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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen von Flüssigkeit
in einem Behälter
sowie einen Leerbehälterinspektor.
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Beim
Abfüllen
von Flüssigkeiten
in Behälter werden
die Behälter,
die beispielsweise Flaschen sein können, vor dem Abfüllen gereinigt.
Hierzu wird eine Reinigungsflüssigkeit,
beispielsweise eine Reinigungslauge, eingesetzt. Dabei ist sicherzustellen, dass
nach dem Reinigen und vor dem Abfüllen keine Reinigungsflüssigkeit
mehr in dem Behälter
vorhanden ist.
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Hierzu
ist beispielsweise aus der
DE
24 10 110 ein Verfahren bekannt, bei dem mittels seitlich
an einer Flasche angeordneter Elektroden die Dielektrizitätskonstante
des Behälters
bestimmt wird, wodurch Restflüssigkeit
erkannt werden kann. Bei der
DE
29 44 434 sind die Elektroden unterhalb des Behälters angeordnet.
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Weiterhin
ist aus der
DE 36 33 086 eine
Vorrichtung zur Prüfung
von Flaschen bekannt, bei der mit Mikrowellen, d. h. mit Frequenzen
im GHz-Bereich, der Füllstand
von Flaschen bzw. ein Rest von Reinigungslauge erkannt werden soll.
Hierzu wird eine Sende- und eine Empfangsantenne nebeneinander angeordnet.
Das Empfangssignal wird über eine
Diodenauskoppelung an eine Auswerte- und Anzeigeeinheit weitergeleitet.
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Hierbei
hat sich als nachteilig erwiesen, dass die Mikrowellenbauteile im
Einsatz, der Fertigung und die Frequenzfreigabe in verschiedenen
Ländern betreffend
problematisch sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Erkennen
von Flüssigkeit
sowie einen Leerbehälterinspektor
zu schaffen, die/der kostengünstig
ist, wenig Raumbedarf hat und zuverlässig arbeitet.
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Die
Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 einem Leerbehälterinspektor
nach Anspruch 6 gelöst.
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Beim
Einsatz eines Empfängers
nach dem Homodynkonzept wird das empfangene Signal mit einem frequenzgleichen
Signal (Lokaloszillator) gemischt. Die Mischprodukte werden einem
Tiefpassfilter zugeführt
und anschließend
verstärkt.
Die interessierende resultierende Frequenz beträgt nur wenige Hertz und wird
zeitlich moduliert durch den Flaschendurchsatz. Gemessen wird die
Laufzeitverzögerung der
unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten
bezüglich
der Wellenlänge λ. Die so
gewonnene reine DC-Komponente ist ein Maß für das detektierte Medium.
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Hierbei
ist es wichtig, dass die Frequenzen der beiden zu mischenden Signale
identisch sind, was am einfachsten dadurch erreicht werden kann, dass
nur ein Oszillator Verwendung findet, der die Frequenz für den Sender
und die Frequenz für
den Empfänger
zum Mischen vorgibt. Dazu ist vorzugsweise ein Koaxialkabel zwischen
Sender und Empfänger
vorgesehen, mit dem das Oszillationssignal vom Sender zum Empfänger übertragen
wird.
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Eine
kompakte Ausführungsform
ergibt sich hierbei dadurch, dass das Kabel, das zur Übertragung
des Oszillationssignals vorgesehen ist, auch zur Übertragung
einer Gleichspannung vorgesehen ist, mit der der Sender vom Empfänger mit
Energie versorgen wird.
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Eine
solche Vorrichtung zum Erkennen von Flüssigkeit, die einen Sender
und einen homodynen Empfänger
umfasst, kann Bestandteil eines Leerbehälterinspektors sein, der neben
der Inspektion mit dem Sender und dem homodynen Empfänger auch andere
Inspektionsschritte, wie beispielsweise eine optische Inspektion
mit einer Kamera, durchführen kann.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und der erfindungsgemäßen Verfahren
werden anhand der Figuren erläutert.
Dabei zeigt:
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1 eine schematische, dreidimensionale Darstellung
einer Vorrichtung zum Erkennen von Flüssigkeit in einem Behälter,
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2 eine schematische Darstellung
einer Vorrichtung zum Erkennen von Flüssigkeit in einem Behälter,
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3 eine schematische Darstellung
einer Vorrichtung zum Abfüllen
von Behältern.
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In 1 ist eine Vorrichtung zum
Erkennen von Flüssigkeit
in einem Behälter 2 gezeigt.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen Sender 3 und einen
homodynen Empfänger 4.
Die Vorrichtung ist bei einem Transportband 6 angeordnet,
auf dem Behälter 2 in Richtung 9 bewegt
werden können.
Sender 3 und/oder Empfänger 4 können an
dem Gestell des Transportbandes 6 angebracht sein oder
auch an einem eigenen Halter. Statt eines Transportbandes 6, auf
dem die Behälter 2 stehend
transportiert werden, kann auch ein Hängeförderer vorgesehen sein, bei dem
die Behälter 2 hängend gefördert werden.
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Der
Sender 3 kann elektromagnetische Strahlung, bevorzugterweise
Hochfrequenz, entlang des Pfades 8 von dem Sender 3 zum
Empfänger 4 hin
abstrahlen. Mit dem Transportband 6 können hierbei Behälter 2 durch
den Pfad 8 hindurchbewegt werden.
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Der
Sender 3 und der Empfänger 4 sind
mit einem Kabel 5 verbunden. Der Empfänger 4 weist weiterhin
eine Ausgangssignalleitung 7 auf.
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Die
Frequenz des Senders 3 ist bevorzugterweise eine Hochfrequenz,
wobei hier bevorzugterweise eine Frequenz von 27,12 ± 0,6%
MHz verwendet wird, da es sich hierbei um eine weltweit frei zugängliche
Frequenz handelt.
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Der
Sender 3 ist auf der einen Seite des Transportbandes 6 angeordnet
und der Empfänger 4 auf
der gegenüberliegenden
Seite des Transportbandes 6. Weiterhin sind sie so angeordnet,
dass der Pfad 8 durch den unteren Bereich der zu inspizierenden
Behälter 2 verläuft, indem
sich eventuell Restflüssigkeit
von der Reinigung befindet.
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Unter
(oder alternativ auch über)
dem Transportband 6 hindurch ist das Kabel 5 zum
Verbinden des Senders 3 und des Empfängers 4 angeordnet. Hierbei
handelt es sich bevorzugterweise um ein Koaxialkabel, wodurch eine
Abschirmung erreicht wird.
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In 2 ist schematisch die Vorrichtung
aus 1 wiedergegeben.
In dem Sender 3 ist ein Oszillator 10 angeordnet,
mit dem eine Hochfrequenz erzeugt werden kann. Dem Oszillator 10 können ein oder
mehrere Verstärker 11 nachgeschaltet
sein. Weiterhin sind Mittel zum Abstrahlen der Hochfrequenz in Richtung
des Behälters 2 und
Mittel zum Übertragen
des Oszillationssignals des Oszillators 10 über das
Kabel 5 an den Empfänger 4 vorgesehen.
In dem Empfänger 4 sind
ein oder mehrere weitere Vorverstärker 12 vorgesehen,
falls eine Verstärkung
der Signale benötigt
wird. Weiterhin umfasst der Empfänger 4 einen
Mischer 13, mit dem die Signale, die mit dem Pfad 8 und über das
Kabel 5 übertragen wurden,
gemischt werden können.
Weiterhin ist eine Ausgangssignalleitung 7 vorgesehen.
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Während in 1 und 2 nur ein Pfad 8 dargestellt
ist, kann die elektromagnetische Strahlung auch über einen gewissen Höhen- oder
Breitenbereich über
dem Transportband 6 übertragen
werden. Es bietet sich beispielsweise an, die Strahlung in einem
Bereich von 0,5 bis 3 cm Höhe
zu übertragen, wobei
der Bereich vorzugsweise etwa 0,5 bis 1 cm oberhalb des Transportbandes 6 beginnt.
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Soll
anstelle von Restflüssigkeit
am Boden des Behälters 2 der
Füllstand
ermittelt werden können,
sollte der Sender 3 und der Empfänger 4 vorteilhafterweise
weiter oben im Bereich des Behälters, also
im Bereich des zu erwartenden Füllstandpegels, angeordnet
sein.
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Der
Empfänger 4 enthält vorteilhafterweise weiterhin
eine Einrichtung zum Bereitstellen einer Gleichspannung von beispielsweise
12 Volt zur Energieversorgung des Senders 3, wobei die
Gleichspannung auch über
das Koaxialkabel 5 übertragen
werden kann.
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Eine
Ausgestaltung eines Verfahrens zum Erkennen von Flüssigkeit
in einem Behälter
wird anhand der 1 und 2 erläutert.
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Auf
einem Förderband 6 wird
ein Behälter 2 in
Richtung 9 bewegt. Der Behälter 2 ist im Wesentlichen
leer und weist eventuell eine zu erkennende Restflüssigkeit
auf. Durch die Bewegung auf dem Transportband 6 wird der
Behälter 2 zwischen
den Sender 3 und den Empfänger 4 bewegt. In
dem Sender 3 erzeugt ein Oszillator 10 eine Hochfrequenz, die
in Form von elektromagnetischer Strahlung über einen Pfad 8 über das
Transportband 6 hinweg durch den Behälter 2 hindurch zu
dem Empfänger 4 hin
abgestrahlt wird. Gleichzeitig wird das Oszillationssignal über ein
abgeschirmtes Kabel 5 zu dem Empfänger 4 hin übertragen.
In dem Empfänger 4 werden
die beiden empfangenen Signale ggf. verstärkt und in einen Mischer 13 gegeben.
Beim Mischen der gleichfrequenten Signale entstehen Mischprodukte
unterschiedlicher Frequenzen. Das Signal wird einem Tiefpassfilter
zugeführt
und ein DC-Signal gewonnen. Dieses Signal ist ein Maß für die Absorption
der elektromagnetischen Strahlung auf dem Pfad 8, d. h.
ein Maß für die Absorption
der Strahlung in dem Behälter 2.
Befindet sich Restflüssigkeit
in dem Behälter 2,
so ist die Absorption größer. Dies
wird in dem durch das Mischen erhaltene DC-Signal wiedergegeben. Dieses Signal
kann entsprechend aufbereitet, beispielsweise digitalisiert werden,
und analog oder digital über
eine Ausgangssignalleitung 7 oder auch durch einen Informationssender
abgegeben werden.
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In
der Regel bietet es sich an, dass erhaltene Signal zu diskriminieren
und so einen Schwellwert festzulegen, um leere Behälter 2 von
Behältern
mit Restflüssigkeit
zu unterscheiden.
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Die
gewonnene Information über
das Vorhandensein von Restflüssigkeit
in einem Behälter 2 kann
dazu genutzt werden, diesen Behälter 2 von den
anderen Behältern 2 in
einem nachfolgenden Schritt abzusondern.
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Der
Sender 3 kann je nach Bedarf auch eine Trennstufe sowie
eine Auskopplung beinhalten. Entsprechendes gilt für den Empfänger 4.
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Bei
der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform,
bei der der Sender 3 über
das Kabel 5 von dem Empfänger 4 mit Energie
versorgt wird, braucht nur der Empfänger 4 von extern
mit Energie, beispielsweise in Form einer Gleichspannung von 12 oder
24 Volt versorgt werden. Dies erleichtert die Verkabelung.
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In 3 ist schematisch eine Abfülllinie
für Behälter 2,
insbesondere für
Flaschen 2, dargestellt. Sie weist eine Reinigungseinrichtung 14,
eine Inspektionseinrichtung 15 sowie eine Abfülleinrichtung 16 auf,
die alle mit der entsprechenden Förderern der Reihe nach verbunden
sind. Der Reinigungseinrichtung 14 werden Behälter 2 zugeführt. Einige
dieser Behälter 2' weisen Verschmutzungen 17 auf.
Diese Verschmutzungen 17 werden in der Reinigungsstufe 14 entfernt.
In der Reinigungsstufe 14 wird eine Reinigungsflüssigkeit
verwendet, die eventuell in einem der Behälter 2'' als
Restflüssigkeit 18 bleiben
kann. In einer Inspektionseinrichtung 15 ist eine Vorrichtung 1 aus 1 oder 2 angeordnet. Mit dieser Vorrichtung wird
das Vorhandensein von Flüssigkeit 18 erkannt und
die Behälter 2'' werden, wie in 3 dargestellt, abgesondert.
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Auf
einem Transportband werden somit nur Behälter 2, die gesäubert sind
und keine Restflüssigkeit 18 aufweisen,
zu einer Abfülleinrichtung 16 weiterbefördert, in
der die Behälter 2 gefüllt werden,
so dass sich gefüllte
Behälter 2''' ergeben.