WO2024256101A1

WO2024256101A1 - Vorrichtung zur prüfung von formteilen

Info

Publication number: WO2024256101A1
Application number: PCT/EP2024/063137
Authority: WO
Inventors: Daniel Stern; Bernhard Kubalek; Beat SCHLUP; Hansjörg KLOCK; Matthias Hermle
Original assignee: Finatec Holding AG
Current assignee: Finatec Holding AG
Priority date: 2023-06-16
Filing date: 2024-05-14
Publication date: 2024-12-19
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: DE102023115833A1; CN121532644A

Abstract

Vorrichtung (1) zur Überprüfung von Getränkeverschlusskappen (2) auf Verarbeitungsfehler, aufweisend eine Elektrodenanordnung (3) gebildet aus zwei aufeinander zuweisenden Elektroden (4, 5), eine Transportvorrichtung (6) zum Transport der Getränkeverschlusskappen (2) durch die Elektrodenanordnung (3), eine Spannungsquelle, welche nur mit einer der beiden Elektroden (4, 5) verbunden und pulsartig eine Hochspannung erzeugend ist, und eine Auswerteeinheit (8), welche den Strom an der anderen der beiden Elektroden (4, 5) misst, dadurch gekennzeichnet, dass die andere der beiden Elektroden (4, 5) geerdet ist und die Spannungsquelle durch eine Hochspannungskondensatorzündung (7) bereitgestellt wird.

Description

Vorrichtung zur Prüfung von Formteilen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von insbesondere vereinzelten Formteilen auf Mängel.

In der Herstellung von Kunststoffteilen wie Getränkeverschlusskappen oder Kaffekapseln ist es üblich, deren fehlerfreie Herstellung prozessnah zu überwachen. Nachfolgend soll jedoch insbesondere das Beispiel der Getränkeverschlusskappen behandelt werden, obgleich auch andere (Kunststoff-)Formteile von der Erfindung mitumfasst sind.

Bislang weisen Getränkeverschlusskappen üblicherweise neben einem Grundkörper mit einer Mantelfläche, einer Deckelfläche und einem Innengewinde ein Originalitätsband auf, welcher perforiert mit dem Grundkörper verbunden ist und vom Grundkörper beim ersten Aufschrauben der Flasche getrennt wird. Aufgrund einer neuen EU- Verordnung, welche verhindern soll, dass vereinzelte, von den Flaschen getrennte Getränkeverschlusskappen unrechtmäßig in der Umwelt entsorgt werden, werden Getränkeverschlusskappen beim erstmaligen Öffnen jedoch nicht mehr vom Originalitätsband getrennt, sondern vielmehr von diesem weggeklappt, sodass die gesamte Getränkeverschlusskappe auch beim Konsum des Getränks an dem Flaschenhals verbleibt. Um den Grundkörper wieder problemlos auf den Flaschenhals verbringen zu können, werden solche sogenannten tethered caps an der Innenseite der Deckelfläche mit entsprechenden, von der Deckelfläche abstehenden Führungen zum vereinfachten zentrierten Aufsetzen der Getränkeverschlusskappen auf die Flaschenöffnung versehen.

Getränkeverschlusskappen sind üblicherweise Spritzgussteile, bei deren Herstellung insbesondere im Bereich des Anspritzpunktes Mängel auftreten können, wie beispielsweise Löcher, Risse, Haarrisse oder Materialschwächungen, aufgrund derer die Getränkeverschlusskappen undicht sind. Bislang werden Getränkeverschlusskappen überwiegend durch eine automatisierte optische Prüfung auf derartige Mängel untersucht. Bei produktbezogenen Verarbeitungsgeschwindigkeiten von deutlich über 2.000 bis zu 4.000 Produkten/min führen die zuvor beschriebenen Führungen im Inneren der tethered caps jedoch potentiell zu Schwierigkeiten bei der Kontrolle, da die Winkellage der Führung relativ zum Kameraobjektiv oder einer eintauchenden Elektrode unbestimmt ist und so die Fehlererkennung per automatischer Bilderkennung bzw. das Eintauchen der Elektrode stört oder sogar verhindert. Der gesamte Vereinzelungs-, Kontroll- und Aussortiervorgang der Getränkeverschlusskappe stellt daher einen wesentlichen Engpass der Herstellung der Getränkeverschlusskappen dar und muss entsprechend schnell und zuverlässig durchgeführt werden.

Daher wurden bereits Prüfungsvorrichtungen entwickelt, welche auch bei Getränkeverschlusskappen mit darin eingearbeiteten Erhebungen oder Führungen eine verlässliche Prüfung ermöglichen. So ist aus der EP 3 204 762 B1 eine Vorrichtung bekannt, bei der die Getränkeverschlusskappen zwischen zwei Elektroden durchgeführt werden, welche jeweils mit einer Spannungsquelle versehen sind und die mit einem solch hohen Spannungsunterschied betrieben werden, dass eine Entladung erfolgt, sofern eine Getränkeverschlusskappe ein Loch aufweist. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist die Belastung der Schaltelemente zum Ein- und Ausschalten der Spannungsquellen, welche bereits durch die Verwendung zweier Spannungsquellen reduziert werden musste. Nachteilig ist ebenfalls, dass die Spannung zwischen den Elektroden abgeschaltet werden muss, sobald sich zwischen diesen kein Getränkeverschluss befindet. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und dennoch eine effiziente Prüfung der Getränkeverschlusskappen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Überprüfung von Getränkeverschlusskappen auf Verarbeitungsfehler, aufweisend eine Elektrodenanordnung gebildet aus zwei aufeinander zuweisenden Elektroden, eine Transportvorrichtung zum Transport der Getränkeverschlusskappen durch die Elektrodenanordnung, eine Spannungsquelle, welche nur mit einer der beiden Elektroden verbunden und pulsartig eine Hochspannung erzeugend ist, und eine Auswerteeinheit, welche den Strom an der anderen der beiden Elektroden misst, wobei die andere der beiden Elektroden geerdet ist und die Spannungsquelle durch eine Hochspannungskondensatorzündung bereitgestellt wird.

Unter Getränkeverschlusskappen werden dabei insbesondere solche verstanden, welche wie im Stand der Technik üblich durch Spritzgussverfahren hergestellt werden, jedoch ist dies keine Voraussetzung dafür, dass die Vorrichtung erfindungsgemäß funktioniert. Vielmehr sind die Getränkeverschlusskappen erfindungsgemäß aus einem Kunststoff oder einem sonstigen Material gebildet, welches elektrisch isolierend wirkt, sodass die Entladung der Elektrodenanordnung nicht das Material der Getränkeverschlusskappen durchschlägt, jedoch durch etwaige Löcher oder Risse dringen kann. Dafür ist die Elektrodenanordnung, durch die die Getränkeverschlusskappen zur Prüfung durch die Transportvorrichtung verbracht werden, gebildet aus zwei aufeinander zuweisende Elektroden, zwischen denen sich die Getränkeverschlusskappe im Moment der Prüfung befindet. Grundsätzlich ist eine gleichausgerichtete Verbringung der Getränkeverschlusskappen, bei der diese mit der Deckelfläche in Richtung der stromdurchschlagempfangenden Elektrode ausgerichtet sind, in die Elektrodenanordnung bevorzugt, sodass eine ordnungsgemäße Überprüfung der Getränkeverschlusskappen ermöglicht wird. Die Elektroden sind vorzugsweise jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet, um eine Entladung in eine andere Richtung als in Richtung der zweiten Elektrode zu vermeiden und somit unkontrollierte Entladungen. Zur besseren Kontrollier- und Reproduzierbarkeit sind die Elektroden zudem in einer Ebene senkrecht zu ihren Rotationsachsen zueinander zentriert, insbesondere koaxial. Eine der Elektroden ist dabei an eine Spannungsquelle angeschlossen, welche durch eine Hochspannungskondensatorzündung bereitgestellt wird. Diese Elektrode wird mit einer Spannung aus der Hochspannungskondensatorzündung beaufschlagt, während die andere Elektrode nicht mit einer Spannung versehen und bevorzugt zudem geerdet ist. Alternativ kann ein Potentialunterschied zwischen den Elektroden auch durch andere Mittel hergestellt werden. Dadurch entlädt sich die mit der Spannung beaufschlagte Elektrode und ein Spannungsdurchschlag zur anderen Elektrode entsteht. Bei einem solchen Spannungsdurchschlag wird ein Strom messbar, der durch die Auswerteeinheit erfassbar ist. Ein Spannungsdurchschlag zeigt somit ein Loch oder ein Riss in einer in der Elektrodenanordnung positionierten Getränkeverschlusskappe an. Gleichzeitig wirkt die Getränkeverschlusskappe elektrisch isolierend, sodass bei Abwesenheit eines Loches zwar Teilentladungen vorkommen können, diese jedoch aufgrund des niedrigen ankommenden Stromes nicht durch die Auswerteeinheit wahrgenommen und die Getränkeverschlusskappe damit als mangelfrei bewertet werden kann. Für die Funktionsweise der Vorrichtung ist es grundsätzlich unwesentlich, ob die Getränkeverschlusskappen vereinzelt oder einander kontaktierend in die Elektrodenanordnung geführt werden. Erfindungsgemäß ist die Hochspannungskondensatorzündung eine handelsübliche Hochspannungskondensatorzündung. Sie weist neben einem Kondensator einen Zündtransformator mit einem offenen Eisenkern auf. Die Hochspannungskondensatorzündung hat im Vergleich zu anderen Zündanlagen den Vorteil, dass die Zündspulen des Zündtransformators nicht als Energiespeicher genutzt werden und dadurch eine höhere Lebensdauer aufweisen. Ebenso ist die Hochspannungskondensatorzündung weniger anfällig gegenüber Kurzschlüssen und Umwelteinflüssen. Unabhängig davon, ob ein Spannungsdurchschlag zur geerdeten Elektrode stattfindet oder nicht, wird die gespeicherte Ladung im Kondensator der Hochspannungskondensatorzündung bei jedem Ladevorgang und damit auch bei jeder Zündung komplett in die Zündspulen entladen, sodass auch hier die Bauteile der Hochspannungskondensatorzündung nur geringfügig belastet werden. Aufgrund der durch die Hochspannungskondensatorzündung erzeugten Hochspannung ist die Prüfgeschwindigkeit lediglich durch den Ladevorgang des Kondensators limitiert. Ein durch eine Hochspannungskondensatorzündung erzeugter Hochspannungspuls wird demnach durch die Energie im Kondensator und das Wicklungsverhältnis vom Zündtransformator bestimmt. Der Hochspannungspuls steht nach der Zündung vorzugsweise innerhalb von etwa 50 ps bereit. Für die Erkennung eines Mangels wie einem Loch in einer Getränkeverschlusskappe ist eine Pulsbreite von 10 ps ausreichend. Das Abflachen dieses Hochspannungspulses benötigt etwa weitere 25 ps, unabhängig davon, ob ein Spannungsdurchschlag stattgefunden hat. Üblicherweise generieren Hochspannungskondensatorzündungen dabei bis zu 100 Hochspannungspulse pro Sekunde, wobei auch größere Anzahlen an Hochspannungspulsen pro Sekunde möglich sind. Damit lassen sich selbst bei einem geringen Puffer zwischen den Hochspannungspulsen bis zu 4.000 Getränkeverschlusskappen pro Minute prüfen. Die Polarität der Hochspannungspulse lässt sich dabei erfindungsgemäß umschalten, sodass je nach Bedarf, insbesondere produktabhängig positive oder negative Hochspannungspulse generiert werden. Die Invertierung der Hochspannungspulse erfolgt primärseitig vom Transformator über ein Relais mit zwei Wechslerkontakten. Zudem ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Auswerteeinheit ein Strommesswandler ist. Ein Strommesswandler ist insbesondere im Bereich der Hochspannungen besser geeignet und erzeugt hochwertigere und dadurch besser zu verarbeitende Signale als einfache Shuntwiderstände.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Übersetzungsverhältnis eines Zündtransformators der Hochspannungskondensatorzündung größer 1 :80, insbesondere größer 1 :100, vorzugsweise 1 :135 beträgt. Aufgrund eines derart hohen Übersetzungsverhältnisses wird eine relativ geringe Ladespannung an der Primärseite benötigt um durch die Hochspannungskondensatorzündung eine Hochspannung erzeugen zu können. Soll der Hochspannungspuls beispielsweise 50 kV betragen, wird lediglich eine Ladespannung von ca. 325 V benötigt.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektroden jeweils eine kegelförmige Spitze aufweisen, insbesondere mit einem Öffnungswinkel des Kegels kleiner gleich 45°, besonders bevorzugt gleich 40°. Bei Öffnungswinkeln des Kegels größer 45° besteht die Gefahr eines Spannungsdurchschlags in eine ungewünschte Richtung, beispielsweise an den Rand einer Getränkeverschlusskappe und/oder an der Getränkeverschlusskappe vorbei. Ein Öffnungswinkel von 40° hat sich dabei als besonders vorteilhaft und wenig fehleranfällig herausgestellt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine der beiden Elektroden axial verschiebbar zur anderen gelagert ist. Durch die Konfiguration des Abstandes der beiden Elektroden zueinander kann die Vorrichtung einfach an einen geänderten Anwendungsfall angepasst werden. So ist eine Verwendung der Vorrichtung bei unterschiedlich großen Getränkeverschlusskappen nahezu im laufenden Betrieb möglich. Zudem lässt sich so die Vorrichtung unkompliziert an sich ändernde Umgebungsparameter wie die Größe oder Temperatur der Getränkeverschlusskappen oder die Ionisation oder Feuchtigkeit der Umgebungsluft anpassen. Ein Abstand zwischen den beiden Elektroden kann dabei durch übliche Sensoren wie Lichtschranken o.ä. ermittelt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen den Elektroden derart gewählt ist, dass im Benutzungsfall eine Kriechstrecke entlang einer Wandung der Getränkeverschlusskappe mindestens doppelt so lang ist wie eine Luftstrecke, die sich bei Vorhandensein eines Verarbeitungsfehlers der Getränkeverschlusskappe ergibt. Unter einer Luftstrecke versteht die Erfindung die direkteste Strecke zwischen den beiden Elektroden, die ein Durchschlag im Falle eines fehlenden Widerstands, also durch einen Verarbeitungsfehler nehmen würde, ohne an einer Oberfläche der Getränkeverschlusskappe entlang zu kriechen. Eine Kriechstrecke im Sinne der Erfindung ist dagegen die Strecke, die der Durchschlag bei einer Getränkeverschlusskappe ohne Loch zwischen den beiden Elektroden nehmen würde. Da die Getränkeverschlusskappe elektrisch isolierend ist, sucht sich der Durchschlag einen Weg an der Getränkeverschlusskappe entlang hin zur nicht mit Spannung beaufschlagten Elektrode. Durch die Obergrenze der doppelten Länge der Kriechstrecke gegenüber der Luftstrecke ist die Grenze für das Verhältnis des Durchmessers zur Höhe der Getränkeverschlusskappen definiert. So kann eine Getränkeverschlusskappe mit einem kleinen Durchmesser und einer großen Höhe unter Umständen nicht durch die Vorrichtung prüfbar sein, da eine Entladung in ungewünschte Richtungen erfolgen könnte, während eine Entladung durch die Löcher der Getränkeverschlusskappe verhindert werden könnte. Grundsätzlich ist ein größeres Verhältnis also vorteilhafter und begünstigt die gewünschten Durchschläge bei Mängeln in den zu untersuchenden Getränkeverschlusskappen, wobei sich ein Mindestverhältnis von zweifacher Kriechstrecke zu einfacher Luftstrecke als ausreichend qualitätswahrend herausgestellt hat. Eine Obergrenze des Verhältnisses zwischen Kriechstrecke und Luftstrecke ist dabei mittelbar durch die Oberkante der Getränkeverschlusskappen, bevorzugt ist jedoch ein Abstand von etwa 1 mm oder mehr zur Oberkante definiert. So sind die Getränkeverschlusskappen stets kollisionsfrei durch die Elektrodenanordnung führbar. Sollte jedoch das Verhältnis zwischen Kriech- und Luftstrecke derart nachteilig sein, dass eine Prüfung der Getränkeverschlusskappen ohne weiteres nicht möglich ist, ist es erfindungsgemäß, die Vorrichtung mit einem Eintauchmechanismus der Elektroden in den Innenraum der zu prüfenden Getränkeverschlusskappe zu ergänzen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Transportvorrichtung aus einer elektrisch isolierenden Rutschfläche und Transportmitteln gebildet ist. Die Rutschfläche wird erfindungsgemäß als eine Fläche verstanden, auf der die Getränkeverschlusskappen mit möglichst wenig Reibung rutschen können. Transportmittel sind erfindungsgemäß Mittel, die die auf der Rutschfläche befindlichen Getränkeverschlusskappen in eine gewünschte Flussrichtung antreiben. Geeignete Transportmittel können insbesondere mechanische Anschubvorrichtungen oder Luftdüsen sein. Alternativ ist auch eine Transportvorrichtung erfindungsgemäß, bei der die Getränkeverschlusskappen aufgrund von Gravitation auf einer geneigten Rutschfläche an dieser herunterrutschen. Eine der Elektroden, insbesondere die nicht mit Spannung beaufschlagte Elektrode, ist oben bündig oder höchstens etwa 2 mm versenkt in der elektrisch isolierenden Rutschfläche eingebracht. Dies hat den Vorteil, dass der Durchschlag aufgrund der elektrischen Isolation der Rutschfläche stets in der darin eingebrachten Elektrode endet und Durchschläge an ungewünschten Stellen vermieden werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Transportmittel als Transportband, insbesondere als gelochtes Transportband ausgebildet sind, wobei das Transportband auf der Rutschfläche geführt ist, wobei die Vorrichtung insbesondere weiter eine Vereinzelungsvorrichtung aufweist, insbesondere eine Wippenvereinzelungsvorrichtung. Für den sicheren Transport von Getränkeverschlusskappen im Herstellungsprozess, in dem oftmals 2.000 - 4.000 Getränkeverschlusskappen pro Minute verarbeitet werden, ist es vorteilhaft, die Getränkeverschlusskappen über ein Transportband zu befördern, an welchem sie durch einen Unterdrück festgehalten werden. Dafür ist das Transportband gelocht, während ein Unterdrück durch eine Vorrichtung in der Rutschfläche erzeugt wird. Dabei ist es ebenso von Vorteil, eine Vereinzelungsvorrichtung anzuwenden, die die Getränkeverschlusskappen voneinander trennt und im Idealfall jeweils auf ein Loch im Transportband positioniert, wobei gleichzeitig der Zeitpunkt der Auslösung des Hochspannungspulses mit den Getränkeverschlusskappen und dem darunterliegenden Loch im Transportband zwischen den beiden Elektroden synchronisiert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass sowohl jede Getränkeverschlusskappe durch den Unterdrück sicher auf dem Transportband gehalten wird, als auch der Durchschlag durch ein Loch in der Getränkeverschlusskappe auch durch das Loch des Transportbandes ungehindert in die nicht mit Spannung beaufschlagte Elektrode eintrifft und das Transportband nicht beschädigt wird. Zudem kann durch eine Vereinzelungsvorrichtung ein immer gleicher Abstand zwischen den Getränkeverschlusskappen hergestellt werden, sodass der Hochspannungspuls ein homogener, entsprechend getakteter Hochspannungspuls sein kann. Eine Wippenvereinzelungsvorrichtung ist dabei besonders vorteilhaft, da sie die Getränkeverschlusskappen besonders schonend vereinzelt, da eine Krafteinleitung allenfalls über die weniger empfindliche Mantelfläche der Getränkeverschlusskappen erfolgt. Eine Wippenvereinzelungsvorrichtung im Sinne der Erfindung umfasst dabei zu beiden Seiten des Transportweges angeordnete, wippenartig ausgebildete Sperrglieder, welche mittels eines oder mehreren Aktoren synchron betätigbar sind. Die beiden Schwenkglieder wirken wie eine Zange, welche für eine nachrückende Getränkeverschlusskappe so lange geschlossen ist, wie die nachrückende Getränkeverschlusskappe zurückzuhalten ist. Diese Stellung ist erfindungsgemäß von einem Aktor aktiv oder aber auch rein mechanisch ohne Aktor schaltbar und insbesondere lösbar. In einer weiteren Stellung der Sperrglieder befindet sich die nachrückende Getränkeverschlusskappe im Wirkbereich der Sperrglieder. Die Verwendung eines Aktors zur Schaltung der Stellung der Sperrglieder ist gegenüber einer rein mechanischen Schaltung besonders vorteilhaft, da durch die aktive Schaltung des Aktors die Haltedauer dieser Stellungen definierbar und mittels der Steuereinheit über die Schaltung des Aktors einstellbar ist. Dadurch lässt sich der Abstand zwischen den Getränkeverschlusskappen künstlich verlängern oder steuern und deren Transportgeschwindigkeit individuell anpassen. Werden die Sperrglieder in eine weitere Stellung, also eine Freigabestellung, durch die Wechselwirkung mit dem Aktor verschwenkt, wird die sich in dem Wirkbereich der Sperrglieder befindliche Getränkeverschlusskappe freigegeben.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Transportmittel als Sternrad ausgebildet sind, wobei die in dem Sternrad aufgenommenen Getränkeverschlusskappen auf der Rutschfläche aufliegend sind. Ein solches Sternrad weist erfindungsgemäß radiale Ausnehmungen an dessen Außenfläche auf, in denen die Getränkeverschlusskappen aufgenommen und durch die sie bei einer Drehung des Sternrades um dessen Drehachse bewegt werden. Die Elektrodenanordnung ist dabei erfindungsgemäß an der radialen Außenfläche des Sternenrades angeordnet, sodass die Getränkeverschlusskappen durch das Sternrad in die Elektrodenanordnung verbracht werden. Um einen möglichst reibungsarmen Transport der Getränkeverschlusskappen zu ermöglichen, liegen die Getränkeverschlusskappen auf der Rutschfläche auf.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung weiter mindestens einen Sensor aufweist, welcher die Temperatur der Getränkeverschlusskappen vor dem Bereich zwischen den beiden Elektroden und/oder der Umgebungsluft im Bereich zwischen den beiden Elektroden und/oder die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft im Bereich zwischen den beiden Elektroden misst. Die Temperaturmessung erfolgt vor dem Bereich zwischen den Elektroden, damit die Spannung zum Zeitpunkt des Kondensatorladevorgangs bereits bekannt ist und entsprechend auf die gemessene Temperatur reagiert werden kann. Zudem ist eine Messung zwischen den Elektroden nachteilig, da in der Elektrodenanordnung die Durchschläge erfolgen und dadurch die Luft in der Elektrodenanordnung im Vergleich zur weiteren Umgebungsluft erhöht ist. Je nach Temperatur der Getränkeverschlusskappen kann eine Auslösespannung, die für eine Entladung nötig ist, beeinflusst werden. So sinkt die Auslösespannung mit einer erhöhten Temperatur, da bei einer höheren Temperatur immer mehr freie Ladungsträger in der Luft vorhanden sind. Dabei hat sich bei Hochspannungen herausgestellt, dass insbesondere bei einer Temperatur der Getränkeverschlusskappen von über 40 °C die benötigte Auslösespannung abnimmt. Ähnliches gilt für die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft, wobei die benötigte Auslösespannung mit einer erhöhten Luftfeuchtigkeit steigt. In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sie Mittel zur Messung eines akustischen Signals erzeugt durch einen Durchschlag aufweist. Bei einem Durchschlag bzw. Funkeneinschlag wird ein Geräusch erzeugt, welches je nach Länge des Durchschlags einen unterschiedlichen Signalverlauf und/oder ein unterschiedliches Spektrum aufweist. Durch eine genauere Auswertung dieses akustischen Signals lässt sich unterscheiden, ob der Durchschlag direkt durch den Verarbeitungsfehler der Getränkeverschlusskappe, also den kürzesten Weg bzw. die Luftstrecke oder entlang der Wandung der Getränkeverschlusskappe, also über die Kriechstrecke erfolgt. Eine solche Auswertung erfolgt erfindungsgemäß durch einen Vergleich des gemessenen Signalverlaufs oder Spektrums mit einer Datenbank, in der bekannte akustische Signale von Getränkeverschlusskappen mit und/oder ohne Verarbeitungsfehler hinterlegt sind. Ist das Ergebnis der Auswertung, dass der Durchschlag besonders lang ist, also über eine Kriechstrecke erfolgt ist, ist davon auszugehen, dass kein Verarbeitungsfehler vorliegt und die naheliegende Luftstrecke nicht freigelegt, die Getränkeverschlusskappe also fehlerfrei war. Ein Vergleich eines solchen Signalverlaufs kann ebenso aufgrund des Strommesssignals erfolgen.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Steuereinheit aufweist, mit der die von der Spannungsquelle erzeugte Spannung regulierbar ist. Die Regulierung der Spannung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich Umgebungsparameter ändern, beispielsweise die Temperatur der Getränkeverschlusskappen oder die Luftfeuchtigkeit, oder aber wenn der Abstand zwischen den Elektroden geändert wird, was insbesondere bei einer Änderung der Form der zu prüfenden Getränkeverschlusskappen erforderlich sein kann.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die durch die

Spannungsquelle erzeugte Spannung bis zu 50 kV, insbesondere 35 - 45 kV beträgt. Derartige Spannungswerte haben sich als besonders vorteilhafte und verlässliche Auslösungsspannungen herausgestellt hinsichtlich der üblichen Umgebungsparameter, der marktüblichen Getränkeverschlusskappenformen und der zu erreichenden Taktung des Hochspannungspulses.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung weiter eine Hochspannungsfeedbackvorrichtung aufweist, aufweisend einen Spannungsteiler und eine Feedback-Auswerteeinheit. Gelegentlich kann es angemessen sein, die Vorrichtung auf ihre Funktionstüchtigkeit zu überprüfen. Dies kann, insbesondere wenn die Getränkeverschlusskappen vereinzelt sind, durch ein bewusstes Auslösen des Hochspannungspulses zu einem Zeitpunkt, in dem keine Getränkeverschlusskappe zwischen den Elektroden positioniert ist, erreicht werden. In diesem Fall erfolgt die Kontrolle über die Auswerteeinheit, anhand der feststellbar ist, ob die eingestellte Hochspannung ausreicht die Distanz zwischen den beiden Elektroden zu überbrücken. Sind die Getränkeverschlusskappen jedoch nicht vereinzelt, ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Hochspannungsfeedbackvorrichtung aufweist. Diese verfügt erfindungsgemäß über ein integriertes Hochspannungsfeedbacksignal, womit die Funktion der Hochspannungsquelle im Betrieb überwacht werden kann. Die Hochspannung wird dabei über einen Spannungsteiler heruntergeteilt und anschließend durch einen Komparator ausgewertet. So ist überprüfbar, ob die Hochspannung tatsächlich so hoch war wie eingestellt oder sie von diesem Soll-Wert abweicht.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung weiter Mittel zur Beeinflussung der Ionisierung der Luft im Bereich zwischen den beiden Elektroden aufweist. Durch eine Änderung der Ionisierung der Luft im Prüfbereich kann die Auslösung eines Spannungsdurchschlags begünstigt oder umgekehrt auch verhindert werden. Dadurch sind geringere Spannungen an der Hochspannungskondensatorzündung ausreichend.

Erfindungsgemäß ist ebenfalls vorgesehen, dass die zuvor beschriebene Vorrichtung in einem Verfahren zur Überprüfung von vereinzelten Getränkeverschlusskappen auf Verarbeitungsfehler angewendet wird. Das Verfahren weist dabei erfindungsgemäß folgende Schritte auf, welche je Getränkeverschlusskappe durchgeführt werden: a) Verbringen der Getränkeverschlusskappen zwischen die beiden Elektroden mittels der Transportvorrichtung, b) Erzeugen eines Hochspannungsimpulses mittels der Spannungsquelle und Aufbringen dieser Spannung auf die damit verbundene Elektrode, c) Messung des an der anderen Elektrode ankommenden Stroms. Die Schritte a) bis c) werden dabei je Getränkeverschlusskappe durchgeführt und erfolgen in wenigen Bruchteilen einer Sekunde.

In Weiterbildung dieses Verfahrens können in einem weiteren auf Schritt c) folgenden Schritt d) die Getränkeverschlusskappen aussortiert werden, bei denen in Schritt c) ein von der mit Spannung beaufschlagten Elektrode ankommender Strom messbar war. Ist an der nicht mit Spannung beaufschlagten Elektrode ein Strom bei einem Durchschlag messbar, ist dies ein Zeichen für ein Loch in der Getränkeverschlusskappe, sodass diese für die übliche Anwendung nicht geeignet ist und auszusortieren ist. Ein Aussortieren kann dabei durch mechanische Mittel oder Luftdüsen ausgeführt werden.

In Ausgestaltung des Verfahrens ist es erfindungsgemäß, dass nach Durchführung des Schrittes c) einer Getränkeverschlusskappe die Schritte b) und c) ohne eine zwischen den Elektroden befindliche Getränkeverschlusskappe ausgeführt wird. Dadurch kann die Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung kontrolliert werden. Wird so an der nicht mit Spannung beaufschlagten Elektrode ein Strom gemessen, ist deutlich, dass der Hochspannungspuls für einen Spannungsdurchschlag bei dem eingestellten Abstand zwischen den Elektroden ausreichend ist.

Weiter ist es vorteilhaft das Verfahren um einen Schritt zu ergänzen in dem die Temperatur der Getränkeverschlusskappen und/oder der Umgebungsluft im Bereich der Elektrodenanordnung und/oder die Luftfeuchtigkeit im Bereich der Elektrodenanordnung gemessen wird, da die Auslösespannung für einen Durchschlag durch diese Umweltparameter beeinflusst wird. So ist es ebenso von Vorteil, die durch die Hochspannungskondensatorzündung erzeugte Hochspannung und/oder den Abstand zwischen den beiden Elektroden entsprechend der gemessenen Umweltparameter anzupassen. So ist eine höhere Spannung bei einer höheren Luftfeuchtigkeit erforderlich, während eine geringere Spannung bei einer Temperatur wärmer als 40 °C ausreichend ist.

Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.

Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:

Fig. 1 : schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2: schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform mit eingezeichneten Entladungslinien, Fig. 3: schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 4: schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer dritten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer ersten Ausführungsform. Ebenso dargestellt sind drei Getränkeverschlusskappen 2, welche von einer Transportvorrichtung 6 durch die Vorrichtung 1 gefördert werden. Die mittlere der drei dargestellten Getränkeverschlusskappen 2 weist ein Loch in ihrer Deckelfläche auf, welches von der Vorrichtung 1 detektiert wird. Neben der Transportvorrichtung 6, welche in der dargestellten Ausführungsform als Rutschfläche 11 ausgebildet ist, auf der die Getränkeverschlusskappen 2 bewegt werden, weist die Vorrichtung 1 weiter eine Elektrodenanordnung 3 auf. Die Elektrodenanordnung 3 umfasst zwei Elektroden 4, 5, wobei in der dargestellten Ausführungsform die obere Elektrode 4 mit einer Spannungsquelle, bereitgestellt durch eine Hochspannungskondensatorzündung 7, verbunden ist. Demgegenüber ist die untere Elektrode 5 nach oben bündig in die Rutschfläche 11 eingearbeitet und nicht mit einer Spannungsquelle verbunden, sondern geerdet. Die Hochspannungskondensatorzündung 7 ist einen Hochspannungspuls erzeugend, der eine derart hohe Spannung aufweist, dass ein Durchschlag von der Spitze der oberen Elektrode 4 auf die Spitze der unteren Elektrode 5 möglich ist, insbesondere wenn die Getränkeverschlusskappe 2 ein Loch in der Deckelfläche aufweist. Kommt es zu so einem Durchschlag, ist der in der unteren Elektrode 5 ankommende Strom durch eine Auswerteeinheit 8 messbar und dadurch ein Loch bzw. ein Mangel in der Getränkeverschlusskappe 2 zwischen den beiden Elektroden 4, 5 feststellbar. Der von der Hochspannungskondensatorzündung 7 erzeugte Hochspannungspuls ist ein sehr kurzer Puls mit einer Pulsbreite von wenigen Mikrosekunden, was für eine Messung durch die Auswerteeinheit 8 ausreichend ist und eine hohe Verarbeitungszahl der Getränkeverschlusskappen 2 pro Minute ermöglicht. Um Durchschläge an den Rand der Getränkeverschlusskappen 2 oder außen an den Getränkeverschlusskappen 2 vorbei zu vermeiden, ist die Spitze der Elektroden 4, 5 rotationssymmetrisch kegelförmig ausgestaltet, wobei der Öffnungswinkel der Kegelspitze geringer als 45° ist. Zudem ist aufgrund der elektrischen Isolierung der Rutschfläche 11 gewährleistet, dass ein Durchschlag ausgehend von der oberen Elektrode 4 in die Spitze der unteren Elektrode 5 entladen wird. Da die Auslösespannung für einen Durchschlag von verschiedenen Umgebungsparametern, aber auch dem Abstand zwischen den beiden Elektroden 4, 5 abhängig ist, ist zumindest eine, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere die obere Elektrode 4 in axialer Richtung, also hin zur unteren Elektrode 5 oder von ihr weg beweglich gelagert. Hinsichtlich der Umgebungsparameter weist die Vorrichtung 1 einen Sensor 14 auf, der die Temperatur vor dem Bereich der Elektrodenanordnung 3 und/oder die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft im Bereich der Elektrodenanordnung 3 misst. Um auf die von dem Sensor 14 gemessenen Umgebungsparameter angemessen reagieren zu können verfügt die Vorrichtung 1 weiter über eine Steuereinheit 15, welche die Hochspannungskondensatorzündung 7 ansteuernd ist. So ist die Auslösespannung bei höheren Temperaturen geringer und bei einer höheren Luftfeuchtigkeit größer. Dies kann durch die Steuereinheit 15 gezielt kompensiert werden. Zudem weist die Vorrichtung 1 Mittel zur Beeinflussung der Ionisierung der Luft 17 auf, die die Ionisierung der Luft in der Elektrodenanordnung 3 in einem vorbestimmten Maße ändert und dadurch einen Durchschlag beeinflusst. Um kontrollieren zu können ob die Vorrichtung 1 korrekt funktioniert, weist die Vorrichtung eine Hochspannungsfeedbackvorrichtung 16 auf, welche wie auch die Steuereinheit 15 mit der Hochspannungskondensatorzündung 7 verbunden ist. Über die Hochspannungsfeedbackvorrichtung 16 wird im laufenden Betrieb die von der Hochspannungskondensatorzündung 7 erzeugte Spannung gemessen und ausgewertet. Alternativ ließe sich ein Hochspannungspuls zu einem Zeitpunkt, in dem zwischen den beiden Elektroden 4, 5 keine Getränkeverschlusskappe 2 befindlich ist, auslösen sodass ein Durchschlag ungehindert von der oberen Elektrode 4 in die untere Elektrode 5 erfolgt und der ankommende Strom in der Auswerteeinheit 8 ausgewertet werden kann.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer ersten Ausführungsform mit eingezeichneten Entladungslinien. Die hier dargestellte Ausführungsform entspricht der in Fig. 1 dargestellten. Um eine Entladung an der Getränkeverschlusskappe 2 vorbei, also entlang der Kriechstrecke 9 zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass der Abstand zwischen den Elektroden 4, 5 der Elektrodenanordnung 3 derart gewählt ist, dass die Kriechstrecke 9 mindestens doppelt so lang ist, wie die Luftstrecke 10, welche sich zwischen den Elektroden 4, 5 direkt durch einen Verarbeitungsfehler in der Getränkeverschlusskappe 2 ergibt. Demgegenüber ist die Kriechstrecke 9 die kürzeste Strecke entlang der Wandung der Getränkeverschlusskappe 2, welche durch Perforierungen wie die hier dargestellte Perforierung eines Originalitätsbandes geringfügig verkürzt sein kann. Ist der Abstand zwischen den Elektroden 4, 5 so groß, dass das Verhältnis der Strecken unter diese Grenze fällt, ist die benötigte Auslösespannung für eine Entladung zu groß und die Gefahr einer Entladung in ungewollte Richtungen gegeben. Gleichzeitig ist die Oberkante der Mantelfläche der Getränkeverschlusskappen 2 eine weitere Grenze. So soll der Abstand zwischen den Elektroden 4, 5 immer noch so groß sein, dass die Spitze der oberen Elektrode 4 nicht Getränkeverschlusskappen 2 eintauchen muss und die Getränkeverschlusskappen 2 ohne Hindernisse durch die Elektrodenanordnung 3 geführt werden können. Zur Ermittlung, ob es sich bei dem Durchschlag um einen über die Luftstrecke 10 oder die Kriechstrecke 9 erfolgten handelt, ist weiter ein Mittel 19 zur Messung eines akustischen Signals vorgesehen, welches durch den Durchschlag erzeugte akustische Signale aufnehmend und auswertend ist. So ist die vom Durchschlag zurückgelegte Strecke aufgrund des Signalverlaufs und/oder des Spektrums des akustischen Signals des Durchschlages feststellbar.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Die Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform der ersten beiden Figuren insbesondere dahingehend, dass die Transportvorrichtung neben der Rutschfläche 11 ein Transportband 12 aufweist, was auf der Rutschfläche 11 geführt ist. Das Transportband 12 ist dabei gelocht, sodass durch die Löcher ein Unterdrück gezogen wird und die Getränkeverschlusskappen 2 so auf dem Transportband 12 gehalten werden. Zudem weist die Vorrichtung 1 eine Vereinzelungsvorrichtung 13 auf, welche in der dargestellten Ausführungsform als Wippenvereinzelungsvorrichtung ausgestaltet ist. Durch die Vereinzelungsvorrichtung 13 werden die Getränkeverschlusskappen 2 in einem stets gleichen Abstand voneinander getrennt. Dadurch ist ermöglicht, dass der Hochspannungspuls in der Elektrodenanordnung 3, von der hier lediglich eine Elektrode dargestellt ist, gleich getaktet erzeugt werden kann. Zudem kann die Entladung entsprechend der Löcher im Transportband 12 getaktet werden, sodass die Entladung bei einem Loch der Getränkeverschlusskappe 2 stets über die Elektrodenanordnung 3 ungehindert erfolgen kann. Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer dritten Ausführungsform. Diese Ausführungsform weist wie auch die in Fig. 3 dargestellte eine Transportvorrichtung auf, wobei diese neben einer hier nicht dargestellten Rutschfläche ein Sternrad 18 aufweist. Dessen radiale Ausnehmungen sind dazu geeignet,

Getränkeverschlusskappen in einem vordefinierten Abstand zueinander zu vereinzeln und entlang der radialen Außenfläche des Sternrades 18 um dessen Drehachse zu transportieren. Dazu ist die Elektrodenanordnung 3 derart angeordnet, dass die durch das Sternrad 18 bewegten Getränkeverschlusskappen zwischen die Elektroden 4, 5 verbracht werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

Vorrichtung

Getränkeverschlusskappe

Elektrodenanordnung

Erste Elektrode

Zweite Elektrode

T ransportvorrichtung

Hochspannungskondensatorzündung

Auswerteeinheit

Kriechstrecke

Luftstrecke

Rutschfläche

Transportmittel

Vereinzelungsvorrichtung

Sensor

Steuereinheit

Hochspannungsfeedbackvorrichtung

Mittel zur Beeinflussung der Ionisierung der Luft Sternrad

Mittel zur Messung eines akustischen Signals

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Vorrichtung (1 ) zur Überprüfung von Formteilen, insbesondere Getränkeverschlusskappen (2) auf Verarbeitungsfehler, aufweisend eine Elektrodenanordnung (3) gebildet aus zwei aufeinander zuweisenden Elektroden (4, 5), eine Transportvorrichtung (6) zum Transport der Getränkeverschlusskappen (2) durch die Elektrodenanordnung (3), eine Spannungsquelle, welche nur mit einer der beiden Elektroden (4, 5) verbunden und pulsartig eine Hochspannung erzeugend ist, und eine Auswerteeinheit (8), welche den Strom an der anderen der beiden Elektroden (4, 5) misst, dadurch gekennzeichnet, dass die andere der beiden Elektroden (4, 5) geerdet ist und die Spannungsquelle durch eine Hochspannungskondensatorzündung (7) bereitgestellt wird.

2. Vorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis eines Zündtransformators der Hochspannungskondensatorzündung (7) etwa 1 :135 beträgt.

3. Vorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (4, 5) jeweils eine kegelförmige Spitze aufweisen, insbesondere mit einem Öffnungswinkel des Kegels kleiner als 45°, besonders bevorzugt gleich 40°.

4. Vorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Elektroden (4, 5) axial verschiebbar gelagert ist.

5. Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Elektroden (4, 5) derart gewählt ist, dass im Benutzungsfall eine Kriechstrecke (9) entlang einer Wandung der Getränkeverschlusskappe (2) mindestens doppelt so lang ist wie eine Luftstrecke (10), die sich bei Vorhandensein eines Verarbeitungsfehlers der Getränkeverschlusskappe (2) ergibt.

6. Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportvorrichtung (6) aus einer elektrisch isolierenden Rutschfläche (11 ) und Transportmitteln (12) gebildet ist.

7. Vorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportmittel (12) als Transportband, insbesondere als gelochtes Transportband ausgebildet sind, wobei das Transportband auf der Rutschfläche (11 ) geführt ist, wobei die Vorrichtung (1 ) insbesondere weiter eine Vereinzelungsvorrichtung (13) aufweist, insbesondere eine Wippenvereinzelungsvorrichtung.

8. Vorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportmittel (12) als Sternrad (18) ausgebildet sind, wobei die in dem Sternrad (18) aufgenommenen Getränkeverschlusskappen (2) auf der Rutschfläche (11) aufliegend sind.

9. Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) weiter mindestens einen Sensor (14) aufweist, welcher die Temperatur der Getränkeverschlusskappen vor dem Bereich zwischen den beiden Elektroden (4, 5) und/oder der Umgebungsluft im Bereich zwischen den beiden Elektroden (4, 5) und/oder die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft im Bereich zwischen den beiden Elektroden (4, 5) misst.

10. Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (19) zur Messung eines akustischen Signals erzeugt durch einen Durchschlag aufweist.

11 . Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) eine Steuereinheit (15) aufweist, mit der die von der Hochspannungskondensatorzündung (7) erzeugte Spannung regulierbar ist.

12. Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Hochspannungskondensatorzündung (7) erzeugte Spannung bis zu

50 kV, insbesondere 35-45 kV beträgt.

13. Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) weiter eine Hochspannungsfeedbackvorrichtung (16) aufweist, aufweisend einen Spannungsteiler und eine Feedback-Auswerteeinheit.

14. Vorrichtung (1 ) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) weiter Mittel (17) zur Ionisierung der Luft im Bereich zwischen den beiden Elektroden (4, 5) aufweist.