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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Detektieren einer Leckage in einer abgedichteten Verpackung,
die ein Produkt in der Form eines Nahrungsmittels oder eines Arzneimittels
enthält.
Mit dem Verfahren der Erfindung wird die Unversehrtheit und Dichtigkeit
der Verpackung auf nicht zerstörerische
Weise festgestellt.
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Die Erfindung betrifft auch eine
Installation zum Detektieren einer Leckage in einer Nahrungsmittel-
oder Arzneimittelverpackung, die ein Produkt in der Form eines Nahrungsmittels
oder eines Lebensmittels enthält,
welche Installation eine Kammer zum Enthalten einer ein Prüfgas enthaltenden
Verpackung; Transportmittel zum Transportieren der Verpackung in
die Kammer; einen Sensor in einem Messraum, der in Gasströmungsverbindung
mit der Kammer ist, einen mit dem Sensor verbundenen Gasanalysator,
der eingerichtet ist, ein Steuersignal zu geben, je nachdem, wie
viel Prüfgas
detektiert worden ist, Spülmittel
zum Bereitstellen einer Luftspülung
in der Messkammer, die in Kommunikation mit der Kammer ist; Steuerlogik
zum Erregen des Steuersignals für
den Gasanalysator aufweist.
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GB-A-1 157 009 offenbart einen Leckage-Detektor
zum Überwachen
von Anlagen durch Detektieren von Leckage in Behältern und anderen großen Vorrichtungen
der Anlagen. Der Leckagedetektor weist einen Schnüffler auf,
welcher an die zu prüfenden
Vorrichtungen mittels einer Verbindungsleitung angeschlossen ist,
die eine starre Metallleitung und eine flexible Leitung aufweist.
Helium wird als Prüfgas
zum Überwachen
einer Anlage verwendet, welche Helium enthält.
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Es ist bekannt, Lebensmittel durch
ihr Konservieren in einer im Wesentlichen sauerstofffreien Verpackung
zu behandeln, um den Alterungseffekt von Sauerstoff auf das Produkt
zu reduzieren. Die Unversehrtheit der Verpackung ist wichtig, um
die Frische und Sicherheit eines Produkts in der Verpackung wie
beispielsweise eines Lebensmittels für eine bestimmte Zeitperiode
in der Verpackung zu garantieren. Dazu werden Nahrungsmittel heute
oft in luftdichten, luftlosen Verpackungen verpackt. Das Verpackungsmaterial
kann variieren. Unterschiedliche weiche und halbharte Kunststoffverpackungen und
wachs- und kunststoff-beschichtete Kartonverpackungen werden im
Allgemeinen verwendet. Die Verpackung können auch hart sein, typischerweise Glas-
und Metall-Verpackungen. Falls es ein Loch in der Verpackung gibt
und sie leckt, verderben die Inhalte in der Verpackung in einer
wesentlich kürzeren Zeit,
als die hochgerechnete Haltbarkeit des Produktes. Abhängig vom
Inhalt der Verpackung kann sich das Verderben als ein zu hoher Bakteriengehalt,
ein Geschmacksdefekt, ein Geruchsdefekt, ein Farbdefekt, ein Viskositätsdefekt,
usw. zeigen. Die Größe eines
zulässigen
Lochs variiert abhängig
von dem Inhalt, den Lagerbedingungen und der geforderten Haltbarkeit
der Verpackung. Löcher
größer als
ungefähr
20–30 μm sollten
normalerweise in Verpackungen nicht erlaubt sein. Löcher, die
eine Größe unter 10 μm aufweisen,
stellen gewöhnlich
keine Probleme dar.
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Ein übliches, zerstörungsfreies
Verfahren zum Prüfen
der Unversehrtheit der Verpackung, ist die Verpackung in eine Vakuumkammer
zu platzieren, deren Vakuum überwacht
wird. Falls sich das Vakuum ändert,
wird die Verpackung als defekt befunden. Ein anderer Weg ist, die
Verpackung in eine Flüssigkeit
einzutauchen und zu überwachen
ob Blasen im Wasser ausgebildet werden; falls es so ist, leckt die
Verpackung.
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All die obigen Verfahren können verwendet werden,
haben jedoch das Problem, zu langsam zum Detektieren von Leckagen
in Lebensmittel- und Arzneimittelverpackungen zu sein. Sie sind
in Produktionsanlagen nur für
Stichproben zum Prüfen
der Dichtheit der Verpackungen geeignet. Daher ist es völlig unmöglich, dass
eine ausreichende Produktionsrate in der Produktionsanlage aufrechterhalten werden
könnte,
wenn jede Verpackung mit den obigen Verfahren geprüft werden
würde.
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Mit der Absicht, schnellere Prüfungsverfahren
bereitzustellen, ist bekannt Gas in eine Verpackung hinzuzugeben,
um die Verpackung in eine Kammer zu platzieren, welche von Luft
evakuiert worden ist und/oder deren Druck geringer als der der Verpackung
ist, und um das Gas zu messen, welches möglicherweise aus der Verpackung
in die Kammer hinein leckt. U.S. Patent 5 029 469 und US-A-5 373 729
offenbaren solche Verfahren zum Detektieren einer Leckage in einer
Verpackung. Der Zweck des Verfahrens ist, mit der gleichen Geschwindigkeit
wie die Verpackungslinie zu arbeiten. Es wurde darüber nachgedacht,
dass dies durch Verwenden von Helium als Prüfgas realisiert wird. Als ein
Vorteil von Helium wird erwähnt,
dass, da Helium ein Edelgas ist, es sicher zusammen mit vielen Materialien
verwendet werden kann. Das Beispiel in der Veröffentlichung lehrt, dass die
Prüfungszeit
30 Sekunden ist, wenn das Prüfgas
Helium enthält.
1–5 Volumen%
wird als die Konzentration des Heliums im Spürgas empfohlen, wobei der Rest
Kohlenstoffdioxid oder Stickstoff ist. Die Veröffentlichung berichtet, dass
Gase anders als Helium, wie beispielsweise CO2,
N2O, CH4, als Prüfgase verwendet
werden können.
Der Nachteil des Verfahrens der U.S. Veröffentlichung 5 029 463 ist,
dass es trotz der relativ hohen Rate, es zu langsam ist, um in üblichen
schnellen Produktionsanlagen verwendet zu werden. Außerdem benötigt es
in der Kammer das Erzeugen eines relativ starken Unterdrucks, um
eine adäquat
kurze Haltezeit zum Messen zu erlangen. Das Erzeugen eines starken
Unterdrucks ist zeitaufwendig und erfordert eine aufwendige Installation.
Die Zeit zum Erzeugen des benötigten Unterdrucks
und die Prüfungszeit
sind nicht ausreichend kurz genug, um dem Verfahren zu ermöglichen,
in einer schnellen Produktionsanlage zum Prüfen jeder Verpackung implementiert
zu sein. Die Nachteile von Helium umfassen auch die Tatsache, dass
normale Luft Helium enthält,
welches aus der Messkammer beseitigt werden muss, sodass das Helium
in der Luft die Messung nicht stört,
was das Verfahren weiter verlangsamt. Alternativ muss der Heliumgehalt
des Prüfgases,
welches in die Verpackung hinein zugegeben wird, hoch sein, was
das Verfahren zum Durchführen
aufwendig macht. Die US Veröffentlichung
5 029 463 offenbart auch eine Vorrichtung zum Detektieren einer
Leckage in einer Verpackung. Da die Vorrichtung auf dem Verfahren basiert,
bei welchem Helium zum Verwenden als ein Prüfgas empfohlen wird, weist
die Vorrichtung innerhalb einer Prüfkammer eine Platte auf, die
eingerichtet ist, federnd auf die Verpackung zu drücken, wenn die
Verpackung in der Kammer ist. Die Gestalt der Platte wird in Übereinstimmung
mit der Gestalt der Verpackung ausgewählt. Durch die Platte wird
die Vorrichtung kompliziert.
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U.S. Patent 5 386 717 offenbart ein
Verfahren zum Detektieren einer Leckage in einer Verpackung. Gemäß dem Verfahren
wird Helium als ein Prüfgas
verwendet. Als der Druck für
die Prüfkammer wird
1,3–13
mbar (1 torr-10 torr) empfohlen. Das Erzeugen eines Unterdrucks
ist aufwendig und zeitaufwendig. Helium weist den oben festgestellten
Nachteil auf. Da Luft natürlicherweise
Helium enthält
(ungefähr
5 ppm), was die Prüf-Ergebnisse
stören
kann, muss in Übereinstimmung
mit der Veröffentlichung die
Kammer gereinigt werden. Das Reinigungsgas darf nicht irgendein
Prüfgas
enthalten. Da Luft nicht das Reinigungsgas sein kann, müssen Gase
als Reinigungsgase verwendet werden, welche das Verfahren zum Durchführen aufwendig
machen. Da das Reinigungsgas aus der Kammer in Verbindung mit jeder
Prüfperiode
beseitigt wird, muss stattdessen vor dem nächsten Prüfen ein neues Reinigungsgas
zugeführt
werden. In der Veröffentlichung
wird Wasserstoffgas als nicht geeignet für die Verwendung als ein Prüfgas gehalten,
da von Wasserstoff geglaubt wird, Messfehler zu verursachen, wenn
ein Unterdruck in der Prüfkammer
erzeugt wird. Die Veröffentlichung offenbart
auch eine Vorrichtung zum Durchführen
der Verfahren. In Übereinstimmung
mit dem obigen, weist die Vorrichtung ein aufwendiges Vakuummittel und
Mittel zum Ausspülen
der Prüfkammer
mit einem Reinigungsgas auf.
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U.S. Patent 5 499 529 offenbart ein
Verfahren zum Detektieren einer Leckage in einer Verpackung. In Übereinstimmung
mit dem Verfahren wird ein Spürgas
schwerer als Helium, vorzugsweise SF6 oder
CF4 verwendet, wobei das Gas so ausgewählt wird,
dass es nicht von der Verpackung nach außen durch das Verpackungsmaterial
diffundiert. Als Nachteil von Helium wurde zum Beispiel die Tatsache
erwähnt,
dass es durch Kunststoffschichten, Gummi, Papier usw. diffundieren
kann, was im Allgemeinen für
Verpackungen verwendet wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist ein Ziel der Erfindung ein
neues Verfahren zum Detektieren einer Leckage in einer abgedichtete
Verpackung bereitzustellen, die ein Produkt in der Form eines Lebensmittels
oder eines Arzneimittels enthält.
Es ist innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, ein neues Verfahren
zum Detektieren einer Leckage in einer weichen, halb-harten und
harten Verpackungen bereitzustellen, welches Verfahren nicht die
oben dargestellten Nachteile hat. Das Verfahren, welches dies realisiert,
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt mit einem Wasserstoff
enthaltenden, zumindest wesentlich sauerstofffreien Gasgemisch mit
einem Wasserstoffgehalt von 0,0001–6 Volumen% umgeben wird, dass
die Wasserstoff enthaltende Gasmischung als das Prüfgas verwendet
wird, welches in die Verpackung eingespeist wird, und dass nach
der Zugabe des Prüfgases
Wasserstoffgas, welches eventuell außerhalb der Verpackung geleckt
hat, mit einer wasserstoffgasempfindlichen Detektionsvorrichtung
detektiert wird und die Verpackung für defekt angesehen wird, falls
festgestellt wird, dass der detektierte Wasserstoffgasgehalt größer als
ein gegebener Grenzwert ist.
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In dem Verfahren ist es möglich, die
Detektionsvorrichtung, d. h. den Analysator, manuell in die unmittelbare
Nähe der
Verpackung zu bewegen, in welchem Fall sogar die genaue Leckagestelle
detektiert werden kann. In dem Verfahren von Anspruch 2 wird eine
Prüfkammer
und eine fest installierte Detektions-Installation verwendet.
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Die in Ansprüchen 1 und 2 offenbarten Verfahren
basieren im Wesentlichen auf der Idee des Verwendens eines Wasserstoffgasgemisches
als ein Prüfgas.
Die Verwendung eines solchen Gasgemisches wurde unerwartet als geeignet
zum Prüfen
einer Leckage in einer gewöhnlichen,
d. h. üblicherweise
benutzen, Lebensmittelverpackung befunden. Die Diffusion von Wasserstoff
durch eine intakte Verpackung hindurch ist nicht schädlich, da
die Messungen typischerweise viel früher stattfindet, als jede merkliche
Diffusion durch das Verpackungsmaterial hindurch stattfinden kann.
Im Gegensatz zur vorherrschenden Meinung, kann Wasserstoff mit einer
ziemlich und unaufwendigen Installation detektiert werden, welche
hierin unten erklärt
werden wird. Der Hintergrund-Wasserstoffgasgehalt,
welcher in normaler Luft in einer normalen industriellen Umgebung, 0,5
ppm, wird mehr als zweimal überschritten,
wenn 0,0001 Volumen% als die untere Grenze des Wasserstoffgasgehaltes
in dem Prüfgas
gewählt
wird. Durch solch eine Wahl kann der Hintergrund-Wasserstoffgasgehalt die Messung nicht
stören.
Die obere Grenze von 6 Volumen% wurde basierend auf der Tatsache
ausgewählt,
dass Wasserstoffgas sich entzünden
kann, wenn es in einer Menge von mehr als ungefähr 6 Volumen% vorhanden ist.
Sicherheitsgründe
begrenzen den Wasserstoffgehalt unter die Obergrenze.
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Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens
der Erfindung zum Detektieren einer Leckage sind in den abhängigen Ansprüchen 2–14 erklärt.
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Der größte Vorteil des Verfahrens
der Erfindung zum Detektieren einer Leckage ist, dass es so schnell
ist, dass es zum Verwenden an Verpackungs-Förderproduktionslinien geeignet
ist, um unmittelbar die Unversehrtheit von, oder irgendeiner Leckage
in, jeder Verpackung zu messen, ohne irgendeinen Bedarf, die Geschwindigkeit
der Produktionslinien herabzusetzen. Sehr kleine Löcher, sogar Löcher kleiner
10 μm, welche
vorher nicht innerhalb einer vernünftigen Zeit detektiert werden
konnten, können
schnell detektiert werden. Das Verfahren der Erfindung benötigt nicht
eine große
Menge eines aufwendigen Prüfgases
oder irgendeines speziellen Spülgases.
In diesem Zusammenhang sollte angegeben werden, dass die Kosten
des Heliumgases zum Beispiel das Vielfache des Wasserstoffgases sind
und das Spülgas
typischerweise Luft ist. Außerdem
ist die Installation, die zum Durchführen der Erfindung benötigt wird,
ziemlich unaufwendig. Das Verfahren benötigt kein Erzeugen eines starken
Unterdrucks und das Reinigen der Prüfkammer kann, ohne jeglichen
Bedarf spezielle Gase anzuwenden, durch Luftspülen durchgeführt werden.
Außerdem war
es möglich,
basierend auf die durchgeführten Prüfungen herauszufinden,
dass das Wasserstoffgas, welches in dem Prüfgas enthalten ist, nicht nachteilig
den Geschmack, den Geruch, die Farbe oder die Haltbarkeits-Eigenschaften
des Produkts beeinflusst. Es wurde sehr unerwartet herausgefunden,
dass die Haltbarkeit oder Askorbinsäure besser wird, falls dem
Stickstoffgas eine kleine Menge von Wasserstoffgas zugefügt wird:
der Gehalt von Askorbinsäure
in einem Orangensaft nimmt viel langsamer ab, wenn das umgebende
Gas ein Wasserstoffgas-Stickstoffgasgemisch ist, anstelle von reinem (100%)
Stickstoffgas.
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Es ist auch innerhalb des Schutzbereichs
der Erfindung, ein neues Verfahren zum Erhöhen der Haltbarkeit der Qualität eines
Produkts in der Form eines Lebensmittels oder eines Arzneimittels
bereitzustellen. Bei der Verwendung eines sauerstofffreien, einen
Wasserstoffgehalt von 0,0001–6
Volumen% aufweisenden Gasgemisches, wurde unerwartet herausgefunden,
dass es den Rückgang
der Qualität des Lebensmittels
verzögert,
der von dem im Lebensmittel gelösten
Sauerstoff verursacht wird.
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Die Installation der Erfindung zum
Detektieren einer Leckage in weichen, halbharten und harten Verpackungen,
welche Installation nicht die oben erwähnten Nachteile aufweist, ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Gasanalysator ein Wasserstoffgas-Analysator
ist.
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Weil ein Wasserstoffgasgemisch als
ein Prüfgas
in der Installation in Übereinstimmung
mit der Erfindung verwendet wird, werden für diesen Zweck die Bauteile
der Installation entsprechend ausgewählt. Es wurde unerwartet herausgefunden,
dass mit einem unaufwendigen Palladium-Sensor, der an einen Wasserstoffsgass-Analysator
angeschlossen, eine mögliche
Leckage in der Verpackung zu einer ausreichenden Rate gemessen werden
kann. Es werden weder aufwendige massenspektrometrische Vorrichtungen
benötigt,
noch werden spezielle Reinigungsgasbehälter benötigt, da Luft zur Verwendung
als das Reinigungsgas geeignet ist. Außerdem wird keine Verpackungstragplatte
oder andere Mittel benötigt, die
Verformungen an der Verpackung vorsehen, wenn sie unter Unterdruck
ist (vergleiche
US 5 029 463 ),
da das Verfahren keinen starken Unterdruck in irgendeiner Ausführung benötigt.
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Die bevorzugten Ausführungsformen
der Installation der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen 16–19 erklärt.
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Der größte Vorteil der Installation
der Erfindung umfasst die Tatsache, dass damit eine mögliche Leckage
in einer Verpackung sehr schnell bestimmt werden kann, typischerweise
in ungefähr
eine Sekunde. Außerdem
kann eine Leckagestelle in der Verpackung mittels eines manuellen
Sensors lokalisiert werden. Die Herstellungs- und Folgekosten der Installation
sind relativ niedrig, klarerweise niedriger als bei Stand-der-Technik-Installationen.
Außerdem kann
eine mögliche
Leckage in einer Vakuumverpackung, wie beispielsweise einer Kaffeeverpackung, einer
weiterverarbeiteten Lebensmittelverpackung und Wurstverpackung mit
der Installation gemessen werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Die Erfindung wird nun detaillierter
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert
in welchen:
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1 eine
Installation gemäß der Erfindung darstellt,
und
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2 die
Steuerung der Arbeitsgänge
der Installation aus 1 darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 stellt
eine Installation zum Detektieren einer möglichen Leckgage in einer Verpackung
1 dar. Mit der Installation wird festgestellt, ob die Verpackung
ein Loch aufweist, dessen Größe eine
gegebene zulässige
Maximalgröße überschreitet
und welches daher nicht die Dichtigkeitsanforderungen erfüllt, die
für die
Verpackung festgelegt sind. Die größte zulässige Größe für ein Loch ist zum Beispiel
typischerweise 30 μm.
Falls die Sterilität
der Verpackung für
eine sehr lange Zeit aufrechtzuerhalten ist, zum Beispiel im Fall
von Verpackungen für
Arzneimittel, ist die zulässige
Größe kleiner.
Im Prinzip kann die Verpackung auch auf eine derartige Art und Weise defekt
sein, dass sie mehrere Löcher
enthält,
welche zusammen eine Leckgage produzieren, die zu groß ist.
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Die Installation von 1 weist eine Prüfungseinheit oder Messstation
auf, die allgemein mit Referenzzahl 2 bezeichnet ist. Transportmittel
zum Transportieren einer Verpackung 1 zu der Messstation
sind zur Vereinfachung nicht gezeigt. Die Transportmittel können prinzipiell
jedes Mittel sein, die sich als solche den Fachleuten darstellen,
wie beispielsweise ein Förderband
an der rechten Seite der Messstation, welches für den notwendigen Transport sorgt.
Referenz 3 bezeichnet einen Förderbandantrieb durch eine
Motor-Schneckengetriebe-Kombination 14 zum
Fördern
der Verpackung weg von der Messstation 2. Die Installation
kann gemäß 1 typischerweise mehrere
Messstationen 2 aufweisen, abhängig von der Produktionsanlage.
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Die Messstation 2 weist
einen Positionierungsförderer 4 auf,
der durch eine Motor-Schneckengetriebe-Kombination 15 angetrieben
wird, welcher Förderer
in Vertikalrichtung, dargestellt von einem Doppelpfeil, mittels
eines Hebezylinders 6 bewegt werden kann, und der mittels
Führungen 5 geführt wird.
Eine auf dem Positionierungsförderer 4 platzierte
Verpackung 1a, dargestellt mit gestrichelter Linie, kann
in eine Messkuppel 7 mittels des Hebezylinders 6 gehoben
werden. Referenz 8 zeigt ein Positionierungselement zum
Aufstellen einer Verpackung 1 bei einer gewünschten
Stelle an dem Positionierungsförderer 4.
Das Positionierungselement 8 weist einen Positionierungszylinder 9 auf,
womit das Positionierungselement zur Seite bewegt werden kann, sodass
es nicht im Weg ist, wenn die Verpackung in die Messkuppel gehoben
wird. Die Messkuppel 7 bildet eine Kammer aus, innerhalb
welcher die Verpackung während
der Messung ist. Ein Messraum 11 ist an die Messkuppel 7 durch
einen Filter 10 (vergleiche 2)
angeschlossen. Folglich ist die Messkuppel 7 in Gasströmungsverbindung
mit dem Messraum 11. Der Zweck des Filters 10 ist,
mögliche Schmutzpartikel
am Einwandern in den Messraum 11 zu hindern. Der Messraum 11 weist
einen wasserstoffempfindlichen Sensor 12 auf. Der Sensor 12 ist ein
Palladiumsensortyp. Der Palladiumsensor 12 ist sehr empfindlich
für Wasserstoffgas.
Als eine Alternative kann erwägt
werden, dass ein Platinsensor oder einige andere Sensoren, die eine
ausreichende Detektionsrate gewähren,
verwendet werden. Ein Gasanalysator 13 ist an den Sensor 12 angeschlossen.
Die Funktionseinheit, welche von dem Gasanalysator 13 und
dem Sensor 12 ausgebildet wird, ist beispielsweise die
Installation unter dem Namen "Solid
State Leak Detector 8505TM",
die von Espoon Paineilma Oy vermarktet wird und von Sensitor AB hergestellt
wird.
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Referenznummer 16 bezeichnet
eine Strömungssteuereinheit
deren präziser
Inhalt aus 2 offensichtlich
ist. Die Strömungssteuereinheit
wird von einer programmierbaren Logik 17 gesteuert. Die Steuerlogik 17 ist
auch eingerichtet den Positionierungszylinder 9, den Hebezylinder 6 des
Positionierungsförderers
und ein Aussonderungsventil 18 zu steuern, mittels welchem
eine mangelhafte Verpackung von dem Förderband 3 entfernt
werden kann. Referenzzahl 25 bezeichnet optische Sensoren.
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Eine Strömungssteuereinheit 16 weist
zwei 3/2 Ventile 19, 20, ein Strömungssteuerventil 21 und einen
Ejektor 22 und ein Ventil 23 auf. Mit dem Ejektor
wird ein Unterdruck in der Messkuppel 7 und dem Messraum 11 erzeugt.
Anstatt des Ejektors 22 können Vakuummittel verwendet
werden, die wirksamer als dieser sind, wie beispielsweise eine Pumpe,
um ein Vakuum innerhalb der Messkuppel 7 zu erzeugen.
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Ein Steuergehäuse für die Installation, welche
die Steuerlogik 17 enthält,
ist mit Referenznummer 24 bezeichnet.
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Im Folgenden wird die Betätigung der
Installation beim Durchführen
der Verfahren der Erfindung erläutert.
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Eine Verpackung 1a, in welche
ein Wasserstoff enthaltendes Prüfgas
während
des Verpackungsschritts zugegeben worden ist, wird mit einem Förderer (nicht
gezeigt) zu einem Positionierungsförderer 4 gebracht.
Das Wasserstoff enthaltene Prüfgas
enthält
vorzugsweise 0,5–5
Volumen% Wasserstoff, wobei der Rest reiner Stickstoff, Kohlenstoffdioxid
oder ein Gemisch aus Stickstoff und Kohlenstoffdioxid ist. Das Gasgemisch
weist zum Beispiel 5 Volumen% Wasserstoff, 75 Volumen% Stickstoff
und 20 Volumen% Kohlenstoffdioxid auf. Kohlestoffdioxid weist den
Vorteil auf, dass es den Effekt hat, organische Produkte am mikrobiellen
Verderben zu hindern. Der Nachteil von Kohlenstoffdioxid ist, dass
es aufwendiger als Stickstoff ist. Aus diesem Grund unter anderen,
ist es für
das Prüfgas
vorteilhaft, eine Mehrheit an Stickstoffgas zu enthalten. Abhängig von dem
zu verpackenden Produkt wird Kohlenstoffdioxid nicht notwendigerweise überhaupt
in dem Prüfgas benötigt. Man
vermutet, dass ein bevorzugter Stickstoffgehalt im Prüfgas bei üblichen
Anwendungen mindestens 50 Volumen% ist. Falls gewünscht wird, Kohlenstoffdioxid
zu verwenden, ist sein Gehalt vorzugsweise zum Beispiel 10–50 Volumen%.
Prinzipiell gibt es keinen Bedarf für einen Kohlenstoffdioxidgehalt
von mehr als 70 Volumen%. Der Gehalt von Wasserstoffgas kann höher sein
als im Bereich von 0,5–5
Volumen%. Aus Gründen
der Sicherheit ist der Maximalgehalt des Wasserstoffgases im Prüfgas 5–6 Volumen%.
Der Gehalt kann viel niedriger als 0,5 Volumen% sein, aber ein sehr
kleiner Wasserstoffgasgehalt wird die Messung verlangsamen. Es wird
angenommen, dass der Wasserstoffgasgehalt mindestens 0,0001 Volumen%
aufweisen muss. In einigen selteneren, weniger kritischen Anwendungen
kann in Erwägung
gezogen werden, dass das Stickstoffgas vollständig durch Kohlenstoffdioxid
ersetzt ist.
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Die Zugabe eines Wasserstoff enthaltenden Gases
in die Verpackung hinein wird typischerweise mit Druckluft durchgeführt, d.
h. ungefähr
1000 mbar. Es ist nicht notwendig, das Wasserstoffgas im Zusammenhang
mit dem Verpacken des Produktes zuzugeben; beispielsweise bei einer
Vakuumverpackung, wie beispielsweise eine Kaffeeverpackung, wird
das Wasserstoffgas nach dem Verpacken des Produkts hinzugegeben.
In diesem Fall wird das Zugeben in einer Druckkammer (nicht gezeigt)
durchgeführt,
z. B. bei einem Druck von ungefähr
2000 mbar.
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Eine Positionierungsvorrichtung 9 stellt
sicher, dass die Verpackung 1a korrekt auf dem Positionierungsförderer 4 von
ihr positioniert wird, wonach sie ein Signal an Steuerlogik 17 in
der Installation ausgibt, welche einen Befehl an einen Hebezylinder 6 gibt,
wonach das Heben des Positionierungsförderers gestartet wird, sodass
die Verpackung 1a in eine Messkuppel 7 gehoben
wird. Das Heben der Verpackung 1a in die Messkuppel 7 ist
eine bessere Verwirklichung, als das Herabsenken der Messkuppel auf
das Oberteil der Verpackung, da es in diesem Fall keinen Bedarf
gibt, irgendwelche elektrischen Drähte zu bewegen. Es ist jedoch
innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung möglich, dass die zuletzt erwähnte Verwirklichung
in Frage kommen kann.
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Sobald die Verpackung 1a innerhalb
der Messkuppel 7 ist, wird ein Ejektor 22 gestartet,
der Luft aus der Messkuppel 7 in den Messraum 11 saugt.
Die Strömung
der Saugluft kann mittels eines Strömungssteuer-Ventils 21 reguliert
werden, welches von der Steuerlogik 17 gesteuert wird.
Das Ansaugen wird fortgesetzt, sodass der Druck Pk innerhalb der
Druckkuppel 7 bei 500 mbar sein wird. Der in der Messkuppel 7 zu
erzeugende Druck Pk ist vorzugsweise innerhalb des Bereichs von
200– 800 mbar.
Es kann in Erwägung
gezogen werden, dass es kaum irgendeinen Bedarf gibt, um ein Vakuum
innerhalb der Messkuppel 7 zu erzeugen, aber es ist vorhersehbar,
dass solch eine Verwendung der Installation den Messprozess zumindest
zu einem gewissen Ausmaß behindern
würde,
da die Auswanderung des Wasserstoffgases durch ein mögliches Loch
in der Verpackung vereinfacht und beschleunigt wird, je kleiner
das Verhältnis
Pk/Pp zwischen den Drücken
innerhalb der Messkuppel und dem Prüfgas innerhalb der Verpackung
ist. Für
viele Anwendungen ist eine Anordnung geeignet, gemäß welcher
der Gasdruck Pk innerhalb der Messkuppel 200–400 mbar kleiner als der Druck
Pp des Prüfgases
innerhalb der Verpackung ist. Der Gasdruck Pk innerhalb der Messkuppel 7 muss
in der Regel mindestens 50 mbar kleiner als der Druck Pp des Prüfgases innerhalb
der Verpackung sein. Eine Ausnahme davon ist jedoch eine Vakuumverpackung
z. B. eine Kaffeeverpackung. Die Dichtigkeit der Vakuumkaffeeverpackung,
die typischerweise einen Druck von 50 mbar aufweist, kann erfolgreich
in einer Messkuppel 7 geprüft werden, die einen Gasdruck
Pk so groß wie
ungefähr
von 800 mbar hat. Es gibt für
den Gasdruck Pk keine theoretisch kleinere Grenze, aber in der Praxis gibt
es keinen Bedarf, um auf Drücke
unter 200 mbar, sogar beim Prüfen
einer Vakuumverpackung, zu gehen.
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Ein Gasdruck von 200–400 mbar
kann schnell innerhalb der Messkuppel 7 mit einer einfachen
und unaufwendigen Vorrichtung erzeugt werden. Noch einfacher und
schneller kann ein Druck von 400–000 mbar in der Messkammer 7 erzeugt werden;
dieser Bereich kann verwendet werden, falls für das Verfahren nicht eine
sehr hohe Geschwindigkeit angestrebt wird. Sogar in einem solch
hohen Druckbereich (400–1000
mbar) ist das Verfahren der Erfindung im Vergleich mit Stand-der-Technik-Verfahren
schnell.
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In einigen seltenen Anwendungen und
typischerweise in jenen, in welchen es wichtig ist, in der Lage
zu sein, sehr kleine Löcher
zu detektieren, die eine Leckgage verursachen, kann ein Gasdruck
Pk so niedrig wie 50 mbar bevorzugt sein.
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Wenn die Verpackung 1a in
der Messkuppel 7 ist, misst ein Sensor 12 in dem
Messraum 11 den Wasserstoffgasgehalt. Typischerweise ist
ungefähr eine
Sekunde eine ausreichende Messzeit, d. h. Haltezeit, T, um ein Loch
so klein wie 30–50 μm zu detektieren.
Abhängig
von der Verpackung ist die Messzeit, d. h. Haltezeit, T 0,5–5 Sekunden.
Für eine
sterile Verpackung, deren Sterilität für mehrere Monate, sogar Jahre,
aufrechterhalten werden muss, kann die Messzeit auf ungefähr eine
Minute ausgedehnt werden. Ein Analysator 13 sendet ein
Signal an die Steuerlogik 17, welche sich um die notwendigen
Schritte kümmert.
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Falls der Sensor 12 Gefahr
läuft,
gesättigt
zu werden, was in diesem Fall bedeutet, dass ein zu hoher Wasserstoffgehalt
den Sensor betreten hat, wird von der Logik 17 ein Ventil 19 gesteuert,
um die Messung am Fortführen
zu hindern. Dann wird, gesteuert von der Steuerlogik 17,
durch Ventile 19 und 23 hindurch ein Luftspülen des
Sensors 12 durchgeführt. Beim
Spülen
wird auf die Tatsache geachtet, dass der Wasserstoffgehalt in dem
Messraum 11 vor der Messung der Verpackung unter einen
gegebenen Referenzgehalt ist, welcher natürlicherweise geringer als der
Wasserstoffgasgehalt in dem Prüfgas
sein muss. Der Referenzgehalt ist zum Beispiel ungefähr 10 ppm,
welchen Wert die Luft in einer industriellen Umgebung unterschreitet.
Der Sensor 12 ist an den Analysator 13 angeschlossen,
wovon die Messergebnisse als eine analoge Spannungsbotschaft erhalten
werden.
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Ventil 20 ist das Hauptabsperrventil
der Installation. Das Ventil 20 ist offen, wenn die Installation verwendet
wird und geschlossen wenn die Installation nicht verwendet wird.
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Die Logik 17, die sich um
die Steuerung der Installation kümmert,
ist von einem programmierbaren Typ. Das Programmieren wurde durchgeführt, um
den Anforderungen zu entsprechen, die an die zu messende Verpackung 1a und
die Produktionsrate gestellt werden. Für die Messergebnisse, die von dem
Analysator 13 gesendet werden, ist eine analoge Eingabekarte
in der Steuerlogik 17 installiert. Die Steuerlogik 17 registriert
die Messergebnisse an der zu messenden Verpackung. Falls der Wasserstoffgasgehalt,
der von einer Leckgage in irgendeiner Verpackung verursacht wird,
einen gesetzten Grenzwert überschreitet,
z. B. 2 ppm, registriert die Programmlogik 17 die Verpackung,
die von einem Förderband 3,
d. h. der Produktionslinie, auszusondern ist. Wenn die Messung durchgeführt worden
ist, wird die Verpackung mittels des Zylinders 9 herabgesenkt und
der Verpackung wird erlaubt auf das Förderband 3 zu passieren.
Der Grenzwert ist von der Anwendung abhängig.
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Auf der Basis der Positionsinformation,
die von den optischen Sensoren 25 abgegeben wird, steuert
Logik 17 die Aussonderungsventile 18. Ein Luftstrahl,
der von dem Aussonderungsventil 25 gesteuert wird, entfernt
eine ausgesonderte Verpackung von dem Förderer 3. Anstelle
von optischen Sensoren 25, können andere Sensoren verwendet werden,
um eine defekte Verpackung auf dem Förderer zu lokalisieren. Anstelle
des Aussonderungsventil 25 können andere Abfuhrmittel, wie
beispielsweise Stoßstangen
und dergleichen, verwendet werden, um eine defekte Verpackung von
der Produktionslinie zu entfernen.
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Die Erfindung ist geeignet, um zum
Prüfen für Probe-Wurst- und Fleischklopsverpackungen
und zum Prüfen
von Saft- und Milchverpackungen verwendet zu werden.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung
kann eine mögliche
Leckgage in einer Verpackung alternativ auf eine solche Art und
Weise detektiert werden, dass eine Verpackung, welche das Prüfgas enthält nicht
in eine Kammer gestellt wird, aber nachdem das Prüfgas in
die Verpackung hinein zugegeben wurde, wird das aus der Verpackung
leckende Wasserstoffgas von der wasserstoffgasempfindlichen Detektionsvorrichtung
detektiert, welche in die unmittelbare Nähe der Verpackung manuell platziert
wird und um die Verpackung herum bewegt wird. Auf solch eine Art
und Weise kann die genaue Leckgagestelle herausgefunden werden.
Der Zugabe von Prüfgas
in die Verpackung hinein wird typischerweise vor dem Verschließen der
Verpackung durchgeführt,
jedoch kann alternativ das Prüfgas
beispielsweise mittels Injektion in eine verschlossen Verpackung
hinein zugegeben werden, wonach die Injektionsöffnung verschlossen wird.
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Das Verfahren der Erfindung kann
auch verwendet werden, um die Haltbarkeit der Qualität eines Produkts
in der Form eines Lebensmittels oder eines Arzneimittels zu erhöhen. In
dem Verfahren, welches als das Schutzgasverfahren bezeichnet werden kann,
wird ein Gasgemisch, welches eine Zusammensetzung aus 0,0001–6 Volumen%,
vorzugsweise 0,5–5
Volumen% und am bevorzugtesten 1–4 Volumen% von Wasserstoff
und einen Rest aus Stickstoff enthält, in das Produkt durch Umgeben
des Produktes mit dem Gasgemisch eingeführt, wonach das Produkt in
eine luftdichten vorzugsweise aseptischen Verpackung verpackt wird.
Der Wasserstoff in dem Gasgemisch reagiert mit dem gelösten Sauerstoff
im Produkt, was die im Produkt gelöste Menge an Sauerstoff reduziert.
Außerdem
verringert Wasserstoff die Menge an Sauerstoff, der in dem Gasraum
der Verpackung nach dem Verschließen der Verpackung bleibt.
Das Produkt kann z. B. flüssig
sein, wie beispielsweise ein Saft, im welchen Fall die Verpackung vorzugsweise
eine Kartonverpackung ist. Der Stickstoff in dem Gasgemisch kann
teilweise oder vollständig
durch Kohlenstoffdioxid ersetzt werden. In solch einem Fall ist
die Menge von Kohlenstoffdioxid vorzugsweise 10–40%, kann aber jedoch auch
im Bereich von 40–70%
und sogar 70–100%
sein.
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Die Erfindung wurde im obigen nur
exemplarisch erklärt
und es soll angemerkt werden, dass die Erfindung in ihren Details
auf vielen Wegen innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche durchgeführt werden
kann. Folglich ist es z. B. möglich,
dass die Kammer 7, d. h. die Messkuppel und der Messraum 11 ein
und dieselbe Kammer sind. Die Fördermittel
zum Fördern
der Verpackung zu der Messstation und von da nach vorn können natürlicherweise
von jenen abweichen, die oben offenbart wurden. Die Steuerlogik 17 kann
eingerichtet sein, um die Messergebnisse von mehreren, z. B. vier,
gemessenen Verpackungen an unterschiedlichen Positionierungsförderern
zu registrieren, und falls eine der Verpackungen den gesetzten Grenzwert überschreitet,
registriert die Steuerlogik das von der korrespondierenden Produktionslinie
auszusondernde Produkt. Außerdem
registriert die Steuerlogik 17 vorzugsweise Messergebnisse
der gemessenen Verpackungen (zum Nachsteuern). Es ist auch möglich die Verpackungen
(Produkte) mit einer Prüfmarkierung zu
markieren.