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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und auf ein Prüfsystem zur zerstörungsfreien
Dichtigkeitsprüfung
eines Behälters,
insbesondere eines Frachtcontainers.
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Derartige Frachtcontainer sind allgemein
bekannt und werden zum Transport von Gütern eingesetzt. Sie werden
mit unterschiedlichen Transportmitteln, wie beispielsweise Lastkraftwagen,
Eisenbahnen, Schiffen oder Flugzeugen, an ihren Bestimmungsort gebracht,
wobei sie häufig
umgeladen oder zwischengelagert werden. Während ihres Transports können die
Container beschädigt
werden, was beispielsweise dazu führen kann, dass ein Container, der
normalerweise wasserdicht und somit vor Umwelteinflüssen geschützt ist,
aufgrund von Rissen, Löchern
oder dergleichen undicht wird. Undichte Frachtcontainer sind jedoch
zu vermeiden, da durch die undichten Stellen des Containers Feuchtigkeit eindringen
und die in dem Container vorhandene Ware beschädigen und unbrauchbar machen
kann. Entsprechend sollte die Dichtigkeit derartiger Frachtcontainer
in regelmäßigen Abständen überprüft werden.
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Grundsätzlich kann zwischen zwei Arten
von Verfahren zur Überprüfung der
Dichtigkeit von Behältern
unterschieden werden, nämlich
zum einen Verfahren, mit denen zwar das Vorhandensein einer Leckage
in einer Behälterwand,
nicht aber deren genaue Lage und Größe erfasst werden kann, sogenannte
Grobleckprüfverfahren,
und zum anderen Verfahren, mit denen das Vorhandensein sowie die genaue
Lage und Größe von Leckagen
ermittelt werden kann, nachfolgend als genaue Leckprüfverfahren
bezeichnet.
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Grobleckprüfverfahren zeichnen sich allgemein
dadurch aus, dass sie schnell und unkompliziert durchgeführt werden
können.
Problematisch ist allerdings, dass das Prüfungsergebnis keine Aussage über die
genaue Lage und Größe der Leckage macht.
Deshalb werden Grobleckprüfverfahren
nur bei solchen Behältern
angewandt, die preiswert herzustellen sind, so dass sich eine Reparatur
des Behälters
und der damit verbundene Zeitaufwand nicht rechnen. Derartige Behälter werden
somit, sollten sie undicht sein, direkt als Ausschuss deklariert,
so dass die Bestimmung der genauen Lage und Größe der Leckage nicht erforderlich
ist.
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Genaue Leckprüfverfahren liefern hingegen zwar
die genaue Informationen über
Ort und Größe der Leckage,
sie sind jedoch ausgesprochen langwierig und meist recht kompliziert,
so dass ein großer Zeitaufwand
erforderlich ist. Entsprechend werden genaue Leckprüfverfahren
immer dann eingesetzt, wenn hohe Material- und Herstellungskosten
den zusätzlichen
Zeitaufwand sowie die entsprechenden Reparaturkosten rechtfertigen.
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Die DE-A-37 18 600 beschreibt ein
Grobleckverfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Überprüfen der
Dichtigkeit von mit Inhalten gefüllten, mit
einem angesiegelten oder aufgeschweißten Deckel verschlossenen
Behältern,
wie Joghurtbecher oder dergleichen. Bei dem Verfahren wird auf die
Seitenwände
des zu überprüfenden Behälters ein
mechanischer Druck ausgeübt,
der eine Druckerhöhung im
Behälterinnern
herbeiführt,
durch die wiederum der Behälterdeckel
ausgebeult werden soll. Diese gegebenenfalls vorhandene Ausbeulung
wird beispielsweise mit Hilfe eines Messtasters erfasst und ist
ein Maß für die Dichtigkeit
des überprüften Behälters. Mit
dem in der DE-A-37 18 600 beschriebenen Verfahren und der entsprechenden
Vorrichtung können
allerdings nur Behälter
mit relativ elastischen Außenwänden auf
ihre Dichtigkeit überprüft werden,
die zur Erhöhung
des Behälterinnendrucks
leicht zusammengedrückt
werden können
und die nach der Überprüfung des
Behälters
in ihre ursprüngliche
Stellung zurückkehren.
Ferner können
mit dem besagten Verfahren nur Behälter auf ihre Dichtigkeit überprüft werden,
die bereits mit Inhalten gefüllt
sind. Eine Überprüfung leerer
und unverschlossener Behälter
ist hingegen nicht möglich.
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Die DE-A-100 25 934 beschreibt eine
Vorrichtung zur Grobleckprüfung
von tiefgezogenen, geblasenen, einen Innenraum ausbildenden Kunststoffteilen,
wie beispielsweise Joghurtbecher, die eine erste und eine zweite
Prüfglocke
aufweist. In der Prüfstellung übergreift
die erste Prüfglocke
dichtend den Innenraum des Kunststoffteils und die zweite Prüfglocke
dichtend die Außenseite
des Kunststoffteils, so dass die Volumina der beiden Prüfglocken durch
das Kunststoffteil voneinander getrennt sind. Eine der Prüfglocken
umfasst einen Anschluss zum Gaseinlass oder Gasauslass, wohingegen
der anderen Prüfglocke
ein Strömungsmessgerät zugeordnet ist.
Wird der einen Prüfglocke
nun über
den Anschluss zum Gaseinlass oder Gasauslass Gas zugeführt oder
entzogen, verändert
sich der Innendruck innerhalb des Volumens dieser Prüfglocke.
Erfolgt nun ein Druckausgleich zwischen den Volumina der beiden
Prüfglocken,
so wird über
das Strömungsmessgerät eine Strömung registriert,
die als Maß für die Undichtigkeit
des Kunststoffteils dient. Ein Nachteil der in der DE-A-100 25 934
vorbeschriebenen Vorrichtung besteht allerdings darin, dass zwar
das Vorhandensein einer Leckage in dem Kunststoffteil, nicht aber
der Ort der Leckage festgestellt werden kann.
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Die DE-A-41 11 686 beschreibt ein
Verfahren sowie eine Vorrichtung zur berührungslosen genauen Leckprüfung von
Werkstücken.
Bei dem Verfahren wird der Prüfling
mit einem gasförmigen
und/oder flüssigen
Prüfmedium
mit Druck beaufschlagt, wobei das Prüfmedium als temperaturbezogenes
Kontrastmittel zur Umgebung an einer undichten Stelle des Prüflings dient.
Der Prüfling
wird daraufhin sowohl im infraroten Spektralbereich zur Ermittlung
möglicher undichter
Stellen als auch im sichtbaren Spektralbereich zur Bestimmung der
genauen Lage der undichten Stelle abgetastet, woraufhin die ermittelten
Bilddaten entsprechend ausgewertet werden. Ein Nachteil des in der
DE-A-41 11 686 beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die
genaue Lage der Leckage nur am Bildschirm, nicht aber unmittelbar
am Prüfling erfasst
werden kann. Die am Bildschirm ermittelte Position der undichten
Stelle muss somit erst auf das reale Bauteil übertragen werden. Ferner ist
die Automatisierung einer Überprüfung von
Bilddaten sehr aufwendig.
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Die DE-A-42 28 149 beschreibt ein
Vakuummessgerät
für die
integrale Grobleckprüfung
mit leichten Prüfgasen,
wie beispielsweise Helium. Das Vakuummessgerät umfasst einen Prüfbehälter, der den
Prüfling
umschließt.
Zwischen den Volumina des Prüfbehälters und
des Prüflings
wird durch Anlegen eines Vakuums im Prüfbehälter oder im Prüfling eine Druckdifferenz
erzeugt und anschließend,
sollte eine undichte Stelle im Prüfling vorhanden sein, der entsprechende
Druckanstieg im evakuierten Raum gemessen. Die Ansprech-Empfindlichkeit der
integralen Dichtigkeitskontrolle wird durch das Vorsehen einer Turbomolekularpumpe
erhöht,
da deren Kompressionsvermögen
für leichtes
Prüfgas
wie Helium sehr viel geringer ist als für schwere Gase wie Stickstoff oder
Wasserdampf. Mit dem in der DE-A-42 28 149 beschriebenen Vakuummessgerät kann allerdings nur
das Vorhandensein einer Leckage, nicht aber der Ort der undichten
Stelle ermittelt werden.
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Patent Abstract of Japan 631 88 733
A beschreibt eine Vorrichtung zur Detektierung der Lage einer durch
eine Beschädigung
hervorgerufenen Öffnung
in einem Frachtcontainer. Die Vorrichtung umfasst einen torartigen
Rahmen, durch den ein Frachtcontainer bewegt beziehungsweise der
entlang eines Frachtcontainers bewegt werden kann. Der torartige Rahmen
weist einen plattenförmigen,
im wesentlichen länglichen
unteren Rahmenkörper
auf, der an seiner Unterseite mit schlauchartigen aufblasbaren Luftpolstern
umrandet ist. Der untere Rahmenkörper kann über entsprechende
Hydraulikzylinder parallel zur Oberseite des Frachtcontainers positioniert
werden. Anschließend
werden die schlauchartigen Luftpolster aufgeblasen, so dass sie
gegen die Oberseite des Frachtcontainers gepresst werden. Auf diese Weise
wird zwischen dem unteren Rahmenkörper des torartigen Rahmens
und der Oberseite des Containers ein in Bezug auf die Umgebung luftdicht
versiegelter Zwischenraum erzeugt. In diesem Zwischenraum wird mit
Hilfe einer entsprechenden Einrichtung ein Unterdruck erzeugt, der,
sollte die Oberseite des Containers keine Öffnung aufweisen, einen vorbestimmten
Nennwert aufweist. Wird dieser Nennwert hingegen nicht erreicht,
so ist dies ein Hinweis auf eine in der Containeroberseite vorhandene Leckage.
Liegt ein derartiger Hinweis vor, so kann die Position der Leckagestelle
durch Druckmessungen in einzelnen Abschnitten des Zwischenraums,
die durch eine Labyrinthdichtung ausgebildet sind, angenähert werden.
Die Überprüfung der
Dichtigkeit von Frachtcontainer unter Verwendung der in Patent Abstracts
of Japan 631 88 733 A beschriebenen Vorrichtung ist jedoch sehr
zeitraubend, da die Oberflächen
der Containerwände
abschnittweise untersucht werden müssen. Ferner ist eine Untersuchung
des Containerbodens nur dann möglich,
wenn der Container nach der Überprüfung seiner
Oberseite sowie seiner Seitenwände
gedreht wird, was sehr umständlich
ist. Schließlich
kann die Position der Leckage nur angenähert, nicht jedoch genau bestimmt
werden, wobei die Genauigkeit der Annäherung durch die Anzahl der
durch die Labyrinthdichtung ausgebildeten Zwischenraumabschnitte
festgelegt ist.
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Die DE-A-34 45 573 beschreibt eine
Vorrichtung zur Prüfung
der Dichtigkeit von Rohren und zur Ermittlung der genauen Lage undichter
Stellen, also eine Vorrichtung zur Durchführung eines genauen Leckprüfverfahrens.
Die Vorrichtung umfasst ein portalähnliches Gestell mit einer
Portalweite, die größer als
die größte Länge der
Prüflinge
ist, einer Prüflingsauflage,
einem oberhalb der Prüflingsauflage vorgesehenen,
an eine Wasserversorgung anschließbaren Düsenträger mit Düsen und einem Paar von Stirnscheiben,
die mit ihren dem Prüfling
zugewandten Dichtungen gegen die entsprechenden Rohröffnungen
anlegbar sind und diese abdichten. Mit Hilfe eines Vakuumerzeugers,
dessen Saugstutzen mit einer in einer der Stirnscheiben angeordneten
Saugöffnung
verbunden ist, wird in dem Rohr ein Vakuum erzeugt, so dass das
durch die Düsen
von außen
auf das Rohr gesprühte
Wasser durch Undichtigkeiten der Rohrwandungen ins Innere des Rohrs gelangt.
Vorhandene Undichtigkeiten werden durch eindringende Feuchtigkeit
markiert. Die Überprüfung der
Dichtigkeit von Rohren mit Hilfe der in DE-A-34 45 573 beschrie ben
Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass jedes Rohr, das
diese Vorrichtung verlässt,
nass ist und somit vor seiner Verpackung getrocknet werden muss,
und zwar unabhängig
davon, ob das Rohr undicht war oder nicht. Ferner muss jedes Rohr
nach Erzeugen des Vakuums eine recht lange Zeitdauer in der Vorrichtung
verweilen, um sicherzustellen, dass die Flüssigkeit auch kleinere Leckagen
wie beispielsweise Haarrisse durchdringt, wobei die Verweildauer
ebenfalls unabhängig
davon ist, ob das Rohr tatsächlich
undicht ist oder nicht.
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Die DD-A-243 986 beschreibt eine
Vorrichtung zur Groblecksuche an lichtundurchlässigen Bauteilen. Die Bestimmung
der Leckage erfolgt dabei integral über die Gesamtfläche des
Bauteils ohne Angabe des Ortes der Undichtigkeit. Dazu wird Licht
als Prüfmedium
verwendet, mit dem das zu überprüfende Bauteil
bestrahlt wird. Das dabei durch das Bauteil hindurchtretende Licht
wird in einer Ulbrichtschen Kugel eines Sekundär-Elektronen-Vervielfachers
als Gesamtlichtstrom erfasst und stellt bei entsprechender Kalibrierung
ein Maß für das Vorhandensein
eines Groblecks dar.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren sowie ein System zur zerstörungsfreien
Dichtigkeitsprüfung
von Behälterwänden eines
Behälters
zu schaffen, mit dem die Dichtigkeit eines Behälters, insbesondere eines Frachtcontainers,
schnell und einfach überprüft und ferner
die Lage und Größe einer
Leckage in einer Behälterwand
erfasst werden kann.
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Gemäss der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 definierten
Merkmalen und durch ein System mit den in Anspruch 7 definierten
Merkmalen gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf individuelle Ausführungsformen des Verfahrens
beziehungsweise des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur zerstörungsfreien
Dichtigkeitsprüfung
eines Behälters,
der zumindest eine Öffnung
aufweist, wird in einem ersten Schritt unter Abdichtung der wenigstens einen
Behälteröffnung die
Gasdurchlässigkeit
des Behälters überprüft, und,
sollte der Behälter
gasdurchlässig
sein, in einem zweiten Schritt die Lichtdurchlässigkeit der Behälterwände überprüft und die genaue
Lage und die Größe der lichtdurchlässigen Stelle/Stellen
erfasst.
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Die Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
der Behälter
nimmt verhältnismäßig wenig
Zeit in Anspruch, so dass diejenigen Behälter, die sich als gasdicht
erweisen, schnell wieder ihrem eigentlichen Verwendungszweck zugeführt werden
können.
Gegenüber
der Durchführung
eines genauen Leckprüfverfahrens
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung in Bezug auf Behälter,
die sich bei ihrer Überprüfung als
dicht herausstellen, sehr viel Zeit eingespart werden.
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Stellt sich ein Behälter bei
der Grobleckprüfung
hingegen als undicht heraus, so schließt sich bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung eine genaue Leckprüfung
in Form einer Überprüfung der
Lichtdurchlässigkeit
der Behälterwände an,
um den genauen Ort und gegebenenfalls die Größe der bei der Grobleckprüfung ermittelten
Leckage zu ermitteln. Diese Überprüfung der
Lichtdurchlässigkeit der
Behälterwände nimmt
einen wesentlich höheren Zeitaufwand
als die vorangegangene Grobleckprüfung in Anspruch.
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Anders als bei dichten Behältern erhöht sich bei
undichten Behältern
die Gesamtprüfdauer
unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung
gegenüber
der alleinigen Durchführung
eines genauen Leckprüfverfahrens,
da zu dem genauen Leckprüfverfahren
eine Grobleckprüfung hinzukommt.
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In der Praxis stellt sich jedoch
erfahrungsgemäß der überwiegende
Anteil der auf ihre Dichtheit überprüften Behälter als
dicht heraus, so dass die Durchlaufzeit des überwiegenden Anteils der Behälter verkürzt wird.
Nur bei einem geringen Anteil der auf ihre Dichtheit zu überprüfenden Behälter verlängert sich
hingegen die Durchlaufzeit, so dass bei einer zeitlichen Betrachtung
der Gesamtprüfdauer mehrerer
Behälter
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erhebliche
Zeitdauer gegenüber
der alleinigen Verwendung eines der eingangs beschriebenen herkömmlichen
genauen Leckprüfverfahren
eingespart werden kann.
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Die bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung durchzuführende Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
sowie die gegebenenfalls durchzuführende Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit
der zu überprüfenden Behälter kann
auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Wie eingangs beschrieben sind
dem Fachmann bereits Verfahren bekannt, die prinzipiell bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren zum
Einsatz kommen können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist es jedoch bevorzugt, dass zur Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
der Behälterwände die
zumindest eine Öffnung
des Behälters
zunächst
luftdicht verschlossen wird, dann eine Druckdifferenz zwischen dem
Innern des Behälters
und der Umgebung erzeugt wird und anschließend während einer vorbestimmten Zeitdauer
Druckänderungen
im Innern des Behälters
und/oder der Umgebung erfasst werden. In dem luftdicht verschlossenen
Behälter
kann gegenüber
der Umgebung sowohl ein Überdruck
als auch ein Unterdruck erzeugt werden. Die nach Einstellung eines
definierten Über-
oder Unterdrucks erfassten Druckänderungen
zeigen das Vorhandensein von Leckagen in den Behälterwänden an. Die Druckänderungen
können
dabei im Innern des Behälters und/oder
in der Umgebung ermittelt werden.
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Bei der Überprüfung der Behälterwände auf ihre
Lichtdurchlässigkeit
werden diese gemäß der vorliegenden
Erfindung bevorzugt zwischen wenigstens einer Lichtquelle und wenigstens
einem lichtempfindlichen Sensor angeordnet, der von der Lichtquelle
emittiertes und durch die Behälterwand
hindurchtretendes Licht registriert. Wenn mehrere Lichtquellen und
mehrere Sensoren angeordnet werden, kann gleichzeitig eine entsprechend
größere Fläche abgetastet
werden, wodurch die Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit
der Behälterwände beschleunigt werden
kann. Auch ist es vorteilhaft, wenn die zu überprüfenden Behälterwände und die wenigstens eine
Lichtquelle zusammen mit dem wenigstens einen lichtempfindlichen
Sensor relativ zueinander bewegbar sind. Auf diese Weise kann die
Lichtquellen-Sensor-Anordnung entlang der Behälterwände verfahren werden oder umgekehrt,
wodurch das Verfahren unter anderem auf verschiedene Behältergrößen und
Behälterformen
anpassbar ist.
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Die Lage und/oder Größe der bei
der Überprüfung der
Lichtdurchlässigkeit
der Behälterwände ermittelten
Leckagen können
beispielsweise anhand von Koordinaten eines entsprechenden Koordinatensystems
festgehalten werden, so dass die Leckagen zwecks Reparatur auch
zu einem späteren
Zeitpunkt eindeutig am realen Behälter identifizierbar sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist es jedoch von Vorteil, die jeweilige Lage der lichtdurchlässigen Stellen
der Behälterwände (beispielsweise
farbig) zu markieren, um das nachträgliche Auffinden der Leckagen
zu erleichtern beziehungsweise zu beschleunigen.
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Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung
vorteilhaft, Deformationen des Behälters in einem weiteren Verfahrensschritt
mittels Ultraschall zu erfassen, um zu stark deformierte Behälter aussortieren
zu können.
Die Überprüfung des
Behälters
auf eventuelle Deformation erfolgt bevorzugt vor der Überprüfung auf
Gas- und Lichtdurchlässigkeit,
so dass aufgrund zu starker Deformationen als Ausschuss deklarierte
Behälter
gar nicht erst auf ihre Gas- und Lichtdurchlässigkeit überprüft werden. Auf diese Weise
kann die Behälterdurchlaufzeit
verkürzt werden.
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Das System gemäß der vorliegenden Erfindung
zur zerstörungsfreien
Dichtigkeitsprüfung
eines Behälters,
der zumindest an einer Seite eine Öffnung aufweist, umfasst wenigstens
eine Einrichtung zur Überprüfung der
Gasdurchlässigkeit
des Behälters, und
wenigstens eine Einrichtung zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit
der Behälterwände und
zur automatischen Erfassung der Lage und der Größe der lichtdurchlässigen Stelle/Stellen.
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In Abhängigkeit von der Auslastung
des Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung kann es vorteilhaft sein, die Einrichtung zur Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
von Behältern
sowie die Einrichtung zur Überprüfung der
Lichtdurchlässigkeit
von Behälterwänden in
einer gemeinsamen Vorrichtung oder getrennt voneinander anzuordnen.
Auch kann das System angepasst an seine Auslastung jeweils eine
oder mehrere der oben genannten Einrichtungen aufweisen.
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Einrichtungen zur Überprüfung der
Gasdurchlässigkeit
von Behältern,
die für
das erfindungsgemäße System
verwendet werden können,
sind grundsätzlich
bekannt und je nach Bedarf frei wählbar.
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Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung
jedoch bevorzugt, dass die Einrichtung zur Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
der Behälterwände wenigstens
eine Abdeckeinheit zum gasdichten Verschließen der wenigstens einen Öffnung des
Behälters,
wenigstens eine Über-
oder Unterdruckerzeugungseinheit und wenigstens einen Drucksensor
aufweist. Zur Überprüfung der
Gasdurchlässigkeit
der Behälterwände wird
der zu überprüfende Behälter mit
Hilfe der Abdeckeinheit gasdicht verschlossen und anschließend durch
die Über-
oder Unterdruckerzeugungseinheit ein Über- oder Unterdruck im Innern
des Behälters
erzeugt. Sobald der vorgesehene Druck im Behälterinnern vorhanden ist, wird
die Gaszufuhr beziehungsweise Gasabfuhr beispielsweise mittels eines
Absperrventils unterbrochen und mit Hilfe des Drucksensors der Druck
im Innern des Behälters überwacht
und entsprechende Druckänderungen
ermittelt. Druckänderungen
zeigen einen Druckausgleich zwischen dem Innern des Behälters und
der Umgebung an, was auf undichte Behälterwände schließen lässt.
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Alternativ ist gemäß der vorliegenden
Erfindung bevorzugt, dass die Einrichtung zur Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
der Behälterwände einen
gasdicht verschließbaren
Raum zur Aufnahme des zu überprüfenden Behälters, wenigstens
eine Abdeckeinheit zum gasdichten Verschließen der wenigstens einen Öffnung des
Behälters,
wenigstens eine Abdeckeinheit zum gasdichten Verschließen des
Raumes, wenigstens eine Über-
oder Unterdruckerzeugungseinheit, und wenigstens einen Drucksensor
aufweist. Bei dieser Ausgestaltung der Einrichtung zur Überprüfung der
Gasdurchlässigkeit
der Behälterwände wird
die Öffnung
des zu überprüfenden Behälters mit
Hilfe der Abdeckeinheit gasdicht verschlossen. Anschließend wird
der Behälter
in dem gasdicht verschließbaren
Raum angeordnet, woraufhin auch dieser gasdicht verschlossen wird.
Dann wird ein Über-
oder Unterdruck in dem zwischen dem gasdicht verschlossenen Raum
und dem in diesem angeordneten Behälter verbleibenden Volumen
erzeugt und schließlich
wird der Druck in dem verbleibenden Volumen oder im Innern des zu überprüfenden Behälters mit
Hilfe des Drucksensors gemessen und entsprechende Druckänderungen
ermittelt. Die zuvor beschriebene Ausgestaltung der Einrichtung zur Überprüfung der
Gasdurchlässigkeit
der Behälterwände ist
insbesondere dann von Vorteil, wenn das Volumen der zu überprüfenden Behälter sehr groß ist und
somit die Erzeugung des vorbestimmten Über- oder Unterdrucks im Innern
des zu überprüfenden Behälters sehr
lange dauern würde.
Werden nun die Abmessungen des gasdicht verschließbaren Raums
derart gewählt,
dass das zwischen dem gasdicht verschlossenen Raum und dem darin
angeordneten Behälter
verbleibenden Volumen kleiner als das Volumen des zu überprüfenden Behälters ist, kann
die zur Erzeugung des Über-
oder Unterdrucks erforderliche Zeitdauer entsprechend verkürzt und somit
die Durchlaufzeit verringert werden.
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Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung
vorteilhaft, wenn die Einrichtung zur Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
der Behälterwände ein Zeitintervallmessgerät umfasst,
mit dessen Hilfe die Zeitdauer, während der der Drucksensor eventuelle Druckänderungen
ermitteln soll, eingestellt werden kann.
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Auch die Einrichtungen zur Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
von Behältern,
die für
das erfindungsgemäße System
verwendet werden können, sind
grundsätzlich
bekannt und je nach Bedarf frei wählbar.
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Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung
jedoch bevorzugt, dass die Einrichtung zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit
der Behälterwände gemäß der vorliegenden
Erfindung wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens einen lichtempfindlichen Sensor
umfasst, zwischen denen wenigstens eine Behälterwand angeordnet werden
kann. Trifft von der Lichtquelle emittiertes Licht durch die Behälterwand auf
den lichtempfindlichen Sensor, so muss an der entsprechenden Stelle
der Behälterwand
eine Leckage vorhanden sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist es ferner vorteilhaft, dass die wenigstens eine Lichtquelle und
der wenigstens eine lichtempfindliche Sensor entlang einer oder
mehrerer Behälterwände bewegbar
angeordnet sind. Auf diese Weise können mit einer Lichtquelle
und einem entsprechenden Sensor oder zumindest mit wenigen, entsprechend
verteilt angeordneten Lichtquellen und Sensoren sämtliche Behälterwände abgetastet
werden, indem die Lichtquellen-Sensor-Anordnung entsprechend verfahren wird.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Lichtquelle und
der wenigstens eine lichtempfindliche Sensor einander gegenüber angeordnet sind.
Es sollte allerdings klar sein, dass auch der zu überprüfende Behälter entlang
der Lichtquellen-Sensor-Anordnung
bewegt werden kann.
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Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung
von Vorteil, wenn das System gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Markierungsgerät
aufweist, dass die von der Einrichtung zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit
der Behälterwände erfassten lichtdurchlässigen Stellen
der Behälterwände markiert,
um somit ein späteres
Auffinden der Leckagen zwecks Reparatur zu erleichtern und zu beschleunigen.
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Bei manchen Verwendungszwecken ist
es wichtig, dass die verwendeten Behälter keine zu starken Deformationen
aufweisen.
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Entsprechend kann das System gemäß der vorliegenden
Erfindung ferner eine Einrichtung umfassen, mit deren Hilfe unter
Verwendung von Ultraschall Deformationen des zu überprüfenden Behälters erfasst werden.
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Vorzugsweise weist die Einrichtung
zur Erfassung von Deformationen des Behälters einen Rahmen auf, an
dem jeweils ein oder eine Mehrzahl von Ultraschallsende- und -empfangseinheiten
angeordnet sind. Der Rahmen kann dann beispielsweise parallel zu
den einzelnen Behälterwänden positioniert
und an diesen vorbeibewegt werden. Alternativ kann natürlich auch
der Behälter
relativ zu dem Rahmen bewegt werden. Die Ultraschallsende- und -empfangseinheiten,
nachfolgend auch als Ultraschallsensoren bezeichnet, ermitteln während der Relativbewegung
die Abstände
zwischen den Behälterwänden und
den einzelnen Ultraschallsensoren. Anhand eines Vergleichs entsprechender
Abstandsmessungen können
die Form und somit auch Deformationen des Behälters ermittelt werden.
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Nachfolgend wird eine beispielhafte
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer beschrieben.
Darin ist
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1 eine
perspektivische Ansicht, die eine Ausgestaltung der Einrichtung
zur Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
eines Behälters
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 eine
perspektivische Ansicht, die eine weitere Ausgestaltung der Einrichtung
zur Überprüfung der
Gasdurchlässigkeit
eines Behälters
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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3 eine
perspektivische Ansicht, die eine Ausgestaltung der Einrichtung
zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit
von Behälterwänden eines
zu überprüfenden Behälters gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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4 eine
Querschnittansicht, die eine Ausgestaltung der Einrichtung zur Erfassung
von Deformationen des Behälters
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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5a-d sind
Querschnittansichten, die Beispiele möglicher Behälterdeformationen zeigen.
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1 zeigt
schematisch eine erste Ausgestaltung der Einrichtung 10 zur Überprüfung der
Gasdurchlässigkeit
eines Behälters
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Einrichtung 10 umfasst eine im wesentlichen
plattenförmige
Abdeckeinheit 12 mit einer Dichtung 14 zum luftdichten
Verschließen
einer Öffnung 16 eines
auf seine Gasdurchlässigkeit
zu überprüfenden Behälters 18.
An der Abdeckeinheit 12 sind eine Unterdruckerzeugungseinheit
in Form einer Vakuumpumpe 20, ein Drucksensor 22 und
ein Zeitintervallmessgerät 24 vorgesehen.
Die Vakuumpumpe 20 ist an eine mit einem Absperrventil 26 verschließbare Vakuumleitung 28 angeschlossen,
die sich durch eine in der plattenförmigen Abdeckeinheit 12 ausgebildete
Durchgangsbohrung 30 durch die Abdeckeinheit 12 hindurch
erstreckt. Auch der Drucksensor 22 ist über eine Verbindungsleitung 32 an
die Durchgangsbohrung 30 angeschlossen. Das Zeitintervallmessgerät 24 ist
mit dem Absperrventil 26 wirkverbunden, um dieses wahlweise
zu öffnen oder
zu schließen.
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Zur Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
des Behälters 18 wird
die Öffnung 16 des
Behälters 18 mit
der Abdeckeinheit 12 gasdicht verschlossen. Bei geöffnetem
Absperrventil 26 wird anschließend mit Hilfe der Vakuumpumpe 20 über die
Vakuumleitung 28 ein vorbestimmter Unterdruck im Innern
des Behälters 18 erzeugt.
Bei Erreichen des vorbestimmten Innendrucks, der durch den Drucksensor 22 angezeigt
wird, wird das Absperrventil 26 geschlossen. Anschließend misst
der Drucksensor 22 über
ein durch das Zeitintervallmessgerät 24 vorgegebenes Zeitintervall
den Innendruck des Behälters 18.
Nach Ablauf des vorgegebenen Zeitintervalls öffnet das Zeitintervallmessgerät 24 das
Absperrventil 26, woraufhin ein Druckausgleich zwischen
dem Behälterinnern
und der Umgebung stattfindet und die Abdeckeinheit 12 von
der Öffnung 16 des
Behälters 18 entfernt
werden kann.
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Hat der Drucksensor 22 während dem
vorgegebenen Zeitintervall einen Druckanstieg innerhalb des Behälters 18 registriert,
so ist dies ein Indiz dafür, dass
Umgebungsgas durch entsprechende Leckagen in das Innere des Behälters 18 eindringen
konnte. Der Behälter 18 ist
demnach nicht gasdicht.
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Wird während dem vorgegebenen Zeitintervall
hingegen keine Druckänderung
im Innern des Behälters 18 durch
den Drucksensor 22 erfasst, so bedeutet dies im Umkehrschluss,
dass der Behälter 18 gasdicht
ist.
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2 zeigt
schematisch eine zweite Ausgestaltung der Einrichtung 100 zur Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
des Behälters
gemäss
der vorliegenden Erfindung. Die Einrichtung 100 umfasst
eine im wesentlichen plattenförmige
erste Abdeckeinheit 112 mit einer Dichtung 114 zum
luftdichten Verschließen
der Öffnung 16 des
auf seine Gasdurchlässigkeit zu überprüfenden Behälters 18.
Ferner umfasst die Einrichtung 100 eine Aufnahmekammer 120 zur
Aufnahme des Behälters 18,
die mit Hilfe einer im wesentlichen plattenförmigen, mit einer Dichtung 122 versehenen
zweiten Abdeckeinheit 124 luftdicht verschließbar ist.
An der zweiter Abdeckeinheit 124 sind eine Unterdruckerzeugungseinheit
in Form einer Vakuumpumpe 126, ein Drucksensor 128 und
ein Zeitintervallmessgerät 130 vorgesehen.
Die Vakuumpumpe 126 ist an eine mit einem Absperrventil 132 verschließbare Vakuumleitung 134 angeschlossen, die
sich durch eine in der plattenförmigen
Abdeckeinheit 124 ausgebildete Durchgangsbohrung 136 durch die
zweite Abdeckeinheit 124 hindurch erstreckt. Auch der Drucksensor 128 ist über eine
Verbindungsleitung 138 an die Durchgangsbohrung 136 angeschlossen.
Das Zeitintervallmessgerät 130 ist
mit dem Absperrventil 132 wirkverbunden, um dieses wahlweise
zu öffnen
oder zu schließen.
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Zur Überprüfung der Gasdurchlässigkeit
des Behälters 18 wird
dieser durch die erste Abdeckeinheit 16 gasdicht verschlossen.
Anschließend
wird der gasdicht verschlossene Behälter 18 auf nicht
dargestellten Stützelementen
im wesentlichen mittig in der Aufnahmekammer 120 angeordnet,
woraufhin auch diese mit der zweiten Abdeckeinheit 124 gasdicht verschlossen
wird. Dann wird bei geöffnetem
Absperrventil 132 über
die Vakuumleitung 134 und die Durchgangsbohrung 136 mit
Hilfe der Vakuumpumpe 126 in dem zwischen dem Behälter 18 und
der Aufnahmekammer 120 definiertem Zwischenraum 140 ein
vorbestimmter Unterdruck erzeugt. Nach Erreichen des vorbestimmten
Unterdrucks wird das Absperrventil 132 geschlossen, woraufhin
der Drucksensor 128 über
ein durch das Zeitintervallmessgerät 130 vorgegebenes
Zeitintervall den Druck im Zwischenraum 140 misst. Nach
Ablauf des vorgegebenen Zeitintervalls wird das Absperrventil 132 geöffnet, woraufhin
ein Druckausgleich zwischen dem Zwischenraum 140 und der
Umgebung stattfindet. Anschließend
kann die zweite Abdeckeinheit 124 von der Aufnahmekammer 120 entfernt
und der Behälter 18 entnommen
werden.
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Hat der Drucksensor 128 während dem
vorgegebenen Zeitintervall keine Druckerhöhung in dem Zwischenraum 140 registriert,
so ist dies ein Indiz dafür,
dass keine Leckagen in dem auf seine Gasdurchlässigkeit zu überprüfenden Behälter 18 vorhanden sind.
Wird mit Hilfe des Drucksensors 128 während dem vorgegebenen Zeitintervall
hingegen ein Druckanstieg in dem Zwischenraum 140 erfasst,
so hat ein Gasaustausch zwischen dem Innern des Behälters 18 und
dem Zwischenraum 140 stattgefunden, was ein Indiz für Leckagen
in zumindest einer der Behälterwände ist.
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Ein Vorteil der in 2 dargestellten Ausgestaltung gegenüber der
in 1 dargestellten Ausgestaltung
besteht darin, dass das Volumen des Zwischenraums gemäß der zweiten
Ausgestaltung kleiner als das Volumen des zu überprüfenden Behälters gewählt werden kann, so dass die
zur Erzeugung des vorbestimmten Unterdrucks in dem entsprechenden Volumen
erforderliche Zeitdauer verkürzt
wird.
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Es sollte klar sein, dass in den
beiden zuvor beschriebenen Ausgestaltungen auch ein Überdruck anstelle
eines Unterdrucks erzeugt werden kann. Die Vakuumpumpe müsste dann
in den entsprechenden Ausgestaltungen durch eine Überdruckerzeugungseinheit
ersetzt werden.
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Ferner sollte klar sein, dass die
Gasdurchlässigkeitsprüfung bei
den in den 1 und 2 dargestellten Ausgestaltungen
der Einrichtung zur Überprüfung der
Gasdurchlässigkeit
eines Behälters
auch sofort abgebrochen werden kann, sobald der entsprechende Drucksensor
eine Druckänderung
registriert. Mit anderen Worten muss das vorgegebene Zeitintervall
bei gasdurchlässigen
Behältern
nicht eingehalten sondern kann entsprechend verkürzt werden.
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Erweist sich der in der Einrichtung
zur Überprüfung der
Gasdurchlässig überprüfte Behälter als gasdurchlässig, so
schließt
sich an die Überprüfung der
Gasdurchlässigkeit
eine Überprüfung der
Lichtdurchlässigkeit
an, um die genaue Lage und Größe der Leckage
zu ermitteln.
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3 zeigt
schematisch eine Ausgestaltung einer Einrichtung zur Überprüfung der
Lichtdurchlässigkeit
von Behältern
gemäss
der vorliegenden Erfindung. Die Einrichtung 200 zur Überprüfung der
Lichtdurchlässigkeit
umfasst eine einseitig offene, ansonsten lichtundurchlässige Aufnahmekammer 210 zur
Aufnahme des auf seine Lichtdurchlässigkeit zu überprüfenden Behälters 18 und
eine im wesentlichen plattenförmige
Abdeckeinheit 214 zum lichtdichten Verschließen der
Aufnahmekammer 210. Ferner umfasst die Einrichtung 200 eine
im Innern des in der Aufnahmekammer 210 angeordneten Behälters 18 positionierbare
innere Rahmenkonstruktion 216, auf der entsprechende Schlitten 218 mit
daran angeordneten und in Richtung der Behälterwände ausgerichtete Lichtquellen 220 innen
und im wesentlichen parallel entlang der Behälterwände bewegbar sind. Die Einrichtung 200 umfasst
ferner eine äußere Rahmenkonstruktion 222,
die zwischen dem Behälter 18 und
der Aufnahmekammer 210 angeordnet ist. Entlang der äußeren Rahmenkonstruktion 222 sind entspre chende
Schlitten 224 mit daran angeordneten und in Richtung der
Lichtquellen 220 ausgerichteten Lichtsensoren 226 positioniert,
die außen
und im wesentlichen parallel entlang der einzelnen Behälterwände bewegbar
sind. Zudem sind an den jeweiligen Schlitten 224 bewegbare
Markierungseinrichtungen 228 vorgesehen, die hier nur schematisch
dargestellt sind.
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Zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit des
Behälters 18 wird
dieser auf entsprechenden, nicht dargestellten Stützelementen
im wesentlichen mittig in der einseitig offenen, ansonsten lichtundurchlässigen Aufnahmekammer 210 positioniert. Anschließend wird
die innere Rahmenkonstruktion 216 im Innern des Behälters 18 und
die äußere Rahmenkonstruktion 222 in
dem zwischen dem Behälter 18 und
der Aufnahmekammer 210 definierten Zwischenraum angeordnet.
Dann wird die Aufnahmekammer 210 mit Hilfe der Abdeckeinheit 214 lichtdicht
verschlossen. Zwecks Abtastung der Behälterwände werden nun die an der inneren
Rahmenkonstruktion 216 angeordneten und mit den Lichtquellen 220 versehenen
Schlitten 218 und die an der äußeren Rahmenkonstruktion 222 angeordneten
und mit den Lichtsensoren 226 versehenen Schlitten 224 einander
gegenüberliegend
parallel entlang der einzelnen Behälterwände bewegt. Auf diese Weise
wir jede einzelne Behälterwand
vollständig
abgetastet. Weist nun eine der Behälterwände ein Leck auf, so dringt von
einer entsprechenden Lichtquelle 220 emittiertes Licht
durch das in der Behälterwand
vorhandene Leck und trifft auf einen zugeordneten Lichtsensor 226.
Die Position des Lichtsensors 226 und somit die Position
des Lecks wird automatisch an einen nicht dargestellten Regelschaltkreis übermittelt,
der diese an die Markierungseinrichtung 228 weiterleitet.
Die Markierungseinrichtung 228 markiert daraufhin automatisch
den Ort der Leckage.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass
die in 1 oder 2 dargestellte Einrichtung zur Überprüfung der
Gasdurchlässigkeit
von Behältern
und die in 3 dargestellte
Einrichtung zur Überprüfung der
Lichtdurchlässigkeit
von Behältern räumlich nacheinander
oder alternativ zusammen in einer gemeinsamen Vorrichtung angeordnet
werden können.
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Schließlich sollte klar sein, dass
es sich bei den unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschriebenen
Einrichtungen lediglich um beispielhafte Ausgestaltungen des Systems
zur zerstörungsfreien Dichtigkeitsprüfung von
Behältern
gemäss
der vorliegenden Erfindung handelt, die den durch die beiliegenden
Ansprüche
definierten Schutzbereich der vorliegenden Erfindung in keiner Weise
einschränken.
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4 ist
eine Querschnittansicht, die eine beispielhafte Ausgestaltung einer
Einrichtung zur Erfassung von Deformationen des zu überprüfenden Behälters 18 gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Die Einrichtung 300 umfasst einen Rahmen 302 mit
im wesentlichen drei Rahmenabschnitten 304, 306, 308,
die entsprechend parallel zu den zu überprüfenden Behälterwänden 310, 312, 314 angeordnet
sind. Die Rahmenabschnitte 304, 306, 308 sind
jeweils mit mehreren Ultraschallsensoren 316 versehen,
die entsprechende Ultraschallsende- und -empfangseinheiten aufweisen.
Der Behälter 18 ist auf
einer Transporteinrichtung 318 angeordnet und wird mit
Hilfe dieser Transporteinrichtung 318 relativ zu den Rahmenabschnitten 304, 306, 308 bewegt. Die
einzelnen Ultraschallsensoren 316 erfassen während dieser
Relativbewegung die Abstände α1 bis α5, β1 bis β5 und χ1 bis χ5 zwischen
den einzelnen Sensoren 316 und den entsprechenden Behälterwänden 310, 312, 314.
Anhand der erfassten Messwerte α1
bis α5, β1 bis β5 und χ1 bis χ5 kann die
Außenkontur
des Behälters 18 ermittelt
werden. Ist beispielsweise α1
= α2 = α3 = α4 = α5, so ist
die Behälterwand 314 des
Behälters 18 im
wesentlichen eben. Sind die Messwerte α1 bis α5 hingegen verschieden, so weist
die Behälterwand 314 des
Behälters 18 entsprechende
Deformationen auf.
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Sind die erfassten Deformationen
größer als ein
vorbestimmter Grenzwert, so kann der Behälter 18 automatisch
oder manuell aussortiert werden.
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Es sollte klar sein, dass es sich
bei der in 4 dargestellten
Einrichtung 300 zur Erfassung von Deformationen des Behälters 18 um
eine beispielhafte Aus gestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
handelt. Beispielsweise muss der Behälter 18 nicht relativ
zum Rahmen 302 bewegt werden, sondern der Rahmen 302 kann
alternativ auch entlang des Behälters 18 bewegt
werden. Ferner kann die Anzahl der vorgesehenen Sensoren 308 beliebig variiert
werden.
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Die 5a bis 5d sind Querschnittsansichten
und zeigen Beispiele für
mögliche
Deformationen des Behälters 18.
Dabei zeigt 5a einen
Behälter 18,
der rautenförmig
deformiert ist, 5b einen Behälter 18,
dessen Seitenwände 310 und 314 einwärts geneigt
und dessen Oberseite 312 auswärts gewölbt ist, 5c einen
x-artig deformierten Behälter 18 und 5d einen fassartig deformierten
Behälter 18.
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Natürlich sind eine Vielzahl anderer
Deformationen denkbar.