CN103030088B - 用于灌装容器的灌装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于灌装容器的灌装装置及方法，优选用于灌装饮料容器（如玻璃容器、塑料容器、罐和/或纸盒），其中，灌装装置具有至少一个机器元件（2），在机器元件（2）上设置有用于测量容器重量的称量装置（3）。称量装置（3）与机器元件（2）通过用于施加进行振动补偿的机械振动的促动器（4）连接。在根据本发明的灌装装置及方法中减少了干扰量的影响。

Description

用于灌装容器的灌装装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于灌装容器的灌装装置及方法，所述容器优选为饮料容器，诸如玻璃容器、塑料容器、罐和/或纸盒。

背景技术

在特别是用于灌装饮料容器例如像玻璃容器、塑料容器、罐和/或纸盒的容器灌装装置的领域，公知不同的灌装方法和相应与这些灌装方法匹配的装置。

这样一种灌装装置形成所谓的称量灌装机，其中，各自容器本身的灌装过程主要通过称量装置来控制。借助称量装置，能以如下方式监控容器各自的灌装状态，即：在以液体灌装之后，在容器内容纳有精准的灌装重量。称量灌装机适用于任何类型的容器灌装。但它们特别适合于在单纯的体积灌装不能可靠产生所要求的结果的灌装液体的情况下使用，不能可靠产生所要求的结果是因为每个单次或每个批次的灌装各自灌装液体的比重均出现变化。这种情况例如出现在牛奶制品的灌装的情况以及特别是在除了原有的液体外还具有固体成分的制品情况下，例如像在灌装含有果料块的果料酸奶的情况下非常重要。例如在牛奶制品的情况下，此外各自的灌装量在包装上典型地不是作为体积、也就是例如升或毫升标注，而是按照重量，也就是以克或千克标注。

但称量灌装机此外也适用于给饮料瓶灌装饮料，因为在这里由对灌装液体的比重的掌握可以推知灌装体积。

在此，称量灌装机按照这种原理工作，即：首先将所要灌装的容器放置在各自的称量装置上，然后确定其重量或将称量装置重新归零（所谓的“皮重测量”），以及然后各自的容器开始灌装液体，直至达到所要求的灌装重量。

因为灌装装置通常不能完全孤立地运行，而是在各自灌装装置的周围存在其他机器部件，例如像输送装置、清洁装置、灭菌装置、贴标签装置、封口装置和/或全部饮料包装设备的其他部件，所以对称量装置典型地造成大量不希望的振动。其他不希望的振动作为设备外部的振动也导入称量装置内，例如借助固体声传递到各自灌装装置的地基上。固体声在这里大致通过远距离区域内导入的机器振动或通过旁边驶过的车辆（例如像叉车）产生并传递到灌装装置内。不希望的振动在称量装置内叠加本身的有效信号，即，通过动态灌装过程在称量装置内产生的称量信号。为准确评价从称量装置输出的称量信号，因此需要的是：减少或完全消除不希望的振动对有效信号的影响。

用于在具有灌装机转盘的旋转式称量灌装机内部灌装饮料容器的灌装装置例如在DE 102008060379A1中有所介绍。为减少机器振动对称量结果的影响，这里提出：称量装置靠近各自所要灌装容器的保持件地布置。

用于电子振动补偿的装置在DE 102008062972A1中有所介绍，其中，本身的称量装置除了称量传感器外还具有加速度传感器，其中，加速度传感器对称量装置在预先规定方向上的加速度加以检测，并且从称量信号中在电子上减去由该加速度信号测定的补偿信号，以便在计算机上提供尽可能消除干扰量的称量信号。

此外，在现有技术中公知：为减少不希望的振动对评估称量信号的影响，借助低通滤波器对称量信号加以滤波，其中，低通滤波器与几Hz范围内的相当低的极限频率相协调。按照这种方式，高于低通滤波器极限频率的全部信号分量基本上被从称量信号中滤出，并且相应地不再对称量信号的评估或分析产生干扰影响。但使用这种低通滤波器有两个缺点。一是极限频率不能任意地低，因为经历低通的信号被强制延迟。这种延迟与滤波器极限值的倒数成比例。在应用数字滤波器的情况下，对通过低通本身引起的延迟还增加了各自信号处理器内的处理时间，从而在使用低通滤波器时始终存在信号输出的延迟。在低频率的范围内，通过数字滤波器的信号渡越时间达到这样快，对于准确控制本来的灌装过程来说不再能被接受。在瓶子的几何形状不规则的情况下，对延迟称量信号的外推并不能导致会使称量灌装机得到可靠控制的结果。

使用低通滤波器的第二个缺点在于，实际上只能滤出高于极限频率的干扰频率。本身处于称量信号的频率范围内的干扰频率按照这种方式不能减少或消除，因为否则称量信号也会受到低通滤波器的影响。对于输入的干扰量恰处于称量信号起振过程的频率范围内或恰处于通过本身的灌装过程触发的频率范围内的情况来说，在顾及到相同的频率内存在的干扰信号的情况下，使用低通滤波器无论如何不能实现对称量信号评估精度的改善。

发明内容

相应地，本发明的任务在于，提供一种用于灌装容器的灌装装置以及方法，其中减少干扰量的影响。

本发明通过一种具有权利要求1所述特征的、用于灌装容器，优选用于灌装饮料容器（例如像玻璃容器、塑料容器、罐和/或纸盒）的灌装装置得以实现。具有优点的改进方案在从属权利要求中予以说明。

相应地设置有一种用于灌装容器，优选用于灌装饮料容器（如玻璃容器、塑料容器、罐和/或纸盒）的灌装装置，其中，灌装装置具有至少一个机器元件，在其上布置有用于称量容器的称量装置。依据本发明，称量装置与机器元件通过用于施加进行振动补偿的机械振动的促动器相连接。

借助促动器，按照这种方式可以在机器元件与称量装置之间施加机械振动，该机械振动这样设定，即：机械振动减少或甚至消除从机器元件到称量装置的振动运动传递。因为称量装置通过促动器基本上与机器元件的振动运动脱开关联，所以称量信号基本上不受振动运动的影响，从而可以尽可能地取消复杂的信号再处理。而称量信号可以直接被评估并且用于控制灌装过程。

通过在机器元件与称量装置之间的相接部位上施加机械振动，此外可以达到：减少或消除处于称量信号的频率范围内的振动运动，从而在这里可以更准确地测量。

此外，在使用低通滤波器时也可以选择更高的极限频率，因为直线的低频振动运动可以借助促动器得到有效补偿。相应地在这里可以通过更高地选择的极限频率达到减少信号渡越时间的目的，由此，可以进一步改善控制灌装过程的精度。

通过对促动器施加相应的补偿信号，可以达到减少或完全消除干扰量的影响，而且特别是从灌装装置的机器元件传递到称量装置上的干扰振动对称量装置的影响。特别是在导入相应相位匹配而且振幅匹配的补偿信号时，可以达到减少从机器元件传递到称量装置上的振动运动的目的。机器元件的振动运动这样相应通过相移的、特别是施加到促动器上的反相补偿信号与称量装置相关地减少或完全消除。

通过机器元件与称量装置之间使用促动器，此外已经存在的称量装置及其评估装置和已经存在的机器控制装置可以继续使用，而无须在这里进行匹配。仅称量装置在机器元件上的悬挂或布置必须通过结合促动器进行改变。用于使促动器运行的补偿控制装置，也就是由促动器、振动传感器和本身的补偿控制装置组成的电路可以独立于灌装装置的其他控制和调节机构来实施，从而这些元件可以毫无问题地再装备。

此外，直接的机械补偿由机器元件传递到称量装置上的振动运动，改善了称量过程的精度和动态度。通过对干扰振动的补偿在接收本身的称量信号之前就已进行，这种有效信号由称量装置提供时已经基本上去除了干扰量。相应在这里也不需要进一步过滤有效信号，或可能存在的低通滤波器能以明显更高的极限频率运行，从而可以明显降低信号通过（数字）滤波器的渡越时间。相应通过提供所介绍的装置，实现如下的灌装装置，其一方面达到更准确测量称量过程的目的，因为干扰量在接收称量信号或有效信号之前就已经降低或清除，而另一方面，通过提供按照这种方式去除干扰量的称量信号，实现了灌装装置内灌装过程改善的动态表现，因为称量信号的信号处理得到简化。

优选的是，设置有用于测量由机器部件实施的振动运动的振动传感器，其中，振动传感器优选设置在机器部件上。通过将振动传感器设置在承载称量装置的机器元件上，可以相应测定振动信号，该振动信号相应于由机器元件传递到称量装置上的振动运动。所测得的振动信号基本上包含由灌装装置的其余部件传递到称量装置上的所有干扰频率，因为振动信号优选直接在承载称量装置的机器元件上被测量。在此，出发点是：可能对称量信号产生不利影响的绝大部分或甚至全部振动运动均由承载称量装置的机器元件实施。

为可以对促动器进行控制，可以设置有补偿控制装置，补偿控制装置对促动器施加减少从机器部件传递到称量装置上的振动运动的补偿信号。借助补偿控制装置例如可以在确定补偿信号时顾及到可能对称量信号产生消极影响的通过振动传感器测得的振动运动，用以补偿由机器部件传递到称量装置上的振动运动。补偿信号由补偿控制装置至少这样构成，使其达到减少或完全消除机器元件的振动运动对称量信号影响的目的。

补偿控制装置为此优选将基本上在由振动传感器测得的振动信号的基础上确定的补偿信号用于补偿。优选补偿控制装置为此设立，即：将优选以180°相移地改变的相位的振动信号作为补偿信号使用。在这种实施方式中，基本上可以取消复杂而费时的信号处理和信号过滤。相应按照这种方式提供一种简单和有效的装置，用于补偿称量信号的通过机器元件的振动运动传入的测量精度。

在改进方案中，补偿控制装置为此设立，即：优选借助FFT（快速傅立叶变换）分析、与存在的干扰频率相关地分析振动信号，并且在所分析的干扰频率基础上确定补偿信号。通过使用对干扰频率的分析，可以使补偿信号与主要使称量信号失真的频率相匹配。这样，在同时改善灌装装置的灌装精度的情况下，将促动器的负荷保持得相当低。

为将促动器的负荷保持得很低，补偿控制装置这样包括低通滤波器，即：振动信号和/或补偿信号经过低通滤波器。相应高频的振动分量不传递到促动器上。传递到促动器上的能量由此可以减少，并且相应将促动器的发热保持在限度内。

为达到完全消除由机器元件传递到称量装置上的振动运动的目的，补偿控制装置可与补偿信号的相位、补偿信号的频率及补偿信号的振幅相关地、与由机器元件实施的振动图案（Vibrationsmuster）相逆反地确定补偿信号。如果补偿信号导致促动器与振动运动完全相反的运动，那么完全消除振动运动到称量装置的传入。换句话说，这样可以达到的是：机器元件的振动运动不再影响称量信号的目的。

此外，上述任务此外通过一种用于灌装容器，优选用于灌装饮料容器（如玻璃容器、塑料容器、罐和/或纸盒）的、具有权利要求9所述特征的方法得以实现。具有优点的改进方案在从属权利要求中予以说明。

测量的精度通过所介绍的灌装装置或所介绍的方法以如下方式得到进一步改善，即：通过补偿振动运动可以在称量信号的本身测量之前就已经尽可能降低或消除恰处于称量信号的范围内或恰处于称量信号频率上的干扰。

附图说明

本发明其他优选的实施方式和方案通过下面附图的说明书进行详细介绍。其中：

图1以示范性实施例示出灌装装置的示意图；以及

图2示出在机器元件上所测得的干扰频率的示意图。

具体实施方式

下面借助附图对优选的实施例进行说明。在此，相同的、相似的或作用相同的部件采用同一附图符号标注，并且部分地取消对这些部件的重复说明，以避免赘述。

图1示意示出依据本发明的一实施例的灌装装置1的结构。灌装装置1包括机器元件2，该机器元件2例如是称量灌装机内称量装置3的保持臂。机器元件2例如布置在灌装机转盘的下部区域内，并且与灌装机转盘的其他机器元件固定连接。机器元件2保持有称量装置3，在称量装置3上在灌装过程期间容纳有所要灌装的容器。在一种变化方案中，如果容器被从下方支撑的话，容器在此几乎是“停放”在称量装置上（对容器所谓的“底部操作（bottom handling）”）。在称量装置3内，在灌装过程之前和期间，借助布置在称量装置3内的称量传感器30来确定容器的重量，并且按照这种方式控制灌装过程。灌装过程在达到所要求的灌装重量和容器内相应容纳预先规定量的灌装液体后相应结束。

但称量装置3不仅可以布置在灌装机转盘的下部区域内，而且也可以布置在容纳处上，所要灌装的容器借助该容纳处保持在其颈部区域内（对容器所谓的“颈部操作（neck handling）”）。

称量装置3例如可以具有呈应变测量片、压力传感器或基于电子动态力补偿的称量传感器形式的称量传感器30。称量装置3通常也称为“测压元件”。在称量装置内，称量传感器30以如下方式设有所要灌装容器的容纳处，即：容器的重量分量完全作用于称量传感器30。所要灌装的容器以及灌入容器内的液体向称量传感器30相应加载有在重力加速度的方向上作用的力分量F_g。这种称量装置3普遍公知。

机器元件2和称量装置3通过至少一个促动器4相互连接。促动器4例如能呈伺服电动机、石英晶体或压电晶体的形式构成。在图1所示的实施例中，称量装置3通过两个促动器4与机器元件2连接，以达到悬挂的结构上更加稳定的目的。可以设想的是称量装置3与机器元件2其他任意方式的连接方案。重要的仅在于：称量装置3借助促动器4相对于机器元件2可运动。

促动器4优选提供振幅，该振幅至少大致处于通常通过机器元件2在灌装装置1的运行中所实施的振动幅度范围内。此外，优选促动器4具有低惯性，并且能以少量或没有滞后地遵从相应产生的信号。

在机器元件2内布置有振动传感器5，该振动传感器5测量在运行中与频率和振幅相关地所实施的或施加的振动。在此，振动传感器5优选以传统的加速度传感器的形式构成。但作为振动传感器，在机器元件2上也可以设置具有无功质量的第二称量装置。在一种变化方案中，振动传感器5作为光学、电磁或电容传感器构成，其按照光学、电磁或电容途径来扫描机器元件2的振动运动。

设置有补偿控制装置6，补偿控制装置6用于确定补偿由机器元件2施加的振动的补偿信号，并且然后向促动器4加载所测定的补偿信号，并且相应对补偿加以控制。

机器元件2在灌装装置1的运行期间实施振动运动，这种振动运动向机器元件2相应施加力F_s。这种振动运动在图1中示范性地以采用附图符号20标注的图线示出。从该图线20中立即得出：振动基本上没有固定的图案，而是作为不相干的不同振动的叠加存在。这一点也是显而易见的，因为施加到机器元件2上的振动一方面可以来自灌装装置1本身，例如通过灌装机转盘的磨耗的轴承引入，但另一方面也可以通过处于灌装装置远近范围内的其他装置的振动导入。此外，机器元件2本身通过共振会引起进一步的振动导入。通过固体声传递，特别是也通过车间地面的传递，其他干扰影响例如通过驶过的车辆（如叉车）或由其他装置传递到远距离区域内的干扰振动也会影响机器元件2。不希望的和干扰的振动同样可以通过所要灌装的饮料容器从输送星形件向灌装机转盘或已灌装的饮料容器从灌装机转盘向排出星形件的转移产生。特别是在颈部操作（neck handling）的情况下，每当饮料容器从第一装置的保持夹被压入其后面装置的保持夹内时或被该保持夹“夺走”时，饮料容器保持件这样进行振动，使得：例如称量装置的称皮重或尽可能早的灌装开始的尽可能早的时间点在时间上向后推移。

补偿控制装置6接收通过振动传感器5测定的振动信号作为确定补偿信号的基础，该补偿信号减少或完全消除传递到称量装置3上的振动运动。于是，由补偿控制装置6测定的补偿信号用于驱控促动器4，以达到机器元件2与称量装置3之间机械脱开关联。换句话说，通过促动器4以如下方式达到机械上消除由机器元件2实施的振动运动的目的，使机器元件2的振动运动仅削弱地传递到称量装置3上。如果促动器4这样得到驱控，使促动器4实施相对于振动以180°相移的运动，那么无论是频率还是振幅，均与由机器元件2实施的振动运动相当，甚至可以达到完全消除振动的目的和完全消除振动运动对称量装置3的影响。

在一种特别简单支承的方法中，补偿控制装置6内仅由振动传感器5测定的振动信号被相位匹配，也就是例如以180°转动并直接传送到促动器4。例如像通过滤波或其他（数字）的信号处理可能会造成的信号延迟由此相应不出现，这是因为在这种简单的变化方案中绝对不需要进行信号处理。如果促动器4与其振幅相关地被相应校验的话，则促动器4使由振动传感器5测定的振动运动在机器元件2与称量装置3连接部上相位逆反。按照这种方式，由机器元件2施加到称量装置3上的干扰振动即使没有完全消除也明显减少。因此在机器元件2至称量装置3之间的过渡部上主动振动消除。

在可选择的实施方式中，补偿控制装置6这样构成，使补偿控制装置6从由振动传感器5所测定的振动信号中滤出确定的图案，该确定的图案然后传递到促动器4上。在这里特别是处于称量装置3的称量信号频率范围内的振动具有重要意义。这些干扰分量例如可以通过对由振动传感器5测得的振动信号的分析测定。为此例如提供的是借助快速傅里叶变换（FFT）进行振动信号分析。典型的是，固有的振动信号频率相当低，也就是在几Hz的范围内。相应振动信号的分析以及对促动器4相应加载所测定的和逆转的干扰信号在该范围内特别有效，因为在这里利用称量信号的低通滤波并不能改善对称量信号的评估。

图2示意示出振动传感器5的输出信号，其设置在灌装装置1的示范性机器元件2上。从图线中立即得出，干扰频率的重点处于2Hz的范围内。立即可以看出，由于处于2Hz范围内的所传入的强干扰频率，具有2Hz范围内起振时间的称量装置3的称量信号受到强影响。尽管容器的动态灌装过程在2Hz的时窗内、也就是约在半秒内进行，相应称量信号的评估明显受到所传入的干扰频率阻碍。此外从中还立即得出，如果称量信号处于2Hz的范围内，低通滤波不能产生所要求的结果，因为振动部分借助低通滤波器在重要范围内不能被滤出，尽管该称量信号也未受影响。

但称量装置3借助促动器4与机器元件2的振动运动尽可能机械上的脱开关联在这里可以使由称量装置3输出的称量信号得到更准确的测量并因此得到更准确的评估。

本发明图1所示的实施方式例如可以使图2所示的振动断面以及特别是通过振动传感器5测得的低频振动这样传入相应的促动器4内，使例如通过机器元件2产生的这种振动不被继续传递到各自的称量装置3上或称量传感器30上。

为避免对促动器4过度要求和相应地避免促动器4过热，也可以仅将所找出的频率通过促动器4传入。特别具有优点的是，借助与相当高的极限频率协调的低通滤波器和相应仅使信号渡越时间延迟很小的高频部分不施加到促动器上。

一种选择方案在于，借助快速傅里叶变换（FFT）相应这样分析由振动传感器5提供的振动信号，使最强的干扰频率得到确定并将其相对于原始的振动信号以180°相移施加到促动器4上。

相应地，例如称量装置3的立足点上导入与由机器元件2导入的干扰信号反作用的机械振动。相应地称量装置3主动通过促动器4与机器元件2并因此与整个灌装装置（例如灌装机转盘）脱开关联。

布置在称量装置3立足点上的促动器4优选是压电振荡器。振动传感器5或加速度传感器同样可以构造为压电加速度传感器。

于是，所记录的干扰信号或通过振动传感器5接收的振动信号利用FFT分析分解成其频谱并发现最强的干扰频率。因为这些干扰通常周期性出现，所以压电振荡器形式的促动器4在这时可以被施加含有相对于称量信号以180°相移频率的信号并相应地补偿干扰频率。

在此，补偿控制装置6承担读入以及处理和分析干扰信号的功能，并且为压电振荡器提供相应的驱动信号。

只要可以使用，单个实施例中所介绍的所有单项特征就可以相互组合和/或交换，而不偏离本发明的范围。

附图标记列表

1        灌装装置

2        机器元件

20       振动信号的示意图

3        称量装置

30       称量传感器

4        促动器

5        振动传感器

6        补偿控制装置

Claims (23)

1.灌装装置(1)，用于灌装容器，其中，所述灌装装置具有至少一个机器元件(2)，在所述机器元件(2)上设置有用于称量容器的称量装置(3)，其特征在于，所述称量装置(3)与所述机器元件(2)通过用于施加进行振动补偿的机械振动的促动器(4)连接。

2.按权利要求1所述的灌装装置(1)，其特征在于，设置有用于测量由所述机器元件(2)实施的振动运动的振动传感器(5)。

3.按权利要求1或2所述的灌装装置(1)，其特征在于，设置有补偿控制装置(6)，所述补偿控制装置(6)对所述促动器(4)施加补偿信号，所述补偿信号减少从所述机器元件(2)传递到所述称量装置(3)上的振动运动。

4.按权利要求3所述的灌装装置(1)，其特征在于，所述补偿控制装置(6)将由所述机器元件(2)实施的振动运动的由振动传感器(5)测得的振动信号作为确定补偿信号的基础。

5.按权利要求4所述的灌装装置(1)，其特征在于，所述补偿控制装置(6)设立用于：将改变的相位的振动信号作为补偿信号使用。

6.按权利要求3所述的灌装装置(1)，其特征在于，所述补偿控制装置(6)设立用于：与存在的干扰频率相关地分析所述振动信号，并且在所分析的干扰频率基础上来确定补偿信号。

7.按权利要求3所述的灌装装置(1)，其特征在于，所述补偿控制装置(6)以如下方式包括低通滤波器，即：所述振动信号和/或所述补偿信号经过所述低通滤波器。

8.按权利要求3所述的灌装装置(1)，其特征在于，所述补偿控制装置(6)与所述补偿信号的相位、所述补偿信号的频率及所述补偿信号的振幅相关地、与由所述机器元件(2)实施的振动图案逆反地确定所述补偿信号。

9.按权利要求1所述的灌装装置(1)，其特征在于，所述灌装装置(1)用于灌装饮料容器。

10.按权利要求1所述的灌装装置(1)，其特征在于，所述容器是玻璃容器、塑料容器、罐和/或纸盒。

11.按权利要求2所述的灌装装置(1)，其特征在于，所述振动传感器(5)布置在所述机器元件(2)上。

12.按权利要求4所述的灌装装置(1)，其特征在于，所述补偿控制装置(6)设立用于：将以180°相移地改变的相位的振动信号作为补偿信号使用。

13.按权利要求3所述的灌装装置(1)，其特征在于，所述补偿控制装置(6)设立用于：借助FFT分析、与存在的干扰频率相关地分析所述振动信号，并且在所分析的干扰频率基础上来确定补偿信号。

14.用于利用灌装装置(1)灌装容器的方法，其中，所述灌装装置(1)包括至少一个机器元件(2)以及用于称量容器的布置在所述机器元件(2)上的称量装置(3)，其特征在于，在所述机器元件(2)与所述称量装置(3)之间导入用于振动补偿的机械振动。

15.按权利要求14所述的方法，其特征在于，对所述机器元件(2)的振动运动进行测量，并且在所测得的振动信号基础上来确定补偿信号，所述补偿信号作为机械振动在所述机器元件(2)与所述称量装置(3)之间导入，以便减少从所述机器元件(2)传递到所述称量装置(3)上的振动运动。

16.按权利要求15所述的方法，其特征在于，改变的相位的振动信号作为补偿信号使用。

17.按权利要求15或16所述的方法，其特征在于，与存在的干扰频率相关地分析所述振动信号，并且在所分析的干扰频率基础上来确定所述补偿信号。

18.按权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述振动信号和/或所述补偿信号经过低通滤波器。

19.按权利要求15或16所述的方法，其特征在于，与所述补偿信号的相位、所述补偿信号的频率及所述补偿信号的振幅相关地、与由所述机器元件(2)实施的振动图案逆反地确定所述补偿信号。

20.按权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法用于灌装饮料容器。

21.按权利要求14所述的方法，其特征在于，所述容器是玻璃容器、塑料容器、罐和/或纸盒。

22.按权利要求15所述的方法，其特征在于，以180°相移地改变的相位的振动信号作为补偿信号使用。

23.按权利要求15或16所述的方法，其特征在于，借助FFT分析、与存在的干扰频率相关地分析所述振动信号，并且在所分析的干扰频率基础上来确定所述补偿信号。