Qualität ganz oben

Die Qualität eines Produktes wird immer stärker zum Verkaufsargument. Umgekehrt kann mangelnde Qualität einen Boykott der Konsumenten zur Folge haben. Das dies insbesondere im Bereich der Nahrungsmittelindustrie gilt, konnten wir in den letzten Monaten deutlich spüren. Sind einzelne Produkte erst einmal in Verruf geraten, so ist es sehr schwer selbst mit stichhaltigen Sachargumenten die öffentliche Diskussion wieder auf den Boden der Tatsachen zurückzubringen.

Die Folgen zeigen sich dann mittel- und langfristig in den Umsatzzahlen. Im Bereich der Getränkeproduktion wird es durch die Vielzahl an abgefüllten Produkten und die Flut an Verpackungen immer schwieriger den Überblick darüber zu behalten, welche Möglichkeiten man hat, die Qualität seines Produktes nach dem aktuellen Stand der Technik zu kontrollieren. Das Produkt und insbesondere die Verpackung bestimmen dabei die Möglichkeiten der Inspektion. Im Folgenden wird ein Überblick zum Thema Kontrolle des Verschlusses von Flaschen gegeben. Für die gebräuchlichsten Verschlußtypen wird eine Auswahl der möglichen Inspektionstechniken diskutiert. Dabei gibt es einmal die naheliegenden Möglichkeiten, daß man überprüft, ob der Verschluß richtig sitzt, aber auch weitere Informationen, die nicht offensichtlich sind, können aus einer detaillierten Analyse der verfügbaren physikalischen Parameter gewonnen werden.

 

Glasflaschen mit Kronkorken
Der Kronkorken ist im europäischen Bereich die (bisher noch) weitverbreitetste Verschlussart für Brauereierzeugnisse. Gerade in diesem Bereich ist das Angebot an Qualitätskontrolltechniken am größten. Wir unterscheiden hier zwischen einer Inspektion unmittelbar im Anschluss an den Füllvorgang oder nach der Pasteurisierung.

 

Erkennung hinter dem Füller
Die Kronkorken können hier sowohl optisch als auch akustisch untersucht werden. Idealerweise sollte dabei ein Kontrollgerät im Auslauf des Füllers montiert werden, damit die Messergebnisse der Einzelflaschen den einzelnen Füllventilen bzw. Verschließer-köpfen zugeordnet werden können. Diese Korrelationen liefern wichtige Informationen über die Funktionstüchtigkeit des Füller-Verschließerblocks und ermöglichen damit eine zielgerichtete Wartung. Damit werden nicht nur die Fehlerbehälter aus dem Produktions-strom entfernt, sondern man kann auch aktiv den Abfüllprozess optimieren damit fehlerhafte Behälter gar nicht erst produziert werden.

 

Akustische Kontrolle
Die Restluftanalyse O2 wertet mittels akustischer Kontrolle das komplexe Schwing-verhalten des Kronkorkens aus. Um dieses Signal zu erzeugen wird der Deckel durch einen elektromagnetischen Puls angeregt. Dieser schwingt anschließend in einer charakteristischen Überlagerung von Eigenfrequenzen, ähnlich einer Trommel. Durch eine Analyse dieses Signals kann man folgende Informationen gewinnen:

 

1. Deckelanwesenheit Auf ein Anschlagen kommt kein Signal, d.h. der Deckel fehlt.

 

2. Die Form des Deckels Ist die Signalform unregelmäßig d.h. keine ordentlich "gespannte Trommel", so ist der Deckel verformt. (sogenannte Schlafmützen). Leider gilt die Umkehrung nicht unbedingt. Schwingungen der irregulären Deckel können den Schwingungen korrekter Deckel im Einzelfall wieder sehr nahe kommen.

 

3. Die Spannung des Deckels Diese erlaubt eine statistische Aussage über den korrekten Anpressdruck der einzelnen Verschließerköpfe. Zeigt einer der Köpfe einen signifikanten Unterschied, so ist der Anpressdruck wahrscheinlich fehlerhaft. Dieser Zustand, der normalerweise erst nach Stunden durch einen Stichprobentest erkannt wird, kann so schnell durch eine Reparatur korrigiert werden.
Ein weiterer Punkt ist für die Qualität des Bieres besonders wichtig und soll daher etwas genauer diskutiert werden:

 

Sauerstoffgehalt im Kopfraum
Der Sauerstoffgehalt im Bier ist für die Qualität des Bieres ein sehr wichtiges Kriterium, leider aber sehr schwierig zerstörungsfrei bei hoher Produktionsleistung zu messen. Den Anteil des gelösten Sauerstoffs im Bier kann man im Tank oder in den Zuführungsleitungen kontrollieren. Dazu kommt jedoch der unvermeidliche Anteil des Sauerstoffs, der durch den Abfüllprozeß entsteht. Dieser stellt den größten Anteil des Gesamtsauerstoffgehalts. Zwischen Füller und Verschließer ist die Flasche zwangsläufig für kurze Zeit der normalen Atmosphäre und damit einer Kontamination durch Sauerstoff ausgesetzt. Diesen versucht man zwar durch eine Aufschäumung mittels einer Hochdruckeinspritzung (HDE) aus der Flasche herauszudrücken, die Aufschäumung selbst ist aber ein turbulenter Prozeß und als solcher nur schwer perfekt beherrschbar. Einerseits muß man sicherstellen, daß die Flasche vollständig aufschäumt, um auch die letzte Luftblase aus der Flasche herauszudrücken, andererseits möchte man natürlich auch nicht unnötig Produkt verlieren oder schlimmer die Flasche unterfüllen. Wie alle einschlägigen Testergebnisse zeigen, ist eben diese letzte Luftblase nicht immer zu vermeiden. Eine optimal ein gestellte Aufschäumung kann die Fehlerrate zwar auf etwa 0,1 Promille herunterdrücken, ob die Einstellung korrekt ist kann aber durch eine Stichprobenentnahme kaum festgestellt werden. Für eine Beispielanlage mit einer Leistung von 50.000 Beh./h und einem Betrieb in zwei Schichten fünf Tage die Woche werden aber selbst bei optimaler Einstellung noch 20.000 Behälter pro Jahr mit zu hohem Sauerstoffanteil an die Kunden ausgeliefert. Dies ist gleichbedeutend mit 20.000 potentiell unzufriedenen Kunden. Die Restluftkontrolle O2 kann diese Luftblasen unterhalb des Deckels, die nur bei gekippter Flasche sichtbar sind, durch die genaue Analyse des Tons "hören".

 

Optische Kontrolle
Die optische Kontrolle untersucht ein Kamerabild des Verschlusses auf Unregelmäßigkeiten. Damit können Schlafmützen oder abstehende Späne erkannt werden. So werden Schlafmützen erkannt, die sich optisch gut unterscheiden lassen. Das kann die akustische Kontrolle in idealer Weise komplementär ergänzen, denn es gibt durchaus Schlafmützen, die sich optisch stark vom korrekten Verschluss unterscheiden aber akustisch praktisch identisch klingen und umgekehrt.

 

Erkennung hinter dem Pasteur
Die Funktion des Deckels ist in erster Linie, daß er den Behälter abdichtet und den Verlust an Kohlendioxid möglichst gering hält. Auch diese Funktion kann bei Kronkorken akustisch geprüft werden. Wieder wird der Deckel als Trommel angeschlagen; der Innendruck ändert die Spannung der Trommel und damit ihre charakteristische Eigenfrequenz. Diese Eigenfrequenz hängt aber von vielen weiteren Faktoren ab z.B. der Mündungsform der Flasche, dem Anpressdruck des Verschliesserkopfes, dem Deckelmaterial u.a., so daß für eine sichere Unterscheidung zwischen Gut- und Fehler-behälter ein relativ großer Druckunterschied zwischen Flascheninnerem und der Umgebung nötig ist, um aussagekräftige Messergebnisse zu bekommen. Da die Abfülltemperatur meistens bei 5-7ºC liegt und der Druckaufbau in der Flasche durch das Ausgasen des CO2 ein sehr langsam ablaufender Prozeß ist, kann man die benötigten Druckunterschiede im allgemeinen nur hinter einem Pasteur sicherstellen. Ohne Pasteur hat die Flasche ihren Gleichgewichtsdruck noch nicht einmal erreicht, wenn sie fertig zum Transport auf Paletten im Lager steht.

 

Synergieeffekte
Sowohl die akustische Messung hinter dem Füller als auch eine spätere bringen für sich betrachtet wertvolle Informationen über die Qualität des Verschlusses. Damit können fehlerhafte Flaschen mit sehr großer Sicherheit erkannt werden. Um aber noch näher an die 100prozentige Inspektion heranzukommen wäre es wünschenswert zwei Messer-gebnisse von der selben Flasche miteinander zu vergleichen. Damit wäre man in der Lage Messfehler durch äußere Einflüsse weitestgehend auszuschließen, indem man die Entwicklung des Druckaufbaus in der Flasche analysiert. Das Problem hat sich also darauf reduziert die vorhandene Information aus der Messung am Füller behälterbezogen mit der Flasche an einen anderen Ort zu transferieren. Eine herkömmliche Behälter-verfolgung über mehrbahnige Transporteure und durch einen Pasteur ist dabei aussichtslos. Möglich ist aber eine Art "Flaschenpost", bei der die Flaschen selber dazu benutzt werden Information zu übertragen. Die erste Messung hinter dem Füller wird als Referenz auf den Deckel codiert (der Weißblechkronkorken wird als Diskette genutzt) und an anderer Stelle wird die Information wieder aus dem Deckel ausgelesen und in die Bewertung der Flasche mit einbezogen. So läßt sich die Aussagekraft der Druck-messung beträchtlich steigern.

 

Bügelverschlüsse
Voraussetzung für die bisher diskutierten akustischen Verfahren sind magnetische Eigenschaften des Verschlusses. Daher scheiden Bügelverschlüsse aus Porzellan offensichtlich aus, aber gerade hier hat man Probleme mit Undichtigkeiten durch fehlerhafte oder sogar fehlende Dichtringe. Hier kann man zu einem völlig anderen Verfahren greifen. Wie bereits erwähnt ist der Aufbau des Gleichgewichts zwischen Dampfdruck im Kopfraum und Kohlendioxidgehalt in der Flüssigkeit ein sehr langsamer Prozeß. Im Moment des Verschließens herrscht im Kopfraum in etwa der normale Außendruck. In der Flüssigkeit ist ein große Menge an Kohlendioxid (ca. 5g/l) gelöst und der Druck in der Flasche wird nun langsam ansteigen bis zum Gleichgewichtsdruck, der stark temperaturabhängig ist und bei 7ºC bei etwa 1 bar liegt. Die geringe Geschwindigkeit dieses Prozesses machen wir uns zunutze, indem wir sozusagen den "Turbo" in Form einer Einkopplung von Ultraschallwellen in die Flüssigkeit einschalten. Der Druckaufbau kann damit stark beschleunigt werden. Außerdem läuft diese Reaktion unter starker Schaumentwicklung ab. Das wäre an sich noch kein Fortschritt. Der entscheidende Punkt ist aber, daß in einem geschlossenen System (= dichter Behälter) der Gleichgewichtszustand in kurzer Zeit erreicht ist und die Reaktion stoppt. In einem offenen System dagegen (= undichter Behälter) geht ständig CO2 verloren, das Gleichgewicht kann nicht erreicht werden, die Reaktion läuft unter ständigem Flüssigkeitsverlust weiter. Dieser Flüssigkeitsverlust kann an einer späteren Position einfach detektiert werden und die Flasche wird automatisch aus dem Produktionsstrom entfernt. Diese Art der Erkennung ist natürlich für alle Verschlußtypen möglich, aber für Bügelverschlüsse besonders effektiv.

 

Kunststoffverschlüsse

 

Auch wenn im deutschsprachigen Raum die Abfüllung von Bier in Kunststoffflaschen noch nicht sehr verbreitet ist, so soll hier der Vollständigkeit halber auch diese Verschlussart berücksichtigt werden. Für die Inspektion der Kunststoffverschlüsse ist eine Kombination aus mehreren Verfahren sinnvoll. Zur Dichtigkeitsprüfung kann man ebenfalls die Aufschäumung durch Ultraschall ausnutzen und/oder auf Kameraverfahren zurückgreifen. Diese sind in diesem Fall sehr nützlich, da die meisten Kunststoffdeckel durch Sicherheitsringe gesichert sind. Unbeschädigte Sicherheitsringe sind für den Kunden das klare Signal, das der Behälter unangetastet ist. Ist der Ring beschädigt, so hat der Kunde Zweifel an der Einwandfreiheit des Produkts. Eine Kontrolle dieses Sicherheitsringes ist daher anzuraten, um das Vertrauen des Kunden in das Produkt nicht zu verspielen. Kameras, die nur den Verschlußbereich inspizieren, haben einen sehr kleinen Bildausschnitt. Enthält dieser Bildausschnitt gut definierte Marken (beispielsweise den Tragring), so kann man sehr präzise Relativmessungen über den korrekten Sitz des Deckels und die Unversehrtheit des Sicherheitsringes machen, die unabhängig von der absoluten Höhe über dem Transportband sind.

 

Besteht auch der Rumpf der Flasche aus Kunststoff, ist ein weiteres Verfahren möglich, um Undichtigkeiten zu erkennen. Die Flasche wird dafür mit Produktionsgeschwindigkeit durch einen Riementrieb geführt wie er beispielsweise in Linearflascheninspektoren seit Jahren üblich ist. Dieser Riemen übt einen wohldefinierten Druck auf die Flasche aus. Ist die Flasche dicht, so erzeugt der Innendruck eine Gegenkraft, die nur ein geringes Zusammendrücken der Flaschen erlaubt. Undichte Behälter werden dagegen wesentlich stärker zusammengepreßt. Dies führt zu einem Anstieg des Füllstandes. Entscheidend ist es nun wieder eine relative Messung durchzuführen. Man führt eine Füllstands-Eichmessung ohne Druckbelastung vor dem Riementrieb durch und eine Messung mit Druckbelastung. Ist der Füllstand signifikant angestiegen, muß die Flasche undicht sein. Damit gelingt es Undichtigkeiten zu erkennen, die optisch unmöglich zu detektieren sind.

 

Zusammenfassung und Ausblick
Neueste Inspektionstechnik kann heute dafür sorgen, dass jeder Kunde ein einwandfreies Produkt erhält. Zur optimalen Ausschöpfung der Möglichkeiten ist es notwendig, die für das jeweilige Produkt geeignete Inspektionstechnik zu nutzen. Die Variationsbreite der Behälterarten und die individuellen Aufgabenstellungen führen zu vielen unterschiedlichen technischen Lösungen mit ihren spezifischen Vor- und Nachteilen die in diesem Artikel nur kurz angerissen werden. Vor der Entscheidung für den Kauf eines Inspektionsgerätes sollte eine ausführliche Beratung durch spezialisierte Lieferanten in Anspruch genommen werden, um das bestmöglich angepasste System auszuwählen.

 

Auch in Zukunft werden sich die Möglichkeiten durch verbesserte Sensorik und präzisere Analysetechniken weiterentwickeln. Die Untersuchung weiterer physikalischer Effekte wird zusätzliche Informationen über die Behälter liefern. Die Brauindustrie erhält damit immer bessere Möglichkeiten um zu gewährleisten, dass der gute Geschmack sicher beim Kunden ankommt.