DE2814064B2

DE2814064B2 - Verfahren und Einrichtung zum Prüfen von abgeschlossenen Behältern auf Dichtigkeit

Info

Publication number: DE2814064B2
Application number: DE2814064A
Authority: DE
Inventors: Michio Naruto Tokushima Kakumoto; Hirosi Naruto Tokushima Nakagawa; Eizi Tokushima Oe
Original assignee: Otsuka Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1977-11-30
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1980-05-14
Also published as: JPS5737027B2; DE2814064C3; GB1601797A; DE2814064A1; JPS5476284A; US4243932A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von abgeschlossenen Behältern aus elektrisch isolierendem Material mit einem elektrisch leitenden Inhalt auf Dichtigkeit, bei dem an einen zu prüfenden Behälter von außen her zwischen einer ersten Elektrode einerseits und iwei zweiten Elektroden andererseits ein elektrisches Hochspannungsfeld angelegt und der sich dadurch über die beiden zweiten Elektroden ergebende Entladungsstrom bestimmt und als Kriterium für die Dichtigkeit des zu prüfenden Behälters herangezogen wird.

In erster Linie eignet sich die Erfindung zum Prüfen von abgedichteten Behältern wie beispielsweise Ampullen aus Kunststoff, Glas od. dgl. auf kleine Löcher, durch die der Behälterinhalt, beispielsweise eine parenterale Lösung oder destillierte Nährflüssigkeit, austreten kann.

Ein für diesen Zweck bestimmtes Prüfverfahren und Vorrichtungen zu seiner Durchführung bilden den Gegenstand der DE-OS 27 15 399; dabei wird als Kriterium für die Dichtigkeit des jeweils zu prüfenden Behälters die Größe und der zeitliche Verlauf eines Neutralisierungsstromes verwendet, der zwischen zwei Elektroden fließt, von denen die eine an dem zu prüfenden Behälter anliegt und die andere diesem Behälter an anderer Stelle gegenübersteht. Dieser Neutralisierungsstrom seinerseits wird in der Weise erhalten, daß der Behälter zunächst zwischen den beiden Elektroden aus einer Gleichspannungsquelle von hoher Spannung aufgeladen und sodann mittels einer Funkenentladung zu einer von gegebenenfalls mehreren Hilfselektroden wieder entladen wird, wobei die jeweils wirksame Hilfselektrode entweder durch mechanische Ortsveränderung oder durch elektrische Anschaltung in bezug auf den Behälter aktiviert wird. Der während der Funkenentladung an der Hilfselektrode durch die am Behälter anliegende Elektrode fließende Neutralisierungsstrom zeigt ebenso wie der sich nach der anschließenden Desaktivierung der Hilfselektrode ergebende Ladungsstrom je nach den Kapazitäts- und Leitungsbedingungen an dem zu prüfenden Behälter Unterschiede in Größe und zeitlichem Verlauf, und es kann durch einen Vergleich mit den entsprechenden Werten für einen einwandfreien Behälter abgeschätzt werden, ob und gegebenenfalls in welcher Weise der jeweils zu prüfende Behälter Abweichungen von dem

gewünschten Normalzustand zeigt Voraussetzung für die Erzielung brauchbarer Ergebnisse sind eine genaue Positionierung des jeweils zu prüfenden Behälters relativ zu den verschiedenen Elektroden, da davon Größe und Verlauf der als Kriterien verwendeten Ströme entscheidend abhängen, und eine ausreichende Erfahrung in der Beurteilung der erhaltenen Meßströme nach Größe und zeitlichem Verlauf im Vergleich zu den entsprechenden Werten für einwandfreie Behälter. Daneben ergeben sich noch Beschränkungen durch die Notwendigkeit eines Arbeitens mit Meßgleichstrom und in der zeitlichen Messungsdurchführung, die einen kontinuierlichen Durchlauf von zu prüfenden Behältern ausschließt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, auf dem sich eine sichere und zuverlässige Beurteilung von Behältern hinsichtlich ihrer Dichtigkeit ohne spezielle Erfahrung des Bedienungspersonals und bei kontinuierlichem Durchlauf der Prüflinge in kurzer Zeit und bei geringem Arbeitsaufwand gewinnen läßt

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die zwischen der ersten Elektrode einerseits und den zwei zweiten Elektroden andererseits entlang des zu prüfenden Behälters (4) auftretenden Entladungsströme gleichzeitig erfaßt werden und daß die Differenz zwischen diesen Entladungsströmen bestimmt und als einziges Kriterium für die Dichtigkeit des zu prüfenden Behälters benützt wird.

Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders günstige Einrichtung kennzeichnet sich dadurch, daß die zwei zweiten Elektroden über je ein eigenes Impedanzglied an eine Stromversorgungseinheit für die Anlage eines Hochspannungsfeldes angeschlossen und außerdem einzeln mit einem Beurteilungsglied für die getrennte Erfassung der sich entlang des zu prüfenden Behälters zwischen der ersten Elektrode einerseits und der einen und der anderen der zweiten Elektroden andererseits ergebenden Entladungsströme und die Bestimmung der Differenz dieser Ströme als Kriterium für die Dichtigkeit des zu prüfenden Behälters gekoppelt sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen einer solchen Einrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 6.

Beim Arbeiten gemäß der Erfindung werden gleichzeitig zwei verschiedene Entladungsströme erhalten, von denen der eine zwischen der ersten Elektrode einerseits und Jer einen zweiten Elektrode andererseits fließt, während der andere zwischen der ersten Elektrode einerseits und der zweiten zweiten Elektrode andererseits fließt. Bei einem porenfreien Behälter sind diese Entladungsströme beides Koronaentladungsströme, während bei einem Behälter mit Löchern der eine dieser Entladungsströme ein Funkenentladungsstrom ist. Da sich nun Funkenentladungsströme von Koronaentladungsströmen durch einen vielfach höheren Intensitätswert unterscheiden, !äßt sich anhand der Differenz der beiden Entladungsströme ohne weiteres und mit Sicherheit erkennen, ob ein geprüfter Behälter dicht, also lochfrei ist oder nicht.

Dabei gibt es keinerlei Beeinflussung des Prüfergebnisses durch Unterschiede in der Wandstärke der zu prüfenden Behälter, durch Abweichungen in der Lage der Behälter relativ zu den für die Prüfung verwendeten Elektroden oder durch Oberflächenfehler an den Prüflingen. Des weiteren kann sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom gearbeitet werden, und schließlich gestattet die Messungsdurchführung auch einen kontinuierlichen Durchlauf der zu prüfenden Behälter durch die Prüfeinrichtung und damit ein fortlaufendes Messen bzw. Prüfen mit geringstem Zeit- und Arbeitsaufwand.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird

nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Erfindung veranschaulicht und mit der bisher üblichen Prüfmethode in Beziehung gesetzt sind; es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Einrichtung zur Durchführung eines Prüfverfahrens bisheriger Art,

F i g. 2 schematisch ein Blockschaltbild einer der Einrichtung gemäß F i g. 1 elektrisch äquivalenten Schaltung,

Fig.3 schematisch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens,

Fig.4 schematisch ein Blockschaltbild einer der Einrichtung gemäß Fig.3 elektrisch äquivalenten Schaltung,

F i g. 5 eine Darstellung eines fehlerfreien Behälters während der Prüfung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig.6 eine Darstellung des Erfassungssignalwertes über der Zeit zur Darstellung des für den Behälter gemäß F i g. 5 erhaltenen Ergebnisses,

F i g. 7 einen fehlerhaften Behälter während dessen Prüfung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig.8 eine Darstellung des Erfassungssignalwertes jo über der Zeit zur Darstellung des für den Behälter gemäß F i g. 7 erhaltenen Ergebnisses,

F i g. 9 eine Darstellung der Beziehung zwischen dem Annahmesignalwert und dem Zurückweisungssignalwert, die für das erfindungsgemäße Verfahren erhalten η wird,

Fig. 10 eine Darstellung der Beziehung zwischen dem Annahmesignalwert und dem Zurückweisungssignalwert, die für das herkömmliche Verfahren erhalten wird,

4(i Fig. 11 schematisch ein Blockschaltbild einer der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß Fig.3 bei fehlerfreiem Behälter elektrisch äquivalenten Schaltung,

Fig. 12 schematisch ein Blockschaltbild einer der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß F i g. 3 bei 4> fehlerhaftem Behälter elektrisch äquivalenten Schaltung,

Fig. 13 ein Blockschaltbild einer der herkömmlichen Einrichtung äquivalenten elektrischen Schaltung, korrespondierend zur Darstellung gemäß Fig. 11,
w Fig. 14 einen einzigen unabhängigen Behälter bei dessen Prüfung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 15 einen kontinuierlichen Satz von fünf Behältern während der Prüfung gemäß dem erfindungsgemä-Ben Verfahren,

Fig. 16 eine Darstellung des Erfassungssignal wertes (Spannung) über der Zeit gemäß der Erfindung, wenn feine Löcher mit jeweils gleichem Abstand von den zweiten Elektroden angeordnet sind,
M) Fig. 17 eine Darstellung dei Erfassungssignalwertes (Spannung) über der Zeit gemäß dem herkömmlichen Verfahren zur Darstellung der Änderungen des Erfassungssignal wertes,

^rig. 18, 19 schematisch Darstellungen anderer μ Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der jede zweite Elektrode mehrere Elektrodenelemente aufweist,

F i g. 20 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel

der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der eine zweite Elektrode mehrere Elektrodenelemente aufweist, während die andere zweite Elektrode ein einziges Elektrc-denelement besitzt.

Zunächst seien anhand von F i g. 1,2 und 17 das bisher übliche Prüfverfahren und seine Durchführung geschildert. Dabei zeigt F i g. 1 den schematischen Aufbau der entsprechenden Anordnung und F i g. 2 einen dazu äquivalenten Schaltkreis. F i g. 1 zeigt einen zu prüfenden Behälter 4, der zwischen einer ersten Elektrode 10 und einer zweiten Elektrode 20 angeordnet ist. Die zweite Elektrode 20 ist mit einem Anschluß eines Impedanzglieds 70 verbunden. Eine Wechselstromversorgung 60 ist mit der Elektrode 10 und dem anderen Anschluß des Impedanzglieds 70 verbunden. Ein Beurteilungsglied 50 ist an das Impedanzglied 70 angekoppelt. Ein Anschluß der Stromversorgung 60 ist geerdet. Die herkömmliche Einrichtung bzw. Anordnung ist auch so zu betrachten, daß sie der elektrischen Schaltung gemäß F i g. 2 äquivalent ist, in der dargestellt sind die Kapazität Ci₀ zwischen der ersten Elektrode 10 und dem Inhalt des Behälters 4, die Kapazität C20 zwischen der zweiten Elektrode 20 und dem Inhalt und der elektrische Widerstand R des Inhalts.

Wenn eine Spannung über die Elektroden 10 und 20 bei dieser Anordnung eingeprägt wird, fließt ein Koronaentladungsstrom i, über die Elektroden, wenn der Behälter 4 kein feines Loch besitzt, während die Spannung einen Funkenentladungsstrom /2 über die Elektroden 10,20 bei Vorhandensein eines feinen Lochs erzeugt. Da gilt /₂>/i ist ein Schwellenwert Z₅, ein definierter Bezugswert, mit der Beziehung i2> i_s> i\ vorgegeben für die Nachprüfung derart, daß, wenn der über die Elektroden 10, 20 für den Behälter 4 erfaßte Entladungsstrom größer als i_s ist, das Ergebnis das Vorhandensein eines feinen Lochs anzeigt, während dann, wenn er kleiner als /_s ist, der Behälter 4 als kein feines Loch aufweisend anzusehen ist.

Dieses herkömmliche Prüfverfahren ist nur brauchbar wendbar, wenn ein großer Unterschied zwischen dem Koronaentladungsstrom und dem Funkenentladungsstrom besteht, jedoch ist die tatsächliche Differenz dazwischen nicht so groß wie erwartet Das Verhältnis des Signalwerts für Zurückweisung und des Signalwerts für Annahme, d. h. das Verhältnis S/N bzw. i₂li\ beim erläuterten herkömmlichen Verfahren, beträgt nämlich bis etwa 2, und es hängt von der Art der geprüften Behälter ab. Dies bedeutet jedoch, daß eine erhebliche Wahrscheinlichkeit für eine Fehlbeurteilung gegeben ist

Darüber hinaus führt das herkömmliche Verfahren zu sich stark ändernden Erfassungssignalwerten unter dem Einfluß von Änderungen der Wanddicke des Behälters, von Oberflächenschmutz darauf oder von Fehlern beim Positionieren des Behälters zwischen den Elektroden. Daher besteht, wenn ein hoher Schwellenwert i_s verwendet wird, eine starke Tendenz zu fälschlicher Annahme als einwandfrei. Andererseits wird, wenn ein niedriger Schwellenwert /_s verwendet wird, es wahrscheinlicher, fehlerhaft einen annehmbaren Gegenstand zurückzuweisen. Das ist am besten aus Fig. 17 ersichtlich, wo die Erfassungssignalwerte in Spannungswerten dargestellt sind, die beim Prüfen von eine parenterale Lösung enthaltenden Raschen erhalten worden sind. Die ausgezogene Linie zeigt eine ideale fehlerfreie oder einwandfreie Flasche, die gestrichelte Linie eine fehlerhafte Flasche, d. h. eine Zurückweisung, und die strichpunktierte Linie eine üblicherweise zulässige oder annehmbare Flasche. Fig. 17 zeigt, daC der Spannungswert für eine annehmbare Flasche naht dem für die Zurückweisung ist und daß eine Fehlbeurteilung leicht auftreten kann, abhängig von" ^r) verwendeten Schwellenwert. In Fig. 17 ist die Zeil längs der Abszisse der Darstellung aufgetragen, wöbe jedoch nicht die Phasendifferenz gezeigt ist, um der Maximalwert des Wellenverlaufs wiederzugeben.

Gemäß F i g. 3 enthält eine Einrichtung zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erste Elektrode 1 und zwei zweite Elektroden 2 und 3. Die erste Elektrode 1 enthält hier ein einziges Elektrodenelement und jede der zweiten Elektroden 2, 3 besitzt hier ein einziges Elektrodenelement. Die zweiter Elektroden 2, 3 sind gleichbeabstandet von der erster Elektrode 1 entfernt. Der zu prüfende Behälter 4 isl zwischen der ersten Elektrode 1 und den zweiten Elektroden 2,3 angeordnet. Die eine zweite Elektrode 2 ist mit einem Anschluß eines ersten Impedanzglieds 71 verbunden. Die andere zweite Elektrode 3 ist mit einem Anschluß eines zweiten Impedanzglieds 72 verbunden, das parallel zum ersten Impedanzglied 71 angeordnet ist. Eine Stromversorgungseinheit 6 enthält einen Zusatztransformator 64, der weiter unten näher erläutert wird. Die Sekundärwicklung des Zusatztransformators 64 ist mit der ersten Elektrode 1 und mit den anderen Anschlüssen der Impedanzglieder 71, 72 verbunden. Um sicheren Betrieb sicherzustellen, sind die letzteren Anschlüsse der Impedanzglieder 71, 72 geerdet. Die Stromversorgungseinheit 6 weist weiter eine Wechselstromversorgung 61, einen Oszillator 62 zur Erzeugung der erwünschten Wechselsignalform aus dem Ausgangssignal der Stromversorgung 61 und auch zum Erhöhen der Frequenz des Ausgangssignals, einen Verstärker 63 zum Verstärken des Ausgangssignals vom Oszillator 62 und den erwähnten Zusatztransformator 64 auf zur Erzeugung der gewünschten Hochspannung aus dem Verstärkerausgangssignal an dessen Sekundärwicklung. Auf diese Weise erzeugt die Stromversorgungseinheit 6 aus irgendeiner Niederspannung und irgendeiner niederfrequenten Welle die gewünschte Hochspannung und gewünschte Hochfrequenzwelle in der Sekundärwicklung des Zusatztransformators 64. Die Stromversorgungseinheit 6 erreicht eine Spannung, die abhängig von der Größe und dem Werkstoff des zu prüfenden Behälters 4 eingestellt worden ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung enthält weiter ein Beurteilungsglied 5 zum einzelnen Erfassen der beiden Entladungsstromflüsse, die am Behälter 4 erzeugt worden sind, und zur Beurteilung, ob der Behälter 4 ein feines Loch oder eine Gasblase besitzt oder nicht. Insbesondere erfaßt das Beurteilungsglied 5 einzeln den von der ersten Elektrode zur einen zweiten Elektrode 2 fließenden Strom und den von der ersten Elektrode 1 zur anderen zweiten Elektrode 3 fließenden Strom und setzt die Differenz zwischen den Strömen in die Differenz zwischen den Spannungen über den Anschlüssen der Impedanzglieder 71 und 72 um. Das Beurteilungsglied 5 enthält einen Differenzverstärker 51, der mit den zweiten Elektroden 2 und 3 verbunden ist, einen Wellenformwandler 52 zum Herausführen lediglich von Wellenformen, die höher als ein vorgegebener Pegel sind, aus dem Ausgangssignal des Verstärkers 51, eine Absolutwertschaltung 53 um die Ausgangswellen oder Signale des Wellenformwandlers 52 in positiver oder negativer Richtung anzuordnen und einen Vergleicher 54 oder Spannungspegeldetektor, der mit der Absolutwertschaltung 53 verbunden ist

Fig. 4 zeigt eine zur Einrichtung gemäß Fig. 3 elektrisch äquivalente Schaltung, mit einem Kondensator Ci zwischen der ersten Elektrode 1 und dem Inhalt des zu prüfenden Behälters 4, einem Kondensator C? zwischen der einen zweiten Elektrode 2 und dem Inhalt, einem Kondensator Ci zwischen der anderen zweiten Elektrode 3 und dem Inhalt und einem Widerstand R des Inhalts. In der äquivalenten Schaltung wird die Impedanz des geschlossenen Kreises aus erster Elektrode 1 — Behälter 4 — erster zweiter Elektrode 2 — erstem Impedanzglied 71 — Stromversorgungseinheit 6 — erster Elektrode 1 im wesentlichen gleich der Impedanz des geschlossenen Kreises aus erster Elektrode 1 — Behälter 4 — zweiter zweiter Elektrode 3 — zweitem Impedanzglied 72 — Stromversorgungseinheit 6 — erster Elektrode 1 gemacht. Das Impedanzglied 71 ist äquivalent dem Impedanzglied 72. Die Kondensatoren Ci und Ci werden im wesentlichen einander gleich gemacht. Die Impedanzen der Impedanzglieder 71 und 72 sind so klein, daß sie bezüglich der Impedanzen von Ci, C2, Ci und Widerstand R vernachlässigbar sind.

Wenn eine Spannung über die erste Elektrode 1 und die zweiten Elektroden 2, 3 für einen fehlerfreien Behälter 4, d. h. einen keine feine Löcher aufweisenden Behälter 4 eingeprägt wird, werden Koronaentladungsströme /3 und /4 über dem Behälter 4 wie in Fig.5 dargestellt, erzeugt. Wenn C| = C2, sind die Ströme /3 und /4 theoretisch gleich. Der tatsächliche Prüfbetrieb erreicht jedoch einen bestimmten Unterschied zwischen jo den Strömen /3 und /4, da jedoch die Ströme /3 und /4 gleichzeitig an einem einzigen zu prüfenden Behälter 4 erfaßt werden, ist der Unterschied zwischen den erfaßten Werten im wesentlichen frei vom Einfluß von Änderungen durch die Wanddicke des Behälters, durch Schmutz auf dessen Oberfläche oder durch die Positionierung des Behälters 4 zwischen den Elektroden 1, 2, 3 hervorgerufenen Fehlern. Folglich ist der Unterschied zwischen /3 und i_A nahezu Null. F i g. 6 zeigt eine Darstellung des Unterschiedes, dargestellt in Spannungswerten, zwischen den an einem fehlerfreien Behälter 4 erfaßten Strömen. Die Darstellung zeigt, daß ein kleiner oder gar kein Unterschied zwischen den erfaßten Werten besteht.

Wenn der Behälter 4 ein feines Loch besitzt und fehlerhaft ist, wird ein Koronaentladungsstrom /j an einer Seite des Behälters 4, an der kein feines Loch vorliegt, erzeugt und tritt ein Funkenentladungsstrom /4 an der anderen Seite auf, an der das feine Loch vorhanden ist, wie in F i g. 7 dargestellt. Der Funkenentladungsstrom U ist größer als der Koronaentladungsstrom /j, weshalb ein merklicher Unterschied dazwischen besteht. Fig.8 zeigt eine Darstellung des Unterschiedes bei Umsetzung in Spannungswerte zwischen den an dem fehlerhaften Behälter 4 erfaßten Strömen. Der deutliche oder merkbare Unterschied ist offensichtlich zu erkennen.

Wenn der Behälter 4 mehrere feine Löcher an einer seiner Seiten besitzt, tritt eine Funkenentladung an dem feinen Loch auf, das den geringsten Abstand zu einer eo der zweiten Elektroden 2,3 besitzt, während die andere Elektrode 3, 2 lediglich eine Koronaentladung erzeugt, wodurch ein Differenzausgangssignal erhalten werden kann. Wenn weiter mehrere feine Löcher nahe den zweiten Elektroden 2 bzw. 3 vorhanden sind, tritt eine Funkenentladung lediglich an einem feinen Loch auf, das den geringsten Abstand von den Elektroden 2 oder 3 besitzt In diesem Fall, wenn beispielsweise die Elektrode 3 die Funkenentladung erzeugt, tritt lediglich eine Koronaentladung der Elektrode 2 auf, wodurch ein differentielles oder Differenzausgangssignal erreicht wird. Wenn feine Löcher mit gleichem Abstand von den Elektroden 2 bzw. 3 angeordnet sind, erzeugen die Elektroden 2 und 3 abwechselnd Funkenentladung, was ein Differenzausgangssignal ergibt. Fig. 16 zeigt eine Darstellung des Erfassungssignalwertes (Spannung) über der Zeit zur Darstellung der Spannungswellenformen oder Signalverläufe, die die Elektroden 2 und 3 abgeben. In Fig. 16 sind dargestellt ein Spannungssignalverlauf 8 für die Elektrode 2 und ein Spannungssignalverlauf 9 für die Elektrode 3. Daraus ergibt sich, daß bei einem Abschnitt 10 der Abszisse eine Funkenentladung lediglich an der Elektrode 3 auftritt, während an einem Abschnitt 11 der Abszisse eine Funkenentladung lediglich an der Elektrode 2 auftritt.

Bei der erläuterten erfindungsgemäßen Einrichtung erfaßt das Beurteilungsglied 5 die Ströme /3 und U einzeln und setzt die Differenz dazwischen in einen Spannungswert um. Der umgesetzte Wert zeigt das NichtVorhandensein von feinen Löchern an, wenn er Null oder nahezu Null ist, oder das Vorhandensein eines feinen Loches oder von feinen Löchern an, wenn er groß ist. Da das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von feinen Löchern aufgrund eines Vergleiches zwischen den Entladungsströmen bestimmt werden kann, die am geprüften Behälter 4 erfaßt werden, erfordert die erfindungsgemäße Einrichtung theoretisch nicht stets die Verwendung eines Schwellenwertes, jedoch kann ggf. die Differenz zwischen den erfaßten Werten mit einem Schwellenwert zur Beurteilung verglichen werden.

Während das erläuterte erfindungsgemäße Verfahren auf einen einzigen unabhängigen zu prüfenden Behälter anwendbar ist, wie das in den F i g. 3 und 14 dargestellt ist, ist das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise zweckmäßig für mehrere seitlich miteinander zu einer Gruppe oder einem Satz verbundenen Behältern, wie das in Fig. 15 dargestellt ist. Im letzteren Fall werden die gruppierten oder miteinander verbundenen Behälter zwischen den Elektroden nacheinander zur Prüfung angeordnet. Vorzugsweise sind die zweiten Elektroden 2, 3 gemäß Fig. 15 biegsam, derart, daß keine Störung bei der Förderung der Behälter 4, AA, AB auftritt.

F i g. 9 zeigt eine Darstellung der Beziehung zwischen Annahmesignalwerten X und Zurückweisungssignalwerten Y, die von dem Differenzsystem gemäß der Erfindung erhalten werden. Diese Annahme- und Zurückweisungssignalwerte werden jeweils durch Umsetzen der Differenz zwischen den erfaßten Strömen h und u, in einen Spannungswert erhalten. Fig. 10 zeigt eine Darstellung der Beziehung zwischen Annahmesignalwerten X' und Zurückweisungssignalwerten V, die gemäß dem herkömmlichen Verfahren bestimmt sind. In ähnlicher Weise sind diese Signalwerte in Form von Spannungen dargestellt Die Signalwerte gemäß F i g. 9 und 10 wurden auf folgende Weise erhalten. Es wurden sieben Sätze oder Gruppen von abgedichteten Polyäthylen-Behältern geprüft, die eine nichtelektrolytische Zuckerlösung enthielten, wobei jeder Satz oder jede Gruppe fünf miteinander seitlich verbundene Behälter aufwies (vgL F i g. 15). In jeder der Sätze oder Gruppen von Behältern war der erste Behälter AA frei von jedem feinen Loch und war der benachbarte zweite Behälter AB fehlerhaft (vgl. Fig. 15). Der annehmbare Behälter AA und der zurückzuweisende Behälter AB jedes Satzes

wurde gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft zur Bestimmung der Annahmesignalwerte X und Zurückweisungssignalwerte Y für die sieben Paare. Aufgrund der erhaltenen Ergebnisse wurden sieben Punkte (X, Y) auf einer Darstellung gemäß Fig.9 aufgetragen. In gleicher Weise wurden die zulässigen oder annehmbaren Behälter AA und die zurückzuweisenden Behälter 4ß jedes Satzes gemäß dem herkömmlichen Verfahren geprüft zur Bestimmung von Annahmesignalwerten X'und Zurückweisungssignalwerten Y' für die sieben Paare und wurden sieben Punkte (X', Y') auf einer Darstellung wie gemäß Fig. 10 aufgetragen. Die Signalwerte wurden mittels eines Synchronoskops zur Messung von Spannungen gemessen.

Fig.9 zeigt, daß die durch das Differenzverfahren gemäß der Erfindung erhaltenen Annahmesignalwerte im Bereich von 0 bis 50 mV liegen und daß die entsprechenden Zurückweisungssignalwerte im Bereich von 200 bis 300 mV liegen, weshalb das Verhältnis S/N zwischen 4 und 10 liegt. Fig. 10 zeigt, daß die Verhältnisse S/N, die durch das herkömmliche Verfahren erreichbar sind, bei 1,6 bis 2,0 liegen. Daraus folgt, daß das erfindungsgemäße Verfahren außerordentlich günstig ist.

Mit Bezug auf die Fig. 11 bis 13 werden die Unterschiede zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem herkömmlichen Verfahren im folgenden erläutert unter Verwendung von mathematischen Gleichungen. F i g. 11 zeigt eine der erfindungsgemäßen Einrichtung (vgl. F i g. 3) elektrisch äquivalente Schaltung, wenn der Behälter 4 keinerlei feine Löcher aufweist, Fig. 12 zeigt eine der erfindungsgemäßen Einrichtung (Fig.3) elektrisch äquivalente Schaltung, wenn der Behälter mit einem feinen Loch zurückzuweisen ist, und Fig. 13 zeigt eine der herkömmlichen Einrichtung elektrisch äquivalente Schaltung entsprechend der Schaltung gemäß F i g. 11. Die Impedanz der Impedanzglieder 71, 72 gemäß Fig.3 besitzt den Impedanzwert Z in den F i g. 11 und 12. Die Koronaentladungsströme /3 und /4, die auf einen annehmbaren Behälter erzeugt werden, sind die Ströme Ib und Ic in Fig. 11. Der Funkenentladungsstrom und der Koronaentladungsstrom, die auf einen zurückzuweisenden Behälter erzeugt werden, sind in F i g. 12 die Ströme Ib' bzw. Ic'.

Ein Beispiel einer einfachen Analyse aufgrund der Wechselstromtheorie wird im folgenden erläutert, wobei die eingeprägte Spannung eine Sinuswelle ist.

Wenn der erfindungsgemäß geprüfte Behälter keine feinen Löcher aufweist (F i g. 11), wobei die Impedanz Z so klein ist, daß sie gegenüber den Impedanzen von Ci, Ci, Ci und R vernachlässigbar ist, sind die Spannungen an den Punkten b und C-.

ίο

beträgt das Differenzausgangssignal für den fehlerfreien Behälter:

= Vb ~ Vc = 0(K).

Wenn der Behälter 4 ein feines Loch besitzt (vgl. Fig. 12), das beispielsweise nahe C2 liegt, tritt eine Funkenentladung zwischen dem feinen Loch und der betrachteten Elektrode auf. Der erzeugte Strom enthält den Strom aufgrund des Flusses von Ionen, die aufgrund des Durchschlags von Luft freigesetzt sind, wobei dieser Strom größer ist als der sich von dem Kondensator ergebende Verschiebungsstrom. Der Kondensator bzw. die Kapazität Ci kann als Widerstand R' angenommen werden, für den gilt:

mit/=/'

V = Spannung über den entgegengesetzten Endendes

Entladungsweges und
/ = Strom über den Entladungsweg.

Der Absolutwert von R' ist erheblich kleiner als der Absolutwert der durch C₂ gegebenen Impedanz. Folglich steht die als fl'interpretierte Kapazität C₂ nicht in Gegensatz zur Erläuterung, daß das erzeugte Ungleichgewicht ein Differenzausgangssignal ergibt.

Die Spannungswerte an den Punkten bund cund das Differentialausgangssignal V₀, die sich aufgrund des Vorhandenseins eines feinen Loches ergeben, ergeben sich zu:

Vb = Z- lh', Vc = Z- Ic',

daraus folgt:

Vo = Z- (Ib' - Ic'),
mit

la' =

R'

j,..C₁

./'"Cj

R' + —■

j,.,Cs

Ib' = Ia'

R' +

Vb = Z

Vc = Z-

ο" ^{+ R}

mit E = angelegte Spannung.

C₂ und C₃ sind die zwischen dem Behälter 4 und den zweiten Elektroden 2,3 vorhandenen Kapazitätswerte. Da die Elektroden 2,3 so ausgebildet sind, daß C₂=C₃,

Ic' = Ia'

R' +

J'

Auf dieses Weise ist bei Vorhandensein eines feinen Loches das sich ergebende Differenzausgangssignal nicht Null, sondern ein Wert proportional zur Differenz zwischen Ib'und Ic'. Zusammenfassend ergeben gemäß dem Differenzsystem gemäß der Erfindung fehlerfreie Behälter theoretisch keine Ausgangsspannung, während fehlerhafte Behälter eine Ausgangsspannung von Z (Ib'-Ic') ergeben.

Wenn ein keine feine Löcher aufweisender Behälter gemäß dem herkömmlichen System (vgl. Fig. 13) geprüft wird, ergibt sich die Spannung Vb am Punkt b zu:

Vb = Z"

⁺ T7i

+ —-

2O

Im Fall eines fehlerhaften Behälters ist y ω Go ersetzbar durch /?", was dem Widerstand des Weges der Entladung durch das feine Loch entspricht. Im Ergebnis wird die folgende Gleichung erhalten:

Vb' = Z'

R"

Es bestehen die folgenden Unterschiede zwischen dem herkömmlichen Verfahren und dem Differenzverfahren gemäß der Erfindung. Beim herkömmlichen Verfahren zeigen die Gleichungen (3) und (4), daß die Spannung durch E, Qo und Cn beeinflußt wird. Insbesondere bringen die entweder an fehlerfreien Behältern oder an fehlerhaften Behältern erfaßten Signalpegel Veränderungen mit sich bezüglich des Schwellenwertes infolge von Änderungen der eingeprägten Spannung Esowie von Änderungen von Cio und C20 aufgrund sich ändernder Wanddicke des Behälters und aufgrund von Fehlern bei der Positionierung des Behälters. Folglich ist das herkömmliche Verfahren nicht geeignet für genauen Prüfbetrieb. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die Ausgangsspannung theoretisch vollständig unbeeinflußt von der eingeprägten Spannung E Selbst bei Behältern unterschiedlicher Wanddicken ergibt sich kein Einfluß auf das erfaßte Ergebnis, wenn der Behälter eine insgesamt erhöhte Dicke besitzt anstatt von örtlichen Änderungen, da Ci

da dann gleich C> ist. Während Behälter, bei denen C₂ nicht gleich C₁ ist, nichi die Gleichung (1) erfüllen, zeigt Fig.9 an, daß das Differenzausgangssignal Vo für fehlerfreie Behälter wesentlich kleiner ist als dasjenige

-1 für fehlerhafte Behälter. Folglich ist das erfindungsgemäße Verfahren dem herkömmlichen Verfahren sowohl vom Prinzip als auch von den tatsächlich erreichten Ergebnissen her gesehen überlegen.
Wenn auch bei der beschriebenen Einrichtung die erste Elektrode ein einziges Elektrodenelement besitzt, können mehrere Elektrodenelemente verwendet werden, abhängig von der Größe, der Form usw. des zu prüfenden Behälters, um eine verbesserte Prüfgenauigkeit mit einer zweckmäßigen Elektrodenanordnung

i") sicherzustellen.

In ähnlicher Weise kann eine oder können beide zweiten Elektroden mehrere Elektrodenelemente enthalten. So zeigen Fig. 18 und 19 Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen jede zweite Elektrode 2, 3

-¹Ii mehrere Elektrodenelemente aufweist. F i g. 20 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die eine zweite Elektrode 2 ein einziges Element und die andere zweite Elektrode 3 mehrere Elektrodenelemente aufweist. Den Elektrodenelementen sind die Impedanzglieder Z, bis Z₄ gemäß den F i g. 18 bis 20 zugeordnet.

Wenn auch Wechselspannung über die Elektroden beim erläuterten Verfahren eingeprägt wird, ist auch eine Gleichspannung beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar, wobei dann die Geschwindigkeit, mit

hi der der Behälter zwischen den Elektroden gefördert wird, geeignet bestimmt werden muß in bezug auf die dem Behälter inhärente Zeitkonstante R, C, wobei C eine kombinierte Kapazität darstellt.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren angewendet

r> werden soll, muß der Inhalt des zu prüfenden Behälters etwas Leitfähigkeit aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar, wenn der Widerstand des Inhalts ausreichend niedrig ist in bezug auf den Isolationswiderstand des Behälters.

Hierzu 10 Blatt ZcichnuniuMi

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Prüfen von abgeschlossenen Behältern aus elektrisch isolierendem Material mit einem elektrisch leitenden Inhalt auf Dichtigkeit bei dem an einen zu prüfenden Behälter von außen her zwischen einer ersten Elektrode einerseits und zwei zweiten Elektroden andererseits ein elektrisches Hochspannungsfeld angelegt und der sich dadurch über die beiden zweiten Elektroden ergebende Entladungsstrom bestimmt und als Kriterium für die Dichtigkeit des zu prüfenden Behälters herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der ersten Elektrode (1) einerseits und den zwei zweiten Elektroden (2, 3) andererseits entlang des zu prüfenden Behälters (4) auftretenden Entladitngsströme (h, ä) gleichzeitig erfaßt werden und daß die Differenz zwischen diesen Entladungsströmen bestimmt und als einziges Kriterium für die Dichtigkeit des zu prüfenden Behälters benützt wird.

2. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer ersten und zwei zweiten Elektroden für die Anlage eines elektrischen Hochspannungsfeldes an einen zu prüfenden Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei zweiten Elektroden (2 und 3) über je ein eigenes Impedanzglied (71,72) an eine Stromversorgungseinheit (6) für die Anlage eines Hochspannungsfeldes angeschlossen und außerdem einzeln mit einem Beurteilungs- in glied (5) für die getrennte Erfassung der sich entlang des zu prüfenden Behälters (4) zwischen der ersten Elektrode (1) einerseits und der einen und der anderen der zweiten Elektroden andererseits ergebenden Entiadungsströme (h bzw. A) und die r> Bestimmung der Differenz dieser Ströme gekoppelt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinheit (6) eine Wechselstromversorgung (6J), einen Oszillator (62) zur Erzeugung eines gewünschten Wechselsignalverlaufes aus dem Ausgangssignal der Wechselstromversorgung (61) und zum Erhöhen der Frequenz des Ausgangssignals, einen Verstärker (63) zum Verstärken des Ausgangssignals des Oszillators <r> (62) und einen Zusatztransformator (64) zum Erzeugen der gewünschten Hochspannung aus dem Ausgangssignal des Verstärkers (63) aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beurteilungsglied (5) -,0 einen Differenzverstärker (51), der mit den beiden zweiten Elektroden (2,3) verbunden ist,

einen Wellenformwandler (52), der aus dem Ausgangssignal des Verstärkers (51) lediglich die Wellenformen oder Signale weitergibt, die höher als « ein vorgegebener Pegel sind,

eine Absolutwertschaltung (53) zum Ordnen der Ausgangssignalverläufe des Wellenformwandler

(52) in positiver oder negativer Richtung und

einen Spannungspegeldetektor (54), der mit der mi Absolutwertschaltung (53) verbunden ist, aufweist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (1), die beiden zweiten Elektroden (2, 3), das erste und das zweite Impedanzglied (71,72) und die Stromver- h^r> sorgungseinheit (6) so gewählt und angeordnet sind, daß die Impedanz des geschlossenen Kreises aus erster Elektrode (1) — Behälter (4) — erster zweiter Elektrode (2) — erstem Impedanzglied (71) — Stromversorgungseinheit (6) — erster Elektrode (1) im wesentlichen gleich der Impedanz des geschlossenen Kreises aus erster Elektrode (1) — Behälter (4)

— zweiter zweiter Elektrode (3) — zweitem Impedanzglied (72) — Stromversorgungseinheit (6)

— erster Elektrode (1) ist

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Impedanzwerte des ersten und des zweiten Impedanzgliedes (71, 72) einander gleich und so klein sind, daß sie gegenüber der Impedanz der Kapazität (Q) zwischen der ersten Elektrode (1) und dem Inhalt des Behälters (4), der Impedanz der Kapazitäten (Ci und G) zwischen den beiden zweiten Elektroden (2, 3) einerseits und dem Inhalt des Behälters (4) andererseits und dem elektrischen Widerstand (R) des Inhalts des Behälters (4) vernachlässigbar sind, wobei die Kapazitäten (Ci und C3) im wesentlichen einander gleich sind.