Verfahren und Vorrichtung zum zerstöriingsfreien Prüfen von Packungen auf Luft- und Gasdichtheit
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen der Luft- und Gasdichtheit von Packungen aller Art. Die Erfindung eignet sich jedoch insbesondere für die Prüfung von solchen Packungen, aus denen die atmosphärische Luft abgesaugt und in die, falls gewünscht, vor dem Herstellen eines hermetisch dichten Verschlusses ein Schutzgas eingefüllt worden ist.
Zum zerstörungsfreien Prüfen von sogenannten Vakuumpackungen ist bereits ein Gerät bekanntgeworden, das auf der Basis von Schallwellen arbeitet.
Die zu prüfenden Packungen durchlaufen eine Messschranke, die aus einem Schallerzeuger sowie aus einem diesem zugeordneten Messkopf besteht. Das Arbeitsverfahren dieses Geräts ist darauf aufgebaut, dass in dichten Vakuumpackungen infolge des auf den Aussenflächen der Packung lastenden atmo sphärischen Luftdrucks der Inhalt fest zusammengepresst, die dichte Packung also hart ist, während bei undichten Packungen infolge des Druckausgleichs die Packungen weich sind. Durch die harten Packungen gehen die Schallwellen ohne grosse Veränderung ihrer Amplitude hindurch, während bei weichen, also undichten Packungen auf der Messstrecke Teilchen des Füllguts mitschwingen, so dass die Amplitude der erzeugten Schallwellen verändert wird. Diese Amplitudenveränderung wird von dem hinter der Packung angeordneten Messkopf wahrgenommen, der dann ein Signal gibt.
Dieses Gerät arbeitet gut, solange das Füllgut der Vakuumpackung im Bereich der Messstrecke jeweils die gleiche Dicke und ausserdem gleiche Korngrösse aufweist. Andert sich die Korngrösse nur geringfügig, so ist eine neue Einstellung des Geräts notwendig, was natürlich eine dauernde Überwachung erforderlich macht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein solches Prüfverfahren und eine nach diesem Verfahren arbeitende Prüfvorrichtung zu schaffen, mittels der sich sowohl Vakuumpackungen als auch Packungen, die nach dem Evakuieren mit einem Schutzgas gefüllt werden (sogenannte Gaspackungen) einwandfrei und zuverlässig prüfen lassen.
Das erfindungsgemässe Prüfverfahren besteht darin, dass zunächst die jeweilige Packung unter atmosphärischem Luftdruck luftdicht in eine Kammer eingeschlossen und dann diese Kammer an eine vorher bis zu einem bestimmten Grad evakuierte Kammer angeschlossen wird, so dass sich ein Druckausgleich einstellt, und dass dann der sich einstellende Ausgleichsdruck gemessen wird. Die Grösse dieses Ausgleichsdrucks ist ein Mass für die Dichtheit der Packung, denn es hat sich gezeigt, dass der Ausgleichsdruck beim Prüfen einer dichten Packung niedriger ist als bei einer undichten Packung. Dies rührt daher, dass bei einer undichten Packung ein Teil der in den Hohlräumen zwischen den einzelnen Füllgutteilchen befindlichen Luft aus der undichten Stelle der Packung infolge des herbeigeführten Druckabfalls ausströmt und damit einen höheren Ausgleichsdruck bewirkt.
Ein Ausgleichsdruck, der eine bestimmte Grenze übersteigt, besagt also, dass die in der Kammer befindliche Packung undicht ist.
Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens kennzeichnet sich durch wenigstens eine luftdicht abschliessbare Kammer zur Aufnahme der zu prüfenden Packungen und durch wenigstens eine abwechselnd mit dieser Aufnahmekammer und einem Vakuumerzeuger verbind bare Vakuumkammer sowie durch ein Druckmessgerät, welches mit der oder den Vakuumkammern in Verbindung steht.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Innenabmessungen der Packungskammern den Aussenabmessungen der Packungen mit geringem Spiel angepasst, damit beim Prüfen undichter oder mit Gas gefüllter Packungen ein plötzlicher Druckabfall diese Packungen nicht zum Platzen bringen kann.
Da erfindungsgemäss nicht die Härte der Packung gen, sondern die Luft- und Gasdichtheit unmittelbar geprüft wird, lassen sich im Gegensatz zu den bekannten Geräten auch die erwähnten Gaspackungen einwandfrei überprüfen. Bei dichten Packungen wird beim Druckausgleich das Schutzgas in der Packung zurückgehalten, während bei undichten Packungen das Schutzgas durch die undichte Stelle teilweise herausströmt und so den Ausgleichsdruck verändert.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Übersichtsschema des erfindungsgemä ssen Prüfverfahrens,
Fig. 2 ein mehr ins einzelne gehendes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Prüfvorrichtung im Querschnitt,
Fig. 3 die Prüfvorrichtung gemäss Fig. 2 im verkleinerten Grundriss, teilweise aufgeschnitten,
Fig. 4 eine Packungskammer im Querschnitt für sich allein und
Fig. 5 eine Steuerscheibe für die Vorrichtung gemäss den Fig. 2 und 3 in spiegelbildlicher Unteransicht.
Die Prüfvorrichtung gemäss Fig. 1 besteht aus einer luftdicht abschliessbaren Packungskammer 2 zur Aufnahme einer zu prüfenden Packung 1. Über eine Leitung 3 und ein Absperrventil 4 steht diese Packungskammer 2 mit einer Vakuumkammer 5 in Verbindung, die ihrerseits über eine Leitung 6 und ein Absperrventil 7 mit einer Vakuumpumpe 8 verbunden ist. Ausserdem ist an die Vakuumkammer 5 ein Manometer 9 angeschlossen, das den in der Vakuumkammer 5 jeweils herrschenden Druck anzeigt.
Das Prüfen einer Packung 1 auf Dichtheit erfolgt mittels einer solchen Vorrichtung wie folgt: Die zu prüfende Packung 1 wird in die Packungskammer 2 eingesetzt und letztere dann luftdicht abgeschlossen.
Gleichzeitig wird bei geschlossenem Absperrventil 4 und geöffnetem Absperrventil 7 die Vakuumkammer 5 durch die Vakuumpumpe 8 beispielsweise bis zu einem Restdruck von 20 Torr evakuiert.
Nach dem Schliessen des zur Vakuumpumpe 8 führenden Absperrventils 7 wird durch Öffnen des Absperrventils 4 zwischen der Packungskammer 2 und der Vakuumkammer 5 ein Druckausgleich für diese beiden Kammern herbeigeführt. Bei dichten Vakuumpackungen 1 zeigt das Manometer 9 beispielsweise einen Ausgleichsdruck von 350 Torr an, während bei undichten Vakuumpackungen 1 dagegen ein Ausgleichsdruck von 475 Torr festzustellen ist.
Dieser Druckunterschied ist so gross, dass undichte Packungen mit Sicherheit erkannt werden können.
Das Prüfen von Gaspackungen, d. h. Packungen, aus denen nicht nur die Luft evakuiert, sondern zum Schutz des Inhalts auch noch ein Schutzgas eingefüllt worden ist, geht auf die gleiche Weise vor sich, wie sie vorangehend beschrieben wurde. Die Pakkungskammer 2 ist in diesem Fall lediglich so ein- zurichten, dass die Packungswände möglichst allseitig von der Kammer abgestützt werden. Dies ist deshalb erforderlich, damit beim Druckausgleich der in der Packung entstehende Überdruck die Packung nicht zum Platzen bringen kann.
Das Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 2 bis 5 zeigt eine Vorrichtung zum automatischen Prüfen sowohl von Vakuum- wie auch von Gaspackungen auf Dichtheit. Diese Vorrichtung ist in erster Linie für den Anschluss an eine Verpackungsanlage gedacht.
Hierbei sind an einer um eine senkrechte ortsfeste Achse 10 umlaufenden Trommel 11 beispielsweise acht Packungskammern 12 und acht diesen zugeordnete Vakuumkammern 13 angeordnet. Die Packungskammern 12 sind als nach oben offene Glocken ausgeführt, die gegen eine obere Scheibe 14 der Trommel 11 an einer unteren Scheibe 15 der Trommel 11 mittels Pressluftaggregaten 16 zur abgedichteten Anlage anhebbar und von dieser Scheibe wieder absenkbar angebracht sind. Zur Halterung der Packungen 1 in den Packungskammern 12 sind an der oberen Scheibe 14 Packungsträger 17 befestigt. Diese Packungsträger 17 sind hülsenförmig ausgebildet und in ihren Innenabmessungen so gehalten, dass die Packungen 1 mit geringem Spiel in diesen gehalten werden.
Die Packungsträger 17 sind an der oberen Scheibe 14 derart angeordnet, dass die Pakkungen 1 radial zur Trommelachse in sie hinein- und herausgeschoben werden können, wobei die Pakkungsträger 17 auf ihrer Unterseite einen Schlitz 18 für den Durchgang eines Schiebers aufweisen (Fig. 2 und4).
Nach dem Einführen einer Packung 1 in einen der Packungsträger 17 wird die entsprechende Pakkungskammer 12 mittels des zugeordneten Aggregats
16 gegen die obere Scheibe 14 der Trommel 11 angehoben, so dass die Packung 1 luftdicht eingeschlossen ist. Bei der Weiterbewegung dieser Trommel 11 wird dann die Packungskammer 12 an eine zugeordnete Vakuumkammer 13 angeschlossen, so dass ein Druckausgleich zwischen den beiden Kammern
12 und 13 stattfindet. Die Steuerung hierzu erfolgt durch eine Steuerscheibe 20, welche mit der Achse
10 ortsfest verbunden ist. Diese Steuerscheibe 20 weist (Fig. 5) drei ringsegmentförmige Steuerschlitze 21, 22, 23 auf, von denen der Schlitz 21, der die Umlaufstrecke a umfasst, über eine Bohrung 24 ins Freie mündet.
Der Steuerschlitz 22 umfasst die Umlaufstrecke b und ist über eine Bohrung 25 sowie eine Leitung 26 an einer schematisch angedeuteten Vakuumpumpe 27 angeschlossen. Der Steuerschlitz 23 umfasst die Umlaufstrecke c und dient dazu, zwischen einer Packungskammer 12 und der dazugehörigen Vakuumkammer 13 den Druckausgleich herbeizuführen. Um diesen Druck messen zu können, steht ein Druckwächter 29 mit dem Steuerschlitz 23 über eine Bohrung 28 in Verbindung.
Den Steuerschlitzen 21 bis 23 der Steuerscheibe 20 sind in der oberen Scheibe 14 der Trommel 11 eine Anzahl von Bohrungen 30 und 31 zugeordnet, von denen die Bohrungen 30 zu den Vakuumkammern 13 und die Bohrungen 31 zu den Packungskammern 12 führen. Diese Bohrungen 30, 31 kommen beim Umlauf der Trommel 11 abwechselnd mit den Steuerschlitzen 21 bis 23 zur Deckung, so dass bei der Deckung der Bohrungen 31 mit dem Steuerschlitz 21 die Packungskammern 12 mit dem atmo sphärischen Luftdruck in Verbindung gebracht werden. Gleichzeitig sind die Bohrungen 30 auf der Strecke b des Umlaufweges in Deckung mit dem Steuerschlitz 22, so dass ein Evakuieren der Vakuumkammern 13 durch die Vakuumpumpe 27 erfolgt. Der Steuerschlitz 23 bildet dann auf der Strecke c des Umlaufweges eine Verbindung zwischen jeweils einer Bohrung 30 und 31.
Der bei diesem Ausgleich gemessene Druck wird von dem Druckwächter 29 angezeigt. Bei Überschreiten einer vorbestimmten Druckgrenze gibt der Druckwächter 29 ein geeignetes Signal, das erkennen lässt, dass die geprüfte Packung undicht ist. Dieses Signal wird in beliebig bekannter Weise für eine solche Zeitdauer gespeichert, bis die entsprechende Packung 1 aus der Packungskammer 12 entfernt ist, und dient dann zur Auslösung eines Auswerfers 35, der die un- dichte Packung ausscheidet.
Die Zuführung der Packungen 1 zu der beschriebenen Prüfvorrichtung erfolgt gemäss Fig. 3 über eine Bahn 40, von der mittels eines taktweise in Pfeilrichtung hin und her gehenden Schiebers 41 jeweils eine Packung 1 auf einen schwenkbar an der Trommel 11 gelagerten Arm 42 geschoben wird. Die taktweise Verschwenkung dieses Armes 42 erfolgt durch Steuerung mittels eines Hebels 43 über eine Koppel 44. In dem Schwenkarm 42 ist ein Schieber 45 längsverschiebbar geführt, welcher die auf den, Schwenkarm 42 geschobene Packung 1 beim Verschwenken des Armes 42 in Umlaufrichtung der Trommel 11 bei gleicher Mitlaufgeschwindigkeit in einen der Pakkungsträger 17 hineinschiebt. Die Bewegung des Schiebers 45 wird von der Schwenkbewegung des Schwenkarmes 42 abgeleitet.
Dazu ist auf der Unterseite des Schiebers 45 eine Rolle 46 angeordnet, die in einer zur Trommel hin verlaufenden Kulisse 47 geführt ist.
Zum Ausschieben der geprüften Packungen 1 aus den Packungsträgern 17 ist ein zweiter um die Achse 10 verschwenkbarer Arm 50 vorgesehen, der mit dem Schwenkarm 42 über ein Bogenstück 51 fest verbunden ist. In diesem Schwenkarm 50 ist ein von ; innen nach aussen arbeitender Schieber 52 längs- verschiebbar geführt, welcher die Packungen 1 auf deren Rückseite anliegend unter gleichzeitigem Mitlaufen mit der Trommel 11 auf ein Förderband 53 schiebt, wobei dieser Schieber 52 durch den Schlitz 18 der Packungsträger 17 hindurchtritt. Die Schiebebewegung dieses Schiebers 52 wird von der des Schiebers 45 abgeleitet.
Hierfür ist auf der Unterseite des Bogenstücks 51 ein Winkelhebel 58 gelagert, der mit seinem einen Ende mittels eines Langlochs 54 einen am Schieber 45 befestigten Zapfen 55 und mit seinem anderen Ende mittels eines Langlochs 56 einen am Schieber 52 befestigten Zapfen 57 erfasst, so dass bei der Bewegung des Schiebers 45 zur Achse 10 hin der Schieber 52 von dieser Achse 10 wegbewegt wird.
Für die Steuerung der Hub- und Senkbewegungen der Packungskammern 12 mittels der Aggregate 16 ist am unteren Ende der Achse 10 eine Schlitzslteue- rung vorgesehen, über die Druckluft durch Leitungen 60 und 61 den Zylindern der einzelnen doppelt wirkenden Pressluftaggregate 16 zugeführt wird (Fig. 2). Diese Schlitzsteuerung besteht aus vier ringsegmentförmigen Schlitzen 62 bis 65, von denen die Schlitze 62 und 65 über eine Bohrung 66 mit einer Druckluftleitung 67 in Verbindung stehen und die Schlitze 63, 64 über Bohrungen 68, 69 zum Entlüften ins Freie münden.
Die Schlitze 62 und 65 steuern die Hub- und Senkbewegungen der Packungskammern 12 in der Weise, dass in der Trommel 11 vorgesehene radiale Bohrungen 70, 71, an die sich die Leitungen 60, 61 anschliessen, mit diesen Schlitzen 62, 65 abwechselnd zur Deckung kommen, so dass Druckluft der einen oder anderen Seite der Druckluftzylinder der Aggregate 16 zugeleitet wird.
Der Antrieb der Trommel 11 erfolgt gemäss Fig. 2 von einem nicht dargestellten Antriebsaggregat her über ein Kegelradgetriebe 80, 81 auf eine Vertikalwelle 82, an deren oberem Ende ein Zahnrad 83 sitzt, das mit einer Verzahnung 84 der Trommel 11 kämmt.
Ergänzend wird bemerkt, dass die Vakuumkammer nicht in Form besonderer Behälter 13 ausgeführt zu werden braucht, sondern dass zu dem gleichen Zweck auch eine abschliessbare Leitung mit bestimmten Volumen genügt, in ; der das zum Aus- gleich nötige Vakuum geschaffen wird. Ferner kann das erfindungsgemässe Prüfverfahren und ; die er- findungsgemässe Prüfvorrichtung auch zum Prüfen anderer Packungsarten Verwendung finden, bei denen es auf Luftdichtheit ankommt.