DE3841258A1 - Elastizitaetsmessfuehler, elastizitaetsmessvorrichtung und elastizitaetsmessverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elastizitätsmeßfühler, auf eine mit einem solchen Meßfühler bestückte Elastizitäts­ meßvorrichtung zum Prüfen der Dichtigkeit von teilwesie gasgefüllten Beuteln und auf ein Verfahren zum Prüfen der Dichtigkeit von teilweise gasgefüllten Beuteln unter Verwendung eines solchen Elastizitätsmeßfühlers.

Auf dem Gebiet der Lebensmittelverpackung werden sogenannte "Snack Foods" häufig zusammen mit einer gewissen Luftmenge abdichtend in Beuteln verpackt. Bei einer derartigen Verpackung kommt es darauf an daß solche Beutel luftdicht verschlossen werden, um das darin enthaltene Produkt vor Verderb geschützt lagern zu können. Das Prüfen der Dichtig­ keit solcher Packungen erfolgte bisher entweder von Hand, wobei jede Packung einzeln in die Hand genommen werden mußte, oder mit Hilfe von Vorrichtungen, welche die Gesamtabmessungen jeder Packung messen.

Die Dichtigkeitsprüfung von Hand ist sehr arbeitsintensiv und weitgehend abhängig von der Erfahrung und Gewissen­ haftigkeit der prüfenden Personen. Die Ermittlung der Abmessungen der verschlossenen Beutel ist bei relativ prall aufgeblasenen Beuteln wirksam und nützlich, nicht jedoch bei nur schwach aufgeblasenen Packungen oder bei solchen Packungen, bei denen das darin enthaltene Produkt das Packungsmaterial teilweise abstützt, z.B. bei Kartoffelchips.

In einer ersten Ausführungsform schafft die Erfindung einen Elastizitätsmeßfühler mit einem ersten und einem zweiten Arm, welche freitragend an einem starren Block hervorstehen, einer Einrichtung zum Erregen des Blocks mit einer konstanten Frequenz, so daß die Arme in Schwingungen versetzbar sind, einer Meßeinrichtung zum Ermitteln des dynamischen Schwingungsverhaltens jedes Arms bei ungedämpf­ ter Schwingung des ersten Arms und durch Anlage an einem zu prüfenden Gegenstand gedämpfter Schwingung des zweiten Arms, und mit einer Auswerteinrichtung zum Anzeigen des phasenbezogenen Schwingungsverhaltens des einen Arms relativ zu dem des anderen Arms.

Die Meßeinrichtung verwendet vorzugsweise an den beiden Armen angebrachte Dehnungsmeßstreifen; anderenfalls können auch Beschleunigungsmesser verwendet werden. Die Einrich­ tung zum Erregen des Blocks weist vorzugsweise ein exzentrisch belastetes Teil auf, welches drehbar an dem starren Block gelagert ist.

In einer zweiten Ausführungsform schafft die Erfindung eine Elastizitätsmeßvorrichtung zum Prüfen der Dichtigkeit von teilweise gasgefüllten Beuteln, mit einem Elastizitäts­ meßfühler, welcher einen ersten und einen zweiten, frei­ tragend an einem starren Block hervorstehenden Arm, eine Einrichtung zum Erregen des starren Blocks mit einer bestimmten, konstanten Frequenz, durch welche die Arme in Schwingungen versetzbar sind, eine Meßeinrichtung zum Ermitteln des dynamischen Schwingungsverhaltens jedes Arms bei ungedämpfter Schwingung des ersten Arms und durch Anlage an einem zu prüfenden Gegenstand gedämpfter Schwingung des zweiten Arms und eine Auswerteinrichtung zum Anzeigen des phasenbezogenen Schwingungsverhaltens des einen Arms relativ zu dem des anderen Arms aufweist.

Zu der Vorrichtung gehören vorzugsweise außerdem eine Fördereinrichtung zum Befördern der zu prüfenden Gegen­ stände an dem zweiten Arm vorüber und eine Druckeinrich­ tung zum Komprimieren der zu prüfenden Gegenstände wenig­ stens solange diese in Berührung mit dem zweiten Arm sind.

Der starre Block ist vorzugsweise verschwenkbar gelagert, so daß der Schwenkausschlag des ersten Arms ein Maß für die Dicke des jeweils geprüften Gegenstands angibt. Falls die Einrichtung zum Erregen des starren Klotzes ein exzentrisch belastetes Teil aufweist, dann ist dieses vorzugsweise von einem Motor über einen Riementrieb antreibbar, wobei eine Scheibe des Riementriebs vorzugs­ weise um eine Achse drehbar ist, um welche der starre Block selbst schwenkbar ist.

Die Druckeinrichtung weist vorzugsweise untere und obere Förderbänder auf, wobei zwei durch einen Spalt voneinander getrennte, parallel zueinander verlaufende obere Bänder vorhanden sind. Die oberen Bänder sind gegebenenfalls durch sich über einen Teil ihrer Breite quer erstreckende Schlitze in einzelne Zungen unterteilt, und der zweite Arm des Meßfühlers greift durch den die beiden Bänder voneinander trennenden Schlitz an den an ihm vorüber geförderten Gegenständen an.

In einer dritten Ausführungsform schafft die Erfindung ein Elastizitätsmeßverfahren zum Prüfen der Dichthigkeit von teilweise gasgefüllten Beuteln, wobei gemäß der Erfindung vorgesehen ist, daß jeder Beutel um ein die Dichtigkeit des Beutels sowie dessen Inhalt nicht gefährdendes Maß komprimiert wird, daß jeder Beutel mittels einer Förder­ einrichtung an einem zweiten Arm eines einen ersten und einen zweiten, jeweils freitragend an einem starren Block hervorstehenden Meßfühlers vorüber transportiert wird, daß der starre Block mit einer bestimmten, konstanten Frequenz erregt wird, so daß die Arme in Schwingungen versetzt werden, daß das dynamische Schwingungsverhalten jedes Arms ermittelt wird, daß das Schwingungsverhalten über die Zeitspanne, während sich der Beutel mit dem zweiten Arm in Berührung befindet sowie das Schwingungsverhalten der Arme über die Zeitspanne, während diese phasenversetzt schwingen, integriert werden, daß man die dabei erhaltene Beziehung mit einem vorbestimmten Wert vergleicht und daß das Ergebnis des Vergleichs angezeigt wird. Vorzugsweise werden die Beutel zwischen oberen und unteren Förderbändern komprimiert.

Das Verfahren kann in vorteilhafter Weise automatisiert werden und arbeitet zerstörungsfrei, so daß jeder fertig­ gestellte Beutel nach Bedarf geprüft werden kann.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht eines Elastizitätsmeßfühlers in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Schrägansicht von Teilen einer Elastizitäts­ meßvorrichtung in einer Ausführungsform der Erfin­ dung und

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Beutels während dessen Prüfung in der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung unter Verwendung des in Fig. 1 gezeigten Meßfühlers.

Ein ein Fig. 1 gezeigter Elastizitätsmeßfühler 1 hat einen ersten und einen zweiten Arm 2 bzw. 3, welche freitragend an einem starren Block 4 hervorstehen. Der Block 4 ist um eine Achse 5 frei verdrehbar gelagert. Ein exzentrisches Gewicht 6 ist an einer Riemenscheibe 7 angebracht, welche um eine Achse 8 drehbar gelagert ist. Ein erster Riemen 9 verbindet die Riemenscheibe 7 mit einer zweiten Riemen­ scheibe 10, welche ihrerseits über einen zweiten Riemen 11 mit einem Motor 12 verbunden ist. Die zweite Riemenscheibe 10 ist mittels Lagern frei drehbar auf der Achse 5 gelagert. Die Achse 5 durchsetzt den starren Block 4 und ist fest mit diesem verbunden. Die beiden Enden der Achse 5 sind mittels (nicht gezeigter) Lager gelagert, so daß der Block 4 innerhalb bestimmter Grenzen verdrehbar ist.

Der beschriebene Elastizitätsmeßfühler 1 arbeitet fol­ gendermaßen: Das exzentrische Gewicht 6 wird in Drehung versetzt, um den starren Block 4 mit einer bestimmten Frequenz in Schwingungen zu versetzen. Die Frequenz der durch die Drehung erzeugten Schwingungen ist durch die Antriebsübertragung über den Riementrieb vom Motor 12 zur Riemenscheibe 7 bestimmt. Durch die Schwingungen des Blocks 4 werden auch die beiden Arme 2 und 3 in Schwingungen versetzt. Während der erste Arm 2 frei schwingen kann, wird der zweite, untere Arm 3 in Anlage an einem zu prüfenden Gegenstand gebracht. An den beiden Armen 2 und 3 angebrachte Dehnungsmeßstreifen 25 bzw. 26 oder andere Schwingungsmeßgeber, z.B. Beschleunigungsmesser, dienen dazu, das dynamische Schwingungsverhalten der Arme zu bestimmten.

Ein mit dem unteren Arm 3 in Berührung stehender Gegenstand wirkt als Schwingungsdämpfer mit einer besonderen Dämpfungs­ charakteristik, so daß die Schwingungen der beiden Arme in einer bestimmten Phasenbeziehung zueinander stehen. Bei einer Änderung der Elastizität des zu prüfenden Gegen­ stands ändert sich auch die Dämpfungscharakteristik und damit auch die Phasenbeziehung der Schwingungen der beiden Arme.

Das Schwingungsverhalten der beiden Arme während der Prüfung eines Gegenstands kann beispielsweise mittels einer Mikroprozessoranordnung analysiert werden. Aus der Beziehung des Schwingungsverhaltens der beiden Arme relativ zueinander läßt sich ein Ausgangssignal ableiten, welches die Elastizität des jeweils geprüften Gegenstands angibt.

Eine in Fig. 2 teilweise dargestellte Elastizitätsmeß­ vorrichtung 14 umfaßt ein schräg ansteigendes Förderband 15, welches die zu prüfenden Gegenstände, z.B. Beutel, am Meßarm des an der mit 16 bezeichneten Stelle angeordneten Elastizitätsmeßfühlers vorübertransportiert. Oberhalb des Förderbands 15 sind zwei zueinander parallele Bänder 17 und 18 angeordnet, welche durch einen Spalt 19 voneinander getrennt sind. Durch quer über einen Teil ihrer Breite verlaufende Schlitze sind die Bänder 17 und 18 in einzelne Zungen 20 unterteilt. Ein Eintragsförderer 21 liefert zu prüfende Beutel an einen Einlaß 22 zwischen dem Förderband 15 und den beiden Bändern 17 und 18.

Das Förderband 15 und die beiden Bänder 17, 18 sind mit der gleichen Laufgeschwindigkeit und den durch Pfeile 23 und 24 angegebenen Richtungen angetrieben. Die Höhe der beiden Bänder 17 und 18 über dem Förderband 15 ist mittels eines Handrads einstellbar. Dabei wird die Höhe in Abhän­ gigkeit von der Art und den Abmessungen der zu prüfenden Beutel so eingestellt, daß die Zungen 20 aufgebogen werden, während die Beutel unter den Bändern hindurchlaufen. Die Zungen 20 bewirken dabei eine gewisse Kompression der Beutel, so daß sich jeweils ein durch den Spalt 19 zwischen den Bändern 17 und 18 hervorquellender Wulst ergibt. Ein Elastizitätsmeßfühler 1 ist derart über dieser Druck­ einrichtung angeordnet, daß sein Meßarm in den Spalt 19 zwischen den Bändern 17 und 18 hineinragt. Bei der Aufwärtsbeförderung der Beutel entlang dem Förderband 15 läuft der Meßarm des Meßfühlers jeweils am vorlaufenden Rand eines Beutels auf und gleitet dann auf dem zwischen den beiden Bändern 17 und 18 hervorquellenden Wulst entlang, um auf diese Weise die Elastizität des jeweiligen Beutels zu prüfen.

In Fig. 3 ist die Wirkungsweise der beschriebenen Elastizitäts- oder Dichtigkeitsprüfvorrichtung veran­ schaulicht.

Ein Beutel 27 wird vom Eintragsförderer 21 dem Einlaß 22 zwischen dem Förderband 15 und den beiden Bändern 17 und 18 zugeführt und anschließend zwischen dem Förderband 15 und den Bändern 17 und 18 festgehalten, wobei er durch die Zungen 20 leicht komprimiert wird, so daß ein Teil des Beutels einen zwischen den einander gegenüberliegenden Zungen 20 hervorquellenden Wulst 28 bildet. Der so komprimierte Beutel wird auf dem Förderband 15 schräg aufwärts befördert und passiert dabei den Meßarm 3 eines Elastizitätsmeßfühlers, bevor er am oberen Ende der Vorrichtung ausgeworfen wird. Bei der Prüfung als fehler­ frei ermittelte Beutel werden anschließend für den Versand verpackt, während als fehlerhaft ermittelte Beutel ausge­ sondert werden.

Zum Abstimmen der Vorrichtung auf ein gegebenes Produkt werden die Frequenz der dem Meßfühler erteilten Schwingungen sowie die Stärke der Kompression der Beutel und die Grenze, jenseits welcher ein Beutel als fehlerhaft ausgesondert werden soll, eingestellt.

Bei einem vollständig luftdicht verschlossenen Beutel tritt dann bei den Schwingungen der beiden Arme eine Phasen­ versetzung ein. Bei einem unvollständig verschlossenen Beutel schwingen die beiden Arme dagegen während des Prüfvorgangs gleichphasig.

Das Schwingungsverhalten der beiden Arme des Elastizitäts­ meßfühlers wird über die gesamte Länge jedes Beutels gemessen und über die gesamte Zeitspanne, während sich der Meßarm 3 in Berührung mit dem Beutel befindet, als auch über die Zeitspanne, während welcher die Arme phasenversetzt schwingen, integriert. Daraus läßt sich für jeden Beutel eine Beziehung zwischen der Zeitspanne der phasenversetzten Schwingung und der Gesamtzeitspanne der Berührung mit dem Beutel ableiten.

Diese Beziehung wird dann mit einem vorgewählten Wert verglichen. Liegt das Ergebnis unterhalb dieses Werts, dann kann der betreffende Beutel ausgesondert werden. Liegt das Ergebnis jedoch über diesem Wert, dann ist eine befriedigende Dichtigkeit anzunehmen.

Aus der Zeitspanne, während welcher ein Beutel vollständig am Meßfühler vorübertransportiert wird, kann die Vorrich­ tung auch die Länge der einzelnen Beutel bestimmen. Dies ermöglicht durch Akkumulation auch die Bestimmung der Durchschnittslänge der Beutel. Dabei kann die Vorrichtung auch so eingerichtet sein, daß zu kurze und/oder zu lange Beutel ausgesondert werden.

In vorteilhafter Weise läßt sich auch die Dicke der ein­ zelnen Beutel bestimmen, indem man den Winkel mißt, um welchen der Meßfühler 1 durch die einzelnen Beutel um die Achse 5 herum verschwenkt wird. Dies erfolgt zweckmäßig mittels optoelektronischer Sensoren, welche im Bereich des länglich ausgebildeten Endstücks des ersten Arms 2 ange­ ordnet sein können. Dabei ist es dann möglich, übermäßig und/oder unzureichend gefüllte Beutel ebenfalls auszu­ sondern.

Es ist hier zu beachten, daß es auf den Inhalt der Beutel in keiner Weise ankommt, solange die Beutel aufgrund der Tatsache, daß sie teilweise mit einem Gas gefüllt sind, eine gewisse Elastizität aufweisen. Dabei muß die Elastizität der Beutel für eine Messung mittels des Meßfühlers ausreichend sein, wenn die Beutel zu diesem Zweck leicht komprimiert werden.

Anstelle von Dehnungsmeßstreifen können an den Armen des Meßfühlers auch Beschleunigungsmesser irgendwelcher Art verwendet werden. Dies kann sogar vorteilhaft sein, da Dehnungsmeßstreifen sowie ihre Befestigung an den Armen des Elastizitätsmeßfühlers Alterungserscheinungen unter­ worfen sind.

In einer abgewandelten Ausführungsform des Elastizitäts­ meßfühlers kann eine Schwingungsdämpfung der Arme vorge­ sehen sein, z.B. durch Anbringung den damit in Berührung stehenden Schaumstoffstreifen. Auch die Verdrehung des Meßfühlers insgesamt kann durch irgendeine Belastungs­ einrichtung abgefangen werden. Zu berücksichtigen ist ferner, daß es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch zahlreiche andere Möglichkeiten gibt, den Meßfühler insgesamt in Schwingungen zu versetzen.

Claims (13)

1. Elastizitätsmeßfühler, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Arm (2 bzw. 3), welche freitragend an einem starren Block (4) hervor­ stehen,
durch eine Einrichtung (6 bis 12) zum Erregen des starren Blocks mit einer bestimmten, konstanten Frequenz, so daß die Arme in Schwingungen versetzbar sind,
durch Meßeinrichtungen (25, 26) zum Ermitteln des dynamischen Schwingungsverhaltens bzw. der Phasenreaktion der beiden Arme bei ungedämpfter Schwingung des ersten Arms und durch Berührung mit einem zu prüfenden Gegenstand (27) gedämpfter Schwingung des zweiten Arms und
durch eine Auswerteinrichtung zum Anzeigen des phasen­ bezogenen Schwingungsverhaltens des einen Arms relativ zu dem des anderen Arms.

2. Elastizitätsmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen an jedem Arm (2, 3) angebrachte Dehnungsmeßstreifen (25, 26) aufweisen.

3. Elastizitätsmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen an jedem Arm (2, 3) angebrachte Beschleunigungsmesser aufweisen.

4. Elastizitätsmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erregen des starren Blocks (4) ein exzentrisch belastetes Teil (6, 7) aufweist, welches drehbar an dem starren Block gelagert ist.

5. Elastizitätsmeßvorrichtung zum Prüfen der Dichtigkeit von teilweise gasgefüllten Beuteln, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Elastizitäts­ meßfühler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche auf­ weist.

6. Elastizitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Förderereinrichtung (15 bis 22) für den Transport von zu prüfenden Gegen­ ständen (27) an dem zweiten Arm (3) verüber.

7. Elastizitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Druckeinrichtung (15, 17, 18) zum Komprimieren der zu prüfenden Gegenstände (27) wenigstens während deren Berührungszeit mit dem zweiten Arm (3).

8. Elastizitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Block (4) verdrehbar gelagert ist, so daß die Dicke eines geprüften Gegenstands an einer Bewegung des ersten Arms (2) ablesbar ist.

9. Elastizitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 5, bezogen auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das exzentrisch belastete Teil (6, 7) von einem Motor (12) über einen Riementrieb (7 bis 11) angetrieben ist, von welchem eine Riemenscheibe (10) auf der Achse (5) gelagert ist, um welche der starre Block (4) verschwenkbar ist.

10. Elastizitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung wenigstens ein oberes und ein unteres Förderband (17, 18) bzw. 15) aufweist.

11. Elastizitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander parallele und durch einen Spalt (19) voneinander getrennte obere Förderbänder (17, 18) vorhanden sind, welche durch sich quer über einen Teil ihrer Breite erstreckende Schlitze in Zungen (20) unterteilt sind, und daß der zweite Arm (3) des Elastizitätsmeßfühlers (1) durch den Spalt (19) zwischen den beiden Bändern hindurch in Anlage an den daran vorüber transportierten Beuteln (27) bringbar ist.

12. Elastizitätsmeßverfahren zum Prüfen der Dichtigkeit von teilweise gasgefüllten Beuteln unter Verwendung einer Elastizitätsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Beutel in einem seine Dichtigkeit und/oder seinen Inhalt nicht gefährdenden Maß komprimiert wird,
daß der Beutel mittels einer Fördereinrichtung an einem zweiten Arm eines Meßfühlers vorübergeführt wird, welcher einen ersten und einen zweiten, jeweils freitragend an einem starren Block hervorstehenden Arm aufweist,
daß der starre Block mit einer bestimmten, konstanten Frequenz erregt wird, so daß die Arme in Schwingungen versetzt werden,
daß das dynamische Schwingungsverhalten bzw. die Phasen­ reaktion jedes Arms bestimmt wird,
daß das jeweilige Schwingungsverhalten bzw. die Phasen­ reaktion über die Zeitspanne, während welcher der Beutel in Berührung mit dem zweiten Arm ist, sowie über eine Zeitspanne integriert werden, während welcher die Schwingungen des ersten und des zweiten Arms innerhalb der Berührungszeitspanne phasenversetzt sind,
daß die so ermittelte Beziehung mit einem vorgewählten Wert verglichen wird und
daß das Ergebnis des Vergleichs angezeigt wird.

13. Elastizitätsmeßverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Beutel zwischen wenigstens einem oberen und einem unteren Förderband komprimiert wird.