DE19834526A1

DE19834526A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Kontaminationen in Kunststoff Mehrwegflaschen / -Behälter, insbesondere bei nicht - rotationssymmetrischer Formgebung des Bodens

Info

Publication number: DE19834526A1
Application number: DE1998134526
Authority: DE
Inventors: Juergen Bohleber; Bernd Engelhaupt; Manfred Dausch; Gunther Krieg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-13
Filing date: 1998-06-13
Publication date: 1999-12-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Kontaminationen in Reststoffen von Kunststoff-Mehrwegflaschen bzw. -Mehrwegbehältern unter Einsatz der optischen on-line-Spektrometrie im ultravioletten, sichtbaren und im nahen Infrarotbereich. DOLLAR A Schwerpunkt der Erfindung ist die Qualitätskontrolle von Flaschen bzw. Behältern, deren Boden nicht rotationssymmetrisch ist und insbesondere Vertiefungen aufweist, die Reststoffe enthalten. Die gestellte Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß mehrere optische Strahlen, die sich unter definierten Winkeln im Zentrum der Flasche bzw. des Behälters im Bodenbereich kreuzen, mindestens eine der Vertiefungen bei beliebiger azimutaler Lage der Flasche bzw. des Behälters durchlaufen und daß aus den ermittelten Absorptionsspektren die jeweiligen Kontaminationen ermittelt werden.

Description

Es ist allgemein bekannt, daß Getränkeflaschen/-Behälter aus Kunststoff, im Unterschied zu vergleichbaren Behältnissen aus Glas, bei Verunreinigungen durch Fremdstoffe, wie z. B. Diesel, Benzin, Isopropanol, Farbverdünner, Xylol, Benzol, Toluol usw., diese durch Diffusion in ihrer Wandung teilweise aufnehmen und nach der Reinigung und Wiederbefüllung mit Getränken, wie z. B. Mineralwasser, Tafelwasser, Softdrinks, wieder in die Flüssigkeit abgeben.

Der dadurch entstehende Fehlgeschmack stört den Verbraucher im Regelfall erheblich und führt zu einer Qualitätsminderung des jeweiligen Getränks. Um letzteres zu verhindern, wur den weltweit geeignete Fremdstoff-Inspektionsmaschinen entwickelt und auf den Markt gebracht. Gemäß den europäischen Patenten EP 0 520 322, EP 0 557 814, 93 100 447.7 sowie den US-Patenten 5,361,912; 5 305 887, werden dem Gasraum (Headspace) der jeweiligen Flasche bzw. des jeweiligen Behälters vor dem Waschprozeß Gasproben entnommen und mit optischen Absorptionsmethoden auf Kontaminationen untersucht. Des weiteren sind massenspektroskopische Verfahren vereinzelt im Einsatz. Darüber hinaus werden Chemo lumineszenz-Verfahren sowie Fluoreszenz-Methoden angewandt. Neben der Untersuchung des jeweiligen Gasraumes haben insbesondere zur Detektion von schwerflüchtigen Sub stanzen, wie z. B. von Farbstoffen, von Harnstoff, von Ölen, Pestiziden und Feststoffen, optische Durchstrahlungsverfahren im Transmissionsbereich des jeweiligen Kunststoff- Materials eine herausragende Bedeutung erlangt. Dabei wird gemäß dem US-Patent 5,405,014 der Restinhalt der Flasche/des Behälters mit Licht im ultravioletten-, sichtbaren- und nahen infrarot-Bereich in Bodennähe durchstrahlt. Aus dem Spektrum des aus der Flaschenwandung austretenden Lichtes wird mit einem Array-Spektrometer on-line die jeweilige Störsubstanz ermittelt und im Kontaminationsfalle aus dem zur Waschmaschine laufenden Flaschenstrom ausgeschleust.

Die Verfahren zur Restflüssigkeitsanalyse gemäß dem derzeitigen Stand der Technik weisen jedoch den entscheidenden Nachteil auf, daß sie nur für zumindest im Bodenbereich rotations symmetrische Hohlkörper anwendbar sind. Bei Unsymmetrien um die Rotationsachse, z. B. bei Vorliegen von stollenförmigen Ausbuchtungen, ist eine mechanische azimuthale Ausrichtung der Flasche oder eine Durchstrahlung oberhalb des Bodenbereiches erforderlich. Beide Alternativen sind aus wirtschaftlichen Gründen nicht realisierbar: einerseits würde die erforderliche mechanische azimuthale Ausrichtung die Mechanik der Maschine stark verteuern und deren Störanfälligkeit unvertretbar steigern. Andererseits müßte bei Änderung der Durchstrahlungsposition das Volumen der Restflüssigkeit durch Zugabe von Frischwasser erhöht werden. Letzteres führt ebenfalls zu untragbar hohen Kosten. Ferner würde dadurch der zu detektierende Schadstoff verdünnt und einem Nachweis entzogen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ohne mechanische Ausrichtung und ohne Beeinträchtigung der Durchstrahlungsposition im Bodenbereich des Hohlkörpers, die Spektren bei jeder azimuthalen Lage der Flasche zu erfassen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß bei willkürlicher azimuthaler Lage der Flasche bzw. des Behälters durch Einsatz von mindestens zwei Lichtstrahlen, deren Achsen gegeneinander geneigt sind und deren Lichtquellen diametral gegenüberliegende Lichtemp fänger aufweisen, jeweils die optimal zur zufälligen Position der Flasche positionierte Achsrichtung zur Messung ausgewählt wird. Dabei können Lichtquellen und Lichtempfänger jeweils paarweise kombiniert sein. Alternativ kann auch nur eine Lichtquelle, deren Strahl in mehrere Einzelstrahlen, z. B. über mehrere Lichtleiter aufgeteilt wird, eingesetzt werden. Der jeweils aktive Strahl wird über eine zugehörige Sensoroptik dem allen Strahlrichtungen gemeinsamen Spektrometer zugeführt, dessen Funktion in den oben aufgelisteten Patentschriften ausführlich erläutert ist und welches das Spektrum der jeweiligen Restflüssigkeit ermittelt.

Die Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 näher dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt des Drehkranzes, welcher die einzelnen Flaschen/Behälter durch das Sensorsystem bewegt;

Fig. 2 die Flasche/den Behälter mit Beleuchtungseinrichtungen und Empfängeroptik.

Gemäß Fig. 1 wird die Flasche (1), welche in einem Klammerstern (2) in Position gebracht wird, von einem rotierenden Drehkranz (3) durch das Sensorsystem (4) bewegt. Der Schnitt durch das Sensorsystem zeigt einen Lichtsender (5) und einen optischen Empfänger (6), die sich diametral gegenüberstehen, wobei der Lichtstrahl (7) die Flasche (1) im Restflüssigkeits bereich (8), d. h. in Bodennähe, durchstrahlt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt, der senkrecht zu der Darstellung in Fig. 1 verläuft. Die Flasche (9) bewegt sich entlang der Kreisbahn (10) durch die beiden Hälften des Sensorgehäuses (11). Die drei Strahlen (12), (13), (14), die von drei verschiedenen Lichtquellen erzeugt oder alternativ von einer einzigen Strahlquelle (41), z. B. einer Xenonlampe, über einen Lichtleiterverzweiger (40) gebildet werden, schließen die Winkel (15), (16) ein und schneiden sich im Mittelpunkt (17) der Flasche. Die Zahl der Strahlen ist mindestens so hoch, daß die üblicherweise am Umfang des Bodens liegenden, mit Flüssigkeit gefüllten Vertiefungen (22), (23), (24), (25) der Flasche (9) von mindestens einem der Strahlen (12), (13), (14), bei jeder beliebigen azimuthalen Flaschenposition, durchquert werden. Die durch die Restflüssigkeit der Flasche transmittierten Lichtstrahlen (26), (27), (28), werden über Sensoroptiken (29), (30), (31), Lichtleitern (32), (33), (34), zugeführt, welche die einzelnen Lichtbündel dem Spektrometer (35) über einen Lichtleiter-Sammler (36), übergeben.

Im Normalfall wird jeweils einer der Lichtstrahlen (26), (27), (28), das Spektrometer (35) erreichen, während die überigen Strahlen infolge ungünstiger Brechung, Reflexion oder Absorption, die zugeordneten Sensoroptiken verfehlen. Bei speziellen azimuthalen Positionen der Flasche (9) kann es jedoch vorkommen, daß zwei der Strahlen ganz oder teilweise ihre zugeordnete Sensoroptik erreichen. Es wird dann die Summe der Spektren beider Strahlen gebildet und ausgewertet.

Die Synchronisation der Gesamtanordnung von Fig. 1 und Fig. 2 erfolgt über eine in den Figuren nicht dargestellte Lichtschranke gemäß dem Stand der Technik, durch die sich jede Flasche bewegt.

Claims

1. Verfahren zur spektroskopischen Untersuchung der Restinhalte von vom Verbraucher benutz ten Kunststoff-Mehrwegflaschen oder -Mehrwegbehältern mittels optischer Durchstrahlung des Bodenbereichs, insbesondere von Flaschen/Behältern mit nicht-rotationssymmetrischen Böden, die Reststoffe enthaltende Vertiefungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere den Bodenbereich unter verschiedenen Winkeln durchlaufende Strahlen so angeord net sind, daß unabhängig von der azimuthalen Position der Flasche mindestens ein Strahl wenigstens eine Vertiefung voll durchquert und die Stoffzusammensetzung der Reststoffe vom Spektrometer ermittelt wird.

2. Verfahren nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flaschen/Behälter von einer Transporteinrichtung kontinuierlich durch die Strahlenanordnung hindurch bewegt werden.

3. Verfahren nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Synchronisation der Messung und der Erfassung der Spektren durch eine Lichtschranke erfolgt, welche eine definierte Position jeder Flasche/jedes Behälters erfaßt.

4. Verfahren nach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Strahlen sich annähernd im Zentrum des Flaschenbodens schneiden.

5. Verfahren nach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strahl durch eine sepa rate Lichtquelle erzeugt und durch eine Empfängeroptik dem gemeinsamen Spektrometer zugeführt wird.

6. Verfahren nach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Strahlen durch eine einzige Lichtquelle erzeugt werden und daß die Aufteilung in Einzelstrahlen über Lichtleiter- Verzweiger erfolgt und daß die von der jedem Strahl zugeordneten Empfängeroptiken empfangenen Strahlungen über Lichtleiter dem gemeinsamen Spektrometer zugeführt werden.

7. Vorrichtung zur Untersuchung des Restinhalts von vom Verbraucher benutzten Kunststoff- Mehrweg-Flaschen oder -Behältern mittels optischer Durchstrahlung des Bodenbereichs, insbesondere von Flaschen/Behältern mit nicht-rotationssymmetrischen Böden, die Reststoffe enthaltende Vertiefungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß von mehreren Lichtsendern (5), (37), (38), (39) mindestens so viele Lichtstrahlen (7), (12), (13), (14) erzeugt werden, die sich unter vorgegebenen Winkeln (15), (16) im Zentrum des Flaschen-/Behälter -Bodens (17) schneiden, daß mindestens eine Reststoff enthaltende Vertiefung (8), (22), (23), (24), (25) von mindestens einem der Strahlen (7), (12), (13), (14) durchquert wird.

8. Vorrichtung nach 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flaschen (1), (9) von einem Klammerstern (2) fixiert und von einem Drehkranz (3) durch die Meßeinrichtung (4), (11) transportiert werden.

9. Vorrichtung nach 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (41) ihre Strahlung über einen Lichtleiter-Verzweiger (40) und mehrere Lichtleiterstränge (19), (20), (21) Lichtsendern (5), (37), (38), (39) zuführt, deren Strahlen (7), (12), (13), (14) von optischen Empfangern (6), (29), (30), (31) über Lichtleiter (32), (33), (34) und einen Lichtleiter-Sammler (36) in das Spektrometer (35) gelangen.

10. Vorrichtung nach 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flasche/der Behälter auf einer Kreisbahn (10) durch die Meßanordnung (11) bewegt wird.

11. Vorrichtung nach 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flasche/der Behälter auf einer linearen Bahn (18) durch die Meßanordnung (11) bewegt wird.