen, die an Behältern angebracht sind, wobei in dem Verschluß mechanische Schwingun­ gen angeregt werden, die mechanischen Schwingungen analysiert werden, daraus Meßwerte abgeleitet werden, diese Meßwerte mit vorgegebenen Werten für akzeptable Verschlüsse verglichen werden und ein Signal erzeugt wird, das aussagt, ob der Meß­ wert einem Wert für einen akzeptablen Verschluß entspricht.

Aus DE-A-40 04 965 ist es bekannt, Unterdruck-Verschlüsse mit federndem Deckel, insbesondere Unterdruck-Schraubverschlüsse, auf Dichtigkeit ihrer Anbringung zu überprüfen, indem in dem Deckel mechanische Schwingungen erzeugt werden, die Schwingun­ gen bezüglich ihrer Frequenz, ihrer Periodendauer und/oder ihrer Dämpfung verarbeitet und ausgewertet werden und daraus die Höhe des Unterdrucks im Behälter ermittelt wird.

Aus US-A-5,353,631 ist ein ähnliches Verfahren zur Messung des Innendrucks eines verschlossenen Behälters bekannt, wobei eine Wand des Behälters angestoßen wird, das Schwingungsspektrum der dadurch erzeugten mechanischen Schwingungen aufgenommen und mit dem zuvor aufgenommenen Schwingungsspektrum von Be­ hältern mit bekannten Innendrücken verglichen wird.

In der Praxis ergeben sich Schwierigkeiten dadurch, daß ein Getränkeabfüllbetrieb die Rohlinge für Schraubverschlüsse oder Kronkorkverschlüsse von verschiedenen Herstellern bezieht und die Rohlinge einzelner Hersteller in der Materialzusammen­ setzung oder -stärke oder dem auf der Innenseite des Ver­ schlusses angebrachten Compound voneinander abweichen. Solche Abweichungen können auch bei unterschiedlichen Chargen ein und desselben Herstellers auftreten. Diese Abweichungen führen dazu, daß eine bestimmte gemessene Frequenz bei Verschlüssen des einen Herstellers im akzeptablen Bereich, bei denen eines anderen Herstellers dagegen im inakzeptablen Bereich liegen kann, so daß häufig keine sichere Aussage über einen Verschluß möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit des eingangs genannten Verfahrens zum Prüfen von Behälterver­ schlüssen zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die mechanischen Schwingungseigenschaften der Verschlüsse zusätz­ lich vor deren Anbringung an den Behältern ermittelt werden und daß der akzeptable Bereich der Werte, die nach dem Anbrin­ gen der Verschlüsse an den Behältern ermittelt werden, in Ab­ hängigkeit von den Schwingungseigenschaften gewählt werden, die vor dem Anbringen der Verschlüsse ermittelt wurden.

Mittels der ersten, vor dem Anbringen der Verschlüsse statt­ findenden Prüfung der Verschlüsse, die dabei noch als Ver­ schlußrohlinge vorliegen, kann beispielsweise durch Frequenz­ messung die Materialstärke oder durch Messung der Dämpfung die Dicke der Compound-Schicht ermittelt werden. Es hat sich ge­ zeigt, daß Verschlüsse, die mit Rohlingen hergestellt werden, die gleiche Materialstärke, Materialzusammensetzung, Dicke des Compounds usw. haben, bei der zweiten Prüfung Meßwerte lie­ fern, die nur in einem sehr engen Bereich streuen, wenn der Verschluß ordnungsgemäß sitzt, der Behälterinnendruck, die Füllstandshöhe usw. stimmen. Schwierigkeiten, die sich in der Praxis dadurch ergeben, daß die Verschlußrohlinge voneinander abweichen, lassen sich dadurch beheben, daß zunächst in einer ersten Prüfung, die vor dem Anbringen der Verschlüsse an den Behältern stattfindet, die Eigenschaften der Verschluß-Roh­ linge untersucht werden. Es genügt dazu, wenn die Schwingungs­ eigenschaften der Rohlinge festgestellt werden, z. B. die Fre­ quenz der mechanischen Schwingung und deren Dämpfung. Anhand von Wertetabellen, in denen die vor und nach dem Anbringen der Verschlüsse ermittelten Schwingungsmerkmale einander zugeord­ net werden, läßt sich dann ein sehr enger Bereich von akzep­ tablen Meßwerten für eine größere Anzahl von voneinander ab­ weichenden Verschlüssen festlegen.

Grundsätzlich sind zwei Ausführungsformen des erfindungsge­ mäßen Verfahrens möglich:

Bei der ersten Ausführungsform geht man davon aus, daß man es mit einer begrenzten Anzahl, z. B. vier, verschiedenen Typen von Verschlußrohlingen zu tun hat. Die erste Prüfung der Ver­ schlüsse erfolgt daher nur mit dem Ziel festzustellen, um welchen Typ es sich bei dem jeweiligen Verschluß handelt. Bei der zweiten, nach dem Anbringen des Verschlusses erfolgenden Prüfung wird dann festgestellt, ob der betreffende Verschluß Schwingungswerte innerhalb des für diesen Typ geltenden Be­ reichs von akzeptablen Werten hat.

Bei der zweiten Ausführungsform werden bei der ersten Prüfung des Verschlußrohlings bestimmte Schwingungsmerkmale, z. B. die Eigenfrequenz und das Zeitintegral der Amplitude gemessen. Für die zweite Messung werden dann die akzeptablen Werte oder Wer­ tebereiche in Abhängigkeit von den bei der ersten Prüfung ge­ messenen Werten gewählt, z. B. eine Frequenzerhöhung zwischen 10 und 20% oder Frequenzverschiebung von 500 Hz und eine Re­ duzierung des Zeitintegrals der Amplitude um 30%. Zwischen den Werten der ersten Messung und denen der zweiten Messung wird dabei eine zuvor empirisch ermittelte Korrelation hergestellt.

Beide Ausführungsformen können auch in der Weise kombiniert werden, daß bei der ersten Prüfung die Verschlußrohlinge nach verschiedenen Typen unterschieden werden und dann für jeden Typ eine bestimmte Korrelation zwischen den Meßwerten der ersten und der zweiten Prüfung angewendet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Verfeinerung des in der älteren Anmeldung DE 197 36 869.7 beschriebenen Verfahren, und zwar insbesondere zur Bestimmung des Luftvolumens und damit des Restsauerstoffs in Getränke­ flaschen. Diese Prüfung ist vor allem bei Bier wichtig. Bei dem in der älteren Anmeldung DE 197 36 869.7 beschriebenen Verfah­ ren erfolgt die Analyse der mechanischen Schwingungen unmit­ telbar nach dem Aufbringen des Verschlusses, bevor in dem Behälter eine wesentliche Änderung des Innendrucks statt­ findet. Diese Schwingungsanalyse ist beim erfindungsgemäßen Verfahren die zweite Prüfung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch bei Prüfver­ fahren anwendbar, bei denen die mechanischen Schwingungen erst nach einer gewissen Zeitspanne nach dem Aufbringen des Ver­ schlusses analysiert und ausgewertet werden. Voraussetzung hierfür ist, daß der Weg eines Verschlusses und der Flasche, an der er angebracht wird, verfolgt werden kann. Hierzu gibt es bekannte Verfahren wie sie zum Verfolgen einer Flasche von einer Inspektionsvorrichtung zu einer Ausleitvorrichtung ein­ gesetzt werden.

Insbesondere bei der Prüfung eines Verschlusses auf dichten Sitz ist es zweckmäßig, die zweite Prüfung oder eine zusätz­ liche Prüfung im zeitlichen Abstand von der Anbringung des Verschlusses durchzuführen, um einen in der Zwischenzeit auf­ getretenen Druckabfall feststellen zu können. Z.B. kann es notwendig sein, den Innendruck vor und nach dem Pasteurisieren des Behälterinhalts zu messen. In einer Pasteurisiereinrich­ tung befindet sich dabei eine sehr große Anzahl von Behältern in ungeordneter Reihenfolge. Um dennoch die einzelnen Behälter identifizieren zu können, müssen diese markiert werden. Hierzu können die Verschlüsse oder die verschlossenen Flaschen mit einer Markierung in Klarschrift oder in Strichcode versehen werden. Diese Markierung kann sichtbar oder beispielsweise nur unter UV-Licht erkennbar sein. Besonders geeignet ist eine magnetische Markierung wie sie in der gleichzeitig eingereich­ ten Patentanmeldung "Verfahren zum Prüfen von Behälterver­ schlüssen" (eigenes Zeichen: 31999/Markierung) beschrieben ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl für Kronkor­ ken, die aufgecrimpt werden, als auch für Schraubverschlüsse, deren Gewinde durch Anrollen erst geformt wird, und für Twist- Off-Verschlüsse und für Dosendeckel. Vorrichtungen zum Auf­ bringen von Verschlüssen auf Getränkeflaschen, sogenannte Ver­ schließer, bestehen im allgemeinen aus mehreren Verschließ­ organen, z. B. Crimp- bzw. Anrollorganen. Es wurde festge­ stellt, daß die einzelnen Verschließorgane in ihrer Arbeits­ weise geringfügig voneinander abweichen und Verschlüsse mit unterschiedlichen Werten der Abklingzeit, der Energie und der Frequenz des Schwingungsmusters herstellen, wie in der oben erwähnten älteren Anmeldung DE 197 36 869 beschrieben ist. Vorzugsweise werden daher für jedes Verschließorgan eigene Wertetabellen oder Korrelationswerte angewendet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert: Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Prüfen von Behälterverschlüs­ sen in einer schematischen Darstellung und

Fig. 2 eine Prüfeinrichtung für Verschlußrohlinge.

Die Verschlußrohlinge R, wobei es sich hierbei um Kronkorkver­ schlüsse handelt, werden in einen Vibrationstrichter 10 gege­ ben, der von bekannter Bauart ist und daher nicht näher be­ schrieben wird. Aus dem Vibrationstrichter 10 gelangen die einzelnen Verschlußrohlinge R auf eine Zuführrutsche 12, auf der sie einer Verschließvorrichtung 14 zugeführt werden. Die Verschließvorrichtung 14 hat mehrere, z. B. zwanzig, Ver­ schließorgane zum gleichzeitigen Verschließen einer ent­ sprechenden Anzahl von Behältern B, bei denen es sich hier um 0,5 l Getränkeflaschen handelt. Die Verschließvorrichtung 14 ist ebenfalls von üblicher Bauart und wird daher nicht näher beschrieben.

Während sich die Verschlußrohlinge R auf der Zuführrutsche 12 zur Verschließvorrichtung 14 bewegen, werden sie mittels einer ersten Prüfeinrichtung 20 geprüft. Die Prüfeinrichtung 20 ent­ hält eine Magnetspule 22, deren Achse rechtwinklig zur Ebene des Verschlußrohlings R steht. Die Magnetspule 22 enthält einen Kern 24 mit einer axialen Bohrung 26, an deren dem Ver­ schlußrohling R zugewandten Ende ein Mikrophon 28 angeordnet ist. Eine solche Prüfeinrichtung ist aus DE-A-196 46 685 bekannt. Mittels eines kurzen von der Magnetspule 22 erzeugten magnetischen Impulses wird in dem Verschlußrohling R eine mechanische Schwingung angestoßen, die durch das Mikrophon 28 aufgenommen wird. Das von dem Mikrophon 28 aufgenommene Schwingungssignal wird in an sich bekannter Weise bezüglich Frequenz, Amplitude, Dämpfung und Energieinhalt, d. h. dem Zeitintegral der Amplitude, analysiert. Das Ergebnis der Ana­ lyse des Verschlußrohlings R wird einem Rechner 30 zugeführt.

Nach der Analysierung werden die Verschlußrohlinge in der Verschließvorrichtung 14 auf die Behälter B aufgebrachten. Die Behälter B werden auf einem Transportband 16, z. B. einem Gliederkettenförderer, transportiert und gelangen nach der Verschließvorrichtung 14 zu einer zweiten Prüfeinrichtung 32, die in der Anordnung und im Aufbau der Meßeinrichtung ent­ spricht, die in DE-A-196 46 685 und DE-A-197 36 869 beschrie­ ben ist. Mittels der zweiten Prüfeinrichtung 32 werden die Schwingungswerte der Verschlüsse V ermittelt, die auf den Behältern B angebracht sind. Die Prüfeinrichtung 32 enthält Einrichtungen zur Druckkontrolle 34 und zur Füllstandskon­ trolle 36.

Die Signale der ersten und zweiten Prüfeinrichtung 20, 32 wer­ den in dem Rechner 30 verarbeitet, der einen nicht darge­ stellten Auswerfer steuert, um Behälter B mit ungenügender Fül­ lung, undichtem Verschluß V oder sonstigen festgestellten Fehlern aus dem Strom der Behälter B auszusondern.

Die von der ersten Prüfeinrichtung 20 erhaltenen Signale die­ nen dazu, die Eigenschaften des Verschlußrohlings R festzu­ stellen. Geringfügige Abweichungen in der Materialdicke oder der Stärke des Compounds beeinflussen die Frequenz bzw. Dämp­ fung der in dem Verschlußrohling R mittels der ersten Prüfein­ richtung 20 und dem angebrachten Verschluß V mittels der zweiten Prüfeinrichtung 32 durch einen magnetischen Impuls angestoßenen Schwingung.

Bei einer ersten Variante der Signalverarbeitung geht man da­ von aus, daß ein Getränkeabfüllbetrieb Verschlußrohlinge R von einer bestimmten Anzahl, beispielweise vier Herstellern, be­ zieht und daß die Verschlußrohlinge R jedes Herstellers im we­ sentlichen einheitliche Eigenschaften aufweisen. Es genügt in einem solchen Fall die Verschlußrohlinge R entsprechend zu klassifizieren. Da die Verschlüsse einer Klasse im wesentli­ chen gleiche Eigenschaften haben, streuen die bei der zweiten Prüfung erhaltenen Meßwerte nur sehr wenig, die Verschlüsse innerhalb derselben Klasse und nur gute oder akzeptable Ver­ schlüsse betreffen. Schlechte oder inakzeptable Verschlüsse können dadurch bei der zweiten Prüfung mit einer hohen Sicher­ heit erkannt werden.

Selbstverständlich ist es notwendig, eine Zuordnung zwischen der ersten und zweiten Prüfung vorzusehen, indem der weitere Weg jedes Verschlußrohlings R nach der ersten Prüfung verfolgt wird, so daß bei der zweiten Prüfung eines aufgebrachten Ver­ schlusses V der Rechner weiß, wie der betreffende Verschluß­ rohling R bei der ersten Prüfung klassifiziert wurde. Diese Verfolgung des Weges jedes Verschlußrohlings R kann anhand der bekannten Anzahl von Verschlußrohlingen zwischen der ersten Prüfeinrichtung 20, innerhalb der Verschließvorrichtung 14, des Arbeitstaktes der Verschließvorrichtung 14 und der be­ kannten Anzahl von Behältern zwischen der Verschließvorrich­ tung 14 und der zweiten Prüfeinrichtung 32 erfolgen. Alterna­ tiv oder unterstützend kann der Weg der Verschlußrohlinge R und der aufgebrachten Verschlüsse V mittels einer CCD-Kamera erfolgen.

Eine andere Möglichkeit der Verarbeitung der Meßsignale be­ steht darin, daß ein bestimmter Meßwert der ersten Prüfung, z. B. die Frequenz der Grundschwingung des Verschlußrohlings R mit der Frequenz der Grundschwingung des aufgebrachten Ver­ schlusses V korreliert wird, indem z. B. der Bereich akzep­ tabler Werte der Frequenz eines aufgebrachten Verschlusses V um den Faktor 1,3 bis 1,35 höher als die Frequenz des ent­ sprechenden Verschlußrohlings R liegen muß. Diese Korrelation kann auch mehrdimensional unter Einbeziehung der Amplitude, der Schwingungsdämpfung oder des Energieinhalts der Schwingung sein.

Beide Verfahren lassen sich auch kombinieren, so daß die Ver­ schlußrohlinge klassifiziert werden und zusätzlich innerhalb jeder Klasse durch eine Korrelation der bei der ersten und zweiten Prüfung erhaltenen Meßwerte eventuelle geringe Ab­ weichungen innerhalb jeder Klasse von Verschlußrohlingen R berücksichtigt werden und dadurch die Streubreite der akzep­ tablen Werte weiter reduziert wird.

Eine übliche Verschließvorrichtung enthält mehrere, z. B. zwanzig, Verschließorgane. Die einzelnen Verschließorgane bringen die Verschlüsse mit etwas voneinander abweichender Verschließkraft auf die Behälter auf. Akzeptable Verschlüsse können daher unterschiedlich fest an den Behältern angebracht sein. Auch dies führt zu einer Streuung der bei der zweiten Prüfung erhaltenen Meßwerte. Die leicht voneinander abwei­ chende Arbeitsweise der einzelnen Verschließorgane kann bei der Auswertung der bei der zweiten Prüfung erhaltenen Meßwerte ebenfalls berücksichtigt werden, wodurch die Streubreite der akzeptablen Werte weiter eingeengt werden kann. Zusätzlich zur Klassifizierung der Verschlußrohlinge R und/oder dem Parame­ terfeld, das die Meßwerte der ersten und der zweiten Prüfung korreliert, kann daher noch berücksichtigt werden, von welchem Verschließorgan dieser Verschluß V aufgebracht wurde.

Bei der Prüfung auf Dichtigkeit des aufgebrachten Verschlusses V kann man so vorgehen, daß eine möglichst lange Zeitspanne nach dem Verschließen abgewartet wird, so daß der Druck inner­ halb von Behältern B mit undichten Verschlüssen V möglichst deutlich abfällt. Werden Fruchtsäfte beispielsweise nach dem Verschließen pasteurisiert, so ist es sinnvoll, den Innendruck der Behälter nach dem Pasteurisieren zu messen. Zum Pasteuri­ sieren durchlaufen die Behälter B ungeordnet und langsam in­ nerhalb von beispielsweise 30 Minuten die Pasteurisiereinrich­ tung. Um die bei der zweiten Prüfung nach der Pasteurisierein­ richtung erhaltenen Meßwerte den bei der ersten Prüfung vor der Verschließvorrichtung 14 festgestellten Klassifizierung oder sonstigen Meßwerten des betreffenden Verschlußrohlings R zuordnen zu können, ist es dann notwendig, die Verschlußroh­ linge R, Verschlüsse V bzw. Behälter B zu markieren. Diese Markierung kann mittels sichtbarer oder unsichtbarer Farbe er­ folgen. Ein besonders bevorzugtes Verfahren ist das in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung "Verfahren zum Prüfen von Verschlüssen" (eigenes Zeichen: 31999/Markierung) beschriebene Verfahren zur magnetischen Markierung von Behälterverschlüssen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Prüfen von verschlossenen Behältern (B), wobei Werte der Schwingungseigenschaften der an den Behältern (B) angebrachten Verschlüsse (V) ermittelt werden und mit Bereichen für akzeptable Werte verglichen werden und ein Signal erzeugt wird, das aussagt, ob der ermittelte Wert innerhalb oder außerhalb des Bereichs akzeptabler Werte liegt, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Schwingungseigenschaften der Verschlußrohlinge (R) zusätzlich bereits vor deren Anbringung an den Behäl­ tern (B) ermittelt werden und
• - daß der Bereich akzeptabler Werte der an den Behältern (B) angebrachten Verschlüsse (V) in Abhängigkeit von den Schwingungseigenschaften des entsprechenden Ver­ schlußrohlings (R) gewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußrohlinge (R) in Abhängigkeit von ihren Schwin­ gungseigenschaften klassifiziert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich akzeptabler Werte der Schwingungswerte der Verschlüsse (V) zu den bei der ersten Prüfung ermittelten Werten der Schwingungseigenschaften und gegebenenfalls der Klassifizierung der betreffenden Verschlußrohlinge (R) korreliert sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Verschließvorrichtung (14) mit mehreren Verschließorganen verwendet wird und daß bei der Auswertung der Schwingungswerte der Verschlüsse (V) für jedes Verschließorgan ein eigener Bereich akzeptabler Werte zugrundegelegt wird.