DE19946080C2 - Testflasche und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Testflasche nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, wobei unter den Begriff Testflasche auch andere Behältnisse aus Glas oder Kunststoff fallen sollen, die für die Aufbewahrung von z. B. Getränken, anderen Lebensmitteln, Pharmaka oder Kosmetika verwendet werden können, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Testflaschen.

Vor der Befüllung von Flaschen werden diese mittels einer Flascheninspektionsanlage unter Verwendung op­ tischer Meßverfahren, automatisiert auf vorhandene Fehler oder Verunreinigungen überprüft.

Zur Eichung und Überprüfung solcher Inspektionsanla­ gen werden individuell vom jeweiligen Betreiber oder Hersteller vorbereitete Testflaschen verwendet. Sol­ che Testflaschen weisen spezielle Verletzungen, Rest­ lauge oder Verschmutzungen auf. Zur Imitation, z. B. von Verschmutzungen werden solche Testflaschen bisher auch mit aufgeklebten Folienabschnitten oder Farb­ punkten an den verschiedensten möglichen Stellen ver­ sehen. Dadurch können Verschmutzungen mit vorgegebe­ ner Abmessung imitiert werden.

Zur Eichung und Überwachung werden so vorbereitete Testflaschen durch eine Inspektionsanlage geführt und müssen von dieser als fehlerbehaftet oder verschmutzt erkannt und ausgeschleust werden. Werden diese Fehler oder Verschmutzungen nicht erkannt, muß die Meßemp­ findlichkeit der Sensoren bzw. deren Auswerteelektro­ nik korrigiert oder ein kompletter Austausch vorge­ nommen werden, um die Endverbraucher zu schützen.

Die Betreiber, z. B. die Getränkeindustrie oder Glas­ hersteller sind aus Produkthaftungsgründen gezwungen die regelmäßige Überwachung der verwendeten Inspek­ tionsanlagen dokumentarisch nachzuweisen. Hierfür stehen wegen der vielen verschiedenen im Einsatz be­ findlichen Testflaschen keine objektiven Bewertungs­ kriterien zur Verfügung.

Der Nachweis über die Produktsicherheit kann wegen der so nicht vorhanden objektiven, vergleichbaren Eichfähigkeit nur schwer und aufwendig durch unabhän­ gige Prüfer kontrolliert bzw. nachgewiesen werden.

Die nachträglich aufgebrachten Markierungen, die Feh­ ler- bzw. Verschmutzungen simulieren sollen, werden relativ schnell nach mehrmaligem Durchschleusen durch eine Inspektionsanlage beschädigt oder gar entfernt. Es ist daher ein häufiger Austausch erforderlich.

Außerdem ist ein entsprechendes Anbringen von Markie­ rungen im Inneren von Flaschen nahezu nicht möglich.

Probleme bestehen auch darin, daß zur Fehlersimula­ tion ganz bestimmte Farbtöne auch reproduzierbar verwendet werden müssen, was mit den bisher aufgekle­ bten Markierungen zumindest über einen längeren Zeitraum nicht garantiert werden kann.

Dieser Nachteil tritt aber auch bei der in DE 41 26 626 A1 sowie der EP 0 495 647 A1 beschriebenen Lösung auf und konnte nicht beseitigt werden. Nach dieser Lehre sollen verschiedene Markierungen unterhalb der Oberfläche von für elektromagnetische Strahlung transparente Körper, wie z. B. Flaschen ausgebildet werden. Hierfür wird ein entsprechender Strahl hoher Energiedichte auf einen solchen Körper gerichtet und so fokussiert, daß eine lokalisierte Ionisierung des Materials in einem Stand von der Oberfläche erfolgt, die optisch erfaßt werden kann, wobei sie einmal für das Auge eines Menschen sichtbar ist und zum anderen lediglich mit optischen Elementen detektierbar ist. Obwohl auf diesem Wege Markierungen in den verschie­ densten Formen und Größen erreicht werden können, ist eine Simulation verschiedener Farbtöne nicht ohne weiteres möglich.

Da die Markierungen innerhalb eines Glas- oder Kunst­ stoffkörpers ausgebildet sind und die Oberfläche un­ behandelt bleibt, kann die Oberfläche nach mehreren erfolgten Testläufen von Testflaschen auch im Bereich der im Material ausgebildeten Markierungen beschädigt sein, so daß es auch hierbei zu Detektionsfehlern, die die Repräsentativität der Meßergebnisse beein­ flussen können, kommt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Testflasche sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung zur Verfügung zu stellen, wobei auf bzw. in der Markierungen vorhanden sind, die verschleißfest und die reproduzierbar sind, so daß eine normierte Eichung und Überwachung von In­ spektionsanlagen ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und für ein Verfahren zur Herstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merk­ malen erreichbar.

Die erfindungsgemäßen Testflaschen, aus einem für Licht zumindest teilweise transparenten Material, sind mit auf ihrer inneren und/oder äußeren Oberflä­ che angeordneten Markierungen, als Fehler- bzw. Ver­ schmutzungsimitation, versehen, die aus einer aus diamantähnlichem Kohlenstoff bestehenden Schicht oder einem Mehrschichtaufbau mit mindestens einer aus dia­ mantähnlichem Kohlenstoff bestehenden Deckschicht gebildet ist/sind.

Dabei kann es ausreichen, eine sehr dünne diamantähn­ liche Kohlenstoffschicht partiell in vorgebbarer Flä­ chenausdehnung und an bestimmten Stellen der Oberflä­ che der Testflasche auszubilden. Der unterschiedliche Brechungsindex zum Material der Testflasche (Glas bzw. Kunststoff) liefert auswertbare Meßergebnisse.

Die Dicke der Kohlenstoffschicht oder Dicke der ein­ zelnen Schichten eines Mehrschichtaufbaus können aber auch so eingestellt werden, daß Interferenz zumindest bei einer vorgebbaren Lichtwellenlänge auftritt. Durch den so erreichbaren Filtereffekt können auch bestimmte Farben eingehalten werden, die exakt defi­ niert sind, so daß eine nahezu absolute Reproduzier­ barkeit erreicht werden kann.

Ein Mehrschichtaufbau wird in der Regel aus zwei Schichten mit verschiedenen Materialien bestehen, wobei die unmittelbar auf der Oberfläche der Testfla­ sche ausgebildete Schicht haftungsverbessernde Eigen­ schaften aufweisen sollte und die darüber liegende Deckschicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff sehr verschleißfest ist, so daß eine wesentlich häufigere Verwendung der erfindungsgemäßen Testflaschen über lange Zeiträume möglich ist.

Erfindungsgemäß können so die verschiedensten Fehler bzw. Verschmutzungen imitiert werden, wobei deren flächenmäßige Ausdehnung, deren Lage, deren Form, deren optische Parameter (insbesondere deren Farbe, Transparenz, Reflexion, Absorption) genau eingestellt und über einen langen Zeitraum eingehalten werden können.

Die Sicherheit beim Betrieb der Inspektionsanlagen kann erhöht und ein Nachweis über deren exakte, nor­ mierte Überwachung kann reproduzierbar erbracht wer­ den.

Für die Schicht mit den haftungsverbessernden Eigen­ schaften können vorteilhaft Aluminium oder Titan ver­ wendet werden. Eine solche Schicht kann aber auch aus Oxiden, Nitriden oder Karbiden dieser beiden Metalle bestehen, die reaktiv bei der Beschichtung mit einem bekannten PVD-Verfahren gebildet werden können.

Die handelsüblichen Flaschen aus einer Glas- oder Kunststoffabrik können ggf. nach einer Heißendvergü­ tung auch einer Kaltendvergütung unterzogen werden. Dabei wird eine dünne folienartige Oberfläche bevor­ zugt aus PE (Polyethylen) aber auch aus PEN (Polyet­ hylennaphtalen) oder PET (Polyethylenterephtalat) ausgebildet. Die so kaltendvergüteten Flaschen können ohne weiteres auch erfindungsgemäß beschichtet und entsprechend markiert werden, so daß deren Verwendung als erfindungsgemäße Testflasche möglich ist. Es ist lediglich eine Anpassung der Schichtdicke(n) erfor­ derlich.

Die diamantähnliche Kohlenstoffschicht auf einer Testflasche aus Glas sollte eine Dicke im Bereich zwischen 0,3 und 2,7 µm aufweisen.

Bei einer, wie bereits beschrieben, kaltendvergüteten Flasche sollte die diamantähnliche Kohlenstoffschicht eine Dicke im Bereich 0,05 und 0,1 µm, die oberhalb der Schicht mit haftungsverbessernden Eigenschaften ausgebildet ist, aufweisen. Die unmittelbar auf der Oberfläche ausgebildete haftungsverbessernde Schicht kann Titan, mit einer Dicke bis zu 0,01 µm, bevorzugt 0,005 µm ausgebildet sein.

Auf einer Testflasche aus PET kann eine Schicht aus Aluminium mit einer Schichtdicke bis zu 0,025 µm zur Haftungsverbesserung und darüber eine aus diamantähn­ lichem Kohlenstoff bestehende Schicht mit einer Dicke bis maximal 0,1 µm, bevorzugt bis zu 0,075 µm ausge­ bildet sein.

Wie bereits erwähnt, können die Testflaschen aus Glas oder einem geeigneten Kunststoff, z. B. PE, PET oder PEN bestehen. Dadurch sind bestimmte Temperaturgren­ zen, die während des Aufbringens der Schichten nicht überschritten werden dürfen, vorgegeben, da ansonsten die Flaschenmaterialien beeinträchtigt werden würden.

Die die Fehler- bzw. Verschmutzungen imitierenden Markierungen, die als Schichten aufgebracht werden, können mit bekannten PVD-Verfahren erhalten werden, wobei sich das unter der Bezeichnung Laser-Arc-Ver­ fahren bekanntgewordene besonders eignet, das neben anderem in DE 39 01 401 C1 beschrieben ist. Mit die­ sem Verfahren kann gesichert werden, daß die Tempera­ turen an den zu beschichtenden Testflaschen sicher unterhalb 65°C und sogar unter 40°C gehalten wer­ den können.

Die Testflaschen werden während der Beschichtung im Vakuum an ihrer Oberfläche mit einer matrizenförmigen Abdeckung versehen, die Öffnungen aufweist, durch die Beschichtungsmaterial unmittelbar auf der Oberfläche der Testflaschen abgeschieden werden kann. Die Öff­ nungen geben die Form, die Größe (Fläche) und Lage der jeweiligen Markierungen vor. Die Schichtdicke kann über die Beschichtungszeit oder die Anzahl von Laserimpulsen, die zur Zündung eines Vakuum-Lichtbo­ gens beim Laser-Arc-Verfahren benutzt werden, beein­ flußt werden. Dabei können zwei Targets, die gleich­ zeitig in einer Vakuumkammer vorhanden sind, verwen­ det werden, um einen Mehrschichtaufbau für die Mar­ kierungen zu erhalten. Es kann ein Target aus Kohlen­ stoff für die verschleißfeste Deckschicht und ein weiteres Target aus Titan oder Aluminium für die haf­ tungsverbessernde Schicht verwendet werden. Außerdem können inertes oder reaktives Gas (N₂, O₂ oder eine Kohlenwasserstoffverbindung) zugeführt werden.

Nachdem zuerst eine haftungsverbessernde Schicht und dann die diamantähnliche Kohlenstoffschicht oder die Kohlenstoffschicht allein auf der Oberfläche der Testflaschen ausgebildet worden sind, kann die matri­ zenförmige Abdeckung entfernt und für eine neue Char­ ge zu markierender Testflaschen zur Verfügung ge­ stellt werden. Eine solche Abdeckung kann aus einem flexiblen Material, das sich an die verschiedensten Konturen der Testflaschenoberflächen, auch innen an­ passen läßt, bestehen.

In bestimmten Fällen kann auch ein aus mehr als zwei Schichten bestehender Mehrschichtaufbau für die Mar­ kierungen verwendet werden. Dadurch kann die Inter­ ferenzeigenschaft weiter verbessert werden. Es können zusätzliche Schichtmaterialien mit gesondert ausge­ wählten optischen Eigenschaften verwendet werden, an die keine gesonderten Anforderung bzgl. der Haftungs­ verbesserung und Verschleißschutz gestellt werden. Es ist aber besonders zweckmäßig die oberste Deck­ schicht, generell aus diamantähnlichem Kohlenstoff auszubilden. Mit einer solchen diamantähnlichen Koh­ lenstoffschicht kann generell eine konstante Schicht­ dicke eingehalten werden.

Nachfolgend soll ein Beispiel für die Ausbildung ausgewählter Markierungen auf einer Testflasche aus Glas, die mit PET kaltendvergütet wurde näher be­ schrieben werden:
Dabei zeigt Fig. 1 eine Testflasche 1 mit quadrati­ schen, im Bereich der Flaschenmündung angeordneter Markierung 2, mit im Bereich des Flaschenkorpus an­ geordneter Markierung 3 sowie am Boden angeordneter Markierung 4. Außerdem ist eine ringförmige Markie­ rung 5 im Bereich der sogenannten Scuffingringe (Reibverschleißringe an den Flaschen) erkennbar. Durch Verwendung geeigneter Masken bzw. Matrizen wur­ den die genannten Markierungen 2, 3, 4 und 5 mit ei­ ner aus 0,005 µm dicken haftvermittelnden Schicht aus Titan und einer diamantähnlichen Kohlenstoffschicht mit einer Dicke von 0,05 µm beschichtet. Die Be­ schichtung wurde mit dem Laser-Arc-Verfahren aufge­ bracht.

Die in Fig. 1 gezeigte und mit den, wie beschrieben ausgebildeten und angeordneten Markierungen 2, 3, 4 und 5 versehene Testflasche 1 wurde in einem simula­ tiven Reinigungsprogramm, das dem Vorgehen in her­ kömmlichen Flaschenwaschmaschinen in Getränkeabfüllbetrieben entspricht, getestet. Dabei wurde eine 1,5%-ige Natronlauge bei Temperaturen bis zu 80°C verwendet, die als Reinigungsflüssigkeit in herkömm­ lichen Anlagen benutzt wird. Nach zehnmaliger Ausfüh­ rung eines solchen Reinigungszyklus konnten keinerlei Veränderungen an den Markierungen 2, 3, 4 und 5 fest­ gestellt werden.

Claims (12)

1. Testflasche aus einem für Licht zumindest teil­ weise transparentem Material, zur Eichung und Kontrolle von Flascheninspektionsanlagen, auf deren Oberfläche mindestens eine Markierung als Fehlerimitation aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung(en) (2, 3, 4, 5) aus einer aus diamantähnlichem Koh­ lenstoff bestehenden Schicht oder einem Mehr­ schichtaufbau mit mindestens einer aus diamant­ ähnlichem Kohlenstoff bestehenden Deckschicht gebildet ist/sind.

2. Testflasche nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke der Schicht oder der einzelnen Schichten des Mehrschichtaufbaus, so eingestellt ist, daß Interferenz bei mindestens einer vorgebbaren Lichtwellenlänge auftritt.

3. Testflasche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Mehrschichtaufbau aus ei­ ner unmittelbar auf der Oberfläche der Testfla­ sche (1) ausgebildeten Schicht mit haftungsver­ bessernden Eigenschaften und einer darüber aus­ gebildeten Deckschicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff, gebildet ist.

4. Testflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit haf­ tungsverbessernden Eigenschaften aus Aluminium, Titan, einem Oxid, einem Nitrid oder Karbid die­ ser Metalle gebildet ist.

5. Testflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung(en) (2, 3, 4, 5) an der inneren und/oder äußeren Oberfläche der Testflasche (1) aufgebracht sind.

6. Testflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Testflasche (1) aus Glas oder einem Kunststoff besteht.

7. Testflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Testflasche (1) durch eine Kaltendvergütung mit einer PE-Be­ schichtung, PET-Beschichtung oder PEN-Beschich­ tung versehen ist, auf die die Markierung(en) aufgebracht ist/sind.

8. Testflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die diamantähnliche Kohlenstoffschicht auf einer Testflasche (1) aus Glas eine Dicke im Bereich zwischen 0,1 und 2,7 µm aufweist.

9. Testflasche nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die diamantähnliche Kohlenstoff­ schicht eine Dicke im Bereich 0,01 und 0,1 µm, oberhalb der Schicht mit haftungsverbessernden Eigenschaften aus Titan mit einer Dicke bis zu 0,005 µm, aufweist.

10. Testflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Testfla­ sche (1) aus PET eine Schicht aus Aluminium mit einer Schichtdicke bis zu 0,0025 µm und darüber eine aus diamantähnlichem Kohlenstoff bestehende Schicht mit einer Dicke bis maximal 0,1 µm ausgebildet sind.

11. Testflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Markierung (5) ringförmig an der äußeren Mantelfläche der Test­ flasche (1) ausgebildet ist.

12. Verfahren zur Herstellung einer Testflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Markierung(en) (2, 3, 4, 5) im Vakuum mit einem PVD-Verfahren, bei dem Tempera­ turen unterhalb 65°C eingehalten werden, auf­ gebracht wird/werden, wobei die Größe, Lage und/oder Form der Markierung(en) (2, 3, 4, 5) mittels einer matrizenförmigen Abdeckung, die auf der Oberfläche der Testflasche (1) angeord­ net wird und in der Öffnungen mit vorgegebener Größe, Form und Lage für die Markierung(en) (2, 3, 4, 5) ausgebildet sind, bestimmt wird.