DE1965858A1 - Verfahren und Einrichtung zum Untersuchen verschlossener Verpackungen auf Leckstellen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum Untersuchen verschlossener Verpackungen auf LeckstellenInfo
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Description
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Verfahren und Einrichtung zum Untersuchen verschlossener Verpackungen auf Leckstellen
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Untersuchen verschlossener Verpackungen auf LeOkstellen, wobei eine verschlossene Verpackung in einer verbesserten Prüfvorrichtung kurzzeitig der Einwirkung eines unter
einem verhältnismäßig niedrigen. Druck stehenden Trägergases ausgesetzt wird mit der folge, das« eine Anzeige aus einem
Detekterinstrument erhalten wird, das große, mittlere und feine
Verpackungsleokstellen unterscheiden kann.
Als verschlossene Verpackungen können gelten Verpackungen -von Nährmitteln bis zu verschlossenen Umhüllungen von elektronischen Schaltungselementen. Solche versohlessenen Verpackungen
enthalten entweder einen Gebrauehegegenstand oder eine Einheit eines Produktes und schützen den Inhalt der Verpackung dadurch,
dass erstens die Umgebung vom Inhalt ferngehalten wird, und das zweitens in der Verp&ekung ein den Inhalt umgebendes Gas
aufrechterhalten wird. Die Lagerfähigkeit des Gebrauohsgegen-
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■-" 2 - ■
standee oder des Produktes hängt daher in erster Linie von der
Ünversehrheit der Verpackung ab.
Es besteht fortlaufend ein Bedarf an zuverlässig und rasch
arbeitenden Prüf einrichtungen, mit denen die Unversehrtheit verschlossener Verpackungen Überprüft werden kamt. Wenn es sieh
um hunderttausende von Verpackungen handelt, so ist ein hoher
Grad von Genauigkeit und eine kurze durchschnittliche Zeit für
die Untersuchung einer jeden verschlossenen Verpackung für den
wirtschaftlichen Erfolg des Hers tellers, von groß.er Bedeutung.
Als Beispiel seien integrierte elektronische Schaltungen
angeführt, von denen anfangs von Hand im Laboratorium pro Jahr
10 bis 20 Stüok hergestellt wurden, und die gegenwärtig mit
einer Stückzahl von mehreren Millionen jährlich als Massenprödukt erzeugt werden· Viele dieser integrierten Schaltungen werden einzeln oder in kleinen Gruppen von einer Umhüllung. eingeschlossen, deren inneres Mindest volumen ungef ähr 2 - 5 Mikroliter beträgt. Die Lebensdauer dieser umhüllten integrierteil
Schaltungen hängt von der Unversehrtheit der Umhüllung ab.
Die Unversehrtheit solcher verschlossenen Umhüllungen wird
durch Leokstellen zerstört· Bei der Umhüllung ist ein großes
Le«k dem Entfernen des Deekels von einem Einmachglas gleichzusetzen. Die Einheitlichkeit der Umhüllung ist zerstört, so dass
diese als Ausschuss angesehen werden muss. Ebene· bildet ein
mittelgroß·· Leek, wie in verhältnismäßig kleines Loch, einen
Grund für die Zurückweisung der Verpackung, und selbst «in feines leek kann zur Zurückweisung einer fehlerhaften Verpackung
führen. Dauert es bei einem feinen Leck lange, etwa ungefähr
3 Jahr·, bis ein Austaus eh dtr Innenluft der Verpackung Bit der
Außenluft erfolgt ist, so kann die Verpackung als unversehrt \
ang«s«h«n werden, wenn die integriert· Schaltung innerhalb dieser kurzen Zeit benutzt wird· Ss werden daher rasch und genau;
arbeitende Prüfeinrichtungen benötigt, mit denen nicht nur :
gr«fi· βendern auch feine Leekstellen bei verschlossenen Verpackungen und Umhüllungen ermittelt werden können. Ver der
Erfindung stand bisher kein· einaig· Prüfeinrichtung zur Verfügung, mit d«r bei »iner verschloee«n«n Verpackung «der Umhüllung groß· sowie feine L«okzt«ll«n genau ermittelt w«rd«a
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"*£, ,BADORIQiNAL
: kennen·
Mit Hilf· an sich bekannter Einrichtungen werden zurzeit
verschlissene Verpackungen auf Leekstellen unter Anwendung verschiedener Verfahren untersucht. Eines dieser Verfahren besteht
aus dem Blasentest, wobei vier oder fünf Verpackungen in ein
heißes freon- oder (Jlyzerinbad eingetaucht werden um festzustellen, ob aus der einen oder der anderen Verpackung Blasen
aufsteigen· (Treten Blasen auf, so wird die verdächtige Verpackung ausgeschieden..Ss besteht jedoch immer die Möglichkeit,
dass eine kleine Luftblase an der Außenseite der Verpackung
haften bleibt, wenn die Verpackung in das Bad eingetaucht wird. Da Luft verwiegend aus Stickstoff besteht, se werden für die
Zwecke der verliegenden Beschreibung Luft und Stickstoff als
gleichwertig angesehen· Die unerwünschte Luftblase dehnt eich
aus und entschwebt von der Verpackung, so dass durch den Augenschein nicht immer genau bestimmt werden kann, ob die entschwebende Blase aus einem Leck stammt oder aus einer an der Außenseite der Verpackung haften gebliebenen Blase besteht, so dass
die Verpackung als verdächtig ausgeschieden wird. Bei einem ireonbad wird diese Schwierigkeit vermindert, jedoch nicht gänslich beseitigt.
Hach der thermischen Belastung beim Eintauchen der Verpackung in das heiße Bad wird jede Verpackung in eine. Kammer
eingetragen und 60 Minuten lang der Einwirkung einer ζ·Ββ aus
Helium bestehenden Atmosphäre mit einem Druck von ungefähr
4,55 kg/om ausgesetzt. Der erhöhte Druck in der Kammer führt
zu einer Verformung der Verpackungswandung, die im allgemeinen nicht von Dauer ist. Hach Ablauf der bestimmten Zeit wird der
• - ■ »
Druck in der Kammer aufgehoben, wonach die Verpackung in die
Kammer eines Detektorinstrumentes eingetragen wird, die unter
Druck stehendes Helium enthalt, so dass das Instrument als
Heliumdetektor bezeichnet werden kann. Aus der Kammer des Detektorinstrumentes wird die gesamte Luft entfernt. Hiernach
wird versucht zu ermitteln, ob duroh ein Leck an der Verpackung
Helium entweicht. Sollte die Verpackung ein Leck aufweisen, so besteht die Möglichkeit,dass durch das Leck etwas zurückgebliebenes Helium entweicht.
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Es gibt noch weitere Prüfungsmögliehkeiten, bei denen ähnliehe
Verfahren angewendet werden. Bei allen diesen Verfahren
wird jedoch eine verschlossene Verpackung längere Zeit der Einwirkung
einer unter Druck gesetzten Atmosphäre ausgesetzt, wonach ermittelt wird, ob die Atmosphäre) die in die Verpackung
durch ein Leck eingedrungen sein kann, aus dieser wieder entweicht. Bei diesem Verfahren ist die Genauigkeit selbstverständlich
gering, während für die Untersuchung einer Jeden Verpackung durchschnittlich eine längere Zeit benötigt wird, und
ferner besteht die Gefahr einer Verformung der Verpackung.
Die Erfindung sieht daher v©r
ein neues und besseres Verfahren und eine Einrichtung zum
Untersuchen von verschlossenen Verpackungen und Umhüllungen
auf undichte Stellen innerhalb eines weiten Größenbereichs,
ohne die Verpackungen mechanisch stark zu beanspruchen, welche Einrichtung wirtschaftlieh, zuverlässig, höchst genau und sehr
rasch arbeitet.
Nach der Erfindung wird die zu untersuchende Verpackung
in eine kleine Kammer in eine Untersuchungsvorrichtung eingelegt, wobei die Luft in der Kammer in möglichst kurzer Zeit
durch ein Gas, ζ»B· durch Helium ersetzt wird» Durch die Kammer
wird dann eine Heliumströmung und zu einem Detektor instrument
geleitet, das ζ·1» für Stickstoff nicht jedoch für das Heliumgas
empfindlich ist. Ein großes Leck an der verschlossenen
Verpackung führt zu einem starken kurzzeitigen Signal, während ein feines Leck zu einer stufenförmigen Anzeige führt.
Die Kammer wird stoßweise mit Helium gereinigt und mit dem
Detektorinstrument in Verbindung gesetzt, wobei von der Untersuchungsverrichtung
und den zugehörigen Ventilen eine fortlaufende Heliumatmosphäre erzeugt wird. Die Untereuchungsvorrichtung
weist eine innere, von trennbar on sueamaonpassenden Teilen
gebildete und die Verpackung aufnehmende Kammer auf sowie.eine
äußere sekundäre Kammer, in der die Stoßfugon dor primären
Kammer fortlaufend vom abschirmenden (tee umströmt werden.
Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben, In den
beiliegenden Zeichnungen ist die
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Fig.1 eine zum Teil als Schnitt gezeichnete Sarstellung einer
Einrichtung zum Untersuchen von verschlossenen Verpackungen oder Umhüllungen auf undichte Stellen nach der Erfindung
und die
Figo2 eine graphische Darstellung von Auizeiehmungskurven,
die von der erfindungsgemäßen Einrichtung bei Vorliegen
oder bei Abwesenheit von undichten Stellen erzeugt werden.
Die Figo T zeigt eine Ausführungsform einer Einrichtung 10
zum Untersuchen von verschlossenen Verpackungen oder Umhüllungen auf undichte Stellen mit einer Untersuchungsvorriohtung 12,
die zum genauen und raschen Untersuchen auch anders ausgestaltet
werden kann.
Die Untersuehungsvorriehtung 12 nach der Pigol besteht aus
den von einander trennbaren !'eilen 14 und 16» die von Pederklammern
18 zusammengehalten werden« welche Klammern an den Planschen 20 und 22 der Seile 14 und 16 angreifen. Sind die
beiden Verrichtungteile 14 und 16 zusammengesetzt, so liegt ein innerer Steg 24 am Seil 14 an einem inneren Steg 26 des
Teiles 16 an, wobei eine innere primäre Kammer 28 gegen eine
äußere sekundäre Kammer 30 im wesentlichen strömungsmitteldicht
abgedichtet wird· In die äußere sekundäre Kammer 30 wird ein«
elastische Dichtung 32 eingelegt, webei eine strömungsmitteldichte
Abgrenzung geschaffen wird, die mit der Abdichtung zwischen
den Kammern 28 und 30 zusammenwirkt.
Beider Einrichtung 10 nach der Fig«1 ist eine Gasquelle
34 über die Begulierungsventile 36 und 37 ®it den Söhrleitungen
38 und 40 verbunden. Die @asqu«ll© 34 steht über die Leitung
40 mit einem Einlass 42 in Verbindung, d@r in die primäre
Kammer 28 führt, sowie mit einem in die sekundär® Kammer 30
führenden Einlass 44· Ein Auslass 46 an der primären Kammer 28 kann mittels eines Steuerventile 48 in der Leitung 50 entweder
mit der Leitung 51 verbunden werden, die über eine Leitung 52
mit einem Detektorinetrumtnt 54 in Verbindung steht, das mit
einem sohematisoh dargestellten Kurvenschreiber 56 ausgestattet
ist, oder mit einer Leitung 58, die mit einer Entlüftungsleitung
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in Verbindung steht« Sie leitung 38 steht über die. Leitung 52
gleichfalls mit dem Detektorinstrumen.t 54 in Verbindung. Ein
Auslass 62 an der sekundären Kammer 30 steht über die Leitung 64 in direkter Verbindung mit der Entlüftungsleitung 60.
Zum Untersuchen einer verschlossenen Verpackung oder Umhüllung
66 wird diese in die innere primäre Kammer 28 eingelegt. Die Kamaerteile 14 und 16 werden zusammengesetzt und zusammengeklammert,
und die Regulierungsventile 36 und 37 werden geöffnet» Aus der Gasquelle 34 strömt nunmehr das Gas durch die
Leitung 38 sum Detektorinstrument 54 sowie durch die Leitung
40 in die primäre und die sekundäre Kammer 28, 30 durch die
betreffenden Einlasse 42 und 44 ein. Me Gasströmung treibt die
Luft aus den beidem Kammern 28 und 30 aus, die durch die betreffenden
Auslässe 46 und 62 abgeführt wird. Bas Steuerventil 48 wird anfangs se eingestellt, dass die ausgetriebene Luft
aus der primären Kammer 28 über die Leitung 58 zur Leitung 60
geleitet wird» Die aus der sekundären Kammer 30 durch die Leitung 64 ausgetriebene Luft wird gleichfalls zur Leitung 60
geleitet» Während dieser Zeit bleibt das legulierungsventil
geöffnet; so dass durch das Detektorinstrument 54 fortlaufend
ein Gas strömt. Nach Ablauf einer bestimmten Zeitperiode ist
im wesentlichen die gesamte Luft aus den Kammern 28 und 30 ausgetrieben, s· dass durch die Leitung 60 nur das Sas aus der
Gasquelle strömt« Hiernach wird das Steuerventil so eingestellt, dass das aus der primären Kammer 28 durch die Leitung 50 ausströmend«
Gas über die Leitung 51 zur Leitung 52 geleitet wird,
die zum Detekterinetrument 54 führt, während das legulisrungs·*
ventil 36 gesohlt ssen wird« Das Gas aus d#r Gasquelle wirkt
erstens als ein. die primäre Kammer durchströmendes Trägergae
und zweitens als ein die sekundär· Kammer 30 durchs tröstende β
Abeohirmungegae. Das die sekundäre Kaauitr durchströmende Abschirmungsga·
treibt all· Luft aus der sekundären Kammer aus, die möglicherweise in einer Ecke oder tine Vertiefung in der
sekundären Kammer zurückbleibt, se dass die Möglichkeit im
wesentlichen, wenn nioht gänslioh beseitigt wird, dass Luft
in die primäre Kammer 28 eindringt, während die Verpackung untersucht wird.
Baehdem die primäre Kammer 28 von Luft gepeinigt worden ist,
land wenn· das Gas aus Helium "bestellt und das Detektorinst'rument
ein herkömmlicher chromatigraphiseher G&sdetekter ist, der
für Stickstoff, nicht jedoch für Helium empfindlieh ist,- s©
ermittelt das Detektorinstrusent 54 die Gasströmung aus der primären Kammer und wandelt das resultierende Signal &u einer
Kurve 70 um, die vom Kurvensehreiber 56 aufgezeichnet wird
(Fig.2), wobei das Steuerventil 48 so eingestellt wird, die Atmosphäre in der primären Kammer nach dem Reinigen von luft
durch die Leitung 51 und die Leitung 52 geleitet wird« Die Kurve 70 weist eine Spitze A auf, die in Beziehung steht zu
der Luft, die vom Helium aus der primären Kammer ausgetrieben oder verdrängt wird. Der Seil B der Kurve 70 stellt die Bezugslinie des Instrumentes dar, wenn das Instrument nur die Anwesenheit
von Helium ermittelt. Der Spitzenteil A der Eiehungskurve
70 stellt einen kurzzeitigen großen Ausschlag dar im Vergleich zu dem verhältnismäßig geradlinig verlaufenden Seil B
der Kurve» -
Wird die verschlossen© Verpackung oder Umhüllung 66 in die
primäre Kammer 28 eingelegt und die Luft aus der Kammer verdrängt und über die Leitung 60 abgeführt, so wird danach die
primäre Kammer mit dem DetektorInstrument 54 in Verbindung gesetzt»
wie bereits beschrieben« Weist die Verpackung ein großes
Leck auf, so ermittelt das Detektorinstrument das rasche Entweichen
der Luftausder Verpackung und erzeugt die in der Fig«2
dargestellte steile Kurve 72, die in bezug auf die Bezugslinie
(Teil B der Kurve 70) hoch und kurzzeitig ist. Weist die Verpackung
ein Le ek mittlerer Größe auf, se steigt die Kurve 74
anfangs längs des Kurventeiles 72 steil an und kehrt dann verhältnismäßig
rasch zur Bezwgslinie zurück. Weist die Verpackung ein kleines Leck auf, so besteht die Kurve 76 aus einem kurzzeitig
steil ansteigenden Seil G besteht, der sich in einem
langgestreckten Teil D fortsetzt, der tatsächlich eine neue
"Bezugsliniew darstellt, so dass die Kurve 76 eine stufenartige
Versetzung bildet.
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-S-
Die oben beschriebene Einrichtung wurde mit Erfolg überprüft*
Es wurde eine kleine Gruppe von hermetisch verschlossenen Umhüllungen von elektronischen Schaltungselementen untersucht,
deren Abmessungen 6,35 χ 3,175 σ 4,2 mm betrugen, und
die 3 bis 5 Mikroliter Stickstoff unter einem Druck enthielten,
der etwas niedriger war als der atmosphärische Druck. Ein Heliumträgergas führte das aus Lecks an den Umhüllungen entweichende
Stickstoffgag einem hochempfindlichen chromatographischen
Grasdetektor zu (Varian Aerograph Helium Detektor) .Es wurden lecks im" Bereich von 1 χ 10"* bis 1 χ 10"8 cnr5 Stickstoff
bei normaler 'Temperatur und Druck pro Sekunde gemessen. Schwere
mechanische und thermische Belastungen der verschlossenen Umhüllungen wurden vermieden, da die Belastung durch das Helium-
trägergas mit einem Druck von 350 g/cm (gemessen) verhältnismäßig
kurzdauernd war (weniger als eine Minute pro Verpackung).
Wenn gewünscht, kann der äußere Druck von 350 g/cm auf Null
herabgesetzt werden, wenn erwünscht, wobei der im vorstehenden Beispiel angeführte Druck von 350 g/cm sich für die beschriebene Einrichtung als geeignet erwiesen hatte.
An der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung
können von Sachkundigen im lahmen des Erfindungsgedankens
selbstverständlich Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die
beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt·
Patentansprüche
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Claims (1)
- - 9 Patent a η SprücheVerfahren zum Untersuchen einer verschlossenen» gasgefüllten Verpackung oder Umhüllung auf Undichtheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpackung in eine Untersuchungskammer eingelegt wird, dass die Untersuchungskammer abgedichtet wird, dass ein bestimmtes und von dem in der Verpackung enthaltenen Gras verschiedenes Sas durch einen Einlass durch die Untersuchungskammer hindurchgeleitet wird, dass das aus einem Auslass der Untersuchungskammer ausströmende nach einer bestimmten Zeit analysiert und ermittelt wird, ob im bestimmten Sas ein Teil des Gases enthalten,ist, das aus der Verpackung durch eine undichte Stelle entwichen ist, und dass die Verpackung aus der Untersuchungskammer entfernt wird.2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das· die Untersuchungskammer mit dem bestimmten Gras gereinigt wird, bevor das Gas analysiert wird.3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bestimmte Gas aus Helium besteht und mittels eine« ehromatographiechen Heliumdetektors analysiert wird, wobei da« aus der verschlossenen Verpackung durch eine undichte Stelle entwichene Gas der Menge nach analysiert und die quantative Leckrate der verschlossenen Verpackung bestimmt wird·4· Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpackung in die Untersuchungskammer eingelegt wird, die physikalisch von einer sekundären Kammer eingeschlossen wird, dass das bestimmte Gas durch die Untersuchungskammer und durch die sekundär· Kammer geleitet wird, wobei die Untersuchungskammer und die sekundäre Kammer mit dem bestimmten Gas gereinigt werden, bevor das GasBAD0RIG1NALaus der Untersuchungskammer analysiert wird·5β Einrichtung zum Untersuchen einer verschlossenen Verpackung oder Umhüllung auf Undichtheit» gekennzeichnet durch eine eine verschlossene Verpackung (.66) aufnehmende Untersuehungsvorrichtung (12) mit mindestens einem Einlass (42,44) und einem Auslass (46,62), durch eine Quelle (34) für ein vorherbestimmtes Gras, durch einen Detektor (54) zum Ermitteln der Anwesenheit eines aus der verschlossenen Verpackung durch ein Leek entwichenen Gases mit einem Detektor einlass, und durch eine Steuereinrichtung (37 »48), die die Gasquelle mit dem Einlass (42,44) der Untersuchungsvorrichtung und den Auslass (46,62) der Untersuchungsvorrichtung mit dem Detektoreinlass verbindet, so dass der Detektor das vorherbestimmte Gae und das Gas ermittelt, das aus der sich in der Untersuchungsvorrichtung befindlichen verschlossenen Verpackung durch ein Leek ausgetreten ist.6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Ablaseleitung (60), durch die wahlweist aus der Untersuchungsvorrichtung Gas abgelassen werden kann·7* Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, das· die Unttrsuohungsvorriohtung aufweist erste und zweite, von einander trennbar· Glieder (14»16), Verbindungsmittel (18), die die ersten und zweiten Glieder Bis einander lösbar verbinden, «ine primäre Kammer (28) und ein· sekundäre Kammer (30), welch· Kammern von den genannten trennbaren Gliedern nach deren Zusaümensetzea gebildet werden, wobei die sekundäre Kammer (30) die primär· Kammer (28) s allgemein umschließt, das* zwischen der primären und der ! sekundären Kammer «in· atröBungsaitteldicht· primär· Ab- J dichtung (24»26) vorgesehen ist, dass zwischen dtn von ) •inender trennbaren Gliedern «in· sekundär· Abdichtung (32) vorgesehen ist, dass d«r genannt· Einlass ·1η·η zur primären Kammer (28) führenden Einlass (42) und «inen zur sekundären Kammer (30) führenden Einlass (44) umfasst,- ir ..... 0,0,9848/1061 B ..-;- - - ΐ BAD ORIGINALdass der genannte Auelass einen Auslass, (46) umfasst, der von der primären Kammer (28) abgeht und wahlweise der Reine nach mit der Ablassleitung (60) und mit dem Detektor (54) verbunden wird, sowie einen Auslass (62) der von der sekundären Kammer abgeht und mit der Ablassleitung verbunden ist.8» Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Abdichtung (32) elastisch und in der sekundären Kammer (30) angeordnet ist·9c Einrichtung zum Untersuchen von verschlossenen Verpackungen* ■ · ---=■·■ oder Umhüllungen auf Undichtheit, gekennzeichnet durch eine Untersuchungsvorrichtung mit einer primären und einer sekundären Kammer, wobei die primäre Kammer von der sekundären Kammer, von dieser jedoch physikaliseh getrennt, allgemein eingeschlossen wird und eine ver-echleseene Verpackung aufnimmt, durch eine ein vorherbestimmtes Gas enthaltende Gasquelle, durch eine Detektoreinriohtung zum Ermitteln der Anwesenheit eines durch ©in k@k an der verschlossenen Verpackung entweichenden ©ases mit mindestens einem ersten Detektoreinlass, durch eine Ablassleitung, durch die wahlweise das aus der primären Kammer und fortlaufend Gas aus der sekundären Kammer abgelassen werden kann, und durch ein Steuerventil, mit dem wahlweise die Gasquelle mit den genannten beiden Kammern und wahlweise und der Reihe nach die primäre Kammer mit der Ablassleitung und mit der Detektoreinrichtung verbunden werden kann.009848/1061 * BAD ORIGINALLee rs e ι te
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