DE3528248A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontrollieren der dichtheit von gefuellten, durch einen angesiegelten bzw. aufgeschweissten deckel od. dgl. verschlossenen behaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren zum Kontrollieren der Dichte von gefüllten, durch einen angesiegelten bzw. aufgeschweißten Deckel od. dgl. verschlossenen Behältern.

Aus der Praxis ist eine Dichtheitskontrolle bekannt, die sich der Hilfe einer Vakuumkammer bedient. Eine solche Vakuumkammer ist zwar für den Einsatz im Labor geeignet, jedoch nicht zur Dichtheitskontrolle unmittelbar an einer ein Produkt in den Behälter einbringenden Abfüllmaschine. Hier fehlt es in der Regel nicht nur an dem zur Unterbringung der Vakuumkammer benötigten Bauraum und der erforderlichen Evakuierungszeit, sondern auch an einer geeigneten Möglichkeit einer genauen Vakuumvolumenmessung.

Der Anmelderin ist ferner ein Testgerät bekannt, bei dem entsprechend dem Behälterinnenrand kreisförmig angeordnete Abtastnägel angeordnet sind, mit deren Hilfe der aufgesiegelte Deckel des als Kunststoffbecher ausgebildeten Behälters abgetastet werden kann. Fällt einer oder mehrere Nägel nach unten, fehlt an dieser bzw. an diesen Stellen der Deckel. Mit dem bekannten Testgerät kann man mithin nur das ordnungsgemäße Vorhandensein des Deckels feststellen, jedoch nicht die Dichtheit des Verschlusses oder des Behälters.

Aber gerade bei Füllprodukten im Lebensmittelbereich, wie z. B. beim Abfüllen von Milchprodukten, wie Joghurt, Quarkspeisen usw., ist ein absoluter dichter Verschluß unbedingt notwendig, da andernfalls das eingefüllte Produkt ungenießbar wird.

Die Anmelderin hat sich daher intensive Gedanken gemacht, wie das Problem der Kontrolle der Dichtheit von gefüllten Behältern mit einfachen Mitteln gelöst werden kann. Gemäß der DE-OS 34 30 082.1 geht die Anmelderin von dem Gedanken aus, daß die im Behälter zwischen dem Deckel und dem eingefüllten Produkt befindliche Luft- oder Gasschicht derart stark erwärmt wird, bis durch die Luft- oder Gasvolumenvergrößerung innerhalb des schon verschlossenen Behälters der angesiegelte oder aufgeschweißte Deckel sich wie ein Trommelfell spannt. Die trommelfellähnliche Spannung tritt auch dann ein, wenn bei gasenden Produkten der Behälter z. B. unter der Siegelstation, seitlich eingedrückt wird, um beim Aufheben des Druckes im Behälter ein Vakuum zu erzeugen. Bei der älteren Anmeldung der Anmelderin geht man ferner von der Überlegung aus, daß ein fehlerfreier, d. h. einen absoluten dichten Verschluß gewährleistender Deckel als gespannte Membrane und ein fehlerhafter, z. B. ein Loch aufweisender Deckel als entspannte Platine wirkt und die Membrane und die Platine ein unterschiedliches Schwingungsverhalten aufweisen. Demgemäß wird der am Behälter angesiegelte bzw. aufgeschweißte Deckel in Schwingungen versetzt und sein Schwingungsverhalten gemessen. Auf diese Weise läßt sich ein fehlerfreier und ein fehlerhafter Behälter leicht erkennen und kann mithin schnell aussortiert werden, so daß man zu einer guten Produktion mit bester Ware kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzugschlagen, das mit noch einfacheren Mitteln eine absolut sichere Kontrolle der Dichtheit eines durch einen angesiegelten oder aufgeschweißten Deckel od. dgl. verschlossenen Behälters, insbesondere eines Kunststoffbechers, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zwischen dem Deckel od. dgl. und dem Füllgut des Behälters befindliche Luft- oder Gaspolster erwärmt, die aufgrund der sich dabei ergebenden Luft- oder Gasvolumenvergrößerung eintretende Lageveränderung des Deckels od. dgl. abgetastet und schließlich das Abtastergebnis zum Anzeigen sowie gegebenenfalls Aussortieren fehlender bzw. fehlerhafter Deckel od. dgl. ausgenutzt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mithin das unterschiedliche Verhalten eines fehlerfreien und fehlerhaften Deckels ausgenutzt, d. h. die sich aufgrund der Luft- oder Gasvolumenänderung ergebende unterschiedliche Höhenlage des Deckels wird abgetastet bzw. festgestellt und das Prüfergebnis ausgewertet, z. B. in der Weise, daß auf den Rand eines Behälters ein Code aufgespritzt wird oder aber ein gutsichtbares Loch in den schlechten Behälter eingestoßen wird, so daß der schlechte Behälter bzw. Becher oder aber der betreffende Umkarton mit einer Weiche aussortiert werden kann. Erforderlichenfalls kann die festgestellte Fehlerinformation auch in eine PC-Steuerung eingegeben werden, so daß die genaue Position des schlechten Behälters bzw. Bechers über ein Schieberegister weitergeleitet wird, so daß der fehlerhafte Karton über eine Weiche auf ein Korrekturband geschoben werden kann. Auf einem solchen Band kann eine Stoppvorrichtung mit einem Kommitor angebracht werden; per Aufruf kann man ein Fehlerbild mit einem invertiert blinkenden schlechten Becher erzeugen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das zwischem dem Deckel und dem Füllgut des Behälters befindliche Luft- oder Gaspolster durch den Deckel hindurch erwärmt wird. Hierdurch wird eine schnelle Erwärmung der Luft bzw. des Gases ermöglicht, was für schnellaufende Produktionsmaschinen von großer Bedeutung ist.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Deckel od. dgl. nach dem Erwärmen und vor dem Abtasten bzw. Anzeigen des Prüfergebnisses von seiner Außenseite her vorübergehend mit Druck beaufschlagt wird. Hierdurch wird der Wärmeübergang beschleunigt und die Luft bzw. das Gas durch die möglicherweise im Deckel vorhandenen Öffnungen gedrückt, so daß bei einem fehlerhaften Deckel dieser in seiner Lage verbleibt, hingegen sich ein fehlerfreier Deckel nach oben bewegt, sobald dieser Druck wieder aufgehoben wird.

Zum Durchführen des Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, die durch eine Verstelleinheit mit einer Heizvorrichtung, einer Abtastvorrichtung sowie einer damit zusammenwirkenden Meßeinrichtung und Anzeigeeinrichtung sowie gegebenenfalls einer Aussortiereinrichtung für die Behälter gekennzeichnet ist.

Die Heizvorrichtung weist dabei für jeden Behälter bzw. Deckel od. dgl. einen stößelartigen, entgegen wenigstens einer Druckfeder in Führungsbuchsen axial beweglich gelagerten Heizkopf auf. Der oder die Heizköpfe bestehen zweckmäßigerweise aus Aluminium und besitzen eine Heizpatrone mit einem Thermoelement zur Temperaturregelung.

Der Heizkopf ist vorteilhaft an seiner auf dem Deckel aufsetzbaren Berührungsfläche gewölbt bzw. ballig ausgebildet, um sich der Deckelbewegung beim Aufsetzen besser anpassen zu können.

Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Berührungfläche des Heizkopfes mit Rillen versehen ist und diese zweckmäßigerweise konzentrisch und/oder diagonal bzw. quer dazu angeordnet sind. Diese Rillenausbildung hat den Sinn, sicherzustellen, daß beim Aufdrücken des Heizkopfes auf den Deckel kleinste Öffnungen nicht verschlossen werden, sondern das Entweichen der Luft bzw. der Gase ermöglicht wird. Praktische Versuche haben gezeigt, daß auch Öffnungen unter den erhabenen, also zwischen den Rillen liegenden Flächen des Heizkopfes erkannt werden. Dabei ist unter Öffnungen zu verstehen, z. B. eine nadellochgroße Öffnung im Deckel oder eine feinste Kanüle in der Siegelnaht oder ein Riß in der Deckelwand oder aber der Zustand, wenn überhaupt kein Deckel vorhanden ist. Zu einer gedrängten und einfachen Bauweise der gesamten Kontrolleinrichtung trägt bei, wenn die den Heizkopf beaufschlagende Druckfeder einerseits am einem an einer Führungsstange des Heizkopfes feststellbaren Klemmstück und andererseits an einer relativ zu die Führungsbuchsen aufnehmenden Halteplatten verstellbaren Druckplatte abgestützt ist. Diese kann mit wenigstens einer pneumatischen Zylinder-Kolbeneinheit verbunden sein, die über eine oder mehrere Einstellstangen mit einem die Halteplatten tragenden Rahmen verbunden ist. Auf diese Weise läßt sich auf sehr einfache Weise der zusätzliche Druck auf die Außenseite des Deckels aufbringen, so daß das Gas oder die Luft schnell aus dem Innenraum entweichen kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Kontrolleinrichtung mit zwei Heizköpfen,

Fig. 2 eine Unteransicht auf die Berührungsfläche der Heizköpfe und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines gefüllte Becher aufweisenden Kartons mit einem fehlerhaften Behälter bzw. Becher.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, können mit Hilfe einer Fördereinrichtung 1 einer im einzelnen nicht dargestellten Behälterfüll- und -verschließmaschine in Richtung des Pfeils 2 entlang verschiedener Arbeitsstationen Behälter bzw. Becher 3 transportiert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Behälter 3 in einer Tasche 4 der Fördereinrichtung 1 eingesetzt. Die als Kunststoffbecher ausgebildeten Behälter 3 sind mit einem aus Aluminium od. dgl. bestehenden Deckel 5 verschlossen.

Hinter einer nicht dargestellten Siegelstation der Becherfüll- und -verschließmaschine ist eine Kontrolleinrichtung 6 zum Feststellen der Dichtheit der Behälter 3 angeordnet. Diese Kontrolleinrichtung 6 besitzt eine über eine nicht dargestellte Kurvenscheibe und durch einen nicht dargestellten Antrieb in vertikaler Ebene auf und ab bewegbare Verstelleinheit 7 mit einer Heizvorrichtung in Gestalt von je einem Becher 3 zugeordneten Heizköpfen 8. Da die beiden Heizköpfe 8 identisch ausgebildet sind, wird im folgenden nur noch der im linken Teil der Zeichnung dargestellte Heizkopf 8 näher beschrieben. Der Heizkopf 8 besteht aus Aluminium und nimmt eine Heizpatrone 9 mit einem Thermoelement zur Temperaturregelung auf. Der Heizkopf 8 ist stößelartig ausgebildet und besitzt eine Führungsstange 11, die in Führungsbuchsen 12, 13 axial beweglich gelagert ist. Die beiden Führungsbuchsen 12, 13 sitzen in aus Aluminium bestehenden Halteplatten 14, 15, die an einem Rahmen 16 befestigt sind. An dem Rahmen 16 sind mittels Befestigungsschrauben 17 Einstellstangen 18 befestigt, die ihrerseits mit einer Zylinder-Kolbeneinheit 19 verbunden ist. Die pneumatisch wirkende Zylinder-Kolbeneinheit 19 ist an einer Druckplatte 21 befestigt, die über die Zylinder- Kolbeneinheit 19 gegenüber dem Rahmen 16 bzw. den Halteplatten 14, 15 verstellbar ist. Diese Verstellung erfolgt entgegen der Wirkung einer Druckfeder 22, die sich einerseits an der Druckplatte 21 und andererseits an einem um 90° versetzt gezeichneten Klemmstück 23 abstützt, das an der Führungsstange 11 des Heizkopfes 8 festklemmbar ist. An seinem dem Heizkopf 8 abgewandten Ende besitzt die Führungsstange 11 eine Platte 24, die mit einer Abtasteinrichtung 25 zusammenarbeitet. Diese Abtasteinrichtung besitzt eine optische Meßeinrichtung 26 in Gestalt z. B. einer Faseroptik, mittels der Höhenunterschiede der Platte 24 auf ein Zehntel Millimeter genau festgestellt werden können. Die Abtasteinrichtung 25 ist an einem Höhenabstandsstößel 27 befestigt, der über einen Feststellring 28 in bezug auf die die Becher 3 tragende Tasche 4 einstellbar ist, so daß der weiter unten beschriebene Meßvorgang immer denselben Höhenabstand, und zwar auch bei einer gebogenen Bechertasche 4, aufweist. Der Höhenabstandsstößel ist in Buchsen 29, 31 verschiebbar geführt.

Die dem Deckel 5 zugewandte Berührungsfläche 32 des Heizkopfes ist gewölbt bzw. ballig ausgebildet und mit Rillen 33 versehen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, verlaufen die Rillen 33 konzentrisch und diagonal bzw. quer dazu.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Während des Betriebes der Becherfüll- und -verschließmaschine werden die Behälter 3 mittels der Fördereinrichtung 1, wie oben bereits angegeben, in der angegebenen Pfeilrichtung 2 durch die einzelnen Arbeitsstationen der Maschine transportiert. Hinter der Heißsiegelstation, in der die Deckel 5 auf die Behälter 3 aufgesiegelt worden sind, gelangen die Behälter 3 unter die Kontrolleinrichtung 6. Dabei wird die gesamte Verstelleinheit über eine nicht dargestellte Kurvenscheibe gesteuert und einen nicht dargestellten Antrieb beaufschlagt, nach unten bewegt, so daß sich der bzw. die Heizköpfe 8 auf die Deckel 5 der Behälter 3 setzen. Dabei wird durch die Feder 22 eine Aufsetzunruhe verhindert. Zur Unterstützung des Aufsetz- bzw. Auflagedruckes wird die pneumatische Zylinder-Kolbeneinheit 19 ausgefahren, so daß der Anpreßdruck erhöht wird. Dabei wird der von den Heizköpfen 8 ausgehende Wärmeübergang zum Erwärmen des zwischen dem Deckel 5 und dem Füllgut befindlichen Luft- oder Gaspolsters beschleunigt und zugleich die Luft bzw. die Gase durch etwa vorhandene Öffnungen im Deckel 5 gedrückt. Dieser Vorgang dauert ca. 0,3 bis 0,4 Sekunden. Nach Ablauf dieser Zeit fährt die pneumatische Zylinder-Kolbeneinheit 19 wieder ein, und der Heizkopf 8 liegt mit seinem Eigengewicht plus der Kraft der Feder 22 auf dem Deckel 5 auf.

Hat nun der Deckel 5 bzw. der Becher eine Öffnung, so ist die durch die oben beschriebene Wärmeeinwirkung im Volumen ausgedehnte Luft bzw. das Gas entwichen. Dies hat zur Folge, daß der Heizkopf 8 in gleicher Höhenlage verbleibt.

Ist der Behälter 3 bzw der Deckel 5 jedoch "gasdicht", so wird der gesamte Heizkopf 8 durch die ausgedehnte Luft bzw. das Gas über den nach oben gehenden Deckel angehoben, wobei sich ein Höhenmaßunterschied von ca. 0,5 bis 1 mm ergibt. Dabei wird das Eigengewicht des Heizkopfes und der Druck der Druckfeder 22 überwunden.

Diese axiale Verstellung des Heizkopfes 8 wird über die Führungsstange 11 auf die Platte 24 übertragen, die mit der Abtasteinrichtung 25 zusammenwirkt. Da die darin enthaltene Abtastoptik in der Lage ist, Höhenunterschiede exakt festzustellen, kann man mithin auf diese Weise fehlerfreie und fehlerhafte Behälter bzw. Deckel feststellen.

Durch die in der Berührungsfläche 32 des Heizkopfes 8 vorhandene Ausbildung der Rillen 33 wird sichergestellt, daß etwa vorhandene feine Öffnungen und Risse nicht durch die Berührungsfläche verdeckt werden bzw. abgeschlossen werden. Somit lassen sich auch feinste Öffnungen im Deckel bzw. im Behälter feststellen.

Um die Messung stabil und betriebssicher auch für den rauhen Umgang auf einer Abfüll- und Verschließmaschine zu machen, ist über den Höhenabstandsstößel 27, an der die Abtasteinrichtung 25 befestigt ist, eine Möglichkeit geschaffen, um immer von dem gleichen Ausgangspunkt auszugehen, selbst wenn die Tasche 4 durchgebogen sein sollte.

Da die Kontrolleinrichtung unmittelbar nach einer Heißsiegelstation angeordnet ist, wird die im Becher verbliebene Restwärme mitverwendet.

Es ist jedoch auch denkbar, die Kontrolleinrichtung an einer anderen Stelle zu montieren. Der Anwärmvorgang der Luft bzw. der Gase dauert dann jedoch etwas länger.

Da die Meßmethode recht robust ist, kann die Kontrolleinrichtung auch fahrbar ausgebildet sein, d. h. mit mitlaufenden Bechern wirksam sein.

Zur Auswertung des Prüfergebnisses ist es möglich, das Prüfergebnis von der Faseroptik auf eine Auswerteelektronik zu geben. Auf diese Weise ist es sehr einfach, z. B. auf den Becherrand einen Code aufzuspritzen oder mit einer Nadel ein gut sichtbares Loch in einen schlechten Becher zu stoßen, so daß dieser Becher oder der damit gefüllte Karton mittels einer Weiche aussortiert werden kann.

Zweckmäßigerweise kann die Prüfinformation aber auch in eine PC-Steuerung eingegeben werden. Die genaue Position eines schlechten Bechers wird dabei über ein Schieberegister weitergegeben. Die Becher werden dabei in Kartons eingesetzt, und eine Weiche sortiert den Karton aus, der einen schlechten Becher aufweist, und zwar auf ein Korrekturband. Auf diesem Korrekturband ist eine Stoppvorrichtung mit einem Kommitor angebracht, so daß per Aufruf ein Bild mit der Ausgabe des fehlerhaften Bechers, z. B. invertiert blinkend, ausgegeben werden kann, so wie das in Fig. 3 schematisch angedeutet ist.

Claims (13)

1. Verfahren zum Kontrollieren der Dichtheit von gefüllten, durch einen angesiegelten bzw. aufgeschweißten Deckel od. dgl. verschlossenen Behältern, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Deckel od. dgl. und dem Füllgut des Behälters befindliche Luft- oder Gaspolster erwärmt, die aufgrund der sich dabei ergebenden Luft- oder Gasvolumenvergrößerung eintretende Lageveränderung des Deckels od. dgl. abgetastet und schließlich das Abtastergebnis zum Anzeigen sowie gegebenenfalls Aussortieren fehlender bzw. fehlerhafter Deckel od. dgl. ausgenutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischem dem Deckel und dem Füllgut des Behälters befindliche Luft- oder Gaspolster über den Deckel erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel od. dgl. nach dem Erwärmen und vor dem Abtasten bzw. Anzeigen des Prüfergebnisses von seiner Außenseite her vorübergehend mit Druck beaufschlagt wird.

4. Vorrichtung zum Kontrollieren der Dichtheit von gefüllten, durch einen angesiegelten bzw. aufgeschweißten Deckel od. dgl. verschlossenen Behältern, zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Verstelleinheit (7) mit einer Heizvorrichtung (8), einer Abtastvorrichtung (25) sowie einer Meß-Anzeigeeinrichtung (26) sowie gegebenenfalls einer Aussortiereinrichtung für die Behälter (3).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung für jeden Behälter (3) bzw. Deckel (5) einen stößelartigen, entgegen wenigstens einer Druckfeder (22) in Führungsbuchsen (12, 13) axial beweglich gelagerten Heizkopf (8) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkopf (8) an seiner auf den Deckel (5) aufsetzbaren Berührungsfläche (32) gewölbt bzw. ballig ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche (32) des Heizkopfes (8) mit Rillen (33) versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (33) konzentrisch und/oder diagonal bzw quer dazu angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Heizkopf (8) beaufschlagende Druckfeder (22) einerseits an einem an einer Führungsstange (11) des Heizkopfes (8) feststellbaren Klemmstück (23) und andererseits an einer relativ zu die Führungsbuchsen (12, 13) aufnehmenden Halteplatten (14, 15) verstellbaren Druckplatte (21) abgestützt ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (21) mit wenigstens einer pneumatischen Zylinder-Kolbeneinheit (19) verbunden ist, die über eine oder mehrere Einstellstangen (18) mit einem die Halteplatten (14, 15) tragenden Rahmen (16) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (25) eine mit einer an der Führungsstange (11) des Heizkopfes (8) befestigten Platte (24) zusammenwirkende, optische Meßeinrichtung (26) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (26) an einem in in den Halteplatten (14, 15) angeordneten Buchsen (29, 31) verschieblich gelagerten, einstellbaren Höhenabstandsstößel (27) befestigt ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtheits- Kontrolleinrichtung (6) unmittelbar hinter einer Siegel- oder Schweißstation einer Behälterfüll- und -verschließmaschine angeordnet ist.